乳類食物中β-酪蛋白的結構及營養功能

周鵬 張玉梅 劉彪 石羽杰 李婧 汪之頊

摘 要：綜述了人類母乳（以下簡稱母乳）和牛乳蛋白質中乳清蛋白與酪蛋白比例、相應蛋白質種類、含量及其營養特點，并重點敘述了酪蛋白的亞型及結構，母乳中含量最多的酪蛋白組分β-酪蛋白的消化特性、營養價值和促進鈣鐵等礦物質吸收、免疫調節和腸道健康促進等生物學功能的最新研究進展。由于牛乳蛋白質在組分含量和比例與母乳的差異，乳基嬰幼兒配方粉中蛋白質的調整，既要考慮乳清蛋白和酪蛋白的比例，還需要進一步精細調整蛋白質亞組分的含量和比例，是當前乃至今后嬰幼兒配方食品配方創新和工藝技術研發的重要方向。

關鍵詞：人乳;母乳;牛乳;酪蛋白;β-酪蛋白;嬰幼兒配方食品

母乳是嬰兒的最佳食品。世界衛生組織（WHO）建議，嬰兒出生后的6個月內應給予完全母乳喂養。然而，并非所有嬰兒均可以得到母乳喂養，一些特殊情況下需要使用嬰幼兒配方食品（代乳品）代替母乳。牛乳因來源豐富、營養價值高，成為大多數嬰幼兒配方食品的基本原料（基料）。牛乳與母乳（人乳）在營養成分含量和結構上存在差異，尤其蛋白質組分含量和構成存在較大差異。乳清蛋白與酪蛋白是乳類蛋白質成分的兩大分類。研究顯示，母乳中的乳清蛋白與酪蛋白的比例高于牛乳[1]。母乳中乳清蛋白與酪蛋白的比例隨哺乳進展存在動態變化。乳清蛋白/酪蛋白比值從初乳階段的90∶10以上，到過渡乳的80∶20左右，成熟乳中60∶40左右[2]。而商業性牛乳中乳清蛋白與酪蛋白的比值僅為20∶80。目前市售嬰兒配方乳（粉）都是通過添加乳清粉，調整乳清蛋白和酪蛋白的比例達到60∶40以上，走出了模擬母乳蛋白質構成的第一步。但隨著母乳蛋白質研究的不斷深入，母乳蛋白質亞組分構成及其與牛乳蛋白質的差異日益受到關注，嬰兒配方乳中的蛋白質構成的調整，也需要進一步精細化到蛋白質亞組分層面。

1 母乳和牛乳的蛋白質基本構成

根據加工性狀特點，乳類蛋白質基本上可以分為乳清蛋白和酪蛋白兩大類。大量乳成分研究資料顯示，母乳的乳清蛋白中，蛋白質成分可以進一步細分為α-乳清蛋白、免疫球蛋白A （IgA）、免疫球蛋白G （IgG）、免疫球蛋白M （IgM）、血清白蛋白和乳鐵蛋白等;而母乳的酪蛋白成分包括β-酪蛋白、κ-酪蛋白和αs1-酪蛋白。牛乳的乳清蛋白和酪蛋白成分，與人類母乳相比，既有相似，也有區別[3]。

由附表可見，母乳乳清蛋白中α-乳清蛋白的占比可達36%，而牛乳乳清中α-乳清蛋白占乳清蛋白質的比例只有17%;牛乳乳清中比例最高的蛋白質是β-乳球蛋白，占比約為52%，而母乳中基本不含β-乳球蛋白。酪蛋白部分，母乳中占比最高的是β-酪蛋白，約占總酪蛋白的68%，牛乳中β-酪蛋白占比遠低于母乳，只有36%;牛乳中占比最高的酪蛋白成分是αs1-酪蛋白（約占40%），相對應此組分在母乳中只有12%;在牛乳中占比達10%的αs2-酪蛋白，在母乳中難覓蹤跡。研究表明，乳蛋白中引起過敏的主要蛋白質是β-乳球蛋白和α-酪蛋白[4]。這兩種蛋白質恰好是牛乳中含量最多的乳清蛋白和酪蛋白，而母乳中這兩種致敏蛋白質含量很低甚至檢測不出。

由母乳蛋白質與牛乳蛋白質在亞組分上的差異可見，乳基嬰兒配方食品（嬰兒配方粉）在模擬母乳蛋白質的道路上，要跨越多個研發進展：從調整乳清蛋白與酪蛋白比值達到6∶4以上，然后分不同步驟繼續精細調整蛋白質亞組分比例。母乳中含量最高的蛋白質是α-乳清蛋白和β-酪蛋白，充分利用牛乳中這兩種蛋白質組分，來模擬母乳蛋白質構成，是嬰幼兒配方奶粉配方設計時首先需要考慮的。其中，β-酪蛋白更是近年來學術界關注的焦點內容之一。

2 酪蛋白與β-酪蛋白結構及分型

2.1 酪蛋白的亞型及結構

酪蛋白是由乳腺自身合成的含磷酸性蛋白，在乳中與鈣離子等結合形成膠束結構。它是乳中的主要營養性蛋白質，也是乳中鈣和磷的豐富來源。酪蛋白的氨基酸組成中脯氨酸含量相對較高，而半胱氨酸含量較低，導致其具有較弱的二級結構，通常認為單鏈酪蛋白分子不存在特定的構象。

在牛乳中，酪蛋白含有4個亞型，依次為αs1、β、αs2和κ。每個酪蛋白亞型又有多種基因變體[5-6]，表現出相當大的差異，這是由翻譯后修飾引起的。酪蛋白的這4個亞型大部分都經過磷酸化修飾，κ-酪蛋白還有糖基化修飾。另外，αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白是鈣敏蛋白，而κ-酪蛋白則不是鈣敏蛋白。

牛乳的αs1-酪蛋白占總酪蛋白含量的40%，它由199個氨基酸殘基構成，分子量為23kDa。αs2-酪蛋白占酪蛋白的10%，它含有207個氨基酸，分子量是24.3kDa。β-酪蛋白占酪蛋白的36%，它含有209個氨基酸殘基，分子量為23.6kDa，如果再加上5個修飾的磷酸基團，則分子量增加到24kDa;β-酪蛋白是4種酪蛋白成分中疏水性最強的，其鈣敏性則小于αs1-酪蛋白和αs2-酪蛋白[5-6]。κ-酪蛋白含有169個氨基酸，只含有1個磷酸基團，分子量在19k～20 kDa之間，占酪蛋白的14%[5-6]。

2.2 哺乳動物物種間乳汁中酪蛋白的差異

在常見的產乳哺乳動物中，比較乳汁中酪蛋白的亞組分構成[7]可見，母乳和馬乳較接近，它們都不含有αs2-酪蛋白（附圖）。從酪蛋白4個亞型組分的相對含量上看，母乳中β-酪蛋白的含量相對較高，與馬乳、駝乳、羊乳相似。從β-酪蛋白的氨基酸數目和磷酸化程度來看，不同物種的β-酪蛋白存在不同程度的差異。人乳β-酪蛋白的磷酸化水平呈多分布模式，有6種磷酸化水平，并且以含2個、4個磷酸基團的形式為主，而其他物種磷酸化程度比較集中。

2.3 β-酪蛋白的基因變異體

牛乳中，β-酪蛋白有A1、A2、A3、B、C、D、E、F、G、H、I和J幾種基因變體，其中A1和A2是主要的兩種[5-6]。通過分析奶牛群體中β-酪蛋白變體的占比發現，A1和A2基本上都在37%～55%之間[8-9]。Massella等[8]分析了意大利北部1 226頭荷斯坦奶牛和 4頭瑞士黃牛所產乳汁，檢測出5種β-酪蛋白變體A1、A2、B、F和I以及各變體的構成比。上海交通大學團隊檢測了中國某地133頭荷斯坦奶牛，其中A1、A2型β-酪蛋白變體型占具優勢比例，都超過40%[9]。國內外研究均顯示，在大部分奶牛群體中，A2攜帶型奶牛大于70%。研究表明，乳液中A1和A2變體的比例還會隨著季節發生改變，一般在冬季A1含量高（34%），到春夏比例會有所下降（30%）[10]。國內研究數據顯示，即使是聲稱為A2型的產品，其中仍有接近10% 的A1型β-酪蛋白[11]。

根據體外消化實驗觀察，A1型、A2型β-酪蛋白消化的差異主要是A1型β-酪蛋白消化后可產生多肽片段BCM-7，而A2型β-酪蛋白產生 BCM-9。一方面，體外實驗和臨床實驗顯示，BCM-7可能與乳糖不耐受[12]、胃腸道不適[13]、1型糖尿病[14]有關。另一方面，EFSA[15]和Truswell[16]基于系統評估已有研究結果認為，A1型β酪蛋白或者BCM-7與上述健康問題沒有明確的聯系?？傮w來說，對于A2型β酪蛋白和A1型β酪蛋白之間是否存在對健康不同影響尚存爭議，還缺乏充足的證據。

3 β-酪蛋白消化特性及營養功能

作為母乳酪蛋白的主要組成成分，β-酪蛋白的理化和消化性狀以及營養功能，是乳基嬰幼兒食品研發中重要的研究內容。

3.1 β-酪蛋白的消化特性

母乳β-酪蛋白的二級結構包含少量的β-轉角和β-折疊結構，蛋白質分子內部超過50%的部分沒有具體的結構，呈現無規則的卷曲狀態，整體的二級結構柔軟、疏松[2]。這種特點使其更容易被消化水解。加州大學的研究顯示，給3名足月分娩新生兒奶瓶喂養母乳，經胃液消化的胃內容物中，來自β-酪蛋白的多肽達52%[17]。該研究結果提示，母乳多肽的主要來源是β-酪蛋白。與母乳相比，牛乳的β酪蛋白二級結構和高級結構比較一致，消化特性也接近。

采用體外消化實驗比較不同蛋白質的消化過程，發現β-酪蛋白比α-乳清蛋白及β-乳球蛋白更容易被人體消化。通過仔豬體內消化模型觀察，結果顯示，β-酪蛋白在60min和120min后全部消化，但α-乳清蛋白及β-乳球蛋白還能檢測到完整蛋白質分子[18]。

3.2 β-酪蛋白水解肽的營養功能

人乳中含有蛋白質水解酶，可水解β-酪蛋白產生肽類成分，人乳很多生理功能均與水解肽相關。

3.2.1 促進鈣、鐵等礦物質吸收 β-酪蛋白經消化產生的磷酸化多肽即酪蛋白磷酸肽（CPPs），在腸道中可通過磷酸絲氨酸與鈣離子結合，由小腸粘膜細胞吸收后再釋放進入血液，從而促進鈣吸收[19]。Bouhallab等[20]研究發現，β-酪蛋白和其產生的CPPs還有助于鐵吸收，β-酪蛋白磷酸肽飼料組比α-酪蛋白磷酸肽組有更高的鐵吸收率。

3.2.2 免疫調節功能 母乳β-酪蛋白經胰蛋白酶水解后產生多種與免疫功能相關的產物。β-酪蛋白分解后產生具有免疫刺激作用的肽段稱為免疫刺激肽。研究顯示，這些免疫刺激肽具有刺激巨噬細胞吞噬，從而增強抗感染的作用。且母乳β-酪蛋白水解產生的抗菌肽具有抗致病菌和防止致病菌定植與生長的特性[21]。較早的一個研究指出，β-酪蛋白能被母乳中sIgA抗體特異性水解，推測其參與嬰兒腸道免疫反應[22]。

3.2.3 參與神經調節 近期研究發現，β-酪蛋白水解產生的阿片樣多肽（β-casomorphin，BCM）可能參與神經調節，改善嬰兒睡眠模式[23]。

3.3 β-酪蛋白與腸道健康

新生兒是腸道炎癥的易感人群，尤其是生長受限嬰兒和早產兒，易發嚴重的腸道炎癥疾病并危及性命。嬰兒腸道的黏蛋白（mucin，MUC）可以起到屏障功能，黏蛋白2（MUC2）和黏蛋白4（MUC4）的腸道保護作用受到廣泛關注。體外實驗發現，β-酪蛋白水解后釋放的肽，可以刺激MUC2和MUC4基因的表達[24-25]，有可能降低新生兒腸道炎癥相關疾病的風險。

3.4 β-酪蛋白不是牛奶蛋白過敏的主要致敏原

嬰幼兒食物過敏癥呈持續增加的趨勢，其中以牛奶蛋白過敏較為多見。研究顯示，牛乳中β-酪蛋白不是最強的酪蛋白致敏原。Natale等[4]檢測了過敏人群血清對于不同乳蛋白的過敏原反應，結果顯示，α-酪蛋白是酪蛋白中最主要的過敏原，其次是κ-酪蛋白。Monaci等[26]在另一項研究中同樣發現，α-酪蛋白最容易引發過敏的位點是其69～78位氨基酸序列和隱藏在內部的磷酸化片段。

4 總結

母乳是嬰兒最理想的食品。在嬰幼兒喂養中，既要預防蛋白質缺乏，也要避免蛋白質過量攝入，實現這種平衡的一個重要支點就是蛋白質的質量。母乳中的乳清蛋白與酪蛋白比值，體現了蛋白質構成的變化，也與蛋白質質量有關。母乳的初乳、過渡乳、成熟乳中乳清蛋白與酪蛋白的比例逐漸從90∶10過渡到60∶40。亞組分方面，含量最高的幾種蛋白質分別為β-酪蛋白、α乳清蛋白、乳鐵蛋白、免疫球蛋白和κ酪蛋白。

與母乳不同，商品牛乳中乳清蛋白與酪蛋白的比例一般約為20∶80。乳清蛋白中β-乳球蛋白最多，約占乳清蛋白質的52%;酪蛋白中αs1-酪蛋白最多（40%），β酪蛋白其次，約占36%。容易引起過敏的牛乳蛋白質主要是β-乳球蛋白和α-酪蛋白，牛乳中這兩種蛋白質含量都高于母乳。牛乳中酪蛋白的亞型組分有4個，依含量從高到低依次為αs1、β、αs2和κ。β-酪蛋白進一步區分的亞型有A1和A2兩種，含量基本都在37%～55%之間。

β-酪蛋白作為母乳中含量最高的蛋白質，對于指導嬰幼兒配方食品的開發意義重大，是當前營養學界關注的焦點之一。β-酪蛋白有較多脯氨酸，使β-酪蛋白結構松散易消化。β-酪蛋白是母乳源的多種活性肽來源。母乳β-酪蛋白經蛋白酶水解后產生多種與免疫功能相關的產物，其中阿片樣多肽可能參與神經調節，改善嬰兒睡眠模式。β-酪蛋白分子上的磷酸化氨基酸殘基在結構上彼此接近，可螯合鈣從而使鈣離子保持可溶狀態，進而能促進鈣吸收。

綜上所述，基于母乳蛋白質組分的特異性，以及牛乳蛋白質在蛋白組分上與母乳的差異，乳基嬰幼兒配方粉中蛋白質的調整，既要考慮乳清蛋白和酪蛋白的比例，還需要進一步精細調整蛋白質亞組分的含量和比例，使其各蛋白質亞組分含量、比例和結構更為接近母乳蛋白質的組成。

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Abstract：This paper systematically summarized the ratio of whey proteins to caseins in human milk and cow milk，the related protein species and their content，and nutritional characteristics. It focused on the subtype and structure of caseins，as well as the research advances of β-casein on digestive properties，nutritional value，biological function for absorption acceleration，immunoregulation，intestine development. Based on the fact that there were much differences of protein constitute and content between human milk and cow milk or other animal milk，it was more important to adjust the ratio of whey proteins and caseins，as well as to remodel the profiles of protein subfractions for research and development of milk-based infant formula.

Keywords：human milk;breast milk;cow milk;casein;β-casein;infant formula

（責任編輯 李婷婷）