牛乳蛋白中生物活性成分及功能分析

 

牛乳中含有水分、蛋白质、脂肪、无机盐、维生素等，营养丰富，有3.0%~3.8%的含氮化合物，其中乳蛋白质的含量约为牛乳的2.8%~3.5%。牛乳蛋白含有人体所需的全部必须氨基酸，且比例适宜，是生物活性成分的天然来源。其中与酪蛋白相关的多种生物活性肽，具有促进多种矿物质元素的吸收、降低血压、抗血栓、抗菌等作用。而乳清蛋白中的生物活性成分也多种多样，如β‐乳球蛋白、α‐乳白蛋白、乳铁蛋白、免疫球蛋白、生长因子等等，在婴幼儿和功能性食品中应用广泛。自Brantl等^[1]于1979年在酶促酪蛋白的消化液中分离出阿片类活性物质，牛乳中生物活性成分的研究、开发和应用迅速展开。

 

1. 酪蛋白及其主要生物活性成分

 

1.1 酪蛋白简介

酪蛋白(casein)是20℃的脱脂乳在PH4.6时，发生沉淀的这类蛋白质，约占乳蛋白质总量的80%~82%^[2]。酪蛋白的分子质量约为20~25ku，平均直径约为100nm，属于结合蛋白，是典型的磷蛋白，由α‐、β‐、κ‐和γ‐酪蛋白组成，可溶于碱性溶液，不溶于水和有机溶剂，以胶团形式悬浮于水相体系。其中α_s1‐和α_s2‐酪蛋白的比例约为4:1，总量约占酪蛋白的38%^[3]。酪蛋白经过消化或酶解可释放将多种具有生物活性的肽段，如酪蛋白磷酸肽、抗高血压肽、免疫调节肽、类吗啡活性肽、抗血栓肽等等。

 

1.2 酪蛋白磷酸肽(Casein Phosphopeptides, CPP)

将α_s1‐、α_s2‐和 β‐酪蛋白酶解后可获得多种酪蛋白磷酸肽，它们是一类含有成簇磷酸丝氨酸残基或谷氨酸残基的活性肽^[4]。在中性或弱碱性环境中，Ca²⁺和PO₄^3－会结合形成磷酸钙沉淀，偏碱性环境的小肠中的CPPs，可与Ca²⁺络合形成可溶性复合物，使钙的吸收得到提高。同时CPPs可成为载体与非晶形磷酸钙（ACP）结合形成可溶性复合物CPP-ACP，延缓牙釉质的去矿化和再矿化。Cross等^[5]用核磁共振波谱和X射线衍射确定了CCPs稳定非晶形磷酸钙氟形成可溶性复合物的超微结构。还有研究称CPPs因促进了钙离子的吸收，可间接帮助淋巴细胞的活化，对动物的免疫功能起到调节作用。除以上所述，CPPs也可以类似的机理促进肠道对铁、锌、锰、硒等二价元素的吸收利用，有着“矿质载体”的美誉^[6]。很多学者已证实，含有SerP–SerP–SerP–Glu-Glu结构是CPPs具有这些生物活性的关键。

CPPs来源于酪蛋白，安全可靠，还具有可溶性良好，在100℃下杀菌30min不会对产品外观造成改变等较佳的加工性能，因此作为一种营养强化剂广泛用于饮料、调制乳、奶粉、动物饲料等领域。

 

1.3 抗高血压肽(Angiotensin Converting Enzyme Inhibitory Peptides, ACEIP)

升压系统（肾素–血管紧张素调节系统）和降压系统（激肽释放酶–激肽系统）的平衡是维持人体血压正常的关键。抗高血压肽属于血管紧张素转化酶(ACE)抑制剂，它以远大于血管紧张素I和缓激肽与ACE结合的能力与ACE的活性位点结合，使其失活，不仅阻碍了血管紧张素I被ACE催化为血管紧张素II（血管收缩剂），而且保护了缓激肽（可增强血管扩张效应）不被ACE催化水解，从而起到降低血压的作用。

目前从乳酪蛋白类、鱼贝类、酸乳类、植物类、肉类蛋白等多种资源中，均可获取抗高血压肽^[7]。与化学合成的ACE抑制剂相比，牛乳源抗高血压肽活性高、易吸收、更安全。最新的全国抽样调查结果显示，我国成人的高血压患病人数达2.45亿，抗高血压肽的研究和应用开发必会对人类健康意义深远。

 

1.4 免疫调节肽(Immunopeptides)

免疫调节肽是一类具有刺激淋巴细胞增殖、促进细胞因子的分泌与表达、增强巨噬细胞的吞噬活性等功能，从而能够增强人体免疫功能的生物活性短肽。有的还有抗肿瘤功能，而且不会引起机体的免疫排斥反应。酪蛋白中α‐、β‐和κ‐酪蛋白在酶解后均能产生免疫调节肽，且用不同的酶催化所产生的免疫调节肽各不相同^[8]。Minkiewicz等^[9]用凝乳酶水解牛乳酪蛋白得到具有免疫调节活性的α_s1‐酪蛋白f1-23和β‐酪蛋白f193-209肽段。Bruck等^[10]将酪蛋白巨肽加入婴儿配方食品中，可促进肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌的生长，从而有助于抵抗一些肠道感染。还有一些学者发现多数酪蛋白源免疫调节肽的N端或C端区域是带正电荷的精氨酸残基，可以与带负电的细胞因子受体结合，这可能是它们刺激免疫反应的重要因素^[11-12]。

 

2. 乳清蛋白及其主要生物活性成分

 

2.1 乳清蛋白简介

乳清蛋白(whey protein)是除去20℃的脱脂乳在PH4.6时沉淀的酪蛋白后，剩余所有蛋白质的统称，约为乳蛋白总量的18%~20%。大约81%的乳清蛋白是对热不稳定的乳清蛋白，即乳清在PH4.6~4.7时煮沸20min后会发生沉淀，主要由乳白蛋白（约占乳清蛋白的68%，包括α-乳白蛋白和血清白蛋白）和乳球蛋白（约占乳清蛋白的13%，包括β-乳球蛋白和免疫球蛋白）组成；其余大约19%的乳清蛋白是对热稳定的乳清蛋白，即乳清在PH4.6~4.7时煮沸20min后仍然溶解在乳中，主要是由一些小分子蛋白和胨类组成^[2]。β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、免疫球蛋白、乳铁蛋白、乳过氧化酶、生长因子等物质均具有一定的生物活性，因此乳清蛋白是良好的乳源活性蛋白来源^[13]。

 

2.2 β-乳球蛋白(β-lactoglobulin, β-Lg)

β-Lg约占乳清蛋白的43.6%，具有多个配体结合位点，可结合叶酸、维生素、脂肪酸、磷脂、多酚类等多种生物活性物质，形成复合物，不仅使配体更加稳定，还能改善风味和质构，促进吸收^[14]。杜文凯等^[15]为了改善矢车菊素-3-葡萄糖苷(C3G）易被外界因素改变而应用受到局限的情况，利用热激将β-Lg和C3G共组装，形成纳米粒，对C3G的抗氧化活性起到了很好的保护作用。金建昌^[16]制备了四种不同儿茶素的β-Lg纳米粒，提高了儿茶素的稳定性，对比了这几种纳米粒抑制不同肿瘤细胞增殖的差异。β-Lg在酶水解后还会产生具有抑制ACE、杀菌、降低胆固醇等作用的生物活性肽段^[17]。

 

2.3 α-乳白蛋白(α-lactalbumin, α-La)

α-La约占乳清蛋白的19.7%，含量在乳清蛋白中位居第二。α-La中的某些氨基酸含量丰富，比如半胱氨酸、胱氨酸和色氨酸，是一种天然的营养补充剂，同时在乳腺合成乳糖的过程中，α-La可作为乳糖合成酶的辅酶，起到促进乳糖合成的作用^[14]。有研究表明，从牛乳中提取的α-La和母乳中的α-La有着十分类似的氨基酸比例和功能特性，可广泛应用于婴幼儿配方食品，起到安抚情绪、提高睡眠质量、增强免疫力等功效。而且，α-La在水解后也会产生抑制ACE、免疫调节、杀菌等作用的生物活性肽段^[17]。吴相佚等^[18]发现胰蛋白酶水解α-La的产物表现出良好的ABTS自由基和羟自由基清除能力以及对Fe²⁺螯合能力，说明α-La的水解产物具有良好的抗氧化活性。目前还有越来越多的研究发现α-La在抗癌领域所展现的功效。张明等^[19]将牛α-La与亚油酸结合，研究了复合过程的发生的结构变化，并通过细胞实验证明复合物对肝癌细胞、乳腺癌细胞和结肠癌细胞存在杀伤活性。李唯^[20]将α-La酶解得到多肽纳米胶束，装载抗肿瘤药物后进行修饰，表现出了优异的肿瘤细胞杀伤性，而且安全性高。

 

2.4 乳铁蛋白( Lactoferrin，LF)

LF又称为乳转铁蛋白，是一种非血红素铁结合糖蛋白，不仅可以作为营养补充剂来补充铁和氨基酸，还有抗菌消炎、抗氧化、免疫调节、抗癌等诸多功效^[21]。孙洋^[22]将医院收治的50名缺铁性贫血患儿进行对照治疗，服用硫酸亚铁片治疗对患儿总有效率为80%，服用乳清乳铁蛋白治疗对患儿总有效率为96%，虽然乳清乳铁蛋白比硫酸亚铁的铁饱和度低，但是可显著增多红细胞数量，使患儿的血红蛋白、血清铁蛋白和血清铁的水平有了更加明显提高。吕伟^[23]通过饲养对比实验60天发现，在奶牛日粮中添加牛乳铁蛋白肽后，奶牛的体细胞数有显著下降，产奶量有显著提高，乳中乳脂和乳蛋白含量也增多了，说明牛乳铁蛋白肽不仅起到了抗菌消炎的作用，而且牛乳的质和量都得到了改善。李婷等^[24]对比了三种不同抗氧化体系中LF的抗氧化能力，虽然抗氧化活性差异显著，但是LF均表现出对脂质过氧化的抑制作用，对羟自由基和DPPH自由基的清除作用。任效东等^[25]用酪蛋白糖巨肽(CGMP)和LF对小鼠进行为期14天的灌胃对比实验，根据小鼠粪便中双歧杆菌属数量的对数值和肠杆菌属数量的对数值的比值变化，为CGMP和LF对肠道微生物定殖抗力提供了依据。

 

3. 结语

 

牛乳蛋白中的生物活性成分繁多，虽然含量不高，但具有的功效不容小觑，引得各国的学者进行了大量的研究，将这些活性成分的应用扩展到了保健品、医药、食品添加剂、养殖等多个领域中。希望随着科技的发展，乳品的品质得到更大的提高，其中的生物活性成分也有更加深入的研究和更加广泛的应用，为社会带来越来越多的贡献。

 

参考文献

 

[1] Brantl V, Teschemacher H, Lottspeich F. Novel opioid peptides detived from casein (β-casomorphins)-I -Isolation from bovine casein peptone[J]. Hoppe – Seyler’s Chem, 1979, 360:1211-1216.

[2] 尤玉如.乳品与饮料工艺学[M].北京:中国轻工业出版社,2014.3.

[3] Walsh G. 蛋白质生物化学与生物技术[M].王恒樑,译.北京:化学工业出版社,2006.

[4] Manson, Annan WD. The structure of a phosphopeptide derved from β–casein[J]. Arch Biochemi Biophys, 1971, 145:16-26.

[5] Cross K J, Huqnl, Stanton D P, et al. NMR studies of a novel calcium, phosphate and fluoride delivery vehicle-α_S1-casein(59-79) by stabilized amorphous calcium fluoride phosphate nanocomplexes [J]. Biomaterials, 2004, 25(20): 5061-5069.

[6] 乔云芳,邹晓庭.酪蛋白磷酸肽及其在动物营养中的应用[J].动物饲料,2005,(13):18-20.

[7] 黄家音,朱禹洁,沈金玉.降血压肽研究进展[J].食品与发酵工业,2006,32(6):81-86.

[8] 郑睿行,马力.免疫调节肽的概述[J].生命科学仪器,2008,6(10):9-12.

[9] Minkiewicz P, Slangen C J, Dziuba J, et al. Identification of peptides obtained via hydrolysis of bovine casein by chymosin using HPLC and mass spectrometer[J]. Milchwissenschaft-milk Science International, 2000 , 55 (1) :14-17

[10] Bruck W M, Graverholt G, Gibson G R. A two-stage continuous culture system to study the effect of supplemental α-lactalbumin and glycomacropeptide on mixed cultures of human gut bacteria challenged with enteropathogenic Escherichia coli and Salmonella serotype Typhimurium[J]. Journal of Applied Microbibology, 2003, 95(1):273-280.

[11] 程媛,曹慧,徐斐等.食源性蛋白中免疫活性肽的研究进展[J].食品科学,2015,36(17):296-299.

[12] Jolles P, Flat A M, Migloire-Samour D, et al. Peptides from milk proteins implicated in antithrombosis and immunomoduation[C]. New Perspectives in Infant Nutrition, Symposium Antwerp, 1992:160-172.

[13] 任雁,赵丹,张烨等.乳清蛋白的功能成分及其主要应用[J].中国食品添加剂,2007(1):142-146.

[14] 包晓宇,陈美霞,王加启等.牛乳中活性蛋白生物学功能研究进展[J].中国食品科学,2017,38(19):315-324.

[15] 杜文凯,蔡烈伟,李博等.β-乳球蛋白包埋花色苷C3G对其抗氧化活性的保护[J].食品与发酵工业,2012,38(5):32-36.

[16] 金建昌.不同儿茶素-β-乳球蛋白纳米粒特性与肿瘤细胞抑制活性差异[D].浙江工商大学,2017

[17] 刘晶,韩清波.乳清蛋白的特性及应用[J].食品科学,2007,28(7):535-537.

[18] 吴相佚,宋馨然,刘斯等.α-乳白蛋白酶解物体外抗氧化及活性氧清除作用[J].中国乳品工业,2018(1):4-7.

[19] 张明,方冰,张录达等.牛α-乳白蛋白-亚油酸复合物的结构及抗肿瘤活性[J].光谱学与光谱分析,2015,35(9):2609-2612.

[20] 李唯.基于肿瘤微环境响应的酶解α-乳白蛋白胶束在递送姜黄素的研究[D].北京化工大学,2016.

[21] 朱玉英,王存芳.乳中乳铁蛋白的研究进展[J].中国乳品工业,2015,43(10):34-36.

[22] 孙洋.乳清乳铁蛋白治疗儿童缺铁性贫血的疗效及不良反应观察[J].当代医学,2017,(35):148-150.

[23] 吕伟.牛乳铁蛋白活性肽对奶牛隐性乳房炎的防治作用及对其生产性能的影响[J].中国奶牛,2018,333(1).

[24] 李婷,王彩云,闫序东等.乳铁蛋白体外抗氧化性的研究[J].食品科学,2012,33(21):111-113.

[25] 任效东, 陈庆森, 李俊洁等.酪蛋白糖巨肽和乳铁蛋白灌胃对小鼠肠道微生物定殖抗力的影响[J].食品科学,2013,34(9):282-286.

 

 

 

声明：知料网发布的学术文章均由供稿单位提供，仅供行业交流，不代表本网观点，如有数据或宣传有关问题，请联系本网运营官（邮箱：403175523@qq.com）