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不同泌乳期人乳與牛乳中游離氨基酸的對比

2018-04-20 08:59:14吳尚儀韓宏嬌孔繁華關博元張熙桐曹雪妍康世墨陶冬冰岳喜慶
食品科學 2018年8期
關鍵詞:質量

吳尚儀,吳 尚,韓宏嬌,孔繁華,關博元,張熙桐,曹雪妍,康世墨,陶冬冰,岳喜慶*

乳是由哺乳動物乳腺分泌的一種營養物質,含有蛋白質、脂肪、乳糖、礦物質等各種生物活性成分,營養價值十分豐富,易于被人體消化吸收,是動物幼崽及嬰幼兒獲得營養物質的重要來源。一般將母體在產后7 d內分泌的免疫活性強、營養價值高的略帶黃色的乳汁稱為初乳,母體在產后15 d以后分泌的乳汁稱為常乳[1]。研究表明,人乳中蛋白質的組成含量與牛乳不同,人乳中乳清蛋白含量約為50%~60%,而在牛乳中約為20%,其余80%為酪蛋白,分子質量較大的酪蛋白不利于嬰幼兒消化吸收[2-3]。人初乳、牛初乳的乳清蛋白中均含有免疫球蛋白、乳鐵蛋白以及乳過氧化物酶等生物活性蛋白,但人初乳乳清蛋白參與的細胞組成多,且在生物過程如應激反應發揮的作用更強[4-6]。人乳中脂肪組成含量和牛乳無大差異,但在脂肪酸的組成方面,牛乳全脂中多為C4010的低級脂肪酸而人乳中高度不飽和脂肪酸含量較高,說明人乳的抗氧化、降血脂等一些功能性更強[7]。人乳低聚糖和牛乳低聚糖組成和結構有差異,研究表明人乳低聚糖更有利于嬰兒腸道菌群的構建和大腦發展[8-9]。人乳中所含的一些營養成分較牛乳更易于嬰幼兒消化吸收,且更有助于促進嬰幼兒生長發育以及維持機體健康。隨著科學的母乳化喂養方式的提出,人乳和牛乳營養成分對比研究也越來越受到重視[10-11]。

氨基酸是指含有一個堿性氨基及一個酸性羧基的有機化合物,但通常是指構成蛋白質的結構單位,信使RNA分子中的4 種核苷酸(堿基)的序列能決定構成蛋白質的20 種氨基酸的種類和排列次序。非編碼蛋白氨基酸是指遺傳基因中無相應的密碼,不能編碼于蛋白質分子中的氨基酸,即除組成蛋白質的20 種常見氨基酸以外的含有氨基和羧基的化合物。游離氨基酸是指沒有形成聚合狀態的單個氨基酸,它可以直接被人體吸收和利用。人乳和牛乳中均含有一定量的游離氨基酸,不同來源乳中游離氨基酸的含量有所差異。從嬰幼兒消化吸收的角度分析乳中氨基酸被利用的多少,可在一定程度上反映乳的營養價值[12-13]。同位素標記相對和絕對定量(isobaric tags for relative and absolute quantitation,iTRAQ)技術是近年來最新開發的一種定量研究技術,iTRAQ試劑可與氨基酸N端氨基及賴氨酸側鏈ε氨基共價連接從而標記肽段,在質譜圖中,不同樣品中經過iTRAQ試劑標記的同一種氨基酸的質荷比相同。且相比傳統蛋白質組學定量方法,iTRAQ技術能夠實現高通量檢測,同步比較8 種或4 種樣品,還具有分析范圍廣泛、定量結果準確、分析時間短、效率高等優點[14-15]。高效液相色譜-串聯質譜(high performance liquid chromatography-mass spectrometry,HPLC-MS/MS)法是近年來發展起來的最新技術,在食品檢測研究中得到廣泛應用[16]。

目前,國際衛生組織提倡6 個月以前嬰幼兒需母乳喂養,因此,本實驗選取初乳和常乳為研究對象。大多數學者對于乳中游離氨基酸的研究,僅限于乳中17 種主要游離氨基酸的檢測,而本研究利用先進的iTRAQ標記結合HPLC-MS/MS技術對不同泌乳期人乳和牛乳中42 種氨基酸進行檢測及對比分析,比較游離氨基酸的種類及含量的差異性,彌補前人對氨基酸種類研究的不足,為未來嬰幼兒配方奶粉的母乳化,研制輔助調血糖、調血脂、增強免疫力的功能性乳制品提供更加精確、全面的指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

人初乳、人常乳:實驗選取沈陽市婦嬰醫院正常生產、身體健康、頭胎、飲食正常、年齡在26~35 歲之間,產后1~5 d和30~45 d的產婦各10 人,每天上午9點采取人工擠奶的方式收集乳樣,將其放入已消毒的采樣瓶中,置于超低溫冰箱中保存,并在實驗前混合(防止個體差異),由授乳母親自愿提供。

牛初乳、牛常乳:實驗選取沈陽輝山乳業奶牛場,奶牛在1~5 齡之間,飼喂以苜蓿草為主的苜蓿型粗飼料,體重相近,泌乳日齡為1~7 d(初乳)和30~45 d(常乳)的健康荷斯坦奶牛各10 頭,分別在上午9點進行人工擠奶,將其放入已消毒的采樣瓶中,置于超低溫冰箱中保存,并在實驗前混合(防止個體差異)。

甲酸、乙腈、羥胺、磺基水楊酸(均為分析純)美國Fisher公司。

1.2 儀器與設備

API 45AA氨基酸試劑盒 北京普瑞華盛生物科技有限公司;TG16-WS臺式離心機 湘儀離心機儀器有限公司;U3000液相色譜系統 美國戴安公司;API3200 QTrap質譜系統、移液器 美國應用生物系統公司;超低溫冰箱(-80 ℃) 青島海爾集團;TWK-2001氮吹儀 湖北武漢泰沃康儀器設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品衍生化處理

移取40 μL原始乳樣,置于1.5 mL離心管中,向離心管中加入10 μL磺基水楊酸,渦旋振蕩30 s后13 200 r/min高速離心4 min。小心吸取10 μL上層液體于另一1.5 mL干凈的離心管中。向離心管中加入40 μL標記緩沖液,渦旋振蕩混勻后13 200 r/min高速離心4 min。移取10 μL上層液體置于另一1.5 mL干凈的離心管。每個離心管中分別加入5 μL稀釋的iTRAQ試劑,混勻。室溫條件下孵化至少30 min。加入5 μL羥胺,渦旋振蕩混勻后13 200 r/min離心4 min。加入32 μL內標物,渦旋混勻,13 200 r/min高速離心4 min,上樣檢測。

1.3.2 HPLC-MS/MS檢測條件

HPLC條件:色譜柱MSLab HP-C18(150 mm×4.6mm,5 μm);流速0.8 mL/min;柱溫50 ℃;流動相A為水-0.1%甲酸;B為乙腈-0.1%甲酸溶液;進樣量3 μL。梯度洗脫程序見表1。

表1 梯度洗脫程序Table 1 Gradient elution program

MS條件:電噴霧離子源,正離子模式;多反應監測掃描方式;氣簾氣20 psi;碰撞氣為Medium;噴霧電壓+5 500 V;霧化溫度500 ℃;霧化氣55 psi;輔助氣60 psi;去族電壓35 V;射入電壓10 V;碰撞能量30 eV;碰撞室射出電壓5 V。

1.4 統計學分析

本研究測定氨基酸質量濃度結果均以 ±s表示,使用SPSS 17.0程序對檢測的數據進行分析,使用Levene法對數據進行方差齊性分析。根據P值大小來判斷差異性。當P值小于0.05時則被認為差異顯著,P值大于0.05則被認為無顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 游離氨基酸種類的鑒定

圖1 44 種氨基酸的總離子圖Fig. 1 Total ion current chromatogram of 44 amino acids

乙腈和0.1%甲酸溶液作為流動相采用梯度洗脫的液相條件下,12 min內44 種氨基酸全部流出,其中正異亮氨酸(Nle)和正纈氨酸(Nva)屬于非人體內氨基酸,Nle在樣品預處理步驟引入,通過Nle回收率來校準測定結果,Nva于標記步驟引入,用以檢驗標記反應的效率,在80%~120%范圍內為合格,反之作廢[17]。樣品中42 種氨基酸和2 種質控氨基酸(Nva、Nle)即44 種氨基酸的總離子檢測水平如圖1所示。樣品檢測較為順利,各離子分離較好,質控的2 種氨基酸回收率上無統計學差異,說明在本實驗的檢測過程中系統誤差較小。

2.2 人初乳、人常乳、牛初乳、牛常乳中游離必需氨基酸的差異分析

表2 人初乳、人常乳、牛初乳、牛常乳中游離必需氨基酸檢測結果Table 2 Contents of free essential amino acids in human colostrum,human milk, bovine colostrum and bovine milk μg/L

人初乳中游離氨基酸總量約為0.63 g/L;人常乳中游離氨基酸總量約為0.37 g/L,人初乳和人常乳中均含有9 種必需氨基酸。經t檢驗分析得知,人初乳和人常乳中His、Ile、Lys、Met具有顯著性差異(P<0.05),其余的5 種必需氨基酸在兩者間無顯著性差異(P>0.05),如表2所示。早有研究證明人乳可增強免疫力,人初乳和人常乳中Thr、Val的含量最高,且這2 種氨基酸都具有提高免疫力的功能[18-19]。人初乳中只有His質量濃度高于人常乳,His可參與外周神經的感覺與信號傳遞,對嬰兒生長發育起著重要作用[20]。人常乳中Lys的質量濃度顯著高于人初乳,可增強機體免疫力和具有促進脂肪分解等功能[21]。質量濃度最高,且具有提高免疫活性的Thr、Val在人初乳和人常乳中無顯著差異,未來可對這2 種游離氨基酸功能進一步研究,探究其與人初乳較強免疫活性的關系。

牛初乳中游離氨基酸總量約為0.32 g/L;牛常乳中游離氨基酸總量約為0.16 g/L。牛初乳和牛常乳中均含有9 種必需氨基酸。牛初乳中除游離Lys含量顯著低于牛常乳(P<0.05),其他8 種必需氨基酸含量都顯著高于牛常乳(P<0.05),特別是游離的Val在牛初乳中含量最高,這同劉鋒[22]、楊檢林[23]等的研究結果近似。有研究證明,牛初乳能夠調節機體血糖,對糖尿病具有較好的輔助治療效果,通過對表2數據的分析發現,牛初乳中Val、Leu質量濃度較高,且這2 種氨基酸均具有調節血糖濃度的作用,未來可據此添加適量Val、Leu,研制輔助降血糖的功能乳制品[24-26]。

經t檢驗分析得知,人常乳中9 種游離氨基酸質量濃度均顯著高于牛常乳(P<0.05)。人常乳中Thr質量濃度最高,其次分別是Val、Lys、Leu。而牛常乳中Val質量濃度最高,Lys其次。人常乳中的His質量濃度顯著高于牛常乳近16 倍,其對嬰幼兒的生長發育極為重要。人常乳中Ile含量高于牛常乳約13 倍,而Ile在人體內被消化吸收后可通過不同的代謝途徑成為各種人體激素和酶的原料,可促進嬰幼兒的生長發育。人常乳中,Thr、Val、Lys、Ile的質量濃度都很高且都顯著高于牛常乳,這4 種氨基酸都具有增強免疫力的作用,其含量配比可作為生產嬰幼兒乳品時的參考[27-29]。

2.3 人初乳、人常乳、牛初乳、牛常乳中游離非必需氨基酸的差異分析

表3 人初乳、人常乳、牛初乳、牛常乳中游離非必需氨基酸檢測結果Table 3 Contents of free non-essential amino acids in human colostrum, human milk, bovine colostrum and bovine milk μg/L

如表3所示,人初乳和人常乳中均含有以上11 種非必需氨基酸,人初乳和人常乳中Gly、Tyr、Cys的質量濃度無顯著性差異(P>0.05)。人初乳中Ser、Asn、Asp、Glu、Gln、Ala這6 種氨基酸質量濃度顯著高于人常乳,Arg、Pro的質量濃度顯著低于人常乳(P<0.05)。游離氨基酸總量隨著泌乳時間的延長基本呈下降趨勢,其中Glu在不同時期的質量濃度均為最高,這與徐麗[30]、吳立芳[31]等的結論一致。這些氨基酸在機體生命活動過程中起著十分重要的作用,其中,Glu、Asp為“興奮性氨基酸”,可維持中樞神經系統平衡[32],有助于嬰幼兒生長發育。

實驗測得牛初乳中含有8 種游離的非必需氨基酸,牛常乳中含有7 種,牛初乳中未檢出Asn、Asp,而牛常乳中還未檢出Pro。經t檢驗得,牛初乳和牛常乳中的Ser無顯著性差異(P>0.05)。牛初乳中Arg、Gly、Tyr、Ala質量濃度顯著高于牛常乳(P<0.05)。牛初乳中Ala的質量濃度最高,其在機體內可輔助葡萄糖代謝,緩解由機體血糖水平較低引起的癥狀,Gly質量濃度約為牛常乳中的3 倍,其對肝、腎、骨骼肌中的多種細胞系具有保護作用,也可參與神經信號傳遞[33];Arg質量濃度約為牛常乳中的2 倍,Arg對機體的內分泌系統具有重要作用,促進生長激素、胰島素的生成和分泌[34]。牛初乳中以上這些游離氨基酸質量濃度較高,可能是牛初乳具有保健功能的原因之一。在牛常乳中,Glu、Gln質量濃度顯著高于牛初乳,Glu的質量濃度最高,L-Glu可脫羧形成一種具有傳遞抑制性神經信號的抑制性神經遞質γ-氨基丁酸,可用于改善兒童神經系統發育,而L-Gln具有抗氧化、調節代謝、減少胃腸源性炎癥、提高人體免疫力的功能[35]。

實驗測得人常乳中含有11 種非必需游離氨基酸,牛常乳中含有其中7 種,人乳中氨基酸種類較牛乳中氨基酸種類更為齊全。比較發現,除Gln外,人常乳中非必需氨基酸質量濃度均高于牛常乳,牛常乳和人常乳中非必需氨基酸質量濃度均存在顯著性差異(P<0.05)。牛常乳中未檢出Asn、Asp、Cys和Pro,而這4 種氨基酸在機體內均具有一定的生理功能。Asp在機體的合成途徑是將Glu通過轉氨作用將氨基轉給草酰乙酸而獲得,在機體內還是多種氨基酸例如Lys、Ile等以及堿基的前體;L-Asn在體內的合成途徑是Asp通過β-羥基酰胺化作用轉化得來的[36];L-Cys可抑制酪氨酸酶,調節黑色素[37];L-Pro在生物體內可被轉化成L-羥脯氨酸,L-羥脯氨酸可以穩定膠原蛋白,進而有抗骨質疏松,減少皮膚皺紋并保濕的作用[38]。人常乳較牛常乳而特有的功能性,可能與這4 種游離氨基酸有關。

2.4 人初乳、人常乳、牛初乳、牛常乳中非蛋白質編碼氨基酸的差異分析

人乳中一般含有游離的22 種非蛋白質編碼氨基酸。由表4可知,本實驗測得人初乳、人常乳樣品中均含有其中15 種,人乳中未檢出Cth、Hcy、Car、Hyl、Sar、Asa、Hcit這7 種游離氨基酸。人初乳和人常乳中GABA、Ans、β-Ala、β-Aib、PEtN的質量濃度無顯著性差異(P>0.05)。人初乳中Tau、Cit、Orn、Abu、Etn、1-MHis質量濃度顯著高于人常乳,其余4 種質量濃度顯著低于人常乳(P<0.05)。Tau在人乳中這22 種非蛋白質編碼氨基酸中質量濃度最高,它可促進大腦細胞DNA、RNA及蛋白質的合成,對神經系統傳導和視覺機能形成起著重要作用,有助于嬰兒智力發育,還具有降血糖功能[39-41]。

實驗測定的22 種非蛋白質編碼氨基酸中,牛初乳中含有16 種,牛常乳中含有15 種,而牛初乳中未檢出Cth、Hcy、Car、Hyl、Asa、Hcit,并且牛常乳中還未檢出Sar。經t檢驗得,牛常乳和牛初乳中除Ans、PSer的質量濃度無顯著性差異(P>0.05),其他14 種氨基酸具有顯著性差異(P<0.05)。牛初乳中GABA、Aad、Cit、β-Ala、β-Aib、1-MHis這6 種游離氨基酸質量濃度顯著低于牛常乳,其余8 種游離氨基酸質量濃度均顯著高于牛常乳。牛初乳的16 種非蛋白質編碼氨基酸中Tau質量濃度最高,其次是PEtN、Etn,而牛常乳中PetN質量濃度最高,但牛初乳中PEtN的含量約為常乳的2 倍。從游離氨基酸組成和質量濃度推斷,牛初乳的生理活性可能強于牛常乳。

牛常乳和人常乳中均未檢出Cth、Hcy、Car、Hyl、Sar、Asa、Hcit這7 種氨基酸。在牛常乳和人常乳中除GABA、Ans質量濃度無顯著性差異(P>0.05),其余游離氨基酸都具有顯著性差異(P<0.05)。人常乳中Tau質量濃度最高,PEtN質量濃度僅次于Tau。牛常乳中有Aad、Orn、Ans、β-Ala、β-Aib、Etn、Hyp、PEtN這8 種氨基酸質量濃度高于人常乳,其余7 種氨基酸質量濃度低于人常乳。

在本研究檢測的42 種游離氨基酸中,牛常乳中含有31 種,人常乳中含有35 種,其中25 種游離氨基酸的質量濃度高于牛常乳。牛初乳中游離的His、Ile、Leu、Phe等17 種游離氨基酸隨著母體泌乳時間的延長質量濃度逐漸減少;人乳中的His、Phe、Thr等17 種游離的氨基酸質量濃度隨著母體泌乳時間的延長而逐漸降低。

3 結 論

通過iTRAQ標記結合HPLC-MS/MS技術對不同泌乳期人乳和牛乳中42 種氨基酸進行檢測,比較分析了其中必需游離氨基酸、非必需游離氨基酸、非蛋白質編碼氨基酸的種類及含量的差異。從總體上看,測定的42 種氨基酸,其中有11 種游離氨基酸在牛常乳中未檢出,而在人常乳為7 種,即人乳中氨基酸種類較牛乳中游離氨基酸的種類更豐富。隨著泌乳時間的延長,游離氨基酸總量呈下降趨勢。從氨基酸總量上看,無論是初乳時期還是常乳時期人乳中游離氨基酸含量總是高于牛乳,即人乳游離氨基酸總量高于牛乳,這些游離氨基酸具有促進人體生長發育、增強免疫力、調節血糖、調節脂肪代謝等作用。未來可參考人常乳與牛常乳檢測結果,研制更利于嬰幼兒生長發育,游離氨基酸含量和種類更接近母乳的嬰幼兒配方奶粉,參考不同泌乳期的檢測結果研制具有輔助調血糖、調血脂、增強免疫力的功能性乳制品。隨著iTRAQ標記結合HPLC-MS/MS技術的廣泛應用,未來可以應用此方法對不同地區的母乳氨基酸種類和含量進行統計學分析,找出區域差異性,建立我國母乳氨基酸數據庫。

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