乳清蛋白功能活性的研究

李 飛，劉紅娟，王 龍

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

近年來，牛奶中的許多成分已經(jīng)成為公認的功能性食品，說明其對健康有直接的和可衡量的功效[1]。乳清是干酪在加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，一度被認為是無用的而被廢棄。乳清蛋白是指溶解分散在乳清中的蛋白，約占乳蛋白質的18%～20%，它是較易被消化吸收的高營養(yǎng)價值的優(yōu)質蛋白質。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、乳過氧化物酶等，這些物質參與構成機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，預防心血管疾病和骨質疏松癥等方面有重要作用。本文旨在總結乳清蛋白的不同功能活性，以期為研究人員的更進一步探索提供幫助。

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，這是組織能生長和修復所需的一個重要成分。乳清蛋白中富含的含硫氨基酸—半胱氨酸和蛋氨酸，能提高細胞內(nèi)谷胱甘肽的轉換，增強免疫功能。

2 乳清蛋白的代謝

乳清蛋白具有在酸性條件下不凝結和在胃中能承受凝乳酶的特性。但是乳清蛋白到達小腸后，它的水解速度要慢于酪蛋白，因此其在小腸中有更長的吸收長度。有研究發(fā)現(xiàn)，對于老年婦女來講，乳清蛋白的吸收模式有利于餐后蛋白質的利用率和氮平衡[2]。蛋白質飽腹感研究表明，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，半胱胺酸有助于機體中谷胱甘肽（glutathione，GSH）的合成，而GSH在細胞內(nèi)具有較強的抗氧化性。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氧化物酶（glutathion peroxidase，GSHPx）活性與母乳中的是相同的。來源于硒和半胱氨酸的GSHPx具有解毒功能，它是一種能將脂質過氧化物轉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，而能夠降低機體的氧化應激反應[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、耐酸堿和耐儲藏穩(wěn)定性，分離純化得到兩個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換酶（angiotensin converting enzyme，ACE）I活力的作用，從而阻止血管緊張素I轉化成血管緊張素II，ACEII是一種強有力的血管收縮劑，從而抑制血壓升高[6]。徐思源等[7-8]研究了利用復合蛋白酶制備乳清蛋白降血壓肽的方法，并進行了純化及其功能性檢驗。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，分別測定體質量、血壓、ACE活性和臟器解剖指標進行功能驗證。結果表明。乳清蛋白水解液能降低血壓和ACE活性，與對照組相比有明顯的效果。

3.3 增強鍛煉效果

乳清蛋白的氨基酸組成促進機體蛋白質的合成和肌肉的生長。在以42名男性（年齡18～31歲）進行重量訓練的研究中，在相同條件下進行12周的重量阻力訓練，計劃攝入乳清蛋白1.2 g/（kg·d）、一種多成分乳清蛋白運動補充劑1.3 g/（kg·d）或加入麥芽糊精1.2 g/（kg·d）的對照組。12周后發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，攝入乳清蛋白并結合重量阻力訓練的男性，其肌肉強度測試結果和肌肉質量與麥芽糊精組相比至少提高了1/4[9]。

另一項研究是對酪蛋白和乳清蛋白造成肌肉蛋白質平衡和合成的急性反應的影響，25名年輕男女隨機分配接受300 mL乳清蛋白溶液，酪蛋白溶液或空白對照水，并進行腿阻力運動1 h。結果發(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，同時與對照組相比，兩組的凈肌肉蛋白質的合成得到促進[10]。26位健康男性建筑工人在11周內(nèi)每天補充1.5 g乳清蛋白，并給予對照組相同劑量的碳水化合物，結果發(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）呈陽性的婦女的運動情況，發(fā)現(xiàn)了乳清蛋白的補充和身體狀況之間的關系。實驗時注意增加運動量、乳清蛋白的攝入和改善生活質量[12-13]。給予實驗組未變性的乳清蛋白粉1 g/（kg·d），結果發(fā)現(xiàn)有2 000例研究發(fā)現(xiàn)隨著乳清蛋白補充量的增加，受試者體質量也增加；然而，另2 001例研究中卻沒有發(fā)現(xiàn)這種關系。

適度的運動可提高免疫力，而強烈的體育訓練會使免疫系統(tǒng)有壓力。自由基的產(chǎn)生和炎癥活力的增加被認為有助于刺激訓練過度運動員的免疫活性。高訓練強度個體的肌肉性能表現(xiàn)和恢復力由于氧化應激反應而被阻礙。劇烈運動和過度訓練后，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。乳清蛋白質是谷氨酰胺的極好來源，它的抗氧化活性和增強免疫性能可為治療提供幫助。

3.4 對嬰幼兒腸健康的促進

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菌消化道定殖的作用[15]。在一個雙盲研究中，102名不到兩個星期的健康嬰兒被隨機分配接受標準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星期[15]，結果發(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，會減少嬰兒的潛在的具有家族高危特應性疾病的可能性[17]。

以43例診斷為過敏性腹痛的嬰兒為實驗對象，將水解乳清蛋白加到標準牛奶嬰兒配方乳粉中，并用其喂食一周[18]。觀察臨床相關的結果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，嬰兒因為腹痛相關的哭泣時間比服用乳清配方時減少了一個多小時。這說明乳清蛋白有助于嬰兒腸道健康。38位平均年齡1.7個月的嬰兒，隨機使用標準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周時間；結果發(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，而標準嬰兒配方乳粉則較慢。這說明乳清蛋白組的嬰兒的腸蠕動有明顯改善[19]。

為了研究水解與非水解乳清蛋白對10例患有腸道綜合癥的兒童生長發(fā)育的影響，進行了隨機雙盲交叉實驗[20]。對于經(jīng)歷過腸切除術的兒童，食品的攝入和正常生長發(fā)育是最重要的。乳清蛋白在小腸中的運輸消化時間較長，使其變成了這部分兒童理想的蛋白質來源。但乳清蛋白的水解對人體氮平衡、體質量增加或腸道通透性方面與非水解乳清蛋白相比沒有區(qū)別。

3.5 有益于降低體質量

機體降低5%的體脂肪量就可以減少患與肥胖相關疾病的風險。因為高蛋白、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良好來源。以乳清作為底物合成的氨基酸和蛋白質可以提高機體的體質指數(shù)，尤其是對于那些進行鍛煉與減肥的人群來說。

以106名年齡段在25～40歲范圍內(nèi)的肥胖婦女為研究對象，進行12周的隨機雙盲試驗，研究富含亮氨酸、生物活性肽與鈣的乳清蛋白對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周測量其體質量，體脂肪和肌肉量，記錄并歸類體質量至少減少2.25 kg的人。對研究開始和結束時的血液樣本進行整理和分析，測定其化學成分、血脂、胰島素含量及全血細胞數(shù)。12周后，整理出兩組的體質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照組。總體而言，乳清蛋白組的受試者身體脂肪量減少了6.1%，與對照組相比，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，從而促進機體的健康。同時測定在攝入含乳清蛋白的高血糖指數(shù)食物與無攝入的情況下，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充乳清蛋白后機體內(nèi)含量也較高。這些結果表明，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，對照組則食用非發(fā)酵的、沒有添加乳清蛋白的牛乳。結果發(fā)現(xiàn)與對照組相比，試驗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使機體感染HIV的風險性增加。通常HIV患者細胞GSH含量降低，高水平GSH明顯減慢病毒復制過程，導致病毒活性下降，增加HIV患者生存期限[24]。MICKE P等[25]研究30名HIV患者，在每天補充45 g乳清蛋白兩周后，機體內(nèi)谷胱甘肽含量顯著升高。研究人員還發(fā)現(xiàn)在隨后進行的6個月的實驗中，機體內(nèi)谷胱甘肽的水平同樣也處于一個較高的水平。

乳清蛋白已被廣泛的用于癌癥的預防和治療。谷胱甘肽的刺激被認為是主要的免疫調(diào)節(jié)機制。有動物與體外實驗顯示，乳清蛋白可以抑制某些癌細胞增長，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增加相關組織內(nèi)谷胱甘肽含量，增強免疫，解毒潛在致癌物。有其他研究認為結合鐵的乳清蛋白也可能有抗癌的作用，但鐵作為誘變物，可能會造成氧化性損傷。

4 總結與展望

乳清中的各種必需和非必需的氨基酸、礦物質、脂肪、和具有生物活性的蛋白質被廣泛的應用在食品工業(yè)中。其中的α-乳白蛋白、乳鐵蛋白、乳過氧化物酶和肽等，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、為術后患者提供保護的作用，并能提高機體的認知功能和對高壓環(huán)境的應對能力。乳清蛋白正以其卓越的功能特性和生物利用價值，越來越多的應用于食品、醫(yī)藥等諸多領域。目前，乳清蛋白的研究熱點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用于運動營養(yǎng)食品、全天然膳食補充劑、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用將為營養(yǎng)保健食品的開發(fā)帶來了新的資源和廣闊的發(fā)展前景[27-30]。

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