酪蛋白生物活性肽的特性及应用前景
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专题论述
食品研究与开发
2010 年 8 月 第 31 卷第 8 期
211
酪蛋白生物活性肽的特性及应用前景
王维君 1，佟永薇 2，*,石红 3 （1.天津市食品加工工程中心 天津科技大学，天津 300457；2.天津市食品研究所，天津 301609；3.天津农学院 农学
系，天津 300384）
摘 要：酪蛋白是一种营养蛋白，不仅具有营养功能，而且还具有重要的生理功能，是生物活性肽的重要来源。到目 前为止已有数十种生物活性肽从酪蛋白中水解并得到确认。酪蛋白糖巨肽（Caseino Glycomacro peptide，CGMP）是从 乳清中 κ-酪蛋白经凝乳酶降解产生的含有糖链的多肽片段，具有独特的营养特性和生理功能，可广泛地应用于功能 性食品和生物医药领域。 关键词：酪蛋白；生物活性肽；酪蛋白糖巨肽；应用前景
酪蛋白的 30 %。酪蛋白糖巨肽是从乳清中 κ-酪蛋白 此外，基于膜分离的超滤法、沉淀法可对 CGMP 进行
经凝乳酶降解产生的含有糖链的多肽片段，通常作为 更好的分离，是未来产业化发展的方向。
酪蛋白胶束的一部分，位于胶束的外缘部位[3]。酪蛋白
糖巨肽最早是在 1953 年引起研究人员的注意，Alais 3 酪蛋白糖巨肽的生物活性
征，大多数酪蛋白磷酸肽具有以下结构：Ser-Ser-Ser- 前较为简便的试验方案。此种方法虽然操作简便，但
Glu-Glu，现已证明，这种结构对于发挥其生理功能是 分离材料价格昂贵，分离效率不高，分离条件的选择和
必不可少的。不同结构酪蛋白磷酸肽结合钙离子的能 控制较为困难，不利于用进行工业化分离。
力差异很大，这种差异可能与离磷酸结合位点较远的 2.4 膜分离法
的载体，能够促进小肠对钙离子和其它矿物质元素的 超滤膜的污染问题，需要对乳清进行稀释，耗费了大量
吸收。近年来，已从 αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白和 β-酪蛋白 的酶解物中获得多种酪蛋白磷酸肽。尽管这些酪蛋白
的水和能源。 2.3 层析法
磷酸肽的氨基酸序列各异，但它们具有共同的结构特
将乳清通过离子交换柱对 CGMP 进行分离是目
能，证明唾液酸是 CGMP 中重要的活性物质。将加入 种具有重要生理功能的生物活性肽，这些肽类具有非
CGMP 后培养的细胞对比未加入的细胞，用抗 κ-酪蛋 常重要和广泛的生物学功能和调节功能，在生物和营
白的抗体染色，只有用 CGMP 培养的细胞保留了抗 κ- 养方面的功能为其规模生产提供了广阔的市场。
Otani[9]等研究表明，水解 κ-酪蛋白后得到的 CGMP，可
近年来酪蛋白源的生物活性肽方面的研究进展
抑制由伤寒沙门氏菌脂多糖（LPS）所引起的老鼠脾细 迅速，其生理功能越来越引起人们的重视，并日趋成为
胞增殖。若经过唾液酶处理，则其失去这样的抑制功 乳品领域研究的焦点。到目前为止，已经发现了几十
合作用，同时还能抑制人血纤维蛋白原 γ-链与血小板 化生产困难。
表面特异位点的结合，故具有抗血栓形成的生理功能。 2.2 超滤法
1.3 矿质元素结合肽（Mineral Binding Peptides）
超滤法是根据 CMGP 在不同 pH 条件下所具有不
酪蛋白磷酸肽（Casein Phosphor Peptides, CPPs）是 同的分子量大小而对其进行分离纯化。当 pH<4.0 时，
作者简介：王维君（1983—），男（汉），助理工程师，硕士，研究方向：功 能食品。 * 通信作者：佟永薇（1980—），女（汉），工程师，在职研究生，研究方 向：生物制药。
品和生物医药行业发展的大趋势。
1 酪蛋白生物活性肽的生理功能 乳汁是幼小哺乳动物赖以生存的主要食物来源，
酪蛋白作为乳汁中的主要成分，约占牛奶总蛋白的 80 %，不仅为机体提供了丰富的氨基酸，而且还是生 物活性肽的主要来源[1]，这是动物长期进化的自然结 果。刚出生的婴儿部分生理功能尚未健全，需要从母体 获得一些活性物质才完成其生理功能的调节作用，而 这些活性物质，除了乳汁中本身含有的各种生长因子、 调节因子和免疫球蛋白之外，酪蛋白来源的多种生物 活性肽也是其完成生理功能所必不可少的重要成分。 酪蛋白包括有多种活性序列，这些生物活性肽均以无 活性的形式存在于酪蛋白中，只有用适当的蛋白酶水 解并从酪蛋白中释放出来之后，才成为具有生理活性 肽段。近年来的研究结果表明，酪蛋白不仅在体内能够 水解释放生物活性肽，在体外，调节适当的 pH 值、温
活动。动物进食牛乳后，酪蛋白可在胃肠道蛋白酶的
The Biological Characteristics and Application Prospect of Casein Protein Peptides WANG Wei-jun1, TONG Yong-wei2，*，SHI Hong3
（1. Tianjin Engineering Center of Food Processing, Tianjin Unversity of Science and Technology, Tianjin 300457, China； 2. Tianjin Food Research Institue, Tianjin 301609, China；3.Department of agronomy, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384，China） Abstract: Casein is a protein that has effect in nutrition but also has significant impact on physiology. It is the important source of bioactive peptides, so far dozens of bioactive peptides have been hydrolysed and widely acknowledged for years. CGMP is a sialylated macropeptide which is formed by the action of rennet on κ-casein which has a unique nutritional and physiologic significance, CGMP can be extensively used in health food and medicine. Key words: casein；bioactive peptides；caseino glycomacro peptide（CGMP）；application prospect
酪蛋白的抗体，这表明是 CGMP 结合到了细胞表面并
目前，一些生物活性肽已经能够进行大规模的工
起了作用[10]。Yun[11]等通过研究 CGMP 对 LPS 所引起的 业化生产，但对于大多数酪蛋白来源的生物活性肽来
脾细胞 IgA 的作用，证实了 CGMP 对激素免疫系统有 说，其工业化生产还具有一定的难度，主要是因为这些
生成不溶的副 κ-酪蛋白和 TCA 可溶的酪蛋白糖聚肽
免疫活性肽具有多方面的生理功能，它不仅在生 两部分[4]。通常此可溶性的多肽含有较多的糖链，被称
物体内起重要的免疫调节作用增强机体的免疫力，而 为“糖巨肽”，而酪蛋白来源的此类肽则统称为 CGMP。
且还刺激机体淋巴细胞的增殖和增强巨嗜细胞的吞
噬能力，提高机体对外界病原物质感染的抵抗能力。 2 酪蛋白糖巨肽的分离制备技术
向上调节的作用。
生物活性肽在酪蛋白酶解液中分离和提纯难度较大；
3.2 抑制胃液分泌
检测手段和技术不成熟；生理机制尚不清楚；对其生理
实验证明 CGMP 可以抑制狗的胃液分泌和减慢 机能还缺乏足够的证据。这些都是阻碍酪蛋白源生物
胃肠的蠕动，并且影响胃肠道激素的释放，调节胃肠 活性肽工业化的主要因素，也是今后研究的重点所在。
一些免疫活性肽，如来源于 κ-酪蛋白的三肽片段能够 2.1 沉淀法
显著增强人外周淋巴细胞的增殖能力，β-酪蛋白的
沉淀法分离 CGMP 主要是利用乳中不同蛋白质
193-202 残基片段也有类似的生理功能。动物试验表 之间等电点和热稳定性的差异而对其进行分离纯化，
明，免疫活性肽能增强鼠腹腔巨嗜细胞对绵羊红细胞 其中主要包括热沉淀法和化学沉淀法。Tanimoto[5]利用
氨基酸残基的极性有关。
采用膜分离制备 CGMP 在快速分离的同时兼有
1.4 酪蛋白糖巨肽（Caseino Glycomacro Peptide）
浓缩、提纯和精制的效果，简化生产了工艺、降低了能
κ-酪蛋白是酪蛋白的一种，这是酪蛋白中惟一含 耗、缩短了生产周期、提高了产品回收率和产品质量。
有糖成分的生物活性肽[2]，在牛脱脂乳中含量约占总 国外大多数乳品企业采取此种方法分离制备 CGMP[8]。
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NeuNac 为 N-乙酰神经氨酸 （唾液酸）、GalNAc 为 N- 芳香族氨基酸，其可作为苯丙酮尿症患者饮食治疗的
乙酰氨基半乳糖。糖链主要有以 O-糖苷型结合的 2 种 重要原料。
中性糖链和 3 种酸性糖链，其中 90 %以上的结合糖链
都含唾液酸，因此在体内防御机制中起着重要的作用。 4 展望
生物活性肽，又称功能肽，是指具有一定生理功 能的多肽化合物。近年来的研究表明，大量生物活性肽 通过蛋白酶水解，从作为营养或贮藏功能的蛋白质资 源中分离出来并得到确认。20 世纪 90 年代已有大量 从各种蛋白质中水解得到生物活性肽的报道，但研究 最集中的还是动物乳蛋白，不仅由于乳中的蛋白质在 个体免疫保护与生长调节中所具有的生理功能，而且 还由于乳中的蛋白质资源丰富，价格相对低廉，易进行 工业化生产。研究表明，通过水解所获得的生物活性 肽，其分子量较小，在小肠内可以以完整肽段的形式被 人体吸收，安全性好，不会引起人体的免疫排斥反应， 加之其生理功能强、用量少的独特优势，已越来越多地 引起人们的重视，其工业化生产也成为当前功能性食
目前研究最多的矿物质元素结合肽。在体内，酪蛋白 超滤后得到的 CGMP 分子量为 10 000；当 pH>4.0 时，
磷酸肽能与多种矿物质元素结合形成可溶性的有机 超滤后得到的 CGMP 分子量为 50 000，超滤膜截留分
磷酸盐，充当许多矿质元素特别是钙离子在体内运输 子量为 20 000[5]。为了缓解乳清中大量灰分和乳糖对于
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2010 年 8 月 第 31 卷第 8 期
食品研究与开发
专题论述
度和酶解时间，也能够产生大量的生物活性肽，并将之 从 1956 年 Waugh 等发现了 κ-酪蛋白以后，1956 年
应用于食品和医药行业。
Delfour 等发现了 k-酪蛋白的特定位置经凝乳酶切断，
1.1 免疫活性肽（Immunologic Competence Peptides）
等发现经过凝乳酶处理的牛乳以及酪蛋白盐溶液中， 3.1 调节免疫系统
12 %三氯乙酸（TCA）溶液的可溶性氮含量明显增加。
对于 CGMP，更多的研究集中在对它所携带的糖
此后，人们主要关注凝乳酶对酪蛋白的作用机制。自 链上，在目前已经发现的几种糖中，Gal 为半乳糖、
专题论述
食品研究与开发
2010 年 8 月 第 31 卷第 8 期
Berrocal[6]和吴疆[来自百度文库]分别采用乙醇和三氯乙酸（TCA）对
1.2 抗血栓肽活性肽（Antithrombotic Peptides）
初分离的乳清液进行沉淀处理，产生的上清液收集后
酪蛋白血小因子是来源于牛 κ-酪蛋白 c-末端的 冻干制备 CGMP。采用化学沉淀法由于引入了其他不
一类生物活性肽，由于其能抑制 ADP 激活的血小板聚 易清除的有毒化学成分，且其分离工艺复杂，因而工业
的吞噬作用，注射 24 h 后，能增强小鼠对肺炎克氏杆 热处理的方法加热乳清，使其他蛋白质热变性沉淀后
菌感染的抵抗能力，酪蛋白来源的免疫活性肽对人外 分离 CGMP，采用此种方法分离造成乳清蛋白的热变
周血淋巴细胞增殖具有刺激或抑制的作用。目前，免 性，其副产品不能够重复利用，造成了资源的浪费。
疫活性肽及其生理功能作用机制的研究处于热点。
食品研究与开发
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酪蛋白生物活性肽的特性及应用前景
王维君 1，佟永薇 2，*,石红 3 （1.天津市食品加工工程中心 天津科技大学，天津 300457；2.天津市食品研究所，天津 301609；3.天津农学院 农学
系，天津 300384）
摘 要：酪蛋白是一种营养蛋白，不仅具有营养功能，而且还具有重要的生理功能，是生物活性肽的重要来源。到目 前为止已有数十种生物活性肽从酪蛋白中水解并得到确认。酪蛋白糖巨肽（Caseino Glycomacro peptide，CGMP）是从 乳清中 κ-酪蛋白经凝乳酶降解产生的含有糖链的多肽片段，具有独特的营养特性和生理功能，可广泛地应用于功能 性食品和生物医药领域。 关键词：酪蛋白；生物活性肽；酪蛋白糖巨肽；应用前景
酪蛋白的 30 %。酪蛋白糖巨肽是从乳清中 κ-酪蛋白 此外，基于膜分离的超滤法、沉淀法可对 CGMP 进行
经凝乳酶降解产生的含有糖链的多肽片段，通常作为 更好的分离，是未来产业化发展的方向。
酪蛋白胶束的一部分，位于胶束的外缘部位[3]。酪蛋白
糖巨肽最早是在 1953 年引起研究人员的注意，Alais 3 酪蛋白糖巨肽的生物活性
征，大多数酪蛋白磷酸肽具有以下结构：Ser-Ser-Ser- 前较为简便的试验方案。此种方法虽然操作简便，但
Glu-Glu，现已证明，这种结构对于发挥其生理功能是 分离材料价格昂贵，分离效率不高，分离条件的选择和
必不可少的。不同结构酪蛋白磷酸肽结合钙离子的能 控制较为困难，不利于用进行工业化分离。
力差异很大，这种差异可能与离磷酸结合位点较远的 2.4 膜分离法
的载体，能够促进小肠对钙离子和其它矿物质元素的 超滤膜的污染问题，需要对乳清进行稀释，耗费了大量
吸收。近年来，已从 αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白和 β-酪蛋白 的酶解物中获得多种酪蛋白磷酸肽。尽管这些酪蛋白
的水和能源。 2.3 层析法
磷酸肽的氨基酸序列各异，但它们具有共同的结构特
将乳清通过离子交换柱对 CGMP 进行分离是目
能，证明唾液酸是 CGMP 中重要的活性物质。将加入 种具有重要生理功能的生物活性肽，这些肽类具有非
CGMP 后培养的细胞对比未加入的细胞，用抗 κ-酪蛋 常重要和广泛的生物学功能和调节功能，在生物和营
白的抗体染色，只有用 CGMP 培养的细胞保留了抗 κ- 养方面的功能为其规模生产提供了广阔的市场。
Otani[9]等研究表明，水解 κ-酪蛋白后得到的 CGMP，可
近年来酪蛋白源的生物活性肽方面的研究进展
抑制由伤寒沙门氏菌脂多糖（LPS）所引起的老鼠脾细 迅速，其生理功能越来越引起人们的重视，并日趋成为
胞增殖。若经过唾液酶处理，则其失去这样的抑制功 乳品领域研究的焦点。到目前为止，已经发现了几十
合作用，同时还能抑制人血纤维蛋白原 γ-链与血小板 化生产困难。
表面特异位点的结合，故具有抗血栓形成的生理功能。 2.2 超滤法
1.3 矿质元素结合肽（Mineral Binding Peptides）
超滤法是根据 CMGP 在不同 pH 条件下所具有不
酪蛋白磷酸肽（Casein Phosphor Peptides, CPPs）是 同的分子量大小而对其进行分离纯化。当 pH<4.0 时，
作者简介：王维君（1983—），男（汉），助理工程师，硕士，研究方向：功 能食品。 * 通信作者：佟永薇（1980—），女（汉），工程师，在职研究生，研究方 向：生物制药。
品和生物医药行业发展的大趋势。
1 酪蛋白生物活性肽的生理功能 乳汁是幼小哺乳动物赖以生存的主要食物来源，
酪蛋白作为乳汁中的主要成分，约占牛奶总蛋白的 80 %，不仅为机体提供了丰富的氨基酸，而且还是生 物活性肽的主要来源[1]，这是动物长期进化的自然结 果。刚出生的婴儿部分生理功能尚未健全，需要从母体 获得一些活性物质才完成其生理功能的调节作用，而 这些活性物质，除了乳汁中本身含有的各种生长因子、 调节因子和免疫球蛋白之外，酪蛋白来源的多种生物 活性肽也是其完成生理功能所必不可少的重要成分。 酪蛋白包括有多种活性序列，这些生物活性肽均以无 活性的形式存在于酪蛋白中，只有用适当的蛋白酶水 解并从酪蛋白中释放出来之后，才成为具有生理活性 肽段。近年来的研究结果表明，酪蛋白不仅在体内能够 水解释放生物活性肽，在体外，调节适当的 pH 值、温
活动。动物进食牛乳后，酪蛋白可在胃肠道蛋白酶的
The Biological Characteristics and Application Prospect of Casein Protein Peptides WANG Wei-jun1, TONG Yong-wei2，*，SHI Hong3
（1. Tianjin Engineering Center of Food Processing, Tianjin Unversity of Science and Technology, Tianjin 300457, China； 2. Tianjin Food Research Institue, Tianjin 301609, China；3.Department of agronomy, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384，China） Abstract: Casein is a protein that has effect in nutrition but also has significant impact on physiology. It is the important source of bioactive peptides, so far dozens of bioactive peptides have been hydrolysed and widely acknowledged for years. CGMP is a sialylated macropeptide which is formed by the action of rennet on κ-casein which has a unique nutritional and physiologic significance, CGMP can be extensively used in health food and medicine. Key words: casein；bioactive peptides；caseino glycomacro peptide（CGMP）；application prospect
酪蛋白的抗体，这表明是 CGMP 结合到了细胞表面并
目前，一些生物活性肽已经能够进行大规模的工
起了作用[10]。Yun[11]等通过研究 CGMP 对 LPS 所引起的 业化生产，但对于大多数酪蛋白来源的生物活性肽来
脾细胞 IgA 的作用，证实了 CGMP 对激素免疫系统有 说，其工业化生产还具有一定的难度，主要是因为这些
生成不溶的副 κ-酪蛋白和 TCA 可溶的酪蛋白糖聚肽
免疫活性肽具有多方面的生理功能，它不仅在生 两部分[4]。通常此可溶性的多肽含有较多的糖链，被称
物体内起重要的免疫调节作用增强机体的免疫力，而 为“糖巨肽”，而酪蛋白来源的此类肽则统称为 CGMP。
且还刺激机体淋巴细胞的增殖和增强巨嗜细胞的吞
噬能力，提高机体对外界病原物质感染的抵抗能力。 2 酪蛋白糖巨肽的分离制备技术
向上调节的作用。
生物活性肽在酪蛋白酶解液中分离和提纯难度较大；
3.2 抑制胃液分泌
检测手段和技术不成熟；生理机制尚不清楚；对其生理
实验证明 CGMP 可以抑制狗的胃液分泌和减慢 机能还缺乏足够的证据。这些都是阻碍酪蛋白源生物
胃肠的蠕动，并且影响胃肠道激素的释放，调节胃肠 活性肽工业化的主要因素，也是今后研究的重点所在。
一些免疫活性肽，如来源于 κ-酪蛋白的三肽片段能够 2.1 沉淀法
显著增强人外周淋巴细胞的增殖能力，β-酪蛋白的
沉淀法分离 CGMP 主要是利用乳中不同蛋白质
193-202 残基片段也有类似的生理功能。动物试验表 之间等电点和热稳定性的差异而对其进行分离纯化，
明，免疫活性肽能增强鼠腹腔巨嗜细胞对绵羊红细胞 其中主要包括热沉淀法和化学沉淀法。Tanimoto[5]利用
氨基酸残基的极性有关。
采用膜分离制备 CGMP 在快速分离的同时兼有
1.4 酪蛋白糖巨肽（Caseino Glycomacro Peptide）
浓缩、提纯和精制的效果，简化生产了工艺、降低了能
κ-酪蛋白是酪蛋白的一种，这是酪蛋白中惟一含 耗、缩短了生产周期、提高了产品回收率和产品质量。
有糖成分的生物活性肽[2]，在牛脱脂乳中含量约占总 国外大多数乳品企业采取此种方法分离制备 CGMP[8]。
213
NeuNac 为 N-乙酰神经氨酸 （唾液酸）、GalNAc 为 N- 芳香族氨基酸，其可作为苯丙酮尿症患者饮食治疗的
乙酰氨基半乳糖。糖链主要有以 O-糖苷型结合的 2 种 重要原料。
中性糖链和 3 种酸性糖链，其中 90 %以上的结合糖链
都含唾液酸，因此在体内防御机制中起着重要的作用。 4 展望
生物活性肽，又称功能肽，是指具有一定生理功 能的多肽化合物。近年来的研究表明，大量生物活性肽 通过蛋白酶水解，从作为营养或贮藏功能的蛋白质资 源中分离出来并得到确认。20 世纪 90 年代已有大量 从各种蛋白质中水解得到生物活性肽的报道，但研究 最集中的还是动物乳蛋白，不仅由于乳中的蛋白质在 个体免疫保护与生长调节中所具有的生理功能，而且 还由于乳中的蛋白质资源丰富，价格相对低廉，易进行 工业化生产。研究表明，通过水解所获得的生物活性 肽，其分子量较小，在小肠内可以以完整肽段的形式被 人体吸收，安全性好，不会引起人体的免疫排斥反应， 加之其生理功能强、用量少的独特优势，已越来越多地 引起人们的重视，其工业化生产也成为当前功能性食
目前研究最多的矿物质元素结合肽。在体内，酪蛋白 超滤后得到的 CGMP 分子量为 10 000；当 pH>4.0 时，
磷酸肽能与多种矿物质元素结合形成可溶性的有机 超滤后得到的 CGMP 分子量为 50 000，超滤膜截留分
磷酸盐，充当许多矿质元素特别是钙离子在体内运输 子量为 20 000[5]。为了缓解乳清中大量灰分和乳糖对于
212
2010 年 8 月 第 31 卷第 8 期
食品研究与开发
专题论述
度和酶解时间，也能够产生大量的生物活性肽，并将之 从 1956 年 Waugh 等发现了 κ-酪蛋白以后，1956 年
应用于食品和医药行业。
Delfour 等发现了 k-酪蛋白的特定位置经凝乳酶切断，
1.1 免疫活性肽（Immunologic Competence Peptides）
等发现经过凝乳酶处理的牛乳以及酪蛋白盐溶液中， 3.1 调节免疫系统
12 %三氯乙酸（TCA）溶液的可溶性氮含量明显增加。
对于 CGMP，更多的研究集中在对它所携带的糖
此后，人们主要关注凝乳酶对酪蛋白的作用机制。自 链上，在目前已经发现的几种糖中，Gal 为半乳糖、
专题论述
食品研究与开发
2010 年 8 月 第 31 卷第 8 期
Berrocal[6]和吴疆[来自百度文库]分别采用乙醇和三氯乙酸（TCA）对
1.2 抗血栓肽活性肽（Antithrombotic Peptides）
初分离的乳清液进行沉淀处理，产生的上清液收集后
酪蛋白血小因子是来源于牛 κ-酪蛋白 c-末端的 冻干制备 CGMP。采用化学沉淀法由于引入了其他不
一类生物活性肽，由于其能抑制 ADP 激活的血小板聚 易清除的有毒化学成分，且其分离工艺复杂，因而工业
的吞噬作用，注射 24 h 后，能增强小鼠对肺炎克氏杆 热处理的方法加热乳清，使其他蛋白质热变性沉淀后
菌感染的抵抗能力，酪蛋白来源的免疫活性肽对人外 分离 CGMP，采用此种方法分离造成乳清蛋白的热变
周血淋巴细胞增殖具有刺激或抑制的作用。目前，免 性，其副产品不能够重复利用，造成了资源的浪费。
疫活性肽及其生理功能作用机制的研究处于热点。