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乳清蛋白功能活性的研究

2015-04-12 06:09劉紅娟
中國(guó)釀造 2015年7期
關(guān)鍵詞:乳清谷胱甘肽水解

李 飛,劉紅娟,王 龍

(1.吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院,吉林 吉林 132022;2.北京三元食品股份有限公司,北京 100090;3.長(zhǎng)春伊利冷凍食品有限公司,吉林 長(zhǎng)春 130507)

近年來(lái),牛奶中的許多成分已經(jīng)成為公認(rèn)的功能性食品,說(shuō)明其對(duì)健康有直接的和可衡量的功效[1]。乳清是干酪在加工過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品,一度被認(rèn)為是無(wú)用的而被廢棄。乳清蛋白是指溶解分散在乳清中的蛋白,約占乳蛋白質(zhì)的18%~20%,它是較易被消化吸收的高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。乳清蛋白的主要成分包括β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、牛血清白蛋白、乳鐵蛋白、免疫球蛋白、乳過(guò)氧化物酶等,這些物質(zhì)參與構(gòu)成機(jī)體非特異性防御屏障,在抗菌、抗病毒、免疫調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮了積極作用。如今,乳清蛋白已成為一種流行的功能性食物,它在抗菌,免疫調(diào)節(jié),提高肌肉的力量和身體組成,預(yù)防心血管疾病和骨質(zhì)疏松癥等方面有重要作用。本文旨在總結(jié)乳清蛋白的不同功能活性,以期為研究人員的更進(jìn)一步探索提供幫助。

1 乳清蛋白的組成及其功效

乳清蛋白所含的必需氨基酸含量高于植物蛋白。主要的乳清蛋白成分及功效見(jiàn)表1。

表1 乳清蛋白的主要成分及其功效Table 1 Primary components and function of whey protein

相對(duì)于游離氨基酸溶液,乳清能更有效的被利用和吸收。乳清蛋白有一個(gè)高濃度的支鏈氨基酸—亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸,這是組織能生長(zhǎng)和修復(fù)所需的一個(gè)重要成分。乳清蛋白中富含的含硫氨基酸—半胱氨酸和蛋氨酸,能提高細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽的轉(zhuǎn)換,增強(qiáng)免疫功能。

2 乳清蛋白的代謝

乳清蛋白具有在酸性條件下不凝結(jié)和在胃中能承受凝乳酶的特性。但是乳清蛋白到達(dá)小腸后,它的水解速度要慢于酪蛋白,因此其在小腸中有更長(zhǎng)的吸收長(zhǎng)度。有研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于老年婦女來(lái)講,乳清蛋白的吸收模式有利于餐后蛋白質(zhì)的利用率和氮平衡[2]。蛋白質(zhì)飽腹感研究表明,乳清蛋白的餐后血漿氨基酸水平高于酪蛋白[3]。

3 乳清蛋白的功能活性

3.1 抗氧化與解毒作用

乳清蛋白具有較強(qiáng)的抗氧化活性,可能由于是其中富含的半胱胺酸在起作用,半胱胺酸有助于機(jī)體中谷胱甘肽(glutathione,GSH)的合成,而GSH在細(xì)胞內(nèi)具有較強(qiáng)的抗氧化性。作為一種抗氧化劑,還原型谷胱甘肽最有效。由于乳清中含有抗氧化成分谷胱甘肽,人們希望能將其研制成一種抗老化制劑。

牛乳的乳清中的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathion peroxidase,GSHPx)活性與母乳中的是相同的。來(lái)源于硒和半胱氨酸的GSHPx具有解毒功能,它是一種能將脂質(zhì)過(guò)氧化物轉(zhuǎn)變成危害較小羥基酸的內(nèi)源性抗氧化酶。除了上述特性,乳清中的α-乳白蛋白也能夠螯合重金屬,由于它具有螯合鐵的特性,而能夠降低機(jī)體的氧化應(yīng)激反應(yīng)[4]。沈浥[5]研究乳清蛋白在胰蛋白酶的作用下得到的多肽產(chǎn)物的抗氧化功能及其純化過(guò)程,發(fā)現(xiàn)乳清蛋白酶解產(chǎn)物具有良好的耐消化、耐熱、耐酸堿和耐儲(chǔ)藏穩(wěn)定性,分離純化得到兩個(gè)肽段具有較好的抗氧化活性,適宜作為保健食品和食品添加劑。

3.2 降血壓、降血脂活性

已經(jīng)從牛乳中的β-乳球蛋白分離出來(lái)的降血壓肽,其具有降低血壓的功能。這些多肽具有抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(angiotensin converting enzyme,ACE)I活力的作用,從而阻止血管緊張素I轉(zhuǎn)化成血管緊張素II,ACEII是一種強(qiáng)有力的血管收縮劑,從而抑制血壓升高[6]。徐思源等[7-8]研究了利用復(fù)合蛋白酶制備乳清蛋白降血壓肽的方法,并進(jìn)行了純化及其功能性檢驗(yàn)。利用純化精制后的乳清蛋白水解液飼喂原發(fā)性高血壓鼠,分別測(cè)定體質(zhì)量、血壓、ACE活性和臟器解剖指標(biāo)進(jìn)行功能驗(yàn)證。結(jié)果表明。乳清蛋白水解液能降低血壓和ACE活性,與對(duì)照組相比有明顯的效果。

3.3 增強(qiáng)鍛煉效果

乳清蛋白的氨基酸組成促進(jìn)機(jī)體蛋白質(zhì)的合成和肌肉的生長(zhǎng)。在以42名男性(年齡18~31歲)進(jìn)行重量訓(xùn)練的研究中,在相同條件下進(jìn)行12周的重量阻力訓(xùn)練,計(jì)劃攝入乳清蛋白1.2 g/(kg·d)、一種多成分乳清蛋白運(yùn)動(dòng)補(bǔ)充劑1.3 g/(kg·d)或加入麥芽糊精1.2 g/(kg·d)的對(duì)照組。12周后發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,攝入乳清蛋白并結(jié)合重量阻力訓(xùn)練的男性,其肌肉強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果和肌肉質(zhì)量與麥芽糊精組相比至少提高了1/4[9]。

另一項(xiàng)研究是對(duì)酪蛋白和乳清蛋白造成肌肉蛋白質(zhì)平衡和合成的急性反應(yīng)的影響,25名年輕男女隨機(jī)分配接受300 mL乳清蛋白溶液,酪蛋白溶液或空白對(duì)照水,并進(jìn)行腿阻力運(yùn)動(dòng)1 h。結(jié)果發(fā)現(xiàn)接受乳清蛋白和酪蛋白的受試者吸收的苯丙氨酸量顯著增加,同時(shí)與對(duì)照組相比,兩組的凈肌肉蛋白質(zhì)的合成得到促進(jìn)[10]。26位健康男性建筑工人在11周內(nèi)每天補(bǔ)充1.5 g乳清蛋白,并給予對(duì)照組相同劑量的碳水化合物,結(jié)果發(fā)現(xiàn)攝入乳清蛋白使工人的肌肉力量顯著改善[11]。

研究了人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)呈陽(yáng)性的婦女的運(yùn)動(dòng)情況,發(fā)現(xiàn)了乳清蛋白的補(bǔ)充和身體狀況之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意增加運(yùn)動(dòng)量、乳清蛋白的攝入和改善生活質(zhì)量[12-13]。給予實(shí)驗(yàn)組未變性的乳清蛋白粉1 g/(kg·d),結(jié)果發(fā)現(xiàn)有2 000例研究發(fā)現(xiàn)隨著乳清蛋白補(bǔ)充量的增加,受試者體質(zhì)量也增加;然而,另2 001例研究中卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種關(guān)系。

適度的運(yùn)動(dòng)可提高免疫力,而強(qiáng)烈的體育訓(xùn)練會(huì)使免疫系統(tǒng)有壓力。自由基的產(chǎn)生和炎癥活力的增加被認(rèn)為有助于刺激訓(xùn)練過(guò)度運(yùn)動(dòng)員的免疫活性。高訓(xùn)練強(qiáng)度個(gè)體的肌肉性能表現(xiàn)和恢復(fù)力由于氧化應(yīng)激反應(yīng)而被阻礙。劇烈運(yùn)動(dòng)和過(guò)度訓(xùn)練后,發(fā)現(xiàn)有少量的免疫球蛋白A(immunoglobulin A,IgA)和谷氨酰胺產(chǎn)生[14]。此外,谷氨酰胺缺乏可能使健康的人胃腸不適。乳清蛋白質(zhì)是谷氨酰胺的極好來(lái)源,它的抗氧化活性和增強(qiáng)免疫性能可為治療提供幫助。

3.4 對(duì)嬰幼兒腸健康的促進(jìn)

使用乳清蛋白喂養(yǎng)的嬰兒有更多有益的腸道菌群,特別是雙歧桿菌和乳酸桿菌。這種菌群通常具有增加抵抗致病細(xì)菌消化道定殖的作用[15]。在一個(gè)雙盲研究中,102名不到兩個(gè)星期的健康嬰兒被隨機(jī)分配接受標(biāo)準(zhǔn)牛乳嬰兒配方乳粉或含有部分水解乳清蛋白的嬰兒配方乳粉一個(gè)星期[15],結(jié)果發(fā)現(xiàn)后者糞便中有更多的雙歧桿菌,胃腸免疫力得到了改善[16]。在以前的研究中發(fā)現(xiàn),在消化系統(tǒng)中存在較多的雙歧桿菌,會(huì)減少嬰兒的潛在的具有家族高危特應(yīng)性疾病的可能性[17]。

以43例診斷為過(guò)敏性腹痛的嬰兒為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,將水解乳清蛋白加到標(biāo)準(zhǔn)牛奶嬰兒配方乳粉中,并用其喂食一周[18]。觀察臨床相關(guān)的結(jié)果發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,嬰兒因?yàn)楦雇聪嚓P(guān)的哭泣時(shí)間比服用乳清配方時(shí)減少了一個(gè)多小時(shí)。這說(shuō)明乳清蛋白有助于嬰兒腸道健康。38位平均年齡1.7個(gè)月的嬰兒,隨機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)嬰兒配方乳粉或加益生元的部分水解乳清蛋白配方乳粉3周時(shí)間;結(jié)果發(fā)現(xiàn)水解乳清蛋白配方乳粉能以較快的速度將嬰兒的的糞便變得松軟,而標(biāo)準(zhǔn)嬰兒配方乳粉則較慢。這說(shuō)明乳清蛋白組的嬰兒的腸蠕動(dòng)有明顯改善[19]。

為了研究水解與非水解乳清蛋白對(duì)10例患有腸道綜合癥的兒童生長(zhǎng)發(fā)育的影響,進(jìn)行了隨機(jī)雙盲交叉實(shí)驗(yàn)[20]。對(duì)于經(jīng)歷過(guò)腸切除術(shù)的兒童,食品的攝入和正常生長(zhǎng)發(fā)育是最重要的。乳清蛋白在小腸中的運(yùn)輸消化時(shí)間較長(zhǎng),使其變成了這部分兒童理想的蛋白質(zhì)來(lái)源。但乳清蛋白的水解對(duì)人體氮平衡、體質(zhì)量增加或腸道通透性方面與非水解乳清蛋白相比沒(méi)有區(qū)別。

3.5 有益于降低體質(zhì)量

機(jī)體降低5%的體脂肪量就可以減少患與肥胖相關(guān)疾病的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)楦叩鞍?、低碳水化合物的飲食似乎是最有效的減肥方式,乳清蛋白是一種膳食蛋白質(zhì)良好來(lái)源。以乳清作為底物合成的氨基酸和蛋白質(zhì)可以提高機(jī)體的體質(zhì)指數(shù),尤其是對(duì)于那些進(jìn)行鍛煉與減肥的人群來(lái)說(shuō)。

以106名年齡段在25~40歲范圍內(nèi)的肥胖婦女為研究對(duì)象,進(jìn)行12周的隨機(jī)雙盲試驗(yàn),研究富含亮氨酸、生物活性肽與鈣的乳清蛋白對(duì)減肥與肌肉的影響作用。受試者每天只攝入受限制的500卡路里的飲食。每日兩次接受乳清蛋白飲料或等熱量麥芽飲料[21]。分別在第0、4周、8周和12周測(cè)量其體質(zhì)量,體脂肪和肌肉量,記錄并歸類體質(zhì)量至少減少2.25 kg的人。對(duì)研究開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的血液樣本進(jìn)行整理和分析,測(cè)定其化學(xué)成分、血脂、胰島素含量及全血細(xì)胞數(shù)。12周后,整理出兩組的體質(zhì)量明顯減輕的受試者,研究發(fā)現(xiàn)乳清蛋白組體脂肪減少量明顯高于對(duì)照組??傮w而言,乳清蛋白組的受試者身體脂肪量減少了6.1%,與對(duì)照組相比,血液中膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白含量也顯著降低[21]。

3.6 預(yù)防糖尿病與心血管疾病

乳清蛋白可以降低餐后血糖水平和胰島素的釋放,從而促進(jìn)機(jī)體的健康。同時(shí)測(cè)定在攝入含乳清蛋白的高血糖指數(shù)食物與無(wú)攝入的情況下,患不同類型糖尿病的男性和女性(年齡27~69歲)的血糖和胰島素含量。食用含有乳清蛋白的早餐后,胰島素含量增高了31%,午餐后效果更加明顯。與不含乳清的食物相比,攝入含乳清的食物后胰島素水平增加了57%,而血糖降低了21%。葡萄糖依賴性促胰島素多肽在補(bǔ)充乳清蛋白后機(jī)體內(nèi)含量也較高。這些結(jié)果表明,將乳清蛋白添加到高血糖指數(shù)的食物中可刺激胰島素的釋放,降低Ⅱ型糖尿病餐后血糖含量的耐受性[22]。

乳清蛋白可以調(diào)節(jié)血壓和血脂。研究了20名健康成年男性在食用添加了乳清蛋白的含有乳桿菌和嗜熱鏈球菌的酸乳后,對(duì)其血脂和血壓的影響[23]。受試者持續(xù)8周每天兩次食用200 mL添加了乳清蛋白的酸乳,對(duì)照組則食用非發(fā)酵的、沒(méi)有添加乳清蛋白的牛乳。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比,試驗(yàn)組有較高的高密度脂蛋白(high density lipoprotein,HDL)水平和較低的甘油三酯和血壓,但對(duì)總膽固醇和低密度脂蛋白水平?jīng)]有發(fā)現(xiàn)影響。

3.7 有助于免疫缺陷病毒(HIV)治療與抗癌

谷胱甘肽缺乏通常會(huì)使機(jī)體感染HIV的風(fēng)險(xiǎn)性增加。通常HIV患者細(xì)胞GSH含量降低,高水平GSH明顯減慢病毒復(fù)制過(guò)程,導(dǎo)致病毒活性下降,增加HIV患者生存期限[24]。MICKE P等[25]研究30名HIV患者,在每天補(bǔ)充45 g乳清蛋白兩周后,機(jī)體內(nèi)谷胱甘肽含量顯著升高。研究人員還發(fā)現(xiàn)在隨后進(jìn)行的6個(gè)月的實(shí)驗(yàn)中,機(jī)體內(nèi)谷胱甘肽的水平同樣也處于一個(gè)較高的水平。

乳清蛋白已被廣泛的用于癌癥的預(yù)防和治療。谷胱甘肽的刺激被認(rèn)為是主要的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制。有動(dòng)物與體外實(shí)驗(yàn)顯示,乳清蛋白可以抑制某些癌細(xì)胞增長(zhǎng),如前列癌、乳腺癌等。在用乳清蛋白治療癌癥的病例中,BOUNOUS G[26]討論了乳清蛋白的抗腫瘤和抗癌的可能性。在乳清中的谷胱甘肽前體氨基酸會(huì)增加相關(guān)組織內(nèi)谷胱甘肽含量,增強(qiáng)免疫,解毒潛在致癌物。有其他研究認(rèn)為結(jié)合鐵的乳清蛋白也可能有抗癌的作用,但鐵作為誘變物,可能會(huì)造成氧化性損傷。

4 總結(jié)與展望

乳清中的各種必需和非必需的氨基酸、礦物質(zhì)、脂肪、和具有生物活性的蛋白質(zhì)被廣泛的應(yīng)用在食品工業(yè)中。其中的α-乳白蛋白、乳鐵蛋白、乳過(guò)氧化物酶和肽等,具有各種生物活性或保健特性,除了以上敘述的功能活性外,還具有加速傷口的愈合、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、為術(shù)后患者提供保護(hù)的作用,并能提高機(jī)體的認(rèn)知功能和對(duì)高壓環(huán)境的應(yīng)對(duì)能力。乳清蛋白正以其卓越的功能特性和生物利用價(jià)值,越來(lái)越多的應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域。目前,乳清蛋白的研究熱點(diǎn)主要集中在某些乳清分離蛋白的天然抗菌性、天然防腐性和免疫增強(qiáng)性,此外還研究其作為生物高分子材料用于食品包裝的可能性。利用這些功能特性將乳清蛋白廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品、全天然膳食補(bǔ)充劑、中老年群體的保健食品、嬰兒配方食品等方面。乳清蛋白的功能與應(yīng)用將為營(yíng)養(yǎng)保健食品的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了新的資源和廣闊的發(fā)展前景[27-30]。

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