通过热和超声预处理及酶特异性水解增强玉米醇溶蛋白水解产物的分子量依赖性抗氧化和抗糖尿病活性

本研究针对玉米醇溶蛋白（zein）生物活性有限的问题，通过热（90°C, 10min）和超声（100–400W, 5–20min）预处理结合三种蛋白酶（Alcalase、papain、pepsin）水解，并经超滤（UF）分级，系统评估了水解产物及其分子量分级组分的抗氧化（DPPH、ABTS、金属螯合）和抗糖尿病（α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶抑制）活性。结果表明，热预处理结合Alcalase水解效果最佳，水解度达16.62%，并显著提升抗氧化活性；超滤分级后，低分子量肽（<10kDa）抗氧化活性更强，而中分子量肽（10–30kDa）表现出更强的α-淀粉酶抑制活性。该研究为zein在功能性食品和医药中的应用提供了重要理论依据和技术支撑。

　　

随着全球糖尿病患病率预计到205年将达到6亿例，开发非合成、无有害副作用的糖尿病治疗方法变得至关重要。同时，氧化应激和脂质氧化不仅导致食品腐败，还与多种慢性疾病相关。虽然合成抗氧化剂被广泛使用，但其安全性问题促使人们转向寻找天然替代品。玉米醇溶蛋白（zein）作为玉米的主要储存蛋白，富含非极性氨基酸，但生物活性有限，限制了其广泛应用。酶解被公认是改善其功能特性的有效策略，可通过生成生物活性肽（BAP）来增强其生物活性。然而，zein的水溶性差和分子间相互作用强，阻碍了酶解过程，限制了功能肽的释放和生物利用度。为了克服这些挑战，各种预处理技术被探索，其中热处理传统上用于改变蛋白质结构和增强酶解效率，而超声辅助预处理近年来受到关注，因其通过机械、热和空化效应改变蛋白质构象，从而增强酶可及性和提高水解效率。

本研究旨在评估三种不同来源的酶（动物源的胃蛋白酶pepsin、植物源的木瓜蛋白酶papain和微生物源的Alcalase）对zein水解的影响，并比较热预处理和不同功率（100、200、400W）及持续时间（5、10、20min）的超声预处理的效果。此外，通过超滤（UF）获得不同分子量范围的肽段组分，以便更针对性地评估其生物活性，包括抗氧化活性（ABTS、DPPH自由基清除和金属螯合能力）以及α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：从玉米麸质中提取zein蛋白；使用热和超声预处理zein溶液；采用pH-stat技术进行酶解，使用Alcalase、papain和pepsin三种酶；通过超滤（UF）膜（30kDa和10kDa截留分子量）分级水解产物；运用高效液相色谱（HPLC）分析肽谱和氨基酸组成；并通过体外测定法评估抗氧化（DPPH、ABTS、金属螯合）和抗糖尿病（α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制）活性。所有实验均三重重复，数据以均值±标准差表示，并使用JMP软件进行统计学分析。

3.1. 水解度

Alcalase表现出最高的水解度（DH），热预处理样品（ZH-Al）显著增加（16.62%），而超声预处理Alcalase样品（ZU-Al）所有处理均比对照组（ZC-Al）显著更高，但超声条件间无统计学差异。对于papain，热或超声预处理均未导致DH显著增强。pepsin处理的样品在热和超声预处理下均显示改善的水解，特别是在较高功率和持续时间下。这些发现表明预处理对DH的影响取决于超声功率、持续时间和酶类型。

3.2. 样品的抗氧化活性

DPPH自由基抑制试验表明，热预处理Alcalase水解样品具有最高的抗氧化活性。在超声预处理样品中，200W处理10min的样品显示最大抑制。papain处理的样品抗氧化活性在各超声条件下相对一致。pepsin处理的样品中，超声预处理略微提高了抗氧化活性，但差异不大。RP-HPLC图谱显示，ZH-Al含有更高浓度的疏水性肽，疏水性在水解产物的抗氧化活性中起关键作用。ABTS自由基抑制试验显示，ZH-Al具有最高的抑制活性，ZU-Al-200,10在超声预处理样品中表现最佳。金属螯合试验中，ZH-Al显示最高的铁离子螯合能力，归因于水解度增加导致羧基和胺基官能团暴露，增强了金属结合能力。

3.3. 组分的抗氧化活性

超滤组分显示不同的DPPH和ABTS清除活性，分级增强了清除效果。低分子量肽（<10kDa）在DPPH和ABTS清除中表现出最强的抑制性能。高分子量肽显示更强的螯合能力，因其羧基和氨基官能团能有效结合铁离子。

3.4. 组分的抗糖尿病活性

高分子量分级样品（10–30kDa）与热预处理（Z-H 10–30）显示更高的α-淀粉酶抑制活性。分级改善了抑制活性，作用机制可能涉及生物活性肽与酶活性位点的相互作用或结合。Z-U 10–30表现出最强的α-葡萄糖苷酶抑制潜力。10–30kDa分子量范围内的肽可能更有效地与α-葡萄糖苷酶的催化区域相互作用，导致更强的抑制效果。

本研究通过酶解结合热和超声预处理，成功增强了zein衍生肽的生物活性。水解度和抗氧化及抗糖尿病潜力因酶和预处理类型而异。热辅助Alcalase水解（ZH-Al）产生具有最高DH和抗氧化活性的水解产物，可能归因于更高浓度的疏水性肽。超滤分级进一步改善了抗氧化活性，低分子量肽段（<10kDa）通常显示更强的抗氧化活性，而高分子量段（10–30kDa）表现出优异的金属螯合能力。值得注意的是，Z-H 10–30段显示最高的α-淀粉酶抑制，而Z-U 10–30段显示最大的α-葡萄糖苷酶抑制效果，可能归因于其肽组成和分子特性增强了与酶活性位点的相互作用。预处理对酶解的影响因所用酶类型而异。热预处理似乎以促进Alcalase作用的方式改变zein结构，从而增强生物活性肽的生产。超声预处理对zein的影响取决于所施加的功率和持续时间，200W功率和10min持续时间对zein结构修饰的影响最显著。总体而言，zein水解产物是具有显著抗氧化和抗糖尿病潜力的可行天然生物活性化合物来源，使其成为功能食品和制药行业中合适的候选应用。