干酪中的生物活性物质及其作用

焦晶凯，刘振民，苏米亚

（乳业生物技术国家重点实验室 上海乳业生物工程技术研究中心，上海 200436）

干酪是高度浓缩的乳制品，含有丰富的蛋白质、脂肪、碳水化合物、无机盐、维生素和其他矿物质元素，所含蛋白质是鲜奶的8倍左右。干酪中的蛋白质在人体内的消化率达96%以上，是生物合成钙的良好来源，干酪中还含有乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）及其代谢产物，具有保健作用。干酪中除了作为主发酵剂的LAB外，还含有乳杆菌、片球菌、肠球菌和明串珠菌等非发酵LAB，这些菌是在发酵菌种消亡后成为优势菌种，这两种LAB在干酪生化反应过程中起到重要作用，同时释放生物活性肽、维生素、γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）等重要的生物活性物质。

干酪的形成是一个生物化学的动态反应，在这一反应过程中释放营养素及多种生物活性成份。由于干酪中存在大量的钙，已经被证明干酪对防治骨质疏松症或龋齿有积极影响[1-2]。除了钙之外，干酪中还含有多肽、脂肪酸、有机酸、维生素、GABA和共轭亚油酸（conjugated linoleic acid，CLA），这些物质均有生物活性[3-5]。如共轭亚油酸（CLA）对抗癌和抗动脉粥样硬化有重要作用[6-7]；γ-氨基丁酸是一种非蛋白类氨基酸，参与生理功能，如神经传递等。干酪中的这些活性物质可以抑制血管紧张素转化酶、抗氧化、抗菌、抗增值，同时对抵抗心血管疾病如肥胖、血脂异常和Ⅱ型糖尿病等，也减少了代谢综合征的风险[8]。本文主要介绍干酪中的重要生物活性物质，并对其在人体的作用进行概述。

1 干酪中的共轭亚油酸CLA

共轭亚油酸CLA是指以共轭二烯十八碳二烯酸酯及其立体异构体（C18：2）存在的一组多不饱和脂肪酸。干酪中的CLA主要来源于牛乳本身含有的CLA和乳酸菌（LAB）在发酵过程中通过亚油酸异构酶产生的CLA。干酪中脂肪酸谱和CLA含量受母牛周围环境、耕作方式、遗传和生理方面等影响[9]，此外干酪的制作过程，如热处理牛奶和/或凝乳，添加的发酵剂和成熟等均对干酪中的CLA水平具有重要影响。部分干酪中CLA的组成及含量如表1所示。已经证明某些用于牛奶发酵的乳酸菌有能力产生CLA，因此最近的研究更专注于通过增加动物饮食中的植物油（富含多不饱和脂肪酸）和/或在干酪生产过程中添加具有产生CLA能力的乳酸菌来增加干酪中CLA含量[10]。瘤胃酸对应于CLA异构体C18：2（顺式9、反式11）是最丰富的异构体，约占CLA总量的80%～90%。大量的体外研究和动物模型显示CLA可降低患癌症的风险并具有抗动脉粥样硬化功效。除了瘤胃酸之外，其他CLA异构体对人体健康也有积极影响。如已经有报道称C18：2（顺式12、反式10）可以促进体质量减轻，降低患有代谢综合征肥胖男性葡萄糖水平和胰岛素抵抗，而异构体C18：2（顺式9、反式11）可抑制人结肠癌细胞的生长[11]。有学者发现，食用富含瘤胃酸的羊干酪相较于商业干酪来说，能更有效地影响几种动脉粥样硬化指标，食用富含α-亚麻酸、CLA和异油酸的羊干酪可以有效改善血脂谱和降低高胆固醇血症受试者血浆中内源性大麻素合成[12]。

表1 部分干酪中脂肪酸组成和CLA（顺式9、反式11）含量Table 1 Fatty acid composition and cis-9,trans-11 CLA contents in different cheeses

此外，干酪中所含的短链脂肪酸如丁酸和己酸，中链脂肪酸如辛酸和癸酸等也具有一定的生理功能。如乳脂中浓度范围在2%～5%的丁酸被称为抗癌抑制剂，可以广泛地抑制人类癌细胞的生长。干酪中另一个重要的脂肪酸就是植烷酸C20，有研究指出它可以增强干细胞中葡萄糖消化，改善葡萄糖体内平衡并具有防止代谢综合征（metabolic syndrome，MetS）和Ⅱ型糖尿病的作用[13]。

2 干酪中的生物活性肽

生物活性肽在干酪成熟过程中产生，其中LAB在新鲜干酪和成熟干酪生化反应中起到重要作用，LAB释放酶不断合成释放多肽。LAB水解蛋白主要包括三个阶段：①细胞壁膜蛋白酶（cell envelope proteinase，CEP）消化胞外酪蛋白变成寡肽；②肽传输载体传输肽进入细胞；③胞内肽酶降解多肽成短肽和氨基酸。这些通过蛋白水解过程释放的多肽具有特殊的生物活性作用，包括抗菌、降压、免疫调节、镇痛、抗氧化，从而对人体各大系统（心血管、消化系统、免疫和神经系统）有积极作用[17]。

GUPTA A等[18]评估了添加和不添加非发酵菌种的切达干酪不同成熟时期水溶性多肽提取物（water-soluble extracts，WSE）的抗氧化活性，发现抗氧化活性依赖于成熟时间。加入非发酵菌种的切达干酪中2,2'-连氮基-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（2,2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS）自由基清除活性提高了，并且在成熟的第4个月表现了最高的活性（添加非发酵菌种和不添加非发酵菌种的抗氧化活性分别是16.61μmol和9.76μmol的TE/mg蛋白）。TE抗氧化活性（trolox equivalent antioxidant capacity，TEAC）随着成熟时间延长而增强，最大可达9.81μmol的TE/mg蛋白。同样观察到1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除活性在第4个月时表现最强。随后在第5个月开始下降，说明这时抗氧化活性肽开始被水解。

有学者检测了来自巴西不同城市的传统干酪（Coalho）的抗氧化活性（ABTS自由基清除力）、锌结合能力和抗菌能力。结果显示，来自科伦蒂斯的Coalho干酪具有最高的抗氧化活性（91.1%）。Coalho干酪的锌结合能力为61.8%～75.5%。同时，来自卡舒埃里尼亚和文图罗萨的Coalho干酪对粪肠球菌（Enterococcusfaecalis）ATCC 6057，枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）ATCC 6633，大肠杆菌（Escherichiacoli）ATCC25922和铜绿假单胞菌（Seudomonasaeruginosa）ATCC 27853有抗性[19]。另有学者研究证明，墨西哥手工干酪（Cotija）随着成熟时间的延长其抗氧化活性血管紧张素转换酶（angiotensin converting enzyme，ACE）抑制活性有所增强[20]。

3 干酪中的γ-氨基丁酸

GABA是一种4碳非蛋白氨基酸，是谷氨酸脱羧产生的植物和微生物的代谢产物。有报道称，乳酸杆菌和乳球菌如干酪中分离出的保加利亚乳杆菌（Lactobacillusdelbrueckii ssp.bulgaricus）、植物乳杆菌（Lactobacillusplantarum）和副干酪乳杆菌（Lactobacillusparacasei）可以从发酵食物中产生GABA。GABA的产生受到很多因素的影响，包括pH、温度、培养时间和培养基的成分。乳酸菌通过谷氨酸脱羧酶（glutamic acid decarboxylase，GAD）产生谷氨酸脱羧反应，释放GABA同时消耗质子，从而增加胞质溶胶和环境的碱性[21]。pH值是GABA合成的调节剂。菌种间的谷氨酸脱羧酶（glutamic acid decarboxylase，GAD）活性表现有所不同，如Lb.plantarum DSM19463在pH为6.0时具有GABA最大合成量，Lb.paracasei NFRI7415为pH 5.0，Lb.brevis GABA 057为pH 4.2。温度也是影响GABA产生的热力学平衡的一项指标，如Lb.brevis NCL912需要较高细胞浓度，最适温度是35℃，而Lb.plantarum DSM19463产生GABA的最适温度是30～35℃[22]。

GABA有抗高血压、免疫调节，抑制尿液分泌和镇静等生理功能。此外，一些研究表明GABA可以诱导胰岛素的分泌，进而有助于预防或治疗糖尿病，通过激活特异性受体并促进淋巴细胞增殖，GABA还可以帮助治疗酗酒和抑郁症，服用GABA也可以调节疼痛和焦虑以及血清中血脂的水平。有研究表明，GABA可以提高血浆中生长激素的浓度以及大脑合成蛋白质的速度。干酪中的GABA还可以诱导产生低血压[23]。

有学者通过高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC）测定了34种手工西班牙干酪中GABA的含量，结果显示，GABA最高含量可达330 mg/kg，并且不受成熟时间和乳原料的影响[24]。还测定了成熟5个月的意大利佩科里诺马尔凯和菲利亚诺干酪中GABA含量，分别为289 mg/kg和391 mg/kg。也有研究测定了高达、切达、蓝纹和艾达姆干酪中GABA的含量，分别是177μg/g、48μg/g、7.1μg/g、4.2μg/g，此项研究显示，GABA的含量受到干酪类型、成熟类型、生乳原料的质量、本土微生物环境以及蛋白酶活性影响。酪蛋白水解释放较多的谷氨酸、低pH及厌氧等成熟条件可以提高GABA的含量。LAB发酵菌种的使用也会影响GABA的生成量[25]，有学者测定了来自法国的商品干酪中GABA含量，在9种干酪中有4种测定出GABA。其中哈瓦蒂干酪GABA含量最高，为324 mg/100 g干酪，而高达干酪GABA含量为129 mg/100g干酪，结果表明，哈瓦蒂干酪在更长的成熟时间和较强的蛋白水解能力条件下可以得到高浓度的自由氨基酸（amino acid，AA）和谷氨酸。

4 干酪中的有机酸

在干酪发酵中后期，乳酸菌会自溶释放胞内酶，促使干酪成熟，LAB同时产生抗菌物质（如有机酸、丁二酮、乙偶姻、氢过氧化物和细菌素）。有报道指出，意大利奥索拉干酪在这一过程中会产生柠檬酸、乳清酸、丙酮酸、乳酸、尿酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和马尿酸[26]，切达干酪中也被检测到产生的苹果酸[27]。

这些有机酸影响了干酪最终的质地和风味。如丙酸是瑞士型干酪的特征性风味，主要是由丙酸小杆属（Propionibacterium spp.）通过乳酸代谢产生的[28]。有机酸的抑菌作用和杀菌活性主要依赖于微生物的生理状态和外部环境对其的影响。如其酸性可以抑制腐败菌和致病微生物的生长，从而提高干酪质量。有机酸可以有效控制微生物含量，影响干酪的品质，这些有机酸对最终形成干酪的风味和芳香成分具有重要作用[29]。

5 干酪中的矿物质和维生素

半硬质和硬质干酪含有6～11g/kg的钙，而软质干酪则含钙量较低，主要是由于其生产过程中的酸化环节，根据奶酪品种和工艺的不同，钙和维生素的含量也会有所不同。

干酪中钙、磷、钠和氯化物含量很高，而元素（如锌和钾）的浓度非常低，几种常见干酪中的矿物质含量见表2。关于干酪对止龋的抑制作用已经发表了相当多的研究，有研究表明，食用硬质干酪对已软化的牙釉质表面的再硬化有显著影响，在年轻人中，食用含有益生菌鼠李糖乳杆菌制作的干酪能够减少与龋齿相关的唾液微生物的数量[30]。干酪预防龋齿最可能的机制是与干酪中酪蛋白-磷酸钙矿化能力、引起的刺激唾液流动、酪蛋白对形成牙菌斑的酸的缓冲作用及抑制致龋细菌有关，还需要更多的研究来阐明干酪预防龋齿确切的机制。另有研究表明，钙可以抑制脂肪和胆汁酸的吸收、增加粪便脂肪排泄及钙诱导的胆固醇向胆汁酸的转化，从而降低人体内的血脂浓度[31]。

表2 几种常见干酪中矿物质的含量Table 2 Contents of minerals in several types of common cheeses mg/30 g

与水溶性维生素相比，干酪中含有更多的脂溶性维生素，因为水溶性维生素大部分会随着乳清的排除而流失。干酪中的主要维生素有核黄素、维生素B12、烟酸、叶酸和维生素A。如50 g的切达干酪可以分别提供成年男、女28%和32%的维生素A的每日膳食推荐量，维生素A具有多种生理功能，如刺激免疫系统，调节基因表达，维持弱光视力[32]。

水溶性维生素如核黄素、维生素B12和叶酸，它们在干酪中的含量低于牛奶中的含量。但是，一些损失的B族维生素在干酪成熟期间由微生物合成，从而得到了一定的补偿。半硬质干酪可以提供成年人平均80%的维生素B12的膳食推荐摄入量[33]，维生素B12与叶酸一起有助于减少血液中高水平的同型半胱氨酸，这是一种与脑血管疾病有关的氨基酸。

6 展望

干酪是微量元素营养素和生物活性物质的充足来源，干酪中包含的脂质和蛋白质成分，除了其本身作为基础营养物质，还具有生物活性作用，也就是说干酪可能产生特定的健康益处。在干酪成熟过程中LAB活性增强，LAB在这一过程中释放多肽和GABA等重要的代谢产物，这些代谢产物具有一定的生物活性。已有研究表明干酪具有降低血压、降低心血管疾病的作用，需要更多的研究来证明干酪对人身体健康影响的具体机制。