益生菌降压肽的研究现状及其国内外新产品开发趋势

2007, Vol. 28, No. 09 食品科学 ※专论述590 [34]BRAVO L, SIDDHURAJU P, SAURA-CALIXTO F. Effect of various processing methods on the in vitro starch digestibility and resistant starch content of Indian pulses[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1998, 46: 4667-4674. [35]ALONSO A, AGUIRRE A, MARZO F. Effects of extrusion and tradi- tional processing methods on antinutrients and in vitro digestibility of protein and starch in faba and kidney beans[J]. Food Chemistry, 2000, 68: 159-165. [36]JOOD S, CHAUHAN B M, KAPOOR A C. Contents and digestibility of carbohydrates of chick pea and black gram as affected by domestic processing and cooking[J]. Food Chemistry, 1988, 30: 113-127. [37]KHOKHAR S, CHAUHAN B M. Antinutritional factors in moth bean (Vigna acontifolia). Varietal differences and effects of methods of domestic processing and cooking[J]. Journal of Food Science, 1986, 51: 591-594. [38]RAO P U, DEOSTHALE Y G. Tannin content of pulses. 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What's more, the research findings and trends of the products of antihypertensive peptides advanced by probiotics worldwide are introduced. According to the need of domestic and international market, to 收稿日期：2007-07-02 *通讯作者 基金项目：天津商业大学大学生科技训练(SRT计划)项目 作者简介：姚俊(1986-)，男，本科生，研究方向为乳品生物技术。 591※专题论述 食品科学 2007, Vol. 28, No. 09 explore active yoghourt with antihypertensive peptides would surely play notable performance, and bring considerable economic benefit. Key words：probiotics；high blood pressure；Lactobacillus helveticus；lactalbumin；antihypertensive peptides 中图分类号：TQ465.6 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2007)09-0590-04 1 益生菌与高血压 益生菌，其来源于意味着生物共生(probiosis)一 词。微生物科学家给它所下的定义：是指对人、动物 能够产生有益影响的那些活性微生物，在通过摄入一 定的数量后，对宿主产生一种或多种特殊的、能产生 超越其固有的基本营养价值的保健作用。但不是所有 的微生物都是益生菌。作为益生菌必须具备以下几个 条件[1-2]：①来源于人体的常居微生物；②具有耐受胃 酸和肠道胆汁的能力；③能够黏附在人的消化道粘膜细 胞上；④能够在人的消化到内定植；⑤能够产生抗菌物 质；⑥能够影响新陈代谢(如胆固醇吸收、乳糖酶的活 性、维生素的产生，蛋白质的分解)能够调节免疫应 答；⑦能够在生产加工和保存过程中成活并具有一定数 量的活菌；⑧无副作用和安全无害的食品或药品。 由于益生菌对宿主健康有益，因而得到了广泛的应 用，其中较常见的有乳酸菌、双歧杆菌、肠球菌、粪 链球菌、地衣芽抱杆菌、枯草杆菌以及酵母菌等[3-4]。 许多功能性食品含有益生菌，它们通过改善肠道微生物 菌群提高宿主健康，公认的功效如下[2,5-8]：①增加肠道 内益生菌量，减少有害菌，防止腹泻；②提高机体免 疫力、活化巨噬细胞以及产生肿瘤坏死因子、干扰素 和IgA等抗体；③吸附致癌物及减少粪便中致癌突变物 的浓度和某些酶的活性，这些酶与突变物或致癌物的激 活有关；④降低血清胆固醇等。此外益生菌还可通过束 缚抗原、破坏抗原而减轻过敏反应症状，并且提高机 体抗氧化能力而有助于延缓衰老。 高血压是最常见的心血管疾病之一，常引起心， 脑，肾并发症，是脑卒中风，冠心病的主要危险因素。 随着人们生活水平的提高，加上一些不合理的饮食习 惯，“富贵病”在我国的发病率日趋升高。据国家高 血压研究中心2000统计，我国高血压患者已经达到1.3 亿人，发病率为10.8%，且每年有300万左右新增患者。 现实的状况已经证实了高血压已经成为仅次于肿瘤的人 类第2号杀手。 2 降血压肽的降压原理 血管紧张素-I转换酶(ACE)，是动物肺血管内皮细 胞分泌的，与调节末梢血压的凝乳酶血管紧张素系统有 关，它可以切除血管紧张素I的羧端His-Leu，形成至 今已知升高血压活性最强的多肽-血管紧张素II。肾素 会将血管紧张素I转化为血管紧张素II，血管紧张素II 是一种力量强大的激素，能使血管收缩，血压上升； 血管紧张素II还可以刺激醛酮的分泌，而这种激素会使 人体留住水分和Na，使血压升得更高。降血压肽可以 干扰肾素的作用，可以一定程度上抑制ACE的这种活 性，所以可以降血压。降血压肽亦能阻止血管舒缓素- 激肽系统中产生的缓激肽的分解，缓激肽是血液中的一 种物质，可以使血管舒张，血压下降。降血压肽的降 压原理如图1所示[9]。 肾素-血管紧张素系统(升压系统) 血管舒缓素-激肽系统(降压系统) 肝脏血管紧张素原 血液中缓激肽原 ↓ 血液中 血管舒缓素→↓ ↓ 分解物←缓激肽 血管紧张素I ↑ ←——————肾素 ↓← ↑ 血管紧张素-I转化酶 血管紧张素II ↑ →留住水和Na 抑制 ↓ 降血压肽 ↑ 血管收缩 血管扩张 ↓↓ ↓ 血压升高 血压下降 图1 血压调节系统和血管紧张素-Ⅰ转化酶 Fig.1 Blood pressure regulation system and angiotensin-Ⅰ converting enzyme 3 乳源性降压肽研究开发现状及在临床应用的优点 得了高血压是否就被判了死刑呢，答案是否定的。 定时服用降血压药品，将血压控制在一定水平，从某 种程度上来说并不会引起生命危险，然而一些降血压药 品在降低血压的同时会引起一些毒副作用。研究证实， 作为维护人体健康有益的微生物可以起到降低血压的作 用，使人们在饮食的时候不经意间就起到了降低血压的 功效。 到目前为止，对具抗血压升高作用的降压肽研究主 要来自三方面[10-13]：一是少数特定肠道中具益生作用的 菌株如Lactobacillus casei、Lactobacillus helveticusCP790等在以乳为基质的环境中生长时，通过 胞外蛋白酶的作用将乳蛋白中特定的蛋白组分分解(主要 2007, Vol. 28, No. 09 食品科学 ※专题论述592 是β-酪蛋白)，产生多种对血管紧张素I-转化酶 (angiotensin-I converting enzyme，ACE)具有抑制作用 的小肽和短肽。在这些降血压肽中，以Lb.helveticus和 Saccharomyces cerevisiae共同发酵产生的两种三肽，即 Val-Pro-Pro和Ile-Pro-Pro在体内的抗血压作用最为显著； 二是部分特定益生菌成分，主要是细胞壁中的肽聚糖成 分，如Lb.casei shirota的细胞自溶后获得细胞裂解物 (LEX)对于自发性高血压大鼠(SHR)的收缩压有显著的降低 作用；三是促进机体对某些可以调节血压的矿物质的吸 收。到目前为止，表现出重大市场潜力的研究开发是 在第一方面，即可利用生物技术从蛋白质中释放具有生 物学功能的降血压肽，这是从食源方面解决高血压问题 的最有希望的一条途径。 3.1乳源性降压肽制造与开发 3.1.1利用酶解法和微生物发酵法生产降压肽 降压肽广泛存在于各种食物蛋白中。例如来源于牛 奶蛋白的FFVAPFPEVF、FFVAP、AVPYPQR；来源于 玉米蛋白的LRP、LSP、LQP；来源于明胶的 GPAGAHyp和GPPGAHyp；以及来源于发酵乳的VPP和 IPP等[8,12-14]。这些具有不同抑制效率的肽的链长多在2～ l2个氨基酸之间。许多从一些鱼类、酒粕中分离出来的 小肽也具有较强的ACE 抑制能力。例如来源于沙丁鱼 的LKVGVKQY KVLAGM G LKLHQAAGW；来源于鲣鱼 的IKPLNY、IKP；来源于鲔鱼的PTHIKWGD； 以及 来源于清酒粕中的VW、VWY和VPP 等。这些降压肽 均是采用酶解的方法制得，且水解条件的控制要求高， 酶制剂的成本较高，产物的抑制活力低等不足。2006年 郭宇星、陈庆森等人对发酵法高水平释放ACE抑制肽的 发酵条件进行了初步的研究和评价[15-17]，研究证实发酵 产品在瑞士乳杆菌对数生长期收获时为最佳，16h收获 时ACE抑制率达到44.17%，活菌数为107CFU/ml。发 酵产品用10000Da分子量膜超滤后，其ACE抑制活性比 未超滤前提高2.5倍，IC50达到19.63mg/ml。发酵产品 进行喷雾干燥和冷冻干燥，发现这两种干燥方法对产品 ACE抑制活性没有影响，冷冻干燥的方法产率比较高， 可达到106.08g/L，且IC50为50.28μg/ml。近期本实验 室的张莹、陈庆森采用正交试验的方法对瑞士乳杆菌 TS6024发酵乳清蛋白相关发酵条件进行优化，以达到提 高瑞士乳杆菌分泌高水平蛋白酶能力的目的。发酵条件 优化后，发酵液中生成游离氨基酸的水平达到994.170× 10-5mol/L，分泌蛋白酶的活力达到62.136U，生产的具 降压活性的产物IC50为16.2μg/ml。这些研究成果对降压 肽开发及产业化提供技术保障，将会产生显著的社会效 益和经济效益。 3.1.2特定益生菌成分的降压作用[11,14] Sawada等对Lb.casei细胞壁分离纯化后，被发现 对SHR的降压作用来自于细胞壁中的多糖-糖肽聚合物 (SG-1)。这种多糖-糖肽聚合物对SHR和RHR(肾性高血 压大鼠)具有明显的降压作用，其对SHR和RHR血压的 降低幅度(10～20mmHg)，与单次口服SG-1的剂量有关， 而且在单次口服SG-1 6～12h后SHR和RHR收缩压可下 降10～20mmHg。这种降压作用在饲喂灌服24h后逐渐 消失。SHR和RHR的SBP恢复到原有水平。口服SG- 1对小鼠的心率也没有影响，也没有发现对正常血压的 大鼠产生影响或降压作用。 3.1.3乳源矿物质与血压的关系 矿物质与血压有着紧密联系。有资料表明[18]，每 天Na的摄入量为3g的人群，患高血压的几率为10%。 而每天Na摄入量为5g的人群，患高血压的几率增至 30%。如果每天Na的摄入量少于1.2，仅有1%的人会 患高血压。流行病学的研究表明，乳制品的消费量与 高血压间成反比关系，而产生降低血压原因之一就是与 牛奶中矿物质有关，也就是说，在一定范围内，钙、 钾、镁等矿物质的摄入量与血压成反比。因此从发酵 乳中获得抗血压升高的物质与发酵乳中的成分对抗血压 升高是正相关作用。 3.2食源性降压肽降压的优点 ACE抑制与其他抗高血压药品相比[12,18]，如利尿 剂，β-阻断剂等的一个主要区别是不会引致疲劳，并 且副作用较小。据一项研究显示，ACE抑制有助于降 低死亡风险，减少上医院次数，为病人节省不少医药 费。HOPE的研究人员于2000发表的表明，服用 商品名为ramipril的ACE抑制药品者心脏病发作和中风的 风险较低，除此以外患糖尿病的几率也降低30%。 高血压是一种需要长期治疗的慢性疾病，除规律服 药外饮食调节必不可少，另外常规临床治疗和控制高血压 病人的药物具有药物依赖以及较为严重的副作用，特别是 采用联合用药，会对高血压病人产生很严重的危害，造 成血压过低、心理衰竭、累加毒性等严重问题，这种现 象对高血压病人确是一种很无奈的选择。因此研究开发食 源性降压产品，进行非药物治疗对人体健康是十分有益 的。虽然食品降压肽相对于人工合成的ACE抑制剂类药物 而言活性较弱，但它们具有自身独特的优点： (1)只对高血压患者有降血压作用，对血压正常者 没有影响，所以安全、方便，没有降压过度的问题。 (2)降压肽获得途径很安全。食品的降压肽主要的 获得途径有两条：一是通过食品级酶在温和条件下降解 蛋白质得到的，二是在菌种发酵过程中由蛋白质降解产 生。源于我们日常生活所摄取的食物，它们可经常食 用，没有毒副作用，发酵所用菌种是乳品生产中经常 使用的乳酸菌或其它菌种，很安全。 (3)活性多样性。除降压功能外，它们往往同时还 593※专题论述 食品科学 2007, Vol. 28, No. 09 具有免疫促进、易消化吸收和减肥等作用。 4 国外降血压益生菌产品(Evolus)开发及其功效 日前，在欧洲市场上出现了第一个降血压益生菌制 品-Evolus[10]。它是采用特殊菌种-瑞士乳杆菌发酵的酸 奶制品，经过严格科学的控制，得到高含量的降 血压短肽，从而起到降血压作用。 Evolus适合高血压人群或者微高血压人群饮用。研 究表明：高血压患者每天饮用100～150ml Evolus发酵奶 制品，经过5～7周，血压就发生了明显的下降，且下 降的幅度明显超过对照组。且Evolus对正常血压人群或 低血压人群的血压没有不利影响。 为了研究Evolus的降血压效果，Sipola等进行了动 物试验，试验对象为先天性高血压大鼠(SHR)，每天灌 喂适量的Evolus产品，同时以其他产品作为对照，包 括水、脱脂奶、脱脂酸奶，其他市场某降压乳品。在 试验期内，虽然大鼠的血压总体都在不断升高，但相比 之下，Evolus的降血压效果最为显著。 2002年，Seppo等人研究了Evolus对人体的降血压 效果。试验对象为轻微高血压人群(平均血压148/94)， 随机分为两组，试验组自第四周到第十二周每天摄入适 量的Evolus产品，对照组则同期摄入等量的其他发酵乳 制品，但不含IPP和VPP。12周后两组试验对象均停止 摄入各自的产品，但继续测量血压。与对照组相比， 试验期内Evolus组血压下降得更明显一些，但当停止摄 入后，患者血压在两周后又几乎恢复到试验前的水平。 据悉，该产品于2000年成功上市，目前已进入冰 岛，葡萄牙和西班牙等国家。同时日本Calpis公司也 成功上市降血压酸奶饮料。 5 展 望 目前，国内虽然对益生菌有了一定的运用，例如 在畜牧饲养中的添加，目的是改善肠道微生物环境，抑 制腐败菌，提高动物的抗应激能力等等。另外，在水 产养殖中，以至在奶制品中也有添加。但是，实质上 运用益生菌降血压在国内还未见报道和相应产品问世， 尚属空白。面对我国高血压患者数字日益升高，2007年 4月23日天津“今晚报”养生园专栏报道，2006年一 年中就查出20多万人患有高血压。现实表明，在国内 研究开发一种具降压肽活性酸奶的要求也日益迫切，以 此使高血压患者可以通过正常不经意饮食间达到降血压 目的，并且减少对药物的依赖性。伴随着人们生活水 平的不断提高以及对健康问题的日益重视，相信利用益 生菌制造出的具降压肽活性酸奶以及相关产品，在国内 必然会有广阔的前景。 参考文献： [1]HYRONIMUS B, MARREC C, SASSI A H, et al. 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