酪蛋白水解方法及水解產(chǎn)物功能性的研究進(jìn)展

高長(zhǎng)永，于鵬，張?zhí)m威，劉翠平，陳文亮

（1.光明乳業(yè)股份有限公司，上海 200436；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150090）

酪蛋白水解方法及水解產(chǎn)物功能性的研究進(jìn)展

高長(zhǎng)永1，于鵬1，張?zhí)m威2，劉翠平1，陳文亮1

（1.光明乳業(yè)股份有限公司，上海 200436；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150090）

牛奶是嬰幼兒喂養(yǎng)時(shí)母乳的主要替代品，酪蛋白是牛奶中的主要蛋白質(zhì)。由于母乳和牛奶中酪蛋白成分存在差異，使得嬰幼兒在使用牛奶時(shí)出現(xiàn)病癥。本文從酪蛋白水解方法和水解產(chǎn)物的功能性等角度，針對(duì)其相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

酪蛋白；水解方法；水解產(chǎn)物；功能性

0 引 言

牛奶總蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的80%是酪蛋白，它主要由αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白組成，4種組分的比例為3.9∶1∶6∶1.3[1]。 其等電點(diǎn)為pH值為4.6。因其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的顯著性差異受到了全球廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，主要應(yīng)用在開(kāi)發(fā)新型嬰幼兒配方乳制品、生產(chǎn)酪蛋白源的生物活性肽、生產(chǎn)功能性蛋白質(zhì)和優(yōu)化奶酪品質(zhì)等方面。

通常，牛奶作為母乳的替代品來(lái)滿足正常嬰幼兒生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需要。但是牛奶與母乳蛋白質(zhì)成分的差異會(huì)引起嬰幼兒消化不良、腹瀉等病癥[2，3]。研究表明，人乳中沒(méi)有，但牛奶中存在的αs-酪蛋白是引起嬰兒消化不良的主要物質(zhì)[4]。因此對(duì)酪蛋白進(jìn)行水解改性，使部分酪蛋白轉(zhuǎn)化具有重要意義。本文將對(duì)水解酪蛋白的方法及水解產(chǎn)物的功能特性的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 酪蛋白水解方法

1.1 物理法水解酪蛋白

酪蛋白的物理水解主要有高壓和加熱兩種方法。國(guó)外學(xué)者對(duì)加熱法水解酪蛋白進(jìn)行了探討。J.C.A.Hustinx等[5]通過(guò)利用尿素-聚丙烯酰胺凝膠電泳法和反向-高效液相色譜法研究了溫度對(duì)酪蛋白水解的影響。研究表明，當(dāng)水解溫度為140℃、體系pH值為7.0時(shí)，可溶性多肽的生產(chǎn)量與水解時(shí)間成正比。經(jīng)測(cè)定，該水解條件下水解100 min后得到的15種多肽中，9種為αs1-酪蛋白水解產(chǎn)物，1種源于αs2-酪蛋白水解，3種來(lái)自于β-酪蛋白，另外2種為κ-酪蛋白水解產(chǎn)物。

Martinus等[6]對(duì)溫度誘導(dǎo)酪蛋白的脫氨基、去磷酸化、分解的動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，酪蛋白脫氨基程度與天門(mén)冬素中氨基酸的量有關(guān)。溫度越高越有利于酪蛋白的水解。實(shí)驗(yàn)采用生成非蛋白氮的量為衡量蛋白質(zhì)水解程度的指標(biāo)，此時(shí)的溫度與肽鍵水解溫度一致。實(shí)驗(yàn)中還測(cè)定了經(jīng)熱處理的β-酪蛋白溶液中無(wú)機(jī)磷和脫氫丙氨酸的量。結(jié)果顯示，無(wú)機(jī)磷生成量遠(yuǎn)高于脫氫丙氨酸的量，即磷酸絲氨酸的水解程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于β位缺失的磷酸絲氨酸的水解程度。

Fairise等[7]研究了熱處理后酪蛋白膠束的蛋白質(zhì)組成特性。實(shí)驗(yàn)研究表明，對(duì)奶粉進(jìn)行熱處理，酪蛋白膠束直徑未發(fā)生顯著性變化。對(duì)復(fù)原乳進(jìn)行的熱處理研究表明，熱處理后β-乳球蛋白與酪蛋白膠束發(fā)生交聯(lián) 。在熱作用的誘導(dǎo)下，β-乳球蛋白繼而又與α-乳白蛋白相互交聯(lián)。

1.2 化學(xué)法水解酪蛋白

酪蛋白的化學(xué)法水解主要是利用酸、堿進(jìn)行水解。楊葉昆等[8]用鹽酸對(duì)酪蛋白的水解實(shí)驗(yàn)表明，溫度控制在106～110℃時(shí)，各因素對(duì)酪蛋白水解效率的影響程度大小為水解時(shí)間＞鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞固液比。水解的最佳處理?xiàng)l件：水解時(shí)間18 h，鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%，固液比1∶1.6.此時(shí)酪蛋白的水解度約為75%。

1.3 酶法水解酪蛋白

酶水解法以其水解條件溫和，水解過(guò)程易于控制，水解產(chǎn)生的副反應(yīng)小，水解產(chǎn)物產(chǎn)物氨基酸組成更接近原料等特點(diǎn)，被認(rèn)為是水解酪蛋白的最佳方法[9]。呂桂善等[10]做了酪蛋白水解進(jìn)程方面的研究。研究采用胰蛋白酶水解酪蛋白。結(jié)果表明，酪蛋白的水解主要發(fā)生在前4～6 h內(nèi)；酶與底物比（E/S）為1∶100時(shí)，酪蛋白水解度可達(dá)21.45%，繼續(xù)增加胰蛋白酶的量可以提高酪蛋白水解度，但增幅不顯著。朱少娟（2004）探討了超聲波對(duì)胰蛋白酶水解酪蛋白的酶促反應(yīng)條件和動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果表明，促進(jìn)胰蛋白酶水解酪蛋白的最適超聲參數(shù)是：超聲功率為225 W，頻率為20 kHz，超聲時(shí)間與間歇時(shí)間比為1∶1，超聲時(shí)間為10 min。 在pH值為8.0，溫度20 ℃，E/S為1∶100條件下，外加超聲輔助，酪蛋白的水解度可達(dá)73%[11]。

徐海軍等[12]采用堿性?xún)?nèi)切蛋白酶水解酪蛋白。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)酪蛋白濃度為6%，E/S為4%，環(huán)境溫度為58℃，pH值為8.0，水解時(shí)間為3 h時(shí)，三氯乙酸沉淀法測(cè)得的酪蛋白水解度為79.27%。

荊瑩[9]對(duì)酪蛋白的酶水解改性做了系統(tǒng)的研究。實(shí)驗(yàn)以水解物的分子量分布為指標(biāo)，分別對(duì)胰蛋白酶和堿性蛋白酶水解酪蛋白的工藝條件進(jìn)行了研究和對(duì)比。實(shí)驗(yàn)最終采用兩種酶的復(fù)合方式，共同作用與酪蛋白。復(fù)合酶的最優(yōu)工藝為：pH值為9.0，溫度55℃，時(shí)間4.5 h，堿性蛋白酶添加量為9 100 U/100 mL、胰蛋白酶添加量為3 900 U/100 mL。經(jīng)復(fù)合酶水解的酪蛋白水解液的水解度為18.81%，分子量為1 000～180的肽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82.67%。

Wang X[13]等在研究酪蛋白水解物結(jié)合鐵的性質(zhì)中，選用堿性蛋白酶Alcalase水解酪蛋白。水解條件：酪蛋白質(zhì)量濃度為6 g/100 mL，E/S為0.10 AU/g，環(huán)境pH值為8.0，溫度為55℃。此狀態(tài)下水解7 h，酪蛋白的水解度為24%左右。

Heinrich M[14]等在研究高壓情況下酪蛋白膠束的水解實(shí)驗(yàn)中選用凝乳酶為水解酶。Solorza-Feria J等[15]分別研究了植物水解酶——木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶和動(dòng)物蛋白——凝乳酶對(duì)酪蛋白的水解力。結(jié)果表明，在pH值為6.5時(shí)，3種酶對(duì)酪蛋白的水解性均為最佳。

2 酪蛋白水解物功能特性

各種方法的酪蛋白的水解，使得水解物具有抗突變[16]、抗氧化、降血壓、抗菌等功能特性。

2.1 酪蛋白水解物的抗突變功效

白小佳等[17]的研究表明，酪蛋白水解物可維持機(jī)體的抗氧化劑水平，穩(wěn)定分裂期細(xì)胞的DNA，從而起到阻止化學(xué)突變的作用。其水解物對(duì)突變的抑制率與水解物用量成正比。

Lahart N等[18]利用人類(lèi)的Jurkat T細(xì)胞系評(píng)估了酪蛋白水解物的抗突變能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，酪蛋白水解物具有抗突變能力，其抗突變能力與酪蛋白的水解度無(wú)必然聯(lián)系。

2.2 酪蛋白水解物的抗氧化功效

胡文琴等[19]研究了酪蛋白水解物的體外抗氧化功效。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，分別經(jīng)木瓜蛋白酶、枯草桿菌酶及老蛋白酶在各自最佳酶解條件下水解后的水解產(chǎn)物的羥自由基清除率均大于65%，且均具有抗脂質(zhì)過(guò)氧化的作用，最大值可達(dá)59.28。

Rossini K等[20]做了酪蛋白水解物的抑制脂質(zhì)氧化的研究。實(shí)驗(yàn)分別研究了酪蛋白50℃、4 h、pH值為8、堿性蛋白酶Alcalase和Flavourzyme水解物的脂質(zhì)抗氧化活性。研究表明，F(xiàn)lavourzyme對(duì)酪蛋白的水解度更高，水解物中多肽分子量更小，且具有更高的脂質(zhì)抗氧化能力。水解物質(zhì)量濃度為20 g/L時(shí)即可有效地抑制脂質(zhì)氧化。

2.3 酪蛋白水解物的降血壓功效

宮霞等[21]做了酪蛋白酶解產(chǎn)物降血壓的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)堿性蛋白酶M水解后制的水解物對(duì)血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的抑制率為80.1%；低劑量的酶解產(chǎn)物（500 mg/kg）對(duì)自發(fā)性高血壓大鼠的降血壓效果顯著。

Korhonen等[22]的研究表明，酪蛋白水解物——三肽Ile-Pro-Pro和Val-Pro-Pro具有降血壓和免疫調(diào)節(jié)功能。Aihara等、Phelan M等[23]的研究也驗(yàn)證了這點(diǎn)。

2.4 酪蛋白水解物的抗菌功效

鄭俏然等[24]研究了胃蛋白酶水解酪蛋白產(chǎn)物的抑菌特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在pH值為2.0，酪蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%，E/S為1∶10，溫度37 ℃下，水解4～5 h制得的酶解液抑菌活性最強(qiáng)。

3 展 望

目前，酪蛋白的水解方法以及水解產(chǎn)物的功能性均有一定程度的研究，水解產(chǎn)物的功能性已經(jīng)在肉制品等食品工業(yè)中得到一定程度的應(yīng)用。但相關(guān)的理論和產(chǎn)業(yè)化研究不夠深。例如，怎樣實(shí)現(xiàn)牛乳中過(guò)敏原αs-酪蛋白的完全水解又不影響牛奶的品質(zhì)？這也將是酪蛋白和嬰幼兒配方奶粉的研究熱點(diǎn)。

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Review on hydrolysis methods of casein and hydrolysates’function

GAO Chang-yong1,YU Peng1,ZHANG Lan-wei2,LIU Cui-ping1,CHEN Wen-liang1
(1.Bright Dairy&Food Co.Ltd.,Shanghai 200436,China；2.Harbin Institute of Technology School of Food Science and Engineering,Harbin 150090，China)

Milk is the main alternative food of breast-feeding infants and young children.Casein is the main protein in milk.As the differences of casein between breast milk and milk,children are illness ea.In this paper,the methods of casein hydrolysis and the functional character about hydrolysates were reviewed orderly.

casein;hydrolysis methods;hydrolysates;functional character

TQ936.1

B

1001-2230（2011）11-0039-02

2011-08-29

國(guó)家科技部973計(jì)劃（2010CB735705）。

高長(zhǎng)永（1985-），男，碩士，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。