孫 健，車佳玲，王青云，粘靖祺

北大荒完達(dá)山乳業(yè)股份有限公司，黑龍江哈爾濱 150090

0 引言

牛乳被視做人類膳食蛋白質(zhì)補(bǔ)充的重要來(lái)源，牛乳蛋白質(zhì)主要由酪蛋白和乳清蛋白組成，其中酪蛋白約占總蛋白的80%，以膠束形式存在，酪蛋白中含有多種人體必需氨基酸，是人體內(nèi)重要氨基酸的來(lái)源，更是被視作一種優(yōu)質(zhì)蛋白。除其重要的營(yíng)養(yǎng)功能外，酪蛋白經(jīng)消化后也具有潛在的生物學(xué)活性，具有重要的生理功能。而β-酪蛋白作為酪蛋白中一種重要的蛋白組成，占酪蛋白的35%左右[1，2]，由于基因水平上的差異，β-酪蛋白存在多種變體，并且是最早被鑒定出具有遺傳變異性的蛋白之一。近年來(lái)，特別是A1和A2型β-酪蛋白的結(jié)構(gòu)及理化特性、消化特性的差異性及其對(duì)人體健康的影響備受眾多學(xué)者及乳品企業(yè)的關(guān)注。

1 β-酪蛋白概述

β-酪蛋白共有13 種遺傳變體，A1和A2基因型是其主要的類型，二者差異為A2型β-酪蛋白肽鏈的第67位上為脯氨酸（Pro），而A1型此位點(diǎn)的氨基酸由脯氨酸突變?yōu)榻M氨酸（His），此種變異只存在于牛奶中，A2基因型被認(rèn)為是β-酪蛋白的原始基因型。對(duì)A1型和A2型β-酪蛋白之間區(qū)別的研究始于20世紀(jì)90年代初[2～4]，將二者進(jìn)行分型，對(duì)于認(rèn)識(shí)、區(qū)分和研究二者尤為重要，目前對(duì)兩種基因型β-酪蛋白進(jìn)行分型多基于蛋白質(zhì)水平和分子水平的檢測(cè)方法[5，6]，例如反相高效液相色譜（RPHPLC）法、等電聚焦電泳（IEF）法、等位基因特異性聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（AS-PCR）等；A1型β-酪蛋白經(jīng)消化后產(chǎn)生β-酪啡肽（BCM-7）而A2基因型不產(chǎn)生，因此也有基于消化產(chǎn)物BCM-7采用液相色譜法對(duì)多肽物質(zhì)進(jìn)行鑒定，也可以采用放射免疫分析等方法對(duì)血液或尿液中的BCM-7進(jìn)行檢測(cè)。因此未來(lái)更多高效、便利的基因檢測(cè)和分型方法的研究對(duì)于促進(jìn)乳制品行業(yè)發(fā)展至關(guān)重要[7]。

酪蛋白遺傳變異特性會(huì)對(duì)蛋白結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，而蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能特性密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)和功能的變化進(jìn)而影響了牛奶的理化特性[4]。A1和A2型蛋白基因型的變異對(duì)牛奶產(chǎn)量和成分、凝乳特性、穩(wěn)定性、乳化特性、發(fā)泡性等物理特性均會(huì)產(chǎn)生影響：如A2型的牛奶蛋白質(zhì)含量更高，而A1型的牛奶脂肪含量更高；變異類型對(duì)酪蛋白膠束大小具有影響，使得A2型β-酪蛋白更可溶，牛奶的凝乳特性較弱，使其形成的凝膠強(qiáng)度較弱，反而更容易消化；β-酪蛋白是一種柔性的兩親性分子，在pH6.7時(shí)，A2型比A1型更易形成乳化液，但由于形成的乳化液不穩(wěn)定，導(dǎo)致乳化特性差；β-酪蛋白具有良好的界面行為，對(duì)發(fā)泡性具有重要影響，有研究表明，因A1型β-酪蛋白在界面上分布更廣泛，可以促進(jìn)界面快速形成，發(fā)泡能力較強(qiáng)，不同基因型牛奶的理化特性差異也逐漸被乳品加工行業(yè)所關(guān)注[8]，酪蛋白的遺傳變異特性對(duì)不同品類的乳品加工至關(guān)重要。

2 β-酪蛋白消化特性

2.1 體外消化模型

A1、A2型β-酪蛋白遺傳特性不同，即第67位上的氨基酸類型的不同，造成蛋白的結(jié)構(gòu)、功能特性不同，其消化特性自然也存在差異。β-酪蛋白消化后產(chǎn)生的各種生物活性肽會(huì)受到胃腸道環(huán)境中蛋白酶濃度、消化時(shí)間、pH等因素的影響，活性會(huì)遭到一定程度上的破壞[9]，目前體外模擬消化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于食品消化特性的研究，也不斷有對(duì)于關(guān)于β-酪蛋白消化特性模型的研究[10，11]。游義嬌等[12]也從3 個(gè)方面將其歸納為6 種類型，即按照是否模擬消化動(dòng)態(tài)過(guò)程、消化腔室的多少、使用酶的多少，將體外消化模型分為體靜態(tài)和動(dòng)態(tài)、單室和多室、單酶體系和多酶體系消化模型，因體外消化模型的易操作、可重復(fù)且快速等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為對(duì)牛乳β-酪蛋白消化特性研究的工具，對(duì)于β-酪蛋白消化特性的研究也多集中于體外多室多酶靜態(tài)消化模型[10，13，14]。除了對(duì)消化模型類別的研究外，消化模型的參數(shù)也是模擬人體消化特性的關(guān)鍵所在。

隨著研究的不斷深入，也有研究發(fā)現(xiàn)，嬰幼兒和成人的消化模式間存在差異，如一些酶和分泌功能在生命早期仍不成熟：胃蛋白酶發(fā)育緩慢，出生后四周僅達(dá)到成人的18%，胰腺脂肪酶分泌較低；胃pH值酸性也較低：喂養(yǎng)前嬰兒胃的pH值范圍為3.2～3.5，喂養(yǎng)后范圍可迅速升高到6.0～6.5，而成人胃的pH值始終低于2；同時(shí)初乳（0～2周）和成熟乳（產(chǎn)后＞4周）的蛋白含量和成分也不同，造成嬰兒在不同階段的消化特性也不同[15～17]，因此成人體外消化模型無(wú)法真實(shí)反映嬰兒胃腸道消化情況。也不斷有基于嬰幼兒胃腸道特點(diǎn)對(duì)消化模型的pH、酶濃度、消化時(shí)間等方面的研究，Elwakiel等[18]通過(guò)比較中國(guó)母乳的初乳和成熟乳的不同，在成人體外靜態(tài)消化模型的基礎(chǔ)上，對(duì)胃消化期的pH和胃、腸階段的酶濃度和膽鹽濃度，并將每個(gè)消化階段時(shí)間進(jìn)行了更改，建立了嬰兒體外蛋白消化模型，更多的研究也都在致力于對(duì)消化模式的差異性進(jìn)行探究，并不斷對(duì)體外消化模型進(jìn)行修改和完善，建立更適應(yīng)嬰幼兒生理?xiàng)l件的“嬰幼兒體外消化模型”。

2.2 牛乳β-酪蛋白消化特性

牛奶蛋白的組成不僅影響胃蛋白水解速率和胃消化物的結(jié)構(gòu)，而且會(huì)引起生理效應(yīng)的差異，特別是其中的β-酪蛋白具有調(diào)節(jié)胃腸道生物學(xué)功能的潛力[14]。A1、A2型β-酪蛋白遺傳特性不同，消化吸收特性存在差異。A1型β-酪蛋白消化后可產(chǎn)生多肽片段BCM-7，A2型β-酪蛋白產(chǎn)生的多肽片段為BCM-9，不斷有相關(guān)研究表明，A1型β-酪蛋白產(chǎn)生的BCM-7片段可能與乳糖不耐受、胃腸不適等癥狀相關(guān)[19]。Jianqin S等[20]對(duì)45 名漢族受訪者進(jìn)行了試驗(yàn)，食用同時(shí)含有A1和A2型β-酪蛋白的牛奶與僅含A2型β-酪蛋白的牛奶相比，其BCM-7濃度更高、胃腸道排空的時(shí)間更長(zhǎng)、短鏈脂肪酸（SCFAs）水平也較低，不利于人體的胃腸道健康。Barnett等[21]在大鼠試驗(yàn)中證明，A1型β-酪蛋白會(huì)延緩腸道運(yùn)動(dòng)，A1型肽鏈第67號(hào)位點(diǎn)上的氨基酸發(fā)生突變，導(dǎo)致消化后產(chǎn)生多肽片段BCM-7，造成乳糖不耐受、胃腸道不適等癥狀。

β-酪蛋白天然就具有比α-乳清蛋白和β-乳球蛋白更易被消化吸收的優(yōu)勢(shì)。母乳β-酪蛋白的分子內(nèi)部一半以上無(wú)具體結(jié)構(gòu)，整體二級(jí)結(jié)構(gòu)疏松，使其更易被消化吸收，而牛乳的β-酪蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)與母乳相近，因此牛乳β-酪蛋白也更易于消化吸收[19]。近年來(lái)也不斷有對(duì)乳蛋白改性進(jìn)而改善其功能特性和營(yíng)養(yǎng)特性的方法，即通過(guò)物理（熱、超高壓等）或化學(xué)（酶解）的方法使蛋白質(zhì)的氨基酸或多肽鏈發(fā)生改變，進(jìn)而使蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和理化特性發(fā)生改變，例如通過(guò)熱處理手段可以降低乳蛋白種α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角的含量，一定程度上提升乳蛋白的可消化性[22]。因此，對(duì)于天然消化性良好的β-酪蛋白進(jìn)行改性更加有利于提高其可消化性，增加牛乳的可利用價(jià)值。

2.3 特種乳消化特性

乳制品行業(yè)發(fā)展迅速，隨著我國(guó)對(duì)于特種乳及乳制品的不斷開(kāi)發(fā)和研究，使羊乳、水牛乳等特種乳的消化特性也備受關(guān)注。蔡俊娜等[23]的羊乳酪蛋白體外模擬消化研究表明，羊乳酪蛋白主要在腸液中消化，且僅需2 min消化率即達(dá)到99.00%；趙烜影[13]鑒定出的水牛乳三種亞型中AB型消化性能最快，其次為AA亞型和BB亞型，可能是基因多態(tài)性、乳成分及蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的差異性造成其消化特性的不同；Iglingstad等[24]進(jìn)行的人乳、牛乳、羊乳和馬奶體外胃腸道消化特性研究表明，馬奶的酪蛋白在胃階段消化最快，4 種乳均可在腸道階段較為快速地被消化，消化特性良好；也有研究表明，基于β-酪蛋白的結(jié)構(gòu)和消化后產(chǎn)生BCM-7的潛力，在山羊、綿羊和水牛中表達(dá)的β-酪蛋白雖然不是A2型，但可以被歸為類似于A2型[25]，可以看出特種乳的消化特性較好，一些特種乳的酪蛋白特性又與A2型相似。因此，此種特性對(duì)于有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)消化特性較好的乳制品是有益的。

3 β-酪蛋白消化特性與人體健康

3.1 胃腸道健康

缺乏乳糖酶會(huì)導(dǎo)致自身乳糖代謝障礙，使得人體對(duì)牛乳有不良反應(yīng)。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)A1和A2型β-酪蛋白與人類健康研究的興起，兩種基因型蛋白對(duì)于胃腸道健康的影響也不斷被關(guān)注。對(duì)于兒童和老年人等胃腸道功能較為脆弱的人群，在選擇乳制品時(shí)會(huì)更加慎重，也不斷有β-酪蛋白消化與此類人群腸道健康的研究。Sheng X等[26]對(duì)80 名中國(guó)5～6歲學(xué)齡兒童進(jìn)行研究，飲用僅含A2型β-酪蛋白的牛奶的兒童胃腸道炎癥明顯減少、糞便頻率和糞便稠度也明顯改善；Guantario B[27]綜合評(píng)估A1和A2型β-酪蛋白對(duì)老年腸道模型的影響，結(jié)果表明，僅含A2型β-酪蛋白的牛奶可以增加短鏈脂肪酸（SCFAS）的含量、調(diào)節(jié)了腸道微生物群，改善腸道容貌形態(tài)；同時(shí)女性人群的胃腸道健康也不容忽視，一項(xiàng)關(guān)于女性乳制品消化舒適度的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中，結(jié)果顯示，僅食用含有A2β-酪蛋白的牛奶組的惡心、腹脹、腹瀉等癥狀減少，改善了乳糖不耐癥狀以及對(duì)含乳糖牛奶的消化舒適度[25]，從上述相關(guān)研究結(jié)果可以看出，在兒童、老年人和女性人群中A2型牛奶可以達(dá)到調(diào)節(jié)腸道健康的目的。

3.2 乳蛋白過(guò)敏

對(duì)于食用牛乳的人群而言，除了胃腸道健康的問(wèn)題，乳蛋白過(guò)敏問(wèn)題也不可忽視，一些人群雖然不存在乳糖吸收不良的狀況，但仍對(duì)牛乳不耐受，這類人群的不耐受狀況可能是由牛乳蛋白過(guò)敏引起的。其中對(duì)于酪蛋白過(guò)敏的病人，這類人群同時(shí)存在對(duì)于4 種類型的酪蛋白均一定程度上過(guò)敏的現(xiàn)象。牛乳過(guò)敏癥狀涉及胃腸道消化吸收過(guò)程，蛋白消化后產(chǎn)生的活性多肽會(huì)進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部，過(guò)敏原表位被遞呈給相關(guān)免疫細(xì)胞，進(jìn)而引起免疫反應(yīng)，A1型β-酪蛋白和BCM-7也是引起牛乳蛋白過(guò)敏的重要因素[20，28]。β-酪蛋白與過(guò)敏性較高的αS1-酪蛋白具有相似的分子結(jié)構(gòu)：都具有兩親性的極性結(jié)構(gòu)、相似的磷酸化殘基形成的致敏性區(qū)域；二級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，過(guò)敏原表位均為線性結(jié)構(gòu)[29]，且人乳和牛乳β-酪蛋白較高的序列相似性會(huì)引起免疫交叉反應(yīng)，雖然β-酪蛋白因抗原識(shí)別表位較少，過(guò)敏原性較低，并不是最強(qiáng)的酪蛋白致敏原，但近年來(lái)隨著對(duì)于不同基因型，特別是A2型β-酪蛋白研究的興起，有學(xué)者也將β-酪蛋白的多態(tài)性與蛋白過(guò)敏相聯(lián)系：如A1、A2型β-酪蛋白消化后會(huì)得到不同長(zhǎng)度的肽段，且得到的多肽大小仍可以容納IgE結(jié)合表位，仍然可以被過(guò)敏病人所識(shí)別[30]，從而引起過(guò)敏。

4 展望

近年來(lái)，隨著人們對(duì)于乳制品的安全、營(yíng)養(yǎng)特性以及對(duì)胃腸道健康意識(shí)的增強(qiáng)，β-酪蛋白的消化特性及其與人體健康的關(guān)系也將被持續(xù)關(guān)注。不同基因型的β-酪蛋白結(jié)構(gòu)及功能特性不同，對(duì)不同種類乳的消化特性影響不同，特別是A2型牛乳理化特性更加穩(wěn)定、對(duì)不同人群的胃腸道健康更有益處，但對(duì)其消化特性與人體健康的相關(guān)性未來(lái)需要更加直接的證據(jù)進(jìn)一步說(shuō)明，并且對(duì)于可以更加真實(shí)反映不同人群，特別是嬰幼兒的模擬消化模型、消化后產(chǎn)生的生理活性肽的吸收性評(píng)價(jià)方面的研究也將為乳制品的研發(fā)提供重要依據(jù)和參考，對(duì)提升乳品企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。