纯牛奶纤溶酶和纤溶酶原的来源及其对产品的影响

谭伟 贺保平 樊启程 巴根纳

随着“健康中国2030”的顺利开展和推进，消费者对于健康饮食和营养摄入的关注度显著提高。在过去的十年间，我国居民乳制品的平均摄入量从12.8g/d增长到16.3g/d，与膳食推荐标准相比仍存在一定的差距。目前我国居民乳制品摄入多为纯牛奶，占比高达60%。牛奶中含有丰富的蛋白酶，其中纤溶酶（Plasmin，PL）是一种内源性的天然蛋白酶，作为牛奶中最重要并且受到最多研究的酶之一，其与胰蛋白酶的性能类似，属于碱性丝氨酸蛋白酶，极大程度地影响着乳及其制品的品质。本文主要从纤溶酶的性质、活性测定及其对乳制品品质的影响等方面展开简要的论述。

一、纤溶酶和纤溶酶原

1.来源。纤溶酶是牛奶蛋白质降解过程中最重要且天然含有的蛋白酶。纯牛奶中的纤溶酶可以水解很多奶中天然存在的底物，并且对奶的保鲜、奶酪生产都具有一定的影响，甚至会改变牛奶的组成。纤溶酶是一个极其庞大且复杂的体系，由以下几部分共同构成：纤溶酶原（Plasminogen，PG）、纤溶酶原激活剂（Plasminogen activators，PA）、纤溶酶原激活剂抑制剂（Plasminogen activator inhibitors，PAI）和纤溶酶抑制剂（Plasmin inhibitors，PI）。它们之间的关系复杂，PA激活PG转化为PL，PI抑制PL活性，PAI抑制PG转化为PL。PA也是一类丝氨酸碱性蛋白酶，可以水解纤溶酶原，生成有活性的纤溶酶。由于牛奶中的纤溶酶大多以酶原的形式存在，因而对奶中PA活力进行研究，可以有效提高对纤溶酶和纤溶酶原系统的认知水平。

纯牛奶中的纤溶酶原和纤溶酶是天然存在于牛奶中的碱性丝氨酸蛋白酶，其中多半会与酪蛋白胶束相结合，这会使纤溶酶对酪蛋白底物产生直接作用。纤溶酶是双链内肽酶，其分子质量为48kDa，能够以各种形式存在，具有很强的酪蛋白水解作用，在中性pH条件下对蛋白质中的精氨酸和赖氨酸键进行水解，会在很大程度上影响酪蛋白水解，从而对奶酪成熟过程产生一定的影响，但是对乳清蛋白不会产生水解作用。它的水解活力最佳条件为：温度为37℃、pH为7.4-7.5。

有学者对纤溶酶原的全部氨基酸序列进行了剖析：纯牛奶中纤溶酶原的一级结构是含有790个氨基酸残基的肽链，N末端是谷氨酸，具有热稳定性，在某些情況下其存在形式为无活性前酶，而在牛奶中由于其被活化剂水解，成为了活性纤溶酶，从而具备了对纤维蛋白、β酪蛋白的水解能力。

许多研究表明，PL主要随血液通过乳腺细胞分泌到牛奶中，PL和PG在血液与牛奶中并存。虽然新鲜牛奶中几乎没有纤溶酶成分，但是随着贮存时间的延长，纤溶酶原会逐渐转化为纤溶酶，从而导致纤溶酶的含量不断提高。乳中的大部分PL、PG在赖氨酸的作用下会与酪蛋白结合，其余则较多存在于乳清、脂肪球膜中。纤溶酶原激活剂具有一定的耐热性，因此可以与酪蛋白结合，而纤溶酶抑制剂则留存于乳清中。有研究显示，从牛乳和血液中分别分离得到的PL具有相似的最适温度、pH、热稳定性、蛋白水解特异性和抑制模式。纤维蛋白在血液中能被PL水解掉，激活剂和抑制剂共同来控制其活性，而在乳中PL有水解乳蛋白的作用。有研究显示，高温处理几乎可以破坏90%的PG，使其丧失活性，但PL有极强的耐热性，不易被破坏。

在牛奶中，纤溶酶中各个组分的耐热性也有一定的差异，加热条件不同，其效果也有一定的差异。经过巴氏杀菌后，PL仍然具有很高的活性，哪怕是经过137℃、4s的超高温热处理，仍有30%-40%的PL活性尚存，主要水解牛乳中的β-酪蛋白、as1-酪蛋白和as2-酪蛋白，而PI和PAI存在于乳清中，耐热性极差。

除此之外，纤溶酶、纤溶酶原的重要来源也包括泌乳过程中进入牛乳的体细胞。有研究成果证实，体细胞数量是影响其活性的重要因素。纤溶酶在鲜乳中主要以纤溶酶原的形式存在，浓度可以达到纤溶酶的20倍以上。由于酶原在完成对纤溶酶的转化之后才具备水解蛋白的能力，因而几乎不会存在于新鲜牛乳中，而在末乳中的含量却明显较高。

2.纤溶酶活性测定。国外学者Dulley等提出了通过测定溶于10% TCA中的酪氨酸和酪氨酸肽的含量来测定总酶（PL+PG）的活性，在一定程度上能够反映出乳蛋白被水解的程度。也有研究采用ELISA对乳制品中的PL活性进行专一性更强的检测。为了评估纤溶酶的水解活性，可以运用多种途径测量蛋白质水解的程度及其产生的水解产物，或者直接测定纤溶酶的活性。此外，研究中提到可以将2，4，6-三硝基苯磺酸（TNBS）纳入日常实验室操作中，作为检测纤溶酶存在的一种惯用手段。

检测纤溶酶原的方法与检测纤溶酶的方式一致，首要步骤是测量样本中的纤溶酶活性，然后向样本中添加纤溶酶原激活剂，经过一段时间的孵育后，再次测量纤溶酶的活性，两次纤溶酶活性测定结果之间的差异就是纤溶酶原的激活程度。

不过，当前有关纤溶酶的检测方法尚处于实验室研究阶段，距离商业化应用还有很长一段路要走。

3.影响因素。奶中PL和PG的含量会受到多种因素的影响，如纤溶酶原初始浓度、比例、激活剂和抑制剂的比例等。从环境因素来看，季节因素会对PL、PG产生显著影响，同时体细胞数量的变化、胎次的不同、泌乳阶段的差异、产奶量的多少也会对其产生相应的影响。同时，不同品种、不同养殖模式下的纯牛奶中PL和PG浓度的变动范围也是明显不同的。国内一项研究发现，PL的活性会受到奶牛品种的影响，如荷斯坦奶牛>水牛>娟姗牛，同时纤溶酶及纤溶酶原在不同品种的奶牛、绵羊之间也存在差异。在不同奶牛品种之间，纤溶酶含量的差异可能来源于酪蛋白。处于泌乳晚期、老龄的奶牛，患有乳房炎的奶牛，乳中纤溶酶活性都比较高。此外，纤溶酶活力还会受到日常挤奶次数的影响，同时也可能受到保存和加工过程的影响。有研究表明，频繁地挤奶和不规范的操作会对产乳量和乳成分产生一定的影响，对纤溶酶的活性影响显著，并且随着泌乳期的延迟，纤溶酶的活性会逐渐增强。另外，PL在牛乳和乳制品中的活性又受到贮藏条件、热处理和pH等因素的影响。

二、纤溶酶对乳制品的影响

据资料所述，牛奶中含有多种功能性肽类，其中磷脂酶（PL）的活性对乳制品质量具有重要影响，会引发蛋白质水解、风味改变、脂肪析出和凝胶形成等诸多问题。在奶酪制作过程中，磷脂酶会在一定程度上促进奶酪的成熟和风味物质的生成，对新鲜奶酪的产生具有积极作用。在奶酪成熟阶段，纤溶酶通过水解酪蛋白，会改变酪蛋白原有的网络结构，使奶酪变得柔软，然而过度水解有时会造成苦味等不良风味，所以需要控制适度的纤溶酶活性。在新鲜牛奶中，磷脂酶直接作用于牛奶蛋白，所以任何影响磷脂酶的因素都可能间接影响乳制品的质量。研究人员发现，纤溶酶会降低凝结酶形成的凝块硬度。纤溶酶能够水解牛奶中的α-酪蛋白和β-酪蛋白，产生胨、?、γ-酪蛋白等水解产物，但对牛奶中k-酪蛋白的影响较小。尽管牛奶中的纤溶酶活性不高，但在牛奶保存与加工过程中，由纤溶酶原激活产生大量的纤溶酶，可能会显著影响牛奶的成分和风味。

三、纤溶酶的控制措施

一般情况下，纤溶酶和纤溶酶原在正常的巴氏杀菌条件下不会完全失活，而纤溶酶抑制剂和纤溶酶激活剂抑制剂已经完全失活，所以相应产品中纤溶酶活性处于更高水平。部分纤溶酶和纤溶酶原还可以在高温短时杀菌和直接UHT等加热条件下存活。研究发现：在直接UHT之前进行预热处理（90℃/60s或120s）或延长UHT保温时间（143℃/15s或30s），都可以使牛奶中的纤溶酶完全失活。因此，无论是使用新鲜牛奶，还是使用低热乳粉还原生产直接UHT杀菌的牛奶，都需要进行额外的预热处理或者延长UHT的保温时间，以确保纤溶酶系统完全失活。此外，也可以选用高热乳粉（乳清蛋白氮指数较低），因为在高热乳粉在生产过程中使用的热处理强度足以灭活纤溶酶系统的所有组分。

此外，将脱脂奶进行微滤处理可以去除体细胞、细菌和芽孢以及相关的酶，进而影响纤溶酶的活性，因为去除体细胞的同时也去除了与它相关的纤溶酶系统激活剂。研究表明，在进行UHT之前对牛奶实施微滤处理，可以使牛奶的保质期延长4个月。另外，P.DIncecco等研究发现：将微滤后的牛奶再用于间接UHT杀菌牛奶的生产，可以使用更柔和的UHT杀菌条件（137℃/3s），而无需使用传统的UHT杀菌条件（147℃/5s），相应产品中糠氨酸和乳果糖的含量也明显低于使用传统UHT杀菌条件下生产的牛奶，并且可以使全脂和低脂牛奶的货架期延长5个月，使脱脂牛奶的货架期延长2个月。

综上所述，纤溶酶作为牛奶中重要的内源蛋白酶，能够对奶制品的产品质量产生直接的影响。而PL-PG作为乳中的蛋白水解酶体系，会对乳制品的品质产生很多不利的影响。因此，了解牛奶中纤溶酶和纤溶酶原的来源以及相应的控制措施，可以有效提高乳制品品质，延长乳制品的保質期，具有重要的现实意义。

作者简介：谭伟（1981-），男，汉族，山东郓城人，硕士研究生，研究方向为常温长货架期乳制品开发。