A2 奶的研究進展及其上游奶源的篩選培養

吳宇銀，劉安琪，李慶雷，陳志偉,4

（1.山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東 淄博 255000；2.山東理工大學生命與醫藥學院，山東 淄博 255000；3.山東高速生物工程有限公司，濟南 250100；4.山東理工大學食品與營養科學研究院，山東 淄博 255000）

0 引 言

牛乳蛋白質主要有酪蛋白和乳清蛋白兩大類，酪蛋白由α-、β-、κ-和γ-組成，其中β-酪蛋白約占總蛋白的40%[1]，其顯著特點是幫助嬰幼兒成長發育和提高對礦物質的吸收。β-酪蛋白主要存在2 種基因變異體，A1 基因型和A2 基因型，與之相對應的是A1 牛奶和A2 牛奶[2]。A1 和A2 型β-酪蛋白的蛋白質結構存在差異，正是這種差異使A2 型β-酪蛋白比A1 型更接近天然母乳中的蛋白質，成為牛奶蛋白成分研究的熱點。

2016 年，首次在臨床研究中證明了人類飲用含A2 的A1 奶和只飲用A2 奶的影響差異[3]。從此國內乳品行業開始逐鹿A2 乳品領域，直至目前A2 奶已成為國內各乳品企業研發的新方向，也已打破了新西蘭A2 牛奶公司對國內A2 奶粉配方的科技壟斷[4]。A2 奶開發的進展，也促進了A2 奶牛畜牧領域的變革。本文介紹了A2 奶的特性及優點、檢測方法，關注人類健康，簡述上游奶源的研究趨勢，對A2 奶在乳品行業引領潮流的原因進行多方面分析，為了解A2 奶發展情況提供參考。

1 A2 奶的研究進展

1.1 A1 與A2 型β-酪蛋白的差異性

最初，自然界中并沒有A1 型β-酪蛋白的存在，它是由A2 型β-酪蛋白基因突變產生的，在后續的自然迭代和養殖中沒有進行指向性的篩選，導致A1 型β-酪蛋白成為主導，因此A2 基因型被看作原始β-酪蛋白基因型[5]。從純營養的角度來看，普通牛奶在蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素和礦物質方面與A2牛奶相似[6]。A1 型和A2 型β-酪蛋白之間的唯一區別是位置67 處的氨基酸類型，其中A1 型在該位置上結合組氨酸，A2 型結合脯氨酸[7]。由于氨基酸的差異，A1型β-酪蛋白在消化和吸收后，將產生由7 個氨基酸組成的肽段，即β-酪啡肽-7（β-casomorphin-7，簡稱BCM-7）；A2 型β-酪蛋白在消化后會產生一個由9個氨基酸形成的肽段β-酪啡肽-9（β-casomorphin-9，簡稱BCM-9）[8]。

A1 和A2 型β-酪蛋白在結構上存在氨基酸的差異，且有研究表明，飲用A1 型牛奶會提高冠心病的發病率并降低身體的免疫功能，增加患心血管疾病的風險，如心臟病、動脈粥樣硬化和I 型糖尿病[9-10]，飲用A2型牛奶可減少胃腸道炎癥反應[11]。而A2 型β-酪蛋白具有改善嬰兒的消化功能的潛力，能夠促進機體對營養物質的吸收[12]。表明A2 奶與普通A1 奶相比，對人體的消化負擔更小，滿足多種人群乳品營養需要。

1.2 普通牛奶中的不利影響因子

BCM-7 全稱為阿片肽β-酪啡肽-7，其序列特征為H-Tyr-Pro-Phe-Pro-Gly-Pro-Ile-OH，分子式：C41H55N7O9，分子質量為789.9 g/mol，它可以潛在地影響神經、內分泌和免疫系統中的許多阿片類受體[13]。研究表明，含有A1 型β-酪蛋白的普通牛奶在消化過程中產生的BCM-7 能夠被人體直接吸收。BCM-7 是一種外啡肽，具有很高的阿片活性，與μ-型阿片受體有良好的親和力[14]。研究發現，BCM-7 物質的出現會影響胃腸消化運轉和髓過氧化物酶活性，從而導致人體不適[15]。基于目前的研究結果，已經有很多國家的廠商開始對奶牛種群進行篩選并制造A2 型牛奶及其奶制品，為消費者提供更加適合自身體質消化的食品選擇。

1.3 A2 奶中β-酪蛋白檢測方法

掌握A1、A2 型牛奶的區分方法可以更深刻的了解2 種牛奶本質結構上的不同，以及其檢測作用位點的差異。針對人體腸胃消化吸收能力的不同，幫助人們選擇更加適合自身腸胃消化的牛奶，對促進人體營養吸收和生長發育有很大的幫助。

目前，在蛋白質層面上，常見的β-酪蛋白分型檢測方法包括酶聯免疫試劑盒法、液相色譜-高分辨串聯質譜法、毛細管區帶電泳法、中紅外光譜和化學計量學等[16-19]。在基因層面上，借由生物分析技術檢測β-酪蛋白分型的方法有LNA 探針法和Rh Amp 檢測法等[20-21]。這些方法均有一定適用范圍和優缺點，如表1 所示，而基因層面與蛋白質層面的檢測相比，具有高通量、快速準確、成本較低等優點，可提高β-酪蛋白分型效率，也可以應用于牛群的基因分型。

表1 β-酪蛋白的檢測方法

1.4 A2 奶在食品領域的應用

從物理化學角度來看，與A1 型β-酪蛋白相比，A2 型β-酪蛋白的疏水性較低，形成的膠束較小[22]。有報道稱，A2 型β-酪蛋白使牛奶具有較差的凝乳酶凝固特性[23]。NGUYEN H T H 等[24]報告稱，與A1 牛奶制成的凝膠相比，A2 牛奶制成的酸性牛奶凝膠具有更低的彈性模量，更高的孔隙率和更薄的蛋白質鏈。

酪蛋白酸鈉是牛奶中主要蛋白質酪蛋白的鈉鹽，是一種安全無害的增稠劑和乳化劑，被廣泛使用在乳制品中。此外，它含有人體所需的全部必需氨基酸，具有很高的營養價值，能夠作為營養強化劑食用。YACINE H 等[25]利用小角度X 射線散射探測了分別從A2 和A1A2 奶（普通牛奶）中獲得的酪蛋白酸鈉粒子的內部結構及界面性質，結果表明酪蛋白酸鈉的黏度會隨著酪蛋白酸鈉濃度的增加而增加。從A2 和A1A2 奶中獲得的酪蛋白酸鈉的結構和界面性質并無明顯差異，這可能是雖然A1 和A2 型β-酪蛋白有差異，但酪蛋白酸鈉的數量差異可能不足夠大到改變酪蛋白酸鈉的行為差異。

NGUYEN H T H 等[24]研究了β-酪蛋白A2 變體與A1 變體對牛奶鈣分布、酸性凝膠和發泡特性以及酸性乳凝膠微觀結構的影響。研究表明，含β-酪蛋白表型A2A2 的牛奶具有較高比例的游離離子鈣，增強了泡沫的形成能力，需要更長的凝膠化時間。與A1A1 奶相比，A2A2 奶凝膠在發酵結束時的儲存模量顯著降低。與A1A1 乳凝膠相比，A2A2 乳凝膠中具有更多孔的微觀結構和更薄的蛋白質鏈導致凝膠強度更低。這可能支持乳制品生產商開發具有不同功能特性的新型乳制品。

此外，現階段乳品企業對嬰幼兒A2 奶粉配方的研究較多，其中A2 牛奶公司更是A2 奶的領軍“人物”。之后，快速發展的A2 乳品領域無疑成為了許多乳品企業的選擇，而隨著實力雄厚的乳品企業的不斷涌入，反過來又使A2 奶市場規模不斷擴大，吸引了越來越多的關注。這不僅推動了有關A2 奶物理結構特性的研究，也推動了A2 奶作用于動物體影響其生理指標的科學研究，為A2 奶的營養作用機制提供更完善、更明確的理論支撐。

1.5 A2 奶的優點及其市場發展

普通牛奶中的β-酪蛋白以A1 型酪蛋白為主，若牛奶中的β-酪蛋白全是A2 型，則該牛奶就是所謂的“A2 奶”。中國人飲用牛奶后出現胃腸道失調的癥狀約占90 %。亞洲人出現乳糖不耐受的癥狀是較為普遍的，表現為飲用牛奶后會引起不同程度的腹脹、腹痛、腹瀉等胃腸不適[3]。后來有研究表明，A2 奶更近似于母乳，易于被人體吸收，可以緩解乳糖不耐受癥狀，改善腹脹、腸道噪音和消化舒適等。

隨著乳品行業的發展，A2 型β-酪蛋白乳制品將成為乳制品消費的新熱點，這使得A2 型β-酪蛋白乳制品也轉變為乳品企業的“戰場”，成為國內外乳品企業競爭更為激烈的項目[8]。繼A2 公司之后，惠氏（Wyeth）、達能（Danone）、君樂寶（Junlebao）、飛鶴（Feihe）、伊利（Yili）、雅培（Abbott）、新希望（New Hope）等知名乳企也推出了新的A2 蛋白奶粉產品。除此之外，下游乳品企業的需求增長推動了上游A2 型奶牛畜牧業在A2 奶源領域的發展布局[4]。推動了A2 奶源建設牧場，且更多新建牧場在規劃時就考慮到A2 基因奶牛的篩選和育種。

2 A2 奶與人體健康

2.1 A2 奶可降低Ⅰ型糖尿病發病率

Ⅰ型糖尿病，舊稱青少年糖尿病或胰島素依賴型糖尿病，是一種代謝紊亂綜合征，主要是由于通過免疫介導胰腺β細胞的破壞造成的[26]。在針對不同年齡段飲用牛奶人群的調查中發現，嬰幼兒對于牛奶的依賴要遠高于成年人，且他們的腸道中更易吸收BCM-7[27]，使部分研究聚焦于牛奶與Ⅰ型糖尿病之間的相關性。研究人員針對不同國家和地區牛奶的發病率和消費量進行調查，嘗試確定牛奶是否會誘發Ⅰ型糖尿病，在這些研究中，有認為A1 奶更易引發Ⅰ型糖尿病的結論[28-30]，但也存在一些相反的結論[31-32]。ELLIOTT R B 等[33]在相關的動物實驗中發現，以A2奶飼養的小鼠，其I 型糖尿病的發病率低于用A1 奶飼養的小鼠。ELLIOTT R B 等[34]的其他研究表明，A2型β-酪蛋白可改善Ⅰ型糖尿病發病率，但關于其在人體內作用的臨床研究尚未開展，暫時不能證明A2奶消化吸收后的產物與Ⅰ型糖尿病存在直接相關性。

2.2 A2 奶有助于調節情緒

乳汁是哺乳動物早期生命中營養的主要來源，戒掉乳汁和引入固體食物的過程，被稱為斷奶過程。AYA O 等[35]研究表明，斷奶可能通過調節發育中的腸-腦軸來影響中樞神經系統的成熟，導致動物情緒發生變化。經過LUTZ P E 等[36]的研究，對斷奶年齡的大鼠進行了高親和力μ-阿片受體[37]（μ-opioid receptors，MOPrs）和催產素受體[38]（Oxytocin receptors，OTrs）的定量放射自顯影結合，選擇這些受體是因為其對斷奶引起的變化很敏感，并參與了情緒調節機制。結果表明A1 奶顯著增加了大鼠的應激誘導靜止，使得MOPrs 和OTrs 的腦區域特異性改變，以及尿生化檔案的改變。此外，尿腸道微生物代謝物與大腦代謝物的改變密切相關。這些發現表明，在斷奶后飲用含有A1 型β-酪蛋白的牛奶可能通過一種可能的腸-腦軸機制影響情緒[35]，而在斷奶后飲用A2 奶則不會對應激誘導靜止行為產生負面影響，也不會誘導MOPrs 密度的腦特異性變化，且可以有效調節斷奶后大鼠的情緒。

一項自閉癥兒童的研究結果表明，自閉癥兒童尿液中BCM-7 的含量遠高于正常兒童，且BCM-7 的濃度與患病情況的嚴重程度呈正相關[39]。但目前還未有與人相關的臨床研究來證明A2 奶可調節情緒。

2.3 A2 奶可改善肺部炎癥

牛奶的主要消化過程主要在胃腸道中進行，因此多數研究集中在A1、A2 型β-酪蛋白的消化影響[40]。SUN 等[2]的一項研究表明，飲用A1 型β-酪蛋白的牛奶會惡化胃腸道癥狀。在小鼠模型中，喂食來自A1A1和A1A2 奶牛的β-酪蛋白增加了Th-2 驅動的腸道炎癥[9,41]。但SHIKHA Y 等[42]的研究探討了牛奶中A1和A2 型β-酪蛋白變異作為導致小鼠模型過敏性氣道疾病的因素。A1A1 奶喂養小鼠支氣管肺泡灌洗液和血清中IL-4 和IL-5 水平顯著升高，IgE 和IgG 水平也顯著升高。同時，淋巴細胞和嗜酸性粒細胞的擴張增加，導致支氣管周圍炎癥。A1A2 奶粉喂養小鼠的表型為中間型，而A2A2 奶喂養小鼠的表型與對照組匹配，即未呈現炎癥。從相關研究中可表明，A1 奶對肺有促炎癥缺陷，導致表型與典型的過敏性哮喘表型密切匹配，但A2 奶不會出現此類癥狀。可惜的是還未有臨床研究證明A1 奶會直接引發人體肺部炎癥，而A2 奶不會出現此狀況。

3 A2 型奶牛的培養及篩選

3.1 A2 型奶牛養殖現狀

目前，許多海外乳品企業已開始生產和銷售A2 乳制品，且A2 型β-酪蛋白畜群已成為主要的奶源[43]，但國外尚無關于A2 型畜群生產和養殖的研究報告。

國內奶牛的基因篩查工作已經開始，大規模的育種和養殖工作也已逐步推進。其中，山東奧克斯畜牧種業有限公司已對A2 型β-酪蛋白荷斯坦種公牛進行定向培育工作，建立了種母牛群和種公牛群A2 型β-酪蛋白基因型鑒定方法，篩選獲得A2 型β-酪蛋白奶牛種群，結合奶牛群體改良（Dairy Herd Improvement，DHI）測定、計劃選配、靶向培育出具有高產A2型β-酪蛋白遺傳基礎的種公牛[44]。有很多牧場根據β-酪蛋白多態性來選擇牛群，為了在牛群中選育出純合A2A2 型個體，研究人員可采用各種不同的方法，如PCR-SSCP 法[45]、KASP 法、Taq Man 法等。對奶牛的分類培育養殖，有利于乳企通過加工工藝制作出不同風味且易消化吸收的A2 型乳制品，全面滿足不同體質人群對牛乳營養的需求。

3.2 A2 型奶牛基因分型方法

3.2.1 單鏈構象多態性法

單鏈構象多態性PCR（Single strand conformation polymorphism analysis of polymerase chain reaction products, PCR-SSCP）是一種基于DNA 構象差異檢測點突變的方法。如果相同長度的單鏈DNA 的堿基序列不同，則形成的構象就會不同，從而形成單鏈構象多態性。

單鏈DNA 片段呈現復雜的空間折疊構象，這主要是通過分子內相互作用（如堿基配對）來維持的。當某一堿基改變時，其空間構象會受到不同程度的影響，導致構象發生變化。在聚丙烯酰胺凝膠中具有不同空間構象的單鏈DNA 分子的抗性是不同的。在已知基因型（A1A2、A2A2）的參考樣品中，PCR 產物為234 bp的17 %聚丙烯酰胺（丙烯酰胺∶雙丙烯酰胺=100∶1）凝膠上同時檢測所有變體的效果最好[46]。這些結果通過對直接從聚丙烯酰胺凝膠中切下的等位基因特異性SSCP 條帶進行測序得到證實。因此，非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳（Native-PAGE）可能對具有不同構象的分子非常敏感，進而非常靈敏地將其分離出來。

3.2.2 競爭性等位基因特異性PCR（KASP）法

引物混合物是由2 個正向引物和1 個反向引物組成的，2 個引物具有2 個公共標簽和鏈接的單核苷酸多態性（Single nucleotide polymorphism，SNP）位點。進行第1 輪PCR 擴增，將DNA 模板與引物混合物中的相應引物結合，擴增完成SNP 鑒定。然后進行第2輪PCR 擴增，以擴增等位基因末端的特異性標記序列。最后進行第3 輪PCR 擴增，隨著PCR 擴增，與特異性序列對應的檢測引物呈指數級增長，檢測到相應的信號。根據2 種不同的熒光基團和聚類效應，確定SNP 分型[47]。

3.2.3 Taq Man 法

Taq Man 法的基本原理是在PCR 擴增過程中添加一對引物和一個特定的熒光探針，熒光探針的5'端與報告基團連接，3' 端與淬滅基團連接[43]。探針完成后，發射熒光信號的報告基團被淬滅基團吸收，經PCR 擴增后，5'-3' 定義的Taq 酶的酶活性可以切斷探針酶的降解，使報告基團與熒光猝滅反應分離，使熒光監測系統能夠接收到熒光信號，即對于每條AMPL DNA 鏈，都能想成一個熒光分子，熒光信號的積累與PCR 的擴增形成同步產品，這樣就可以達到突變檢測的目的。新的Taq Man MGB 探針可實現定量遺傳分析和SNP 分析，具有區分A1 或A2 型個體的高靈敏度。

4 總結與展望

目前，國內A2 奶研發仍處于初步階段，但經過國內各乳品企業對A2 奶的創新發展，已經推動其上游奶源布局發生變動。為促進國內A2 乳業更好、更健康、更長遠的發展，國內乳品企業仍需通過提升研發及檢測水平、提高產品質量、豐富產品類型，來降低A2 奶的生產成本，同時做好A2 奶的科普宣傳工作，提升消費意識。此外，要利用好天然牧場地區的優勢，對A2 基因型奶牛進行篩選、培育和飼養，因地制宜生產天然A2 奶，采用先進發展A2 奶生產地區帶動后發展地區的合作模式，多方面、全方位滿足人們對乳制品營養攝入的需求。