食物的天然毒物和天然食物的安全性（四）：胰蛋白酶抑制剂（3）——胰蛋白酶抑制剂的营养学特性

1、胰蛋白酶抑制剂的营养学特性

事实上胰蛋白酶抑制剂，广泛地分布在植物中，特别是植物性食物原料中的蛋白质中。这些食材既是重要的蛋白源，又是蛋白酶抑制剂集中的地方，深入研究胰蛋白酶抑制剂的特性，对人和动物营养具有重要意义。

认真观察食用大豆发现，未经蒸煮的大豆无法维持大白鼠的生长。如果对大豆进行适度加热，可以得到良好营养效果。加过热的大豆粕用大白鼠进行试验，比未加过热的粕粉更容易消化。从大白鼠消化道净氮和硫的蛋氨酸的吸收试验中发现，大白鼠对氮的吸收似乎局限小肠末端20％的地方。经研究生大豆中抗胰蛋白酶成分的活性，具有抑制大白鼠、鸡和小白鼠蛋白质吸收和生长作用。

有试验证据，胰蛋白酶抑制剂降低生长的作用，在最高试量情况下可能是在肠道中抑制蛋白的消化作用。因此说，抗胰蛋白酶活性的抑制剂，有降低大白鼠和小白鼠的生长作用。

胰蛋白酶抑制剂引起生长降低的原因，可以归因于胰蛋白酶抑制剂作用胰脏使胰酶活性增加引起内源必需氨基酸的减少。在这些情况蛋氨酸和胱氨酸的减少，特别是突出。因此这些氨基酸在大豆蛋白中，是众所周知的缺乏。这种内源性减少性质，在鸡和大白鼠中，非常相像。在动物实验中，多数内源性的氮和硫随粪便中排出。

根据分析，当食物中的胰蛋白酶抑制剂（TI），随食物蛋白质进入体内的时候，胰蛋白酶抑制剂，会抑制正常的胰脏分泌胰蛋白酶来酶解消化食物中的蛋白质。要完全消化食物中的蛋白质就必须让胰脏分泌更多的胰蛋白酶。没有过多的胰蛋白酶，食品中的蛋白质无法吸收，只好当排泄物排出体外，成为蛋白质负的氮平衡。增加胰蛋白酶抑制剂消耗，相应地增加体内蛋白酶的合成。势必需要大量的胱氨酸，要产生过多的胰蛋白酶又需要充足的含硫氨基酸（蛋氨酸、胱氨酸）来合成，在胰蛋白酶抑制剂过多的情况下，如果不能从消化的食物中获取补充蛋白质，只能由体内机体蛋白组织中摄取……。机体组织不能从食物中获取酶解蛋白质的氨基酸营养，还要消耗大量的机体组织蛋白质。这种趋势的发展，不论是人或动物就会使体重减轻（消瘦）。胰脏肿大是由于在喂含胰蛋酶抑制剂的食物时，引起加大内源促酶素的释放。人们食用或动物饲用未热加工的大豆原料制品，会造成营养不良。特别是婴儿食品配方中慎用，或不用热加工不完善的，含胰蛋白酶抑制剂的豆制品。对用作饲料的大豆饼粕也要严格控制胰蛋白酶抑制剂（或尿素酶）含量。

在人体消化过程中，大豆胰蛋白酶抑制剂，扮演着直接作用的角色。当增加胰蛋白酶的活性数量，即在某些饲用大豆的大白鼠的小肠中，发现胱氨酸的含量不成比例。因此说，这种胱氨酸是由蛋氨酸经生物转化优先合成蛋白酶，必须增加蛋氨酸，以满足其机体组织的合成蛋白酶的需要。示意图可以看出，高丝氨酸作为一种产物将蛋氨酸转变成胱氨酸、缬氨酸和苏氨酸，也都可以经相同的代谢结果。因此，当蛋氨酸转变成胱氨酸时，丙酸盐的浓度将增加；同样的代谢过程，苏氨酸和缬氨酸的比例可能也会降低。

2、热加工钝化胰蛋白酶抑制剂活性

加热可以破坏大多数胰蛋白酶抑制剂的抑制活性，相应的会增强食物中的蛋白质营养作用。加热处理胰蛋白酶抑制剂使其活性降低（或失去活性）已经得到证实。一般来说，加热可以破坏其蛋白酶抑制剂的活性，大豆工业加工生产豆油和豆粕的时候，适度对其进行加热，可用改变大豆的水份，使最终得到的产品具有最大营养价值，更适于食品或饲料安全应用，在经济上具有重大效益。

把具有胰蛋白酶抑制剂活性的脱脂大豆粕，置于蒸汽中加热60min，或在0.035mPa 蒸汽压力下蒸45min，以及在0.07mPa、0.106mPa 和0.26mPa压力下分别蒸30min、20min和10min的条件下就可以使胰蛋白酶抑制剂钝化失去活性。一般来说，大豆粕的加热程度（低于120℃）和营养价值是相一致。在5％和19%两种水份条件下进行常压下加热热（100℃），研究胰蛋白酶抑制剂活性，和蛋白质效率比值数据中看出不管水份含量，加热15后粕中胰蛋白酶抑制剂有95%的被钝化。在水份19%的常压蒸煮对蛋白效价作用比水分5%的要好。加热对脱脂或全脂豆粕的营养作用都有相似的研究结果。

通常，碎粒大豆用水已浸泡0.5，水份含量达31.3%，如果浸泡过夜水分含量高达60.4%。不论那种方法对大豆进行浸泡，只要蒸60min就可以使胰蛋白酶抑制剂失去活性。而没有浸泡的水份为6.5%碎粒生大豆，需要在0.106 mPa情况下压热处理30min，才能达到同样营养效果。

用水浸泡大豆，经碾磨、除渣豆浆其营养价值和牛奶相当。对大豆浆试验研究证明在93℃加热30～75min，121℃加热5～10min，以及在121℃加热30min再进行喷雾干燥，都可以饨化豆浆中的胰蛋白酶抑制剂。胰蛋白酶抑制剂失活率达到90%时，该豆浆的蛋白效率比值（PER）几乎达到最大。

研究发现水分为18%，蒸汽温度100℃，烘烤加热20min的PDI值在10%～30%的大豆粕粉样品，胰蛋白酶抑制剂失活程度达90%～92%，用于喂养试验的结果类似于喂酪蛋白喂养试验结果。

由于大豆中的鲍曼-贝克（Bowman–Birk）胰蛋白酶抑制剂，能够耐100℃加热10min的热稳定特性，耐较宽范围pH值和肠道微生物的作用。商业大豆制品如大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、大豆组织蛋白，甚至大豆儿童食品中的，鲍曼-贝克胰蛋白酶抑制剂活性，很难达到100%的失活。因此，大豆蛋白制品用于婴儿食品时严格控制其含量。

对于其他豆类，也可以用120℃温度加热蚕豆20，可以使其胰蛋白酶抑制剂活性失活90%，用挤压（蒸煮150℃）膨化方式，或107℃微波加热30min，都可以达到同样的效果。对水分含量低的豌豆进行120℃蒸15min、90～95℃蒸40min研究，只有10%～50%的豌豆的胰蛋白酶抑制剂活性受到破坏。对花生研究125℃干法加热５h，或140℃2h，150℃1h，仅有90%的胰蛋酶抑制剂得到破坏。如果含水较高的，或湿法100℃水煮加热15min，就可以使100%的胰蛋白酶抑制剂活性得到钝化。

3、胰蛋白酶抑制剂的测定方法

大豆中的胰蛋白酶抑制剂与尿素酶，都具有蛋白受热变性的性质，在一定的温度范围内，存在一定的线性变性规律，测定大豆及其制品中的尿素酶活性，比胰蛋白酶抑制剂活性简单，将胰蛋白酶抑制剂热变性灭活程度，可以用方法简单的测定尿素酶活性来表示。

食（饲）料中的胰蛋白酶抑制剂，是一种抗营养因子，大豆等豆类制品中的胰蛋白酶抑制剂含量，影响到人或动物的食(饲)安全，常常在加工过程中，用加热的方法钝化其活性。由于大豆中的内源尿酸酶具有类似于胰蛋白酶加热变性钝化的规律，商业上常用简单的测定尿素酶活性的方法，判定食（饲）品的安全。利用尿素酶能够分解尿素，释放出氨的原理，GB/T 8622-2006饲用大豆制品中尿素酶活性的测定方法，规定在30℃±0.5℃和pH7.0情况下，每克大豆制品每分钟分解尿素所释放氨基氮的质量，规定为尿素酶活性。

尿酶活性(UA)的具体测定方法是：称取0.400g大豆制品的粉样2份，分别置于25ｍl比色管中，其中1支加入20ｍl、pH7.0的磷酸盐缓冲液，作为空白试验组（A），第２支加人20ｍlpH 7.0的尿素磷酸盐缓冲液，作为试验组（B），剧烈摇动后，置于（30±0.50）℃恒温30，每隔5分钟振摇1次，振摇4次后每管加4滴饱和氯化汞溶液终止反应，并分别测定其pH值．尿酶活性（UA）计算公式为：

UA＝pH（B）－pH（A）

式中，UA为脲酶活性；pH（B）为样品使尿素分解的样液的pH值；pH（A）为空白样液的pH值。GB/T 19541-2004饲用大豆粕的脲酶的活性规定小于0.30。检验豆类制品的脲酶活性，可作为判定胰蛋白酶抑制剂活性的依据。

目前，国内外常用的尿素酶、蛋白质氢氧化钾溶解度和蛋白质分散指数对豆粕加热程度进行评价。通过测定豆粕中的尿酶活性，可间接评价豆粕中胰蛋白酶抑制剂的活性。尿酶活性应处于合适的范围内，若尿酶活性过高，则胰蛋白酶抑制因子活性较强，对动物生长造成影响。蛋白质氢氧化钾溶解度也是常用的评价豆粕受热程度的指标，即通过测定蛋白质在0.2%氢氧化钾溶液中的溶解度来检测豆粕是否加热过度。

直接用于食（饲）料的大豆及其制品，用不同的方式对其适度加热，钝化胰蛋白酶抑制剂活性，达到安全食(饲)用目的。

尽管从食用角度认为胰蛋白酶活性，不利于人畜营养，但在在抗癌研究中，无论是动物模型和人类IIa期临床试验（II期临床试验第一阶段），都证实鲍曼-贝克胰蛋白酶抑制剂对肿瘤细胞有一定的抑制疗效作用。植物胰蛋白酶抑制剂，在医药应用上的试验已显示出良好的应用研究前景。

经周瑞宝教授2017年9月22日同意，本博客近期将陆续刊出周教授参与编著的新书《当代食物安全》的部分内容，希望得到网友的支持和响应，并积极进行热烈讨论。