[科普中國]-酪蛋白膠粒

酪蛋白膠粒

牛乳中蛋白質(zhì)含量為3.0%-3.7%，其中約80%為酪蛋白（casein），20%為乳清蛋白。酪蛋白膠束是幾種含磷蛋白質(zhì)交聯(lián)形成的復(fù)合體，酪蛋白含有4種蛋白組分：αs1-酪蛋白（αs1-casein）、αs2-酪蛋白（αs2-casein）、β-酪蛋白（β-casein）、κ-酪蛋白（κ-casein），在20℃，pH4.6時(shí)酪蛋白沉淀。乳清蛋白的主要成分是β-乳球蛋白（β-lactoglobulin，β-LG）和α-乳白蛋白（α-lactalbumin，α-LA）、牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）、免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）、乳鐵蛋白（lactoferrin，Lf）等。牛奶經(jīng)過UHT處理后，乳中的蛋白質(zhì)成分基本不發(fā)生變化，只是有大約56-72%的乳清蛋白發(fā)生變性（金世琳，1999）1。

αs1-酪蛋白分子中存在多個(gè)疏水性殘基的區(qū)域和有O-絲氨酸磷酸化形成的帶負(fù)電荷基團(tuán)的簇狀結(jié)構(gòu)，每摩爾分子中含有8-9個(gè)磷酸化的殘基，αs1-酪蛋白為鈣敏感性蛋白質(zhì)。αs2-酪蛋白在所有酪蛋白中親水性最強(qiáng)，其結(jié)構(gòu)中有3簇帶負(fù)電的磷酸絲氨酸、谷氨酸殘基，僅有兩個(gè)區(qū)域相對(duì)疏水，αs2-酪蛋白是4種不同蛋白質(zhì)的混合物，它們分子中含有的磷酸化殘基數(shù)不同，每摩爾蛋白分別含有10個(gè)、11個(gè)、12個(gè)或13個(gè)磷酸化殘基，αs2-酪蛋白的荷電區(qū)域位于8-12位和56-61位殘基處。β-酪蛋白是所有酪蛋白中最疏水的，含有負(fù)電荷磷酸化絲氨酸簇的N端和非常疏水的C端可以清晰區(qū)分開來，β-酪蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)是緊密排列的折疊結(jié)構(gòu)，其中氨基酸的極性基團(tuán)位于外層表面并且被水化，內(nèi)部的疏水區(qū)域由非極性氨基酸構(gòu)成。κ-酪蛋白對(duì)鈣離子不敏感，與鈣敏性酪蛋白相比最大的不同點(diǎn)在于只有一個(gè)磷酸絲氨酸殘基，沒有蘇氨酸糖苷化殘基。κ-酪蛋白含有約1-105的強(qiáng)疏水性N端和一個(gè)極性C端，凝乳酶水解105-106殘基之間的肽鍵形成副酪蛋白。

酪蛋白膠粒模型在牛乳中，95%的酪蛋白以膠粒（caseinmicelle）形式存在，其直徑約為40~300nm。目前，廣泛接受酪蛋白膠粒的模型有三種：分別為亞膠粒模型（submicelle model）、Holt模型（Holt model）和雙結(jié)合模型（dual-binding model）。

亞膠粒模型酪蛋白結(jié)構(gòu)的亞膠粒模型于1967年由Morr提出，這一模型的主要觀點(diǎn)是：①酪蛋白膠粒是由許多亞膠粒（sub-micelle）構(gòu)成的，膠體磷酸鈣（colloidal calcium phosphate，CCP）對(duì)亞膠粒和膠粒的形成起關(guān)鍵作用；②構(gòu)成酪蛋白膠粒的亞膠粒有兩類，一類為不含κ-casein的亞膠粒，集中于膠粒內(nèi)部，另一類為富含κ-casein的亞膠粒，聚集于膠粒的表面；③膠粒表面為κ-casein層（也有一些as1-casein、as2-casein和β-casein）。親水性的κ-caseinC-末端突出表面，形成一個(gè)5-l0mm厚的毛發(fā)樣層。毛發(fā)層對(duì)膠粒起著穩(wěn)定作用，當(dāng)除去毛發(fā)層后（凝乳酶處理）或毛發(fā)層塌陷后（如乙醇處理），膠粒的穩(wěn)定性被破壞，進(jìn)而發(fā)生凝固或沉淀。

Holt模型由Holt等（1998，2003）提出，在該模型中，酪蛋白膠粒是由酪蛋白分子纏結(jié)在一起，形成一個(gè)網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)。在這一結(jié)構(gòu)中，膠體磷酸鈣微簇（colloidal calcium phosphate nanoclusters）對(duì)膠粒結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用，它與鈣敏性酪蛋白中的磷酸絲氨酸簇結(jié)合在一起，形成內(nèi)部完整的結(jié)構(gòu)；膠粒的表面是κ-casein突出的C-末端，形成毛發(fā)層。

雙結(jié)合模型由Home1998年在Holt基礎(chǔ)上提出的。在雙結(jié)合模型中，膠粒的集結(jié)和生長是通過聚合過程（polymerization）實(shí)現(xiàn)的。這種模型最終聚合的結(jié)果也是在酪蛋白膠粒表面形成κ-casein層。

這三個(gè)模型的共同點(diǎn)是表層都為κ-asein，κ-casein含有169個(gè)氨基酸殘基，在phe（105）-met（106）位點(diǎn)易受凝乳酶（chymosin）和一些細(xì)菌蛋白酶作用，產(chǎn)生para-κ-casein。κ-casein是乳中一些細(xì)菌蛋白酶作用的主要底物，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)影響著蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的水解方式。N端部分，含有2個(gè)半胱氨酸殘基，不溶于水，可形成凝乳，這與干酪的生產(chǎn)原理有關(guān)；C端部分溶于水，含有糖和磷酸基團(tuán)，可產(chǎn)生酪蛋白巨肽（caseinmacropeptide），也稱糖巨肽（glycomacropeptide）。κ-casein含有2個(gè)巰基（-SH），受熱可形成二硫鍵（-S-S-），可與β-乳球蛋白分子變性后游離的巰基發(fā)生反應(yīng)。這與乳清蛋白熱變性對(duì)酸奶和干酪品質(zhì)的影響有關(guān)。κ-casein很大程度上是以二硫鍵結(jié)合的聚合物形式存在。另外，κ-casein可與其自身或其他酪蛋白形成氫鍵和疏水鍵2。