山羊乳蛋白的营养特性及其生物活性研究进展

冯莉，武莹敏，刘璇璇，韩玉婷，曹云刚，范鑫，黄峻榕

（陕西科技大学食品科学与工程学院，陕西 西安 710021）

乳类营养丰富，富含人体生长发育所需的必需氨基酸、短中链脂肪酸以及钾、磷、钙等多种矿物质[1]。随着我国经济的快速发展，市面上乳的种类越来越多样化。除常见的牛乳外，山羊乳、绵羊乳、马乳、驼乳、牦牛乳等特色乳在乳品市场中的占比逐年增长，其中山羊乳所含的营养物质及生物活性物质高达200 余种。另外，除乳糖外，山羊乳中的干物质、蛋白质、脂肪、矿物质等营养成分含量均高于牛乳，其营养价值更接近人乳，因而被营养界评价为唯一可与人乳媲美的功能食品[2-5]。近年来，消费者越来越了解山羊乳的营养价值，促使山羊乳及其制品的市场需求量持续上升[6-7]。

蛋白质是乳品的主要营养成分，也是衡量乳品质量的关键指标之一[8]。山羊乳蛋白主要由酪蛋白、乳清蛋白及乳脂肪球膜蛋白三部分组成。据报道，山羊乳酪蛋白是营养价值极高的全价蛋白，乳清蛋白则具有降血压、抗氧化、抑菌等多种生理功能[9]。随着人们对山羊乳蛋白营养价值研究的逐渐深入，其应用领域将越来越广泛。基于此，本文综述山羊乳蛋白的组成、营养特性及其生物活性研究进展，以期为山羊乳蛋白的综合利用以及功能性山羊乳制品的开发提供参考。

1 山羊乳蛋白的组成

1.1 酪蛋白

酪蛋白是乳腺自身合成的含磷酸性蛋白，约占山羊乳总蛋白含量的80%，且大多数以酪蛋白胶束的形式存在[10-11]。山羊乳、牛乳以及人乳中酪蛋白各组分含量[12]如表1 所示。

表1 山羊乳、牛乳和人乳中酪蛋白组成Table 1 Composition of casein in goat，cow，and human milk

酪蛋白主要由αS1-酪蛋白（αS1-casein，αS1-CN）、αS2-酪蛋白（αS2-casein，αS2-CN）、β-酪蛋白（β-casein，β-CN）、κ-酪蛋白（κ-casein，κ-CN）组成。山羊乳酪蛋白中αS1-CN 含量相对较低，人乳酪蛋白中不含αS1-CN，牛乳酪蛋白中αS1-CN 含量最为丰富；而山羊乳和人乳酪蛋白中含量最丰富的组分均为β-CN。由此可见，与牛乳相比，山羊乳的酪蛋白组成更接近人乳。

1.2 乳清蛋白

乳清蛋白是一类可溶性蛋白质，具有凝胶性、起泡性、乳化性等，在乳清类食品以及含有乳清蛋白制品的加工、运输等方面发挥着重要作用。乳清蛋白由球状蛋白组成，具有较规则的二级结构和三级结构，且含有大量的巯基和二硫键。热处理会使乳清蛋白的多肽链展开，导致蛋白变性，产生絮凝、沉淀，也可使乳清蛋白与其他蛋白质发生相互作用形成聚集体[13-14]。

乳清蛋白主要由α-乳白蛋白（α-lactalbumin，α-La）、β-乳球蛋白（β-lactoglobulin，β-Lg）、乳铁蛋白（lactoferrin，LF）、免疫球蛋白（immunoglobulins，Ig）等组成。其中，β-Lg 和α-La 是山羊乳中乳清蛋白的主要组分。山羊乳、牛乳以及人乳中乳清蛋白各组分含量[15]如表2 所示。

由表2 可知，山羊乳与牛乳和人乳中的乳清蛋白含量差别不大，大约在0.6～0.7 g/100 mL，但是三者在乳清蛋白的组成比例上存在较大差异。人乳的乳清蛋白组分以α-La 为主，不含β-Lg，牛乳的乳清蛋白组分以β-Lg 为主，α-La 含量次之，山羊乳乳清蛋白中的β-Lg 含量较牛乳而言更接近于人乳。除此之外，山羊乳中乳清蛋白的功能特性也与牛乳存在较大差异。刘翠等[16]利用蛋白质组学技术分析了山羊乳乳清蛋白的功能分布，发现山羊乳乳清蛋白中含量相对较高的蛋白主要参与蛋白质酶解过程，而牛乳乳清蛋白中含量相对较高的蛋白则主要参与机体的防御。

1.3 乳脂肪球膜蛋白

山羊乳的乳脂肪球膜蛋白主要由黏蛋白-1、嗜乳脂蛋白、黄嘌呤氧化还原酶（xanthine oxidoreductase，XOR）、乳凝集素、脂肪酸结合蛋白、黏蛋白-15 等组成[17]。虽然乳脂肪球膜蛋白仅占山羊乳总蛋白含量的5%左右，但因其种类的多样性和特殊的生物学价值，已成为近几年蛋白质领域的研究热点之一[8]。目前已有学者从组学水平上对山羊乳乳脂肪球膜蛋白进行了探索。赵小伟等[18]通过液相色谱串联质谱分析，并结合数据库检索发现，山羊乳的乳脂肪球膜蛋白中包含334 种蛋白质，其与牛乳乳脂肪球膜的差异表达蛋白有208 种；山羊乳乳脂肪球膜蛋白中有129 种特异表达蛋白，牛乳乳脂肪球膜蛋白特异表达蛋白种类相对较少，仅有79 种。此外，不同时期山羊乳乳脂肪球膜蛋白的功能特性也存在较大差异。Sun 等[19]对山羊初乳和常乳中鉴定到的乳脂肪球膜蛋白进行了生物信息学分析，发现大多数蛋白与翻译后修饰有关；初乳中的蛋白含量比常乳少，但是内质网中蛋白的加工功能比常乳强，常乳中则含有较多与代谢相关的蛋白。

2 山羊乳蛋白的营养特性

2.1 山羊乳蛋白的营养价值

山羊乳、牛乳以及人乳中氨基酸组成[20]如表3 所示。

表3 山羊乳、牛乳和人乳的氨基酸组成Table 3 Amino acid composition of goat，cow，and human milk%

由表3 可知，山羊乳蛋白的氨基酸种类齐全，含人体所需的8 种必需氨基酸，且总含量高于牛乳和人乳；除亮氨酸、赖氨酸和苯丙氨酸含量与牛乳相近外，山羊乳蛋白中的其余必需氨基酸含量均高于牛乳。山羊乳蛋白的赖氨酸含量较高，而这种氨基酸在大豆蛋白、核桃蛋白等植物蛋白中的含量非常低，甚至是第一限制性氨基酸，因此，若将山羊乳蛋白与植物蛋白搭配食用，可使山羊乳蛋白及植物蛋白的营养价值得以充分发挥。另外，穆闯录[21]通过氨基酸评分、氨基酸比值系数、氨基酸比值系数分、必需氨基酸指数等多项指标分析了山羊乳蛋白和牛乳蛋白的营养品质差异，研究结果显示，山羊乳蛋白的必需氨基酸组成较牛乳蛋白而言更加均衡，其氨基酸模式更接近于婴儿氨基酸模式[22]。此外，山羊乳乳清蛋白的二级结构更接近人乳乳清蛋白，主要表现为山羊乳乳清蛋白的α-螺旋含量（20.26%） 较牛乳（16.58%） 而言更接近人乳（27.37%），且山羊乳乳清蛋白的β-转角和β-折叠含量均与人乳更为相近[23]。总之，山羊乳的营养价值较高，能够满足人体尤其是婴幼儿生长发育的营养需求。

2.2 山羊乳蛋白的低致敏性

牛乳易导致婴幼儿过敏，αS1-CN 和β-Lg 是牛乳的主要致敏成分[24-25]。与牛乳相比，山羊乳的致敏性较低，主要是因为山羊乳中的αS1-CN 和β-Lg 这两种致敏成分的含量均低于牛乳，并且含有具有抗变态反应特性的αS2-CN 和β-CN[26]。Kapila 等[27]研究了牛乳和山羊乳蛋白（酪蛋白和β-Lg）致敏性相关的体液免疫反应和细胞免疫反应，发现山羊乳蛋白致敏小鼠血清中总IgE 和IgG 含量较低，且脾淋巴细胞增殖指数较小，证明了山羊乳蛋白的低致敏性。经发酵后，山羊乳酪蛋白的致敏性可进一步降低[28]。由此可见，山羊乳在婴幼儿食品中具有广泛的应用前景。

2.3 山羊乳蛋白易消化吸收

蛋白质的消化特性也是评价蛋白质营养价值的重要指标之一[29]。研究表明，山羊乳酪蛋白的平均粒径小于牛乳酪蛋白，且在消化过程中山羊乳在胃中形成的乳凝块较小，因而山羊乳蛋白更容易消化吸收[30-31]。另外，山羊乳蛋白主要含有β-CN，而β-CN 中的脯氨酸含量较高，结构松散，这也是山羊乳蛋白在人体易消化的原因之一[10]。Hodgkinson 等[32]通过体外模拟婴幼儿胃消化过程，探究了牛乳和山羊乳的胃消化特性，研究结果也证实了羊乳酪蛋白比牛乳酪蛋白更容易被消化吸收。

3 山羊乳蛋白的生物活性

3.1 抗氧化

抗氧化活性物质可以保护人体免受自由基的攻击，延缓多种慢性疾病的发展。山羊乳蛋白中的α-La和LF 均含有胱氨酸残基，它们可通过消化道或血液进入细胞膜，生成半胱氨酸，进而合成谷胱甘肽，从而提高机体的抗氧化能力[23]。Veskoukis 等[33]连续28 d 在大鼠的饮水中添加山羊乳清蛋白，探究山羊乳清蛋白对大鼠组织抗氧化能力的影响，结果表明，山羊乳清蛋白能够提高关键抗氧化酶的活性，增强大鼠组织的抗氧化活性。此外，山羊乳蛋白酶解后可生成许多小肽类物质，使其具有较强的抗氧化活性。研究发现，山羊乳酪蛋白酶解产物的2，2＇-联氨-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二胺盐[2，2＇-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]阳离子自由基清除能力和Fe2+螯合能力均明显强于未酶解的山羊乳酪蛋白[34]。

3.2 改善肠道功能

众所周知，肠道菌群与肠道健康息息相关。有报道显示，低浓度的山羊乳清蛋白可以提高有益细菌（如乳酸杆菌属）的相对丰度，同时抑制有害细菌（如窄食单胞菌）的生长繁殖，显著改善衰老模型小鼠的肠道健康[35]。此外，有研究发现，山羊乳乳清蛋白还能缓解2，4-二硝基苯磺酸诱导的结肠炎小鼠的肠道炎症症状，表现为乳清蛋白可有效降低小鼠的疾病活动指数、白细胞浸润程度以及结肠质量与长度比值[36]。因此，山羊乳可用于研发一系列具有改善肠道健康的功能食品。

3.3 降低胆固醇

胆固醇在体内有着广泛的生理作用，但当其过量时便会导致高胆固醇血症。羊乳酪蛋白的摄入可显著降低高胆固醇血症大鼠血浆的总胆固醇含量，同时显著提高血浆高密度脂蛋白胆固醇含量，降低低密度脂蛋白胆固醇含量，从而减弱高胆固醇饮食所诱导的肝脏胆固醇沉积[37]。此外，山羊乳中所含的LF 是一种具有多种生理功能的活性蛋白，它对于维持饲喂标准饮食的小鼠正常的血浆胆固醇水平也十分有益[38]。

3.4 抑菌及抗病毒

羊乳乳清蛋白中的β-Lg 和α-La 的酶解产物具有一定的抗菌活性，能够有效抑制大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌等微生物的繁殖[39]。Fan 等[40]研究发现，山羊乳清蛋白对新型冠状病毒和穿山甲冠状病毒有显著抑制作用。另外，LF 属于非特异性免疫系统成分，也是天然的抗菌剂。研究发现，山羊乳中的LF 对大肠杆菌O157∶H7 有较强的抑制作用，最小抑菌浓度为2.0 mg/mL，其抑菌机制可能是LF 直接与革兰氏阴性菌的细胞壁结合，随后内化到细胞中，导致铁元素缺乏，从而达到抑菌作用[41-42]。此外，XOR 作为乳脂肪球膜蛋白中的主要蛋白质，也具有抑菌活性。研究发现，XOR 能够通过影响乳中过氧化氢的形成来抑制金黄色葡萄球菌、肠炎沙门氏菌等生长[43]。杨晓宇[44]对萨能奶山羊初乳中的免疫球蛋白IgG 的抑菌活性进行了研究，发现IgG 对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌的抑菌率分别为99.7%、78.6%和19.2%，可见萨能奶山羊初乳中的IgG 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有显著抑制作用，对绿脓杆菌也有一定的抑制作用。

3.5 抑制癌细胞增殖

据统计，2020 年，全球新增癌症病例1 930 万，癌症死亡近1 000 万例，预计2040 年将增加到2 840 万例，比2020 年增加47%，癌症已成为非常重要的公共健康问题[45]。近年来的研究发现，山羊乳蛋白在抑制癌细胞增殖、诱导癌细胞凋亡方面具有良好效果。Campos 等[46]用不同浓度的山羊乳乳清蛋白溶液处理人恶性黑色素肿瘤细胞A375，结果显示，山羊乳乳清蛋白溶液作用于A375 细胞24、48、72 h 后，细胞增殖抑制率分别为66.8%、47%、46%，这可能是因为山羊乳乳清蛋白中含有大量的半胱氨酸以及γ-谷氨酸半胱氨酸二肽，进而合成谷胱甘肽，增强机体抵御癌细胞增殖的能力。此外，也有研究显示，山羊乳乳清蛋白可抑制大鼠胶质瘤细胞C6 的细胞活力[47]。

3.6 调节血压

高血压是常见的心血管疾病之一。已有研究证实，山羊乳酪蛋白和乳清蛋白均有降血压的生理功能。Hernández-Ledesma 等[48]用4 种不同的蛋白酶酶解山羊乳源β-Lg，并鉴定得到了高活性的血管紧张素转化酶（angiotensin converting enzyme，ACE）抑制肽。ACE抑制肽能够抑制ACE 的活性，进而抑制血管紧张素Ⅰ（angiotensin I，AngⅠ）转变为血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ），起到降血压的作用。此外，Qiao 等[49]从山羊乳酪蛋白水解物中分离得到了一种新型ACE 抑制肽，它能够显著抑制AngⅡ诱导的血管平滑肌细胞的过度增殖和迁移，降低高血压的发生率。

3.7 促进矿物质和维生素吸收

矿物质可参与骨骼形成、氧气运输等生命活动，对于维持人体健康起着至关重要的作用。酪蛋白溶解性好，且对钙离子敏感，可促进人体对钙的吸收[50]。Guéguen 等[51]研究发现，钙与酪蛋白结合后，钙的利用率明显提高。乳铁蛋白能与肠道细胞表面存在的乳铁蛋白可逆性受体结合，参与铁元素的转运。研究证实，与亚铁盐相比，乳铁蛋白转运的铁元素更容易被人体吸收利用[52]。α-La 也能与金属矿物质元素结合，促进人体对矿物质的吸收，有益于人体健康[53]。此外，β-Lg能够与维生素A、维生素E 等脂溶性营养素结合，促进人体对脂溶性营养素的吸收[54]。

4 展望

山羊乳蛋白不仅营养价值高、致敏性低、易消化吸收，还具有抗氧化、抑菌、抗病毒、降血压、促进矿物质吸收等多种生物活性，是一种优质的动物性蛋白，其在新型功能食品开发方面具有极大的优势。基于山羊乳蛋白的营养特性和生物活性，再结合不同的消费需求，通过升级精准营养技术，可提高山羊乳蛋白在食品领域的应用价值，有助于攻克羊乳产业目前面临的产品结构单一、缺乏创新产品等突出问题，对羊乳产业的快速、健康发展具有重要意义。

目前，山羊乳蛋白的深加工利用仍处于初级阶段，因此加强山羊乳蛋白的基础理论研究以及开发新型山羊乳蛋白功能食品将是山羊乳蛋白高值化利用的关键，建议后续研究从以下几方面开展：1）积极探索绿色、高效的山羊乳蛋白分离提取技术，促进试验研究向规模化生产转变，提高鲜乳的利用价值，同时实现乳品配料的国产化；2）开发山羊乳蛋白与来源广泛且成本低廉的植物蛋白的复配产品，实现动植物蛋白优势叠加、营养互补，满足消费者对健康食品的需求；3）山羊乳蛋白的抗氧化、抑菌、抗病毒、降胆固醇等生物活性已得到相关研究证实，但其所涉及的作用机制仍需进一步深入探究；4）蛋白酶解后活性位点暴露，使得肽类物质具有多种山羊乳蛋白所没有的生理功能，深入挖掘新型山羊乳蛋白源活性肽的潜在生物活性及作用机制，可为山羊乳蛋白功能食品的开发奠定基础。