SERP

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天然功能性食品添加劑——酪蛋白磷酸肽的研究進展

摘要：酪蛋白磷酸肽(CPPs)是含有成簇的磷酸絲氨酸的生物活性肽，現已證明，

CPPs具有重要生理功能。本文就CPPs的結構、理化性質、制備工藝、檢測方法、

生理功能及應用進行了系統的概述。

關鍵詞：酪蛋白磷酸肽；結構；制備；生理功能；應用

引言

酪蛋白磷酸肽（CainPhosphopePtides，CPPs）是以牛奶酪蛋白為原料，

經過單一或復合蛋白酶的水解，再對水解產物分離純化后得到的含有磷酸絲氨酸

簇的天然生理活性肽[1]。CPPs能促進機體腸粘膜對鈣、鐵、鋅和硒，尤其是鈣

的吸收和利用，被譽為“礦物質載體”。CPPs是目前唯一促進鈣吸收的活性肽，

同時在提高機體免疫力、改善繁殖性能等方面也有重要作用。日本、德國等國家

已把CPPs定為功能性食品，與CPPs相關的研究越來越受到我國科學家和食品工

作者的廣泛關注。

1CPPs的結構

牛乳酪蛋白的主要成分為αs1、αs2、β和κ-酪蛋白，除κ一酪蛋白外，α

和β一酪蛋白都具有成簇存在的磷酸絲氨酸殘基(Ser一P)。酪蛋白經體外酶水

解后，產生CPPs，CPPs的核心部位是由3個磷酸絲氨酸殘基組成的一個一Ser(P)

一殘基簇，后面緊接著2個一Glu一殘基，即一rP一SerP一SerP一Glu一

Glu一，現已證明這個結構是發揮其生物活性必不可少的。

Hiroshil等1974年用動物實驗表明，酪蛋白可在動物體內形成CPPs，并確

定其結構為rP一rP-SerP一Glu一Ile一Pro一Asn。1996年Nieholasf

習等用胰蛋白酶水解酪蛋白，得到包含有一SerP一SerP一SerP-Glu一Glu一

序列的CPPs，從而得知了CPPs實際上是一類含有磷酸絲氨酸和谷氨酸的短肽，

其產品分子量不均一[2]。

2CPPs的理化性質

2.1溶解性CPPs產品具有良好的溶解性，其pH值為2.0～10.0，其溶解性除

在pH值4.0約為90%外，其他均高于90%，且溶解性隨pH值的增高而增大。

2.2起泡性CPPs產品較酪蛋白具有更好的起泡性和泡沫穩定性。

2.3乳化力CPPs產品乳化力較好。但與酪蛋白相比有所下降。同時，CPPs產

品的乳化性和乳化穩定性與酪蛋白相比，分別下降了2.89%和1.45倍。

2.4熱穩定性在CPPs產品加工時可以進行有效的殺菌處理，在100℃30min

條件下殺菌不會使產品外觀改變。CPPs作為鈣、鐵吸收促進劑，Ca2+的存在不會

影響產品的色澤[3］。

3CPPs的制備工藝

在Hannu等［4］的一項研究中總結了制備生物活性肽(包括CPPs)的途徑主

要有以下3種:一是在體內通過消化酶的水解，二是用有蛋白水解性的微生物發

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酵劑進行發酵乳類，三是利用蛋白酶的水解。除了以上幾種酶水解的方法外，

重組DNA技術也可以用來制得人類所需要的肽段或其前體，某研究者于1999年

成功地從Escherichiacolt中表達重組了人類的αS1-酪蛋白，并分離純化了它。

傳統的工業生產CPPs一般以酪蛋白或牛奶為原料,用蛋白酶水解,使CPPs

游離,用離子交換法或酶法脫除苦味成分,制備低純度產品。高純度產品可采用

膜分離、離子交換法、反向高效液相色譜法等手段進行精制。近年來發展起一種

制備CPPs的方法是微生物發酵法,即直接利用微生物發酵過程中產生的蛋白酶

(復合)降解蛋白質,可達到較高的水解度,從而相對地降低酶法生產活性肽的成

本[5]。

目前一般采用具專一性蛋白酶如胰蛋白酶,胃蛋白酶-胰蛋白酶,凝乳酶-胰

蛋白酶,堿性蛋白酶等水解酪蛋白制取CPP。CPP的分離方法有鈣-乙醇沉淀法、

膜分離法、離子交換法等。常用的方法為鈣-乙醇沉淀法,工藝流程見圖1[6]:

4CPPs的檢測方法

目前，CPPs的檢測通常采用反相高效液相色譜法(RP-HPLC法)或高效液相

毛細管區帶電泳法(HPEC)進行分離，并結合末端氨基酸分析技術以確定各種磷

酸肽的一級結構。Le-mieux［7］將分子篩色譜與反相HPLC聯用，成功分離并鑒

定多種CPPs。通過鉬藍比色法等可測定CPPs中磷酸基團的含量。Miquel等

［8］采用RP-HPLC-ESI-MS/MS第1次成功地分離出12種CPPs。

我國分離技術較為落后，龐廣昌等［9］對直接定磷法，SDS-聚丙烯酰胺凝

膠電泳(SDS-PAGE)法，聚丙烯酰胺等電聚焦電泳(IFE)法進行比較，這3種

方法均可對CPPs進行定量測定，分別適用于產量測定、組分測定和較精確測定。

2002年周杏琴等［10］用反相C18液相制備色譜柱，經過2次不同梯度的洗脫，

得到了4種不同組分的CPPs。這些方法都需要昂貴的儀器和藥品，且要求較高

的操作技術，因此，CPPs檢測方法的簡化仍需要進一步研究。

5CPPs的生理功能及作用機理

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5.1促進腸道對礦物元素的吸收和利用

早在20世紀40年代Mellander等首次從酪蛋白的胰蛋白酶水解產物分離到

磷酸肽，并證明這些肽的鈣鹽在生理pH值下具有非常好的溶解性，無論正常嬰

兒還是佝僂病患兒，對CPPs形式的鈣比對自然條件下的鈣都能更好地利用。研

究發現CPPs可增加鈣的生物利用率，在缺乏維生素D情況下，患有佝僂病小孩

服用酪蛋白經胰蛋白酶消化的產物可強化骨骼鈣化[5]。動物實驗證明，CPPs可

在中性或偏堿性條件下阻止鈣的沉淀，從而促進鈣在小腸中吸收。

CPPs雖可抑制磷酸鈣形成沉淀，卻不能使已形成磷酸鈣溶解，CPPs的結構，

特別是其分子內親水和疏水氨基酸的排布決定了它在磷酸鈣晶體增長中是一個

重要的調節因子。此外CPPs還可促進鐵、錳、鋅、硒等吸收[11]。

CPPs促進礦物質吸收的機制是:CPPs帶有較多負電荷，既可以抵抗消化道

中各種酶的水解，又可以通過Ser-P與Ca、Fe等離子螫合形成可溶物，從而

有效地防止溶解的金屬離子在小腸中性或偏堿環境中與PO

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3－結合形成磷酸鹽

沉淀。同時，CPPs還可以有效地增加礦物質在體內的滯留時間，最終由于礦物

質離子濃度的提高而促進礦物質的被動吸收[12]。

5.2防齲齒,促進牙齒、骨骼中鈣的沉積和鈣化

一般認為，酪蛋白磷酸肽促進鈣沉積和骨骼、牙齒鈣化的原因是它在提高

鈣吸收、利用的同時，減少了破骨細胞的作用，抑制了骨的再吸收[13]。

牙釉質表層的脫礦和再礦化是一個動態變化的過程。研究表明，酪蛋白磷酸

肽具有明顯的抗蛀牙功能，可用于防止和治療牙結石。酪蛋白磷酸肽在溶液中能

與鈣磷結合成復合體，即酪蛋白磷酸肽鈣磷復合體。它是可溶性復合物，附著在

齲齒損壞處，維持高水平的鈣離子濃度，促使鈣離子進入齲損區，促進早期齲損

再礦化，從而有效地防止牙蝕細菌的侵蝕，達到抗齲齒的作用［14］。

Cross等[15]研究證明早期牙釉質損傷的修復是源于酪蛋白磷酸肽（CPP）

與無定形磷酸鈣（ACP）形成的穩定復合物。CPP形成磷酸鈣運載工具，這阻止

了牙釉質去礦化并促進了再礦化。

Yamaguchi等[16]通過超聲波脈沖在不破壞情況下測定牙釉質結構的去礦化

和再礦化，得出結論高濃度CPP–ACP中含有的無機成分可增強牙釉質的再礦化。

目前，用酪蛋白磷酸肽制成的抗齲齒添加劑是唯一不同于氟化物的添加劑。

5.3促進受精能力，提高繁殖性能

關于CPP促進受精能力,提高繁殖性能的報道較少。Nagai等(1994)報道,CPP

能提高精子和卵細胞的受精率。他們發現,含CPP培養液中的精子明顯比其他組

具有更高的穿透卵細胞的能力,進一步試驗發現,這些精子對鈣的吸收能力強于

對照組。此外,CPP還能減少精子的變異程度而使胚胎發育更加穩定。姜毓君等

(2004)研究表明,重組β-CPP二聚體能使家兔精子細胞內的游離Ca2+濃度明顯

升高(P<0.01),表明重組β-CPP二聚體和天然CPP一樣,均可起到促進精子細胞

對Ca2+吸收的作用；而且與陰性對照組相比,重組β-CPP二聚體升高精子細胞內

的游離Ca2+濃度的作用較天然蛋白更為明顯(P<0.01對P<0.05)。同時得出,初

步純化的表達產物與陰性對照相比,對家兔精子細胞表現出差異極顯著的促進

Ca2+吸收的作用,而精子細胞內Ca2+水平的提高將大大提高精子細胞的獲能作

用,從而加強精子細胞穿透卵細胞的能力,利于精卵細胞結合,促進受精過程[17]。

5.4增強動物機體免疫力

CPPs結構中起免疫調節作用的部位是含有3個氨基酸殘基的小肽且N端和C

端分別是一個磷酸絲氨酸殘基，即SerP-X-SerP結構。Ca2+是觸發淋巴細胞增殖

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反應的第一信號，Ca2+載體A23187對淋巴細胞增殖具有絲裂原作用。CPPs通過

SerPCa2+形成復合物阻止磷酸鈣沉淀的產生從而促進Ca2+的吸收，達到促進動物

免疫機能的作用[18]。

CPPs還通過調節淋巴細胞因子的水平來調節動物免疫功能。

5.5細胞凋亡誘導作用

Cpps促腫瘤細胞凋亡的作用已經在人腸上皮腺瘤細胞HT-29細胞、

Caco2細胞、白血病細胞HL-60以及神經膠質瘤細胞PC12等細胞模型中得到證

明。上述腫瘤細胞可以被β-Cpps觸發凋亡。Cpps誘導了惡性腫瘤細胞凋亡卻

未對非惡性細胞(如CHO細胞和脾細胞)起到同樣的作用,提示其具有潛在的藥

理學意義。因此,細胞凋亡誘導肽可能成為潛在的抗癌藥物[19]。

6CPPs的應用

6.1CPPs在食品工業上的應用

酪蛋白磷酸肽是作為吸收促進劑用于開發制造鈣、鐵功能食品的關鍵性原料，

也是迄今為止唯一成功應用于功能性食品的生理活性肽。目前，在國外市場上已

有含酪蛋白磷酸肽的許多適用于兒童老人、孕婦等不同人群的各種保健食品，諸

如糖果、飲料、餅干、奶酪制品、甜點、畜肉制品、各種乳制品等。酪蛋白磷酸

肽在日本、澳大利亞、東南亞、歐洲等國家和地區已廣泛應用于鈣強化乳制品、

果汁飲料、蛋白飲料和速溶飲品、運動食品、糖果營養素補充劑，以及防齲齒

的口香糖中[20]。

6.2??Cpps在藥物中的應用??

由于CPPs是從天然蛋白中提取的多肽,具有致敏性小、無細胞毒性、安

全可靠的優點,因此充分運用這些特點,可用于對佝僂病,牙科病和骨質疏松癥

等疾病的治療；制成抗蛀牙牙膏,漱口液或含片等,還制成可促進動物體外受精

和細胞融合的生化制劑等[21]。

6.3CPPs在動物生產上的應用

CPPs在動物生產上主要是作為一種功能性的飼料添加劑使用。添加到日糧

中促進動物對礦物質離子的吸收利用。Ashida等人(1996)試驗表明，在低鈣日

糧中添加0.5%-1.0%的CPPs可提高蛋雞的蛋殼強度，降低破蛋率，增強機體的

體質，減少腿病的發生。在種豬日糧中添加CPPs能顯著提高卵細胞的受精率，

提高種畜繁殖性能。對懷孕母畜及種用家畜，還可防止其他常量微量礦物元素的

缺乏。在仔豬日糧中添加CPPs可促進鐵的吸收，防止營養性缺鐵貧血，并能顯

著提高仔豬血清中特異性IgA、IgM、IgG的含量，從而增強仔豬的免疫力[22]。

7結束語

隨著生活水平的不斷提高,人類鈣營養素不足的問題日益受到廣泛的關注。

目前,國外已將CPPs應用于兒童咖喱飯、飲料、口香糖等食品和保健品中。

對兒童缺鈣、老年人骨質疏松、不育癥的治療和牙齒保健方面的研究和應用也

在進行之中。還有人研究了酪蛋白、脫脂乳蛋白和CPPs的致敏反應,發現

CPPs的致敏性很小,表明它能夠適用于對牛奶過敏的體質。

由于我國民眾膳食組成以植物性食物為主,其中含有大量的影響鈣、鐵、

鋅吸收因子,如植酸、草酸、纖維素等,沒有大量消費乳制品的習慣,缺鈣尤

為嚴重。目前,我國從兒童到中老年人各年齡組的人群,普遍存在缺鈣問題。

CPPs不僅可促進鈣的吸收,對鐵、鋅的吸收利用也有良好的促進效果,且CPPs

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來源于牛乳蛋白質,具有不良反應小、安全可靠的優點,即使超量服用也不會

對人體產生任何毒副作用,這更使得CPPs在營養強化食品和保健食品中的應用

備受矚目。因此開發添加CPPs的營養食品和保健品,能真正達到有效補充人體

缺乏的礦物質的目的,滿足人們的營養需求[23]。

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