第二章功能性食品理論基礎 1 生物活性肽基本概念與應用狀況 酪蛋白磷酸肽等 2 活性蛋白的基本概念 3 免疫球蛋白的生物學功能 牛乳中的免疫球蛋白4 乳鐵蛋白的基本性質 生物活性及其影響因素5 溶菌酶的基本性質 加工適應性及其在食品中的應用 第一節(jié)生物活性寡肽與蛋白質 2 一 生物活性肽 簡稱活性肽 生物活性肽 簡稱活性肽 指的是一類分子量小于6000D 具有多種生物學功能的多肽 食用安全性極高 1 生物活性肽的概念 3 2 生物活性肽的的生理功能 調節(jié)體內的水分 電解質平衡 為免疫系統(tǒng)制造對抗細菌和感染的抗體 提高免疫功能 促進傷口愈合 在體內制造酵素 有助于將食物轉化為能量 修復細胞 改善細胞代謝 防止細胞變性 能起到防癌的作用 促進蛋白質 酶 酵素的合成與調控 溝通細胞間 器官間信息的重要化學信使 預防心腦血管疾病 調節(jié)內分泌與神經(jīng)系統(tǒng) 改善消化系統(tǒng) 治療慢性胃腸道疾病 改善糖尿病 風濕 類風濕等疾病 抗病毒感染 抗衰老 消除體內多余的自由基 促進造血功能 治療貧血 防止血小板聚集 能提高血紅細胞的載養(yǎng)能力 4 5 二 主要種類 1 谷胱甘肽 谷胱甘肽 GSH 是由谷氨酸 半胱氨酸和甘氨酸通過肽鍵縮合而成的三肽化合物 廣泛存在于動物肝臟 血液 酵母和小麥胚芽中 6 2 降壓肽 降壓肽的來源 乳酪蛋白的肽類 魚貝類 植物類 大豆多肽 玉米多肽 食用安全性高 對正常人無降血壓作用 功能 易消化吸收 促進脂肪代謝 增強肌力 加速肌紅細胞恢復 抗過敏 降低血清膽固醇 7 3 促鈣吸收肽 酪蛋白磷酸肽 caseinphosphopeptidesCCP 酪蛋白磷酸肽的分子內具有絲氨酸磷酸化結構 對鈣的吸收作用顯著 它是應用生物技術從牛奶蛋白中分離的天然生理活性肽 酪蛋白磷酸肽 酪蛋白磷酸肽 酪蛋白磷酸肽的生理功能主要有以下幾個方面 1 促進成長期兒童骨骼和牙齒的發(fā)育 2 預防和改善骨質疏松癥 3 促進骨折患者的康復 4 預防和改善缺鐵性貧血 5 抗齲齒 8 4 高F值低聚肽 Fischer值 是支鏈氨基酸 Branchedchainaminoacids BC 和芳香族氨基酸 Aromaticminoacids AC 的摩爾比值 蛋白質酶解形成的低分子活性肽 功能 防治肝性腦病 改善蛋白質營養(yǎng)狀況 抗疲勞 在應激情況下直接向肌肉提供能源 可作為高強度工作者和運動員的食品營養(yǎng)劑 9 5 抗菌肽 抗菌活性肽 它通常與抗生素肽和抗病毒肽聯(lián)系在一起 包括環(huán)形肽 糖肽和脂肽 如短桿菌肽 桿菌肽 多粘菌素 乳酸殺菌素 枯草菌素和乳酸鏈球菌肽等 抗菌肽熱穩(wěn)定性較好 具有很強的抑菌效果 10 6 神經(jīng)活性肽 多種食物蛋白經(jīng)過酶解后 會產(chǎn)生神經(jīng)活性肽 如來源于小麥谷蛋白的類鴉片活性肽 它是體外胃蛋白酶及嗜熱菌蛋白酶解產(chǎn)物 神經(jīng)活性肽包括類鴉片活性肽 內啡肽 腦啡肽和其它調控肽 神經(jīng)活性肽對人具有重要的作用 它能調節(jié)人體情緒 呼吸 脈搏 體溫等 與普通鎮(zhèn)痛劑不同的是 它無任何副作用 11 7 免疫活性肽 免疫活性肽能刺激巨噬細胞的吞噬能力 抑制腫瘤細胞的生長 將這種肽稱為免疫活性肽 它分為內源免疫活性肽和外源免疫活性肽兩種 內源免疫活性肽包括干擾素 白細胞介素和 內啡肽 它們是激活和調節(jié)機體免疫應答的中心 外源免疫活性肽主要來自于人乳和牛乳中的酪蛋白 12 8 其它肽類 酸味肽酸味肽通常由酸性氨基酸 谷氨酸鈉鹽和天冬氨酸鈉鹽的二肽或三肽組成 甜味肽甜味肽典型的代表是二肽甜味素和阿力甜素 它們具有味質佳 安全性高 熱量低等特點 苦味肽苦味是有些食品如啤酒 咖啡 奶酪等的重要口感組分 咸味肽某些堿性二肽 如鳥氨酰?；撬?氫氯化物 鳥氨酰基 丙氨酸 氫氯化物表現(xiàn)出強烈的咸味 有時伴隨著Umami風味 增強風味的肽生物活性肽可以通過模擬 掩蔽 增強風味而提高食品的適口性 13 二 氨基酸類 牛黃的成分 1950年結構確定 1960年Curtis實驗證明其對脊髓神經(jīng)元有抑制作用 1969年 Tasper發(fā)現(xiàn)貓覺醒時大腦皮層釋放牛磺酸 1975年Hayer發(fā)現(xiàn)幼貓缺乏?；撬釋е乱暰W(wǎng)膜退化而失明 1 結構 2 氨基乙磺酸 2 功能 普遍存在乳汁 腦 心臟 肌肉中 半胱氨酸代謝而來 缺乏影響生長 視力 心臟 腦功能 一 ?；撬?二 谷胺酰氨 有效防止腸衰竭 14 三 蛋白質類 免疫球蛋白作為重要的蛋白類生物活性物質 目前有著比較廣泛的研究背景和應用潛力 乳鐵蛋白和溶菌酶等作為具有抑菌蛋白已經(jīng)得到廣泛的關注 因此主要介紹它們的基本概念 來源與分布 結構與組成 生物活性等 15 一 免疫球蛋白 免疫球蛋白 Immunoglobulin 簡稱Ig 是一類具有抗體活性 能與相應抗原發(fā)生特異性結合的球蛋白 免疫球蛋白不僅存在于血液中 還存在于體液 粘膜分泌液以及B淋巴細胞膜中 它是構成體液免疫作用的主要物質 與補體結合后可殺死細菌和病毒 因此 可增強機體的防御能力 食物來源的免疫球蛋白 主要是來自乳 蛋等畜產(chǎn)品 近年來人們對牛初乳和蛋黃來源的免疫球蛋白研究開發(fā)的較多 在牛初乳和常乳中 Ig總含量分別為50和0 6mg mL 其中約80 86 為IgG 人乳免疫球蛋白主要以IgA為主 含量為4 1 4 75 g g 從雞蛋黃中提取的免疫球蛋白為IgY 是雞血清IgG在孵卵過程中轉移至雞蛋黃中形成的 其生理活性與雞血清IgG極為相似 相對分子質量164000 其活性易受到溫度 pH的影響 當溫度在60 以上 pH 4時 活性損失較大 16 二乳鐵蛋白 一 Lf的基本性質 1 Lf的基本結構和組成 乳鐵蛋白是一種天然蛋白質的降解物 是一種鐵結合糖蛋白 存在于牛乳和母乳中 乳鐵蛋白晶體呈紅色 是一種鐵結合性糖蛋白 牛乳鐵蛋白的等電點 pI 為8 比人乳鐵蛋白高2個pH單位 在1分子乳鐵蛋白中 含有2個鐵結合部位 谷氨酸 天冬氨酸 亮氨酸和丙氨酸的含量較高 除含少量半胱氨酸外 幾乎不含其他含硫氨基酸 終端含有一個丙氨酸基團 17 二 Lf的生物活性及其影響因素 1 Lf的生物活性乳鐵蛋白具有結合并轉運鐵的能力 到達人體腸道的特殊接受細胞中后再釋放出鐵 這樣就能增強鐵的吸收利用率 降低有效鐵的使用量 減少鐵的負面影響 乳鐵蛋白對鐵的結合 避免了人體內OH 有害物質的生成 乳鐵蛋白生物活性 刺激腸道中鐵的吸收 抑菌作用 抗病毒效應 調節(jié)吞噬細胞功能 調節(jié)發(fā)炎反應 抑制感染部位炎癥 抑制由于Fe2 引起的脂氧化 Fe2 或Fe3 的生物還原劑 如抗壞血酸鹽 是脂氧化的誘導劑 18 三 溶菌酶 溶菌酶 Lysozyme Lz EC 3 2 1 17 又稱胞壁質酶 Muramidase 或N 乙酰胞壁質聚糖水解酶 N Acetylmuramideglycanohydralase 它于1922年由英國細菌學家Fleming在人的眼淚和唾液中發(fā)現(xiàn)并命名 它廣泛存在于鳥 家禽的蛋清 哺乳動物的眼淚 唾液 血漿 尿 乳汁和組織 如肝腎 細胞中 其中以蛋清中含量最為豐富 而人的眼淚 唾液中的Lz活力遠高于蛋清中Lz的活力 19 一 Lz的基本性質 Lz是一種堿性球蛋白 廣泛存在于鳥和家禽的蛋清中 其酶蛋白性質穩(wěn)定 對熱穩(wěn)定性很高 母乳中的Lz活力比雞蛋清Lz高3倍 比牛乳Lz高6倍 Lz是由129個氨基酸組成水解破壞組成微生物細胞壁的N 乙酰葡萄糖胺與N 乙酰胞壁質酸間的 1 4 糖苷鍵 使菌體細胞壁溶解而起到殺死球菌的作用 20 二 Lz的加工適應性 熱穩(wěn)定性Lz在酸性pH下是穩(wěn)定的 此時100 的加熱對Lz僅有很小的活力損失 在pH4 5 100 3min pH5 29 100 3min 下加熱Lz是穩(wěn)定的 一般認為Lz在酸性條件下穩(wěn)定 在堿性條件不穩(wěn)定 21 三 Lz在食品中的應用 由于Lz對多種微生物有抑制作用 因此可以用于食品保藏 目前已經(jīng)用于香腸 魚片 火腿 蔬菜和水果的防腐劑 在日本 Lz還用于豆腐的保存 Lf Lz有防止腸道炎和變態(tài)反應的作用 因此可用于嬰幼兒食品 而且Lz可以使腸道Bifidusbacillus增殖 對嬰幼兒的腸道菌群有平衡作用 溶菌酶還可用于保存海產(chǎn)品 22 二 大豆球蛋白 Glycinin 大豆球蛋白是存在于大豆籽粒中的儲藏性蛋白的總稱 約占大豆總量的30 1 蛋白質的營養(yǎng)價值大豆球蛋白的氨基酸模式 除了嬰兒以外 自2周歲的幼兒至成年人 都能滿足其對必需氨基酸的需要 23 2 降低膽固醇 大豆球蛋白對血漿膽固醇的影響 對血漿膽固醇含量高的人 大豆球蛋白有降低膽固醇的作用 當攝取高膽固醇食物時 大豆球蛋白可以防止血液中膽固醇的升高 對于血液中膽固醇含量正常的人來說 大豆球蛋白可降低血液中LDL HDL膽固醇的比值 作為蛋白質來源的大豆球蛋白 以140g d劑量連續(xù)攝取1個月 可以改善并保持健康狀況 若進一步過量攝取 則會抑制Fe的吸收 不過 攝取量在0 8g kg左右 對Fe Zn等微量元素的利用沒有影響 24 三 酶蛋白 1 超氧化物歧化酶 SOD 超氧化物歧化酶 EC1 15 1 1 是生物體內防御氧化損傷的一種重要的酶 能催化底物超氧自由基發(fā)生歧化反應 維持細胞內超氧自由基處于無害的低水平狀態(tài) SOD是金屬酶 根據(jù)其金屬輔基成分的不同 可將SOD分為三類 銅鋅超氧化物歧化酶 Cu Zn SOD 錳超氧化物歧化酶 Mn SOD 和鐵超氧化物歧化酶 Fe SOD SOD都屬于酸性蛋白 結構和功能比較穩(wěn)定 能耐受各種物理或化學因素的作用 對熱 pH和蛋白水解酶的穩(wěn)定性比較高 通常 在pH5 3 9 5范圍內 SOD催化反應速度不受影響 25 2 SOD的生理功效 清除機體代謝過程中產(chǎn)生過量的超氧陰離子自由基 延緩由于自由基侵害而出現(xiàn)的衰老現(xiàn)象 如延緩皮膚衰老和脂褐素沉淀的出現(xiàn) 提高人體對由于自由基侵害而誘發(fā)疾病的抵抗力 包括腫瘤 炎癥 肺氣腫 白內障和自身免疫疾病等 提高人體對自由基外界誘發(fā)因子的抵抗力 如煙霧 輻射 有毒化學品和有毒醫(yī)藥品等 增強機體對外界環(huán)境的適應力 減輕腫瘤患者在進行化療 放療時的疼痛及嚴重的副作用 如骨髓損傷或白細胞減少等 消除機體疲勞 增強對超負荷大運動量的適應力 26 思考題 1 多肽的保健價值2 簡述免疫球蛋白的種類和生物學功能 3 請說明乳鐵蛋白與轉鐵蛋白關系 并簡述乳鐵蛋白的生物活性 4 簡述溶菌酶的生物活性及其在食品中的應用 請閱讀有關文獻 闡述其他蛋白類生物活性物質的名稱和所具有的生物活性 27 第二節(jié)活性多糖 多糖是由糖甙鍵連接起來的醛糖或酮糖組成的天然大分子 多糖是所有生命有機體的重要組成成分并與維持生命所必需的多種功能有關 大量存在于藻類 真菌 高等陸生植物中 具有生物學功能的多糖又被稱為 生物應答效應物 biologicalresponsemodifier BRM 或活性多糖 activepolysaccharides 很多多糖都具有抗腫瘤 免疫 抗補體 降血脂 降血糖 通便等活性 28 一 膳食纖維 一 膳食纖維的定義1 膳食纖維膳食纖維 Dietaryfiber 即食物中不被消化吸收的植物成分 1976年又擴展為 不被人體消化吸收的多糖類碳水合物和木質素 主要是指那些不被人體消化吸收的多糖類碳水化合物與木質素 以及植物體內含量較少的成分如糖蛋白 角質 蠟等 29 膳食纖維定義 凡是不能被人體內源酶消化吸收的可食用植物細胞 多糖 木質素以及相關物質的總和 這一定義包括了食品中的大量組成成分如纖維素 半纖維素 木質 膠質 改性纖維素 粘質 寡糖 果膠以及少量組成成分如蠟質 角質 軟木質 30 2 膳食纖維與粗纖維的區(qū)別 傳統(tǒng)意義上的粗纖維是指植物經(jīng)特定濃度的酸 堿 醇或醚等溶劑作用后的剩余殘渣 強烈的溶劑處理導致幾乎100 水溶性纖維 50 60 半纖維素和10 30 纖維素被溶解損失掉 因此 對于同一種產(chǎn)品 其粗纖維含量與總膳食纖維含量往往有很大的差異 31 二 膳食纖維的分類 膳食纖維有許多種分類方法 1 溶解特性不溶性膳食纖維水溶性膳食纖維 32 2 來源分類 植物來源如 纖維素 半纖維素 木質素 果膠 阿拉伯膠 愈瘡膠和半乳甘露聚糖等 動物來源如 甲殼素 殼聚糖和膠原等 海藻多糖類如 海藻酸鹽 卡拉膠和瓊脂等 微生物多糖 黃原膠等 合成類如 羧甲基纖維素等 33 三 膳食纖維的化學組成與物化性質 1 膳食纖維的化學組成膳食纖維的化學組成包括三大類 纖維狀碳水化合物 纖維素 基質碳水化合物 果膠類物質等 填充類化合物 木質素 其中 構成細胞壁的初級成分 通常是死組織 沒有生理活性 來源不同的膳食纖維 其化學組成的差異可能很大 34 2 膳食纖維的物化特性 1 高持水力 2 吸附作用 3 對陽離子有結合和交換能力 4 無能量填充劑 5 發(fā)酵作用 6 溶解性與粘性 35 3 膳食纖維的生理功能 1 調整腸胃功能 整腸作用 防止便秘 改善腸內菌群和輔助抑制腫瘤作用 緩和由有害物質所導致的中毒和腹瀉 2 調節(jié)血糖值 3 調節(jié)血脂 4 控制肥胖 5 消除外源有害物質 36 37 四 膳食纖維的缺點 過量攝入可能造成的一些副作用 1 束縛Ca2 和一些微量元素 2 束縛人體對維生素的吸收和利用 3 引起不良生理反應 38 膳食纖維的應用 1 在焙烤食品中的應用 2 在果醬 果凍食品中的應用 3 在制粉業(yè)中的應用 4 在制糖業(yè)中的開發(fā)應用 5 在餡料 湯料食品中的應用 6 在油炸食品中的應用7 在飲料制品中的應用 39 二 真菌多糖 真菌多糖是從真菌子實體 菌絲體 發(fā)酵液中分離出的 可以控制細胞分裂分化 調節(jié)細胞生長衰老的一類活性多糖 真菌多糖主要有香菇多糖 靈芝多糖 云芝多糖 銀耳多糖 冬蟲夏草多糖 茯苓多糖 金針菇多糖 黑木耳多糖等 研究表明 香菇多糖 銀耳 靈芝多糖 茯苓多糖等食藥性真菌多糖具有抗腫瘤 免疫調節(jié) 抗突變 抗病毒 降血脂 降血糖等方面功能 40 物理性質與功效的關系 多糖溶于水是其發(fā)揮生物學活性的首要條件 真菌多糖的抗腫瘤活性與分子量大小有關 分子量越大其結構功能單位越多 抗癌活性越強 降低多糖粘度 提高其活性 41 二 生理功能 1 真菌多糖的免疫調節(jié)功能2 抗腫瘤的功能 3 真菌多糖的抗突變作用4 降血壓 降血脂 降血糖的功能5 真菌多糖的抗病毒作用6 真菌多糖的抗氧化作用7 真菌多糖的其它功能 真菌多糖還具有抗輻射 抗?jié)兒涂顾ダ系裙δ?42 三 加工 真菌多糖的加工方法有兩種 一種是從栽培真菌子實體提取 另一種是發(fā)酵法短時間生產(chǎn)大量的真菌菌絲體 43 第三節(jié)功能性甜味劑 44 功能性甜味劑分為四大類 1 功能性單糖 2 功能性低聚糖 3 多元糖醇 4 強力甜味劑 功能性甜味劑以其特殊的生理功能 既能滿足人們對甜食的偏愛 又不會引起副作用 并對糖尿病 肝病患者有一定的輔助治療作用 功能甜味劑將是21世紀發(fā)展的方向 它對發(fā)展食品工業(yè) 提高人們的健康水平 豐富人們的物質生活起著重要的作用 45 功能性單糖的生理代謝性質 一 果糖的生理代謝性質果糖優(yōu)于其它甜味劑的最重要的是其生理代謝特性 果糖在體內的代謝不受胰島素的控制 在肝臟內果糖首先磷酸化生成1 磷酸果糖 然后分解成丙糖 丙糖進一步合成為葡萄糖和甘油三酯或進入酵解途徑 身體正常的人僅有極少量葡萄糖從肝臟釋放出來 因此人體攝入果糖不會引起攝入葡萄糖和蔗糖容易引起的嚴重的飯后血糖高峰和低血糖 果糖在體內代謝不會產(chǎn)生乳酸 不會引起肌肉酸痛 倦怠感 果糖與體內的細胞結合力強 在極穩(wěn)定的狀態(tài)下釋放熱能 具有強化人體耐力及代謝的效果 是運動飲料的良好甜味劑 46 功能性低聚糖 低聚糖 Oligosaccharide 或寡糖 由2 10個分子單糖通過糖苷鍵連接形成直鏈或支鏈的低度聚合糖 低聚糖主要分二大類 一類是 1 4葡萄糖苷鍵等連接的低聚糖 稱為直接低聚糖或普通低聚糖 如蔗糖 乳糖 麥芽糖 麥芽三糖和麥芽四糖 另一類是以 1 6葡萄糖苷鍵連接的低聚糖稱為雙歧增殖因子 已知的功能性低聚糖有1000多種 自然界中只有少數(shù)食品中含有天然的功能性低聚糖 例如 洋蔥 大蒜 天門冬 菊苣根和伊斯蘭洋薊塊莖等含有低聚果糖 大豆中含有大豆低聚糖 47 低聚糖的生理功能 一 直接生理功能1 低熱量 難消化 2 有水溶性膳食纖維作用3 抗齲齒4 腸道中有益菌群雙歧桿菌增殖 48 二 間接生理功能 1 抑制病原菌2 抑制有毒物代謝和有害酶的產(chǎn)生3 防止腹瀉4 防止便秘5 降低血清膽固醇6 保護肝功能7 降低血壓的作用8 提高機體免疫力 抗腫瘤9 營養(yǎng)素吸收促進作用 產(chǎn)生營養(yǎng)素10 血糖值的改善作用 49 二 功能性低聚糖的攝入劑量和副作用 功能性低聚糖純品日攝入有效劑量是低聚果3 0g 低聚半乳糖2 0 2 5g 大豆低聚糖2 0g 低聚木糖0 7g Hata等報道大豆低聚糖最大的不引起腹瀉劑量為男人0 64g kg女人0 96g kg Spiesel等報道低聚果糖引起腹瀉的最小劑量男人44g 女人49g 低聚半乳糖急性中毒的LD50 15g kg 對兔 50 三 功能性低聚糖的種類 低聚糖產(chǎn)品中有的以原料冠其首命名 如大豆低聚糖 其中主要含的是水蘇糖 少量棉籽糖 還有蔗糖 有的則以單糖或二糖基命名 如低聚異麥芽 低聚果糖 低聚半乳糖 低聚果糖 乳酮糖 也稱乳果糖或異構乳糖 低聚龍膽糖 低聚木糖 帕拉金糖學名為異麥芽酮糖 海藻糖等 51 第四節(jié)功能性油脂 本節(jié)要點多不飽和脂肪酸的結構 分類 生理功能及來源 多不飽和脂肪酸的分析 多不飽和脂肪酸的保護與安全性 磷脂的分類 結構及理化性質 磷脂的生理功能 52 一 多不飽和脂肪酸 一 多不飽和脂肪酸的結構與分類1 定義 多不飽和脂肪酸 Polyunsaturatedfattyacids PUFA 是指含有兩個或兩個以上雙鍵且碳鏈長為18 22個碳原子的直鏈脂肪酸 是研究和開發(fā)功能性脂肪酸的主體和核心 2 種類 亞油酸 LA 亞麻酸 GLA 花生四烯酸 AA 二十碳五烯酸 EPA 二十二碳六烯酸 DHA 等 亞油酸及亞麻酸被公認為人體必需的脂肪酸 EA 在人體內可進一步衍化成具有不同功能作用的高度不飽和脂肪酸 如AA EPA DHA等 53 3 命名 目前有三種命名體系多不飽和脂肪酸因其結構特點及在人體內代謝的相互轉化方式不同 主要可分成 3 6兩個系列 在多不飽和脂肪酸分子中 距羧基最遠端的雙鍵是在倒數(shù)第3個碳原子上的稱為 3或n 3多不飽和脂肪酸 如 在第6個碳原子上的 則稱為 6 n 6 多不飽和脂肪酸 3和 6兩個系列的主要種類及化學結構如下 3系列 包括十八碳三烯酸 俗稱 亞麻酸 ALA 二十碳五烯酸 EPA 二十二碳六烯酸 DHA 6系列 包括十八碳二烯酸 俗稱亞油酸 LA 十八碳三烯酸 俗稱 亞麻酸 GLA 二十碳四烯酸 俗稱花生四烯酸 AA 54 3系列結構式 55 6系列結構式 56 二 多不飽和脂肪酸的生理功能 1 多不飽和脂肪酸與細胞生長2 多不飽和脂肪酸的抗癌作用3 多不飽和脂肪酸的免疫調節(jié)作用 57 三 多不飽和脂肪酸的來源 1 多不飽和脂肪酸的動植物資源 1 亞油酸亞油酸作為最早被確認的必需脂肪酸和重要的多不飽和脂肪酸 在我們日常食用的絕大部分油脂中的含量都在9 以上 而且在主要食用植物油脂如大豆油 棉籽油 菜子油 葵花籽油 花生油 米糠油 芝麻油等食用油脂中的含量都較高 還有一些含亞油酸特別高的油脂資源 58 2 亞麻酸 亞麻酸在大豆油 菜子油 葵花籽油中都有一定的含量 相對于亞油酸而言 亞麻酸的資源和日常可獲得性要差很多 但在一些藻類與微生物中存在較多的 亞麻酸資源 亞麻酸含量較高的一些植物油脂資源 多媒體示表 3 亞麻酸含量較高的 亞麻酸資源在自然界和人類食物中不太常見 而且因其含量比例低很難成為有經(jīng)濟價值的可利用資源 如燕麥和大麥中的脂質含有0 25 1 0 的 亞麻酸 乳脂中含0 1 0 35 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)一些植物的油籽中含有較為豐富的 亞麻酸 多媒體示表 4 DHA和EPA陸地植物油中幾乎不含EPA與DHA 在一般陸地動物油中也測不出 但高等動物的某些器官與組織中 例如眼 腦 睪丸等中含有較多的DHA 海藻類及海水魚是EPA與DHA的重要來源 在海產(chǎn)魚油中或多或少地含有AA EPA DPA DHA四種脂肪酸 以EPA和DHA的含量較高 59 2 多不飽和脂肪酸的微生物資源 由于動物 植物資源的種種限制 人們將尋求PUFA的目光轉向微生物資源 而微生物本身具有低成本 培養(yǎng)迅速 生產(chǎn)周期短 可以規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點 因而有著非常廣闊的前景 PUFA廣泛存在于微藻類 細菌真菌的細胞中 但不同種類以及不同菌株含量及組成不同 60 二 磷脂 一 磷脂的定義及分類甘油醇磷脂是由甘油 脂肪酸 磷酸和其他基團 如膽堿 氨基乙醇 絲氨酸 脂性醛基 脂酰基或肌醇等的一或二種 所組成 是磷脂酸的衍生物 甘油醇磷脂包括卵磷脂 腦磷脂 絲氨酸磷脂和氨基乙醇磷脂 肌醇磷脂 縮醛磷脂和心肌磷脂 神經(jīng)氨基醇磷脂是神經(jīng)氨基醇 簡稱神經(jīng)醇 脂酸 磷酸與氮堿組成的脂質 它同甘油醇磷脂的組分差異僅僅是醇 前者是甘油醇 而后者是神經(jīng)醇 且脂酸與氨基相連 神經(jīng)氨基醇磷脂也有稱為非甘油醇磷脂 61 二 磷脂的結構及理化性質 1 甘油醇磷脂 甘油醇磷脂的基本結構 式中R1 R2表示脂?；奶細浠?X表示氮堿基或其他化學基團 功能 62 1 卵磷脂 膽堿磷脂 磷脂酰膽堿 結構 卵磷脂分子含甘油 脂酸 磷酸 膽堿等基團 甘油三酯的脂酰基被磷酸膽堿基取代 自然界存在的卵磷脂為L 卵磷脂 其結構式為 卵磷脂分子中的脂肪酸隨不同磷脂而異 天然卵磷脂常常是含有不同脂肪酸的幾種卵磷脂的混合物 63 2 腦磷脂 氨基乙醇磷脂 絲氨酸磷脂 腦磷脂是腦組織和神經(jīng)組織中提取的磷脂 心 肝及其他組織中也含有 常與卵磷脂共同存在于組織中 結構 兩種腦磷脂的結構與卵磷脂的相似 只是分別以氨基乙醇或絲氨酸代替膽堿的位置 以其羥基 OH與磷酸脫水結合 性質 腦磷脂的脂肪酸通常有四種 即軟脂酸 硬脂酸 油酸及少量二十碳四烯酸 性質與卵磷脂相似 不溶于丙酮 也不溶于乙醇 溶于乙醚 因此可以與卵磷脂分開 64 3 肌醇磷脂 磷脂酰肌醇 肌醇磷脂是一類由磷脂酸與肌醇結合的脂質 結構與卵磷脂 腦磷脂相似 是由肌醇代替膽堿位置構成 65 三 磷脂的生理功能 1 調整生物膜的形態(tài)和功能2 促進神經(jīng)傳導 提高大腦活力3 促進脂肪代謝 防止脂肪肝4 降低血清膽固醇 改善血液循環(huán) 預防心血管疾病 66 四 磷脂的來源 磷脂存在于所有動 植物的細胞內 在植物中則主要分布于種子 堅果及谷類中 在人類和其它動物體內 磷脂主要存在于腦 腎及肝等器官內 其中主要加以利用的來源為雞蛋黃 大豆等 67 第五節(jié)自由基清除劑 要點自由基理論的產(chǎn)生機理及來源自由基對機體活動的影響自由基清除劑的基本概念 68 英國人Harman于1956年提出了自由基學 該學說認為 自由基攻擊生命大分子造成組織細胞損傷 是引起機體衰老的根本原因 也是誘發(fā)腫瘤等惡性疾病的重要起因 自由基 Freeradical 是人體生命活動中各種生化反應的中間代謝產(chǎn)物 具有高度的化學活性 是機體有效的防御系統(tǒng) 若不能維持一定水平則會影響機體的生命活動 但自由基產(chǎn)生過多而不能及時地清除 它就會攻擊機體內的生命大分子物質及各種細胞器 造成機體在分子水平 細胞水平及組織器官水平的各種損傷 加速機體的衰老進程并誘發(fā)各種疾病 69 一 自由基的產(chǎn)生機理及來源 自由基又叫游離基 它是由單質或化合物的均裂 HomdyticFission 而產(chǎn)生的帶有未成對電子的原子或基團 它的單電子有強烈的配對傾向 傾向于以各種方式與其他原子基團結合 形成更穩(wěn)定的結構 因而自由基非?；顫?成為許多反應的活性中間體 人體內的自由基分為氧自由基和非氧自由基 氧自由基占主導地位 大約占自由基總量的95 氧自由基包括超氧陰離子 O2 過氧化氫分子 H2O2 羥自由基 OH 氫過氧基 HO2 烷過氧基 ROO 烷氧基 RO 氮氧自由基 NO 過氧亞硝酸鹽 ONOO 氫過氧化物 ROOH 和單線態(tài)氧 1O2 等 它們又統(tǒng)稱為活性氧 reactiveoxygenspecies ROS 都是人體內最為重要的自由基 非氧自由基主要有氫自由基 H 和有機自由基 R 等 70 產(chǎn)生因素 人體細胞在正常的代謝過程中 或者受到外界條件的刺激 如高壓氧 高能輻射 抗癌劑 抗菌劑 殺蟲劑 麻醉劑等藥物 香煙煙霧和光化學空氣污染物等作用 都會刺激機體產(chǎn)生活性氧自由基 自由基反應包含3個階段 即引發(fā) 增長和終止階段 71 自由基的來源 超氧陰離子自由基 O2 非常重要 從黃嘌呤氧化酶 NADPH氧化酶通過酶的一電子還原作用釋放的氧產(chǎn)生的或由呼吸鏈裂解生成的 人體利用的氧氣中約有1 3 轉化為O2 過氧化氫分子 H2O2 一種重要的非自由基活性物 容易在活細胞中擴散 過氧化氫酶能有效地將其轉變成水 生成氧自由基 羥自由基 OH 活性最強 其半衰期估計為10 9秒 其產(chǎn)生后能迅速起反應 在射線等高能輻射下 通過體內水的均裂作用或經(jīng)金屬催化過程由內源的過氧化氫分子形成 紫外線能將過氧化氫分子分裂成兩個羥自由基分子 過氧基自由基 半衰期比較長 可達數(shù)秒 在生物系統(tǒng)中擴散的途徑相當長 在脂質過氧化過程中 從多不飽和脂肪酸去掉一個氫原子開始 能形成過氧基自由基 羥自由基能啟動這一反應過程 烷氧自由基 RO 和有機的氫過氧化物 ROOH 脂質過氧化作用進一步產(chǎn)生 后者可能重排成為內過氧化物中間產(chǎn)物 然后分裂產(chǎn)生乙醛 72 單線態(tài)分子氧 1O2 另一種非自由基的活性物 可能是體內的組織暴露于光中形成的 其半衰期估計為10 6秒 具體時間取決于周圍基質的性質 它能通過轉移其激發(fā)態(tài)能量或通過化學結合與其它分子相互作用 單線態(tài)分子氧優(yōu)先發(fā)生化學反應的靶為雙鍵部位 氧化氮自由基 NO 它是精氨酸在酶作用下形成的一種信號化合物 能松弛血小管平滑肌 防止血小板的凝集 從而降低血壓 也可通過激活參與初級免疫的巨嗜細胞而產(chǎn)生 它的半衰期為6 50秒 很容易與氧發(fā)生反應 反應產(chǎn)物NO2也是自由基 它還能與生物分子直接反應或與O2 結合形成過氧亞硝酸鹽 ONOO NO 過多會產(chǎn)生細胞毒性 73 二 自由基對機體生命活動的影響 一 自由基積極的生物學功能1 增強白細胞的吞噬功能 提高殺菌效果2 促進前列腺素的合成3 參與脂肪加氧酶的生成4 參與膠原蛋白的合成5 參與肝臟的解毒作用6 參加凝血酶原的合成7 參與血管壁松弛而降血壓8 殺傷外來微生物和腫瘤細胞 74 二 自由基對生命大分子的損害 1 自由基對核酸的損害導致細胞死亡 2 自由基對蛋白質的損害改變酶蛋白的化學結構 導致酶生物活性的喪失 3 自由基對糖類的損害 自由基通過氧化性降解使多糖斷裂 如影響腦脊液中的多糖 從而影響大腦的正常功能 4 自由基對脂質的損害 脂質中的多不飽和脂肪酸由于含有多個雙鍵而化學性質活潑 最易受自由基的破壞 發(fā)生過氧化反應 引起膜中蛋白質及酶的交聯(lián)或失活 導致膜通透性的變化 嚴重影響膜的各種生理功能 75 三 衰老自由基學說 1 生命大分子的交聯(lián)聚合和脂褐素的累積2 器官組織細胞的破壞與減少3 免疫功能的降低 76 四 自由基與疾病的關系 1 自由基與心血管疾病2 自由基與癌癥3 自由基與肺氣腫4 自由基與缺血后重灌流損傷5 自由基與眼病6 自由基與炎癥7 自由基與貧血8 自由基與癲癇 77 三 自由基清除劑 少量的氧自由基 促進細胞增殖 刺激白細胞和吞噬細胞殺滅細菌 消除炎癥 分解毒物 人體內自由基的數(shù)量過多 就會對生物膜和其他組織造成損傷 破壞細胞結構 干擾人體的正常代謝活動 引起疾病 加速人體衰老進程 生命有機體內會產(chǎn)生一些物質能清除這些自由基 將它們統(tǒng)稱為自由基清除劑 Scavenger 分為酶類清除劑和非酶類清除劑兩大類 酶類清除劑一般為抗氧化酶 主要有超氧化物歧化酶 SOD 過氧化氫酶 CAT 谷胱甘肽過氧化物酶 GPX 等幾種 非酶類自由基清除劑一般包括黃酮類 多糖類 維生素C 維生素E 胡蘿卜素和還原型谷胱甘肽 GSH 等活性肽類 自由基清除劑大多為抗氧化劑 78 自由基清除劑發(fā)揮作用必須滿足三個條件 第一 自由基清除劑要有一定的濃度 第二 因為自由基活潑性極強 一旦產(chǎn)生馬上就會與附近的生命大分子起作用 所以自由基清除劑必須在自由基附近 并且能以極快的速度搶先與自由基結合 否則就起不到應有的效果 第三 在大多數(shù)情況下 清除劑與自由基反應后會變成新的自由基 這個新的自由基的毒性應小于原來自由基的毒性才有防御作用 人為地由膳食補充自由基清除劑 從而達到防御疾病 延緩衰老的目的 79 二 酶類自由基清除劑 一 超氧化物歧化酶 superoxidedismutase SOD 超氧化物歧化酶 SOD 是目前研究得最深入 應用得最廣泛的一種酶類自由基清除劑 1 種類 結構及分布1968年 美國人McCord在Fridovich指導下 從牛紅細胞中提取Cu Zn的酶蛋白質 并發(fā)現(xiàn)它能催化O2 歧化 所以把這種酶蛋白命名為超氧化物歧化酶 英文簡稱為SOD SOD存在于幾乎所有靠氧呼吸的生物體內 包括細菌 真菌 高等植物 高等動物和人體中 SOD是一類含金屬的酶 按其所含金屬輔基不同可分為含銅鋅SOD Cu Zn SOD 含錳SOD Mn SOD 和含鐵SOD Fe SOD 3種 80 含銅鋅金屬輔基的Cu Zn SOD是最為常見的一種酶 主要存在于真核細胞的細胞質中或高等植物的葉綠體基質 類囊體內以及線粒體膜間隙中 在動物血液 牛肝 豬肝 牛心 豌豆 麥葉等動植物組織中均有存在 是目前應用最廣泛的一類酶 該酶由兩條肽鏈組成 每條肽鏈含有銅 鋅原子各一個 活性中心的核心是銅 Fe SOD主要存在于原核細胞中 一些真核藻類甚至高等植物如銀杏 檸檬 番茄等組織內也有存在 此酶也由兩條肽鏈組成 一般每個二聚體含有一個鐵原子 Mn SOD主要存在于原核細胞和真核細胞的線粒體中 在植物的葉綠體基質 類囊體內也會存在 在人體肝臟中含量較高 此酶的純品呈粉紅色 由兩條或四條肽鏈組成 81 2 理化及生物學特性 SOD屬酸性蛋白酶 對pH 熱和蛋白酶水解等反應比一般酶穩(wěn)定 又由于SOD屬于金屬酶 其性質不僅取決于蛋白質 還取決于結合到活性部位的金屬離子 三類SOD的活性中心都含有金屬離子 如采用物理或化學方法除去金屬離子 則酶活喪失 如重新加上金屬離子 則酶活又恢復 SOD是生物體內防御氧化損傷的一種十分重要的金屬酶 對氧自由基有強烈清除作用 特別對于超氧陰離子 O2 SOD可將其催化歧化而生成H2O2和O2 故SOD又稱為清除超氧陰離子自由基的特異酶 82 3 SOD的生理功能及應用 1 清除體內產(chǎn)生的過量的超氧陰離子自由基 保護DNA 蛋白質和細胞膜免遭O2 的破壞作用 2 提高人體對自由基外界誘發(fā)因子的抵抗力 增強機體對煙霧 輻射 有毒化學品及醫(yī)藥品的適應性 3 增強人體自身的免疫力 提高人體對自由基受損引發(fā)的一系列疾病的抵抗力治療由于免疫功能下降而引發(fā)的疾病 4 清除放療所誘發(fā)的大量自由基 從而減少正常組織的損傷 5 消除疲勞 增強對劇烈運動的適應力 SOD已廣泛地應用于人們生活的各個方面SOD在醫(yī)療上的應用 對治療關節(jié)炎和類風濕性關節(jié)炎療效顯著 此外 SOD對治療癌癥 缺血后重灌流損傷 肺氣腫 白內障 糖尿病 貧血等疾病均有療效 SOD在食品方面的應用也極為廣泛 83 SOD應用的局限性 1 半衰期短 SOD的體內半衰期為6 8分鐘 體外半衰期 25 時 為9 10天 2 代謝速率快 3 酶分子量大 均在32000以上 因此 透皮或透膜吸收困難 體內或細胞內作用弱 4 酶制劑不宜口服 口服易被胃酸變性 胃蛋白酶和胰蛋白酶水解破壞 5 大分子異性蛋白 不宜大劑量 長時間使用 6 對靶細胞或靶部位的親和力低 藥用趨向性不明顯 因此 對疾病的療效缺乏特異性作用 7 酶的穩(wěn)定性不高 對理化因素較為敏感 8 藥物作用單一性大 常規(guī)劑量單獨使用療效欠佳 84 4 SOD的制備 SOD廣泛存在于動 植物和微生物體內 但目前我國主要是從動物血液中提取 受到血源和得率的限制 影響了SOD的生產(chǎn)成本和推廣應用 85 二 過氧化氫酶 catalase CAT 過氧化氫酶是另一種酶類清除劑 又稱為觸酶 是以鐵卟啉為輔基的結合酶 它可促使H2O2分解為分子氧和水 清除體內的過氧化氫 從而使細胞免于遭受H2O2的毒害 是生物防御體系的關鍵酶之一 CAT作用于過氧化氫的機理實質上是H2O2的歧化 必須有兩個H2O2先后與CAT相遇且碰撞在活性中心上 才能發(fā)生反應 H2O2濃度越高 分解速度越快 幾乎所有的生物機體都存在過氧化氫酶 其普遍存在于能呼吸的生物體內 主要存在于植物的葉綠體 線粒體 內質網(wǎng) 動物的肝和紅細胞中 其酶促活性為機體提供了抗氧化防御機理 86 三 谷胱甘肽過氧化物酶 GPX 谷胱甘肽過氧化物酶 GPX 是在哺乳動物體內發(fā)現(xiàn)的第一個含硒酶 它于1957年被Mills首先發(fā)現(xiàn) 但直到1973年才由Flohe和Rotruck兩個研究小組確立了GPX與硒之間的聯(lián)系 研究表明 硒是谷胱甘肽過氧化酶 Se GPX 的活性成分 是GPX催化反應的必要組分 它以硒代半胱氨酸 Sec 的形式發(fā)揮作用 攝入硒不足時使Se GPX酶活力下降 在體內處于低硒水平時 活力與硒的攝入量呈正相關 但到一定水平時 酶活力不再隨硒水平上升而上升 Se GPX存在于胞漿和線粒體基質中 它以谷胱甘肽 GSH 為還原劑分解體內的氫過氧化物 能使有毒的過氧化物還原成無毒的羥基化合物 并使過氧化氫分解成醇和水 因而可防止細胞膜和其它生物組織免受過氧化損傷 它同體內的超氧化物歧化酶 SOD 和過氧化氫酶 CAT 一起構成了抗氧化防御體系 因而在機體抗氧化中發(fā)揮著重要作用 87 三 非酶類自由基清除劑 一 維生素類維生素不僅是人類維持生命和健康所必需的重要營養(yǎng)素 還是重要的自由基清除劑 對氧自由基具有清除作用的維生素主要有維生素 維生素 及維生素 的前體 胡蘿卜素 88 二 黃酮類化合物 黃酮類化合物泛指兩個苯環(huán)通過中央三碳鏈相互聯(lián)結而成的一系列C6 C3 C6化合物 主要是指以2 苯基色原酮為母核的一類化合物 在植物界廣泛分布 黃酮是具有酚羥基的一類還原性化合物 在復雜反應體系中 由于其自身被氧化而具有清除自由基和抗氧化作用 其作用機理是與 2 反應阻止自由基的引發(fā) 與金屬離子螯合阻止 OH的生成 與脂質過氧化基ROO 反應阻斷脂質過氧化 黃酮及其某些衍生物具有廣泛的藥理學特性 包括抗炎 抗誘變 抗腫瘤形成與生長等活性 黃酮在生物體外和體內都具有較強的抗氧化性 具有許多藥理作用 對人的毒副作用很小 是理想的自由基清除劑 目前已發(fā)現(xiàn)有4000多種黃酮類化合物 可分為如下幾類 黃酮 兒茶素 花色素 黃烷酮 黃酮醇和異黃酮 89 四 富含自由基清除劑的食品 對此類食品的研究大致有兩個方向 一是從天然動植中提取有效成分 添加于各種飲料或固態(tài)食品中作為功能性食品的功能因子或食品營養(yǎng)強化劑 目前已有添加SOD的蛋黃醬 牛奶 可溶性咖啡 啤酒 白酒 果汁飲料 礦泉水 奶糖 酸牛乳 冷飲類等類型的功能性食品面市 二是利用微生物發(fā)酵或細胞培養(yǎng) 得到自由基清除劑含量豐富的產(chǎn)品 90 在許多天然動植物中含有抗自由基的活性成分 如姜含揮發(fā)油和姜辣素 其成份有姜酚 姜酮和姜烯酚 綠茶的主要成分茶多酚 銀杏 竹葉的有效成分黃酮和酚類 各種果品蔬菜中的維生素 還有一些中藥如白首烏 五味子 葛根 小葉女貞 柴胡 車前子等也含有多種活性成分 另外 黨參 靈芝等真菌中的多糖也是有效的活性成分 在動物的肝臟等器官 血液中也可提取有關的活性成分 利用微生物發(fā)酵或細胞培養(yǎng)生產(chǎn)功能因子 也是目前研究的熱點 如在固體培養(yǎng)基上人工培育冬蟲夏草 由預處理的大豆經(jīng)少孢根霉短期固態(tài)發(fā)酵生成丹貝異黃酮 用大蒜細胞培養(yǎng)或深紅酵母生產(chǎn)SOD 這些方法不受氣候 季節(jié)的限制 可實現(xiàn)工業(yè)化的連續(xù)生產(chǎn)