A2 β-酪蛋白消化特性與人體健康

孫 健，車佳玲，王青云，粘靖祺

北大荒完達山乳業(yè)股份有限公司，黑龍江哈爾濱 150090

0 引言

牛乳被視做人類膳食蛋白質補充的重要來源，牛乳蛋白質主要由酪蛋白和乳清蛋白組成，其中酪蛋白約占總蛋白的80%，以膠束形式存在，酪蛋白中含有多種人體必需氨基酸，是人體內重要氨基酸的來源，更是被視作一種優(yōu)質蛋白。除其重要的營養(yǎng)功能外，酪蛋白經消化后也具有潛在的生物學活性，具有重要的生理功能。而β-酪蛋白作為酪蛋白中一種重要的蛋白組成，占酪蛋白的35%左右[1，2]，由于基因水平上的差異，β-酪蛋白存在多種變體，并且是最早被鑒定出具有遺傳變異性的蛋白之一。近年來，特別是A1和A2型β-酪蛋白的結構及理化特性、消化特性的差異性及其對人體健康的影響備受眾多學者及乳品企業(yè)的關注。

1 β-酪蛋白概述

β-酪蛋白共有13 種遺傳變體，A1和A2基因型是其主要的類型，二者差異為A2型β-酪蛋白肽鏈的第67位上為脯氨酸（Pro），而A1型此位點的氨基酸由脯氨酸突變?yōu)榻M氨酸（His），此種變異只存在于牛奶中，A2基因型被認為是β-酪蛋白的原始基因型。對A1型和A2型β-酪蛋白之間區(qū)別的研究始于20世紀90年代初[2～4]，將二者進行分型，對于認識、區(qū)分和研究二者尤為重要，目前對兩種基因型β-酪蛋白進行分型多基于蛋白質水平和分子水平的檢測方法[5，6]，例如反相高效液相色譜（RPHPLC）法、等電聚焦電泳（IEF）法、等位基因特異性聚合酶鏈式反應（AS-PCR）等；A1型β-酪蛋白經消化后產生β-酪啡肽（BCM-7）而A2基因型不產生，因此也有基于消化產物BCM-7采用液相色譜法對多肽物質進行鑒定，也可以采用放射免疫分析等方法對血液或尿液中的BCM-7進行檢測。因此未來更多高效、便利的基因檢測和分型方法的研究對于促進乳制品行業(yè)發(fā)展至關重要[7]。

酪蛋白遺傳變異特性會對蛋白結構產生影響，而蛋白質的結構與功能特性密切相關，結構和功能的變化進而影響了牛奶的理化特性[4]。A1和A2型蛋白基因型的變異對牛奶產量和成分、凝乳特性、穩(wěn)定性、乳化特性、發(fā)泡性等物理特性均會產生影響：如A2型的牛奶蛋白質含量更高，而A1型的牛奶脂肪含量更高；變異類型對酪蛋白膠束大小具有影響，使得A2型β-酪蛋白更可溶，牛奶的凝乳特性較弱，使其形成的凝膠強度較弱，反而更容易消化；β-酪蛋白是一種柔性的兩親性分子，在pH6.7時，A2型比A1型更易形成乳化液，但由于形成的乳化液不穩(wěn)定，導致乳化特性差；β-酪蛋白具有良好的界面行為，對發(fā)泡性具有重要影響，有研究表明，因A1型β-酪蛋白在界面上分布更廣泛，可以促進界面快速形成，發(fā)泡能力較強，不同基因型牛奶的理化特性差異也逐漸被乳品加工行業(yè)所關注[8]，酪蛋白的遺傳變異特性對不同品類的乳品加工至關重要。

2 β-酪蛋白消化特性

2.1 體外消化模型

A1、A2型β-酪蛋白遺傳特性不同，即第67位上的氨基酸類型的不同，造成蛋白的結構、功能特性不同，其消化特性自然也存在差異。β-酪蛋白消化后產生的各種生物活性肽會受到胃腸道環(huán)境中蛋白酶濃度、消化時間、pH等因素的影響，活性會遭到一定程度上的破壞[9]，目前體外模擬消化技術被廣泛應用于食品消化特性的研究，也不斷有對于關于β-酪蛋白消化特性模型的研究[10，11]。游義嬌等[12]也從3 個方面將其歸納為6 種類型，即按照是否模擬消化動態(tài)過程、消化腔室的多少、使用酶的多少，將體外消化模型分為體靜態(tài)和動態(tài)、單室和多室、單酶體系和多酶體系消化模型，因體外消化模型的易操作、可重復且快速等優(yōu)勢，逐漸成為對牛乳β-酪蛋白消化特性研究的工具，對于β-酪蛋白消化特性的研究也多集中于體外多室多酶靜態(tài)消化模型[10，13，14]。除了對消化模型類別的研究外，消化模型的參數(shù)也是模擬人體消化特性的關鍵所在。

隨著研究的不斷深入，也有研究發(fā)現(xiàn)，嬰幼兒和成人的消化模式間存在差異，如一些酶和分泌功能在生命早期仍不成熟：胃蛋白酶發(fā)育緩慢，出生后四周僅達到成人的18%，胰腺脂肪酶分泌較低；胃pH值酸性也較低：喂養(yǎng)前嬰兒胃的pH值范圍為3.2～3.5，喂養(yǎng)后范圍可迅速升高到6.0～6.5，而成人胃的pH值始終低于2；同時初乳（0～2周）和成熟乳（產后＞4周）的蛋白含量和成分也不同，造成嬰兒在不同階段的消化特性也不同[15～17]，因此成人體外消化模型無法真實反映嬰兒胃腸道消化情況。也不斷有基于嬰幼兒胃腸道特點對消化模型的pH、酶濃度、消化時間等方面的研究，Elwakiel等[18]通過比較中國母乳的初乳和成熟乳的不同，在成人體外靜態(tài)消化模型的基礎上，對胃消化期的pH和胃、腸階段的酶濃度和膽鹽濃度，并將每個消化階段時間進行了更改，建立了嬰兒體外蛋白消化模型，更多的研究也都在致力于對消化模式的差異性進行探究，并不斷對體外消化模型進行修改和完善，建立更適應嬰幼兒生理條件的“嬰幼兒體外消化模型”。

2.2 牛乳β-酪蛋白消化特性

牛奶蛋白的組成不僅影響胃蛋白水解速率和胃消化物的結構，而且會引起生理效應的差異，特別是其中的β-酪蛋白具有調節(jié)胃腸道生物學功能的潛力[14]。A1、A2型β-酪蛋白遺傳特性不同，消化吸收特性存在差異。A1型β-酪蛋白消化后可產生多肽片段BCM-7，A2型β-酪蛋白產生的多肽片段為BCM-9，不斷有相關研究表明，A1型β-酪蛋白產生的BCM-7片段可能與乳糖不耐受、胃腸不適等癥狀相關[19]。Jianqin S等[20]對45 名漢族受訪者進行了試驗，食用同時含有A1和A2型β-酪蛋白的牛奶與僅含A2型β-酪蛋白的牛奶相比，其BCM-7濃度更高、胃腸道排空的時間更長、短鏈脂肪酸（SCFAs）水平也較低，不利于人體的胃腸道健康。Barnett等[21]在大鼠試驗中證明，A1型β-酪蛋白會延緩腸道運動，A1型肽鏈第67號位點上的氨基酸發(fā)生突變，導致消化后產生多肽片段BCM-7，造成乳糖不耐受、胃腸道不適等癥狀。

β-酪蛋白天然就具有比α-乳清蛋白和β-乳球蛋白更易被消化吸收的優(yōu)勢。母乳β-酪蛋白的分子內部一半以上無具體結構，整體二級結構疏松，使其更易被消化吸收，而牛乳的β-酪蛋白二級結構和高級結構與母乳相近，因此牛乳β-酪蛋白也更易于消化吸收[19]。近年來也不斷有對乳蛋白改性進而改善其功能特性和營養(yǎng)特性的方法，即通過物理（熱、超高壓等）或化學（酶解）的方法使蛋白質的氨基酸或多肽鏈發(fā)生改變，進而使蛋白質空間結構和理化特性發(fā)生改變，例如通過熱處理手段可以降低乳蛋白種α-螺旋和β-轉角的含量，一定程度上提升乳蛋白的可消化性[22]。因此，對于天然消化性良好的β-酪蛋白進行改性更加有利于提高其可消化性，增加牛乳的可利用價值。

2.3 特種乳消化特性

乳制品行業(yè)發(fā)展迅速，隨著我國對于特種乳及乳制品的不斷開發(fā)和研究，使羊乳、水牛乳等特種乳的消化特性也備受關注。蔡俊娜等[23]的羊乳酪蛋白體外模擬消化研究表明，羊乳酪蛋白主要在腸液中消化，且僅需2 min消化率即達到99.00%；趙烜影[13]鑒定出的水牛乳三種亞型中AB型消化性能最快，其次為AA亞型和BB亞型，可能是基因多態(tài)性、乳成分及蛋白二級結構的差異性造成其消化特性的不同；Iglingstad等[24]進行的人乳、牛乳、羊乳和馬奶體外胃腸道消化特性研究表明，馬奶的酪蛋白在胃階段消化最快，4 種乳均可在腸道階段較為快速地被消化，消化特性良好；也有研究表明，基于β-酪蛋白的結構和消化后產生BCM-7的潛力，在山羊、綿羊和水牛中表達的β-酪蛋白雖然不是A2型，但可以被歸為類似于A2型[25]，可以看出特種乳的消化特性較好，一些特種乳的酪蛋白特性又與A2型相似。因此，此種特性對于有針對性地開發(fā)消化特性較好的乳制品是有益的。

3 β-酪蛋白消化特性與人體健康

3.1 胃腸道健康

缺乏乳糖酶會導致自身乳糖代謝障礙，使得人體對牛乳有不良反應。隨著國內外對A1和A2型β-酪蛋白與人類健康研究的興起，兩種基因型蛋白對于胃腸道健康的影響也不斷被關注。對于兒童和老年人等胃腸道功能較為脆弱的人群，在選擇乳制品時會更加慎重，也不斷有β-酪蛋白消化與此類人群腸道健康的研究。Sheng X等[26]對80 名中國5～6歲學齡兒童進行研究，飲用僅含A2型β-酪蛋白的牛奶的兒童胃腸道炎癥明顯減少、糞便頻率和糞便稠度也明顯改善；Guantario B[27]綜合評估A1和A2型β-酪蛋白對老年腸道模型的影響，結果表明，僅含A2型β-酪蛋白的牛奶可以增加短鏈脂肪酸（SCFAS）的含量、調節(jié)了腸道微生物群，改善腸道容貌形態(tài)；同時女性人群的胃腸道健康也不容忽視，一項關于女性乳制品消化舒適度的隨機對照試驗中，結果顯示，僅食用含有A2β-酪蛋白的牛奶組的惡心、腹脹、腹瀉等癥狀減少，改善了乳糖不耐癥狀以及對含乳糖牛奶的消化舒適度[25]，從上述相關研究結果可以看出，在兒童、老年人和女性人群中A2型牛奶可以達到調節(jié)腸道健康的目的。

3.2 乳蛋白過敏

對于食用牛乳的人群而言，除了胃腸道健康的問題，乳蛋白過敏問題也不可忽視，一些人群雖然不存在乳糖吸收不良的狀況，但仍對牛乳不耐受，這類人群的不耐受狀況可能是由牛乳蛋白過敏引起的。其中對于酪蛋白過敏的病人，這類人群同時存在對于4 種類型的酪蛋白均一定程度上過敏的現(xiàn)象。牛乳過敏癥狀涉及胃腸道消化吸收過程，蛋白消化后產生的活性多肽會進入機體內部，過敏原表位被遞呈給相關免疫細胞，進而引起免疫反應，A1型β-酪蛋白和BCM-7也是引起牛乳蛋白過敏的重要因素[20，28]。β-酪蛋白與過敏性較高的αS1-酪蛋白具有相似的分子結構：都具有兩親性的極性結構、相似的磷酸化殘基形成的致敏性區(qū)域；二級結構簡單，過敏原表位均為線性結構[29]，且人乳和牛乳β-酪蛋白較高的序列相似性會引起免疫交叉反應，雖然β-酪蛋白因抗原識別表位較少，過敏原性較低，并不是最強的酪蛋白致敏原，但近年來隨著對于不同基因型，特別是A2型β-酪蛋白研究的興起，有學者也將β-酪蛋白的多態(tài)性與蛋白過敏相聯(lián)系：如A1、A2型β-酪蛋白消化后會得到不同長度的肽段，且得到的多肽大小仍可以容納IgE結合表位，仍然可以被過敏病人所識別[30]，從而引起過敏。

4 展望

近年來，隨著人們對于乳制品的安全、營養(yǎng)特性以及對胃腸道健康意識的增強，β-酪蛋白的消化特性及其與人體健康的關系也將被持續(xù)關注。不同基因型的β-酪蛋白結構及功能特性不同，對不同種類乳的消化特性影響不同，特別是A2型牛乳理化特性更加穩(wěn)定、對不同人群的胃腸道健康更有益處，但對其消化特性與人體健康的相關性未來需要更加直接的證據(jù)進一步說明，并且對于可以更加真實反映不同人群，特別是嬰幼兒的模擬消化模型、消化后產生的生理活性肽的吸收性評價方面的研究也將為乳制品的研發(fā)提供重要依據(jù)和參考，對提升乳品企業(yè)核心競爭力具有重要意義。