山羊乳蛋白的營養(yǎng)特性及其生物活性研究進展

馮莉，武瑩敏，劉璇璇，韓玉婷，曹云剛，范鑫，黃峻榕

（陜西科技大學食品科學與工程學院，陜西 西安 710021）

乳類營養(yǎng)豐富，富含人體生長發(fā)育所需的必需氨基酸、短中鏈脂肪酸以及鉀、磷、鈣等多種礦物質[1]。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，市面上乳的種類越來越多樣化。除常見的牛乳外，山羊乳、綿羊乳、馬乳、駝乳、牦牛乳等特色乳在乳品市場中的占比逐年增長，其中山羊乳所含的營養(yǎng)物質及生物活性物質高達200 余種。另外，除乳糖外，山羊乳中的干物質、蛋白質、脂肪、礦物質等營養(yǎng)成分含量均高于牛乳，其營養(yǎng)價值更接近人乳，因而被營養(yǎng)界評價為唯一可與人乳媲美的功能食品[2-5]。近年來，消費者越來越了解山羊乳的營養(yǎng)價值，促使山羊乳及其制品的市場需求量持續(xù)上升[6-7]。

蛋白質是乳品的主要營養(yǎng)成分，也是衡量乳品質量的關鍵指標之一[8]。山羊乳蛋白主要由酪蛋白、乳清蛋白及乳脂肪球膜蛋白三部分組成。據(jù)報道，山羊乳酪蛋白是營養(yǎng)價值極高的全價蛋白，乳清蛋白則具有降血壓、抗氧化、抑菌等多種生理功能[9]。隨著人們對山羊乳蛋白營養(yǎng)價值研究的逐漸深入，其應用領域將越來越廣泛?；诖耍疚木C述山羊乳蛋白的組成、營養(yǎng)特性及其生物活性研究進展，以期為山羊乳蛋白的綜合利用以及功能性山羊乳制品的開發(fā)提供參考。

1 山羊乳蛋白的組成

1.1 酪蛋白

酪蛋白是乳腺自身合成的含磷酸性蛋白，約占山羊乳總蛋白含量的80%，且大多數(shù)以酪蛋白膠束的形式存在[10-11]。山羊乳、牛乳以及人乳中酪蛋白各組分含量[12]如表1 所示。

表1 山羊乳、牛乳和人乳中酪蛋白組成Table 1 Composition of casein in goat，cow，and human milk

酪蛋白主要由αS1-酪蛋白（αS1-casein，αS1-CN）、αS2-酪蛋白（αS2-casein，αS2-CN）、β-酪蛋白（β-casein，β-CN）、κ-酪蛋白（κ-casein，κ-CN）組成。山羊乳酪蛋白中αS1-CN 含量相對較低，人乳酪蛋白中不含αS1-CN，牛乳酪蛋白中αS1-CN 含量最為豐富；而山羊乳和人乳酪蛋白中含量最豐富的組分均為β-CN。由此可見，與牛乳相比，山羊乳的酪蛋白組成更接近人乳。

1.2 乳清蛋白

乳清蛋白是一類可溶性蛋白質，具有凝膠性、起泡性、乳化性等，在乳清類食品以及含有乳清蛋白制品的加工、運輸?shù)确矫姘l(fā)揮著重要作用。乳清蛋白由球狀蛋白組成，具有較規(guī)則的二級結構和三級結構，且含有大量的巰基和二硫鍵。熱處理會使乳清蛋白的多肽鏈展開，導致蛋白變性，產(chǎn)生絮凝、沉淀，也可使乳清蛋白與其他蛋白質發(fā)生相互作用形成聚集體[13-14]。

乳清蛋白主要由α-乳白蛋白（α-lactalbumin，α-La）、β-乳球蛋白（β-lactoglobulin，β-Lg）、乳鐵蛋白（lactoferrin，LF）、免疫球蛋白（immunoglobulins，Ig）等組成。其中，β-Lg 和α-La 是山羊乳中乳清蛋白的主要組分。山羊乳、牛乳以及人乳中乳清蛋白各組分含量[15]如表2 所示。

由表2 可知，山羊乳與牛乳和人乳中的乳清蛋白含量差別不大，大約在0.6～0.7 g/100 mL，但是三者在乳清蛋白的組成比例上存在較大差異。人乳的乳清蛋白組分以α-La 為主，不含β-Lg，牛乳的乳清蛋白組分以β-Lg 為主，α-La 含量次之，山羊乳乳清蛋白中的β-Lg 含量較牛乳而言更接近于人乳。除此之外，山羊乳中乳清蛋白的功能特性也與牛乳存在較大差異。劉翠等[16]利用蛋白質組學技術分析了山羊乳乳清蛋白的功能分布，發(fā)現(xiàn)山羊乳乳清蛋白中含量相對較高的蛋白主要參與蛋白質酶解過程，而牛乳乳清蛋白中含量相對較高的蛋白則主要參與機體的防御。

1.3 乳脂肪球膜蛋白

山羊乳的乳脂肪球膜蛋白主要由黏蛋白-1、嗜乳脂蛋白、黃嘌呤氧化還原酶（xanthine oxidoreductase，XOR）、乳凝集素、脂肪酸結合蛋白、黏蛋白-15 等組成[17]。雖然乳脂肪球膜蛋白僅占山羊乳總蛋白含量的5%左右，但因其種類的多樣性和特殊的生物學價值，已成為近幾年蛋白質領域的研究熱點之一[8]。目前已有學者從組學水平上對山羊乳乳脂肪球膜蛋白進行了探索。趙小偉等[18]通過液相色譜串聯(lián)質譜分析，并結合數(shù)據(jù)庫檢索發(fā)現(xiàn)，山羊乳的乳脂肪球膜蛋白中包含334 種蛋白質，其與牛乳乳脂肪球膜的差異表達蛋白有208 種；山羊乳乳脂肪球膜蛋白中有129 種特異表達蛋白，牛乳乳脂肪球膜蛋白特異表達蛋白種類相對較少，僅有79 種。此外，不同時期山羊乳乳脂肪球膜蛋白的功能特性也存在較大差異。Sun 等[19]對山羊初乳和常乳中鑒定到的乳脂肪球膜蛋白進行了生物信息學分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)蛋白與翻譯后修飾有關；初乳中的蛋白含量比常乳少，但是內質網(wǎng)中蛋白的加工功能比常乳強，常乳中則含有較多與代謝相關的蛋白。

2 山羊乳蛋白的營養(yǎng)特性

2.1 山羊乳蛋白的營養(yǎng)價值

山羊乳、牛乳以及人乳中氨基酸組成[20]如表3 所示。

表3 山羊乳、牛乳和人乳的氨基酸組成Table 3 Amino acid composition of goat，cow，and human milk%

由表3 可知，山羊乳蛋白的氨基酸種類齊全，含人體所需的8 種必需氨基酸，且總含量高于牛乳和人乳；除亮氨酸、賴氨酸和苯丙氨酸含量與牛乳相近外，山羊乳蛋白中的其余必需氨基酸含量均高于牛乳。山羊乳蛋白的賴氨酸含量較高，而這種氨基酸在大豆蛋白、核桃蛋白等植物蛋白中的含量非常低，甚至是第一限制性氨基酸，因此，若將山羊乳蛋白與植物蛋白搭配食用，可使山羊乳蛋白及植物蛋白的營養(yǎng)價值得以充分發(fā)揮。另外，穆闖錄[21]通過氨基酸評分、氨基酸比值系數(shù)、氨基酸比值系數(shù)分、必需氨基酸指數(shù)等多項指標分析了山羊乳蛋白和牛乳蛋白的營養(yǎng)品質差異，研究結果顯示，山羊乳蛋白的必需氨基酸組成較牛乳蛋白而言更加均衡，其氨基酸模式更接近于嬰兒氨基酸模式[22]。此外，山羊乳乳清蛋白的二級結構更接近人乳乳清蛋白，主要表現(xiàn)為山羊乳乳清蛋白的α-螺旋含量（20.26%） 較牛乳（16.58%） 而言更接近人乳（27.37%），且山羊乳乳清蛋白的β-轉角和β-折疊含量均與人乳更為相近[23]?？傊?，山羊乳的營養(yǎng)價值較高，能夠滿足人體尤其是嬰幼兒生長發(fā)育的營養(yǎng)需求。

2.2 山羊乳蛋白的低致敏性

牛乳易導致嬰幼兒過敏，αS1-CN 和β-Lg 是牛乳的主要致敏成分[24-25]。與牛乳相比，山羊乳的致敏性較低，主要是因為山羊乳中的αS1-CN 和β-Lg 這兩種致敏成分的含量均低于牛乳，并且含有具有抗變態(tài)反應特性的αS2-CN 和β-CN[26]。Kapila 等[27]研究了牛乳和山羊乳蛋白（酪蛋白和β-Lg）致敏性相關的體液免疫反應和細胞免疫反應，發(fā)現(xiàn)山羊乳蛋白致敏小鼠血清中總IgE 和IgG 含量較低，且脾淋巴細胞增殖指數(shù)較小，證明了山羊乳蛋白的低致敏性。經(jīng)發(fā)酵后，山羊乳酪蛋白的致敏性可進一步降低[28]。由此可見，山羊乳在嬰幼兒食品中具有廣泛的應用前景。

2.3 山羊乳蛋白易消化吸收

蛋白質的消化特性也是評價蛋白質營養(yǎng)價值的重要指標之一[29]。研究表明，山羊乳酪蛋白的平均粒徑小于牛乳酪蛋白，且在消化過程中山羊乳在胃中形成的乳凝塊較小，因而山羊乳蛋白更容易消化吸收[30-31]。另外，山羊乳蛋白主要含有β-CN，而β-CN 中的脯氨酸含量較高，結構松散，這也是山羊乳蛋白在人體易消化的原因之一[10]。Hodgkinson 等[32]通過體外模擬嬰幼兒胃消化過程，探究了牛乳和山羊乳的胃消化特性，研究結果也證實了羊乳酪蛋白比牛乳酪蛋白更容易被消化吸收。

3 山羊乳蛋白的生物活性

3.1 抗氧化

抗氧化活性物質可以保護人體免受自由基的攻擊，延緩多種慢性疾病的發(fā)展。山羊乳蛋白中的α-La和LF 均含有胱氨酸殘基，它們可通過消化道或血液進入細胞膜，生成半胱氨酸，進而合成谷胱甘肽，從而提高機體的抗氧化能力[23]。Veskoukis 等[33]連續(xù)28 d 在大鼠的飲水中添加山羊乳清蛋白，探究山羊乳清蛋白對大鼠組織抗氧化能力的影響，結果表明，山羊乳清蛋白能夠提高關鍵抗氧化酶的活性，增強大鼠組織的抗氧化活性。此外，山羊乳蛋白酶解后可生成許多小肽類物質，使其具有較強的抗氧化活性。研究發(fā)現(xiàn)，山羊乳酪蛋白酶解產(chǎn)物的2，2＇-聯(lián)氨-雙（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二胺鹽[2，2＇-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]陽離子自由基清除能力和Fe2+螯合能力均明顯強于未酶解的山羊乳酪蛋白[34]。

3.2 改善腸道功能

眾所周知，腸道菌群與腸道健康息息相關。有報道顯示，低濃度的山羊乳清蛋白可以提高有益細菌（如乳酸桿菌屬）的相對豐度，同時抑制有害細菌（如窄食單胞菌）的生長繁殖，顯著改善衰老模型小鼠的腸道健康[35]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，山羊乳乳清蛋白還能緩解2，4-二硝基苯磺酸誘導的結腸炎小鼠的腸道炎癥癥狀，表現(xiàn)為乳清蛋白可有效降低小鼠的疾病活動指數(shù)、白細胞浸潤程度以及結腸質量與長度比值[36]。因此，山羊乳可用于研發(fā)一系列具有改善腸道健康的功能食品。

3.3 降低膽固醇

膽固醇在體內有著廣泛的生理作用，但當其過量時便會導致高膽固醇血癥。羊乳酪蛋白的攝入可顯著降低高膽固醇血癥大鼠血漿的總膽固醇含量，同時顯著提高血漿高密度脂蛋白膽固醇含量，降低低密度脂蛋白膽固醇含量，從而減弱高膽固醇飲食所誘導的肝臟膽固醇沉積[37]。此外，山羊乳中所含的LF 是一種具有多種生理功能的活性蛋白，它對于維持飼喂標準飲食的小鼠正常的血漿膽固醇水平也十分有益[38]。

3.4 抑菌及抗病毒

羊乳乳清蛋白中的β-Lg 和α-La 的酶解產(chǎn)物具有一定的抗菌活性，能夠有效抑制大腸桿菌、枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌等微生物的繁殖[39]。Fan 等[40]研究發(fā)現(xiàn)，山羊乳清蛋白對新型冠狀病毒和穿山甲冠狀病毒有顯著抑制作用。另外，LF 屬于非特異性免疫系統(tǒng)成分，也是天然的抗菌劑。研究發(fā)現(xiàn)，山羊乳中的LF 對大腸桿菌O157∶H7 有較強的抑制作用，最小抑菌濃度為2.0 mg/mL，其抑菌機制可能是LF 直接與革蘭氏陰性菌的細胞壁結合，隨后內化到細胞中，導致鐵元素缺乏，從而達到抑菌作用[41-42]。此外，XOR 作為乳脂肪球膜蛋白中的主要蛋白質，也具有抑菌活性。研究發(fā)現(xiàn)，XOR 能夠通過影響乳中過氧化氫的形成來抑制金黃色葡萄球菌、腸炎沙門氏菌等生長[43]。楊曉宇[44]對薩能奶山羊初乳中的免疫球蛋白IgG 的抑菌活性進行了研究，發(fā)現(xiàn)IgG 對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌的抑菌率分別為99.7%、78.6%和19.2%，可見薩能奶山羊初乳中的IgG 對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有顯著抑制作用，對綠膿桿菌也有一定的抑制作用。

3.5 抑制癌細胞增殖

據(jù)統(tǒng)計，2020 年，全球新增癌癥病例1 930 萬，癌癥死亡近1 000 萬例，預計2040 年將增加到2 840 萬例，比2020 年增加47%，癌癥已成為非常重要的公共健康問題[45]。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，山羊乳蛋白在抑制癌細胞增殖、誘導癌細胞凋亡方面具有良好效果。Campos 等[46]用不同濃度的山羊乳乳清蛋白溶液處理人惡性黑色素腫瘤細胞A375，結果顯示，山羊乳乳清蛋白溶液作用于A375 細胞24、48、72 h 后，細胞增殖抑制率分別為66.8%、47%、46%，這可能是因為山羊乳乳清蛋白中含有大量的半胱氨酸以及γ-谷氨酸半胱氨酸二肽，進而合成谷胱甘肽，增強機體抵御癌細胞增殖的能力。此外，也有研究顯示，山羊乳乳清蛋白可抑制大鼠膠質瘤細胞C6 的細胞活力[47]。

3.6 調節(jié)血壓

高血壓是常見的心血管疾病之一。已有研究證實，山羊乳酪蛋白和乳清蛋白均有降血壓的生理功能。Hernández-Ledesma 等[48]用4 種不同的蛋白酶酶解山羊乳源β-Lg，并鑒定得到了高活性的血管緊張素轉化酶（angiotensin converting enzyme，ACE）抑制肽。ACE抑制肽能夠抑制ACE 的活性，進而抑制血管緊張素Ⅰ（angiotensin I，AngⅠ）轉變?yōu)檠芫o張素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ），起到降血壓的作用。此外，Qiao 等[49]從山羊乳酪蛋白水解物中分離得到了一種新型ACE 抑制肽，它能夠顯著抑制AngⅡ誘導的血管平滑肌細胞的過度增殖和遷移，降低高血壓的發(fā)生率。

3.7 促進礦物質和維生素吸收

礦物質可參與骨骼形成、氧氣運輸?shù)壬顒?，對于維持人體健康起著至關重要的作用。酪蛋白溶解性好，且對鈣離子敏感，可促進人體對鈣的吸收[50]。Guéguen 等[51]研究發(fā)現(xiàn)，鈣與酪蛋白結合后，鈣的利用率明顯提高。乳鐵蛋白能與腸道細胞表面存在的乳鐵蛋白可逆性受體結合，參與鐵元素的轉運。研究證實，與亞鐵鹽相比，乳鐵蛋白轉運的鐵元素更容易被人體吸收利用[52]。α-La 也能與金屬礦物質元素結合，促進人體對礦物質的吸收，有益于人體健康[53]。此外，β-Lg能夠與維生素A、維生素E 等脂溶性營養(yǎng)素結合，促進人體對脂溶性營養(yǎng)素的吸收[54]。

4 展望

山羊乳蛋白不僅營養(yǎng)價值高、致敏性低、易消化吸收，還具有抗氧化、抑菌、抗病毒、降血壓、促進礦物質吸收等多種生物活性，是一種優(yōu)質的動物性蛋白，其在新型功能食品開發(fā)方面具有極大的優(yōu)勢?；谏窖蛉榈鞍椎臓I養(yǎng)特性和生物活性，再結合不同的消費需求，通過升級精準營養(yǎng)技術，可提高山羊乳蛋白在食品領域的應用價值，有助于攻克羊乳產(chǎn)業(yè)目前面臨的產(chǎn)品結構單一、缺乏創(chuàng)新產(chǎn)品等突出問題，對羊乳產(chǎn)業(yè)的快速、健康發(fā)展具有重要意義。

目前，山羊乳蛋白的深加工利用仍處于初級階段，因此加強山羊乳蛋白的基礎理論研究以及開發(fā)新型山羊乳蛋白功能食品將是山羊乳蛋白高值化利用的關鍵，建議后續(xù)研究從以下幾方面開展：1）積極探索綠色、高效的山羊乳蛋白分離提取技術，促進試驗研究向規(guī)?；a(chǎn)轉變，提高鮮乳的利用價值，同時實現(xiàn)乳品配料的國產(chǎn)化；2）開發(fā)山羊乳蛋白與來源廣泛且成本低廉的植物蛋白的復配產(chǎn)品，實現(xiàn)動植物蛋白優(yōu)勢疊加、營養(yǎng)互補，滿足消費者對健康食品的需求；3）山羊乳蛋白的抗氧化、抑菌、抗病毒、降膽固醇等生物活性已得到相關研究證實，但其所涉及的作用機制仍需進一步深入探究；4）蛋白酶解后活性位點暴露，使得肽類物質具有多種山羊乳蛋白所沒有的生理功能，深入挖掘新型山羊乳蛋白源活性肽的潛在生物活性及作用機制，可為山羊乳蛋白功能食品的開發(fā)奠定基礎。