亚麻(
Linum usitatissimum L.),亦称胡麻,是亚麻科亚麻属一年生草本植物,世界上最古老的作物之一。亚麻籽是亚麻的种子,它富含-亚麻酸、木酚素、亚麻籽胶等多种功能性物质,具有较高的营养价值和功能性质。亚麻籽中含有多种亚麻环肽,总含量达0.5~2.0 mg/g;和直链小分子肽相比,亚麻环肽因其特殊的结构而具有较稳定的构象,化学性质更加稳定,可在体内发挥免疫抑制、抗氧化、抗炎和抗癌等多种功效,是亚麻作物的一种重要副产物,有很高的药用价值,应用前景广阔。
目前的研究表明,亚麻籽制品会在加工贮藏中产生苦味,亚麻籽制品的苦味程度与含有的环肽浓度有关,最关键的苦味化合物为[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1。
华中农业大学食品科学技术学院的张卿怡、郭蕊蕊、贾才华*等人主要围绕结构、编码基因、分析方法、生物活性、呈苦机理以及脱苦方法对亚麻籽环肽进行系统阐述,以期为亚麻环肽的综合调控提供参考,促进其在多个领域应用。
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1 亚麻环肽的结构
植物环肽是一类从植物中分离得到的环状含氮化合物,由2~37 个编码或非编码氨基酸组成,根据结构骨架不同,可以分为两大类:均环肽和杂环肽。亚麻环肽是一种天然存在的疏水环肽,属于双环杂环肽,每个环肽包含8 个或者9 个氨基酸,分子质量约为1 000 Da,存在于亚麻籽以及亚麻根中。Kaufmann等在1959年首次分离出[1-9-NαC]-linusorb B2,也是迄今为止发现的在亚麻籽中含量最高的环肽。目前,已分析鉴定出21 种亚麻环肽。按照发现日期的先后,以字母表的顺序命名。Shim等团队又根据编码亚麻籽环肽的前体基因序列以及氨基酸残基的排列顺序提出了新的系统命名,新的命名方法及21 种环肽的氨基酸结构如表1所示,亚麻籽环肽的N端氨基酸序列及其具体结构如图1所示。
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Dev等对构成环肽的氨基酸组成进行测定,结果表明,亚麻蛋白中的氨基酸组成与大豆蛋白类似,而且天冬氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸的含量较高。根据图1可以清楚地发现,有些氨基酸序列相同,但蛋氨酸残基的氧化态不同,绝大多数亚麻籽环肽的首位氨基酸为Met或者其氧化产物,表明某些环肽之间可以通过氧化还原相互转化。结合图1发现可以逐步氧化的有[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-8-NαC]-linusorb A2以及[1-8-NαC]-linusorb B1,Met被氧化为MetO,可以使其转化为[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A2和[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1,MetO进一步氧化为MetO2,环肽进一步发生转化,变为[1-9-NαC],[1-MetO2]-linusorb B2、1-Msn-CLD以及[1-8-NαC],[1-MetO2]-linusorb B1;[1-8-NαC]-linusorb A3和[1-8-NαC]-linusorb A1具有两个Met位点,所以其含有Met的氧化产物有3 种;[1-9-NαC]-linusorb C1的氧化产物为[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb C1,并未发现其含有MetO2的氧化产物;[1-9-NαC]-linusorb B2和[1-9-NαC]-linusorb D1不具有Met结构,相对而言较为稳定。在新鲜亚麻籽中,MetO和MetO2的含量普遍较低,并且存储过程中会在亚麻籽油中不断积累。由于环肽的环状结构具有一定的构象约束作用,相较于线性肽具有更强的稳定性,并且其抗酶解能力强于线性肽,在体内不会很快被降解,这一特点使环肽具有更丰富的功能性,具有多种生理功能和医药价值。环肽化合物首尾相连,没有极化的N端和C端,此特性使得环肽更易穿透生物膜,再加上不易降解,故其可以达到更高的生物利用率。
2 亚麻籽环肽的编码基因
Wang Zhiwen等于2012年发布了亚麻属的全基因组。Gui Bo等对由其序列产生的注释数据库进行搜索,结果显示,[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2和[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1的氨基酸序列包含于一个由单个基因(AFSQ01016651.1)编码的前体蛋白,[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A2、[1-8-NαC],[1,3-MetO]-linusorb A3和[1-8-NαC],[1,3-MetO]-linusorb A1的氨基酸序列包含于另一个由单个基因(AFSQ01025165.1.)编码形成的前体蛋白中。Gui Bo等在研究中提议将AFSQ01016651.1控制编码的产物[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2和[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1称为环肽-51,将AFSQ01025165.1.控制编码的产物[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A2、[1-8-NαC],[1,3-MetO]-linusorb A3、[1-8-NαC],[1,3-MetO]-linusorb A1、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A1和[1-8-NαC],[3-MetO]-linusorb A3称为环肽-65。环肽-51中[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2和[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1序列都只出现了1 次,环肽-65中[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A2和[1-8-NαC],[1,3-MetO]-linusorb A3的序列同样只出现了1 次,但[1-8-NαC],[1,3-MetO]-linusorb A1的序列共出现了3 次。通过比较同一亚麻品种中上述环肽之间的数量关系,Gui Bo等发现每一种环肽的含量都与环肽总量有良好的线性关系,同一基因编码的环肽之间含量关系密切,不同基因编码的环肽含量相关性不明显。同时还比较了在不同年份、不同地理位置、不同品种环肽-51和环肽-65含量的差异,发现亚麻环肽的产生受到这些因素及其交互作用的影响。品种对环肽含量的影响可能是遗传的差异,而年份和环境因素方面极有可能是生态环境和种子活力状态影响了植物内源激素对特定基因的调控。郑伟还发现,外源的脱落酸和赤霉素对太子参环肽前体蛋白基因的表达有一定影响,但效果并不显著,这一方法有待应用到亚麻籽环肽的合成中。另外,目前对亚麻籽环肽的研究还停留在基因预测和表达产物的差异上,还未开展对亚麻籽环肽相关代谢通路以及关键酶的调控作用机理研究,这些都有待于进一步系统研究。
亚麻籽环肽的编码基因能够揭示环肽的生物合成路径。通过深入探究亚麻环肽编码基因的特性,能够获得对这些环肽生物合成途径的深刻理解,进而阐明其潜在的分子机制,这对于理解亚麻植物中特定环肽的产生过程及其调控机制具有至关重要的意义。
3 亚麻籽环肽的检测及分析方法
亚麻籽环肽作为亚麻籽油中的关键组分,具有优良的生理活性功能,并且与亚麻籽油的感官评估指标之间存在密切关联性。具体而言,亚麻籽环肽的含量直接影响油品的苦味强度。因此,对其含量进行精确检测与深入分析对于综合评价亚麻籽油的质量等级与挖掘环肽潜在的利用价值具有至关重要的意义。
3.1 环肽的提取分离及定量分析
亚麻籽环肽的提取通常采用溶剂萃取和固相萃取法(SPE)。溶剂萃取法需要使用大量的溶剂,过程昂贵、费力耗时。SPE法只在洗脱时使用有机溶剂,相对而言溶剂消耗量较少,在起到富集作用的同时,又可起到净化作用,但不同的有机试剂分离需要多次洗脱,操作繁琐。关于这两种方法对亚麻籽环肽的提取效果,已经展开了很多的研究,利嘉祥等分别采用乙醇萃取与正相SPE硅胶柱富集亚麻籽油中的[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A2与[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1,两种前处理方法在后续的分离中均显现出较好的效果,但就不同环肽的富集情况而言,乙醇萃取法对于亚麻籽油中[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2和[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1的富集更有优势,但对[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A2的富集效果却不如正相SPE硅胶柱法,同时乙醇萃取法的样品消耗量更低、萃取时间更短。李田楠更为全面地比较了溶剂萃取法和SPE柱纯化富集[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1的效果,发现溶剂萃取法提取出的环肽存在较多杂质,会导致最终色谱图中存在大量杂峰;就提取率而言,乙醇萃取法提取出的[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1量低于SPE,使用甲醇萃取也无法比SPE法提取出的[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1含量多,综上得出SPE硅胶小柱更适合进行[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1测定前的纯化富集。在SPE小柱的研究中,Olivia等将反相整体柱和灌注柱进行色谱性能比较,以评估其分离亚麻环肽混合物和高通量高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)分析的能力。在这些分析中,整体柱的表现均优于灌注柱。溶剂萃取和SPE也可以结合使用,孙浩冉等采取溶剂萃取与分配、柱层析和薄层层析等分离方法,从脱脂亚麻籽的乙醇提取物中分离出[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2,这是首次从国产亚麻籽中提取出[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2。
环肽的定量分析一般通过内标法或外标法使用HPLC法进行。Brühl等建立了HPLC外标法测定[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1的含量,并通过红外光谱、液相色谱-质谱、核磁共振(NMR)波谱和氨基酸分析,确定其结构为含MetO的环状八肽。此方法测定[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1含量的相关系数≥0.998。Gui Bo等从低温压榨的亚麻籽油中提取环肽,通过水质均化与离心富集环肽,梯度洗脱后分离出环肽,发现环肽主要集中分布在子叶,种皮中分布较少,黏液中则没检测到环肽的存在。Gui Bo等建立了HPLC内标法,采用王不留行环肽A作为内标物建立标准曲线,测定亚麻籽中环肽的含量。连莹君等参考Gui Bo等分离环肽的方法,建立了可以在30 min内分离检测[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A2、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1的HPLC外标法。许趁心等以14 种亚麻籽环肽色谱峰平均分离度和分离指标确定HPLC分析亚麻籽环肽的最优条件:采用Kinetex色谱柱,流动相乙腈-水初始体积分数为40%/60%,乙腈以5%/min速率升至乙腈-水体积分数为90%/10%,流速1 mL/min,进样量5 μL。
虽然HPLC分析环肽的最优条件已经确定,但环肽的提取仍然没有一个最优方案,实验中多采取SPE,但SPE操作繁琐、耗时长,不适用于工业化的大量提取,也不能实现快速检测。利嘉祥等提出的乙醇萃取法操作简单、节省溶剂,但对于[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1的提取效果不如SPE的效果。成本低、耗时短、精确度高、对所有亚麻籽环肽提取效果普遍较好的提取方式有待更新。
3.2 环肽的定性分析
多肽类物质的分析技术目前已经较为成熟,能够实现对氨基酸序列及其高级结构的精确测定。首要步骤是确定多肽的一级结构,一般先采用薄层层析、凝胶色谱层析或者反相HPLC等技术,将肽的粗提物质分离并纯化至纯度>97%。然后采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法、超速离心法、渗透压法或层析法等测定蛋白质的分子质量。紧接着,通过对蛋白质进行水解,以确定氨基酸组成。利用丹黄酰氯法或Edman降解技术可以进一步测定N端氨基酸,结合质谱以及对应基因cDNA的核酸序列确定其一级结构。最后用NMR、红外光谱等方法分析高级结构。刘静泊结合基质辅助激光解析电离-飞行时间质谱仪、氨基酸组成分析仪和傅里叶变换红外光谱仪分析风干武昌鱼的鲜味肽,准确得出了其结构和呈鲜机理。但亚麻环肽在亚麻籽中的含量很低,分析应尽量避免样品的损失。杜天鹏用液体NMR技术分析了流感病毒融合肽、芋螺毒素、蝎毒素及其突变体,都非常精确地得出了它们的氨基酸序列和二级结构;左洋提出了一种适合亚麻环肽的分析方法:首先采用1H-NMR和13C-NMR大致测得氨基酸残基质子和碳的化学位移,这一步不会损失样品;其次,用高分辨快原子轰击质谱法和快原子轰击质谱法得出环肽精确的分子质量和分子组成、氨基酸残基组成,此步骤仅损失微克级的样品;接着应用二维核磁技术,结合质谱提供的信息,可以确定氨基酸的连接顺序;最后采用氨基酸自动分析仪进一步准确分析,确定其结构和组成。
4 亚麻籽环肽的生物活性
亚麻籽环肽凭借抗癌、免疫抑制、抗疟疾等活性及耐水解、酶解和高温特性,展现出制药应用潜力。随着亚麻籽环肽生物活性的进一步挖掘以及近年来人们对于功能性食品需求的提升,发展亚麻籽功能食品成为可能。但目前对亚麻籽环肽生物活性机理的研究还较少,亟待更深入的研究促进亚麻籽环肽充分利用。
4.1 免疫抑制活性
不同环肽具有不同的结构特点,因而其生理活性也有差别。Reaney等研究比较了[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2和[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1对肺癌的抗肿瘤活性,发现[1-9-NαC]-linusorb B2的抗肿瘤活性较强。邹仙果基于细胞凋亡的两大主要信号传导机制——线粒体介导的内在途径与死亡受体介导的外在途径,从细胞凋亡角度研究不同浓度[1-9-NαC]-linusorb B2和[1-9-NαC]-linusorb B3的抗肿瘤作用及分子机制。研究结果显示,两种环肽均可以降低细胞存活率,且浓度和时间呈依赖关系,且研究表明[1-9-NαC]-linusorb B3的效果最好。其中环肽[1-9-NαC]-linusorb B3通过线粒体和死亡受体信号通路诱导细胞凋亡;[1-9-NαC]-linusorb B2仅通过死亡受体信号通路诱导细胞凋亡。
此外,大量研究表明[1-9-NαC]-linusorb B2还可提高人体免疫抑制作用。Wieczorek等发现[1-9-NαC]-linusorb B2有抑制淋巴细胞增殖的作用。Górski等通过比较[1-9-NαC]-linusorb B2和免疫抑制剂环孢霉素A对白细胞介素的抑制作用,发现[1-9-NαC]-linusorb B2可以发挥与免疫抑制剂环孢霉素A相似的免疫抑制药效。Gaymes等发现[1-9-NαC]-linusorb B2具有抑制钙离子依赖的T淋巴细胞激活的功效。Picur等经研究发现具有-Pro-Xxx-Phe-(Xxx为疏水氨基酸或者芳香氨基酸)序列的环肽类似物均可表现出不同程度的免疫抑制作用,揭示了亚麻环肽能发挥免疫抑制作用的关键序列,并且提出免疫抑制作用的强度可能与其他氨基酸的排列顺序及环肽结构有关。Shim等研究发现[1-9-NαC]-linusorb B3具有免疫抑制效果,可以抑制T淋巴细胞增殖,并且在人上皮癌细胞系(Calu-3)中诱导凋亡,[1-9-NαC]-linusorb B3及其类似物的生物活性受其肽序列的影响,特别是-Pro-Xxx-Phe-序列的存在。除[1-9-NαC]-linusorb B2外,Jadhav等还报道了两种新型有效的免疫抑制多肽:[1-8-NαC],[1-MetO 2 ]-linusorb B1和[1-9-NαC],[1-MetO 2 ]-linusorb B2。
4.2 抑制破骨细胞分化
破骨细胞可以将周围坏死或老化的骨组织细胞分解成骨的原料,形成新的骨头。破骨细胞偏高会导致人体出现骨质疏松、骨密度下降、骨骼矿物质含量降低等骨病。Kaneda等研究了9 种亚麻籽环肽,发现[1-9-NαC]-linusorb D1可以抑制骨细胞分化,并且Met可以氧化为MetO,亚麻籽环肽具有抑制破骨细胞分化的作用。
4.3 其他
Rossi等发现环肽中存在与蕈环十肽和生长激素抑制素类似的-Phe-Phe-Pro-三肽连接体,推测该三联体序列是影响肝细胞输送功能的主要基团,与免疫作用机制类似。[1-9-NαC]-linusorb B2是目前发现的活性最高的亚麻环肽,除了免疫抑制活性外,[1-9-NαC]-linusorb B2还具有抗疟疾、抑制胆酸盐进入肝脏以及抑制机体炎症的生理作用。除[1-9-NαC]-linusorb B2外,[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1、[1-8-NαC],[1-MetO2]-linusorb B1也表现出不同程度的抗炎效果,Kessler等研究了环肽[1-9-NαC]-linusorb B3对胆酸盐进入肝脏的抑制作用。刘尊等通过实验发现亚麻环肽混合物可以有效抑制宛氏拟青霉以及黄曲霉的生长,且环肽与现有抗菌肽相比高温耐受性较强,可以耐受食品的热加工。另外,[1-9-NαC]-linusorb D具有生物活性、疏水性和可能形成包含性复合物的特性,使得环肽能作为药物或药物替代物。例如,环肽的疏水性对细胞膜之间的运输以及组织和器官之间的分散起着非常重要的作用,并且环肽可以与血清蛋白结合。[1-9-NαC]-linusorb D1还与金属离子如Tb形成包合物,并与醇形成结晶溶剂化物,左洋探索了环肽与锌离子、铅离子和镉离子的螯合能力,发现环肽只能在离子浓度低的情况下才能发挥有效作用,并认为环肽有重金属解毒的功能,但有待于进一步研究。天然环肽具有溶血活性,这是将亚麻籽环肽运用于制药行业的一个阻碍,实际生产环肽类药物时,常采用点突变替换某个氨基酸的方式在保留其他生物活性的前提下消除溶血活性。
5 亚麻籽环肽的呈苦机理和脱苦方法
5.1 亚麻籽环肽的呈苦机理
现榨的亚麻油具有清新的坚果味道和淡淡的烘烤味,但贮存1 d后就会开始产生一种令人不快的苦味,虽然轻微的苦味是亚麻油的正常味道,但过度的苦味会影响食用。Arai等认为某些油脂的苦味是由酚类成分导致,但是亚麻籽中发现的酚类化合物主要是木酚素、羟甲基戊二酸、阿魏酸葡萄糖苷和对香豆酸葡萄糖苷组成的复合物,这些物质极少存在于植物油中。先是内源性生氰糖苷和木酚素被证实与亚麻籽油的苦味有关,后来Brühl等首次从冷榨亚麻籽油中分离出了导致亚麻籽油苦味最关键的化合物,鉴定发现此化合物为[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1。在新鲜压榨的亚麻籽油中[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1的量通常很少,但由于[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1的前体[1-8-NαC]-linusorb B1中硫的氧化,[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1的含量在存储过程中逐渐增加。
目前就环肽的氧化开展了较多具体研究。含有环肽的亚麻籽产品如亚麻籽油、亚麻籽饼粕等,在较短的储存时间内会快速氧化变苦。Aladedunye等测定了亚麻籽油或亚麻籽粉末在存储过程中的氧化稳定性,结果表明含有Met的环肽含量明显降低,包括[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-8-NαC],[1-MetO 2 ]-linusorb B1、[1-8-NαC]-linusorb A3、[1-8-NαC]-linusorb A1和[1-9-NαC],[1-MetO 2 ]-linusorb B2;随之增加的是含有MetO和MetO 2 的环肽,包括[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A2、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1、[1-8-NαC],[1,3-MetO]-linusorb A3和[1-8-NαC],[1,3-MetO]-linusorb A1;而[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A1、[1-8-NαC],[3-MetO]-linusorb A3和[1-8-NαC],[3-MetO]-linusorb A1保持不变。Zou Xianguo等采用无光照的烘箱使环肽氧化,氧化过程中发现[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1含量先增加,之后减少,而[1-8-NαC],[1-MetO 2 ]-linusorb B1逐渐增加,证实了苦味的出现与氧化导致的环肽结构变化有关,说明在亚麻籽油贮藏过程中,含有Met的[1-8-NαC]-linusorb B1会被氧化成含有MetO的苦味肽[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1,[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1还可以继续被氧化,成为含有MetO 2 的[1-8-NαC],[1-MetO 2 ]-linusorb B1(图2)。
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1971年Ney等首次报道,疏水性值>1 400 cal/mol、分子质量<6 kDa的多肽具有较强的苦味,其发现多肽的苦味与某些特定氨基酸有关,含有亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸和色氨酸的肽会具有苦味,而Ishibashi等发现脯氨酸残基的存在是肽苦味产生的重要原因。Matoba等研究发现当疏水性氨基酸出现在N端或C端都会导致苦味增强,Ishibashi等则发现当疏水性氨基酸出现在C末端时,苦味会表现得更强,这表明苦味强度还与多肽的氨基酸序列有关。Kim等结合之前的报道及研究发现,多肽的苦味及其强度可能与多肽中极性氨基酸和疏水氨基酸的存在与否、疏水区域的氨基酸构成、极性基团和疏水区域之间的距离有关。蛋白质中的疏水性氨基酸大多被包裹在内部,而结构相对简单的多肽、疏水性氨基酸则被暴露在外。疏水性氨基酸暴露越多,苦味也就越强。即影响多肽疏水性的因素有疏水性氨基酸的数量、氨基酸序列与空间结构。环肽的氧化会改变其空间结构,使疏水性氨基酸暴露,产生苦味,同时Met的氧化会改变蛋白质和肽段的疏水性。
除此之外,Lang等研究发现25 种人类苦味受体(TAS2Rs)中只有TAS2R14和TAS2R43是亚麻环肽的主要苦味受体,且TAS2R14、TAS2R43仅对[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A1有反应,而[1-9-NαC]-linusorb B3、[1-9-NαC],[1-MetO]-linusorb B2、[1-9-NαC],[1-MetO 2 ]-linusorb B2、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A2、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1、[1-8-NαC],[1-MetO 2 ]-linusorb B1、[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A1、[1-8-NαC],[1,3-MetO]-linusorb A3和[1-8-NαC],[1,3-MetO]-linusorb A1均活化了TAS2R14转染的细胞。尽管在1 μmol/L阈值条件下,[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A2和[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A1能够分别激活TAS2R14和TAS2R43受体,但所观察到的最大信号幅度较低,因此推测这些环肽可能不会被感知为苦味。环肽[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1在表达TAS2R14的细胞中引起高信号振幅,并在陈年亚麻籽油中浓度较高,故认为其是苦味的主要决定因素,这一发现与Brühl等之前的报道一致。此外,已经发现Met氧化为MetO形式的环肽表现出破骨细胞抑制活性,表明亚麻环肽及其衍生物具有抗疟活性和免疫抑制活性。但是这些功能特性的实现亦常伴随着苦味,即苦味受体不仅在味觉系统中表达,还会在包括白细胞在内的许多口腔外组织中发挥作用,因此Malki等认为一些TAS2Rs受体很可能直接参与这些复杂生理反应。
综上,亚麻籽油贮藏中苦味源于氧化导致的[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1结构变化,这些产物激活人类苦味受体。苦味主要由[1-8-NαC]-linusorb B1中Met氧化增加环肽疏水性所致,而疏水氨基酸的数量、序列和空间结构等特性影响其苦味强度。亚麻环肽虽具抗癌、免疫抑制、抗疟疾等活性,但摄入时会伴有苦味,故脱苦处理至关重要。
5.2 环肽的提取分离及定量分析
苦味肽的脱除方法主要分为理化脱苦、酶法脱苦两大类,理化脱苦又包括掩盖、分离、提取、吸附等(图3)。石珊珊等在亚麻籽油制备过程中加入活性炭吸附剂并不断搅拌,最后得到脱苦亚麻籽油,脱苦亚麻籽油营养成分保持不变,风味得到显著改善和提高。除此之外,微生物发酵法对于大豆肽的脱苦也具有显著的作用,豆康宁利用乳酸菌和酵母菌对大豆进行二次发酵,显著消除大豆肽的苦味和腥味。食品中解决苦味主要采取掩盖法、环糊精包结法、添加苦味抑制剂和脱除法。Brühl等发现在-18 ℃条件下吸附冷冻处理可以显著减少亚麻籽油中[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1的生成。工业生产中多采用食用乙醇进行萃取、油醇旋液分离器提取、乙醇与亚麻籽油多级逆流萃取去除亚麻籽油中的苦味。胡晓军等分别采用酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶对亚麻油中[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1进行水解,降低胡麻油中[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1的含量和苦味强度,结果显示中性蛋白酶脱苦效果最优,但在实验中并没有测定其他环肽含量的变化。赵娟研究发现经碱化的活性白土吸附剂能够很好地降低亚麻籽油苦味,此方法的优势在于去除苦味的同时可以有效保留亚麻籽油特有的香气。
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针对[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1形成是氧化所致,因此对亚麻环肽进行还原反应也可以有效去除[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1,但同时也会导致其他含有MetO的环肽被还原。采用还原的方法纯化混合环肽中环肽的种类,可有效减少至4 种环肽。在强酸条件下,用二甲基硫醚可以还原含有MetO的环肽,但因其酸性过高导致蛋白质变性,会对环亚麻肽的品质造成一定程度的影响,相较而言,用硼氢化钠和碘作还原剂则可以避免这一问题。通过与标准[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb A1 HPLC曲线对比,经该还原方法对混合环肽进行还原反应之后得到的产物分别为[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-8-NαC]-linusorb A3、[1-9-NαC]-linusorb B2、[1-8-NαC]-linusorb A1,可有效去除[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1。
Gui Bo使用碱精制和酸脱胶两种方法去除亚麻籽环肽。通过对亚麻籽油中的游离脂肪酸进行碱处理,发现碱精制可以有效降低亚麻籽油中环肽的含量,且去除效果与不同的碱度和碱的化学性质有关,实验中的所有碱性溶液都除去了大量的亚麻环肽,但没有一种可以去除所有的肽。此方法主要对含有色氨酸的环肽起作用,对不含色氨酸的[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1作用较小。在亚麻籽油中加入体积分数分别为1%、2%或10%的75%磷酸溶液进行酸脱胶可以去除所有的环肽,加入体积分数为1%的50%磷酸溶液可以去除亚麻籽油中除了[1-9-NαC]-linusorb B2外所有环肽。
此外,众多研究表明萌发是一种改善食品品质以及提高食品营养价值的有效方法,能够改变种子中多种成分的含量,也是减轻某些食物苦味的一种途径。Wang Hong等探究了萌发亚麻籽种子对于木质素生物合成的转录水平变化以及细胞抗氧化活性和抗增殖活性变化的影响,发现在萌发过程中,酚类物质、黄酮类化合物以及木质素含量显著提高。表明萌发后的亚麻籽比不萌发的亚麻籽具有更高的生物活性价值,并发现萌发时间为8~10 d时,亚麻籽功能价值最丰富。王笑园等研究了萌发对于亚麻籽中氨基酸、蛋白质、脂肪等多种组分的含量变化,以探究萌发是否能使亚麻籽营养品质得到提升,结果发现多种营养成分的含量有所提高,尤其是蛋白质和氨基酸总量大幅度增加。Johnston等通过控制萌发状态以探究萌发对小麦质量及小麦制品口感和营养价值的影响,并证实小麦籽粒协同发芽技术确实可以用来提高面包的口感、减轻苦味。陆晨浩等利用气相色谱-质谱和电子感官技术对发芽后的黑麦茶中风味物质进行分析,发现苦味随着萌发时间延长有较为明显的下降趋势。张虹则从萌发的大豆中提取出了可以脱苦的豆芽蛋白酶,通过切除大豆苦肽A中支链末端的疏水氨基酸使其苦味降低或者消失。以上研究表明,适度的萌发可以使种子内部各组分含量发生变化,使亚麻籽品质得到提升。在萌发阶段,种子生命活力旺盛,各种酶的活性较强,对亚麻籽进行适度萌发,可能会对其中环肽的含量产生一定影响,使苦味减轻或消失,但具体的影响还需要进一步验证。
亚麻籽环肽具有良好的生物活性,但是贮藏过程中会氧化生成[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1导致环肽产生苦味,从而降低其加工品的食用价值。如何抑制氧化过程以及如何专一性地去除[1-8-NαC],[1-MetO]-linusorb B1而保留亚麻籽环肽的大部分生物活性,还需更深入地研究。目前理化脱苦和酶法脱苦受到人们的广泛关注,但是脱苦过程中其他环肽和生物活性物质也会受到影响。萌发可以影响亚麻籽中很多营养成分的含量,减少苦味物质、增加风味物质含量,且萌发脱苦安全环保、不涉及化学试剂和复杂的处理工艺,但萌发亚麻籽对于亚麻籽环肽的影响鲜见系统报道,这可能为亚麻籽油脱苦方法提供新的思路,为亚麻籽更广泛的食品化利用提供参考。
6 结 语
亚麻籽作为我国主要的油料作物之一,其关键组分环肽因其多种生物活性而在制药和食品等行业受到广泛关注。深入研究亚麻环肽的生物活性机理,将为环肽的广泛应用提供坚实的理论支撑。目前肽类物质的分析检测技术已经较为成熟,但针对亚麻籽中微量亚麻环肽的检测方法还需进一步筛选和优化,以有效减少实验误差、精准分析环肽在处理过程中由于氧化还原反应而造成的含量变化。亚麻产品的苦味是限制其广泛应用的一个重要因素,含有Met的环肽容易氧化产生苦味,目前已报道几种脱苦方法,但各有不足,研究萌发和亚麻环肽的基因表达可能为亚麻籽制品去除苦味提供理论依据,从而促进亚麻环肽更广泛地应用于多个领域。
作者简介
第一作者:
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张卿怡,2003年出生,华中农业大学食品科学技术学院食品科学专业,全日制硕士研究生。主要研究方向为食品大分子结构及功能特性。
通信作者:
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贾才华,1983年出生,博士,副教授,华中农业大学华中农业大学食品科学技术学院硕士生导师。环境食品学教育部重点实验室、中国粮油学会会员、湖北省农业工程学会会员。围绕脂质分子结构与功能、油料加工与品质调控展开研究,主持国家重点研发计划的子任务、湖北省粮食科技创新项目、中央高校基本科研业务费基金等5 项课题;第一或者通讯作者发表和接收18 篇学术论文,其中署名教育部环境食品学重点实验室为第一完成单位SCI论文6 篇、CSCD论文12 篇;第一完成人授权国家发明专利1 项,授权软件著作权2 项,参与完成成果鉴定多项。主持教改项目1 项,发表教改论文1 篇。指导本科生开展“国创”、SRF项目多项,获第五届“攀登杯”青年教师讲课竞赛院级三等奖,毕业实习优秀指导教师等。
引文格式:
张卿怡, 郭蕊蕊, 贾才华, 等. 亚麻环肽性质及呈苦机理相关研究进展[J]. 食品科学, 2025, 46(5): 319-327. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240724-246.
ZHANG Qingyi, GUO Ruirui, JIA Caihua, et al. Recent progress in understanding the properties of linseed cyclic peptides and the mechanism underlying their bitter taste[J]. Food Science, 2025, 46(5): 319-327. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240724-246.
实习编辑:李杭生;责任编辑:张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
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为汇聚全球智慧共探产业变革方向,搭建跨学科、跨国界的协同创新平台,由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心(动物替代蛋白)、中国食品杂志社《食品科学》杂志(EI收录)、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志(SCI收录)、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志(ESCI收录)主办,西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、重庆三峡学院、西华大学、成都大学、四川旅游学院、西昌学院、北京联合大学协办的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”, 将于2026年4月25-26日 (4月24日全天报到) 在中国 重庆召开。
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