牛乳蛋白质水解的研究进展

文 / 李忠民 庞伟华

（1黑龙江贝因美乳业有限公司2 黑龙江立高仪器设备有限公司）

母乳是婴儿的天然理想食品。除母乳外，牛乳似乎成为婴儿首选的代乳品。牛乳虽然营养丰富，但和母乳相比，在蛋白质组成上仍存在很大差异，容易导致婴儿产生消化不良，部分婴儿会产生过敏反应。现在的婴儿配方乳粉大多通过添加脱盐乳清粉调节牛乳中酪蛋白与乳清蛋白的比例，但是，牛乳蛋白质的组成并未改变。牛乳与人乳在蛋白质组成上的差异是引起婴儿产生消化不良、过敏反应的主要原因。婴儿牛乳蛋白过敏症是一种暂时性预后良好的疾病，主要是通过消除食物中的致敏原来控制症状，日常饮食可应用经过处理的牛乳即“低过敏原配方”。高温可使β-乳球蛋白失去抗原性，但不能破坏酪蛋白的致敏作用。目前推荐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过敏性。

1 牛乳蛋白质水解方法及其影响因素

牛乳蛋白的水解主要是酶水解，此外还有化学水解和物理水解[1]。蛋白酶从其来源讲，可分为动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。通常选用的动物蛋白酶主要有胰蛋白酶和胃蛋白酶，其酶解效果好，但价格太高，副反应多，不适合于工业化生产。植物蛋白酶中，以木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶应用相对较多，但其水解效率低、反应周期长、受外界因素影响大、成本高，同样不适合于工业化生产。而来自微生物的蛋白酶活性较高，同时它们可以通过工业化生产得到，价格低廉[2]。目前较常用的微生物蛋白酶是碱性蛋白酶和中性蛋白酶。

蛋白酶解是一种常用的蛋白质改性方法。蛋白酶催化乳蛋白具有表位的片段水解之后，可显著降低其抗原性，防止牛乳过敏。由于未经处理的生乳酶解较为困难，因此，一般先对牛乳进行处理后再水解。预处理包括热处理、高压处理、酯化、硫化（亚硫酸盐与二硫键可逆反应）等。经热处理后的牛乳，蛋白质构象改变，结构展开，变得对酶更加敏感。牛乳蛋白水解受多种因素的影响，主要有温度，pH值，高压，CO2，酶与底物的比率，水解时间，体细胞数等等。因此在实际操作中应选择合适的酶，pH值，温度，压力，通气状况，酶与底物比例等，从而得到理想的水解产物[3]。

2 牛乳蛋白质水解物的功能性

研究表明，小分子肽比等量游离氨基酸具有更高的生物活性和营养价值，由于肽类的氨基酸组成不同，其功能和生物学效应也不同。肽类和氨基酸通过肠道时几乎全部被吸收利用进入到血液中，然后运送到各个部位，肽类的生物学功能就发挥出来了。肽类除易吸收利用外，还具有抗高血压，促进钙、磷吸收，抗血栓等功能。乳肽中含有能阻碍ACE（血管紧张素转换酶）的小分子肽，这些肽都具有抗血压上升和延缓动脉硬化的功能。乳肽中的VEPIPY肽能够和免疫球蛋白结合，形成免疫抗体，增强人体免疫功能。酪蛋白水解产生的肽类，能防止肠道内的磷酸钙沉淀，促进钙的吸收。另外，乳蛋白活性肽还有抗毒，解毒，促进细胞繁殖，防止黑色素沉淀等功能[4～5]。

3 牛乳蛋白质水解的研究进展

20世纪50年代，日本森永乳业以乳酪蛋白为原料，通过酶解将其分解为分子量在1 000 Da以下的肽和氨基酸的混合物，该混合物含70%游离氨基酸和5～8个氨基酸组成的短肽，这就是市场上使用了40 多年的第一代乳蛋白水解物。20世纪80年代以来，国外一些学者从乳蛋白的酶解产物中相继发现了生物活性肽，证明乳除了具有营养作用外，还具有重要的生理作用及作为生物活性肽的一个重要来源。1979年，Brantl等首先从牛乳酪蛋白酶解物中分离得到一种在豚鼠的回肠中具有阿片样活性的短肽：β-酪啡肽-7为β-CN的第60～66氨基酸残基片段。后来又发现具有抗凝血酶原活性、抗肿瘤、抗菌和抗血栓、抗高血压等多种生物活性肽，有的已确定了氨基酸顺序并在相应的多肽链中定位[6～7]。

多年来，人们为了解决婴儿对牛乳过敏和腹泻等问题，对牛乳蛋白的水解做了大量的研究。我国乳蛋白肽的研究工作起步较晚，主要是进行蛋白酶的筛选和酶解工艺的优化。目前我国实现工业化生产的乳蛋白生物活性肽主要是酪蛋白磷酸肽（CPP），其产品中 CPP含量介于 25%～90%不等，CPP 成分的分子量介于 2 000～3 000 Da之间。三九集团已开发了一系列多肽产品，如免疫活性肽、神经肽、减肥肽、酪蛋白磷酸肽和抗菌肽等作为药品和保健品。广州轻化所和杭州的娃哈哈集团也开发了类似的保健肽[8]。李桂琴等人探讨了几种不同的蛋白酶对牛乳蛋白的最佳酶解条件，通过对蛋白酶水解度和苦味值的比较，确定了胰蛋白酶和复合风味蛋白酶作为复配酶，其最佳酶解参数为：酶解温度 55 ℃，时间 4 h，每千克蛋白质中加酶量6 g，复合风味蛋白酶与胰蛋白酶的质量比为2︰1，水解度可达25%以上，苦味值较小。赵利等人初步探讨了乳蛋白质酶水解特性，得出了最佳酶及酶解条件：乳蛋白质在pH值为8，温度为40 ℃条件下加入6 000 U/g胰蛋白酶，水解时间为120 min，乳蛋白质水解的效果最好。曹晓燕等人以蛋白酶水解后的肽含量作为评定指标，考察了不同温度、pH值、加酶量对酶解乳蛋白产生肽的影响，得出了酶水解乳蛋白产生多肽的最佳工艺条件是：温度 55.83 ℃，pH 值7.08，加酶量0.17%，在此条件下，分解获得的肽含量可以达到 2.3773 mg/mL。王辉等人采用SDS-PAGE、Urea-PAGE分析耐热蛋白酶对UHT 乳蛋白的水解作用，结果表明：荧光假单胞菌（PF）蛋白酶和纤溶酶（PL）作用底物不同，产物也不同；前者优先水解κ-酪蛋白生成副κ- 酪蛋白，而PL 主要水解β- 酪蛋白与α-酪蛋白生成γ-酪蛋白及胨、肽等。江小云等人以肽含量为指标，确定了酶添加量及复合酶（胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶）的酶比，且分别考察了奶粉浓度、温度、pH值、反应时间对酶解乳蛋白产生肽的影响。通过正交试验确定了复合酶酶解乳蛋白的最佳工艺条件为：加酶量2 500 U/mL，胰凝乳蛋白酶︰胰蛋白酶＝1︰3，奶粉浓度25%，温度45 ℃，pH值8.0，水解时间2 h。