《食品科学》：自然资源部第三海洋研究所洪碧红教授级高级工程师等：食源性活性肽递送系统的研究进展

  食源性活性肽（FBPs）是指由食物蛋白水解产生的各种氨基酸序列片段，通常由2～20 个氨基酸组成，分子质量小于6 kDa。FBPs不仅营养丰富，同时具有免疫调节、缓解疲劳、抗氧化、降血压等重要生理功效，在预防和减轻各种慢性疾病中起非消极作用，引起了人们广泛的关注。 目前，国内外对于FBPs的研究大多分布在在制备技术和生物学功能等方面，并取得了不错的进展，但这些基础研究向实际应用转化率较低。

  福建农林大学食品科学学院的陈梅香和自然资源部第三海洋研究所 海洋生物资源开发利用工程技术创新中心的张洋、洪碧红*等人 讨论了制约FBPs在食品制造业中有效利用的重要的因素，汇集分析了脂质体、乳液、聚合物纳米颗粒、水凝胶这4 种递送系统在包埋、保护和递送FBPs中的应用进展，总结了FBPs递送系统所面临的问题，同时对其未来研究重点提出建议。

  FBPs在前体蛋白质结构中不活跃，需要经外源性蛋白或内源性蛋白酶水解、化学水解或微生物发酵等方式从食物蛋白质中释放开来才能发挥作用（图1）。FBPs的蛋白来源丰富，根据蛋白属性可分为3 类——植物源、动物源和微生物源。植物源蛋白大多来自谷物和蔬果，研究较多的有玉米蛋白、核桃蛋白、大豆蛋白等；动物源蛋白大多数来源于禽肉、蛋、乳制品、昆虫和海洋生物，如牛奶、鸡肉、罗非鱼等；来自微生物的FBPs相对较少，大多数来源于菌类和藻类，如酵母、纳豆芽孢杆菌、螺旋藻等。由于蛋白结构的复杂性，不同蛋白来源FBPs的生物活性各不相同，这些FBPs具有安全性高、成本低等共同优点，是现代保健食品和药物开发不可或缺的组分。

  食物蛋白水解后产生的FBPs呈甜味、鲜味、咸味和苦味等滋味，从而赋予产品丰富的口感和味道。其中，苦味在很大程度上影响了产品的感官品质，降低了消费者的接受度和购买意愿。FBPs产生的苦味与多种因素相关。疏水性氨基酸是影响FBPs苦味的主要的因素，二者呈正相关。但疏水性氨基酸对FBPs的活性具备极其重大影响，大多数抗氧化肽和血管紧张素转换酶（ACE）抑制肽中通常富有丰富的疏水性氨基酸。

  目前，降低FBPs苦味的方法有进一步水解肽段、膜分离及色谱分离已知的苦味肽等。但这一些方法在某些特定的程度上会破坏FBPs的生物活性，且在实际应用中存在生产所带来的成本过高等问题，产业化开发应用中可行性低。

  在生产加工及贮运期间FBPs不可避免地暴露在各种各样的环境条件下，其稳定性受到多种因素的影响（图2）。

  热处理（如蒸煮、热灭菌和干燥等）是食品生产中的重要步骤，但高温会导致FBPs的结构和构象发生改变，使FBPs的生物活性降低。

  加工和贮运过程中溶液的pH环境是影响FBPs稳定性的另一个主要的因素。一般来说，不同蛋白来源的肽具有不一样的适宜pH值范围，在这个pH值范围内FBPs的结构和活性相对来说比较稳定；而在强酸或强碱溶液环境中，FBPs可能会进一步水解、发生消旋或脱酰胺反应。

  FBPs在食品生产各个阶段中可能会接触到一些金属容器，或同其他富含金属离子的原辅料一起加工。金属离子的加入会改变FBPs溶液的电荷，诱导FBPs与其形成复合物，对FBPs的稳定性具有一定的影响。

  除了上述几个主要的影响因素外，氧气及环境湿度也是影响FBPs稳定性的主要的因素。FBPs大多以喷雾干燥或冷冻干燥制备的粉末形式贮存，但这些干燥的粉末普遍具有较强的吸湿性，暴露在空气中容易吸湿，出现结块发黏、液化、腐败等现象，造成肽粉发生变质、营养损失、感官品质下降等不良后果。因此，为了充分的发挥FBPs在食品制造业中的应用价值，有必要提高其在加工及贮运过程中的稳定性。

  经口服摄入FBPs的方式具备便捷、可接受度高等优势。研究指出FBPs口服摄入后须以完整的、具有活性的结构片段进入血液循环到达作用靶点，且积累到一定量时才能在体内真正发挥促健康作用。然而，FBPs在这样的一个过程中会受到一系列生化屏障和物理屏障的阻碍（图3），使得FBPs的结构和生物学特性发生不同程度的改变，最后导致其在体内的生物利用度较低。胃肠道中pH值及各种消化酶（淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶等）是FBPs主要的生化屏障。

  肠上皮屏障是影响FBPs吸收的重要物理屏障，FBPs被肠上皮细胞完整转运吸收的可能途径包括：1）细胞旁路转运，即肽分子经被动转运通过肠上皮细胞之间的细胞间隙，是带负电荷、亲水性肽的首选途径；2）跨细胞被动扩散，即肽分子从细胞内向基底外测膜扩散，该途径适用于某些带正电荷、疏水性肽；3）寡肽转运体1（PepT1）介导转运，PepT1是存在于肠上皮细胞的一种特异性载体蛋白，优选结合短链（二肽和三肽）、带中性电荷肽及疏水性寡肽，如ACE抑制肽IPP、LKP和IQW；4）胞吞转运，适用于一些长链、带正电荷、疏水性的肽，它们与肠上皮细胞细胞膜相互作用，形成囊泡转运进入细胞内，如油菜籽衍生肽YWDHNNPQIR。尽管FBPs能够被肠上皮细胞完整转运吸收的途径多样，但其转运吸收能力普遍较弱。因此，怎么样提高FBPs在胃肠道消化吸收中的稳定性成为FBPs研究及其高效利用中亟需克服的关键问题。

  FBPs的转运机制和吸收效率除了受自身分子质量、疏水性和净电荷等因素的影响外，食品基质存的其他化合物也会影响FBPs的吸收。Lacroix等研究之后发现将乳清蛋白源二肽基肽酶-IV（DPP-IV）抑制肽添加到含有无机盐和葡萄糖的基质中时，Caco-2细胞中的肽酶对DPP-IV的降解程度更高。另外，儿茶素被证明可以下调载体蛋白PepT1的表达，导致二肽VY转运吸收量减少。

  递送系统的发展为FBPs稳态化应用提供了一种新途径，其在改善FBPs的分散性、稳定性及提高生物利用度方面展示出独特的优势。每种递送系统的组成结构和功能特性不完全一样，研究者应该要依据FBPs的性质和具体加工需求选用合适的递送系统。常见的FBPs递送系统类型如图4所示。表1列举了不同递送系统的制备方法和优缺点。

  脂质体是具有双层膜结构的小球囊泡体。磷脂是制备脂质体的主要材料，其结构包含一个亲水性头部和两个疏水性尾部。当磷脂分子分散在水溶液中时会产生疏水效应，疏水尾与极性环境保持屏蔽并聚集在一起而产生不一样的区域的极性差异，可用于包埋各种疏水性（磷脂双层膜中）、亲水性（极性水核心）和两亲性（磷脂双层膜与水相界面处）活性组分。胆固醇是脂质体的另一种重要组成成分，其扮演着“缓冲剂”的角色，可以帮助调节磷脂膜的流动性和通透性，以此维持脂质体结构的稳定性。

  脂质体作为FBPs的递送载体，能够保护FBPs免受金属离子、pH值和酶等不利外因的影响，延缓FBPs在体内的释放。脂质体的结构与生物膜相似，具备优秀能力的生物相容性、低毒性和低免疫原性等特征，有利于FBPs被人体高效吸收。宋敬一发现，游离肽在胃液中消化2 h后的释放率达64%，而脂质体的释放率仅为48%。在肠液消化过程中，脂质体的释放率也始终低于同一时间的游离肽，表现出良好的缓释效果，提高了EWPH的生物利用度。

  然而，脂质体在实际应用中也存在着一些缺陷。如脂质体的磷脂膜对高温、离子强度和酶敏感，易发生氧化和水解，导致脂质体囊泡大量聚集、融合和破裂，使得FBPs从脂质体中泄漏。除了添加天然的抗氧化剂外，另一种可行的方法是通过壳聚糖、果胶、聚乙二醇等聚合物对脂质体进行表面修饰，进一步提升脂质体的稳定性和缓释能力。

  乳液是由两种互不混溶的相以及乳化剂按适当比例形成的分散体系。根据乳液结构特点，分为单乳液（O/W、W/O）和双重乳液（W/O/W、O/W/O）。乳液的性能主要受两相组成、乳化剂种类及乳化条件的影响。

  乳液在FBPs的保护性包埋、提高溶解性、缓释及风味改良等方面具有巨大的应用潜力。

  虽然乳液应用于FBPs递送系统的前景乐观，但其中所添加表面活性剂的生物毒性一直是食品制造业中颇具争议的问题。而且乳液为非热力学稳定体系，长期放置后会出现絮凝、聚结和奥氏熟化等现象，不宜长期贮存。改变连续相的流变特性可提升乳液的稳定，在乳液中添加蛋白质或多糖能增加连续相的黏度，从而抑制乳液中相的迁移运动和液滴聚集。另外，Pickering颗粒（如纤维素颗粒、疏水改性淀粉颗粒、脂质晶体、蛋白质/多糖颗粒、无机颗粒等）也常作为一种稳定剂，其在油相和水相中都具有适当的润湿性，但又不溶于任何一相，能代替表面活性剂不可逆地吸附在油-水界面处。Pickering乳液是乳液的重要分支，与常规乳液相比，Pickering乳液表现出更高的稳定性和更低的毒性，因此在包埋、保护和递送FBPs方面拥有非常良好的应用前景。

  聚合物纳米颗粒是平均粒径范围在10～1 000 nm的固态胶体微粒。FBPs能够最终靠化学键合、物理吸附和包埋等方式存在于纳米粒子中，使其得到一定效果保护并抑制其降解。相比其他的FBPs递送系统，聚合物纳米颗粒的形状、结构、尺寸可调节性更强，表面易于功能化修饰，并且聚合物纳米颗粒体积小，有较大的比表面积，在提高FBPs溶解度、溶出度、黏膜渗透性及减轻其细胞毒性方面展现出独特的优势。

  聚合物纳米颗粒的制备有两种基本方法：一种是“Top down”法，即以机械力作为能量将较大的颗粒分解成较小的纳米级颗粒（物理过程）；另一种方法是“Bottom up”法，即通过化学反应或聚合物的自组装产生（化学过程）。在制备过程中，一些无毒且亲和性良好的载体材料更受研究者的欢迎，以多糖和蛋白质两大类为主。

  聚合物纳米颗粒由于制备方法和材料的不同，对FBPs的装载效率也存在一些差异。若仅以单一聚合物材料作为载体制备聚合物纳米颗粒存在包埋率低、稳定性差等不足。有研究指出，通过不同聚合物材料的组合可提升纳米颗粒对外界环境的抵抗能力。

  水凝胶是一种由亲水性聚合物通过物理（热、pH值、酶、盐）或化学交联（二硫键、氢键、疏水或静电相互作用等）方法形成的三维网络。水凝胶富有丰富的孔隙，能够吸收大量水（＞90%）作为分散介质，有良好的延展性、柔弹性和溶胀性。一般亲水性活性组分可以直接与聚合物溶液混合形成水凝胶，而疏水性活性组分则需要先装载在基于油脂基的疏水性载体中，再将其固定在水凝胶的网络结构中。水凝胶是FBPs的理想载体，其具有组织刺激性小、可再生、生物相容性和生物降解性好等众多优点，在FBPs缓释、靶向输送方面的应用越来越广泛。

  水凝胶的载体材料包括合成聚合物和天然聚合物。常见的合成聚合物材料有羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙二醇和聚L-谷氨酸等，这类材料制备的水凝胶主要被用在生物医学材料领域。而在食品领域中，主要选择天然聚合物作为水凝胶的基质成分。智能水凝胶可以在一定程度上完成FBPs的定点、定时和定量释放，例如Steichen等设计出聚(甲基丙烯酸-共聚-N-乙烯基吡咯烷酮)接枝聚乙二醇（P((MAAco-NVP)-g-EG)）的三元共聚物水凝胶。研究之后发现，P((MAA-co-NVP)-g-EG)水凝胶在胃的酸性条件下收缩，以保护多肽不被蛋白酶降解，而在小肠的中性环境中发生溶胀，使多肽从水凝胶的网状结构中快速且完全释放。

  水凝胶含水量高的同时也存在一些不足，如凝胶网络分布不均、松散多孔，结构强度较弱，持水性以及热性能较差，这与天然生物组织中的水凝胶相差较大。为使水凝胶的机械性能和稳定能力得到提高，可通过两种具有互补特性的聚合物形成双交联水凝胶。现已开发了由蛋白质-蛋白质、多糖-多糖或蛋白质-多糖组合的双交联水凝胶，并取得了良好的效果。

  目前，FBPs递送系统更多停留在实验室研究阶段，在工业化生产中的实践较少，要推进其实际应用，还要解决诸多问题，包括荷载量低、粒径分布不均、批次间重现性差、产品长期稳定性不足和生产所带来的成本高等缺点。在实验室规模上，FBPs递送系统能采用多种方法制备，但适用于工业化生产的技术却屈指可数。此外，如何把控关键工艺参数是实现FBPs递送系统工业化生产的另一大难题，实验室与工业生产设备不配套的矛盾也需解决。材料学、电子信息学、化学、医学等学科的融合和科技的进步为FBPs递送系统技术的创新优化和设备的研制带来了契机。研究者在兼顾原料、工艺带来成本问题的同时，不断寻求稳定、高效、质量可控、在生产上具有规模化发展性的“多能型”技术和设备，才能有效推动FBPs递送系统的工业化生产。

  递送系统的质量评价研究是保证FBPs稳定性和功能特性的基础。FBPs递送系统的质量参数包括微观形貌、尺寸、电荷性质、分子内和分子间信息、生物利用度、感官特性等，相应的表征技术如图5所示。尽管这些技术已取得明显进步，但尚存在质量评价不完善的问题，特别是关于FBPs递送系统生物利用度的评价。目前，评价工作多聚焦在体外消化模拟研究和Caco-2细胞培养模拟研究中，这些研究揭示了FBPs递送系统在体外模型中的效果，但无法准确预测FBPs被包埋后在体内的行为和有效性，这是目前研究的重点和难点。综上，FBPs质量评价应该是一个多方位、综合的过程，未来要建立一套完善的、规范的质量评价体系，从而助推FBPs递送系统的评价和研究，助力FBPs的高效利用。

  尽管FBPs递送系统在包埋、保护、递送FBPs中的应用潜力已得到科学界的广泛认可，但其若在没有监管指南和标准化安全评价体系的情况下进入市场，则可能会给消费的人带来潜在的隐患。因此，必须对此加以重视。目前无法明确证实包埋FBPs载体材料的安全性，关于FBPs递送系统作用于人体后所形成代谢物毒性的信息也不明晰，且制备工艺中多用到有机溶剂和大量表面活性剂，若被人体长期摄入并积累可能会增加额外的健康风险。

  研究人员一直专注于对FBPs递送系统安全性的分析，但仅局限于动物和细胞实验，尚未进行临床试验。因此，仍需开展临床研究，科学合理地评估FBPs递送系统的毒性和蓄积特征，并给出相关这类的产品的推荐日摄食量和可耐受上限摄入量，特别是针对儿童和老人等特定人群。有必要注意一下的是，FBPs递送系统的设计需要在食品理论框架中进行，一定要遵循食品安全法规，并且生产者和监管者在这些新技术和产品进入市场之前应确保其安全性，来提升公众对FBPs递送系统潜在积极影响的认可度。

  FBPs拥有非常良好的活性功能，是开发功能性食品和保健品的优质资源，但是FBPs存在风味不佳、稳定性差和生物利用度低等问题，影响其发展应用。幸运的是，国内外学者通过种种递送系统（如脂质体、乳液、聚合物纳米颗粒、水凝胶等）不同程度地改善了FBPs的感官特性和稳定能力，并实现了体内FBPs的靶向和缓慢持续释放。在设计和选择正真适合的FBPs递送系统时，应最大限度地考虑FBPs的理化特性、食品基质间的相容性和经济可行性。根据目前的报道来看，FBPs递送系统以脂质体和乳液的研究最为广泛。脂质体制备工艺相比于其他递送系统更为复杂，存在有机溶剂去除不彻底的风险，且脂质体的关键原料磷脂大多价格较为昂贵。相比之下，乳液不但可以满足消费者的感官需求，且其面对复杂的食品体系（包括调味品、酱汁、酸奶和饮料）更具适用性，有利于FBPs在食品领域的应用，是FBPs递送系统后续的研究重点。递送系统的发展为富含FBPs产品的开发提供了更多的思路，但仍面临着诸如技术壁垒高、质量评价体系不完善、具有潜在毒性等问题，有必要进行深入研究和探讨。随着递送系统应用于食品领域的技术持续不断的发展和成熟，相信在不久的将来，优良的递送系统将为FBPs的应用开辟更新、更广阔的道路。

  洪碧红，本科毕业于沈阳药科大学药物化学专业，获厦门大学高分子化学与物理专业博士学位，致力海洋创新药物与功能食品研究开发工作。现任自然资源部第三海洋研究所海洋生物资源开发利用工程技术创新中心海洋生物医药课题组负责人。主持国家科技支撑计划、省部级及企业合作等项目30多项。作为项目研究骨干获国家一类新药临床试验批件1项；获福建省科学技术进步奖一等奖1 项（第2完成人），海洋工程科学技术二等奖1项及厦门市科学技术进步奖二等奖1 项（第3完成人）；发表研究论文40多篇，其中SCI 收录20余篇；获国家发明专利授权19 项，其中第一发明人3项专利成果已转让企业。

  陈梅香，本科毕业于广东海洋大学 食品质量与安全专业，硕士就读于福建农林大学食品工程专业，主要研究方向为功能食品研究开发，曾参与省部级及企业合作等项目6项，申报国家发明专利一项，参与SCI论文发表2 篇、中文核心论文发表1 篇，于2020年获得福建省大学生创新创业大赛一等奖、2021年获得福建省大学生创新创业大赛二等奖，在校期间连续获得多次校级学业奖学金。

  本文《食源性活性肽递送系统的研究进展》来源于《食品科学》2023年44卷17期382-391页. 作者：陈梅香，张洋，苏绿欣，何建林，洪碧红，张怡. DOI:10.7506/spkx0927-286. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

  实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

  非热加工专栏：江苏大学邹小波、石吉勇教授等：米糠非热稳定化处理技术探讨研究进展