牛乳蛋白質(zhì)水解的研究進展

文 / 李忠民 龐偉華

（1黑龍江貝因美乳業(yè)有限公司2 黑龍江立高儀器設(shè)備有限公司）

母乳是嬰兒的天然理想食品。除母乳外，牛乳似乎成為嬰兒首選的代乳品。牛乳雖然營養(yǎng)豐富，但和母乳相比，在蛋白質(zhì)組成上仍存在很大差異，容易導(dǎo)致嬰兒產(chǎn)生消化不良，部分嬰兒會產(chǎn)生過敏反應(yīng)?，F(xiàn)在的嬰兒配方乳粉大多通過添加脫鹽乳清粉調(diào)節(jié)牛乳中酪蛋白與乳清蛋白的比例，但是，牛乳蛋白質(zhì)的組成并未改變。牛乳與人乳在蛋白質(zhì)組成上的差異是引起嬰兒產(chǎn)生消化不良、過敏反應(yīng)的主要原因。嬰兒牛乳蛋白過敏癥是一種暫時性預(yù)后良好的疾病，主要是通過消除食物中的致敏原來控制癥狀，日常飲食可應(yīng)用經(jīng)過處理的牛乳即“低過敏原配方”。高溫可使β-乳球蛋白失去抗原性，但不能破壞酪蛋白的致敏作用。目前推薦使用的水解酪蛋白或水解乳清蛋白等方法，能有效地降低或消除牛乳蛋白的過敏性。

1 牛乳蛋白質(zhì)水解方法及其影響因素

牛乳蛋白的水解主要是酶水解，此外還有化學(xué)水解和物理水解[1]。蛋白酶從其來源講，可分為動物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。通常選用的動物蛋白酶主要有胰蛋白酶和胃蛋白酶，其酶解效果好，但價格太高，副反應(yīng)多，不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。植物蛋白酶中，以木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶應(yīng)用相對較多，但其水解效率低、反應(yīng)周期長、受外界因素影響大、成本高，同樣不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。而來自微生物的蛋白酶活性較高，同時它們可以通過工業(yè)化生產(chǎn)得到，價格低廉[2]。目前較常用的微生物蛋白酶是堿性蛋白酶和中性蛋白酶。

蛋白酶解是一種常用的蛋白質(zhì)改性方法。蛋白酶催化乳蛋白具有表位的片段水解之后，可顯著降低其抗原性，防止牛乳過敏。由于未經(jīng)處理的生乳酶解較為困難，因此，一般先對牛乳進行處理后再水解。預(yù)處理包括熱處理、高壓處理、酯化、硫化（亞硫酸鹽與二硫鍵可逆反應(yīng)）等。經(jīng)熱處理后的牛乳，蛋白質(zhì)構(gòu)象改變，結(jié)構(gòu)展開，變得對酶更加敏感。牛乳蛋白水解受多種因素的影響，主要有溫度，pH值，高壓，CO2，酶與底物的比率，水解時間，體細胞數(shù)等等。因此在實際操作中應(yīng)選擇合適的酶，pH值，溫度，壓力，通氣狀況，酶與底物比例等，從而得到理想的水解產(chǎn)物[3]。

2 牛乳蛋白質(zhì)水解物的功能性

研究表明，小分子肽比等量游離氨基酸具有更高的生物活性和營養(yǎng)價值，由于肽類的氨基酸組成不同，其功能和生物學(xué)效應(yīng)也不同。肽類和氨基酸通過腸道時幾乎全部被吸收利用進入到血液中，然后運送到各個部位，肽類的生物學(xué)功能就發(fā)揮出來了。肽類除易吸收利用外，還具有抗高血壓，促進鈣、磷吸收，抗血栓等功能。乳肽中含有能阻礙ACE（血管緊張素轉(zhuǎn)換酶）的小分子肽，這些肽都具有抗血壓上升和延緩動脈硬化的功能。乳肽中的VEPIPY肽能夠和免疫球蛋白結(jié)合，形成免疫抗體，增強人體免疫功能。酪蛋白水解產(chǎn)生的肽類，能防止腸道內(nèi)的磷酸鈣沉淀，促進鈣的吸收。另外，乳蛋白活性肽還有抗毒，解毒，促進細胞繁殖，防止黑色素沉淀等功能[4～5]。

3 牛乳蛋白質(zhì)水解的研究進展

20世紀50年代，日本森永乳業(yè)以乳酪蛋白為原料，通過酶解將其分解為分子量在1 000 Da以下的肽和氨基酸的混合物，該混合物含70%游離氨基酸和5～8個氨基酸組成的短肽，這就是市場上使用了40 多年的第一代乳蛋白水解物。20世紀80年代以來，國外一些學(xué)者從乳蛋白的酶解產(chǎn)物中相繼發(fā)現(xiàn)了生物活性肽，證明乳除了具有營養(yǎng)作用外，還具有重要的生理作用及作為生物活性肽的一個重要來源。1979年，Brantl等首先從牛乳酪蛋白酶解物中分離得到一種在豚鼠的回腸中具有阿片樣活性的短肽：β-酪啡肽-7為β-CN的第60～66氨基酸殘基片段。后來又發(fā)現(xiàn)具有抗凝血酶原活性、抗腫瘤、抗菌和抗血栓、抗高血壓等多種生物活性肽，有的已確定了氨基酸順序并在相應(yīng)的多肽鏈中定位[6～7]。

多年來，人們?yōu)榱私鉀Q嬰兒對牛乳過敏和腹瀉等問題，對牛乳蛋白的水解做了大量的研究。我國乳蛋白肽的研究工作起步較晚，主要是進行蛋白酶的篩選和酶解工藝的優(yōu)化。目前我國實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的乳蛋白生物活性肽主要是酪蛋白磷酸肽（CPP），其產(chǎn)品中 CPP含量介于 25%～90%不等，CPP 成分的分子量介于 2 000～3 000 Da之間。三九集團已開發(fā)了一系列多肽產(chǎn)品，如免疫活性肽、神經(jīng)肽、減肥肽、酪蛋白磷酸肽和抗菌肽等作為藥品和保健品。廣州輕化所和杭州的娃哈哈集團也開發(fā)了類似的保健肽[8]。李桂琴等人探討了幾種不同的蛋白酶對牛乳蛋白的最佳酶解條件，通過對蛋白酶水解度和苦味值的比較，確定了胰蛋白酶和復(fù)合風(fēng)味蛋白酶作為復(fù)配酶，其最佳酶解參數(shù)為：酶解溫度 55 ℃，時間 4 h，每千克蛋白質(zhì)中加酶量6 g，復(fù)合風(fēng)味蛋白酶與胰蛋白酶的質(zhì)量比為2︰1，水解度可達25%以上，苦味值較小。趙利等人初步探討了乳蛋白質(zhì)酶水解特性，得出了最佳酶及酶解條件：乳蛋白質(zhì)在pH值為8，溫度為40 ℃條件下加入6 000 U/g胰蛋白酶，水解時間為120 min，乳蛋白質(zhì)水解的效果最好。曹曉燕等人以蛋白酶水解后的肽含量作為評定指標，考察了不同溫度、pH值、加酶量對酶解乳蛋白產(chǎn)生肽的影響，得出了酶水解乳蛋白產(chǎn)生多肽的最佳工藝條件是：溫度 55.83 ℃，pH 值7.08，加酶量0.17%，在此條件下，分解獲得的肽含量可以達到 2.3773 mg/mL。王輝等人采用SDS-PAGE、Urea-PAGE分析耐熱蛋白酶對UHT 乳蛋白的水解作用，結(jié)果表明：熒光假單胞菌（PF）蛋白酶和纖溶酶（PL）作用底物不同，產(chǎn)物也不同；前者優(yōu)先水解κ-酪蛋白生成副κ- 酪蛋白，而PL 主要水解β- 酪蛋白與α-酪蛋白生成γ-酪蛋白及胨、肽等。江小云等人以肽含量為指標，確定了酶添加量及復(fù)合酶（胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶）的酶比，且分別考察了奶粉濃度、溫度、pH值、反應(yīng)時間對酶解乳蛋白產(chǎn)生肽的影響。通過正交試驗確定了復(fù)合酶酶解乳蛋白的最佳工藝條件為：加酶量2 500 U/mL，胰凝乳蛋白酶︰胰蛋白酶＝1︰3，奶粉濃度25%，溫度45 ℃，pH值8.0，水解時間2 h。