乳脂肪球膜的組成與應(yīng)用研究進(jìn)展

喬發(fā)東

（河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，鄭州450001）

乳脂肪球膜的組成與應(yīng)用研究進(jìn)展

喬發(fā)東

（河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，鄭州450001）

綜述了乳脂肪球膜的組成、分離提取方法與應(yīng)用的研究進(jìn)展，對(duì)有效利用乳脂肪球膜資源提供參考。

乳脂肪球膜；組成特性；分離提??；應(yīng)用

1 乳脂肪的形成與存在形式

乳脂肪在乳腺的分泌細(xì)胞內(nèi)形成[1-3]。三酰基甘油在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)部或表面合成，然后以乳脂微粒的形式在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)積累。乳脂微粒通過相互融合，體積增大，形成大小不同的脂質(zhì)滴，通過細(xì)胞質(zhì)被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞的極端，最后由上皮細(xì)胞分泌。在分泌過程中，脂質(zhì)滴表面被裝配上外脂膜。因此，乳中的脂肪球不是簡(jiǎn)單的水包油乳濁液；脂肪球表面由一層組成復(fù)雜的薄膜包裹，通常稱這種膜為脂肪球膜，具有乳化作用，既能阻止脂肪球彼此聚集結(jié)合，又能夠防止酶的作用。

牛乳的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%，以液滴或球狀穩(wěn)定地分散在乳中。脂肪球的直徑為0.2～15 μm，以直徑4 μm左右的脂肪球居多。脂肪球膜是由一個(gè)明顯的雙分子層組成。構(gòu)成脂肪球膜的成分及分布狀態(tài)有許多研究報(bào)道[1-4]。

2 脂肪球膜的主要組成成分與特性

脂肪球膜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與乳脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)和脂肪球的大小有關(guān)[2-3]。脂肪球膜約占脂肪球質(zhì)量的2%～6%，由蛋白質(zhì)、磷脂、糖蛋白、三?；视?、膽固醇、酶和其他微量成分組成。蛋白質(zhì)和磷脂占脂肪球膜干重的90%以上。

2.1 膜蛋白

蛋白質(zhì)占脂肪球膜質(zhì)量的25%～60%，通過電泳分離和等電聚焦電流分離技術(shù)已鑒定出40多種蛋白質(zhì)，Mather[5]和Danthine等[6]對(duì)主要蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、氨基酸序列和特性進(jìn)行了詳細(xì)論述。脂肪球膜中的主要蛋白質(zhì)如表1所示。

表1 脂肪球膜蛋白的組成

粘蛋白I是一個(gè)重糖化的類粘蛋白樣糖蛋白（含糖量高達(dá)50%），對(duì)牛奶進(jìn)行冷卻和攪拌時(shí)，粘蛋白I很容易從脂肪球膜中解離出來進(jìn)入脫脂乳中。

黃嘌呤氧化酶約占脂肪球膜總量的20%，屬于鐵-硫-鉬黃素羥化酶家族，催化黃嘌呤轉(zhuǎn)變成尿酸。由兩個(gè)相同的亞基組成的二聚體，分子量約為150 ku，屬于外周膜蛋白，高濃度的鹽溶液或非離子型洗滌劑能將其洗掉60%以上[7]。

嗜乳脂蛋白是一種主要糖蛋白，分別占黑白花牛（Holstein cows）乳脂肪球膜蛋白40%和澤西牛（Jerseycows）乳脂肪球膜蛋白20%[8]。分子量67 ku，含有約5%的碳水化合物。由526個(gè)氨基酸組成的肽鏈，與脂肪球膜牢固結(jié)合，不能用離液劑和洗滌劑（包括1%的SDS溶液）提取[7]。

嗜乳脂蛋白與黃嘌呤氧化酶以一個(gè)穩(wěn)定的摩爾比例（4∶1）存在。兩種蛋白之間發(fā)生交互作用形成了二硫鍵，當(dāng)二硫鍵減少時(shí)，黃嘌呤氧化酶能夠從脂肪球膜中釋放出來。其他能夠與嗜乳脂蛋白發(fā)生交互作用的蛋白質(zhì)還有PASⅢ和一小部分的PAS 6。嗜乳脂蛋白和黃嘌呤氧化酶能夠與脂肪酸緊密結(jié)合，具有結(jié)合優(yōu)勢(shì)的脂肪酸是棕櫚酸，硬脂酸和油酸[9]。

PAS 6和PAS 7分別是Periodic acid/Shiff 6和7的縮略語。在SDS-PAGE電泳中，用考馬斯藍(lán)和PAS試劑染色后，能夠清晰看到兩條主要蛋白質(zhì)的條帶。它們的分子量為48～54 ku。PAS 6和PAS 7的氨基酸序列相同，但兩者的糖基含量不同[10]。PAS 6和PAS 7與脂肪球膜松散結(jié)合，可能也與磷脂結(jié)合，用鹽溶液能夠從膜上將其洗脫下來。

PASⅢ是一種糖蛋白，分子量為100 ku，與脂肪球膜結(jié)合在一起。CD36也是一種糖蛋白，含有約24%的糖類，分子量為77 ku，大約占脂肪球膜蛋白的5%，是構(gòu)成脂肪球膜的主要蛋白質(zhì)。

脂肪球膜至少含有25種酶類，其中一半以上是水解酶系的成員，其次為氧化還原和轉(zhuǎn)移酶系。最豐富的酶是黃嘌呤氧化酶和堿性磷酸酶[2]。

2.2 膜脂質(zhì)

脂肪球膜中存在的主要中性脂質(zhì)和極性脂質(zhì)的組成列于表2中[2,11]。三?；视褪侵饕闹行灾?，其中一部分是分離脂肪球膜時(shí)帶來的非膜脂質(zhì)成分[12]。脂肪球膜中存在的三?；视?，其長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸含量較高。甾醇及甾醇酯含量變化很大，膽固醇占甾醇總量的90%。此外，也存在單、二?；视秃陀坞x脂肪酸。

表2 脂肪球膜脂質(zhì)的組成[13]

牛奶中約60%的磷脂與脂肪球結(jié)合，其余部分在游離到脫脂乳中的脂肪球膜上[2]。含量豐富的磷脂是：兩性離子形式的磷脂酰膽堿（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺和鞘磷脂；而陰離子形式的磷脂酰絲氨酸和磷脂酰肌醇含量較低（表2）。脂肪球膜中的磷脂含有大量長(zhǎng)鏈脂肪酸（如C16:0、C18:0和C23:0），而短、中鏈脂肪酸含量較低[5]。脂肪球膜中也存在兩種中性鞘糖脂，即葡萄糖神經(jīng)酰胺（35%）和乳糖神經(jīng)酰胺（65%）。神經(jīng)節(jié)苷脂是由神經(jīng)酰胺和一個(gè)寡糖鏈組成的鞘糖脂結(jié)合到一個(gè)或多個(gè)唾液酸和幾個(gè)糖分子上，在膜蛋白中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8 mg/g[14]。

3 乳脂肪球膜的分離提取

從稀奶油、酪乳或全乳中分離提取脂肪球膜主要有4個(gè)步驟：首先，用離心法從全乳中分離出脂肪球；然后，在特定溫度下用生理緩沖液沖洗2～3次，乳鹽緩沖液或蔗糖溶液能夠減少膜成分的流失[3]；第三，在低溫（＜10℃）條件下，破壞脂肪球膜（攪拌、凍融、非離子洗滌劑、極性質(zhì)子溶劑），釋放出脂肪球膜成分；最后，用高速離心法（90～100 kg，60 min）、低pH值沉淀法或添加硫酸銨低速離心法收集脂肪球膜成分。

奶油生產(chǎn)的副產(chǎn)物（酪乳）中，含有較多的脂肪球膜，適宜做工業(yè)化、規(guī)?；崛≈厩蚰さ脑?。但是，酪乳中酪蛋白膠粒與脂肪球膜蛋白形狀的相似性，影響了脂肪球膜成分的有效分離。研究表明，向酪乳中添加2%～5%的檸檬酸鈉，將酪蛋白粒子解離成為較小的狀態(tài)；然后，用高速離心法（100 kg，50 min）將脂肪球膜成分沉淀出來[15]?；蛘?，將檸檬酸鹽處理的酪乳通過0.1 μm孔徑的微濾膜，可制備出約含60%蛋白質(zhì)和35%脂類的脂肪球膜濃縮物[16]。在濃縮物的蛋白質(zhì)組分中，脂肪球膜蛋白為70%、殘留蛋白6%、乳清蛋白24%。Sachdeva and Buchheim[17]向酪乳中添加凝乳酶或酸化劑，調(diào)節(jié)pH值至4.6，通過沉淀法從酪乳中除去酪蛋白后，可用0.2 μm孔徑的膜對(duì)酪乳進(jìn)行微濾。

顯然，應(yīng)用微濾工藝可在工業(yè)規(guī)模上從酪乳中提取脂肪球膜成分。然而，也應(yīng)考慮非脂肪球膜成分如含檸檬酸的濾過物或酪蛋白組分沉淀物的有效利用問題。此外，微濾工藝條件的優(yōu)化、現(xiàn)有提取原料（酪乳）的特性對(duì)脂肪球膜成分分離提取效果的影響仍需要做更深入的研究。

應(yīng)用有機(jī)溶劑很容易從脂肪球膜蛋白中分離出不同的脂類，但難以排除產(chǎn)品中可能存在的殘留溶劑。超臨界二氧化碳流體萃取法優(yōu)于傳統(tǒng)的溶劑萃取法。Astaire等[18]用超臨界二氧化碳流體萃取工藝（SFE）從微濾濃縮物中除去非極性脂類物質(zhì)，獲得較高濃度的磷脂和脂肪球膜蛋白。但是，不能夠?qū)⒘字偷鞍踪|(zhì)分開。

4 乳脂肪球膜的特性與應(yīng)用

4.1 乳化特性

從新鮮的酪乳或稀奶油中分離出的脂肪球膜組分是一種高效天然表面活性物質(zhì)，具有較高的乳化活性[15]，能夠穩(wěn)定豆乳的水包油型乳濁液，這種乳化活性是由于磷脂降低了界面張力的作用。

然而，從目前工業(yè)酪乳中分離出的脂肪球膜成分的乳化活性卻很差[15]?？赡苁窃谀逃椭圃爝^程中，熱處理及攪拌工藝影響了脂肪球膜的功能特性。研究表明，對(duì)乳進(jìn)行加熱處理后，β-乳球蛋白能夠與脂肪球膜結(jié)合，分子之間形成二硫鍵。并且，開始結(jié)合的溫度（60～65℃）低于蛋白質(zhì)的變性溫度（78℃），最大結(jié)合量約占β-乳球蛋白總量的1%[19]。α-乳白蛋白和κ-酪蛋白也能夠與脂肪球膜發(fā)生少量結(jié)合。有研究認(rèn)為這種結(jié)合主要是對(duì)乳進(jìn)行均質(zhì)處理造成的，在新鮮乳脂肪球膜中不存這種現(xiàn)象。

黃嘌呤氧化酶和嗜乳脂蛋白的熱凝聚溫度（60℃，10 min）低于PAS 6和PAS 7（80 ℃）[9]。對(duì)全乳進(jìn)行熱處理后，黃嘌呤氧化酶和嗜乳脂蛋白會(huì)固定在脂肪球膜上，而PAS 6/7容易轉(zhuǎn)移到乳清中。此外，在加熱過程中，磷脂也能夠與其他成分一起遷移到水相中。但不能確定是由于熱處理或攪拌是導(dǎo)致脂肪球膜破裂的主要原因?？傊瑢?duì)全乳或稀奶油即使進(jìn)行低于巴氏殺菌溫度（70℃，15 s）的熱處理，能夠顯著改變脂肪球膜的組成，從而影響脂肪球膜的功能特性。

4.2 制備微脂囊

微脂囊是由兩極性分子通常是磷脂組成的泡囊。呈球形結(jié)構(gòu)，直徑從20 nm到幾個(gè)微米，由一個(gè)或許多磷脂雙分子層合圍一個(gè)水核組成。在微脂囊形成過程中，疏水分子被結(jié)合在脂質(zhì)雙層中，而親水分子被包圍在水核中。

微脂囊常用于制藥和化妝品工業(yè)領(lǐng)域，捕獲或控制藥物或營養(yǎng)成分的釋放。在食品工業(yè)領(lǐng)域也有良好的應(yīng)用前景，保護(hù)敏感成分、增加食品添加劑的功效、限制異味產(chǎn)生。

制備微脂囊的方法有許多文獻(xiàn)報(bào)道[20]，一般從大豆和蛋黃中純化磷脂制備微脂囊。從脂肪球膜中提取的磷脂與從大豆或蛋黃提取的磷脂在組成上有較大的差異。脂肪球膜中含有豐富的神經(jīng)鞘磷脂，其主要的脂肪酸是飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸，這些差別可能影響制備出的微脂囊的結(jié)構(gòu)與特性。很可能利用脂肪球膜磷脂的獨(dú)特組成成分制成微脂囊，在傳遞和保護(hù)敏感化合物，提高其功能特性方面表現(xiàn)出重要作用。

4.3 對(duì)人體健康的作用

近期研究表明，脂肪球膜磷脂與一些脂肪球膜蛋白有抗癌活性[21-22]。從脂肪球膜中分離出的脂肪酸鍵合蛋白，在很低的濃度時(shí)，能夠抑制體外乳腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)。同樣地，在人和牛脂肪球膜萃取物中發(fā)現(xiàn)的BRCA1和BRCA2具有抑制乳腺癌的作用。脂肪球膜中神經(jīng)鞘磷脂的抗癌作用主要是通過其代謝產(chǎn)物鞘氨醇和神經(jīng)胺而體現(xiàn)的，它們能夠調(diào)節(jié)重要的跨膜信號(hào)機(jī)制，從而影響細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育和分化。神經(jīng)鞘磷脂也能夠減少化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)鼠結(jié)腸癌和異常腺窩點(diǎn)（結(jié)腸瘤發(fā)育的早期指示劑）的發(fā)生率。也具有抵抗老年綜合癥、壓力反應(yīng)癥狀、細(xì)胞凋亡和老年癡呆癥的作用。神經(jīng)鞘磷脂也具有抑制結(jié)腸瘤的作用，并且能夠抑制腸道對(duì)膽固醇的吸收。

也有研究報(bào)道中提出，脂肪球膜的主要蛋白質(zhì)嗜乳脂蛋白對(duì)人類健康有不良作用，誘發(fā)多發(fā)性硬化癥和孤獨(dú)癥。此外，脂肪球膜對(duì)誘發(fā)冠心病的影響，也存在不一致的研究報(bào)道[21]。這些研究是在體內(nèi)或體外動(dòng)物模型中獲得的研究結(jié)果，以此推論對(duì)人體健康或誘發(fā)疾病的影響應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎[23]。

5 結(jié) 論

對(duì)脂肪球膜中存在的主要蛋白質(zhì)的分離鑒定及生物學(xué)功能研究取得了顯著進(jìn)步。應(yīng)用微濾分離工藝從酪乳中提取脂肪球膜，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)基本可行，但仍存在問題，即使溫和的加工處理?xiàng)l件，也很容易引起脂肪球膜蛋白的變性與凝聚，影響其功能特性。因此，仍需要進(jìn)行分離提取工藝的改進(jìn)研究。脂肪球膜特定成分對(duì)人類健康的作用備受關(guān)注，需要進(jìn)行更深入的研究。

[1]MATHER I H,KEENAN T W.Origin and Secretion of Milk Lipids[J].J.Mammary Gland Biol.Neoplasia,1998,3（3）:259–273.

[2]KEENAN T W.Milk Lipid Globules and Their Surrounding Membrane:a Brief History and Perspectives for Future Research [J].J.Mammary Gland Biol Neoplasia,2001,6(3):365–371.

[3]HEID H W,KEENAN T W.Intracellular Origin and Secretion of Fat Globules[J].Eur.J.Cell Biol.,2005,84(2-3):245–258.

[4]EVERS J M.The Milk Fat Globule Membrane—Compositional and Structural Changes Post Secretion by the Mammary Secretory Cell[J].Int.Dairy J.,2004,14(8):661–674.

[5]MATER IH.A Review and Proposed Nomenclature for Major Proteins of the Milk Fat Globule Membrane [J].J.Dairy Sci.,2000,83(2):203–247.

[6]DANTHINE S,BLECKER C,PAQUOT M,INNOCENTE N,DEROANNE C.Progress in Milk Fat Globule Membrane Research:A Review[J].Lait,2000,80(2):209–222.

[7]MANTHER IH,WEBER K,KEENAN TW.Membranes of Mammary Gland:XII.Loosely Associated Proteins and Compositional Heterogeneity of Bovine Milk Fat Globule Membrane [J].J.Dairy Sci.,1977,60(3):394–402.

[8]MATHER I,JACK LJW.A Review of the Molecular and Cellular Biology of Butyrophilin,the Major Protein of Bovine Milk Fat Globule Membrane[J].J.Dairy Sci.,1993,76(12):3832–3850.

[9]YE A,SINGH H,TAYLOR MW,et al.Characterization of Protein Components of Natural and Heat-treated Milk Fat Globule Membranes[J].Int Dairy J,2002,12(4):393–402.

[10]HVARREGAARD J,ANDERSON MH,BERGLUND L,et al.Characterization of glycoprotein PAS 6/7 from Mmembranes of Bovine Milk Fat Globules[J].Eur.J.Biochem,1996,240(3):628–636.

[11]JENSEN RG.The Composition of Bovine Milk Lipids,January 1995 to December 2000[J].J Dairy Sci.,2002,85(2):295–350.

[12]WALSTRA P.Some Comments on the Isolation of Fat Globule Membrane Material[J].J.Dairy Res.,1985,52(2):309–312.

[13]KEENAN TW,DYLEWSKI DP.Advanced Dairy Chemistry 2 Lipids[M].London’Chapman&Hall,1995:89.

[14]JENSEN RG,NEWBERG DS.Handbook of Milk Composition[M].San Diego(USA)’Academic Press,1995:543.

[15]CORREDIG M,DALGLEISH DG.Isolates from Industrial Buttermilk:Emulsifying Properties of Materials Derived from the Milk Fat Globule Membrane[J].J.Agric.Food Chem.,1997,45(12):4595–4600.

[16]CORREDIG M,ROESCH RR,DALGLEISH DG.Production of a Novel Ingredient from Buttermilk[J].J.Dairy Sci.,2003,86(9):2744–2750.

[17]SACHDEVA S,BUCHHEIM W.Recovery of Phospholipids from Buttermilk Using Membrane Processing[J].Kiel Milchwirtsch Forschungsber,1997,49(1):47–68.

[18]ASTAIRE JC,WARD R,GERMAN JB,et al..Concentration of Polar MFGM Lipids from Buttermilk by Microfiltration and Supercritical Fluid Extraction[J].J.Dairy Sci.,2003,86(7):2297–2307.

[19]YE A,SINGH H,OLDFIELD DJ,et al.Kinetics of Heat-induced Association of β -lactoglobulin and α -lactalbumin with Milk Fat Globule Membrane in Whole Milk [J].Int.Dairy J.,2004,14(5):389–398.

[20]KIM HY,BAIANU IC.Novel Liposome Microencapsulation Techniques for Food Applications[J].Trends Food Sci.Technol.,1991,2:55–61.

[21]SPITSBERG VL.Invited Review:Bovine Milk Fat Globule Membrane as a Potential Nutraceutical[J].J Dairy Sci,2005,88(7):2289–2294.

[22]Koen Dewettinck,Roeland Rombauta,Natacha Thienpont,et al.Nutritional and technological aspects of milk fat globule membrane material[J].International Dairy Journal,2008,18(5);436-457.

[23]SNOW DR,JIMENEZ-FLORES R,WARD RE,CAMBELL J,et al.Dietary Milk Fat Globule Membrane Reduces the Incidence of Aberrant Crypt Foci in Fischer-344 Rats[J].J Agric Food Chem,2010,58(4):2157-2163.

Research development of composition and application of milk fat globule membrane

QIAO Fa-dong
(Bio-engineering College,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001，China)

this review focuses on current research relating to the components and the isolating and exploiting methods of milk fat globule membrane for effective use of it.

milk fat globule membrane；composition；isolation method；application

TS252.1

A

1001-2230（2011）11-0035-04

2011-08-10

喬發(fā)東（1963-），男，副教授，研究方向?yàn)槿槠放c肉品科學(xué)。