水解乳清蛋白在特殊食品中的應(yīng)用

趙亭亭，趙 偉，步子達，李艷君

（河北東康乳業(yè)有限公司研發(fā)中心，河北石家莊 050000）

0 引言

乳清蛋白氨基酸種類齊全，組成模式與人體相似，易于消化，具有極高的生物利用效價，被稱為“蛋白之王”[1-2]。水解乳清蛋白是指利用酸、堿或蛋白酶等對乳清蛋白進行水解，經(jīng)超濾、吸附、干燥后制備的氨基酸、寡肽和多肽的混合物[3]。酸水解會氧化Cys 和Met，部分破壞Ser 和Thr，并將Gln 和Asn 轉(zhuǎn)化為Glu 和Asp 酸，從而降低蛋白質(zhì)的質(zhì)量和生物價值。堿水解會導(dǎo)致氨基酸發(fā)生消旋作用，產(chǎn)生D 型氨基酸[4]。酸堿水解往往難以控制，甚至會產(chǎn)生像Lys-Ala 這種有毒物質(zhì)[3]。而酶水解條件較溫和、反應(yīng)速度快、特異性高，因此得到廣泛使用。

蛋白質(zhì)水解度是指被裂解的肽鍵數(shù)與總肽鍵數(shù)的比值。蛋白質(zhì)水解度＜22%為部分/適度水解乳清蛋白（partially hydrolysed whey protein），水解度＞22%的稱為深度水解乳清蛋白（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組成和乳清蛋白一樣，但分子量更小，消化吸收速度更快，具有獨特的生物活性和營養(yǎng)特性，因此在特殊食品中得到廣泛應(yīng)用。旨在總結(jié)水解乳清蛋白在特殊醫(yī)學用途配方食品（特醫(yī)食品）、運動食品和保健品等中的應(yīng)用。

1 在特醫(yī)食品中的應(yīng)用

特醫(yī)食品是指為滿足進食受限、消化吸收障礙、代謝紊亂或特定疾病狀態(tài)人群對營養(yǎng)素或膳食的特殊需要，專門加工制備而成的配方食品。水解乳清蛋白在特醫(yī)食品中的應(yīng)用主要基于低致敏性、易于消化吸收、無渣3 個方面。

1.1 低致敏性特點應(yīng)用

食物蛋白過敏是嬰兒對食物中蛋白質(zhì)不恰當?shù)拿庖邞?yīng)答，嬰兒早期食物以乳類為主，因此乳蛋白過敏是嬰兒出生后最常見的食物蛋白過敏[6]。嬰兒牛奶蛋白過敏發(fā)生率為2%～6%，臨床表現(xiàn)包括血管水腫、蕁麻疹、特應(yīng)性皮炎、呼吸道癥狀、腹瀉、嘔吐、腸絞痛等[7]。

水解乳清蛋白一直是蛋白過敏嬰兒配方奶粉的重要原料。根據(jù)乳清蛋白的水解程度，可分為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預(yù)防嬰兒蛋白過敏，而深度水解乳清蛋白可用于已經(jīng)發(fā)生蛋白過敏的嬰兒。目前對引發(fā)過敏的分子量范圍一直存在爭議，T C C[8]認為分子量小于2 500 D 的肽鏈沒有抗原活性，而Knipping K等人[9]認為沒有抗原活性的肽應(yīng)小于3 000 D，Van Hoeyvild E M 等人[10]認為引發(fā)免疫反應(yīng)的分子量在3 000～5 000 D，Angel Puerta[11]則發(fā)現(xiàn)一條分子量小于3 000 D 的肽鏈具有抗原活性。還有觀點認為較低的水解度或僅針對蛋白質(zhì)外部氨基酸的水解可能會增加蛋白質(zhì)的過敏原性，他們認為這是因為表面水解可能會暴露之前隱藏在內(nèi)部的免疫原性部位[12-13]。

目前，我國針對食物蛋白過敏嬰兒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，蛋白質(zhì)的主要來源分別為部分水解乳清蛋白和深度水解乳清蛋白[14]。由于過敏反應(yīng)發(fā)生機制復(fù)雜，部分患兒可能會合并乳糖吸收不良，因此有些產(chǎn)品會使用其他碳水化合物來替代乳糖。

值得注意的是部分水解乳清蛋白能夠誘導(dǎo)人體對乳蛋白的耐受性，而深度水解乳清蛋白則不能[4]。目前已經(jīng)有學者研究降級序貫治療對乳蛋白過敏嬰兒的營養(yǎng)干預(yù)。王福琴等人[15]對乳蛋白確診患兒先給予深度水解或氨基酸配方奶粉12 周，之后調(diào)整為部分水解配方奶粉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)患兒機體產(chǎn)生部分免疫耐受，甚至是完全免疫耐受。但降級序貫治療的應(yīng)用仍需要大量臨床試驗以證明其安全性和有效性。

雖然水解乳清蛋白配方奶粉抗原活性較低，但在使用時仍需謹慎，應(yīng)在密切的臨床監(jiān)督下使用。

1.2 易于消化吸收特點應(yīng)用

醫(yī)院使用的腸內(nèi)營養(yǎng)制劑通常分為整蛋白型、短肽型和氨基酸型。以水解乳清蛋白作為蛋白質(zhì)來源，制備的腸內(nèi)營養(yǎng)制劑被稱為短肽型腸內(nèi)營養(yǎng)制劑。與整蛋白型腸內(nèi)營養(yǎng)制劑相比，短肽型產(chǎn)品的消化不需或僅需少量的蛋白水解酶參與，對胰腺刺激小，且吸收速度比整蛋白產(chǎn)品快。與氨基酸型產(chǎn)品相比，短肽型產(chǎn)品的滲透壓低，腸道耐受性好，不易引起腹瀉，短肽的吸收速度甚至比氨基酸更快。因此短肽型腸內(nèi)營養(yǎng)制劑在腸內(nèi)營養(yǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用[16]。

大量動物試驗和臨床研究證實，燒傷、休克、重癥胰腺炎、膿毒癥后腸道可發(fā)生不同程度的組織學和超微結(jié)構(gòu)的改變，包括腸黏膜、黏膜下水腫、絨毛變短、腸上皮細胞分化、增殖加快，甚至腸道細胞壞死、凋亡等一系列腸道功能障礙[17]。這會導(dǎo)致腸黏膜萎縮及通透性增大，消化吸收能力降低，對腸內(nèi)營養(yǎng)耐受力差[18]。腸道除了具有消化吸收營養(yǎng)要素、分泌激素等功能外，還具有重要的生理、免疫及生物屏障功能，人體60%的淋巴細胞分布在腸道系統(tǒng)。早期腸內(nèi)營養(yǎng)可減輕腸黏膜損傷，維護腸道屏障功能，加強腸道免疫調(diào)控功能[19]。早期腸內(nèi)營養(yǎng)還能防止細菌易位，有效避免多器官衰竭的發(fā)生。

由于腸道功能的改變，患者對蛋白的消化吸收能力下降，無法完全消化整蛋白。氨基酸型產(chǎn)品的滲透壓較高，容易導(dǎo)致患者腹瀉。而長期腸外營養(yǎng)有可能造成消化吸收功能的進一步衰退，甚至會導(dǎo)致細菌易位[20]。與整蛋白相比，水解乳清蛋白屬于預(yù)消化蛋白，不需要完整的消化道功能，即使是胃腸道功能障礙患者也能很好地消化吸收，迅速為人體補充氨基酸。與氨基酸相比，水解乳清蛋白又具有較低的滲透壓，能減少胃腸道不良反應(yīng)，耐受性更強，因而廣泛應(yīng)用于胃腸道功能障礙患者的營養(yǎng)供應(yīng)[21]。需要注意的是，水解乳清蛋白對消化酶的刺激作用較弱，不利于消化功能的恢復(fù)，當患者狀態(tài)改善后，應(yīng)逐漸過渡至整蛋白型營養(yǎng)[19]。

隨著我國人口老齡化程度不斷加重，老年產(chǎn)品市場也不斷擴大。據(jù)統(tǒng)計，肌肉衰減在60～70 歲人群中的發(fā)生率為5%～13%，在80 歲以上人群中的發(fā)生率高達11%～50%[22]。中國營養(yǎng)學會老年營養(yǎng)分會建議老年人補充蛋白質(zhì)，以促進肌肉的生長[23]。但老年人的咀嚼和消化吸收能力的退化導(dǎo)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，因此作為氮源，也大量應(yīng)用于針對老年人的特醫(yī)食品和普通老年食品當中。

1.3 無渣特點應(yīng)用

水解乳清蛋白還被應(yīng)用于腸道準備。在做婦科手術(shù)、腹部外科手術(shù)或是腸鏡前，有時要做腸道的準備。腸道準備是為了在手術(shù)或者是在做腸鏡的時候，使手術(shù)視野更加清晰，避免一些不必要的損傷，同時還能減少感染。最初腸道準備是通過灌腸、禁食或口服瀉藥來實現(xiàn)，這種方法會造成患者水和電解質(zhì)紊亂，不利于術(shù)后恢復(fù)；之后口服甘露醇得到廣泛應(yīng)用，但甘露醇被腸道菌群酵解會產(chǎn)生易燃氣體，術(shù)中使用電刀時可產(chǎn)生致命性爆炸，并且甘露醇可導(dǎo)致脫水性腹瀉，患者痛苦較大；隨著復(fù)方聚乙二醇電解質(zhì)散的誕生，腸道準備過程中機體丟失水、電解質(zhì)的問題基本得到解決，但大量腹瀉所造成的不適感仍然存在[24]。

含水解乳清蛋白、不含膳食纖維的飲食，為無渣飲食，不產(chǎn)生糞渣，能保證患者腸道的清潔度，滿足手術(shù)要求，同時還能緩解患者的不適，降低胰島素抵抗，更有利于患者恢復(fù)。賈曉云等人[25]研究了53 例大腸癌患者使用短肽型腸內(nèi)營養(yǎng)制劑進行腸道準備，與應(yīng)用復(fù)方聚乙二醇電解質(zhì)散患者相比，有更好的舒適度，腸道清潔度無顯著差異。丁獻菊等人[26]針對婦科腹腔鏡病人的腸道準備對比試驗也表明，使用短肽型腸內(nèi)營養(yǎng)制劑的患者滿意度明顯高于機械腸道準備患者，他們的首次排氣時間和住院時間顯著縮短，白蛋白和血紅蛋白水平也比對照組顯著升高。

2 在運動食品中的應(yīng)用

運動后攝入蛋白質(zhì)能增加血液氨基酸供給，促進肌肉恢復(fù)，刺激肌肉蛋白合成，進而提高運動表現(xiàn)力。在整蛋白中，乳清蛋白對肌肉合成的促進作用最大。一是因為乳清蛋白富含亮氨酸，亮氨酸能調(diào)控mTORC1 信號通路，促進肌肉蛋白的合成；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，發(fā)揮促進肌肉合成作用[27-28]。水解乳清蛋白在氨基酸組成上和乳清蛋白一致，也含有豐富的亮氨酸，由于水解乳清蛋白屬于預(yù)消化蛋白，消化吸收速率比乳清蛋白更快，血液氨基酸濃度提高更迅速，因此對肌肉合成的促進作用更明顯[29]。

PCBL和LolloPCB等人[30-31]比較了乳清蛋白和水解乳清蛋白對增加體重的作用，發(fā)現(xiàn)水解乳清蛋白作用更明顯。與此相似，Nakayama K 等人[32]比較了WPH 和乳清蛋白對運動后大鼠肌肉蛋白合成的影響，也發(fā)現(xiàn)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，攝入WPH 比氨基酸對肌肉合成的促進作用更明顯。Atsushi K 等人[33]比較了雄性Sprague-Dawley 大鼠游泳2 h 后攝入等氮含量的WPH 和氨基酸混合物對骨骼肌蛋白質(zhì)合成的影響，他們發(fā)現(xiàn)二者都能顯著促進蛋白質(zhì)合成，但WPH 對mTOR 信號的刺激更明顯，他們認為WPH中的活性成分可能也會刺激mTOR 信號通路。

WPH 中的抗氧化肽還能減少運動產(chǎn)生的氧化物質(zhì)的積累，促進肌肉恢復(fù)。Hansen M 等人[34]對18 名高水平運動員持續(xù)1 周在運動前后補充水解乳清蛋白的研究表明，攝入乳清蛋白水解物可以提高運動成績并減少肌肉損傷的標志物。Brown M A 等人[35]對運動肌損傷雌鼠4 d 內(nèi)補充水解乳清蛋白，發(fā)現(xiàn)每天補充WPH 有助于減少運動肌損傷癥狀，并改善運動雌鼠的肌肉功能恢復(fù)。

3 在保健食品中的應(yīng)用

隨著人們對健康的日益關(guān)注，具有保健功能的食品原料越來越受到青睞。水解乳清蛋白含具有抗氧化、抗高血壓、鎮(zhèn)靜、抗癌、抗糖尿病等生物活性的肽，是最有潛力的保健食品原料之一。

由堿性蛋白酶水解的乳清蛋白，產(chǎn)生了Val-His-Leu-Lys-Pro 氨基酸序列的五肽，研究發(fā)現(xiàn)這種肽具有抗氧化活性，能減少肺成纖維細胞中過氧化氫的含量[36]。水解乳清蛋白還含有血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）抑制或抗高血壓活性的生物活性肽。利用超濾離心獲得分子量小于3 kDa 的乳清蛋白，ACE 抑制率達96%[37]。還有研究表明，由胰蛋白酶水解的乳清蛋白表現(xiàn)出中度的抗高血壓活性，而由中性蛋白酶水解的乳清蛋白則表現(xiàn)出較強的抗高血壓活性[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稱為乳啡肽，這些是具有阿片活性的肽[38]。外源性的阿片肽可刺激胰島素和消化道生長抑素的分泌、調(diào)節(jié)動物行為、促進腸道吸收水分和電解質(zhì)、調(diào)節(jié)消化道運動、刺激攝食、抑制呼吸和調(diào)整睡眠模式[39]。

Attaallah W 等人[40]給患有結(jié)腸癌的大鼠喂食乳清蛋白水解物，發(fā)現(xiàn)大鼠的腫瘤腫瘤細胞所減少，證明水解乳清蛋白還具有抗腫瘤活性。腫瘤細胞表面呈負電荷，而具有抗腫瘤活性的肽帶正電荷，可通過靜電吸附和腫瘤細胞結(jié)合，由于抗腫瘤肽為兩親物質(zhì)，能夠破壞腫瘤細胞的磷脂層，使細胞內(nèi)物質(zhì)外溢，導(dǎo)致腫瘤細胞破裂或凋亡[41]。

水解乳清蛋白中的活性肽可以通過提高胰島素的敏感性、抑制α -葡萄糖苷酶活性、抑制DPP-IV活性、促進促胰島素釋放激素釋放等作用來控制血糖。可抑制飲食誘導(dǎo)的肥胖、葡萄糖不耐受和延遲Ⅱ型糖尿病的發(fā)病[42]。

除此之外，水解乳清蛋白還具有抗菌、促進益生菌增殖、免疫調(diào)節(jié)等多種作用。水解乳清蛋白常用于調(diào)節(jié)血壓、提高免疫力的保健食品當中。

4 展望

雖然水解乳清蛋白應(yīng)用如此廣泛，但其中的苦味肽成分還是在一定程度制約了它的發(fā)展。如何減少水解乳清蛋白的苦味一直是原料廠家和科研人員重點研究的問題。目前，一些研究通過吸附、萃取等方法去除苦味肽，還有一些試驗通過包埋水解產(chǎn)物達到去除苦味的效果[43-44]。在遮蔽苦味方面，有些廠家通過使用其他香精香料來遮蔽苦味，還有一些廠家則是利用水解乳清蛋白的苦味，將它加入苦味型食品（如咖啡粉、黑巧克力）中達到調(diào)味的目的。針對水解乳清蛋白中生物活性肽功能的研究已經(jīng)非常明確，與合成藥物相比，人體有成熟的代謝機制，不易在體內(nèi)積聚[45]。但如何分離純化，得到純度較高的生物活性肽卻沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。水解乳清蛋白的成分復(fù)雜，使用單一分離純化設(shè)備很難得到單一目標肽，需要結(jié)合多種純化手段[39]，因此技術(shù)和設(shè)備要求較高，制約著水解乳清蛋白生物活性肽的分離和純化。隨著功能性蛋白質(zhì)市場的不斷擴大，廠家對開發(fā)簡單、經(jīng)濟、高效的分離純化乳清蛋白肽的方法需求非常緊迫。相信隨著科技的進步和生產(chǎn)工藝的發(fā)展，低苦味水解乳清蛋白、高純度的生物活性肽產(chǎn)品都會問世，促進食品產(chǎn)業(yè)更加繁榮的發(fā)展。