乳清蛋白功能活性的研究

李 飞，刘红娟，王 龙

（1.吉林化工学院 生物与食品工程学院，吉林 吉林 132022；2.北京三元食品股份有限公司，北京 100090；3.长春伊利冷冻食品有限公司，吉林 长春 130507）

近年来，牛奶中的许多成分已经成为公认的功能性食品，说明其对健康有直接的和可衡量的功效[1]。乳清是干酪在加工过程中产生的副产品，一度被认为是无用的而被废弃。乳清蛋白是指溶解分散在乳清中的蛋白，约占乳蛋白质的18%～20%，它是较易被消化吸收的高营养价值的优质蛋白质。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、乳铁蛋白、免疫球蛋白、乳过氧化物酶等，这些物质参与构成机体非特异性防御屏障，在抗菌、抗病毒、免疫调节等方面发挥了积极作用。如今，乳清蛋白已成为一种流行的功能性食物，它在抗菌，免疫调节，提高肌肉的力量和身体组成，预防心血管疾病和骨质疏松症等方面有重要作用。本文旨在总结乳清蛋白的不同功能活性，以期为研究人员的更进一步探索提供帮助。

1 乳清蛋白的组成及其功效

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见表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

相对于游离氨基酸溶液，乳清能更有效的被利用和吸收。乳清蛋白有一个高浓度的支链氨基酸—亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸，这是组织能生长和修复所需的一个重要成分。乳清蛋白中富含的含硫氨基酸—半胱氨酸和蛋氨酸，能提高细胞内谷胱甘肽的转换，增强免疫功能。

2 乳清蛋白的代谢

乳清蛋白具有在酸性条件下不凝结和在胃中能承受凝乳酶的特性。但是乳清蛋白到达小肠后，它的水解速度要慢于酪蛋白，因此其在小肠中有更长的吸收长度。有研究发现，对于老年妇女来讲，乳清蛋白的吸收模式有利于餐后蛋白质的利用率和氮平衡[2]。蛋白质饱腹感研究表明，乳清蛋白的餐后血浆氨基酸水平高于酪蛋白[3]。

3 乳清蛋白的功能活性

3.1 抗氧化与解毒作用

乳清蛋白具有较强的抗氧化活性，可能由于是其中富含的半胱胺酸在起作用，半胱胺酸有助于机体中谷胱甘肽（glutathione，GSH）的合成，而GSH在细胞内具有较强的抗氧化性。作为一种抗氧化剂，还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，人们希望能将其研制成一种抗老化制剂。

牛乳的乳清中的谷胱甘肽过氧化物酶（glutathion peroxidase，GSHPx）活性与母乳中的是相同的。来源于硒和半胱氨酸的GSHPx具有解毒功能，它是一种能将脂质过氧化物转变成危害较小羟基酸的内源性抗氧化酶。除了上述特性，乳清中的α-乳白蛋白也能够螯合重金属，由于它具有螯合铁的特性，而能够降低机体的氧化应激反应[4]。沈浥[5]研究乳清蛋白在胰蛋白酶的作用下得到的多肽产物的抗氧化功能及其纯化过程，发现乳清蛋白酶解产物具有良好的耐消化、耐热、耐酸碱和耐储藏稳定性，分离纯化得到两个肽段具有较好的抗氧化活性，适宜作为保健食品和食品添加剂。

3.2 降血压、降血脂活性

已经从牛乳中的β-乳球蛋白分离出来的降血压肽，其具有降低血压的功能。这些多肽具有抑制血管紧张素转换酶（angiotensin converting enzyme，ACE）I活力的作用，从而阻止血管紧张素I转化成血管紧张素II，ACEII是一种强有力的血管收缩剂，从而抑制血压升高[6]。徐思源等[7-8]研究了利用复合蛋白酶制备乳清蛋白降血压肽的方法，并进行了纯化及其功能性检验。利用纯化精制后的乳清蛋白水解液饲喂原发性高血压鼠，分别测定体质量、血压、ACE活性和脏器解剖指标进行功能验证。结果表明。乳清蛋白水解液能降低血压和ACE活性，与对照组相比有明显的效果。

3.3 增强锻炼效果

乳清蛋白的氨基酸组成促进机体蛋白质的合成和肌肉的生长。在以42名男性（年龄18～31岁）进行重量训练的研究中，在相同条件下进行12周的重量阻力训练，计划摄入乳清蛋白1.2 g/（kg·d）、一种多成分乳清蛋白运动补充剂1.3 g/（kg·d）或加入麦芽糊精1.2 g/（kg·d）的对照组。12周后发现，与对照组相比，摄入乳清蛋白并结合重量阻力训练的男性，其肌肉强度测试结果和肌肉质量与麦芽糊精组相比至少提高了1/4[9]。

另一项研究是对酪蛋白和乳清蛋白造成肌肉蛋白质平衡和合成的急性反应的影响，25名年轻男女随机分配接受300 mL乳清蛋白溶液，酪蛋白溶液或空白对照水，并进行腿阻力运动1 h。结果发现接受乳清蛋白和酪蛋白的受试者吸收的苯丙氨酸量显著增加，同时与对照组相比，两组的净肌肉蛋白质的合成得到促进[10]。26位健康男性建筑工人在11周内每天补充1.5 g乳清蛋白，并给予对照组相同剂量的碳水化合物，结果发现摄入乳清蛋白使工人的肌肉力量显著改善[11]。

研究了人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）呈阳性的妇女的运动情况，发现了乳清蛋白的补充和身体状况之间的关系。实验时注意增加运动量、乳清蛋白的摄入和改善生活质量[12-13]。给予实验组未变性的乳清蛋白粉1 g/（kg·d），结果发现有2 000例研究发现随着乳清蛋白补充量的增加，受试者体质量也增加；然而，另2 001例研究中却没有发现这种关系。

适度的运动可提高免疫力，而强烈的体育训练会使免疫系统有压力。自由基的产生和炎症活力的增加被认为有助于刺激训练过度运动员的免疫活性。高训练强度个体的肌肉性能表现和恢复力由于氧化应激反应而被阻碍。剧烈运动和过度训练后，发现有少量的免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA）和谷氨酰胺产生[14]。此外，谷氨酰胺缺乏可能使健康的人胃肠不适。乳清蛋白质是谷氨酰胺的极好来源，它的抗氧化活性和增强免疫性能可为治疗提供帮助。

3.4 对婴幼儿肠健康的促进

使用乳清蛋白喂养的婴儿有更多有益的肠道菌群，特别是双歧杆菌和乳酸杆菌。这种菌群通常具有增加抵抗致病细菌消化道定殖的作用[15]。在一个双盲研究中，102名不到两个星期的健康婴儿被随机分配接受标准牛乳婴儿配方乳粉或含有部分水解乳清蛋白的婴儿配方乳粉一个星期[15]，结果发现后者粪便中有更多的双歧杆菌，胃肠免疫力得到了改善[16]。在以前的研究中发现，在消化系统中存在较多的双歧杆菌，会减少婴儿的潜在的具有家族高危特应性疾病的可能性[17]。

以43例诊断为过敏性腹痛的婴儿为实验对象，将水解乳清蛋白加到标准牛奶婴儿配方乳粉中，并用其喂食一周[18]。观察临床相关的结果发现，与对照组相比，婴儿因为腹痛相关的哭泣时间比服用乳清配方时减少了一个多小时。这说明乳清蛋白有助于婴儿肠道健康。38位平均年龄1.7个月的婴儿，随机使用标准婴儿配方乳粉或加益生元的部分水解乳清蛋白配方乳粉3周时间；结果发现水解乳清蛋白配方乳粉能以较快的速度将婴儿的的粪便变得松软，而标准婴儿配方乳粉则较慢。这说明乳清蛋白组的婴儿的肠蠕动有明显改善[19]。

为了研究水解与非水解乳清蛋白对10例患有肠道综合症的儿童生长发育的影响，进行了随机双盲交叉实验[20]。对于经历过肠切除术的儿童，食品的摄入和正常生长发育是最重要的。乳清蛋白在小肠中的运输消化时间较长，使其变成了这部分儿童理想的蛋白质来源。但乳清蛋白的水解对人体氮平衡、体质量增加或肠道通透性方面与非水解乳清蛋白相比没有区别。

3.5 有益于降低体质量

机体降低5%的体脂肪量就可以减少患与肥胖相关疾病的风险。因为高蛋白、低碳水化合物的饮食似乎是最有效的减肥方式，乳清蛋白是一种膳食蛋白质良好来源。以乳清作为底物合成的氨基酸和蛋白质可以提高机体的体质指数，尤其是对于那些进行锻炼与减肥的人群来说。

以106名年龄段在25～40岁范围内的肥胖妇女为研究对象，进行12周的随机双盲试验，研究富含亮氨酸、生物活性肽与钙的乳清蛋白对减肥与肌肉的影响作用。受试者每天只摄入受限制的500卡路里的饮食。每日两次接受乳清蛋白饮料或等热量麦芽饮料[21]。分别在第0、4周、8周和12周测量其体质量，体脂肪和肌肉量，记录并归类体质量至少减少2.25 kg的人。对研究开始和结束时的血液样本进行整理和分析，测定其化学成分、血脂、胰岛素含量及全血细胞数。12周后，整理出两组的体质量明显减轻的受试者，研究发现乳清蛋白组体脂肪减少量明显高于对照组。总体而言，乳清蛋白组的受试者身体脂肪量减少了6.1%，与对照组相比，血液中胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白含量也显著降低[21]。

3.6 预防糖尿病与心血管疾病

乳清蛋白可以降低餐后血糖水平和胰岛素的释放，从而促进机体的健康。同时测定在摄入含乳清蛋白的高血糖指数食物与无摄入的情况下，患不同类型糖尿病的男性和女性（年龄27～69岁）的血糖和胰岛素含量。食用含有乳清蛋白的早餐后，胰岛素含量增高了31%，午餐后效果更加明显。与不含乳清的食物相比，摄入含乳清的食物后胰岛素水平增加了57%，而血糖降低了21%。葡萄糖依赖性促胰岛素多肽在补充乳清蛋白后机体内含量也较高。这些结果表明，将乳清蛋白添加到高血糖指数的食物中可刺激胰岛素的释放，降低Ⅱ型糖尿病餐后血糖含量的耐受性[22]。

乳清蛋白可以调节血压和血脂。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杆菌和嗜热链球菌的酸乳后，对其血脂和血压的影响[23]。受试者持续8周每天两次食用200 mL添加了乳清蛋白的酸乳，对照组则食用非发酵的、没有添加乳清蛋白的牛乳。结果发现与对照组相比，试验组有较高的高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）水平和较低的甘油三酯和血压，但对总胆固醇和低密度脂蛋白水平没有发现影响。

3.7 有助于免疫缺陷病毒（HIV）治疗与抗癌

谷胱甘肽缺乏通常会使机体感染HIV的风险性增加。通常HIV患者细胞GSH含量降低，高水平GSH明显减慢病毒复制过程，导致病毒活性下降，增加HIV患者生存期限[24]。MICKE P等[25]研究30名HIV患者，在每天补充45 g乳清蛋白两周后，机体内谷胱甘肽含量显著升高。研究人员还发现在随后进行的6个月的实验中，机体内谷胱甘肽的水平同样也处于一个较高的水平。

乳清蛋白已被广泛的用于癌症的预防和治疗。谷胱甘肽的刺激被认为是主要的免疫调节机制。有动物与体外实验显示，乳清蛋白可以抑制某些癌细胞增长，如前列癌、乳腺癌等。在用乳清蛋白治疗癌症的病例中，BOUNOUS G[26]讨论了乳清蛋白的抗肿瘤和抗癌的可能性。在乳清中的谷胱甘肽前体氨基酸会增加相关组织内谷胱甘肽含量，增强免疫，解毒潜在致癌物。有其他研究认为结合铁的乳清蛋白也可能有抗癌的作用，但铁作为诱变物，可能会造成氧化性损伤。

4 总结与展望

乳清中的各种必需和非必需的氨基酸、矿物质、脂肪、和具有生物活性的蛋白质被广泛的应用在食品工业中。其中的α-乳白蛋白、乳铁蛋白、乳过氧化物酶和肽等，具有各种生物活性或保健特性，除了以上叙述的功能活性外，还具有加速伤口的愈合、调节免疫反应、为术后患者提供保护的作用，并能提高机体的认知功能和对高压环境的应对能力。乳清蛋白正以其卓越的功能特性和生物利用价值，越来越多的应用于食品、医药等诸多领域。目前，乳清蛋白的研究热点主要集中在某些乳清分离蛋白的天然抗菌性、天然防腐性和免疫增强性，此外还研究其作为生物高分子材料用于食品包装的可能性。利用这些功能特性将乳清蛋白广泛应用于运动营养食品、全天然膳食补充剂、中老年群体的保健食品、婴儿配方食品等方面。乳清蛋白的功能与应用将为营养保健食品的开发带来了新的资源和广阔的发展前景[27-30]。

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