《抗氧化肽的研究进展综述论文》5100字

抗氧化肽的研究进展综述论文目录TOC\o"1-1"\h\u28495抗氧化肽的研究进展综述论文 1139271.抗氧化肽简介 1146462.抗氧化肽的制备方法 1269283.抗氧化肽纯化和鉴定 411775参考文献 51.抗氧化肽简介抗氧化肽是各种生物体来源的能够减轻人体过氧化反应、中和自由基从而对人体健康产生积极影响的肽片段，其生理价值远超过我们已知的营养价值[1]。不同抗氧化肽的生理活性由肽段的氨基酸的序列决定，它们通过与体内蛋白质相互作用，进而调节生命过程[2]。目前，虽然很多生物活性肽的结构和功能关系尚不清楚，但现阶段发现的生物活性肽大多具有一些共同的性质。例如，这些肽大部分含有2-20个氨基酸，通常富含疏水性氨基酸[3]。在过去的几年里，越来越多的科学家发现生物活性肽具有多种特殊的生理活性，包括抗高血压、抗菌、抗血栓、免疫调节、抗氧化等[4-5]，其中，抗氧化肽在保健品和功能食品中的应用获得了广泛的关注。最近有很多研究致力于从食品中分离抗氧化肽，以及从以前未充分利用的富含蛋白质的食品工业副产品中分离和生产抗氧化活性肽[6]。2.抗氧化肽的制备方法2.1酶水解法酶水解法是利用蛋白质原料在一定温度和pH值下进行酶水解，具有生产周期短，便于扩大生产，容易实现规模化等优点，是一种优于微生物发酵的生物活性肽制备方法[7]。酶水解时使用一种以上的蛋白水解酶对蛋白质原料进行水解产生含有多种氨基酸序列的水解产物。然而，酶的添加时间和添加顺序取决于酶的最佳pH和最适温度，多种蛋白酶也可以一个接一个地用于裂解蛋白质生成短肽，但是，每种蛋白酶的温度和pH值都需要优化。研究发现枯草杆菌素水解往往能产生低分子量的肽，其中一些具有生物活性[8]。例如，枯草杆菌素水解的非洲蜗牛足蛋白比胰蛋白酶和木瓜蛋白酶水解的样品具有更多的小分子多肽。枯草杆菌素水解米糠蛋白产生的低分子量短肽数量最多，并表现出比半胱氨酸内肽酶、木瓜蛋白酶和胃蛋白酶更高的生物活性[9]。同时，低分子量肽（<10kDa）相比于高分子量肽生物活性更强。由于常规的蛋白质原料或其他原料中可能含有其他几种非蛋白质生物活性化合物，在进行抗氧化肽制备时，最好将这些化合物从食物蛋白质中分离出来，以避免产生干扰。例如，酚类化合物以其抗氧化、抗高血压、抗糖尿病和抗菌能力而闻名[10]。因此，当其存在于水解底物中时，会干扰所制备的抗氧化肽的活性测定。通过乙醇萃取、超临界二氧化碳萃取、加压水萃取、超声辅助萃取、丙酮萃取等方法可从食品蛋白中分离出酚类化合物。在蛋白质水解过程中释放的质子会使水解环境的pH值产生变化，造成水解环境变化，影响水解效率和水解终产物。虽然溶液的pH值可以通过加入适量的酸溶液或者碱溶液进行调节，但是添加碱溶液通常会导致水解终产物盐浓度过高。因此，目前的研究主要集中在缓冲体系中的水解[11]。酶的种类，水解的温度和时间都会对水解效果产生影响，也可能会影响水解产物中多肽的种类和类型。所使用的酶的类型不同，肽序列及其生物活性可能有所不同，与枯草杆菌素相比，用杆菌素水解的水稻蛋白表现出更强的抗炎和抗酪氨酸酶活性，以亮氨酸、木瓜蛋白酶、氨基肽酶和半胱氨酸内肽酶水解的样品活性最低[12]。研究发现糜蛋白酶或半胱氨酸内肽酶水解大米蛋白具有更强的抗氧化能力[13]，酶水解后，将混合物离心，把含有低分子量肽的上清液从沉淀中分离出来，这些肽可以通过冷冻干燥、脱盐、错流过滤、膜超滤或柱层析等方法回收，获得生物活性肽的粗提取物[14-15]。2.2微生物发酵法微生物发酵法生产抗氧化肽是在一些蛋白质原料上培养一些细菌或酵母菌，生长中的细菌或酵母将其水解酶分泌到蛋白质原料中，进而产生抗氧化肽。通常，所选定的微生物需要在适合其生长的环境中生长到对数生长期，然后收集活细胞，冲洗并重悬在无菌蒸馏水中，作为种子液按照一定比例接种到无菌蛋白发酵底物中[16]。蛋白质底物的水解程度取决于所用的菌株、蛋白质组成和发酵时间。由于不同微生物具有不同的蛋白水解系统，因此在不同的培养条件下，蛋白质水解产物的功能可能有所不同。研究发现，14种商品乳制品发酵菌种制剂在牛奶发酵后表现出蛋白水解程度、抗氧化活性的不同[17]。同一微生物种不同菌株的蛋白水解能力也可能不同，可能产生不同的水解效果。例如，用枯草芽孢杆菌（B.Subtilis）MTCC5480发酵大豆蛋白，比用枯草芽孢杆菌MTCC1747发酵的样品具有更高的水解度和游离氨基酸含量[18]。用37株不同的瑞士乳杆菌发酵脱脂乳，表现出不同的水解程度、可滴定酸度和游离氨基氮[19]，这表明微生物发酵是一种及其复杂多变的抗氧化肽生产方式。目前，依靠天然菌株水解蛋白质可获得的抗氧化肽产量较低，而低效率的分离和提取方法进一步增加了这些肽的获取难度。除细菌发酵剂外，酵母[20-21]和丝状真菌[22]也被用于生产生物活性肽，也取得了良好的效果。此外，蛋白质发酵原料也可以用不同的细菌，甚至酵母和细菌的组合来共同培养，以加速蛋白水解过程[24]。基于不同菌株和不同微生物存在不同的抗氧化肽形成能力，给基因工程操作改良提供了思路。通过基因工程技术和代谢调控技术相结合，能够使发酵菌株在一定环境下达到最大的抗氧化肽酶的产出[25]。微生物发酵后，将混合物离心去除微生物，回收上清液，然后用蛋白水解酶进一步水解上清液，得到纯度较低的肽片段。或者，上清液中的低分子量肽可以通过溶剂萃取或其他方法回收，纯化后的氨基酸序列用质谱法鉴定。2.3合成法生物活性肽的合成可以分为化学合成和生物合成。Fischer于1901年合成了第一种二肽，叫做甘氨酸，并创造了肽这术语[26]。五十年后，duVigneaud提出了一种生产多肽的策略：在多肽类激素催产素的合成过程中，在三功能氨基酸中引入了有机保护基团，以保证其形成特定的酰胺键[27]，在均匀溶液中进行合成，基于C端氨基酸的羧酸功能和N端氨基酸的氨基基团的可逆阻断，实现催产素的高效化学合成。但是这一方法不能连续反应，所有的多肽中间体都必须被分离和纯化才能用于进一步的反应步骤。虽然合成的肽具有较高的纯度，但其合成效率和合成成本限制了其生产应用。Enfuvirtide是一种有效的HIV膜融合抑制剂，由36个氨基酸组成，采用三氯乙烯树脂合成的三种侧链保护中间体，通过固相片段缩合，能够实现Enfuvirtide的大规模批量生产[28]。化学合成相比于其他方法，可以得到纯度很高的肽片段，但是对于肽段序列未知的片段不能进行合成，同时受到生产成本的影响。生物合成法是利用天然菌株体内的多肽合成路径，对其进行体外改造和人工表达，在体外可控条件下高效合成生物活性肽。虽然一些生物合成基因簇（BiosyntheticGeneCluster,BGCs）在正常的实验室培养条件下处于沉默状态，但由于其存在独特的天然宿主优势，包括合成机制、前体供应、运输、自我抵抗、修饰和调控机制，天然宿主微生物是抗氧化肽的理想来源。有了这些优势，原生宿主不需要额外的修饰就可以从头合成肽段，关键挑战在于提高肽产量。然而，天然宿主同时也存在一些缺陷，例如，大多数天然寄主可能不适应实验室环境的培养条件，导致生长缓慢，导致基因沉默或基因低表达。利用其它微生物作为宿主，通过发掘原生宿主的抗氧化肽BGCs，是一种更有效的方式。但是，由于宿主的限制性修饰系统的适应性机制，生物合成基因在异源宿主中的表达可能会失败。抗氧化肽BGCs普遍存在于目前已测序的不同微生物的基因组中，但复杂的生物合成机制的共同特征仍不清楚。但是，由于缺乏可靠的遗传操作工具和基因工程策略，控制由巨大基因簇编码的生物合成途径仍然是一个挑战。合成生物学是生物学与工程学相结合的一门新兴学科，致力于创造一种标准的、特征鲜明的、可控的天然产物合成体系。设计编码目标产物的生物合成途径可以基于自下而上的原则，通过组装一系列生物成分进行重构，以可靠、可预测、标准化的方式在微生物细胞中进行精确调控[29]。无论使用代谢工程策略还是合成生物学方法来生产感兴趣的化合物，都需要一些理想的宿主性状来平衡微生物生长和代谢产物合成。因此，开发肽合成的替代宿主是一个很有前途的策略。对于特定肽的生物合成，可通过通路设计、生物合成途径重构、合成路径优化改良肽合成[30]。3.抗氧化肽纯化和鉴定3.1膜分离法膜分离法是在滤过膜两侧压力差的驱动下，样品在膜系统中渗透和截留的过程，是从食品来源中分离抗氧化肽的最广泛应用的方法[31]。根据膜的孔径大小，压力驱动膜分离工艺可分为四类（微滤、超滤、纳滤和反渗透），其中超滤是一种快速、经济和环保的分离工艺[32]。在最近的一项研究中。然而，膜分离技术在使用过程中也存在巨大挑战，如半透膜与疏水多肽之间的相互作用、膜的污染和堵塞、难以获得高纯度肽以及大量液体浓缩困难[33]。为了解决这些问题，膜过滤技术可以与电渗析等其他技术相结合[34]、多步循环膜反应器[35]和色谱技术[36]联用以获得高纯度的抗氧化肽。3.2色谱技术色谱法是一种用于分离和纯化混合物中化合物的重要的物理化学方法，是基于化合物与流动相和固定相的相互作用对混合物进行分离纯化。根据特定组分的分子特性，可将其分为离子交换、液固吸附、液液分配和尺寸排阻四种分离技术[37]。为了实现分离组分的快速识别，这些技术通常与紫外、二极管阵列、荧光和质量探测器等不同探测器结合使用。尽管这些技术耗时且成本高昂，但可选择性和高分辨率使它们适合于分离和纯化复杂基质中的多种生物活性肽。上述研究表明，色谱技术对多种多肽的分离和纯化都是有效的。此外，它们需要与不同类型的物质检测器相结合，为多肽的大量分离、辨别以及纯化提供强有力的支撑手段。3.2毛细管电泳毛细管电泳法（CapillaryElectrophoresis,CE）是一种基于m/z值分析多肽的技术，采用一种简单的熔融石英毛细管进行电泳分离，具有速度快、有机溶剂消耗低、操作成本低、效率高、分辨率高、选择性高等优点。因此，该技术通常被认为是色谱方法的补充技术[38]。例如，domingues等[39]人开发了一种通过CE-MS/MS串联质谱（CE-MS/MS）确定多种脱酰胺肽的组成的新方法。最近，Pero-Gascon等[40]开发了一种简单、经济、高通量的CE-MS方法，用于富集组氨酸肽。综上所述，毛细管电泳技术以其高效、拆分、选择性等优点在抗氧化肽的分离中越来越受到重视。然而，与CE相关的缺点，如灵敏度不足和低检测限低等问题急需解决。参考文献ChelliahR,WeiS,DaliriEBM,etal.Theroleofbioactivepeptidesindiabetesandobesity[J].Foods,MultidisciplinaryDigitalPublishingInstitute,2021,10(9):2220.AkbarianM,KhaniA,EghbalpourS,etal.BioactivePeptides:Synthesis,Sources,Applications,andProposedMechanismsofAction[J].InternationalJournalofMolecularSciences,MultidisciplinaryDigitalPublishingInstitute,2022,23(3):1445.SanchezA,VazquezA.Bioactivepeptides:Areview[J].FoodQualityandSafety,2017,1(1):29-46.AslamMZ.发酵乳ACE抑制性生物活性肽降低高血压的体内外评价[D].北京：北京林业大学,2019.ChatterjeeC,GleddieS,XiaoC-W.SoybeanBioactivePeptidesandTheirFunctionalProperties[J].Nutrients,2018,10(9):1211.HIJAK.生物活性肽提高锌吸收的系统性综述[D].黑龙江：哈尔滨工业大学,2021.程云辉,王璋,许时婴.酶解麦胚蛋白制备抗氧化肽的研究[J].食品科学,2006,27(6):5.周雪松.水解蛋白来源的抗氧化肽研究进展[J].中国食品添加剂,2005(6):4.丁晓雯,李洪军,章道明.抗氧化肽研究进展[J].食品研究与开发,2003(03):36-38.ahandidehF,BourqueSL,WuJ.Acomprehensivereviewontheglucoregulatorypropertiesoffood-derivedbioactivepeptides[J].FoodChemistry:X,2022,13:100222.FuY,TherkildsenM,AlukoRE,etal.Explorationofcollagenrecoveredfromanimalby-productsasaprecursorofbioactivepeptides:Successesandchallenges[J].CriticalReviewsinFoodScienceandNutrition,2019,59(13):2011–2027.张强,周正义,王松华.从米糠中制备抗氧化肽的研究[J].食品工业科技,2007,28(7):3.刘慧,冯志彪.抗氧化肽的研究进展[J].农产品加工,2009(7):3.王瑞雪,孙洋,钱方.抗氧化肽及其研究进展[J].食品科技,2011,36(5):4.王豪,苏米亚,孙克杰,等.食源性抗氧化肽研究进展[J].天然产物研究与开发,2012.RathaSK,RenukaN,RawatI,etal.Prospectiveoptionsofalgae-derivednutraceuticalsassupplementstocombatCOVID-19andhumancoronavirusdiseases[J].Nutrition,2021,83:111089.Rutherfurd-MarkwickKJ.Foodproteinsasasourceofbioactivepeptideswithdiversefunctions[J].BritishJournalofNutrition,CambridgeUniversityPress,2012,108(S2):S149–S157.GangopadhyayN,HossainM,RaiD,etal.AReviewofExtractionandAnalysisofBioactivesinOatandBarleyandScopeforUseofNovelFoodProcessingTechnologies[J].Molecules,2015,20(6):10884–10909.AlukoRE.Determinationofnutritionalandbioactivepropertiesofpeptidesinenzymaticpea,chickpea,andmungbeanproteinhydrolysates[J].JournalofAOACInternational,2008,91(4):947–956.JingxuanShao,XiaogeGao,Ya'nanWang,等.宣威火腿加工过程中抗氧化肽活性研究.2018.JIANGYan,WANGZenan.酶法制备碎米抗氧化肽的研究[J].食品工业科技.黄明,王璐莎,HUANGMing,等.动物蛋白源抗氧化肽的研究进展[J].中国农业科学,2013,46(22):4763-4773.WengZ,ChenY,LiangT,etal.Areviewonprocessingmethodsandfunctionsofwheatgerm-derivedbioactivepeptides[J].CriticalReviewsinFoodScienceandNutrition,2021:1–17.SarabandiK,JafariSM.FractionationofFlaxseed-DerivedBioactivePeptidesandTheirInfluenceonNanoliposomalCarriers[J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2020,68(51):15097–15106.PhadkeGG,RathodNB,OzogulF,etal.ExploitingofSecondaryRawMaterialsfromFishProcessingIndustryasaSourceofBioactivePeptide-RichProteinHydrolysates[J].MarineDrugs,2021,19(9):480.LiuYF,OeyI,BremerP,etal.Bioactivepeptidesderivedfromeggproteins:Areview[J].CriticalReviewsinFoodScienceandNutrition,2018,58(15):2508–2530.SchimekC,KubekM,ScheichD,etal.Three-dimensionalchromatographyforpurificationandcharacterizationofantibodyfragmentsandrelatedimpuritiesfromEscherichiacolicrudeextracts[J].JournalofChromatographyA,2021,1638:461702.ZhangN,ZhangC,ChenY,etal.PurificationandcharacterizationofantioxidantpeptidesofPseudosciaenacroceaproteinhydrolysates[J].Molecules,MultidisciplinaryDigitalPublishingInstitute,2017,22(1):57.WuZ,LiY,ZhangL,etal.Microbialproductionofsmallpeptide:pathwayengineeringandsyntheticbiology[J].MicrobialBiotechnology,2021,14(6):2257–2278.El-FattahAA,SakrS,El-DiebS,etal.Angiotensin-convertingenzymeinhibitionandantioxidantactivityofcommercialdairystartercultures[J].FoodScienceandBiotechnology,2016,25(6):1745–1751.SanjuktaS,RaiAK,MuhammedA,etal.EnhancementofantioxidantpropertiesoftwosoybeanvarietiesofSikkimHimalayanregionbyproteolyticBacillussubtilisfermentation