牛乳酪蛋白源生物活性肽的研究進展

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.07.032

引文格式：宋萌佳，宇光海，潘龍，等.牛乳酪蛋白源生物活性肽的研究進展.中國調味品，2024，49（7）：214-220.

SONG M J， YU G H， PAN L， et al.Research progress of bioactive peptides derived from milk casein.China Condiment，2024，49（7）：214-220.

摘要：酪蛋白是牛乳中的主要成分，經研究證明其也是生物活性肽的主要來源，功能性小肽主要在胃腸道消化或乳制品發酵過程中通過蛋白酶和肽酶的作用所釋放。根據不同的序列、結構和氨基酸含量，所產生的多肽具有不同的功能，如調節免疫力、抗菌、抗氧化、降血壓和改善睡眠等功能，被認為是功能性食品的潛在成分。隨著對牛乳酪蛋白源生物活性肽的深入挖掘及其生理功能作用機制的闡明，酪蛋白衍生的多肽有望成為潛在功能食品添加劑及多肽類藥物，在特定食品及多肽類藥物的開發領域具有重要的應用前景。文章針對牛乳酪蛋白多肽挖掘、生物學功能及作用機制的國內外研究進展進行綜述，以期為牛乳酪蛋白源生物活性肽的研究及應用提供參考。

關鍵詞：牛乳；酪蛋白；生物活性肽

中圖分類號：TS252.1""""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1000-9973（2024）07-0214-07

Research Progress of Bioactive Peptides Derived from Milk Casein

SONG Meng-jia1， YU Guang-hai1， PAN Long1， LIAO Ai-mei1，

HUI Ming1， HUANG Ji-hong1，2，3，4*， HOU Yin-chen5

（1.College of Biological Engineering， Henan University of Technology， Zhengzhou 450001， China;

2.Food Laboratory of Zhongyuan， Luohe 462000， China; 3.College of Agriculture， Henan

University， Kaifeng 475001， China; 4.College of Food and Pharmacy， Xuchang

University， Xuchang 461000， China; 5.College of Food and Bioengineering，

Henan University of Animal Husbandry and Economy，

Zhengzhou 450046， China）

Abstract： Casein is the main component in milk， and it has been proven to be the main source of bioactive peptides through research. Functional small peptides are mainly released through the action of proteases and peptidases in the processes of gastrointestinal digestion or dairy fermentation. According to different sequences， structures and amino acid content， the generated polypeptides have different functions， such as regulating immunity， antibiosis， antioxidation， lowering blood pressure and sleep improvement， and are considered as potential components of functional foods. With the in-depth exploration of bioactive peptides derived from milk casein and the elucidation of the mechanism of their physiological functions， polypeptides derived from casein are expected to become potential functional food additives and polypeptide drugs， and have important application prospects in the development of specific foods and polypeptide drugs. In this paper， the research progress of milk casein polypeptide study， biological functions and mechanism of action at home and abroad are reviewed， in order to provide references for the research and application of bioactive peptides derived from milk casein.

Key words： milk; casein;" bioactive peptide

收稿日期：2024-01-05

基金項目：中原學者工作站資助項目（224400510026）；河南省中央引導地方科技發展資金（Z20221341069）；功能糖發酵菌株創制及綠色生物制造關鍵技術研究與應用（231111310700）

作者簡介：宋萌佳（1998—），女，碩士，研究方向：食品加工與安全。

*通信作者：黃繼紅（1965—），女，教授級高級工程師，博士，研究方向：農產品精深加工。

近年來，隨著科學技術的發展和人們生活水平的提高，天然生物活性肽作為開發功能食品的原料越來越受到人們的關注。生物活性肽是指含有 2～30個氨基酸、具有一定生物活性的肽序列，對人體生理生化功能具有一定的調節功能。生物活性肽具有顯著的抗氧化、呈味、抑菌、調節免疫力等功能，例如呈味肽可作為天然的復合調味料，是傳統調味料如鹽、糖、味精等的理想替代品，其不僅可以賦予食品協調、細膩的口感，而且有的多肽在加熱后會產生特殊的香味。天然的抗菌肽可以替代調味品中的化學防腐劑，在保證口感的同時還能保障食品的安全性。此外，部分活性肽還具有一定的降血壓、抗氧化等生理功效，是調味料等的重要活性成分，符合健康調味品的發展趨勢，對調味品及相關食品產業的發展具有重要意義。

牛乳和初牛乳被認為是生物活性成分的主要天然來源，生物活性成分以生長因子、乳鐵蛋白、免疫球蛋白或生物活性肽的形式存在于牛乳中。生物活性肽具有特定的功能片段，需通過蛋白質水解才可以釋放。酪蛋白是牛乳中的主要蛋白源，也是生物活性肽的主要來源，具有較高的營養價值。酪蛋白在加熱條件下能夠與糖發生非酶褐變美拉德反應，并可以通過改變反應條件獲得不同的風味物質，在食品中有增香、呈色的作用，也可根據其螯合作用制備香精等，用于食品添加劑的制作。酪蛋白具有穩定的螯合體系，在模擬人造肉時可以賦予食品一定的色、香、味，能夠模擬一些人們喜歡的食物替代原有食品。根據酪蛋白的結構與特性，其不僅可以用作食品的調味劑，而且可以在食品添加劑等方面發揮作用，因此被廣泛應用于食品工業和其他工業中。近20年來，隨著研究和技術的發展，牛乳和初牛乳中存在的天然生物活性物質及其衍生物已作為食品添加劑被廣泛應用于速溶飲料、嬰兒配方奶粉和維生素片等多種產品中。因此，從牛乳中提取的天然生物活性肽具有保健作用，為人類健康的生活方式開啟了一扇新的大門。

1" 牛乳酪蛋白種類及酪蛋白分類

牛乳中大約含有2.8%～3.3%的蛋白質，其中含有79.6%的酪蛋白、11.5%的乳清（白）蛋白和3.3%的乳球蛋白，還有少量其他蛋白質，這些營養素對于維持人體健康有著十分重要的生物功效。牛乳酪蛋白已被認為是制備生物活性肽的有效且經濟的來源。酪蛋白由αS1-酪蛋白、αS2-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白組成，還有γ-酪蛋白，它是β-酪蛋白降解的產物。酪蛋白含有的活性肽序列與促進健康和降低疾病風險的活動有關，對人類健康有益，主要通過酪蛋白水解后形成的多種生物活性肽體現。一旦它們在體內釋放，不同的片段就會發揮如抗氧化、抗菌、降血壓、調節免疫力和改善睡眠等功能。本文對牛乳酪蛋白源生物活性肽的研究進展進行歸納及總結，為今后開發牛乳酪蛋白源生物活性肽提供了理論基礎，以期促進牛乳酪蛋白源生物活性肽在功能性食品中的進一步發展。

2" 抗菌肽

由于抗生素的使用和濫用，抗生素的耐藥性成為危害公共健康的因素之一。因此，迫切需要天然物質作為抗生素的替代品以減少抗生素的耐藥性，尤其是在食品行業。近年來，研究人員一直致力于尋找自然來源的抗菌劑，包括多肽、低聚糖和植物提取物。抗菌肽（antimicrobial peptides，AMP）具有殺滅微生物的能力，不會產生抗藥性，可作為抗生素的替代品，提高抗生素的耐藥性。AMP作為先天免疫系統的一部分，幾乎存在于所有的生命領域中，可以對抗病毒、細菌、真菌甚至癌細胞。乳酪蛋白是AMP的重要來源，它可以通過酶解從食物蛋白中提取。牛乳蛋白目前是一系列生理活動的生物活性成分的主要來源。牛乳蛋白中的抗菌肽已被廣泛研究，特別是由牛乳酪蛋白水解產生的抗菌肽。最早的乳源抗菌肽通過凝乳酶對αS1-酪蛋白酶解得到。Ouertani等從意大利乳清干酪中分離得到蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）。它可以裂解牛乳酪蛋白產生抗菌肽（AMP），從而抑制幾種芽孢桿菌和單核細胞增生李斯特菌的增殖。Qi等對牛乳酪蛋白的分解進行了優化，得到了活性酪蛋白抗菌肽（CAMPs）混合物，實驗表明天然、安全的CAMPs混合物對變形鏈球菌和牙齦卟啉單胞菌表現出很高的抑制活性。Omidbakhsh等研究發現αs165-181對一些重要的食用菌如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等具有抗菌活性，表現出一定的劑量依賴性。該肽對大腸桿菌的最低抑菌濃度為3.9 mg/mL，對其他細菌的最低抑菌濃度為7.8 mg/mL。當濃度達到3.9 mg/mL時，該肽對植物乳桿菌無抑菌活性。已被研究證明具有抗菌作用的牛乳酪蛋白序列見表1。

3" 抗氧化肽

抗氧化劑是一種化學物質，可以中和并清除體內不斷產生的自由基?？茖W證明，人體內不斷產生活性氧。體內不受控制的自由基可導致氧化應激，進而導致動脈粥樣硬化、糖尿病、加速衰老、心血管疾病。從富含抗氧化劑的食物中攝取抗氧化劑能夠保護身體免受氧化應激和損傷。因此，在各種生物活性多肽中，具有抗氧化活性的多肽十分重要，特別是來自乳制品的乳蛋白，可以作為補充劑提供給生物體，防止這種損害。Bueno-Gavil等利用洋薊花提取物中的蛋白酶對牛乳酪蛋白進行水解，優化提取得到的酪蛋白水解產物含有具有抗氧化和抗高血壓活性的肽。Chang等利用長雙歧桿菌從牛乳酪蛋白中生產抗氧化肽，通過質譜分析法對長雙歧桿菌發酵獲得的酪蛋白衍生肽進行鑒定，發現衍生物中含有兩種具有抗氧化活性的肽。Sah等通過胰蛋白酶水解牛乳酪蛋白，得到的水解產物中VLPVPQK肽具有最高的抗氧化活性。此外，通過觀察亞砷酸鹽誘導的應激顆粒的形成來研究牛奶蛋白的抗氧化活性，證實了α-酪蛋白和β-乳球蛋白的抗氧化作用。還有研究證明牛乳蛋白可以作為一種有價值的健康補充劑，用于預防與衰老相關的疾病。已被研究證明具有抗氧化作用的牛乳酪蛋白序列見表2。

4" 降血壓肽

血管緊張素轉換酶（angiotensin-converting enzyme，ACE）是一種Ⅰ型膜錨定的肽基-羧基肽酶。它是一種多功能酶，能將血管緊張素Ⅰ轉化為血管緊張素Ⅱ，從而使血壓升高。在腎素-血管緊張素系統中，ACE催化緩激肽和腦啡肽的降解，雖然ACE抑制劑可以通過降低血管緊張素Ⅱ的活性來降低血壓，但它們會升高緩激肽和腦啡肽的水平。ACE抑制肽主要是通過與血管緊張素轉換酶的結合實現降血壓作用，從而抑制ACE的活性。與降壓藥不同的是，這些多肽不會出現如頭痛、失眠和血管性水腫等副作用。已有研究證明，用微波固相合成法合成了牛αS1-酪蛋白（C12）降壓肽的8-氨基酸（八聚體）片段（PFPEVFGK），實驗證明該肽具有抑制血管緊張素轉換酶（ACE）的能力。利用協調的胃腸IVD模型結合靶向質譜學識別在牛奶蛋白消化過程中釋放的短ACE抑制肽和抗高血壓多肽，該實驗首次證明了6種牛乳蛋白在體外OGI消化過程中釋放出的VPP和IPP片段具有抗高血壓的功效。Losacco等利用重組DNA技術，從牛乳β-酪蛋白中提取具有ACE抑制活性的高純度多肽，以確定它們與ACE的相互作用，目的是設計出具有更強抑制特性和新的藥理特性的多肽，并擴大該功能食品的生產規模，例如具有降血壓作用的牛奶飲料等功能食品。Renye等利用兒茶素操縱子內克隆了編碼該肽的人工合成基因，使兒茶素先導肽與12個殘基的降壓肽（C-12）發生了翻譯融合。并從αS1-酪蛋白中提取得到了12個殘基的多肽（FFVAPFPECVGK），該系統不僅改進了奶源降壓肽的生產工藝，而且為直接在發酵乳制品中原位生產生物活性多肽提供了可能性。Xue等利用胃蛋白酶和胰蛋白酶水解牛乳酪蛋白，鑒定了一種新的血管緊張素轉換酶抑制肽YQKFPQYLQY（YQK），并證明該肽對自發性高血壓大鼠（SHRs）具有降血壓作用，口服YQK可顯著降低收縮壓。已被研究證明具有降血壓作用的牛乳酪蛋白序列見表3。

5" 免疫活性肽

乳源免疫活性肽所具備的生理功能不僅可以在生物體內起到重要的免疫調節作用，增強機體的免疫力，而且能夠刺激機體中一些重要的細胞因子的分泌，增強巨噬細胞的吞噬能力以及淋巴細胞的增殖，從而提高機體對外界病原體的抵抗力。已有研究證明牛乳αS1-酪蛋白的f1～f23、f194～f199片段及β-酪蛋白的 f63～f68、f191～f193和f193～f209片段能夠增強人類和小鼠巨噬細胞的吞噬活性，并在體內表現出對抗肺炎克雷伯菌的免疫刺激活性。Kitazawa等研究證明β-酪蛋白YPVEP氨基酸序列的Q1肽可誘導巨噬細胞高水平趨化。它還能促進巨噬細胞的鈣動員，這是細胞激活的另一個跡象。且該研究表明牛奶β-酪蛋白釋放的生物活性多肽可能通過誘導巨噬細胞遷移和激活來促進天然宿主的免疫反應。Li等通過研究MAPK和PI3K/Akt通路誘導HO-1介導GHP對活化巨噬細胞的抗炎作用，發現酪蛋白糖巨肽水解物通過抑制脂多糖刺激的RAW264.7巨噬細胞中促炎因子的過度表達，減少了ROS的產生，并拮抗了NF-κB途徑。GHP還通過上調ERK、Akt和p38的磷酸化，促進Nrf2核轉位和HO-1的表達。因此，GHP可能是一種潛在的抗氧化應激和慢性炎癥性疾病的成分。Liu等通過小鼠實驗驗證了A2型β-酪蛋白可改善近端小腸絨毛和隱窩形態，提高免疫球蛋白IgG和IgE應答，并通過調節腸道微生物區系的組成和多樣性，進一步解釋了食用A2型β-酪蛋白牛奶對宿主免疫系統和腸道健康的潛在好處。Otani等研究了富磷-磷絲氨酸區（Glu14-SerP-Leu-SerP-SerP-Glu-Glu21）的牛乳酪蛋白（1～28）及其化學合成的片段對小鼠脾細胞增殖和免疫球蛋白產生的影響，研究結果表明含有SerP-X-SerP的磷酸肽增加了淋巴細胞增殖和免疫球蛋白（尤其是IgA）的產生。Guantario等在衰老小鼠的飲食中添加含有不同β-酪蛋白的牛乳，通過調節腸道微生物區系進行實驗，該項研究表明牛奶對衰老小鼠模型的腸道免疫學和形態有積極作用，特別是當牛奶中只含有A2型β-酪蛋白時作用更明顯。已被研究證明具有免疫活性肽作用的牛乳酪蛋白序列見表4。

6" 睡眠肽

睡眠對人們的健康起著至關重要的作用。然而，世界上有數百萬人睡眠不足或難以入睡。這些情況可能產生各種健康問題，如肥胖、糖尿病和高血壓等疾病。為了減輕與控制睡眠相關的問題，通常由醫生開鎮靜催眠處方藥物（如苯二氮卓類藥物、安定）。長期使用這些合成物質的藥物可能導致耐受性、依賴性和其他不良副作用。因此，人們致力于開發天然來源、沒有副作用或副作用比鎮靜催眠藥物小的新型助眠藥物。

牛奶一直被認為是天然的助眠劑。研究表明，酪蛋白經酶解能夠產生具有多種生物活性的肽。其中牛奶成分中的酪蛋白被認為有助于促進睡眠。有研究表明牛乳αS1-酪蛋白胰蛋白酶水解物（CH）含有十肽αS1-酪蛋白，其被證明具有抗焦慮、抗驚厥和抗應激作用，其效果可與苯二氮卓類藥物、安定相媲美。牛乳酪蛋白被人體消化后促進睡眠的作用機制見圖1。

由圖1可知，酪蛋白產生的睡眠肽主要通過血漿、腦干、下丘腦、大腦皮層等途徑改善睡眠。Dela Pea等通過實驗進一步評估了牛乳αS1-酪蛋白胰蛋白酶水解物（CH）的鎮靜和促進睡眠的作用。結果表明CH有促進睡眠的作用，但沒有或只有很小的鎮靜作用。并通過培養的人神經母細胞瘤細胞闡明CH可能的作用機制，發現CH具有促進睡眠的特性，可能是通過GABAA受體-氯離子通道復合物介導的。Chen等建立了一種基于腦神經元電生理的體外模型來評估促進睡眠的作用，系統地從牛乳酪蛋白水解物中分離出4種新型肽，分析了4種肽的動作電位（AP）抑制率和膜電位（MP）變化率，此外，還進行了秀麗隱桿線蟲的睡眠行為測試，發現這4種肽均能顯著增加秀麗隱桿線蟲的總睡眠時間和靜止睡眠時間，表明這4種肽能顯著改善睡眠。酪蛋白胰蛋白酶水解物（CTH）已被證明具有緩解壓力和促進睡眠的作用，但據報道，CTH中只有一個十肽YLGYLEQLLR（α-CZP）對GABAA受體（GABAAR）的苯二氮卓類位點具有親和力。因此，Qian等對α-CZP和CTH的促睡眠作用進行了比較，發現CTH能夠顯著延長小鼠的睡眠時間，比α-CZP延長近2倍。此外，通過虛擬篩選探索了具有強睡眠促進活性的兩種肽YPVEPF和YFYPEL，其中，YPVEPF能顯著延長小鼠的睡眠時間。

7" 結論

目前，牛乳酪蛋白活性肽主要通過天然牛乳酶解獲得。然而，原料和酶解成本高、后續分離純化過程復雜，導致其生產成本較高，限制了其進一步大規模工業化生產。利用異源表達系統表達牛乳酪蛋白活性肽，在低成本、大規模制備牛乳酪蛋白活性肽方面具有廣闊的應用前景。常規的異源表達系統包括細菌、酵母、霉菌、哺乳動物、植物和昆蟲等。原核表達系統如枯草芽孢桿菌和大腸桿菌具有增殖速度快、表達水平高、轉化過程快捷、營養需求簡單、廉價等優點。動物細胞表達系統存在培養技術復雜、成本高等缺陷；而釀酒酵母（S.cerevisiae）和巴斯德畢赤酵母（P.pastoris）異源表達系統技術較成熟且應用廣泛，并具備真核細胞蛋白翻譯后修飾功能，在牛乳酪蛋白的活性肽異源表達方面具有應用前景。畢赤酵母系統內源分泌蛋白相對較少，有利于重組肽的后續純化。微生物異源表達系統為生產牛乳酪蛋白源活性肽提供了新的思路。

目前，食品加工行業中常用的防腐劑為化學防腐劑，無法滿足人們對健康的需求，因此，迫切需要尋找天然的防腐劑作為替代品。釀造調味品由于含有豐富的蛋白質、維生素等，微生物的繁殖易導致食品腐敗變質。因此，牛乳酪蛋白衍生的抗菌肽有望成為化學防腐劑的替代品。且天然抗菌肽有著不可比擬的優點，如抗菌作用強、作用范圍廣等。在一些釀造調味品中加入抗菌肽抑制有害菌的生成；也可發揮抗菌肽在食品中的保鮮作用；在食品加工或儲藏中也可以利用抗氧化肽的功能防止食品氧化變質，從而提高食品的營養價值和新鮮度。且酪蛋白衍生肽具備降血壓、增強免疫力等功效，可以將其加入調味品中發揮該功效。

根據牛乳酪蛋白的結構與特性，將其應用于食品中不僅可以賦予食品色、香、味，而且可以用來制作食品添加劑，為食品行業保駕護航。隨著研究的深入，牛乳酪蛋白作為天然來源的生物活性肽，將會以食品添加劑的形式進入到我們的生活中，根據以往研究，需要更深入地探索這些生物活性肽被使用時是否會對人體產生副作用，作為食品添加劑及藥物使用時如何使其最大化地發揮其功能肽的作用，并需要進一步的體內研究來評估和驗證這些水解物/肽的潛在益處。目前牛乳酪蛋白制備生物活性肽方法雖多，但是存在成本高、生物活性肽純度低、活性不穩定等問題，因此未來可利用微生物異源表達策略作為研究的重心，在一定程度上不僅能夠從量產牛乳酪蛋白的源頭上降低成本，而且采用異源表達體系制備牛乳酪蛋白更能有針對性地獲得高純度的多肽，為開發新的功能肽提供可能性。

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