A2 β-酪蛋白消化特性与人体健康

孙 健，车佳玲，王青云，粘靖祺

北大荒完达山乳业股份有限公司，黑龙江哈尔滨 150090

0 引言

牛乳被视做人类膳食蛋白质补充的重要来源，牛乳蛋白质主要由酪蛋白和乳清蛋白组成，其中酪蛋白约占总蛋白的80%，以胶束形式存在，酪蛋白中含有多种人体必需氨基酸，是人体内重要氨基酸的来源，更是被视作一种优质蛋白。除其重要的营养功能外，酪蛋白经消化后也具有潜在的生物学活性，具有重要的生理功能。而β-酪蛋白作为酪蛋白中一种重要的蛋白组成，占酪蛋白的35%左右[1，2]，由于基因水平上的差异，β-酪蛋白存在多种变体，并且是最早被鉴定出具有遗传变异性的蛋白之一。近年来，特别是A1和A2型β-酪蛋白的结构及理化特性、消化特性的差异性及其对人体健康的影响备受众多学者及乳品企业的关注。

1 β-酪蛋白概述

β-酪蛋白共有13 种遗传变体，A1和A2基因型是其主要的类型，二者差异为A2型β-酪蛋白肽链的第67位上为脯氨酸（Pro），而A1型此位点的氨基酸由脯氨酸突变为组氨酸（His），此种变异只存在于牛奶中，A2基因型被认为是β-酪蛋白的原始基因型。对A1型和A2型β-酪蛋白之间区别的研究始于20世纪90年代初[2～4]，将二者进行分型，对于认识、区分和研究二者尤为重要，目前对两种基因型β-酪蛋白进行分型多基于蛋白质水平和分子水平的检测方法[5，6]，例如反相高效液相色谱（RPHPLC）法、等电聚焦电泳（IEF）法、等位基因特异性聚合酶链式反应（AS-PCR）等；A1型β-酪蛋白经消化后产生β-酪啡肽（BCM-7）而A2基因型不产生，因此也有基于消化产物BCM-7采用液相色谱法对多肽物质进行鉴定，也可以采用放射免疫分析等方法对血液或尿液中的BCM-7进行检测。因此未来更多高效、便利的基因检测和分型方法的研究对于促进乳制品行业发展至关重要[7]。

酪蛋白遗传变异特性会对蛋白结构产生影响，而蛋白质的结构与功能特性密切相关，结构和功能的变化进而影响了牛奶的理化特性[4]。A1和A2型蛋白基因型的变异对牛奶产量和成分、凝乳特性、稳定性、乳化特性、发泡性等物理特性均会产生影响：如A2型的牛奶蛋白质含量更高，而A1型的牛奶脂肪含量更高；变异类型对酪蛋白胶束大小具有影响，使得A2型β-酪蛋白更可溶，牛奶的凝乳特性较弱，使其形成的凝胶强度较弱，反而更容易消化；β-酪蛋白是一种柔性的两亲性分子，在pH6.7时，A2型比A1型更易形成乳化液，但由于形成的乳化液不稳定，导致乳化特性差；β-酪蛋白具有良好的界面行为，对发泡性具有重要影响，有研究表明，因A1型β-酪蛋白在界面上分布更广泛，可以促进界面快速形成，发泡能力较强，不同基因型牛奶的理化特性差异也逐渐被乳品加工行业所关注[8]，酪蛋白的遗传变异特性对不同品类的乳品加工至关重要。

2 β-酪蛋白消化特性

2.1 体外消化模型

A1、A2型β-酪蛋白遗传特性不同，即第67位上的氨基酸类型的不同，造成蛋白的结构、功能特性不同，其消化特性自然也存在差异。β-酪蛋白消化后产生的各种生物活性肽会受到胃肠道环境中蛋白酶浓度、消化时间、pH等因素的影响，活性会遭到一定程度上的破坏[9]，目前体外模拟消化技术被广泛应用于食品消化特性的研究，也不断有对于关于β-酪蛋白消化特性模型的研究[10，11]。游义娇等[12]也从3 个方面将其归纳为6 种类型，即按照是否模拟消化动态过程、消化腔室的多少、使用酶的多少，将体外消化模型分为体静态和动态、单室和多室、单酶体系和多酶体系消化模型，因体外消化模型的易操作、可重复且快速等优势，逐渐成为对牛乳β-酪蛋白消化特性研究的工具，对于β-酪蛋白消化特性的研究也多集中于体外多室多酶静态消化模型[10，13，14]。除了对消化模型类别的研究外，消化模型的参数也是模拟人体消化特性的关键所在。

随着研究的不断深入，也有研究发现，婴幼儿和成人的消化模式间存在差异，如一些酶和分泌功能在生命早期仍不成熟：胃蛋白酶发育缓慢，出生后四周仅达到成人的18%，胰腺脂肪酶分泌较低；胃pH值酸性也较低：喂养前婴儿胃的pH值范围为3.2～3.5，喂养后范围可迅速升高到6.0～6.5，而成人胃的pH值始终低于2；同时初乳（0～2周）和成熟乳（产后＞4周）的蛋白含量和成分也不同，造成婴儿在不同阶段的消化特性也不同[15～17]，因此成人体外消化模型无法真实反映婴儿胃肠道消化情况。也不断有基于婴幼儿胃肠道特点对消化模型的pH、酶浓度、消化时间等方面的研究，Elwakiel等[18]通过比较中国母乳的初乳和成熟乳的不同，在成人体外静态消化模型的基础上，对胃消化期的pH和胃、肠阶段的酶浓度和胆盐浓度，并将每个消化阶段时间进行了更改，建立了婴儿体外蛋白消化模型，更多的研究也都在致力于对消化模式的差异性进行探究，并不断对体外消化模型进行修改和完善，建立更适应婴幼儿生理条件的“婴幼儿体外消化模型”。

2.2 牛乳β-酪蛋白消化特性

牛奶蛋白的组成不仅影响胃蛋白水解速率和胃消化物的结构，而且会引起生理效应的差异，特别是其中的β-酪蛋白具有调节胃肠道生物学功能的潜力[14]。A1、A2型β-酪蛋白遗传特性不同，消化吸收特性存在差异。A1型β-酪蛋白消化后可产生多肽片段BCM-7，A2型β-酪蛋白产生的多肽片段为BCM-9，不断有相关研究表明，A1型β-酪蛋白产生的BCM-7片段可能与乳糖不耐受、胃肠不适等症状相关[19]。Jianqin S等[20]对45 名汉族受访者进行了试验，食用同时含有A1和A2型β-酪蛋白的牛奶与仅含A2型β-酪蛋白的牛奶相比，其BCM-7浓度更高、胃肠道排空的时间更长、短链脂肪酸（SCFAs）水平也较低，不利于人体的胃肠道健康。Barnett等[21]在大鼠试验中证明，A1型β-酪蛋白会延缓肠道运动，A1型肽链第67号位点上的氨基酸发生突变，导致消化后产生多肽片段BCM-7，造成乳糖不耐受、胃肠道不适等症状。

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优势。母乳β-酪蛋白的分子内部一半以上无具体结构，整体二级结构疏松，使其更易被消化吸收，而牛乳的β-酪蛋白二级结构和高级结构与母乳相近，因此牛乳β-酪蛋白也更易于消化吸收[19]。近年来也不断有对乳蛋白改性进而改善其功能特性和营养特性的方法，即通过物理（热、超高压等）或化学（酶解）的方法使蛋白质的氨基酸或多肽链发生改变，进而使蛋白质空间结构和理化特性发生改变，例如通过热处理手段可以降低乳蛋白种α-螺旋和β-转角的含量，一定程度上提升乳蛋白的可消化性[22]。因此，对于天然消化性良好的β-酪蛋白进行改性更加有利于提高其可消化性，增加牛乳的可利用价值。

2.3 特种乳消化特性

乳制品行业发展迅速，随着我国对于特种乳及乳制品的不断开发和研究，使羊乳、水牛乳等特种乳的消化特性也备受关注。蔡俊娜等[23]的羊乳酪蛋白体外模拟消化研究表明，羊乳酪蛋白主要在肠液中消化，且仅需2 min消化率即达到99.00%；赵烜影[13]鉴定出的水牛乳三种亚型中AB型消化性能最快，其次为AA亚型和BB亚型，可能是基因多态性、乳成分及蛋白二级结构的差异性造成其消化特性的不同；Iglingstad等[24]进行的人乳、牛乳、羊乳和马奶体外胃肠道消化特性研究表明，马奶的酪蛋白在胃阶段消化最快，4 种乳均可在肠道阶段较为快速地被消化，消化特性良好；也有研究表明，基于β-酪蛋白的结构和消化后产生BCM-7的潜力，在山羊、绵羊和水牛中表达的β-酪蛋白虽然不是A2型，但可以被归为类似于A2型[25]，可以看出特种乳的消化特性较好，一些特种乳的酪蛋白特性又与A2型相似。因此，此种特性对于有针对性地开发消化特性较好的乳制品是有益的。

3 β-酪蛋白消化特性与人体健康

3.1 胃肠道健康

缺乏乳糖酶会导致自身乳糖代谢障碍，使得人体对牛乳有不良反应。随着国内外对A1和A2型β-酪蛋白与人类健康研究的兴起，两种基因型蛋白对于胃肠道健康的影响也不断被关注。对于儿童和老年人等胃肠道功能较为脆弱的人群，在选择乳制品时会更加慎重，也不断有β-酪蛋白消化与此类人群肠道健康的研究。Sheng X等[26]对80 名中国5～6岁学龄儿童进行研究，饮用仅含A2型β-酪蛋白的牛奶的儿童胃肠道炎症明显减少、粪便频率和粪便稠度也明显改善；Guantario B[27]综合评估A1和A2型β-酪蛋白对老年肠道模型的影响，结果表明，仅含A2型β-酪蛋白的牛奶可以增加短链脂肪酸（SCFAS）的含量、调节了肠道微生物群，改善肠道容貌形态；同时女性人群的胃肠道健康也不容忽视，一项关于女性乳制品消化舒适度的随机对照试验中，结果显示，仅食用含有A2β-酪蛋白的牛奶组的恶心、腹胀、腹泻等症状减少，改善了乳糖不耐症状以及对含乳糖牛奶的消化舒适度[25]，从上述相关研究结果可以看出，在儿童、老年人和女性人群中A2型牛奶可以达到调节肠道健康的目的。

3.2 乳蛋白过敏

对于食用牛乳的人群而言，除了胃肠道健康的问题，乳蛋白过敏问题也不可忽视，一些人群虽然不存在乳糖吸收不良的状况，但仍对牛乳不耐受，这类人群的不耐受状况可能是由牛乳蛋白过敏引起的。其中对于酪蛋白过敏的病人，这类人群同时存在对于4 种类型的酪蛋白均一定程度上过敏的现象。牛乳过敏症状涉及胃肠道消化吸收过程，蛋白消化后产生的活性多肽会进入机体内部，过敏原表位被递呈给相关免疫细胞，进而引起免疫反应，A1型β-酪蛋白和BCM-7也是引起牛乳蛋白过敏的重要因素[20，28]。β-酪蛋白与过敏性较高的αS1-酪蛋白具有相似的分子结构：都具有两亲性的极性结构、相似的磷酸化残基形成的致敏性区域；二级结构简单，过敏原表位均为线性结构[29]，且人乳和牛乳β-酪蛋白较高的序列相似性会引起免疫交叉反应，虽然β-酪蛋白因抗原识别表位较少，过敏原性较低，并不是最强的酪蛋白致敏原，但近年来随着对于不同基因型，特别是A2型β-酪蛋白研究的兴起，有学者也将β-酪蛋白的多态性与蛋白过敏相联系：如A1、A2型β-酪蛋白消化后会得到不同长度的肽段，且得到的多肽大小仍可以容纳IgE结合表位，仍然可以被过敏病人所识别[30]，从而引起过敏。

4 展望

近年来，随着人们对于乳制品的安全、营养特性以及对胃肠道健康意识的增强，β-酪蛋白的消化特性及其与人体健康的关系也将被持续关注。不同基因型的β-酪蛋白结构及功能特性不同，对不同种类乳的消化特性影响不同，特别是A2型牛乳理化特性更加稳定、对不同人群的胃肠道健康更有益处，但对其消化特性与人体健康的相关性未来需要更加直接的证据进一步说明，并且对于可以更加真实反映不同人群，特别是婴幼儿的模拟消化模型、消化后产生的生理活性肽的吸收性评价方面的研究也将为乳制品的研发提供重要依据和参考，对提升乳品企业核心竞争力具有重要意义。