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Introduction

多肽是由几个通过肽键相连的α-氨基酸组成的。根据肽序列中氨基酸的数量，肽可分为二肽（含2个氨基酸）、寡肽（含3～10个氨基酸）和多肽（含11～50个氨基酸）。虽然天然存在的氨基酸有300多种，但在食品研究和工业领域，多肽通常来自食源性蛋白质，因此除非另有说明，否则氨基酸通常指食品衍生多肽中的20种标准氨基酸。这些氨基酸显示出不同的结构和性质（图1），它们的排列和结合可以直接影响多肽的结构和性质。多肽因其独特的物理化学性质（即功能性质）和生物活性，在食品领域发挥着重要作用。然而，制备的生物活性多肽在消化过程中可能会被消化酶进一步水解，导致其生物活性的丧失或降低。解决上述问题的有效方法是引入多酚，通过非共价和/或共价相互作用形成多肽-多酚复合体。多酚具有各种功能和生物活性（即金属螯合、抗氧化和抗微生物活性），因此它们可以与多肽显示出协同作用。各种多酚，包括酚酸、黄酮类、二苯乙烯类、木脂素和其他，已被报道改善多肽的功能和安全性，它们的类别和结构如图2所示。表1总结了这些多酚的物理性质和食物来源。

图1 20种标准氨基酸的结构性质

图2 多酚的分类以及食品研究领域中的相关常见实例

表1 各种多酚的物理性质和主要食物来源

本文综述了多肽与多酚相互作用的影响因素以及多肽-多酚复合体的结构。进一步讨论了通过形成多肽-多酚复合体来改善多肽的功能性和安全性的机理和应用。希望通过文献综述，了解蛋白质水解物或多肽混合物中多酚类物质对改善多肽性质的作用，从而拓宽多肽和多酚类物质在食品工业中的应用。

多肽与多酚的相互作用

多肽与多酚的非共价相互作用

许多类型的非共价键（例如，疏水相互作用、氢键、静电相互作用和范德华力）参与了多肽-多酚复合体的形成（图3A），但其中一两个可能起主要作用。

图3 多肽和多酚之间的非共价（A）和共价（B）相互作用

影响多肽与多酚非共价相互作用的多肽一级和二级结构

已有研究表明，对于类黄酮类（即杨梅素、栎素和山柰酚）与具有高水平非极性残基的重复序列Gly-X-Y之间的相互作用，范德华力和氢键是它们之间的主要相互作用力，而静电相互作用的贡献要小得多。一般来说，疏水相互作用主要发生在多酚的芳环与多肽的疏水区域或非极性侧链之间（特别是Trp、Phe和Tyr中的芳基）（图3A）。

多酚/多肽比例和多酚物化性质对多肽与多酚非共价相互作用的影响

添加多酚的浓度可以影响多肽与多酚的结合部位，进而影响多肽-多酚复合体的结构和性质。随着多酚与多肽比例的增加，多酚分子倾向于首先与多肽的特定部位结合，然后是多肽与多酚之间弱结合和非特异性结合。这种非特异性结合可能导致高分子量复合体的形成，从而可能发生多肽的聚集和沉淀。另外，柔韧性和疏水性较强的多酚与多肽的反应能力也较强。

影响多肽与多酚非共价相互作用的环境因素（包括溶剂性质、加工工艺、温度和pH）

溶剂的性质（如极性）会影响多肽与多酚之间的相互作用。首先，溶剂可以改变多酚类物质在多肽周围的分布，进而影响它们之间的相互作用。其次，溶剂也会改变氨基酸对多酚的亲和力。此外，加工技术（如高压和微波处理）也可能影响多肽和/或多酚的结构，进而影响它们之间的相互作用。温度可以通过改变缔合吉布斯自由能ΔGASS来影响肽多酚络合物的结构。提高反应温度可能会导致多肽和多酚结合位点的丢失，进而降低多肽和多酚的结合常。pH还可以影响多肽-多酚复合体的相互作用和结构。酸性条件会导致多肽的质子化，从而减少多肽和多酚之间的氢键，导致更多的环堆积和络合物尺寸增加。

多肽与多酚的共价相互作用

多肽也可以通过共价作用与多酚相互作用。与非共价连接的配合物相比，共价共轭化合物通常显示出更好的稳定性和功能性，这是因为它们具有强大而持久的化学键。为了实现多肽与多酚之间的共价相互作用，首先要得到氧化的多酚。最常用的氧化多酚的制备方法是碱性处理（即将多酚溶液的pH值调节到9.0，然后在温和的温度条件下搅拌几个小时）。在上述过程中，带有邻苯二酚环的多酚可以被氧化成邻苯二酚，然后多肽的亲核侧链可以与邻苯二酚通过Michael加成反应形成共价键共轭化合物（图3B）。

关于多肽与多酚类物质共价相互作用的影响因素，虽然研究较少，但也得出了一些结论。首先，氨基酸中的氨基、硫醇基团、C-O基团、C-N基团（色氨酸和酪氨酸基团）和C-S基团（半胱氨酸基团）对氧化多酚具有较高的亲和力。多肽的链长越长，通常具有更灵活和开放的结构，除了那些高度折叠的蛋白质分子外，它与多酚提供了更多的潜在结合部位，这有利于形成共价肽-多酚结合物。其次，多酚的性质（特别是邻苯二酚环的大小和数量）可能在这种共价相互作用中起着重要的作用。邻苯二酚环数较多的多酚类物质可以为多肽提供更多的结合部位，从而形成交联度更高、尺寸更大的偶联物。

多酚的存在对蛋白水解物或发酵液中肽的生物活性和抑菌性能的影响

各种可食用植物的叶子（如多叶蔬菜和草药）和种子（如豆类、谷类和坚果）已被广泛用作食品原料。植物性生物活性多肽在过去十年中受到越来越多的关注，因为由于消费者对健康和可持续产品的兴趣增加，植物性蛋白已成为一大趋势。

多酚对多肽生物活性的影响

多酚的存在可能会改善多肽的功能。因为由于多酚本身的各种生物活性，多酚可以对多肽表现出协同作用。当多肽和多酚之间的相互作用改变了多肽的构象，导致结构紧凑并掩盖了多肽或多酚的自由反应基团时，多肽的功能也可能受到负面影响。此外，多酚的存在可能会抑制蛋白水解酶的活性，从而延迟或减少蛋白质水解过程中生物活性多肽的释放。上述发现主要是基于对蛋白质在水解和体外消化过程中的多肽释放的研究。然而，在蛋白质发酵过程中，多酚类物质的释放对微生物酶活性的影响以及生物活性多肽的释放却鲜有报道。

多酚对多肽抗菌活性的影响

已证明多酚和多肽均可在蛋白质水解物或发酵提取物中显示出抗菌活性。关于多酚类物质对其混合物中多肽抗菌活性的影响，相关研究报道较少。为了更好地了解这些多酚如何影响其复合体中的多肽的抗菌性能，探索这些多酚是否以及如何影响蛋白质水解和发酵过程中抗菌肽的释放，以及扩大此类复合体在食品安全领域的更好应用，有必要进行进一步的研究。

多肽与多酚相互作用抑制多肽的敏感性

多肽致敏与乳糜泻（CD）的发病机制

许多人可能患有食物过敏，这是一种免疫系统反应，在吃了某种食物后不久就会发生，如谷类食物、花生、坚果、贝类、牛奶和鸡蛋。食物过敏的机制是，这些食物含有大量的异源蛋白质，这些蛋白质中的抗消化表位（即一些特定的多肽）可以在消化过程中保留并暴露出来，然后在吸收过程中或吸收后通过IgE介导、结合IgE和细胞介导或非IgE介导的途径引起过敏症状（例如消化问题、皮肤刺激和呼吸系统疾病）。到目前为止，至少有50个不同的T细胞刺激性谷蛋白衍生表位以其天然或去酰胺化的形式被确定（图4A）。

图4 多肽诱导的乳糜泻的过程（A）和通过多酚的存在降低乳糜泻相关多肽风险的三种机制（B）

利用多酚提高镉相关谷蛋白多肽的安全性

虽然人们认为避免CD的唯一方法是食用无麸质食品，但许多研究表明，多酚有助于降低面筋衍生多肽的风险，缓解CD的症状。其可能的机制是，多酚可能：1）降低面筋/面筋衍生多肽的消化率，进而释放或暴露表位，2）抑制与面筋蛋白中多个表位结合的CD相关多肽的吸附，和/或3）阻碍TG2和/或细胞结合位点对Cd相关多肽的识别（图4B）。首先，面筋的消化率会因面筋-多酚复合体的形成而降低，这可能会导致形成吸收率较低的长肽，从而降低与镉相关的多肽的风险。此外，Cd相关多肽可被天然状态和生物转化形式的上皮细胞通过羧肽酶和氨基肽酶（即刷状边膜酶）吸收。此外，多酚可以掩盖CD相关多肽的表位或改变其结构，从而阻止TG2和/或细胞结合位点对多肽表位的识别，从而防止炎症和自身免疫反应。

通过多肽-多酚复合体的形成改善多肽的乳化性能

乳状液是两种或两种以上液体的混合物，其中一种以液滴的形式存在，另一种的大小从纳米到微米不等。由于两种不相容液体之间存在较大的界面面积，乳状液在热力学上通常是不稳定的，可能会发生乳化、沉淀、絮凝和聚结以降低它们的界面张力，这对获得稳定的乳状液体系是不必要的。此外，当乳状液中的一种液体是油时，由于存在较大的界面面积，容易发生脂质氧化，这可能对乳状液食品的稳定性、质量和可接受性产生负面影响。多肽是一种有效且安全的物质，用于改善乳状液或乳状液食品的物理稳定性和氧化稳定性。一方面，两亲性多肽可以在乳液的界面上吸收，并在液滴表面形成一层膜，以降低界面张力，从而提高乳液的物理稳定性（图5A）。另一方面，界面肽可以击退或螯合乳剂中的金属和/或清除涉及氧化链反应的脂质过氧化过程中产生的自由基，以提高乳剂的氧化稳定性（图5B）。

图5 多酚的存在提高了多肽稳定乳剂的物理稳定性（A）和氧化稳定性（B）的机理

多肽/多酚稳定乳液的物理稳定性

多酚通常表现出亲水性，因此它们可能会降低多肽与多肽结合后的疏水性，从而降低多肽的乳化性能。首先，与多酚结合后，多肽/蛋白质水解物的弹性可能会增强，这样的络合物可以更有效地降低乳液滴的表面张力。其次，多肽/蛋白质水解物与多酚形成络合物/偶联物后，可以提高Zeta电位，然后通过增加乳滴的表面电荷和排斥力来增加由它们稳定的乳液的物理稳定性。第三，多酚的存在也可能改变多肽在界面上的吸附行为。

多肽/多酚稳定乳液的氧化稳定性

同样，多酚的添加可以通过三种机制提高多肽稳定乳剂的氧化稳定性（图5B）。首先，多酚与多肽在液滴表面共吸附可以形成一层比多肽单独更致密和更厚的膜，然后可以作为空间位阻的物理屏障来防御氧化促进因子。其次，多肽-多酚复合体中的多酚可以作为液滴表面的化学屏障，减缓金属和自由基的转移，因为具有一个或多个羟基的多酚可以提供它们的氢气或转移电子来还原金属和/或淬灭自由基。第三，多肽-多酚复合体的形成可能会改变多肽在液滴表面的构象，进而暴露多肽（特别是那些长链多肽）的亲核中心，从而发挥抗氧化剂的作用

研究差距和未来展望

多肽-多酚复合体的形成过程中存在多种非共价键，包括疏水作用、氢键、范德华作用和π-π堆积等。这种相互作用受多肽的一级和二级结构、多酚的物理化学性质、多酚/多肽的比例以及各种环境因素（包括溶剂性质、加工工艺、温度和pH）的影响。此外，在某些特定条件下，多酚被氧化或形成多肽自由基后，还可能发生多肽与多酚之间的共价相互作用（即Michael加成反应和自由基反应）。然而，目前的研究主要集中在多肽与多酚之间的非共价相互作用，影响共价相互作用的因素还有待进一步探讨。此外，多肽和多酚之间的相互作用可能会对多肽的生物活性产生积极或消极的影响（表2）。此外，多肽-多酚相互作用对多肽乳化性质的影响也得到了广泛的研究。多酚的存在可以通过各种机制提高多肽稳定乳剂的物理稳定性和氧化稳定性（表2）。然而，上述发现大多是基于非共价键的多肽-多酚复合体，而且此类复合体仍可能表现出不稳定性的缺点，因此，稳定性较高的共价键合肽-多酚复合体对多肽乳化性能的影响也值得深入研究

表2 多酚对多肽的生物活性、抗菌性能、敏感性和乳化性能的影响机理总结

Conclusion

多肽与多酚之间的共价和非共价相互作用会影响多肽的生物活性、敏感性和乳化性。首先，由于多酚自身的多种生物活性，它们在大多数情况下对多肽具有协同生物活性，但多酚可能会掩盖生物活性多肽的活性部位，抑制消化酶的活性，或与多肽结合后降低多肽与蛋白酶的亲和力，从而对多肽的生物活性产生负面影响。此外，多肽-多酚复合体的形成还可以提高多肽的乳化性能。然而，上述大多数发现都是基于非共价键的多肽-多酚复合体，而比较共价键和非共价键的多肽-多酚复合体在改变多肽的生物活性、安全性和功能性方面的差异可能成为一个研究趋势。

Improved functionality and safety of peptides by the formation of peptide-polyphenol complexes

Duanquan Lina,*, Le-Chang Suna, Wei-Sen Huoa, Ling-Jing Zhanga, Yu-Lei Chena, Song Miaob, Min-Jie Caoa,*

a College of Ocean Food and Biological Engineering, Jimei University, Xiamen, China

b Teagasc Food Research Centre, Moorepark, Fermoy, Co. Cork, Ireland

*Corresponding author.

Abstract

Background

Peptides exhibit various functional properties and bioactivities, and have been widely investigated and used in food area. However, using peptides alone may show some drawbacks, such as the undesirable stability of peptide-stabilized emulsions during storage, and the diminished bioactivities and the occurrence of peptide-induced celiac disease during digestion. The addition of polyphenols may help to solve above issues by the formation of peptide-polyphenol complexes.

Scope and approach

This paper provides a comprehensive review of covalent and non-covalent interactions between peptides and polyphenols. The influence of such interactions in bioactivity, antimicrobial property, sensitivity (i.e., causing celiac disease), and emulsifying property of peptides is also discussed.

Key findings and conclusions

Hydrophobic interactions, hydrogen bonds, electrostatic interaction, and van der Waals interactions are the main non-covalent bondings involving in the formation of peptide-polyphenol complexes. The properties of peptides and polyphenols, the ratio of peptide/polyphenol, and the environmental conditions are the main factors influencing such non-covalent interactions. Oxidized peptides or reactive peptide radicals can also interact with polyphenols trough covalent interactions, and the properties of peptides and polyphenols can influence these interactions. In addition, the presence of polyphenols in peptide-polyphenol complexes can show synergetic or subtractive effect on bioactive peptides through various mechanisms. In contrary, the inhibiting effect of polyphenols on the digestion, absorption and recognition of peptides can help to improve the safety of celiac disease-related peptides. Moreover, the formation of peptide-polyphenol complexes can also improve the physical and oxidative stability of peptide-stabilized emulsions.

Reference:

LIN D Q, SUN L C, HUO W S, et al. Improved functionality and safety of peptides by the formation of peptide-polyphenol complexes[J]. Trends in Food Science & Technology, 2023, 141, 104193. DOI:10.1016/j.tifs.2023.104193.

翻译：管勤昊（实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意