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大豆水解蛋白中苦味肽的研究进展

2022-01-01周其洋

现代食品 2022年21期
关键词:多肽苦味蛋白酶

◎ 黄 磊,周其洋

(佛山市海天(高明)调味食品有限公司,广东 佛山 528500)

近年来,随着人们对健康的追求,天然活性呈味物质的重要性越来越高,植物蛋白质资源的开发受到的关注也日益加强。随着生物、分析技术的进步,以大豆肽为代表的植物肽的活性功能和呈味效果也逐渐明确,具有调节免疫、控制“三高”、调节肠道微生物和抗疲劳等生理功能,被广泛应用于食品中,但大豆肽的苦涩味、豆腥味限制了其进一步扩大应用场景[1]。大豆水解蛋白中的苦味物质主要是小分子多肽,其分子量集中在500~4 000 Da,疏水性氨基酸在其中起到重要作用。本文综述了大豆多肽的生产技术及苦味多肽的研究进展,希望为其进一步商业化应用提供借鉴和参考。

1 大豆肽的制备工艺

1.1 酶解法

酶解法以其制备条件温和、产物功能多样及水解后产品稳定性较好具备了产业化应用的能力,被广泛使用。最适用于大豆肽的生产加工酶制剂主要有植物蛋白酶中的木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶,以及微生物蛋白酶中的酸性、中性、碱性、风味蛋白酶,还有特异性较强、主要用作医药保健的胃蛋白酶、胰蛋白酶等。其中来源于微生物的蛋白酶因成本低、反应条件广等更受青睐。

吴文煜等[2]利用外肽酶(三肽酶)和碱性蛋白酶复配制备具有功能的大豆肽,其苦味值相较于单独使用碱性蛋白酶降低7.3%。刘公博等[3]发现复合蛋白酶在50 ℃以5%原料比作用4 h 可获得无明显苦味的大豆肽。此外,谷宇等[4]用胰蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶复配,在50 ℃酶解4.5 h,获得大豆肽的苦味只有单酶水解的22%~28%。

1.2 发酵法

有别于酶解法,微生物发酵法更好地利用了微生物的代谢过程,将一种或多种微生物的代谢活动和大豆多肽的分解过程有机结合,互相促进。目前研究较多的有地衣芽孢杆菌2709、枯草芽孢杆菌1389、黑曲霉3.350 等。

早在2008年就有用黑曲霉AS3.350 固态发酵、液态发酵制备大豆肽的报道,肽含量达到62.35%,且无苦味。有公司用地衣芽孢杆菌和泡盛曲霉两步发酵获得植物蛋白多肽,或用枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌混合发酵豆粕获得无苦味的大豆多肽。发酵法相较于酶解法成本下降40%~60%,具有良好的商业应用前景。乐能生物工程股份有限公司于2006年就建立了年产1 000 t 的发酵法生产大豆活性肽的生产线,其肽转化率达到94%。

1.3 化学法/物理法

化学法是利用酸或碱水解大豆蛋白,生产成本低,但反应条件一般较为苛刻,水解不具有针对性,氨基酸易被破坏,会对环境造成污染,因此多见于实验室研究,少见于工业应用。物理法主要和酶解法复配使用,利用物理条件改变蛋白质结构从而优化酶解结果。采用静高压技术,在200 MPa 下用酶解法处理大豆蛋白,可利用高压改变大豆蛋白的结构,从而获得具有较高活性的大豆肽。

2 大豆肽苦味形成机理及评价方法

2.1 多肽苦味形成机理

大豆肽中的苦味主要来自于苦味肽,疏水氨基酸是其中的主要因素。分子量在500~4 000 u 的大豆肽苦味最明显,随着分子量降低,苦味随之降低。当分子量较大时,疏水氨基酸被包埋在内部而无法表现出苦味,只有分子量在适当范围时,疏水氨基酸才能更大比例地刺激味蕾产生苦味。有学者用生物信息学分析方法对已明确口感的苦味肽的分子结构特征进行分析,发现其疏水值越大,苦味越强。此外,氨基酸序列和组成也会影响苦味的强度。

2.2 苦味评价方法

食品中的苦味强度检测大多由感官评价或明确苦味组分的定量检测来判断。由于大豆肽苦味来源的复杂性,且苦味组分尚未明确,因此往往采取感官评价结合仪器分析来进行。生物评价法、动物评价法因实验难度大,检测费用高目前以实验室研究为主。

通过电子舌分析和感官评价分析相关性,在大豆蛋白水解物中完成苦味、鲜味、咸味和丰富度的综合影响的苦味口感回归曲线为近年来的研究热点,R2可以达到0.93~0.97,拟合度较好,且普遍报道敏锐度相较于感官更高[5]。ITO 等[6]综合甜味标准品和苦味标准品的评价结果提出了苦味预测模型,发现人工甜味剂对盐酸奎宁有较好的掩蔽作用,预测模型与感官呈现良好的相关性。在复杂体系中,无法用电子舌对苦味的单一响应来代表感官评价中的苦味,需综合鲜味、咸味、酸味和丰富度等其他维度来综合评估。鈴木由佳等[7]研究发现,清酒中感官苦味与ANS 的荧光强度(F1)存在极高的相关性,可通过ANS 荧光法测定清酒苦味度。

3 大豆肽脱苦方法

肽常用的脱苦方法可分为生物法、掩盖法、分离法3 种。生物法更多见于食品研究,分为两种,一种为酶法,一种为微生物法。掩盖法则可分为风味掩盖和包埋法。

3.1 生物法

酶法的脱苦原理是通过氨肽酶和羧肽酶切断多肽链末端的部分疏水性氨基酸残基,进而实现脱苦的目的。此法在生产中可与酶法做两步生产,无需额外投入而被广泛应用。该方案的缺点是脱苦的同时产生游离氨基酸。

LIU 等[8]研究红曲霉羧肽酶(MpiCP-1)和胃蛋白酶对大豆蛋白分解的影响,明确了红曲霉羧肽酶通过在C 端释放疏水性氨基酸来减弱胃蛋白酶水解大豆多肽的苦味。此外,用氨肽酶处理大豆蛋白水解产物或用氨肽酶和碱性蛋白酶复配酶解,缬氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和异亮氨酸等疏水性氨基酸会被释放,酶解液苦味会明显降低。

微生物法原理和酶法一致,采用可以产生肽酶的微生物参与发酵,从而实现脱苦。微生物脱苦常与微生物发酵制备多肽同步使用。李萍等[9]使用黑曲霉发酵产生的粗蛋白酶酶液对大豆水解物进行脱苦,在34 ℃作用2.1 h 可以将苦味下降75%左右,但该反应需在酸性条件下进行。此外,还有将乳酸菌和酵母菌混合发酵,利用雅致放射毛霉羧肽酶,使小麦肽或大豆肽苦味消失的报道[10-11]。

3.2 掩盖法

掩盖法相较于生物法,不会改变大豆肽的结构和组成,由于其在功能性的保留方面具有优势,而被对大豆肽功能关注度较高的行业所应用,如保健品行业。

风味掩盖指利用味道的协同拮抗效应来减少苦味感受,该方案多见于多肽口服液等保健食品的开发。如用蛋白糖、柠檬酸和大豆肽复配可提供丰富的口感从而掩盖大豆肽氨基酸口服液的苦味。再如中粮集团用甜味剂、果胶、果粉和香精等制备了一种多肽含量为60%以上,苦味、豆腥味得以有效遮蔽的固体饮料。

包埋法利用环状糊精等络合苦味肽的疏水氨基酸残基达到脱苦的效果,但因用量较大,达到了25%~43%,应用范围受限。战旭梅等[12]用β-环糊精包埋技术消除玉米活性肽的苦味,确定其加工条件为β-环糊精∶玉米活性肽为1.0∶1.3,在温度35 ℃中性条件下处理44 min,包埋率为80.12%,苦味值下降到1.70,口感改善效果明显,且对功能肽的损失较小。

3.3 分离法

分离法通过苦味肽和其他组分理化性质的不同,采用超滤、吸附、萃取和色谱分离等方式对肽进行选择性分离,去除苦味组分。该方法损失较多,可能造成某些功能成分片段丧失,且部分方法如色谱分离成本较高,少见于工业大规模生产。

4 结语

近年来,关于大豆肽的苦味及其形成机理、评价方法均取得了一定的进展。目前,大豆肽工业化发展还需解决一些问题。大豆肽苦味的评价尚未建立一种明确且具有公信力的方法,对感官的依赖性较大。对于苦味肽的鉴定和结构解析仍处在初级阶段,疏水性对苦味的影响、疏水性氨基酸排列和空间结构对苦味的影响、苦味肽与其他呈味肽的协同作用尚未清晰。随着生物信息学的发展,评价和分析手段的增多,苦味肽消除会越来越具有针对性,进而促进大豆肽在食品领域的应用。

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