牛初乳免疫球蛋白稳定性研究概述*

刘金，王丽威，岳喜庆

1(沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳，110161)2(辽宁工程技术大学 理学院，辽宁阜新，123000)

初乳是雌性哺乳动物产后2～3 d内所分泌乳汁的统称。一般乳牛分娩7 d内的乳汁都称为牛初乳。牛初乳作为一种功能性食品，它富含的免疫因子、生长因子等生理功能性物质和多种营养成分，远远高于常乳［1］。初乳中脂肪、游离氨基酸、维生素、无机盐含量都很高，特别是蛋白质中的乳球蛋白与免疫球蛋白含量在1.5% ～2%，而常乳含量仅为0.1%，这2种乳球蛋白与动物的免疫性有关，并具有抗原作用［2］，且含有丰富的中性和酸性的多聚糖，能够抗空肠弯曲杆菌感染，此菌为细菌性腹泻主要原因，故能有效防止腹泻等［3］。

免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)是一类具有抗体活性、与抗体相似的球蛋白，当机体受到抗原刺激时会产生免疫球蛋白，与抗原起免疫反应，阻断病原体对人体危害，使其失去致病作用，从而增强机体免疫能力。初乳Ig可分为5类:IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。牛初乳中Ig总含量约为50～150 mg/mL，是常乳的50～150倍，其中 IgG约占80% ～90%、IgM约占7%、IgA约占5%［4］，而IgG又分为几个子类，IgG1和IgG2为主要免疫球蛋白，所有单体免疫球蛋白具有基本相同的分子结构，由2条相同的重链和2条相同的轻链组成，重链和轻链都有不变及可变区域，两者由二硫键连接形成Y型［5］，二硫键的位置和数量决定其种类，每个免疫球蛋白分子有2个抗原结合位点，即抗原结合片段(Fab)，Fab片段具有不同的氨基酸，而分子另一端则为Fc片段，具有恒定的氨基酸序列，作为与其他不同类型细胞结合的受体［6］。

1 免疫球蛋白的稳定性

1.1 温度对免疫球蛋白稳定性的影响

牛初乳灭菌多采用热处理，而温度对IgG影响显著，温度升高会改变其结构。McMartin［7］等将牛初乳原料60℃条件下加热120 min，在RVA(快速黏度分析仪)中测试，其免疫球蛋白的粘度和含量均未发生变化。岳喜庆［8］等采用琼脂双向免疫扩散法测得牛初乳IgG在低于65℃范围内具有较高的热稳定性，65℃加热30 min时IgG活性残存率约为73%，85℃加热3 min时IgG基本完全失活。刘伟［9］采用同样方法测得结果基本一致，另外测得复原牛初乳IgG在65，70，75，80，85，90 ℃的 D 值分别为 188.68，34.36，6.18，3.07，1.80，0.95 min，在65 ～90 ℃内的 Z 值为11.20℃。

Mainer［10］得低温巴氏杀菌 LTLT(63 ℃，30 min)热处理几乎不影响其活性，高温短时杀菌HTST(72℃，15 s)热处理并未影响其结构，同样使用琼脂糖双向免疫扩散法测得变性率仅为1%。张和平［11］采用单向免疫扩散法测定变性率，得出同样结论，LTLT、HTST对其影响极小，但不可以采用UHT(超高温瞬时灭菌)技术。贾建会［12］等报道指出，IgG对热的耐受程度与IgG的纯度有关，纯度越高，耐受程度越差，纯度越低，耐受程度越好。虽然研究报道关于巴氏杀菌致变性率结果不一，这可能与使用的测定方法及牛初乳有关，但巴氏杀菌是目前最佳热处理方法。

此外，也可以尝试进行冷杀菌处理，Pereira［13］等使用ELISA法测定牛初乳IgG在连续紫外灯照射下的残存率，结果为此法能明显减少李斯特杆菌和沙门氏杆菌数量，但对大肠杆菌和链球菌作用不明显，且对IgG造成损失约为50%。蔡育升［14］等研究结果显示，使用60Co为放射源辐照，当辐照剂量为6 kGy时，大部分微生物被杀死，使牛初乳粉符合要求，通过双向免疫扩散法测定结果显示能保持IgG质量分数。

1.2 pH值对免疫球蛋白稳定性的影响

大量文献显示，免疫球蛋白一般在过酸过碱条件下均不稳定。牛初乳IgG在 pH值约为4.0～10.0之间具有较好的稳定性，在pH为4.0～7.0环境下，低温巴氏杀菌对其活性影响较小，采用琼脂双向免疫扩散法测定，结果显示0.1%牛初乳粉溶液经低温巴氏杀菌后IgG的活性残存率在80%以上［8，15］，在溶液pH值低于4时，随pH值的降低变性率显著上升，当pH值为0.5时，IgG在20 min时已完全变性失活［16］。赵玉娟［17］得到同样的结论，pH 为 2.0，3.0时，在37℃水浴中保温2 h后，采用吸收差法测得变性率分别为80%、68%，当pH值下降为1.0和0.8时，免疫球蛋白的变性率可达到99%以上;当pH ＞9.0时，随着pH值的升高，免疫球蛋白稳定性急剧下降，当pH为11，水浴保温2 h和4 h免疫球蛋白的变性率分别上升到39%、61%。这是由于过酸过碱的环境容易改变IgG结构，使其稳定性下降。

1.3 蛋白酶对免疫球蛋白稳定性的影响

研究表明，在人体消化系统中，IgG的稳定性主要受胃酸及胰蛋白酶的影响［15］。张和平［18］等对免疫乳IgG进行体外消化测定时发现，在pH值为2.0(成年人胃液pH值)时，易受胃蛋白酶作用且很快失活，在pH值为4.0(婴幼儿胃液pH值)时，对胃蛋白酶具有很高程度的抗性，在pH值为7.0时，在胰蛋白酶的作用下，仍可保持较高程度的免疫活性。因此，IgG在婴幼儿体内活性损失较小。刘伟［15］、郑海英［19］研究表明，IgG在酸性条件下易受胃蛋白酶的影响，影响其分子结构的完整性，不影响其抗原结合活性;胰蛋白酶对其影响较小，但影响其抗原结合能力，这是由于胃蛋白酶和胰蛋白酶的作用位点不同，胰蛋白酶对IgG的降解作用是不可逆的。

此外，何梅龄［20］等研究中发现，IgG经低温巴氏灭菌处理后，胰蛋白酶对其消化能力影响很小，但经90℃高温3 min处理后，胰蛋白酶对其水解率影响很大，这是由于巴氏杀菌温度不足以改变其结构，而温度升高使IgG的胰蛋白酶作用位点显露出来，所以IgG不能经过高温灭菌，这与张和平［11］研究结果一致。

1.4 超高压对免疫球蛋白稳定性的影响

任杰［21］等人检测经过不同超高压处理后样品(产犊后48 h内的牛初乳)中IgG的稳定性，结果显示与0.1 MPa条件为参照，在压力500 MPa、温度35℃、时间20 min条件下，其活性提高率最大。这可能是因为超高压改变了其结构，使其更容易与抗原发生特异性结合，导致活性增强。张和平［22］认为，高压条件下变性还与其所处的溶液介质有关，将IgG处于PBS缓冲液中，室温下在不同高压条件处理20 min，其在400 MPa下发生变性，当处于10%脱脂乳中，压力升高500 MPa时才开始发生变性，而在蔗糖浓度达到50%的溶液中，压力达700 MPa仍未变性，这可能由于高浓度蔗糖的存在增加了IgG分子内部的疏水作用，使其三级结构更加稳定。

1.5 其他预处理方式对免疫球蛋白稳定性的影响

邓淑琴［23］等人以新鲜牛初乳为原料，测定预处理贮藏方法及解冻方法对牛初乳中IgG提取率和活性的影响，结果表明，将原料直接放入-20℃冷冻贮藏1个月内，其提取率为80%，脱脂牛初乳、乳清冷冻保存的提取率均略低于直接冷冻保存，故选择直接放入-20℃下冷冻，且成本较低。在后续解冻过程，综合IgG活性和解冻速度两大因素，60℃热水水浴解冻为最佳，这与大量有关于温度对其稳定性影响的报道结果相一致。

2 改善免疫球蛋白稳定性方法

2.1 食品添加剂法

食品添加剂，是指为改善食品品质和色、香、味以及为防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品的人工合成或者天然物质。在加工生产过程，食品添加剂可能会对免疫球蛋白的稳定性产生影响。

雷昌贵［24］等结果表明，NaH2PO4等酸性盐使其稳定性降低，山梨酸钾及Na2HPO4等碱性盐对IgG的稳定性影响较小，乳酸钙、增稠剂和甜味剂对其有一定的保护作用。

Chen［25］认为，糖、氨基酸、糖醇对 IgG 活性有稳定作用，在PBS缓冲溶液中IgG的D值、Z值都明显低于在浓度为20%的保护剂溶液中，但是在加工过程添加剂浓度超过20%不现实。张和平［22］在研究高压条件对IgG活性影响的研究中也同样发现蔗糖浓度越高，其在高压条件下越稳定。徐丽［26］对在热杀菌前添加保护剂方式进行研究，发现添加20%蔗糖、5%葡萄糖、10%山梨醇糖均可使经巴氏杀菌后的IgG活性保持在85%以上。虽然蔗糖有助于IgG有助于保持其稳定性，但是从营养学角度讲，产品含糖量不宜过高，可多选择功能性低聚糖、糖醇等。

此外，张建辉［27］等以甘氨酸、蔗糖、甘露醇作为热保护剂进行研究，结果显示，75℃，5 min热处理条件下，添加的质量分数比例分别为甘氨酸3%、蔗糖3%、甘露醇4%，结果较为理想，对IgG稳定性保护作用为甘氨酸＞甘露醇＞蔗糖。

2.2 微胶囊技术

微胶囊技术，就是利用天然或合成的高分子包囊材料，将固体、液体甚至是气体的微小物质进行包埋，封存在一种具有半透性或密封囊膜的微型囊内，而成为一种固体微粒产品的技术［28］。

牛初乳免疫球蛋白微胶囊化主要方法有乳化缩聚法，复乳溶媒蒸发/萃取法，喷雾干燥法，复凝聚法等［29］。在郑海英［19］研究中，与复凝聚法相比，乳化缩聚法包埋率较高，此法制备IgG微胶囊的最佳工艺的用量分别为明胶43%，IgG 3.4%，乳化剂1.25%，包埋率可达75%，贮存稳定性良好。将微胶囊化的牛乳IgG添加到原料乳中制备酸奶，能够增强IgG在加工过程中的抗热、抗酸能力，并减少通过胃肠道时受损率。

徐丽［26］以聚丙烯酸树脂为壁材将免疫球蛋白微胶囊化，最佳工艺为:蔗糖酯0.2%，明胶0.75%，聚苯丙烯酸树脂1.0%，电泳图谱分析体外模拟胃液实验，结果显示在60 min时残存率为80%，120 min时还有部分完整的IgG分子，且IgG活性损失速率减缓。

在微胶囊生产过程多加入有机溶剂，近年来多倾向使用安全无毒的材料，王璐怡［30］等以大豆油为油溶性介质，阿拉伯胶(GA)和麦芽糊精(MD)为壁材，采用乳化喷雾法得出最佳工艺条件为:油水体积比3∶4，壁材添加量5%(GA与MD质量比1∶2)、进风温度140℃，此包埋率为81.24%，具有较好的完整性和致密性，基本保持了IgG原有的结构及营养价值。

3 展望

牛初乳的营养价值是常乳所不能比拟的，其含有的免疫球蛋白的生理功能越来越受人们的重视，目前对影响免疫球蛋白稳定性的因素有较多的研究，但是对其稳定性的机理及其结构变化研究甚少，因此，进一步研究其具体结构与稳定性之间的关系具有重大意义;另一方面，国内基本采用琼脂免疫扩散法来检测IgG含量，其耗时长、误差大，不适合大批量样品操作，而胶体金法特异性好，操作简单，效率高［31］，但是不稳定，国外部分检测IgG含量的方法倾向于ELISA方法，此方法效率高，适合大批量生产，故今后可研究此2种方法来测定IgG含量。另外微胶囊技术发展推动了牛初乳产业发展，但对其稳定性提高方法还有待探讨，应增强生产的可行性，实现规模化，无论在食品添加剂保护法还是在微胶囊法，都应从营养学角度出发，最大程度上保持其活性，进行有效利用，且在满足人身体所需的同时，应多采用天然材料，促进牛初乳工业发展。

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