—、基本信息

1.所在高校及学院：陕西科技大学食品与生物工程学院

2.成果权属：陕西科技大学

3.技术负责人：贾玮 联系电话：13709262640

4.项目类型：农业乡村振兴

二、项目概况

（一）项目背景

羊乳因具有低致敏性和高消化率等特征受到消费者的青睐。羊乳作为陕西省乃至全国的优势农产品，近几年来随着政策推动、羊乳生产基地建设、标准化养殖扩大及深加工技术攻关，生乳产量越来越高，相应的羊乳制品产量也随之增加。申请人在西安市市场监督管理局乳制品及饮品监督管理处工作期间，发现羊乳产业链存在经济利益驱动型掺假风险，例如羊乳中掺入牛乳。

乳清蛋白是乳清中可溶的蛋白质组分，可在奶酪和酪蛋白生产过程中获得。乳清蛋白因蛋白质消化率校正氨基酸评分为1而成为乳品中营养品质最高的成分，其生物学价值高于酪蛋白。乳清蛋白富含人体必需氨基酸、支链氨基酸和含硫氨基酸，可促进代谢调节和蛋白质折叠^[1]。表1中列出了乳清蛋白中的部分生物活性肽^[2]。牛乳中乳清蛋白的主要成分是β-乳球蛋白（3.3  g/L总乳蛋白）和α-乳清蛋白（1.2  g/L总乳蛋白），微量成分包括牛血清白蛋白（0.3  g/L总乳蛋白）、牛乳铁蛋白（0.1  g/L总乳蛋白）、免疫球蛋白（0.5-1  g/L总乳蛋白），乳过氧化物酶（0.03μg/L总乳蛋白）和糖肽蛋白（1.2μg/L总乳蛋白）。乳清蛋白浓缩水解物可作为一种安全、天然的功能性食品成分在体内外发挥抗高血压作用^[3]。铁元素是细菌维持生长所必需的微量营养元素，不饱和乳铁蛋白中的糖蛋白可通过“铁结合”和“膜渗透”两种方式降低细菌周围环境的铁离子浓度，从而达到抑菌目的。韩菲菲等发现猪乳铁蛋白对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细胞膜结构具有破坏作用，导致其产生不同程度的破损或突起、菌体细胞膜及细胞壁断裂，最终致使细胞内容物泄露，从而达到抑菌目的^[1]。

表1乳清蛋白质中的生物活性肽

Li等使用多重同位素标记蛋白质组学方法在Murrah、Nili-Ravi和地中海水牛的乳清蛋白组中共鉴定出580种蛋白质，发现地中海水牛乳中聚合免疫球蛋白受体、α1-抗蛋白酶、热休克同源蛋白和酰基辅酶A结合蛋白等蛋白质的含量高于Murrah和Nili-Ravi水牛乳。大多数差异表达蛋白质参与补体与凝血级联反应，并与免疫活性密切相关^[4]。Chiaradia等将蛋白质组学技术应用于健康和亚临床乳腺炎绵羊乳样品的鉴别中，表明绵羊乳腺代谢的改变是由于细菌感染或应激条件导致的体细胞值增加，为母羊乳腺感染亚临床阶段的检测及乳腺炎的识别和治疗提供了有价值的生物标记物^[5]。Alonso-Fauste等从健康和患乳腺炎母牛的乳清和血清中鉴定出了急性期蛋白，而且乳腺炎奶牛乳清特征存在乳糖转铁蛋白和其它细胞蛋白，发挥与免疫防御相关的乳清蛋白在正常乳清和乳腺炎乳清中组成具有较大差异^[6]。

对乳清蛋白的研究集中于蛋白质的差异表达。曹雪妍等基于非标记定量的糖蛋白组学技术，研究了不同泌乳期牛乳的乳清N-糖蛋白组成及糖基化位点的差异表达，对差异表达糖蛋白进行GO功能注释和KEGG通路分析，结果表明差异表达糖蛋白参与的主要生物学过程是定位、免疫系统过程刺激反应和生物调节，说明牛乳可以作为婴幼儿配方乳粉的主要原料^[7]。

乳脂肪在乳体系中主要以脂肪球的形式存在，表面由脂肪球膜（MFGM）包裹，主要由蛋白质、磷脂、糖蛋白、甘油三酯、胆固醇和酶组成，这些组分具有重要的生物功能。MFGM为厚度10-50 nm的3层结构，形成于乳腺上皮细胞的内质网，最内层由甘油三酯吸附在疏水基上构成，外层是被具有强亲水基结构的蛋白质覆盖，在强亲水基表面结合离子形成大量结合水。单层内膜是由极性脂质和蛋白质复合体形成，外膜是从分泌细胞的顶端质膜获得外层双层膜^[8]。

羊乳的平均乳脂含量为4.77%，球状体的平均大小为3.07μm，总MFGM蛋白的平均含量为7.83 mg/g脂肪。MFGM中存在许多具有生理功能的蛋白质，例如丁酸亲和素（抑制多发性硬化）、黄嘌呤氧化酶（杀菌剂）、脂肪酸结合蛋白（细胞生长抑制剂）和β-葡萄糖醛酸酶抑制剂（抑制结肠癌）^[9]。牛乳的脂肪球膜研究表明，MFGM中最大的蛋白质MUC 1根据奶牛品种的差异，其分子量分布在120-220 kDa之间^[10]。Lu等离心牛乳获得7.6±0.9μm和3.3±1.2μm两种大小的脂肪球组分，通过脂质分析发现由于脂肪酸长度和不饱和度、磷脂极性和结构的差异，使得不同大小的脂肪球组分具有不同的极性，从而改变了MFGM对蛋白质的亲和力，造成了MFGM蛋白质组差异^[11]。

对乳制品均质可使乳中脂肪球粉碎，防止在乳制品贮存期发生脂肪上浮，在保证产品品质的同时更利于人体吸收，同时影响了脂肪球膜蛋白质种类、含量及结合方式，从而影响牛乳及其制品的胶体和功能特性^[12]。Wang等^[13]研究了不同均质条件对巴氏杀菌乳中脂肪球膜蛋白谱的影响，发现均质条件的改变对蛋白质种类无较大影响，但对其含量有一定影响。实验发现在均质处理后部分ADPH、XO和BTN之间的二硫键作用会减弱，在均质压力为40 MPa、预热温度为60 °C时，ADPH、XO、BTN、κ-CN、αs2-CN、Lf、β-lg的结合力最弱，MUC1、BSA、αs1-CN与β-CN的结合力最强，最终确定巴氏杀菌在脂肪稳定性中效果最佳。热处理是乳制品加工的重要环节，在消除腐败菌和潜在致病微生物的同时会对乳品的稳定性与营养成分特性产生显著影响。Yang等^[14]使用非标记蛋白质组学方法绘制了生牛乳、巴氏杀菌乳和超高温灭菌乳的MFGM蛋白质图谱。热处理导致乳蛋白渗入MFGM组分，使得一些MFGM蛋白下调或鉴定不到。与生乳相比，巴氏杀菌乳和超高温灭菌乳中MFGM蛋白种类随热处理强度增加而增加，而生牛乳和巴氏杀菌乳的MFGM蛋白质组成更为相似，这为深入研究热处理对MFGM蛋白组分的影响提供了重要支撑。

MFGM蛋白的组成因哺乳动物的品种而异。Zhao等^[15]在牦牛乳和奶牛乳中鉴定了156种差异蛋白质，对其进行生物信息学分析发现差异蛋白质与脂质代谢和糖代谢有关。牦牛乳MFGM蛋白通过鞘脂信号传导通路的负调控和I-κB/NF-κB信号传导通路，具有明显的降血脂作用，而奶牛乳MFGM蛋白参与了包括糖酵解、糖异生负调控和胰岛素分泌等糖代谢，从而具有提高葡萄糖摄取的作用。母乳、牛乳与羊乳的差异MFGM蛋白质组也有研究，在这三种乳的生乳与巴氏杀菌乳中发现母乳与牛乳中的蛋白质主要与细胞过程相关，而羊乳中参与生物调节的蛋白质占主导地位。巴氏杀菌可以诱导MFGM蛋白的聚集和其与脱脂乳蛋白的相互作用，巴氏杀菌后MFGM蛋白的显著变化与脂质合成、分泌和免疫有关^[16]。MFGM蛋白差异在羊初乳与常乳中研究也有报道。羊乳中的主要脂肪球膜蛋白质包括脂肪酸合酶、黄嘌呤氧化酶、丁菌素、乳黏附素和己糖脂。Lu等在羊初乳和常乳中共鉴定了423种MFGM蛋白，其中189种蛋白质的丰度存在显著差异。山羊初乳MFGM中急性期反应蛋白、脂多糖结合蛋白和蛋白纤连蛋白的丰度显著高于常乳，这些蛋白质有助于新生儿建立抵抗微生物感染的免疫系统^[17]。

参考文献：

[1]夏超,许慧卿.乳清蛋白的功能特性及在可食性膜中的应用[J].中国乳业, 2019(11): 82-84.

[2]Madureira A R, Tavares T, Gomes A M P, et al. Invited review: Physiological properties of bioactive peptides obtained from whey proteins[J]. Journal of Dairy Science, 2010, 93(2): 437-455.

[3]Hussein F A, Chay S Y, Ghanisma S B M. Toxicity study and blood pressure–lowering efficacy of whey protein concentrate hydrolysate in rat models, plus peptide characterization[J]. Journal of Dairy Science, 2020, 103.

[4]LiSS, LiL, ZengQK, et al. Quantitative differences in whey proteins among Murrah, Nili-Ravi and Mediterranean buffaloes using a TMT proteomic approach[J]. Food Chemistry, 2018, 269: 228-235.

[5]Chiaradia E, Valiani A, Tartaglia M, et al. Ovine subclinical mastitis: Proteomic analysis of whey and milk fat globules unveils putative diagnostic biomarkers in milk[J]. Journal of Proteomics, 2013, 83: 144-159.

[6]Alonso-Fauste I, Marta Andrés, María Iturralde, et al. Proteomic characterization by 2-DE in bovine serum and whey from healthy and mastitis affected farm animals[J]. Journal of Proteomics, 2012, 75(10): 3015-3030.

[7]曹雪妍,刘瑛,杨梅,杨宁等.牛初乳和牛常乳乳清N-糖蛋白质的差异分析[J].食品科学, 2019, 40(12): 160-167.

[8]刘婷婷,张国芳,刘丽波.乳脂肪球膜的研究进展[J].乳业科学与技术, 2019, 42(03): 45-50.

[9]Zamora A, Guamis B, Trujillo A J. Protein composition of caprine milk fat globule membrane[J]. Small Ruminant Research, 2009, 82(2): 122-129.

[10]Kvistgaard A S, Pallesen L T, Arias C F, et al. Inhibitory effects of human and bovine milk constituents on rotavirus infections[J]. Journal of Dairy Science, 2004, 87(12): 4088-4096.

[11]Lu J, Argov-Argaman N, Anggrek J, et al. The protein and lipid composition of the membrane of milk fat globules depends on their size[J]. Journal of Dairy Science, 2016, 99: 4726-4738.

[12]陆淳,张列兵,王世杰.不同均质压力处理对UHT灭菌乳在储藏期内脂肪上浮的影响[J].中国乳品工业, 2009(2): 34-36.

[13]Wang Y, Liu M X, Qu X N, et al. Changes in the fat globule membrane protein components of pasteurized milk caused by difffferent homogenization conditions determined using a label-free proteomic approach[J]. LWT, 2019, 115: 108430.

[14]Yang Y X, Zheng N, Zhao X W, et al. Changes in bovine milk fat globule membrane proteins caused by heat procedures using a label-free proteomic approach[J]. Food Research International, 2018, 113: 1-8.

[15]Dewettinck K, Rombaut R, Thienpont N, et al. Nutritional and technological aspects of milk fat globule membrane material[J]. International Dairy Journal, 2008, 18(5): 436-457.

[16]Ma Y, Zhang L N, Wu Y Y, et al. Changes in milk fat globule membrane proteome after pasteurization in human, bovine and caprine species[J]. Food Chemistry, 2019, 279: 209-215.

[17]Lu J, Liu L, Pang X, et al. Comparative proteomics of milk fat globule membrane in goat colostrum and mature milk[J]. Food Chemistry, 2016, 209: 10-16.