酪蛋白水解方法及水解产物功能性的研究进展

高长永，于鹏，张兰威，刘翠平，陈文亮

（1.光明乳业股份有限公司，上海 200436；2.哈尔滨工业大学 食品科学与工程学院，哈尔滨 150090）

酪蛋白水解方法及水解产物功能性的研究进展

高长永1，于鹏1，张兰威2，刘翠平1，陈文亮1

（1.光明乳业股份有限公司，上海 200436；2.哈尔滨工业大学 食品科学与工程学院，哈尔滨 150090）

牛奶是婴幼儿喂养时母乳的主要替代品，酪蛋白是牛奶中的主要蛋白质。由于母乳和牛奶中酪蛋白成分存在差异，使得婴幼儿在使用牛奶时出现病症。本文从酪蛋白水解方法和水解产物的功能性等角度，针对其相关的国内外研究进展进行了综述。

酪蛋白；水解方法；水解产物；功能性

0 引 言

牛奶总蛋白质量分数的80%是酪蛋白，它主要由αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白组成，4种组分的比例为3.9∶1∶6∶1.3[1]。 其等电点为pH值为4.6。因其结构和性质上的显著性差异受到了全球广泛的关注和应用，主要应用在开发新型婴幼儿配方乳制品、生产酪蛋白源的生物活性肽、生产功能性蛋白质和优化奶酪品质等方面。

通常，牛奶作为母乳的替代品来满足正常婴幼儿生长的营养需要。但是牛奶与母乳蛋白质成分的差异会引起婴幼儿消化不良、腹泻等病症[2，3]。研究表明，人乳中没有，但牛奶中存在的αs-酪蛋白是引起婴儿消化不良的主要物质[4]。因此对酪蛋白进行水解改性，使部分酪蛋白转化具有重要意义。本文将对水解酪蛋白的方法及水解产物的功能特性的研究进展进行综述。

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压和加热两种方法。国外学者对加热法水解酪蛋白进行了探讨。J.C.A.Hustinx等[5]通过利用尿素-聚丙烯酰胺凝胶电泳法和反向-高效液相色谱法研究了温度对酪蛋白水解的影响。研究表明，当水解温度为140℃、体系pH值为7.0时，可溶性多肽的生产量与水解时间成正比。经测定，该水解条件下水解100 min后得到的15种多肽中，9种为αs1-酪蛋白水解产物，1种源于αs2-酪蛋白水解，3种来自于β-酪蛋白，另外2种为κ-酪蛋白水解产物。

Martinus等[6]对温度诱导酪蛋白的脱氨基、去磷酸化、分解的动力学过程进行了探讨。实验结果表明，酪蛋白脱氨基程度与天门冬素中氨基酸的量有关。温度越高越有利于酪蛋白的水解。实验采用生成非蛋白氮的量为衡量蛋白质水解程度的指标，此时的温度与肽键水解温度一致。实验中还测定了经热处理的β-酪蛋白溶液中无机磷和脱氢丙氨酸的量。结果显示，无机磷生成量远高于脱氢丙氨酸的量，即磷酸丝氨酸的水解程度远远高于β位缺失的磷酸丝氨酸的水解程度。

Fairise等[7]研究了热处理后酪蛋白胶束的蛋白质组成特性。实验研究表明，对奶粉进行热处理，酪蛋白胶束直径未发生显著性变化。对复原乳进行的热处理研究表明，热处理后β-乳球蛋白与酪蛋白胶束发生交联 。在热作用的诱导下，β-乳球蛋白继而又与α-乳白蛋白相互交联。

1.2 化学法水解酪蛋白

酪蛋白的化学法水解主要是利用酸、碱进行水解。杨叶昆等[8]用盐酸对酪蛋白的水解实验表明，温度控制在106～110℃时，各因素对酪蛋白水解效率的影响程度大小为水解时间＞盐酸质量分数＞固液比。水解的最佳处理条件：水解时间18 h，盐酸质量分数为18%，固液比1∶1.6.此时酪蛋白的水解度约为75%。

1.3 酶法水解酪蛋白

酶水解法以其水解条件温和，水解过程易于控制，水解产生的副反应小，水解产物产物氨基酸组成更接近原料等特点，被认为是水解酪蛋白的最佳方法[9]。吕桂善等[10]做了酪蛋白水解进程方面的研究。研究采用胰蛋白酶水解酪蛋白。结果表明，酪蛋白的水解主要发生在前4～6 h内；酶与底物比（E/S）为1∶100时，酪蛋白水解度可达21.45%，继续增加胰蛋白酶的量可以提高酪蛋白水解度，但增幅不显著。朱少娟（2004）探讨了超声波对胰蛋白酶水解酪蛋白的酶促反应条件和动力学的影响。结果表明，促进胰蛋白酶水解酪蛋白的最适超声参数是：超声功率为225 W，频率为20 kHz，超声时间与间歇时间比为1∶1，超声时间为10 min。 在pH值为8.0，温度20 ℃，E/S为1∶100条件下，外加超声辅助，酪蛋白的水解度可达73%[11]。

徐海军等[12]采用碱性内切蛋白酶水解酪蛋白。实验结果显示，当酪蛋白浓度为6%，E/S为4%，环境温度为58℃，pH值为8.0，水解时间为3 h时，三氯乙酸沉淀法测得的酪蛋白水解度为79.27%。

荆莹[9]对酪蛋白的酶水解改性做了系统的研究。实验以水解物的分子量分布为指标，分别对胰蛋白酶和碱性蛋白酶水解酪蛋白的工艺条件进行了研究和对比。实验最终采用两种酶的复合方式，共同作用与酪蛋白。复合酶的最优工艺为：pH值为9.0，温度55℃，时间4.5 h，碱性蛋白酶添加量为9 100 U/100 mL、胰蛋白酶添加量为3 900 U/100 mL。经复合酶水解的酪蛋白水解液的水解度为18.81%，分子量为1 000～180的肽质量分数为82.67%。

Wang X[13]等在研究酪蛋白水解物结合铁的性质中，选用碱性蛋白酶Alcalase水解酪蛋白。水解条件：酪蛋白质量浓度为6 g/100 mL，E/S为0.10 AU/g，环境pH值为8.0，温度为55℃。此状态下水解7 h，酪蛋白的水解度为24%左右。

Heinrich M[14]等在研究高压情况下酪蛋白胶束的水解实验中选用凝乳酶为水解酶。Solorza-Feria J等[15]分别研究了植物水解酶——木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶和动物蛋白——凝乳酶对酪蛋白的水解力。结果表明，在pH值为6.5时，3种酶对酪蛋白的水解性均为最佳。

2 酪蛋白水解物功能特性

各种方法的酪蛋白的水解，使得水解物具有抗突变[16]、抗氧化、降血压、抗菌等功能特性。

2.1 酪蛋白水解物的抗突变功效

白小佳等[17]的研究表明，酪蛋白水解物可维持机体的抗氧化剂水平，稳定分裂期细胞的DNA，从而起到阻止化学突变的作用。其水解物对突变的抑制率与水解物用量成正比。

Lahart N等[18]利用人类的Jurkat T细胞系评估了酪蛋白水解物的抗突变能力。实验结果表明，酪蛋白水解物具有抗突变能力，其抗突变能力与酪蛋白的水解度无必然联系。

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体外抗氧化功效。实验结果表明，分别经木瓜蛋白酶、枯草杆菌酶及老蛋白酶在各自最佳酶解条件下水解后的水解产物的羟自由基清除率均大于65%，且均具有抗脂质过氧化的作用，最大值可达59.28。

Rossini K等[20]做了酪蛋白水解物的抑制脂质氧化的研究。实验分别研究了酪蛋白50℃、4 h、pH值为8、碱性蛋白酶Alcalase和Flavourzyme水解物的脂质抗氧化活性。研究表明，Flavourzyme对酪蛋白的水解度更高，水解物中多肽分子量更小，且具有更高的脂质抗氧化能力。水解物质量浓度为20 g/L时即可有效地抑制脂质氧化。

2.3 酪蛋白水解物的降血压功效

宫霞等[21]做了酪蛋白酶解产物降血压的研究。实验结果表明，经碱性蛋白酶M水解后制的水解物对血管紧张素转化酶的抑制率为80.1%；低剂量的酶解产物（500 mg/kg）对自发性高血压大鼠的降血压效果显著。

Korhonen等[22]的研究表明，酪蛋白水解物——三肽Ile-Pro-Pro和Val-Pro-Pro具有降血压和免疫调节功能。Aihara等、Phelan M等[23]的研究也验证了这点。

2.4 酪蛋白水解物的抗菌功效

郑俏然等[24]研究了胃蛋白酶水解酪蛋白产物的抑菌特性。实验结果表明，在pH值为2.0，酪蛋白质量分数为9%，E/S为1∶10，温度37 ℃下，水解4～5 h制得的酶解液抑菌活性最强。

3 展 望

目前，酪蛋白的水解方法以及水解产物的功能性均有一定程度的研究，水解产物的功能性已经在肉制品等食品工业中得到一定程度的应用。但相关的理论和产业化研究不够深。例如，怎样实现牛乳中过敏原αs-酪蛋白的完全水解又不影响牛奶的品质？这也将是酪蛋白和婴幼儿配方奶粉的研究热点。

[1]许建香,张智武.水解牛乳蛋白技术及其产物的功能特性[J].中国乳品工业,2005,33(5):40-45.

[2]毕旭明,孙梅.婴儿牛乳蛋白过敏症74例分析 [J].滨州医学院学报,2001(1):76-77.

[3]苏静,张书军.牛奶蛋白质不耐症与过敏症[J].中国乳品工业,1992,(04):183-184.

[4]张和平.现代乳品工业手册[M].北京:中国轻工业出版社,2005.

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[6]BOEKEL M A J S.Heat-Induced Deamidation,Dephosphorylation and Breakdown of Caseinate[J].International Dairy Journal,1999,9(3-6):237-241.

[7]FAIRISE J F,CAYOT P,LORIENT D.Characterisation of the Protein Composition of Casein Micelles after Heating[J].International Dairy Journal,1999,9(3-6):249-254.

[8]杨叶昆,李雪梅,唐自文，等.酪蛋白的酸水解及其棕色化反应产物在卷烟加香中的应用[J].烟草科技,2001(1):8-10.

[9]荆莹.酪蛋白的酶水解改性研究[D]:内蒙古农业大学,2010.

[10]吕桂善,姜瞻梅,周文红，等.酪蛋白水解进程的研究[J].食品工业科技,2003(8):24-27.

[11]朱少娟,施用晖,乐国伟.超声波对胰蛋白酶水解酪蛋白的影响[J].食品与生物技术学报,2005(2):50-54.

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[14]HEINRICH M,KULOZIK U.Study of Chymosin Hydrolysis of Casein Micelles under Ultra High Pressure:Effect on Re-association upon Pressure Release[J].International Dairy Journal,2011,21(9):664-669.

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[24]郑俏然,李诚.胃蛋白酶水解牛乳酪蛋白产物抑菌特性的研究 [J].食品科技,2009,34(6):179-181.

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

国家科技部973计划（2010CB735705）。

高长永（1985-），男，硕士，研究方向为食品科学。