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酪蛋白（高营养价值的全价蛋白质）

次浏览 | 更新时间：2023-05-23

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酪蛋白

高营养价值的全价蛋白质

酪蛋白（英文名：Caseins）是一类富含磷和钙的蛋白质，哺乳动物奶中最主要的蛋白质，约占牛奶蛋白质的80%，宏观上是以胶束的形式存在。在常温常压下为白色固体或淡黄色粉末，无任何异味，溶于水后形成胶束。酪蛋白主要是由结构性质上相似的四种酪蛋白蛋白质组成，分别为

，溶于水后以胶束形式存在。酪蛋白中含有人体必须的8种氨基酸，是一种全价蛋白质，具有高营养价值。酪蛋白是从牛乳中通过酸法、酶法、酸热结合法等方法制备，通过沉淀分离、沉析分离等方法可以进一步分离酪蛋白中的四种蛋白质。酪蛋白因其高营养价值和独特的理化性质在食品工业，生物医药工业，制革工业等均有广泛的应用。

基本信息

中文名

酪蛋白

英文名

Caseins

别名

牛奶蛋白

拼音

Lào dàn bái

CAS编号

9000-71-9

物理性质

外观

白色固体或淡黄色粉末

气味

无臭味

结构与组成

酪蛋白主要包括一类含磷且结构近似的蛋白质构成，包括

溶于水形成酪蛋白胶束，这四种组分的一级结构都得到了确认。

酪蛋白组成成分及相对性质

α_s1-酪蛋白

于1974年完成一级结构的测试，由199个氨基酸组成，是酪蛋白的主要组成，约50%。

上具有8个磷酸根离子，而这8个磷酸根离子分布的区域也是该蛋白的亲水区。除此之外，还含有3个很强的疏水区。

α_s2-酪蛋白

由207个氨基酸组成，电荷量也是四种蛋白质组分中最高的，也是磷酸化程度最高的。

具有2两个高度磷酸化的区域，相对的，疏水区域只有2个，因此是最亲水的酪蛋白。

β-酪蛋白

含有209个氨基酸，其含量仅次于

。

含有5个磷酸根离子，是四种酪蛋白中最疏水的。

的形态受温度影响较大，在低温下以单分子存在，在室温下以胶束存在。

κ-酪蛋白

由169个氨基酸组成，结构上与其他酪蛋白相差较大。

可以稳定其他三种酪蛋白，

也可以和其他酪蛋白形成复合物。

酪蛋白胶束结构

酪蛋白分子上存在亲水基、疏水基、电离化基团等，因而大多是以胶束形式存在，胶束是以蛋白质为主体，还包含部分小分子物质如磷酸钙等，共同构成了酪蛋白胶粒。

“套核”模型

1965年首次提出的一种酪蛋白模型。在这个模型的假设下，胶核是

和

组合而成，

组成外表面的套。

内部结构模型

内部结构模型认为

是一段一段相连聚合而成，

则结合在

聚合物上，而

则定向于胶体界面。聚合物和聚合物之间通过小分子物质磷酸钙相互连接。

亚单元模型

亚单元模型认为，酪蛋白胶体是由不同组成的亚单元构成，亚单元包含

，

和

。各个亚单元表面的疏水区相互结合，亲水区暴露。

但是，磷酸钙等小分子物质对胶体的形成具有重要的影响。因此，亚单元模型经过几次修正，认为各个亚单元之间通过磷酸钙相连，并且

通过与周围溶剂作用稳定酪蛋白的空间结构。

理化性质

酪蛋白为白色固体或淡黄色粉末，无异味。酪蛋白是一类具有相似结构的蛋白质，主要包括

等，分子量分别为23600，25150，24000，19000。酪蛋白的平均等电点是4.7。

溶解性

酪蛋白在3.5~4.5的pH时，溶解性很差，pH在5.5以上时，酪蛋白可以溶解90%。

乳化性能

酪蛋白胶束主要是由四种蛋白质构成，每个蛋白质都具有不同的亲水性和疏水性的氨基酸片段组成且集中分布在肽链上，因此具有独特的亲水、亲油特性，是良好的表面活性剂因此可以作为啤酒和苹果汁的乳化试剂。

热稳定性

大多数蛋白质受热会破坏蛋白质的三级结构而变性，而酪蛋白加热到130摄氏度以上才会破坏，因此酪蛋白能够在120度下高温灭菌而不破坏其功能。

生理功能

幼小哺乳动物主要依靠乳汁维持生存，乳汁中最主要的成分是酪蛋白，酪蛋白能为机体提供丰富的氨基酸，同时酪蛋白经过单一蛋白酶或复合蛋白酶的水解后，得到天然生物活性的肽片段。生物活性肽，是具有一定生理功能的多肽化合物。

这些生物活性肽包括免疫活性肽、抗血栓活性肽、矿质元素结合肽、酪蛋白糖巨肽等，对人类有丰富的营养价值。免疫活性肽具有多方面的生理功能，它不仅能在免疫调节中增强机体的免疫力，还能刺激淋巴细胞和巨噬细胞，提高机体对外界病原物质的抵抗能力。抗血栓活性肽能抑制ADP激活的血小板聚合作用，同时还能抑制人血纤维蛋白原与血小板的结合。矿质元素结合肽在体内能与多种矿质元素结合，可以充当很多矿质元素的载体，促进小肠对矿质元素的吸收。酪蛋白糖巨肽可调节免疫系统，对伤寒沙门氏菌脂多糖引起的老鼠脾细胞增殖有抑制作用，对激素免疫系统有向上调节的作用。除此之外还能够抑制胃液分泌，促进双歧杆菌生长，抑制流感病毒红细胞凝集素。

制备方法

工业上从牛奶中分离酪蛋白组分的分离方法较多主要有主要包括沉淀分离、层析分离、膜分离以及酶法分离等。主要制备过程如下图所示。将牛奶和缓冲液预加热，之后不断进行搅拌均匀，将悬浮液冷至室温，离心。弃上清，得酪蛋白粗制品。之后用蒸馏水洗沉淀多次，再次离心，弃上清同时过滤。用乙醇-乙醚混合液洗沉淀，最后用无水乙醚洗沉淀，干燥后得到酪蛋白。

沉淀分离

沉淀分离法是最常用的分离方法，这种方法依据酪蛋白在不同溶液的理化性质，如溶解度、温度、离子强度等实现分离。这种技术可以更好地理解酪蛋白的结构和功能。经过发展，沉淀分离酪蛋白的方法已经有使用尿素溶液、氯化钙溶液、尿素-硫酸溶液、乙醇-硫酸铵溶液等溶液。

根据酪蛋白在各浓度的尿素溶液中表现出的显著溶解度差异，实现了不同组分的酪蛋白不完全分离。

但是仅仅通过这个方法实现的分离效果较差，根据酪蛋白的四种组分不同的疏水性可以通过改变温度影响其溶解度进而实现分离效果。而在低温下，部分酪蛋白在等电点也能溶解，因此可以通过多次酸沉酪蛋白，再加热到30摄氏度，最终分离出酪蛋白组分。

同时不同的酪蛋白含有的磷酸基团不同，因而对钙离子的敏感程度不同，也可以先在尿素中沉淀后，加入适量的钙离子，对酪蛋白进行进一步的沉淀分离。。

以酸沉酪蛋白为原料，利用其能够溶于含TCA的尿素溶液的特性，能够将它与其他的酪蛋白成分分离出来。通过结合多种沉淀技术，研究者们已经成功地分离和纯化了数种酪蛋白组分。

另外也可以结合等电点沉淀与尿素沉淀分离出酪蛋白。对尿素沉淀方法进行了改进，从而获得了更纯净的$$β$$-酪蛋白。在低温条件下通过调节pH值和离子浓度，成功地制备出了富含

的溶液。

是一种独特的酪蛋白组分，它含有糖基成分，并且在含有TCA的尿素溶液中表现出良好的溶解性。

同时也有一种新的沉淀分离酪蛋白的方法，是根据酪蛋白在不同pH值、离子强度和温度条件下的溶解度来进行分级。这项技术已经被用于50%乙醇溶液中，并且已经被证明是有效的。

层析分离

层析分离法不同于沉淀分离法，该方法利用各组分的理化性质的差异，其分离原理是利用不同组分在流动相中的溶解度不同，因此受到的力不同，速度也就不同从而实现分离，根据所用的方法可以分为离子交换层析法、疏水层析法、吸附层析法、凝胶过滤法、共价层析法、亲和层析法等等。这些技术可以确定是否分离。

离子交换层析

离子交换层析主要分为阳离子交换层析和阴离子交换层析是两种常用的分析方法，在此，阴离子交换层析在实际应用中更为普遍。阴离子交换层析法可以使用DEAE-纤维素和咪唑-盐酸缓冲溶液，该方法结合尿素了和巯基乙醇，可以有效地分离了不同的酪蛋白组分。也可以在该方法上改进，使用两种中性缓冲溶液，这两种缓冲液分别含有尿素与巯基乙醇。在提高分离的性能上也可以添加氯化钠进行梯度洗脱，添加了氯化钠可以明显提高流速性能。

由于酪蛋白具有酸性等电点，因此在使用阳离子交换层析时，需要添加高浓度的尿素来提高洗脱时的背景压力。然而，这种方法并不常见。可以使用快速蛋白质液相层析技术，成功分离和半制备了酪蛋白组分。

疏水层析

疏水层析的原理类似于反相层析，其通过测量物质在盐-水体系中的疏水性差异，进而实现分离。

可以利用苯基键合疏水色谱柱，可以实现对牛奶中的蛋白质进行分离。将该样品在硫氰酸胍溶液中处理，并在短时间内从高盐浓度缓冲液线性降低到低盐缓冲液状态。通过这种方法，能够实现多种不同的蛋白的分离。

吸附层析

羟基磷灰石吸附层析是一种广泛应用于分离领域的技术，它能够有效地提取物质中的有机物质。羟基磷灰石表面的钙离子能够与蛋白质中的负电荷结合，而磷酸基团则能够与正电荷结合，这两种结合方式都可以在化学反应中发挥作用。显然，这种分离方式取决于蛋白质的电荷状态。使用了羟基磷灰石作为洗脱剂，并通过pH=6的尿素溶液进行处理。

的磷酸基团含量较少，因此它与羟基磷灰石的结合能力较弱，容易被洗脱。相反，

和

会被保留在柱中，并且可以通过使用磷酸缓冲液梯度洗脱来分离它们。

凝胶过滤层析

凝胶过滤层析通过测量样品中各组分分子量的差异，从而实现分离。在未添加还原剂的情况下，使用以

键相连形成的聚合体，能够分离出与其他酪蛋白组分分子量不同的物质。此聚合体具有相对较大的分子量，因此能够在外水体积中被洗脱并分离。通过这种方法，能够地分离出了各酪蛋白组分。在对此方法进行改进后，使用了磷酸盐作为洗脱缓冲液，对酪蛋白进行凝胶柱层析。这样不仅能够避免SDS洗脱后除去它的困难，还可以提高洗脱流速。

共价层析

通过在层析介质中形成共价键，共价层析技术可以有效地将物质分离。其中的一种共价层析方法是利用硫醇-Sepharose4Β进行共价层析。硫醇-Sephrose4Β中含有2-嘧啶二硫基团，它能够与半胱氨酸结合，并将其吸附到柱子上。相反，

不含半胱氨酸，因此会被洗脱掉。通过使用这种方法，可以有效地分离山羊酪蛋白中的半胱氨酸残留物，并解决其他类似问题

亲和层析

亲和层析利用生物大分子与某些物质之间的特殊结合，以此来研究物质的结构和性质。例如，

是一种独特的酪蛋白组分，它含有糖基成分。通过亲和层析技术对马酪蛋白进行了研究后发现，该技术利用了糖基与含麦胚凝集素的层析介质发生的特异性结合，将马酪蛋白牢牢吸附在柱上。在此之后，通过使用N-乙酰氨基葡萄糖的缓冲液，可以将

洗脱出来，如此便实现了与其他酪蛋白成分的分离。

酶法分离

酪蛋白胶束稳定的关键因素是

的稳定作用，它能够有效防止酪蛋白胶束的凝聚。因此，通过使用酶可以特异性水解

，从而使其失去保护作用，使得各蛋白能够被分离。

膜分离

未受热时以单体形式存在，但随着温度的升高它会逐渐变成聚合物。这种聚合物与原胶束的直径存在明显差异，因此可以利用这种直径差异来使用膜分离技术进行分离。膜技术主要方法包括超滤、微滤和亲和膜过滤。

其它分离方法

如浊点萃取法是一种新兴的液-液萃取技术，它能够有效地提取物质中的悬浮物，同时不会对环境造成污染。这种技术已经被广泛应用于各种领域，并取得了良好的效果

应用领域

食品工业

酪蛋白是牛乳中含量最高的蛋白质，是高营养的全价蛋白质，它不仅能够提供营养物质而且还可以促进钙磷的吸收。酪蛋白可以增加肉制品的风味，保证营养的同时调节口味，是良好的添加物。在烘焙食品中也可以加入酪蛋白及酪蛋白产品增加营养。牛奶中含有一种蛋白叫酪蛋白。当牛奶中的酪蛋白与醋混合在一起时，就会凝结。在牛奶中形成的块状物就是凝乳，即为奶酪。

生物医药工业

酪蛋白及其加工产品不仅具有丰富的营养成分，还是生物活性肽的重要来源。生物活性肽是一类具有独特药理和生理作用的化合物，它们能够在许多不同的领域发挥重要作用。它通常存在于蛋白质的长链分子中，但是当它被适当的蛋白酶水解后，它的活性会迅速释放。酪蛋白是研究最多的活性肽来源之一，其他来源的活性肽也受到了广泛关注。通过使用不同类型的蛋白酶，可以从酪蛋白中提取出大量的生物活性肽。从酪蛋白中已经发现了数十种具备各种重要生理功能的活性肽。这些活性肽及其生理功能的发现为研发功能性食品和新药提供了新资源。

制革工业

在制革中，酪蛋白也是应用最广泛的成膜剂之一，其长期以来，在制革工业中，特别是在皮革涂饰方面，都占有极其重要的地位。在全粒面革与苯胺革的熨平涂饰和打光涂饰中它都发挥着尤其重要的作用。酪蛋白成膜剂粘着力很强，与革面所形成的涂层具有牢固透亮、粒纹清晰、真皮感强、耐高温的优点，并且可以保持天然皮革的透水性与透气性。但其缺点在于涂层容易发硬、较易泛黄、不耐湿擦、延展性较差、有时易产生裂浆等。除此之外，因为酪蛋白光亮剂以水为介质，在使用上安全方便，所以在高档皮革的制造中有难以撼动的地位。

造纸和木材加工领域

酪蛋白胶同时还是一种新型的环保高分子粘合剂，它没有浓烈的气味和毒性、有强黏结力、能快速固化、初粘性很高等特点。目前酪蛋白粘合剂主要有三类：无石灰酪蛋白胶、酪蛋白共混胶、耐水酪蛋白-石灰胶。对于第一种基本用于铝箔纸的层压、标签糊与其他纸类和非纸材的粘接。而后两类则主要应用于木材加工行业。而且在受力较大的木制结构中，酪蛋白胶更是大受使用。

建筑领域

在乳胶漆、床上用品、自流平水泥的制作中，酪蛋白是不可或缺的材料。用碱中和酪蛋白之后，能得到酪蛋白金属盐，它有非常多的优点，应用范围十分广泛。它们是水溶性酪蛋白涂料的主要化学成分，具备生物降解塑料的优质环保性能。从某种角度来说，对于追求天然产品和可生物降解特性的商家和消费者来说，酪蛋白产品是一种很好的品质选择。此外，酪蛋白还可用来充当自流平水泥作床层。装修过程中，酪蛋白可以获得水平的金属表面。同时有多种酪蛋白所需的材料，其还具备优良的自愈物理性能，在所需材料上钻孔后，因为酪蛋白的作用，孔以最快的速度闭合，并逐渐形成光滑平整的金属表面。几十年来，这种独特的品质和性能使酪蛋白成为建筑领域各方面性价比最高的产品。

纺织领域

再生蛋白纤维Chinon是目前世界上唯一工业化开发的酪蛋白植物纤维。这是继第二代化纤之后的新型高效第四代植物纤维。它的强度高于棉、丝，现在已经接近涤纶纤维，特别是吸水后，仍保持很高的强度，湿强度甚至比天然纤维高很多，并且在防霉、防蛀质量和性能方面也优于涤纶纤维。此外，它还具备很强的天然植物杀菌抑菌功能。

其它方面

凝乳酶干酪素与甲醛溶液聚合得到一种暗红色或淡黄色，几乎透明到不透明的高分子化合物，这就是酪蛋白塑料。其外型酷似象牙，使其常被用作高档建筑装饰材料。此外，用酪蛋白做拉链头在中国古代也有悠久的历史。以光滑性、亮丽、手感饱满而著称。酪蛋白塑料还能够用来代替牛角等天然植物所需的材料，常用于制作刀鞘、手缝线、市政自来水笔、金属针扣等生活用品。

安全事宜

过敏反应

酪蛋白作为全价蛋白质，但同时酪蛋白也是牛奶主要的过敏原，可能会对一部分的人造成过敏反应，对儿童的健康影响较大。牛奶引起的过敏有四种类型，分别为Ⅰ型超敏反应、Ⅱ型过敏反应、Ⅲ型过敏反应、Ⅳ型过敏反应。可以通过加热处理降低蛋白质的致敏性、通过水解破坏蛋白质的三维结构降低致敏性、也可以通过发酵等方式降低致敏性同时引入益生菌。

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