热处理对骆驼乳蛋白质影响的研究进展

李荣蓉，苗静，杨洁

(新疆大学生命科学与技术学院，乌鲁木齐830046)

0 引言

随着骆驼乳行业的快速发展，提供品质优良的骆驼乳产品是保持骆驼乳行业健康发展的重要保障。热处理是骆驼乳的工业生产过程中必不可少的工艺，能有效抑制、杀灭骆驼乳中的微生物，保证骆驼乳的产品质量。但是，由于生产工艺的问题，热处理也会对骆驼乳，尤其是其蛋白质的物理性质和生理功能造成一定的影响。目前，针对热处理对骆驼乳蛋白质影响的讨论较少。本文立足于此，就近年来热处理对骆驼乳蛋白质的研究现状和技术方法进行综述。

1 骆驼乳蛋白质

骆驼乳是一类富含蛋白质的乳类物质，骆驼乳中蛋白质的质量浓度与泌乳期、季节、饲喂条件等有关[1]。通常情况下骆驼乳中蛋白质的占比为3.55%～4.45%[2]，每日饮用200 mL骆驼乳，蛋白质摄入为7.1～8.9 g，可满足7～8岁学龄女童推荐蛋白质摄入量的17.8%～22.2%[3-4]，是一种优质蛋白质来源。另外研究表明，骆驼乳蛋白质具有抗菌、抑癌、缓解2型糖尿病、抗氧化、清除自由基等多种作用[5-10]，骆驼乳蛋白质的这些功能可能与其组成有关。

1.1 骆驼乳蛋白质的组成

骆驼乳蛋白质主要由酪蛋白、乳清蛋白和乳脂肪球膜构成，其中酪蛋白和乳清蛋白是主要的两种蛋白质，分别占总蛋白的61.8%～88.5%和11.5%～38.2%[4]，乳脂肪球膜蛋白是一种被乳脂肪球包裹的蛋白膜，质量浓度较少，仅占总蛋白的1%～2%[11]。

1.1.1 骆驼乳酪蛋白

在骆驼乳的酪蛋白组成中，β-酪蛋白、α-酪蛋白和κ-酪蛋白是3种主要的酪蛋白，其中以β-酪蛋白质量浓度最高，约为12.78 mg每毫升骆驼乳；κ-酪蛋白的质量浓度最低，约为1.67 mg每毫升骆驼乳；α-酪蛋白的质量浓度约为2.89 mg每毫升骆驼乳[12]。此外，骆驼乳酪蛋白中还含有醛氧化酶、果糖二磷酸醛缩酶、脂肪酸结合蛋白、热激蛋白70、过氧化物酶、糖基化依赖细胞黏附分子1（glycosylation-dependent cell adhesion molecule 1，GLYCAM1）等多种蛋白质[13]。

骆驼乳酪蛋白主要由亮氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸等必需氨基酸和谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸等非必需氨基酸组成[14]。

1.1.2 骆驼乳乳清蛋白

在骆驼乳乳清蛋白的组成中，α-乳白蛋白（α-lactalbumin，α-La）、乳铁蛋白（Lactoferrin，LF）和血清白蛋白（Serum albumin，SA）是质量浓度最高的3种乳清蛋白[4]，每毫升骆驼乳中含α-La、LF和SA约为2.01，1.74，0.40 mg[12]。骆驼乳蛋白质具体成分见表1。

骆驼乳α-La由123个氨基酸构成，含有8个半胱氨酸，分别位于第6、28、61、73、77、91、111和120号位置[15]。骆驼乳α-La中α-螺旋为其主要二级结构，其次是无规卷曲[16]。

图1 骆驼乳乳铁蛋白三维结构[17]

骆驼乳LF，等电点在8～8.5，是一种糖基化蛋白，属转运蛋白家族[18]，相对分子质量在80 ku左右，由689个氨基酸构成，共有4个结构域，分别位于C端和N端，有两个铁离子结合位点[19]，图1为LF的结构。实验表明，LF具有抗病毒生长作用[20]。

骆驼乳SA等电点为4.48，不含色氨酸，主要由赖氨酸、亮氨酸、谷氨酸、丙氨酸等氨基酸组成，和α-La相似，SA的二级结构也主要为α-螺旋和无规卷曲[21]。

除了上述质量浓度较多的蛋白质以外，骆驼乳清蛋白中还含有伯胺氧化酶、乳清酸性蛋白（whey acidic protein，WAP）、GLYCAM1、醌氧化还原酶、肽聚糖识别蛋白1、脂肪酸合成酶等多种质量浓度较低的蛋白质[11,22]。

1.1.3 骆驼乳脂肪球膜蛋白

骆驼乳脂肪球膜蛋白含有黏蛋白、黄嘌呤氧化酶/黄嘌呤氧化还原酶、分化抗原和乳脂肪球-表皮生长因子、脂肪酸合成酶、乳凝集素等多种蛋白质[11,22]。骆驼乳乳脂肪球膜不含蛋氨酸，主要由苯丙氨酸组成，磷元素质量浓度较高，每克骆驼乳脂肪球膜中磷元素160μg左右[23]。

1.2 骆驼乳蛋白质与其他乳源蛋白质

骆驼乳蛋白质与其他乳源蛋白质在质量浓度和组成上稍有不同。骆驼乳蛋白质不含β-乳球蛋白[24]。骆驼乳酪蛋白、乳清蛋白的质量浓度与其他乳不同。不同乳源的总蛋白质和酪蛋白的质量浓度顺序如下：绵羊乳＞水牛乳＞牛乳＞山羊乳＞骆驼乳，乳清蛋白的质量浓度顺序如下：骆驼乳＞水牛乳＞绵羊乳＞山羊乳＞牛乳。骆驼乳中酪蛋白和乳清蛋白比例与人乳不同，在骆驼乳中酪蛋白的质量浓度可达乳清蛋白的3倍；而在人乳中乳清蛋白的质量浓度是酪蛋白的2倍[3]。骆驼乳酪蛋白的组成与牛乳不同之处还在于牛乳中α-酪蛋白和β-酪蛋白的质量浓度相差不大，在骆驼乳酪蛋白中，β-酪蛋白可达α-酪蛋白的6倍[12]。骆驼乳蛋白质的氨基酸组成与别的乳也不同，亮氨酸作为质量浓度较高的必需氨基酸，在各种乳中的质量浓度为：牛乳＞骆驼乳＞水牛乳＞绵羊乳＞山羊乳[25]。

2 蛋白质与热处理

热处理是乳品生产过程中非常重要的一个环节，可有效杀灭微生物，延长乳品的保质期，有利于乳品的销售。但热处理具有两面性，既能破坏微生物的生长，也能对乳中重要营养来源如蛋白质造成破坏。不同乳源的蛋白质对热处理有不同的稳定性，同一种乳源的不同蛋白质对热处理也有不同的稳定性。

实验发现，62℃/30 min热处理后，山羊乳GLYCAM1比骆驼乳和牛乳GLYCAM1具有更高的稳定性[26]。牛乳蛋白质的热稳定性高于骆驼乳蛋白质[27]。将牛乳乳清蛋白和骆驼乳乳清蛋白由60℃热处理至100℃，骆驼乳乳清蛋白受到的影响更大，变性程度更大[28]。而不管是骆驼乳，还是牛乳，两者的酪蛋白都比乳清蛋白表现出更高的热稳定性[29]。67～73℃/60 min热处理条件下，牛乳乳过氧化物酶（Lactoperoxidase，LPO）的热稳定性高于骆驼乳LPO，在此条件下骆驼乳LP的活化能更低[30]。热处理后，水牛乳的免疫球蛋白（immunoglobulins，Igs）IgA，IgG1，IgG2和IgM的质量浓度出现不同程度的下降，其中IgA和IgM表现出较差的热稳定性[31]。蛋白质热稳定性上的差异可能是因为蛋白质组成的不同，而蛋白质的热稳定性将影响其实际的生产应用，值得详细讨论。因此在接下来的部分将详述骆驼乳蛋白质受热处理的影响，为骆驼乳蛋白质的应用，如生产奶酪、改进热处理工艺、分离活性蛋白质等提供实际意义。

3 热处理对骆驼乳蛋白质的物理化学性质的影响

3.1 粒径大小

结果见表1。

表1 骆驼乳中蛋白质组成

热处理后骆驼乳酪蛋白粒径变小，处理温度越高，粒径越小。生骆驼乳酪蛋白的平均粒径为（171.23±4.18）nm，高温短时72℃/15 s（high temperature short time，HTST）和超高温140℃/4 s（ultra-high temperature，UHT）热处理后，骆驼乳酪蛋白的粒径分别降低至（143.18±2.34）和（137.77±1.52）nm[32]。实验表明适量添加κ-酪蛋白和磷酸盐有利于增强骆驼乳蛋白质的热稳定性[33]。κ-酪蛋白对稳定酪蛋白具有重要作用[34]。因此，在热处理过程中，κ-酪蛋白从酪蛋白中分离或者磷酸钙的分离沉淀可能造成酪蛋白粒径的减小[35]。κ-酪蛋白的分离与热处理条件有关，141℃/2 s比85℃/15 s热处理更容易导致κ-酪蛋白从酪蛋白中分离下来[36]。

3.2 凝乳性质

凝乳时间和凝乳强度是乳类蛋白质生产奶酪的重要参数。经热处理后，骆驼乳凝乳时间延长，且凝乳强度随热处理温度的增加和时间的延长而降低[32]。40℃时骆驼乳的凝乳时间约为6.8 min，65℃/30 min和72℃/30 s后热处理凝乳时间分别延长至14 min和19 min左右；65℃/30 min热处理后，骆驼乳的最大凝乳强度由400 Pa骤降至100 Pa；72℃/30 s处理后最大凝乳强度约为50 Pa[37]。研究发现在凝乳过程中，凝乳酶首先水解κ-酪蛋白的苯基丙氨酸-甲硫氨酸肽键，生成C末端酪蛋白大分子片段，随后蛋白质间的相互作用致使酪蛋白胶束的形成，而血清白蛋白和免疫球蛋白G能抑制凝乳酶水解κ-酪蛋白的速率，使酪蛋白胶束的形成受到抑制，导致凝乳时间的增加[38]。

3.3 起泡能力与泡沫稳定性

骆驼乳蛋白质的起泡能力和泡沫稳定性与热处理温度-时间、pH和蛋白质性质有关。骆驼乳清蛋白经70℃/30 min和90℃/30 min处理后起泡能力和泡沫稳定性增加，且实验发现酸性乳清蛋白（pH 4.3）的起泡能力强于正常乳清蛋白，这可能是因为pH=4.3时蛋白质间的静电排斥力较低[39]。纯化骆驼乳α-La，经70℃/30 min和90℃/30 min处理后，也发现pH 4.3时α-La的起泡能力和泡沫稳定性更强[40]。当pH低于5时，α-La上的钙离子脱离，α-La成为熔融的球状，因此拥有更强的起泡能力[41]。80℃/5 min热处理条件下，骆驼乳β-酪蛋白的起泡能力和泡沫稳定性高于骆驼乳α-La[42]。

4 热处理对骆驼乳蛋白质抗微生物活性的影响

Redwan等人[8]首次证明骆驼乳LF具有较好的抗丙型肝炎病毒的作用。通过分离不同来源的LF用于抑制大肠杆菌生长实验，C.Conesa等人[43]发现骆驼乳LF较绵羊乳LF、山羊乳LF具有最低的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度。实验还发现在碳酸氢盐存在的条件下，LF通过结合铁离子达到抑制微生物生长的效果[44]。但当骆驼乳受热处理后，骆驼乳LF的抗病毒活性降低。实验表明，蛋白质的功能与热处理的温度和时间有关。85℃热处理20 s对骆驼乳LF的抗轮状病毒活性无影响，在85℃/10 min热处理后，骆驼乳LF完全丧失抗轮状病毒的活性；HTST比65℃/30 min更能保存骆驼乳LF的抗轮状病毒活性[20]。LF具有抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎杆菌、表皮葡萄球菌等病菌生长的作用，65℃/30 min和85℃/30 min热处理对LF的抑菌作用不大，但温度升高至100℃时，LF抑菌作用显著下降[45]。

5 热处理与骆驼乳蛋白质的热稳定性

5.1 热处理对骆驼乳蛋白质的热稳定性的影响

骆驼乳蛋白质的热稳定性为：酪蛋白＞总蛋白＞乳清蛋白，骆驼乳酪蛋白和乳清蛋白的热变性温度分别为90.5℃和62.3℃[46]，但目前尚未有关于乳脂肪球膜蛋白热稳定性的研究。Zhang Lina等人[26]发现喷雾干燥对骆驼乳清蛋白质的影响比巴氏杀菌严重，喷雾干燥处理后，α-La，WAP，黄嘌呤脱氢酶/氧化酶（xanthine dehydrogenase/oxidase，XDH），LF，GLYCAM1和骨桥蛋白（osteopontin，SPP1）的质量浓度显著降低。在热处理过程中，随着温度的增加、时间的延长，骆驼乳中的SA、α-La、肽聚糖识别蛋白（peptidoglycan recognition protein，PGRP）、碱性磷酸酶、γ-谷氨酰转移酶等蛋白质受热处理影响的程度加重[27,29,47]。

65℃/30 min热处理不影响骆驼乳SA的质量浓度，85℃热处理30 min后，骆驼乳SA质量浓度稍有降低[47]。70℃处理时，骆驼乳中的α-La和SA等蛋白质不受影响；当处理温度升高至80℃，SA的质量浓度开始下降；而当温度升高至90℃时，α-La受热处理影响显著，质量浓度大幅降低，凝胶电泳条带开始消失[27]。Imène Felfoul等人发现经80℃处理60 min后，骆驼乳中α-La，SA，PGRP等乳清蛋白的质量浓度显著降低，其中α-La由未热处理时的17μg/μL下降至未检测出，SA由13μg/μL下降至8μg/μL，PGRP则由3μg/μL下降至1μg/μL，表明80℃/60 min热处理条件下这3种蛋白质的热稳定顺序为SA＞PGRP＞α-La[29]。其他实验也表明了这一热稳定性顺序，A.Omar采用72℃/15 s（HTST）、140℃/4 s（UHT）等常用的乳品热处理方式后，发现UHT对骆驼乳蛋白质的影响比牛乳蛋白质大，通过测定骆驼乳蛋白质的变性率，发现无论是HTST还是UHT处理，α-La的热稳定性均低于SA和LF[32]。实验还发现在巴氏灭菌（62℃/30 min）和喷雾干燥（90～95℃）的骆驼乳中，α-La的热稳定性高于WAP，LF，GLYCAM1，XDH和SPP1[26]，这和E.I.Elagamy[48]的实验结果稍有不同，这可能是由于表征方法的不同及骆驼乳中蛋白质组成差异造成的（见表2）。

5.2 热处理对骆驼乳中酶活性的影响

Hicham Benabdelkamel等人将分别在63℃和98℃热处理骆驼乳1 h后，发现98℃/1 h热处理对骆驼乳蛋白质的影响更大，其中精氨酸酶1、血浆酶原等酶类蛋白质受热处理的影响大于结合蛋白、细胞黏附蛋白[50]。实验表明，HTST热处理后骆驼乳中碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）、γ-谷氨酰转移酶（gamma-glutamyltransferase，GGT）、LPO、脂肪酶（lipase，LIP）和亮氨酸芳基酰胺酶（leucine arylamidase，LAP）等酶活性显著下降；在生骆驼乳中，ALP、GGT、LPO、LIP和LAP的酶活性分别为18.9～22.9，291.6～401.6，640.0～1075.0，50.2～67.8和5.9～6.9 U/L；HTST热处理后，LPO受到的影响最大，酶活性降低至5 U/L以下，其次是GGT，LIP，LAP和ALP；酶活性分别降低至11.5，16.6，1和10 U/L以下，相比之下ALP的酶活性受HTST影响最小，LPO的酶活性受HTST影响最大[49]。Alaoui Ismaili等人也发现骆驼乳中，酶的热稳定性为ALP＞GGT＞LPO，在80℃热处理40 min后仍可检测到ALP的酶活性，而GGT在85℃/2.5 min处理时即完全失活，LPO热稳定性最差，80℃热处理不到1 min，即完全失活[48]。

表2 骆驼乳中蛋白质热稳定性

5.3 影响骆驼乳蛋白质热稳定性的因素

5.3.1 巯基-二硫键数量

热处理后，蛋白质内的二硫键断裂，形成游离巯基，继续热处理时这些形成的游离巯基相互作用，继而形成蛋白质间的二硫键[27]。蛋白质中二硫键和巯基的数量与蛋白质的半胱氨酸质量浓度有关，骆驼乳α-La由123个氨基酸构成，含有8个半胱氨酸，分别位于第6、28、61、73、77、91、111和120号，可形成4个二硫键[15]。骆驼乳SA含有14个半胱氨酸，可形成7个二硫键[39]。如前所述，SA的热稳定性高于α-La[47]。因此，二硫键数目的差异可能是造成骆驼乳α-La和SA热稳定性差异的原因。

添加具有游离巯基供体的物质时，蛋白质的热稳定性会受到影响。实验发现，L-半胱氨酸通过提供巯基供体而加速热处理条件下α-La聚集体的生成，这可能是因为当添加具有巯基供体的物质时，α-La受热处理生成的游离巯基立刻就被结合，使得α-La伸展开来，从而加速聚集体的生成，导致热稳定性的下降[51]。

图2 骆驼乳中蛋白质的二硫键受热变化

5.3.2 pH值

pH值影响蛋白质的热稳定性，蛋白质中游离巯基的质量浓度随着热处理时间和温度的增加而增加。当蛋白质溶液的pH值接近其等电点4.6时，骆驼乳α-La表现出更高的热稳定性，这可能是因为此时蛋白质间的静电排斥力最低[40]。pH值为6.2～7.2时，牛乳α-La的热稳定性低于牛乳β-乳球蛋白A，在此pH值范围内牛乳α-La的热稳定性先降低后升高；而牛乳β-乳球蛋白A的热稳定性却随着pH的增加而增加[52]。

5.3.3 矿物质

在骆驼乳中添加某些矿物元素以后，骆驼乳蛋白质的热稳定性发生改变。添加锌离子（Zn2+）后，Zn2+中和了α-La表面的负电荷，降低α-La分子内的静电相互作用，导致α-La热稳定性的降低[53]。65℃/30 min热处理后，骆驼乳LF因其较高的铁离子饱和度（15%），因此其抗病毒的活性未受到影响；实验表明添加铁离子（Fe3+）后LF的热稳定性增加[20]。添加钙离子（Ca2+）有利于减少热处理时骆驼乳的凝乳时间[54]。

5.3.4 蛋白质一级结构

牛乳β-乳球蛋白A和β-乳球蛋白B具有不同的热稳定性，这可能是因为β-乳球蛋白A和β-乳球蛋白B第64位和第118位氨基酸两个位点的氨基酸的不同，导致两个蛋白在β-折叠上的不同[52]。因此，骆驼乳中的蛋白质也可能因为一级结构的不同而导致热稳定性差异。

5.3.5 其他因素

蛋白质浓度、疏水作用等也会影响蛋白质的热稳定性。受热处理作用折叠、包埋在蛋白分子内部的疏水基团暴露，蛋白质由球状结构伸展为无定形状，外加较高的蛋白质浓度，增加了不同蛋白质相互接触的几率，降低了蛋白质受热处理时的热稳定性[52,55]。骆驼乳α-La和牛乳α-La具有相同的一级结构[17]，但在62℃/30 min和喷雾干燥处理条件后，骆驼乳α-La的热稳定性较牛乳α-La的低，这可能是因为两种乳的蛋白质组成差异造成的[26]。

6 结论

骆驼乳蛋白质分为酪蛋白、乳清蛋白和乳脂肪球膜蛋白，这3种蛋白质中主要含有的蛋白质种类不同。热处理是保障乳产品质量的重要工艺，但同时也会对乳的营养物质，尤其是对蛋白质造成一定的破坏。热处理与温度和时间有关，不同的温度-时间组合对骆驼乳的蛋白质具有不同的影响。α-乳白蛋白、乳铁蛋白、血清白蛋白是骆驼乳中质量浓度较丰富的乳清蛋白，受热处理影响的研究也比较多，研究结果表明血清白蛋白的热稳定性高于α-乳白蛋白高于乳铁蛋白。热处理过程中，骆驼乳蛋白质的粒径大小、起泡能力、泡沫稳定性和酶活性都受到了不同程度的影响。蛋白质的结构、溶液的pH、矿物质质量浓度等都对骆驼乳的热稳定性有不同程度的影响。

目前关于骆驼乳蛋白质热处理的研究多关注酪蛋白和乳清蛋白，对乳脂肪球膜蛋白的关注较少。为充分发挥骆驼乳蛋白质的营养价值，应关注3种蛋白质的组成异同以及这些蛋白质的热稳定性。并根据蛋白质的热稳定性筛选出合适的热标志物，用作热处理工艺的优化指标以及区分不同热处理工艺的指标。