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动物源性抗疲劳肽研究与功能食品开发进展

时间:2022-04-06 08:37:05 浏览次数:


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摘要:动物源性抗疲劳肽是由动物自身的器官或组织产生的或者从动物体内蛋白水解得到的,具有缓解疲劳作用的肽类物质。对动物源性抗疲劳肽的来源和作用机制相关理论进行了总结与简单论述,并对国内市场上已获批的相关保健食品等,从原料、配方等方面进行了对比分析,提出了动物源性抗疲劳肽产品的应用前景与发展方向。

关键词:抗疲劳;生物活性肽;作用机理;功能食品

中图分类号:S872 文献标志码:A doi:10.16693/j.cnki.1671-9646(X).2017.07.022

Abstract:Anti-fatigue peptides derived from animal protein are produced by the animal"s own organs or tissues or hydrolysed protein from animals with easing fatigue effect. This review summarizes the source of animal derived anti-fatigue peptides,and expounded their mechanisms. At last,by analyses from the realtive functional foods on domestic market,application future and possible direction of these peptides are pointed out.

Key words:anti-fatigue;bioactive peptide;mechanism;functional food

疲勞是指机体生理过程不能将其机能持续在一个特定水平或器官不能维持其预定的运动强度[1],是人体脑力或体力活动到一定阶段出现的生理现象,它会引起运动能力下降、工作效率降低等不良影响。由于现代人生活节奏快,容易感到疲劳,因此安全健康又有效的缓解疲劳功能食品的研究与开发备受关注和推崇。研究人员在不断的医学实践和探索中发现,许多生物活性肽具有缓解体力疲劳、增强肌肉力量、维持并提高运动能力等良好功效[2]。与因具有毒副作用而限量添加的咖啡因、古柯碱、激素等抗疲劳药物相比,抗疲劳活性肽具有生物效价高、安全低毒、营养性高等优点,并且来源广、种类多、易吸收、成本低,是一种极具开发潜力的抗疲劳功能食品基料。近年来,国内外研究者在抗疲劳肽的生产制备、化学生物学基础、活性及量效构效关系等方面开展了大量研究,还开发出相关产品并推向市场。重点对动物源性抗疲劳肽的来源、作用机制及产品开发进行总结与论述,旨在为抗疲劳功能性产品的研究和开发利用提供研究基础及理论参考。

1 动物源性抗疲劳肽的来源

动物源性抗疲劳活性肽是由动物自身的器官或组织产生的或者从动物体内蛋白水解得到的,具有缓解疲劳作用的肽类物质。按照其存在方式的不同,可以分为内生肽和蛋白水解肽。

1.1 内生抗疲劳肽

肌肽是已证实有抗氧化、抗疲劳、抗衰老功能,大量存在于动物肌肉和脑等有氧代谢活跃组织中的二肽[3]。增加肌肉内肌肽的含量,可以延缓疲劳和改善运动性能,特别是高强度运动[4]。肌肽作为营养强化剂,可以抑制脂质自动氧化、螯合金属离子、清除自由基,以减少合成抗氧化剂的需要和提高食品营养价值[5],在防治衰老及抗疲劳等作用方面具有广泛的应用价值[6]。

谷胱甘肽(Glu-Cys-Gly)作为动物体内最常见的一种抗氧化肽,主要存在于动物肌肉、肝胰腺和血液中,可以有效地抑制脂质过氧化和含巯基蛋白质的氧化。谷胱甘肽参与体内的三羧酸循环及糖代谢,激活多种酶,促进糖类、脂肪和蛋白质的分解,有效提供机体运动所需的能量,缓解机体疲劳[7]。

肌肽、谷胱甘肽作为动物主要的内源性抗疲劳肽,可通过直接提取分离纯化或人工合成获取,但这2种方法的成本都较高,难以大规模生产应用。

1.2 动物蛋白水解抗疲劳肽

动物蛋白水解抗疲劳肽是指通过动物蛋白降解获得具有抗疲劳作用的生物活性肽。近些年,国内外研究者利用海洋动物、哺乳动物、昆虫等不同动物蛋白水解制备出抗疲劳肽,并通过现代分离纯化及分析手段确定其活性组分。

昆虫资源丰富,且大部分的可食用昆虫高蛋白、低脂肪,酶解后产品的品质、营养和消化利用性能进一步改善,是制备生物活性肽优质来源。研究发现,雄蚕蛾[8]、蚕蛹[9]、蚂蚁[10]、大麦虫[11]都具有一定的缓解机体疲劳作用。李高扬[12]利用胃蛋白酶酶解蚕蛹蛋白制备抗氧化肽,通过Sephadex G-25凝胶层析和DEAE离子交换对蚕蛹多肽进行分离纯化,并得到含有酪氨酸基团分子质量为892 Da的单一物质。任尧[13]将宽体金线蛭、东亚钳蝎蛋白酶解得到的产物依次通过离子交换色谱、凝胶过滤色谱、制备型反相高效液相色谱(RP-HPLC)进行分离,成功制备了2种既具备良好抗凝血活性,又显示出较好抗疲劳功效的活性肽,其序列分别为His-Asp-Phe-Leu- Asn-Asn-Lys-Leu-Glu-Tyr-Glu(Mr:1 422.0 Da)和Val-Glu-Pro-Val-Thr-Val-Asn-Pro- His-Glu(Mr: 1 119.8 Da)。

目前大多数研究显示,从水产动物的肌肉蛋白质、内脏、皮等蛋白水解液中能分离纯化得到具有抗疲劳作用的生物活性肽。Ren J等人[14]用复合酶水解草鱼蛋白,通过超滤及系列色谱技术对酶解液进行逐级纯化后,最终用RP-HPLC-ESI-MS-MS对具有抗疲劳功能的草鱼蛋白活性肽中功能肽段的氨基酸序列组成进行鉴定,得到目标肽段的氨基酸序列为Pro-Ser-Lys-Tyr-Glu-Pro-Phe-Val,分子质量为966 Da。You L等人[15]采用凝胶过滤色谱、半制备型和分析型RP-HPLC 等系列技术分离泥鳅多肽,首次发现具有抗氧化活性的四肽(Pro-Ser-Tyr-Val),分子质量为464.2 Da,并通过动物试验证明有一定的抗疲劳和抑制癌细胞增殖作用。除此之外,海参、海龙、扇贝、鲑鱼等中也分离出了具有抗疲劳功能的活性肽。海洋动物多种多样,含有大量宝贵的蛋白资源,其数量和种类都远远超过陆地,具有巨大的开发和利用空间[16]。

当前,关于畜禽等动物肉源抗疲劳肽的研究并不多。据报道,猪皮中含有丰富的胶原,蛋白含量高达33%。娄文娟[17]以猪皮明胶为原料酶解制备 抗氧化肽,并通过动物模型来证明了确实具有抗疲劳功效。Li W等人[18]从猪脾脏中分离出十肽CMS001(Pro-Thr-Thr-Lys-Thr-Tyr-Phe-Pro-His-Phe),缪福俊等人[19]用木瓜蛋白酶酶解得到驴骨蛋白多肽,朱 方[20]以乌鸡为原料制备抗疲劳活性肽,通过小鼠试验表明其具有抗疲劳作用。

原料的选择是功能食品开发的关键,一般选择原则是资源丰富、蛋白含量高、氨基酸种类齐全、可提高附加值的原料,因此低值水产和昆虫是抗 疲劳肽开发的重点方向,也是抗疲劳肽开发的理想原料。

2 抗疲劳肽的作用机制

近年来,研究发现某些生物活性肽具有一定的抗疲劳功效,但其作用机理尚无明确定论,综合各文献报道,抗疲劳肽作用机理可能与以下几个特征有关。

2.1 能量代谢

《保健食品检验与评价技术规范》规定:动物负重游泳试验结果为阳性,且血乳酸、血清尿素、肝糖原/肌糖原3项生化指标中任意2项指标为阳性,可判定该受试样品具有缓解体力疲劳功能的作用。肝糖原和肌糖原为机体内糖储备的2种形式,是糖代谢的重要能源物质,研究发现多肽可促进糖原合成,为机体提供能量。胡太超等人[21]研究表明,鹿茸多肽可以提高肝糖原和肌糖原的储备量或降低运动过程中糖原的消耗,从而延长糖代谢时间,延缓疲劳的产生。同时,当机体处于疲惫状态,糖类供能不足,蛋白质就会参与代谢供能,由于多肽比蛋白质吸收快,补充多肽能为机体迅速提供氮源,更有利于缓解疲劳。

2.2 清除代谢产物

疲劳会使机体产生大量废物产物,如乳酸、过氧化脂质、脂褐素等。这些有害的代谢产物在肌肉组织中积聚,破坏内环境稳定,损害肌细胞,三磷酸腺苷合成减少,膜三磷酸腺苷酶活性受到抑制,膜功能障碍,肌浆网的钙离子转运能力下降,导致骨骼肌疲劳[22]。运动疲劳造成机体代谢产物(如乳酸及氨)的大量积累,但刘钧发[23]将麻虾蛋白质酶解得到的多肽饲喂小鼠4周后,发现能够有效延长小鼠力竭游泳的时间,而乳酸恢复速率加快、尿素氮含量明显降低,从而起到抗疲劳作用。

2.3 清除自由基

长时间、剧烈运动会影响自由基代谢及机体的抗氧化能力,导致体内自由基增加、脂质过氧化程度加强、对组织破坏程度增加[24],从而引起机体疲劳。具有抗氧化性的生物活性肽是有效的自由基清除剂,肽的抗氧化能力与氨基酸组成和排列顺序、肽的疏水性和结构等因素有关。大部分抗氧化肽在N端含有疏水性氨基酸(如Val或Leu),并且序列中含有Pro,His,Tyr,Trp 和Cys等氨基酸[25]。含疏水性氨基酸的寡肽能够顺利地通过磷脂双分子层,更有利于这些氨基酸在细胞内发挥抗氧化作用[26];且其脂肪烃侧链使肽与多不饱和脂肪酸的相互作用增强,或易于与自由基结合,从而抑制脂质过氧化反应[27]。到目前为止,从牡蛎[28]、鲐鱼[29]、蛋清[30]等蛋白中制备出的生物活性肽能够不同程度地清除DPPH自由基、羟基自由基、超氧阴离子自由基或脂质过氧化自由基等,并具有抗疲劳作用。

2.4 促进修复损伤组织

力竭性运动导致线粒体膜结构和功能的破坏,能量生成减少,因而产生运动性疲劳[31]。聂晓莉等 人[32]建立疲劳型亚健康大鼠骨骼肌模型,测得丙二醛(MDA)含量升高,超氧化物岐化酶(SOD)下降,线粒体形态发生显著性变化,出现细胞凋亡趋势,PGC-1α和AMPK mRNA表达水平明显降低。有人研究通过小分子肽减少自由基对线粒体的损害,保护其结构和功能,延缓运动性疲劳的发生。周彦娇[33]通过小分子肽CMS008和CMS001对小鼠运动性疲劳及慢性疲劳综合症影响的试验发现,游泳90 min时生理盐水组小鼠已接近力竭,供能细胞器线粒体功能受到损害,线粒体的“钙超载”以及肌浆网大量自由基堆积;而通过灌喂CMS008能明显减轻运动引起的心肌、骨骼肌线粒体损伤,降低力竭运动时MDA的升高和增加SOD的活性,这说明CMS008通过减轻运动引起的氧化损伤、增强机体抗氧化系统酶的活性发挥抗疲劳作用。

2.5 细胞相关酶

细胞内含有大量与能量代谢有关的酶类,如丙酮酸激酶(PK)、苹果酸脱氢酶(MDH)、琥珀酸脱氢酶(SDH)、乳酸脱氢酶(LDH)、肌酸激酶(CK)、超氧化物岐化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)等。因此,通过研究能量代谢酶的活性及含量变化对机体能量代谢的影响,可以更好地探明抗疲劳作用机制。有氧运动可以提高三羧酸循环代谢酶SDH和MDH的活性,即提高有氧代谢能力;而无氧运动则提高糖酵解限速酶PK的活性,即提高无氧代谢能力。郭光明[34]试验证明,经过不同强度的跑台训练后,补充海参小分子肽,小鼠骨骼肌中SDH,MDH,PK的活性明显提高。You L等人[35]动物试验证明,泥鳅蛋白酶解得到的多肽可以提高SOD,GSH-Px和过氧化氢酶(CAT)活性,具有抗氧化和抗疲劳功效。

3 抗疲劳功能食品开发

3.1 保健食品

截止到2016年7月,国家食品药品监督管理局(SFDA)数据查询结果显示,我国共審批注册进口保健食品751个、国产保健食品15 842个,其中缓解体力疲劳功能(含原“抗疲劳”功能)产品2 160个,包括国产2 094个、进口66个,占保健食品总数的13.63%。随着社会生活节奏的加快和国人保健养生意识的加强,抗疲劳保健品的市场需求必将大幅扩大。目前,在SFDA已注册的2 160个缓解体力疲劳保健食品中,大部分是以西洋参、红景天、冬虫夏草等名贵中药材为原料,成本高、价格贵;也有15个产品配方中主要原料是动物多肽,根据来源不同可分为5类,以海洋鱼皮胶原低聚肽粉、乳清蛋白肽为主要原料的产品各5个,以鲑鱼蛋白肽、牡蛎多肽、猪脾多肽为主要原料的产品各1个,为价廉高效的抗疲劳保健食品提供了新路。挖掘天然、安全、高效的动物源性活性肽功能因子,配伍其他中药材和营养物质(牛磺酸、VC、柠檬酸锌、葡萄糖酸锌、核糖等),可开发保健功效突出的产品,除可以缓解体力疲劳外,还具有延缓衰老、增强免疫力、提高缺氧耐受力等功能。

3.2 專利

经国家知识产权局(SIPO)数据库检索结果显示,动物多肽制品的制备及其应用授权专利共有 18条。与现有动物多肽相关保健食品相比较,专利所涉及的原材料更加多样化,其中原材料使用海洋动物占总数的66.67%,为动物抗疲劳肽相关产品开发提供参考价值。动物多肽相关抗疲劳产品专利中涉及的保健功能较为广泛,且大部分专利涉及多个保健功能,如促进新陈代谢、提高免疫力、抗氧化等。目前,授权专利涉及口服液、颗粒、胶囊、粉剂等传统剂型,同时还有饮料、饼干等食品形式。

动物多肽相关抗疲劳产品的授权专利见表1。

我国动物种类和数量丰富,可制备动物源性抗疲劳肽作为功能性食品基料添加到食品中,开发出具有缓解体力疲劳功能的健康食品。目前,已有鹿茸口服液、鹿茸含片、蚕蛾公酒、牡蛎软胶囊等一系列以动物为原料的抗疲劳产品生产上市,而生物活性肽比动物蛋白更容易被人体吸收且生物效价高。因此,利用抗疲劳肽开发相关功能食品将带来更好的健康效益和市场前景。

4 结语

由于工作压力大、年龄增长等因素均会使人越发困倦疲惫,长期以往会对人体身心健康产生危害。在营养与健康产品蓬勃发展的今天,随着国人养生保健意识的增强,抗疲劳功能性食品近年来受到热捧。目前,市场上相关功能食品多采用人参、红景天、冬虫夏草等中药材为主要原料,不仅种类较单一且大部分成本较高。而抗疲劳活性肽来源丰富、成本可控,应用前景十分广阔,并且能为人体提供能量物质、增强机体的抗氧化能力[36],起到缓解疲劳的作用。现如今,国内抗疲劳肽产品的研究开发已有一定基础,但还需要从以下2个方面加强:一是加强基础研究,建立有效的抗疲劳评价方法,探明抗疲劳肽的作用机制,为我国抗疲劳功能食品的开发提供理论及技术支持;二是挖掘高效的抗疲劳肽功能因子及材料,通过对原料的筛选及配方设计,创新开发出保健、美味的功能性食品。

参考文献:

张颖捷,杜万红. 国内外抗疲劳研究进展[J]. 实用预防医学,2012(7):1 112-1 116.

陈树星. 浅谈运动性疲劳的产生及其应对方法[J]. 教育教学论坛,2010(22):179-180.

郑召君,武如娟,张日俊. 动物源性抗氧化肽的生物学功能及与其结构的关系[J]. 动物营养学报,2015(4):1 034-1 040.

Sale C,Saunders B,Harris R C. Effect of beta-alanine supplementation on muscle carnosine concentrations and exercise performance[J]. Amino Acids,2010,39(2):321-333.

Manhiani P S,Northcutt J K,Han I,et al. Antioxidant activity of carnosine extracted from various poultry tissues[J]. Poult Sci,2013,92(2):444-453.

Bellia F,Vecchio G,Rizzarelli E. Carnosine derivatives:new multifunctional drug-like molecules[J]. Amino Acids,2012,43(1):153-163.

谢雅清,梁晓美,叶伟霞. 还原型谷胱甘肽的药理作用与临床应用研究进展[J]. 中国药业,2013(7):124-127.

姜立科,董浩,张仁堂,等. 雄蚕蛾功能作用及开发利用研究进展[J]. 中国食物与营养,2015(3):72-73.

张睿. 蚕蛹抗疲劳多肽提取工艺优化研究[J]. 食品工业,2015(1):30-33.

马力,薛鹏,沈建宇. 蚂蚁水提取物抗疲劳的研究[J]. 中国应用生理学杂志,2012(5):443-444.

王南溪,杨伟,杨春平,等. 大麦虫蛋白质酶解产物对小鼠学习记忆能力和抗疲劳能力的影响[J]. 食品工业科技,2015,36(5):356-359,364.

李高扬. 蚕蛹抗氧化多肽的制备及分离纯化研究[D]. 广州:华南理工大学,2011.

任尧. 宽体金线蛭/东亚钳蝎分离蛋白中抗凝血、抗疲劳活性肽的酶法制备及其结构鉴定研究[D]. 广州:华南理工大学,2015.

Ren J,Zhao M,Shi J,et al. Purification and identification of antioxidant peptides from grass carp muscle hydrolysates by consecutive chromatography and electrospray ionization-mass spectrometry[J]. Food Chemistry,2008(2):727-736.

You L,Zhao M,Regenstein J M,et al. Purification and identification of antioxidative peptides from loach (Misgurnus anguillicaudatus)protein hydrolysate by consecutive chromatography and electrospray ionization-mass spectrometry[J]. Food Research International,2010,43(4): 1 167-1 173.

Harnedy P A,FitzGerald R J. Bioactive peptides from marine processing waste and shellfish:A review[J]. Journal of Functional Foods,2012(1):6-24.

娄文娟. 酶解猪皮明胶制备抗疲劳肽及其功效研究[D]. 西安:陕西科技大学,2015.

Li W,Hua-Li Z,Rong L,et al. The decapeptide CMS001 enhances swimming endurance in mice[J]. Peptides,2008(7):174-187.

缪福俊,熊智,吴本行,等. 驴骨蛋白多肽对小白鼠抗疲劳作用的研究[J]. 食品工业科技,2011,32(11):411-413.

朱方. 泰和乌鸡抗疲劳功能及黑色素抗氧化功能研 究[D]. 杭州:浙江大学,2012.

胡太超,刘玉敏,陶荣珊,等. 鹿茸多肽的抗疲劳作用机制研究[J]. 吉林农业大学学报,2015(4):469-476.

李保良,赵晓山,罗仁,等. 亚健康疲劳状态时血清对骨骼肌细胞线粒体膜细胞色素C氧化酶活性和线粒体能量负荷的影响[J]. 中国组织工程研究与临床康复,2008(37):7 258-7 262.

刘钧发. 麻虾多肽制备及其抗氧化、抗疲劳的活性研 究[D]. 广州:华南理工大学,2015.

秦元伟. 复方中药对运动人体自由基代谢影响的研究[D]. 曲阜:曲阜师范大学,2008.

王瑞雪,孙洋,钱方. 抗氧化肽及其研究进展[J]. 食品科技,2011(5):83-86.

Kong B,Peng X,Xiong Y L,et al. Protection of lung fibroblast MRC-5 cells against hydrogen peroxide-induced oxidative damage by 0.1~2.8 kDa antioxidative peptides isolated from whey protein hydrolysate[J]. Food Chemistry,2012(2):540-547.

张晖,唐文婷,王立,等. 抗氧化肽的构效关系研究进展[J]. 食品与生物技术学报,2013(7):673-679.

Hao G,Cao W,Hao J,et al. In vitro antioxidant activity and in vivo[J]. Anti-fatigue Effects of Oyster(Ostrea plicatula Gmelin)Peptides Prepared Using Neutral Proteinase,2013,19(4):623-631.

Wang X,Xing R,Chen Z,et al. Effect and mechanism of mackerel(Pneumatophorus japonicus)peptides for anti-fatigue[J]. Food & function,2014(9):2 113-2 119.

Sun S,Niu H,Tao Y,et al. Antioxidant and anti-fatigue activities of egg white peptides prepared by pepsin digestion[J]. Journal of the Science of Food & Agriculture,2014(15):3 195-3 200.

季宇彬,李睿,汲晨鋒. 运动性疲劳与线粒体功能[J]. 亚太传统医药,2008(9):8-12.

聂晓莉,薛琪,罗仁,等. 维康颗粒对疲劳型亚健康大鼠线粒体再生功能的影响[J]. 暨南大学学报(自然科学与医学版),2013(2):150-153.

周彦娇. 小分子多肽化合物CMS008和CMS001对小鼠运动性疲劳及慢性疲劳综合症影响的实验研究[D]. 天津:天津医科大学,2004.

郭光明. 跑台训练与营养补充对小鼠骨骼肌能量代谢酶及抗疲劳能力的影响[D]. 大连:辽宁师范大学,2012.

You L,Zhao M,Regenstein J M,et al. In vitro antioxidant activity and in vivo anti-fatigue effect of loach(Misgurnus anguillicaudatus)peptides prepared by papain digestion[J]. Food Chemistry,2011(1):188-194.

江小云. 乳蛋白源抗疲劳肽的制备及应用研究[D]. 南京:南京师范大学,2009.

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