乳蛋白中乳清蛋白與酪蛋白組成、特性及應(yīng)用的研究進(jìn)展

劉永峰,張 薇,劉婷婷,楊雨菁,婁 嵐,申 倩

(陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院,陜西西安 710119)

乳清蛋白是利用現(xiàn)代工藝技術(shù)從牛乳中提取出來的一類蛋白質(zhì),在營(yíng)養(yǎng)學(xué)中被譽(yù)為“蛋白之王”,具有易消化、高生物利用率等優(yōu)點(diǎn),是公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)蛋白補(bǔ)充劑[1-2]。酪蛋白是乳中最主要的蛋白質(zhì),占乳中蛋白約70%,具有熱穩(wěn)定性等特點(diǎn),在醫(yī)藥、食品等行業(yè)中有廣泛應(yīng)用[3]。近年來,隨著人們健康理念的提升以及對(duì)于乳中營(yíng)養(yǎng)的研究逐漸深入,乳清蛋白及酪蛋白應(yīng)用越來越多,產(chǎn)品被更多人所熟知,其綜合價(jià)值在多領(lǐng)域得以體現(xiàn)[4]。本文詳細(xì)闡述了牛羊乳中乳清蛋白和酪蛋白的組成與特性、國(guó)內(nèi)外乳清蛋白與酪蛋白的研究及發(fā)展前景,綜合敘述了其產(chǎn)品開發(fā)和綜合利用,以期為乳中蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值綜合利用提供依據(jù),為相關(guān)食品加工提供參考。

1 乳清蛋白、酪蛋白的組成分析

1.1 乳清蛋白的組成

乳清蛋白是母乳、牛乳、羊乳、駱駝乳、馬乳等乳中蛋白的組成成分[5],是乳制品在適宜的等電點(diǎn)和溫度下,經(jīng)過酸化沉淀后分離出來的物質(zhì)[6]。馬乳的乳清蛋白在總蛋白中的占比最接近于母乳,約為60%,銷量最廣的牛乳中乳清蛋白約占其總蛋白的20%[7]。乳清蛋白主要生物活性成分包括β-乳球蛋白(β-LG)、α-乳白蛋白(α-LA)、免疫球蛋白、乳鐵蛋白、乳過氧化物酶等[8]。β-LG通過刺激脂蛋白脂肪酶從而減少脂肪在腸道的消化和吸收,α-LA可促進(jìn)人體對(duì)鈣、鋅的吸收,免疫球蛋白具有抗氧化、提高免疫力的作用[9]。

1.2 酪蛋白的組成

酪蛋白是乳中一大類蛋白質(zhì)的總稱,是乳中主要的蛋白組成成分。酪蛋白約占牛乳中總蛋白的80%[10]。羊乳中也含有大量的酪蛋白,其占總蛋白的比例略高于牛乳[5]。酪蛋白主要由αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白四種單體組成,質(zhì)量比大約為4∶1∶4∶1,且蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好[11-12]。αs-酪蛋白約占到酪蛋白總量的40%[13],能夠?yàn)閯?dòng)物體的生長(zhǎng)發(fā)育提供活性肽、必需氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),也可以調(diào)節(jié)乳腺上皮細(xì)胞等多種細(xì)胞的生理狀態(tài)及功能[14]。β-酪蛋白可與磷酸鈣形成穩(wěn)定的微膠粒,從而提高牛乳中的鈣、磷含量[15]。κ-酪蛋白適于制備代謝障礙患者的專用食品和可食性薄膜[16]。

2 乳清蛋白、酪蛋白的功能與應(yīng)用

2.1 乳清蛋白的功能與應(yīng)用

乳清蛋白是目前所發(fā)現(xiàn)的優(yōu)質(zhì)動(dòng)物性蛋白之一,富含人體所必需的八種必需氨基酸,且比例分配極好。乳清蛋白可以從乳中進(jìn)行少量提取,因其易被人體消化且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高而受到市場(chǎng)歡迎。

乳清蛋白具有抗癌作用,它能通過耗竭谷胱甘肽(GSH)而使腫瘤細(xì)胞對(duì)化療更敏感[17];Castro等[18]通過研究不同濃度乳清蛋白分離物對(duì)黑色素瘤細(xì)胞增殖的抑制作用,得出其在低濃度時(shí)細(xì)胞凋亡率極高,誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡的可能性很大。乳清蛋白具有抗氧化及抗艾滋病病毒(HIV)感染作用,乳清蛋白中的α-LA能螯合重金屬鐵,進(jìn)而降低機(jī)體的氧化應(yīng)激反應(yīng)[19];Micke等[20]在臨床試驗(yàn)中,用乳清蛋白對(duì)HIV感染者治療一段時(shí)間,發(fā)現(xiàn)患者體內(nèi)GSH含量明顯升高,并可在一段時(shí)間內(nèi)維持較高水平;Olivos等[21]研究發(fā)現(xiàn)乳清蛋白濃縮物改善了由西格列汀產(chǎn)生的糖尿病患者血糖的控制水平;Jakubowicz等[22]研究表明在健康人群和Ⅱ型糖尿病患者中,乳清蛋白可通過其在胃腸消化過程中產(chǎn)生的生物活性肽和氨基酸來誘導(dǎo)產(chǎn)生促使胰島素分泌,進(jìn)而發(fā)揮降血糖的作用;Frid等[23]研究表明在Ⅱ型糖尿病患者的飲食中添加乳清蛋白可促進(jìn)胰島素釋放進(jìn)而降低其午餐后的血糖水平。乳清蛋白能抑制病菌的生長(zhǎng)和調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能,它可通過增加組織中GSH水平來增強(qiáng)免疫應(yīng)答[22];乳清蛋白及其活性多肽能夠增強(qiáng)免疫細(xì)胞功能、加速抗體生成、增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬能力以及刺激機(jī)體淋巴細(xì)胞的增殖,從而抑制腫瘤的生長(zhǎng)[24]。

乳清蛋白的抗癌作用、免疫調(diào)節(jié)、提高記憶力等作用被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)保健等領(lǐng)域。張順錫[25]對(duì)老年急性腦出血患者采用乳清蛋白治療,提高了患者的日常生活能力和疾病治愈率;張宇等[26]水解乳清蛋白制備出活性肽產(chǎn)品,可降低人體的膽固醇含量;童星[27]應(yīng)用乳清蛋白預(yù)防肥胖時(shí),發(fā)現(xiàn)乳清蛋白對(duì)人體胰島素水平和炎癥狀態(tài)均產(chǎn)生了有益影響;乳清蛋白提高記憶力的作用也被應(yīng)用于乳制品和保健品生產(chǎn)中[28-30]。乳清蛋白的攪打起泡性、乳化性、微膠束化、持水性、涂層性、成膠性等功能也被應(yīng)用于食品工業(yè)等領(lǐng)域[31-33],尤其是針對(duì)食品的褐變與保鮮等,乳清蛋白被應(yīng)用于制備可食用性表面膜,保持食品特有品質(zhì)、口感和香氣等[34-35];田豐偉等[36]采用乳清蛋白涂膜與酶法改性乳清蛋白涂膜用于核桃仁貯藏,發(fā)現(xiàn)兩種涂膜均可降低核桃仁的脂肪氧化。

2.2 酪蛋白的功能與應(yīng)用

酪蛋白中含有很多人體生長(zhǎng)所必需的氨基酸,具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,進(jìn)入腸、胃等消化道后,也可被生物體內(nèi)的蛋白酶水解,釋放出多種具有特殊生理功能的生物活性肽,能夠?qū)€(gè)體的消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)起到調(diào)節(jié)作用。酪蛋白溶于水時(shí)具有一定的粘性,可維持食物中的水分不易被揮發(fā);酪蛋白有利于提高食品的穩(wěn)定性,可更好地維持冰激凌的穩(wěn)定性起到保濕和改善粘度的作用,還可以提高飲料的穩(wěn)定性;酪蛋白分子的親水端和疏水端,具有優(yōu)良的乳化性和發(fā)泡性[37]。酪蛋白及其酶解產(chǎn)物還對(duì)高濃度葡萄糖誘導(dǎo)的HepG2細(xì)胞胰島素抵抗具有改善特性[38],對(duì)肝細(xì)胞HHL-5沒有明顯毒性而有促進(jìn)其增殖的特性[39],以及酪蛋白水解物可明顯提高乙醇損傷肝細(xì)胞HHL-5存活率的特性[40]。酪蛋白通過酶解將產(chǎn)生酪蛋白磷酸肽(CPP)和酪蛋白抗菌肽(ABP)兩種生物活性肽,從而發(fā)揮CPP的營(yíng)養(yǎng)調(diào)節(jié)作用[41-42]和ABP的廣譜抗菌作用[43-44]。

酪蛋白和乳清蛋白的應(yīng)用具有一致性,也在生物、醫(yī)學(xué)和食品工業(yè)等領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用。酪蛋白在糖尿病患者的預(yù)防和治療方面的應(yīng)用比較多;酪蛋白在食品工業(yè)中,可用作食品的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑,制作酪蛋白冰激淋等產(chǎn)品,還可與谷物及谷物制品結(jié)合開發(fā)出高蛋白營(yíng)養(yǎng)食品;酪蛋白被胰蛋白酶和木瓜蛋白酶酶解,可制成酪蛋白活性肽飲品,產(chǎn)品質(zhì)量好,口感佳[45];酪蛋白水解制備的抗菌肽穩(wěn)定好、能抑制多種細(xì)菌,對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、志賀氏菌、李斯特菌、阪崎桿菌等致病菌均有一定抑制作用,對(duì)禽流感病毒和牛皰疹病毒也有一定的抑制作用[46]。

3 乳清蛋白和酪蛋白產(chǎn)品開發(fā)及綜合利用

3.1 乳清蛋白產(chǎn)品開發(fā)及綜合利用

3.1.1 以乳清蛋白為基料的嬰幼兒食品 乳清蛋白粉、乳鐵乳清蛋白粉、乳清復(fù)合粉等產(chǎn)品常出現(xiàn)在嬰幼兒產(chǎn)品店中,乳清蛋白的含量高達(dá)35%以上,如IBC艾貝斯乳鐵蛋白粉(45 g)主要成分就是濃縮的乳清蛋白粉35%。銷量較好的米粉,在添加了紅棗、山藥等成分外,為了增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng),還加入了10%左右乳清蛋白粉[47]。多數(shù)乳清蛋白米粉富含乳清蛋白及多種益智因子,口感細(xì)膩、營(yíng)養(yǎng)豐富、易沖調(diào)、易消化,為高品質(zhì)嬰幼兒營(yíng)養(yǎng)食品,這些產(chǎn)品可按嬰兒月齡劃分不同乳清蛋白的添加劑量來作為嬰兒輔食[48]。

3.1.2 以乳清蛋白為輔料的多元化產(chǎn)品 邊燕飛等[49]按照比例混合一定量的乳清蛋白于干酪當(dāng)中,再經(jīng)過加工工藝處理,所制作而成的再制干酪,口味得到了改善,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值增加,產(chǎn)品硬度、咀嚼性、膠著性、融化性等特性也得到改善。郭慧青等[33]將乳清蛋白應(yīng)用于航天食品的開發(fā)當(dāng)中,將其與主食饅頭結(jié)合,提高產(chǎn)品的風(fēng)味,蛋白質(zhì)消化率、增強(qiáng)抗氧化效果以及降血糖效果滿足航天食品對(duì)于營(yíng)養(yǎng)快捷的需求。

3.1.3 乳清蛋白納米乳液產(chǎn)品 Lee等[50]使用乳清蛋白作為乳化劑,采用乙酸乙酯與食用油作為油相,通過高壓均質(zhì)技術(shù)制備得到了納米乳液,并采用減壓蒸發(fā)的方式除去乙酸乙酯,得到了在高離子強(qiáng)度和高溫下均能保持穩(wěn)定的乳清蛋白納米乳液,為乳清蛋白納米乳液在食品行業(yè)的利用奠定了基礎(chǔ)。Shukat等[51]使用乳清蛋白作為乳化劑制備得到了納米乳液,利用該體系運(yùn)載維生素E。Mao等[52]采用乳清蛋白作為乳化劑制備得到了β-胡蘿卜素納米乳液,穩(wěn)定性顯著高于以吐溫20和月桂酸甘油酯作為乳化劑制備得到的納米乳液。He等[53]也以乳清蛋白作為乳化劑制備得到了納米乳液,在運(yùn)載藥物方面有較高的穩(wěn)定性和運(yùn)載釋放效率。

3.1.4 乳清蛋白飲料產(chǎn)品 益生菌發(fā)酵的乳清蛋白飲料在當(dāng)前食品行業(yè)消費(fèi)現(xiàn)狀良好[54],王琪[55]結(jié)合現(xiàn)代發(fā)酵和乳制品加工技術(shù),開發(fā)出了酸馬奶乳清飲料,提高了其營(yíng)養(yǎng)性以及適口性,也符合當(dāng)前蛋白飲料消費(fèi)趨勢(shì)。乳清蛋白在食品工業(yè)中被分為乳清濃縮蛋白和乳清分離蛋白,乳清濃酸蛋白有更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和質(zhì)構(gòu)特性[56-57],羅永康等[58]將乳清濃縮蛋白應(yīng)用于酸奶制作,明顯改善酸奶品質(zhì),提高酸奶保水性。

3.2 酪蛋白產(chǎn)品開發(fā)及綜合利用

3.2.1 酪蛋白的營(yíng)養(yǎng)多元化開發(fā) 酪蛋白的主要產(chǎn)品是奶酪,但是奶酪的膻味讓很多人難以接受,人們更愿意選擇遮掩了膻味的奶酪產(chǎn)品。吳姝宓[59]以乳酪為原料,在其中加入雞蛋、小麥粉等成分,經(jīng)配料、加熱攪拌、成型、烘烤、冷卻、包裝等工藝制成的乳酪酥餅,質(zhì)地均勻,香味濃郁,口感酥脆且貯藏期長(zhǎng)。此法制成的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化新鮮食品不僅增加了產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng),還改善了產(chǎn)品的口味,滿足了不同消費(fèi)者的需求,增強(qiáng)了消費(fèi)者的購(gòu)買欲望,增加了酪蛋白的需求量。蒙古族傳統(tǒng)乳制品、奶豆腐、楚拉等都是以酪蛋白為主要原料制作而成[60]。

3.2.2 以酪蛋白酸鈉為基料的谷物制品 酪蛋白酸鈉與酪蛋白一樣具有很高的蛋白含量,與酪蛋白不同點(diǎn)在于酪蛋白酸鈉具有水溶性,因此用途更為廣泛。在谷物食品中酪蛋白酸鈉作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑,制作成高蛋白的谷物產(chǎn)品,供給老人、嬰兒、糖尿病患者等特殊群體食用。在面包、餅干等谷物食品中,酪蛋白酸鈉的添加量為0.2%～0.5%[61]。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

動(dòng)物乳汁中含有豐富的乳清蛋白和酪蛋白,具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。乳清蛋白與酪蛋白均可被添加至人們?nèi)粘ＯM(fèi)的食品中,也可用于醫(yī)療保健品中,綜合比較,乳清蛋白產(chǎn)品較酪蛋白產(chǎn)品更趨于多元化且更受到人們的喜愛。

目前,蛋白產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)日益激烈,在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天,如何打造更多適應(yīng)市場(chǎng)的酪蛋白產(chǎn)品以及擴(kuò)大多元化的乳清蛋白產(chǎn)品市場(chǎng),是當(dāng)前應(yīng)該攻克的難題和關(guān)鍵。因此,保持乳清蛋白和酪蛋白已有的生物醫(yī)藥、食品工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域基礎(chǔ)上,繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用范圍、拓展開發(fā)新型醫(yī)藥產(chǎn)品與新型食品、重視其多肽產(chǎn)品開發(fā)、強(qiáng)化奶酪產(chǎn)品多元化與提升我國(guó)奶酪產(chǎn)品消費(fèi)意識(shí),以及繼續(xù)深入開展其促進(jìn)人類健康的機(jī)理、機(jī)制研究,均是未來研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。