燕麦和紫苏基体的酶辅助预处理:对抗营养因子、蛋白质消化率和支链氨基酸生物可及性的影响

《Food Bioscience》:Enzyme-Assisted Pretreatment of Oat and Perilla Matrices: Effects on Antinutritional Factors, Protein Digestibility, and BCAA Bioaccessibility

【字体: 时间:2026年09月09日 来源:Food Bioscience 6.2

编辑推荐:

   摘要本研究评估了对富含碳水化合物的植物基质进行酶辅助预处理,能否提高燕麦和紫苏蛋白材料的蛋白质消化率和支链氨基酸(BCAA)的生物可及性。燕麦和紫苏样品经α-淀粉酶及细胞壁降解碳水化合物酶复合酶预处理后,再进行模拟胃肠消化。紫苏中的植酸含量从32.06 ± 0.13降至23.

  

摘要

本研究评估了对富含碳水化合物的植物基质进行酶辅助预处理,能否提高燕麦和紫苏蛋白材料的蛋白质消化率和支链氨基酸(BCAA)的生物可及性。燕麦和紫苏样品经α-淀粉酶及细胞壁降解碳水化合物酶复合酶预处理后,再进行模拟胃肠消化。紫苏中的植酸含量从32.06 ± 0.13降至23.42 ± 0.49 mg/g样品,而胰蛋白酶抑制剂活性在燕麦中从1.33 ± 0.12降至0.65 ± 0.07 TIU/mg样品,在紫苏中从1.93 ± 0.08降至1.48 ± 0.09 TIU/mg样品。两种基质中的蛋白质羰基水平也显著降低,表明预处理后可检测到的蛋白质氧化水平下降。然而,这些改善并未一致性地提升消化结果。水解程度在燕麦中没有发生显著变化(未处理组与酶处理组分别为91.32 ± 1.69%和92.99 ± 1.64%),但在紫苏中从80.04 ± 0.87%显著下降至57.12 ± 0.70%。此外,燕麦和紫苏在预处理后的BCAA生物可及性均有所下降,分别从44.90 ± 1.94%降至40.31 ± 1.38%,从23.85 ± 0.02%降至15.28 ± 1.43%。这些发现揭示了植酸含量、胰蛋白酶抑制剂活性及蛋白质羰基含量的降低,与消化过程中BCAA的实际释放之间存在脱钩现象;然而,这些基质依赖性反应背后的机制仍未解决。

引言

与动物来源蛋白相比,植物蛋白来源日益被公认为在可持续性和公共卫生方面具有优势(Day, 2013)。从环境角度来看,大规模生命周期评估一致显示,动物源食品通常比植物蛋白来源带来更高的温室气体排放和土地使用负担,而向以植物为主的膳食模式转变可以显著降低食物系统的负面影响(Poore & Nemecek, 2018)。这些结论与主要的气候减缓综合评估相符,后者强调需求侧措施——如膳食改变和减少对资源密集型食品的依赖——是降低排放和缓解土地使用压力的可信途径(Creutzig et al., 2022)。与此同时,流行病学证据支持强调植物蛋白的潜在健康益处:一项系统评价和荟萃分析报告称,植物蛋白摄入量与全因及心血管死亡风险呈负相关,并提示用植物蛋白来源替代富含动物蛋白的食物可能与更长的寿命相关(Naghshi et al., 2020)。反映出健康与可持续性目标的这一趋同,EAT–柳叶刀委员会提出以多样化植物性食物(包括植物蛋白来源)为核心、相对较低地摄入动物源食品的膳食模式,以同时支持人类健康和地球健康(Kim et al., 2025; Naghshi et al., 2020; Willett et al., 2019)。
然而,与动物蛋白不同,植物蛋白通常被困在完整的细胞和组织基质内,其中蛋白体和富含蛋白的部分被淀粉粒和细胞壁多糖网络(如纤维素、半纤维素和果胶)等共存的结构成分包裹或保护(Aguilera, 2019; Parada & Aguilera, 2007; Waldron et al., 2003)。这些多尺度结构会阻碍水合和膨胀,限制消化酶的扩散,并最终通过限制酶与底物的接触而降低蛋白水解的程度和速率(Aguilera, 2019; Parada & Aguilera, 2007; Singh et al., 2010)。此外,许多植物蛋白成分含有抗营养因子——包括植酸和蛋白酶抑制剂(如胰蛋白酶抑制剂)——它们通过矿物质/蛋白质络合以及直接抑制胃肠道蛋白酶进一步损害蛋白质利用(Gilani et al., 2012; Liener, 1994; Reddy et al., 1982)。总体而言,物理屏障与酶抑制的联合作用会降低蛋白质消化率,并降低氨基酸在胃肠消化过程中的生物可及性和生物利用度(Gilani et al., 2012; Liener, 1994; Parada & Aguilera, 2007; Reddy et al., 1982)。因此,要实现植物蛋白消化行为的机制性理解,在体外消化实验之前并同时进行,必须表征与基质相关的结构属性(如粒径、细胞完整性和蛋白质定位)以及限制消化的成分(如植酸和胰蛋白酶抑制剂活性)(Aguilera, 2019; Gilani et al., 2012; Liener, 1994; Parada & Aguilera, 2007)。
多项既往研究表明,酶处理可通过两条主要途径显著改善植物蛋白的消化与吸收相关指标:(i)针对蛋白的水解,通过生成较小的肽段提高溶解度和蛋白酶敏感性;(ii)针对基质或抗营养素的改造,通过减轻原本限制蛋白水解的物理/化学约束(Bao et al., 2022; Beaubier et al., 2023; Han et al., 2025)。例如,有报道指出,针对蛋白酶的水解可增强体外消化率,同时保持或调节技术功能特性,如对菜籽球蛋白使用Alcalase/Flavourzyme/Prolyve处理(Beaubier et al., 2023)。相反,碳水化合物活性酶可通过破坏植物组织中包裹蛋白的富含碳水化合物的结构屏障,在不直接进行蛋白水解的情况下提高消化率。具体而言,α-淀粉酶主要水解植物基质中的淀粉成分,部分拆解淀粉网络及蛋白质-淀粉复合物,从而增加蛋白质对胃肠道酶的可暴露性(Dhital et al., 2017; Singh et al., 2010)。Viscozyme(一种碳水化合物酶复合酶)进一步降解细胞壁多糖和非淀粉多糖,削弱结构封装并改善完整植物基质内的酶可及性(Guan & Yao, 2008)。重要的是,此类预处理策略旨在改造周围基质而非直接裂解蛋白质,从而为随后的胃肠道蛋白水解及消化过程中的氨基酸释放创造更有利的条件(Dhital et al., 2017; Guan & Yao, 2008; Singh et al., 2010)。同样,专门针对植酸的酶辅助方法也显示出改善的消化行为。植酸酶处理已被证明可通过降低植酸含量、减少植酸相关络合来提高体外消化率及相关生物利用度指标(Bao et al., 2022)。此外,植酸酶处理的 soybean protein 在半动态消化模型下表现出更快的胃消化和减少聚集/凝块形成,支持了降低植酸可改善蛋白水解动力学和消化过程中分散的概念(Han et al., 2025)。总体而言,这些发现提供了有力先例,表明酶预处理可通过削弱蛋白水解的物理和/或化学约束来"解锁"限制消化的植物蛋白体系,这与本研究将氨基酸消化/吸收相关结果与植酸/胰蛋白酶抑制剂水平及蛋白质氧化(羰基形成)变化相联系的设计相一致。
据此,本研究旨在确定,以α-淀粉酶和碳水化合物酶复合酶进行多酶预处理(旨在靶向植物基质中的碳水化合物成分),在模拟胃肠消化条件下,是否伴随着消化前约束因素(植酸、胰蛋白酶抑制剂活性和蛋白质氧化)的变化,以及燕麦和紫苏衍生蛋白材料后续蛋白水解和BCAA生物可及性的变化。

章节摘要

化学试剂

L-亮氨酸、L-异亮氨酸和L-缬氨酸标准品;苯基异硫氰酸酯(PITC);三乙胺;醋酸钠;六水合氯化铁;5-磺基水杨酸二水合物;植酸钠;胰蛋白酶(来源于牛胰腺);Nα-苯甲酰-DL-精氨酸-4-硝基苯胺盐酸盐(DL-BAPA);盐酸胍;四偏磷酸钠;马来酸Tris;以及乙二醇双(2-氨基乙醚)四乙酸(EGTA)均购自Sigma-Aldrich(美国密苏里州圣路易斯)

酶预处理对植物基蛋白来源近化学组成的影响

所选植物基蛋白来源的近化学组成以干重基础(g/100 g DW)列于表1。作为参考蛋白来源的大豆粉显示出较高的粗蛋白含量(49.4 ± 0.0 g/100 g DW),而酶处理的紫苏在所测样品中蛋白质比例最高(57.6 ± 0.1 g/100 g DW)。与紫苏和大豆相比,燕麦样品的碳水化合物含量相对较高,蛋白质含量较低

结论

本研究表明,多酶预处理显著降低了两种基质中的胰蛋白酶抑制剂活性和蛋白质羰基水平,而植酸仅在紫苏中显著降低。然而,这些改善并未一致性地提升消化表现。燕麦在预处理后仍保持较高的水解程度,而紫苏的水解程度(DH)显著下降,两种基质中的BCAA生物可及性均有所下降。这些结果表明,在燕麦和

CRediT作者贡献声明

Soon-Mi Shim:写作——审阅与编辑,监督,项目管理,概念化。Jin Young Lee:资源,方法学,调查,形式分析,数据整理。Yu Young Lee:写作——审阅与编辑,验证,监督,资源,项目管理,方法学,调查,数据整理,概念化。Rixing Cong:写作——原稿撰写,可视化,验证,方法学,调查,形式分析,数据整理

利益冲突

不存在需要声明的利益冲突。

竞争性利益声明

? 作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究由 Rural Development Administration的内部研究资助(PJ01741602)支持。
Rixing Cong|Yu Young Lee|Jin Young Lee|Soon-Mi Shim
韩国世宗大学食品科学与生物技术系,首尔广津区陵东路209号,邮编05006,大韩民国
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号