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1、 水解乳清蛋白在特殊食品中的应用 赵亭亭，赵 伟，步子达，李艳君（河北东康乳业有限公司研发中心，河北石家庄 050000）0 引言乳清蛋白氨基酸种类齐全，组成模式与人体相似，易于消化，具有极高的生物利用效价，被称为“蛋白之王”1-2。水解乳清蛋白是指利用酸、碱或蛋白酶等对乳清蛋白进行水解，经超滤、吸附、干燥后制备的氨基酸、寡肽和多肽的混合物3。酸水解会氧化Cys 和Met，部分破坏Ser 和Thr，并将Gln 和Asn 转化为Glu 和Asp 酸，从而降低蛋白质的质量和生物价值。碱水解会导致氨基酸发生消旋作用，产生D 型氨基酸4。酸碱水解往往难以控制，甚至会产生像Lys-Ala 这种有毒物质3
2、。而酶水解条件较温和、反应速度快、特异性高，因此得到广泛使用。蛋白质水解度是指被裂解的肽键数与总肽键数的比值。蛋白质水解度22%为部分/适度水解乳清蛋白（partially hydrolysed whey protein），水解度22%的称为深度水解乳清蛋白（extensively hydrolysed whey protein）5，水解程度越高，所含的苦味肽越多。部分水解乳清蛋白分子量集中在5 kD 以下，深度水解乳清蛋白分子量集中在1 kD 以下。水解乳清蛋白的氨基酸组成和乳清蛋白一样，但分子量更小，消化吸收速度更快，具有独特的生物活性和营养特性，因此在特殊食品中得到广泛应用。旨在总结水解
3、乳清蛋白在特殊医学用途配方食品（特医食品）、运动食品和保健品等中的应用。1 在特医食品中的应用特医食品是指为满足进食受限、消化吸收障碍、代谢紊乱或特定疾病状态人群对营养素或膳食的特殊需要，专门加工制备而成的配方食品。水解乳清蛋白在特医食品中的应用主要基于低致敏性、易于消化吸收、无渣3 个方面。1.1 低致敏性特点应用食物蛋白过敏是婴儿对食物中蛋白质不恰当的免疫应答，婴儿早期食物以乳类为主，因此乳蛋白过敏是婴儿出生后最常见的食物蛋白过敏6。婴儿牛奶蛋白过敏发生率为2%6%，临床表现包括血管水肿、荨麻疹、特应性皮炎、呼吸道症状、腹泻、呕吐、肠绞痛等7。水解乳清蛋白一直是蛋白过敏婴儿配方奶粉的重要原
4、料。根据乳清蛋白的水解程度，可分为部分水解乳清蛋白和深度水解乳清蛋白。部分水解乳清蛋白主要用于预防婴儿蛋白过敏，而深度水解乳清蛋白可用于已经发生蛋白过敏的婴儿。目前对引发过敏的分子量范围一直存在争议，T C C8认为分子量小于2 500 D 的肽链没有抗原活性，而Knipping K等人9认为没有抗原活性的肽应小于3 000 D，Van Hoeyvild E M 等人10认为引发免疫反应的分子量在3 0005 000 D，Angel Puerta11则发现一条分子量小于3 000 D 的肽链具有抗原活性。还有观点认为较低的水解度或仅针对蛋白质外部氨基酸的水解可能会增加蛋白质的过敏原性，他们认为
5、这是因为表面水解可能会暴露之前隐藏在内部的免疫原性部位12-13。目前，我国针对食物蛋白过敏婴儿的配方食品主要有乳蛋白部分水解配方和乳蛋白深度水解配方，蛋白质的主要来源分别为部分水解乳清蛋白和深度水解乳清蛋白14。由于过敏反应发生机制复杂，部分患儿可能会合并乳糖吸收不良，因此有些产品会使用其他碳水化合物来替代乳糖。值得注意的是部分水解乳清蛋白能够诱导人体对乳蛋白的耐受性，而深度水解乳清蛋白则不能4。目前已经有学者研究降级序贯治疗对乳蛋白过敏婴儿的营养干预。王福琴等人15对乳蛋白确诊患儿先给予深度水解或氨基酸配方奶粉12 周，之后调整为部分水解配方奶粉，结果发现可诱导患儿机体产生部分免疫耐受，甚
6、至是完全免疫耐受。但降级序贯治疗的应用仍需要大量临床试验以证明其安全性和有效性。虽然水解乳清蛋白配方奶粉抗原活性较低，但在使用时仍需谨慎，应在密切的临床监督下使用。1.2 易于消化吸收特点应用医院使用的肠内营养制剂通常分为整蛋白型、短肽型和氨基酸型。以水解乳清蛋白作为蛋白质来源，制备的肠内营养制剂被称为短肽型肠内营养制剂。与整蛋白型肠内营养制剂相比，短肽型产品的消化不需或仅需少量的蛋白水解酶参与，对胰腺刺激小，且吸收速度比整蛋白产品快。与氨基酸型产品相比，短肽型产品的渗透压低，肠道耐受性好，不易引起腹泻，短肽的吸收速度甚至比氨基酸更快。因此短肽型肠内营养制剂在肠内营养中得到了广泛的应用16。大
7、量动物试验和临床研究证实，烧伤、休克、重症胰腺炎、脓毒症后肠道可发生不同程度的组织学和超微结构的改变，包括肠黏膜、黏膜下水肿、绒毛变短、肠上皮细胞分化、增殖加快，甚至肠道细胞坏死、凋亡等一系列肠道功能障碍17。这会导致肠黏膜萎缩及通透性增大，消化吸收能力降低，对肠内营养耐受力差18。肠道除了具有消化吸收营养要素、分泌激素等功能外，还具有重要的生理、免疫及生物屏障功能，人体60%的淋巴细胞分布在肠道系统。早期肠内营养可减轻肠黏膜损伤，维护肠道屏障功能，加强肠道免疫调控功能19。早期肠内营养还能防止细菌易位，有效避免多器官衰竭的发生。由于肠道功能的改变，患者对蛋白的消化吸收能力下降，无法完全消化整
8、蛋白。氨基酸型产品的渗透压较高，容易导致患者腹泻。而长期肠外营养有可能造成消化吸收功能的进一步衰退，甚至会导致细菌易位20。与整蛋白相比，水解乳清蛋白属于预消化蛋白，不需要完整的消化道功能，即使是胃肠道功能障碍患者也能很好地消化吸收，迅速为人体补充氨基酸。与氨基酸相比，水解乳清蛋白又具有较低的渗透压，能减少胃肠道不良反应，耐受性更强，因而广泛应用于胃肠道功能障碍患者的营养供应21。需要注意的是，水解乳清蛋白对消化酶的刺激作用较弱，不利于消化功能的恢复，当患者状态改善后，应逐渐过渡至整蛋白型营养19。随着我国人口老龄化程度不断加重，老年产品市场也不断扩大。据统计，肌肉衰减在6070 岁人群中的发
9、生率为5%13%，在80 岁以上人群中的发生率高达11%50%22。中国营养学会老年营养分会建议老年人补充蛋白质，以促进肌肉的生长23。但老年人的咀嚼和消化吸收能力的退化导致了蛋白消化能力的下降。水解乳清蛋白易于消化吸收，且富含能刺激肌肉合成的亮氨酸，因此作为氮源，也大量应用于针对老年人的特医食品和普通老年食品当中。1.3 无渣特点应用水解乳清蛋白还被应用于肠道准备。在做妇科手术、腹部外科手术或是肠镜前，有时要做肠道的准备。肠道准备是为了在手术或者是在做肠镜的时候，使手术视野更加清晰，避免一些不必要的损伤，同时还能减少感染。最初肠道准备是通过灌肠、禁食或口服泻药来实现，这种方法会造成患者水和电
10、解质紊乱，不利于术后恢复；之后口服甘露醇得到广泛应用，但甘露醇被肠道菌群酵解会产生易燃气体，术中使用电刀时可产生致命性爆炸，并且甘露醇可导致脱水性腹泻，患者痛苦较大；随着复方聚乙二醇电解质散的诞生，肠道准备过程中机体丢失水、电解质的问题基本得到解决，但大量腹泻所造成的不适感仍然存在24。含水解乳清蛋白、不含膳食纤维的饮食，为无渣饮食，不产生粪渣，能保证患者肠道的清洁度，满足手术要求，同时还能缓解患者的不适，降低胰岛素抵抗，更有利于患者恢复。贾晓云等人25研究了53 例大肠癌患者使用短肽型肠内营养制剂进行肠道准备，与应用复方聚乙二醇电解质散患者相比，有更好的舒适度，肠道清洁度无显著差异。丁献菊等
11、人26针对妇科腹腔镜病人的肠道准备对比试验也表明，使用短肽型肠内营养制剂的患者满意度明显高于机械肠道准备患者，他们的首次排气时间和住院时间显著缩短，白蛋白和血红蛋白水平也比对照组显著升高。2 在运动食品中的应用运动后摄入蛋白质能增加血液氨基酸供给，促进肌肉恢复，刺激肌肉蛋白合成，进而提高运动表现力。在整蛋白中，乳清蛋白对肌肉合成的促进作用最大。一是因为乳清蛋白富含亮氨酸，亮氨酸能调控mTORC1 信号通路，促进肌肉蛋白的合成；二是乳清蛋白消化吸收速率快，能迅速提高血液氨基酸含量，尤其是亮氨酸含量，发挥促进肌肉合成作用27-28。水解乳清蛋白在氨基酸组成上和乳清蛋白一致，也含有丰富的亮氨酸，由于
12、水解乳清蛋白属于预消化蛋白，消化吸收速率比乳清蛋白更快，血液氨基酸浓度提高更迅速，因此对肌肉合成的促进作用更明显29。PCBL和LolloPCB等人30-31比较了乳清蛋白和水解乳清蛋白对增加体重的作用，发现水解乳清蛋白作用更明显。与此相似，Nakayama K 等人32比较了WPH 和乳清蛋白对运动后大鼠肌肉蛋白合成的影响，也发现WPH 比完整的乳清蛋白更能刺激肌肉蛋白的合成。也有研究表明，摄入WPH 比氨基酸对肌肉合成的促进作用更明显。Atsushi K 等人33比较了雄性Sprague-Dawley 大鼠游泳2 h 后摄入等氮含量的WPH 和氨基酸混合物对骨骼肌蛋白质合成的影响，他们发现
13、二者都能显著促进蛋白质合成，但WPH 对mTOR 信号的刺激更明显，他们认为WPH中的活性成分可能也会刺激mTOR 信号通路。WPH 中的抗氧化肽还能减少运动产生的氧化物质的积累，促进肌肉恢复。Hansen M 等人34对18 名高水平运动员持续1 周在运动前后补充水解乳清蛋白的研究表明，摄入乳清蛋白水解物可以提高运动成绩并减少肌肉损伤的标志物。Brown M A 等人35对运动肌损伤雌鼠4 d 内补充水解乳清蛋白，发现每天补充WPH 有助于减少运动肌损伤症状，并改善运动雌鼠的肌肉功能恢复。3 在保健食品中的应用随着人们对健康的日益关注，具有保健功能的食品原料越来越受到青睐。水解乳清蛋白含具有
14、抗氧化、抗高血压、镇静、抗癌、抗糖尿病等生物活性的肽，是最有潜力的保健食品原料之一。由碱性蛋白酶水解的乳清蛋白，产生了Val-His-Leu-Lys-Pro 氨基酸序列的五肽，研究发现这种肽具有抗氧化活性，能减少肺成纤维细胞中过氧化氢的含量36。水解乳清蛋白还含有血管紧张素转换酶（ACE）抑制或抗高血压活性的生物活性肽。利用超滤离心获得分子量小于3 kDa 的乳清蛋白，ACE 抑制率达96%37。还有研究表明，由胰蛋白酶水解的乳清蛋白表现出中度的抗高血压活性，而由中性蛋白酶水解的乳清蛋白则表现出较强的抗高血压活性38。水解乳清蛋白中有含酪氨酸-甘氨酸-苯丙氨酸的氨基酸序列的肽被称为乳啡肽，这些
15、是具有阿片活性的肽38。外源性的阿片肽可刺激胰岛素和消化道生长抑素的分泌、调节动物行为、促进肠道吸收水分和电解质、调节消化道运动、刺激摄食、抑制呼吸和调整睡眠模式39。Attaallah W 等人40给患有结肠癌的大鼠喂食乳清蛋白水解物，发现大鼠的肿瘤肿瘤细胞所减少，证明水解乳清蛋白还具有抗肿瘤活性。肿瘤细胞表面呈负电荷，而具有抗肿瘤活性的肽带正电荷，可通过静电吸附和肿瘤细胞结合，由于抗肿瘤肽为两亲物质，能够破坏肿瘤细胞的磷脂层，使细胞内物质外溢，导致肿瘤细胞破裂或凋亡41。水解乳清蛋白中的活性肽可以通过提高胰岛素的敏感性、抑制 -葡萄糖苷酶活性、抑制DPP-IV活性、促进促胰岛素释放激素释放
16、等作用来控制血糖。可抑制饮食诱导的肥胖、葡萄糖不耐受和延迟型糖尿病的发病42。除此之外，水解乳清蛋白还具有抗菌、促进益生菌增殖、免疫调节等多种作用。水解乳清蛋白常用于调节血压、提高免疫力的保健食品当中。4 展望虽然水解乳清蛋白应用如此广泛，但其中的苦味肽成分还是在一定程度制约了它的发展。如何减少水解乳清蛋白的苦味一直是原料厂家和科研人员重点研究的问题。目前，一些研究通过吸附、萃取等方法去除苦味肽，还有一些试验通过包埋水解产物达到去除苦味的效果43-44。在遮蔽苦味方面，有些厂家通过使用其他香精香料来遮蔽苦味，还有一些厂家则是利用水解乳清蛋白的苦味，将它加入苦味型食品（如咖啡粉、黑巧克力）中达到调味的目的。针对水解乳清蛋白中生物活性
