东北农业大学姜毓君教授课题组：不同杀菌工艺产生的乳清蛋白和乳糖含量的变化：对糖基化程度和乳清蛋白结构的影响
学科团队：食品安全品质与营养健康团队
期刊名称：Food Bioscience
中科院分区：中科院一区
影响因子：4.8
研究背景
早产儿是指胎龄超过28周但小于37周出生的婴儿，出生后1小时内体重低于2500克的婴儿称为低出生体重。由于妊娠早期，早产儿无法储存足够的营养，因此他们需要比正常婴儿更多的营养来满足他们的需求并以与足月婴儿相同的速度生长。早产/低出生体重婴儿配方奶粉是为其配制的特定婴儿配方奶粉。乳清蛋白和乳糖是该配方中蛋白质和碳水化合物的主要来源，都容易受到热处理过程中发生的代谢反应的影响。然而，缺乏关于配方奶粉-工艺技术综合系统对早产儿/低出生体重儿配方奶粉稳定性影响的研究。
研究内容和方法
为研究乳糖与乳清蛋白之间的相互作用，将两个对照组和五种不同乳清蛋白与乳糖的比例（0:1、1:0、1:2.5、1:3.0、1:3.5、1:4.0和1:4.5）灭菌在不同条件下巴氏杀菌处理（A：68°C，20min，B：72°C，15min）和包装后灭菌（C：121°C，10min和D：121°C，15min）。通过观察糖基化的宏观现象、褐变程度、高级美拉德产物的荧光和可溶性色氨酸（FAST）指数、游离氨基含量以及美拉德副产物 5-羟甲基糠醛 （HMF）和 Nε-羧甲基赖氨酸（CML）的含量，表征不同杀菌工艺下不同比例的乳清蛋白-乳糖溶液体系的美拉德反应程度条件。随后，采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）、傅里叶变换红外（FTIR）光谱和圆二色谱（CD）光谱分析了不同灭菌条件下蛋白质二级结构的变化。测量不同比例的乳清蛋白-乳糖溶液体系的内源性荧光光谱、表面疏水性和游离巯基含量，以分析不同杀菌条件下蛋白质三级结构的变化。本研究的目的是为早产/低体重婴儿配方奶粉的开发以及杀菌加工参数的选择奠定理论基础。
关键结论
（1）乳清蛋白-乳糖溶液系统的糖基化程度与乳糖比例、灭菌温度和时间的增加之间存在良好的相关性。
图1 宏观现象 （A），不同灭菌条件下每个乳清蛋白-乳糖样品在 294 nm （B） 和 420 nm 处的吸光度 （C）；样品编号 1-7 分别代表样品中乳清蛋白与乳糖的比例 0:1、1:0、1:2.5、1:3.0、1:3.5、1:4.0 和 1:4.5
（2）在相同灭菌条件下，增加乳糖含量对 FAST 指数的影响呈正相关，美拉德反应的程度随着灭菌温度和时间以及乳糖含量的增加而增加。
图2 不同灭菌条件下高级美拉德产物的荧光和各乳清蛋白-乳糖样品的可溶性色氨酸（FAST）指数（A）、游离氨基含量（B）、5-羟甲基糠醛（HMF）（C）和 Nε-羧甲基赖氨酸（CML）（D）。
（3）随着乳糖浓度的升高，乳清蛋白变性并与乳糖发生更强烈的反应，当加热温度升高时，乳清蛋白中的活性蛋白从活性状态转变为失活状态。
图 3 不同灭菌条件下每个乳清蛋白-乳糖样品的 SDS-PAGE（A）：68°C，20min;（B）：72°C，15min;（C）：121°C，10min;（D）：121°C，15min
（4）乳糖和乳清蛋白的分子结构受到糖基化的显著影响。乳清蛋白与乳糖的相互作用导致红外光谱向较低的波长移动，酰胺 I 波段的吸收峰向蓝移。酰胺 II 波段发生了相反的变化，随着红外光谱向更高的波长移动，吸收峰红移，乳清蛋白的二级结构发生了变化。
图 4 不同灭菌条件下每个乳清蛋白-乳糖样品的傅里叶红外光谱：（A）：68°C，20min;（B）：72°C，15min;（C）：121°C，10min;（D）：121 °C，15min
（5）乳清蛋白二级结构发生变化。随着乳糖的引入，α-螺旋的量减少，不规则卷曲的增加最大。在相同的灭菌环境下，添加到样品中的乳糖量与破坏水平呈正相关。
图5 不同灭菌条件下各乳清蛋白-乳糖样品的圆二色谱结果：（A）：68°C，20min;（B）：72°C，15min;（C）：121°C，10min;（D）：121°C，15min
（6）在相同的灭菌条件下，乳清蛋白-乳糖样品的游离巯基浓度随着乳糖含量的增加而逐渐降低。随着灭菌温度的升高，游离巯基含量迅速下降。随着乳清蛋白-乳糖样品中乳糖浓度的增加，表面的疏水性降低。
图 6 不同灭菌条件下乳清蛋白-乳糖样品的游离巯基含量 （A）和表面疏水性（B）
创新点/应用前景
在这项研究中，我们主要关注乳清蛋白和乳糖之间的相互作用；然而，蛋白质的功能和营养特性也很重要，未来的研究应深入探索早产/低出生体重婴儿配方奶粉中多个系统的相互作用和产品稳定性机制。总的来说，我们的目标是不断研究和实践，以提高早产/低出生体重婴儿配方奶粉的品质。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.fbio.2024.105040
满朝新，教授、博士生导师。主要从事功能性乳制品研究与开发，尤其是含有益生菌的发酵乳制品、婴幼儿配方食品和特医食品等的功能性评价、产品成分互作和稳定性方面的研究。承担国家重点研发计划国际合作重点专项、国家科技支撑计划和国家自然科学基金等国家级及省部级课题10余项；获得黑龙江省科技进步二等奖1项、行业科技一等奖1项，指导学生获得全国大学生生命科学创新创业大赛三等奖；授权中国专利16项、美国专利1项；主编专著1部，以第一作者或通讯作者发表学术论文140篇，其中有多篇被选为封面文章、编辑推荐文章以及期刊高被引Top100论文。任国家市场监管总局特殊医学用途配方食品注册审评咨询专家、国际乳品联合会中国国家委员会专业技术委员会委员、中国食品科学技术学会特殊食品分会理事、哈尔滨奶业协会常务理事等。担任国际权威期刊Frontiers in Microbiology评审编辑，Food Microbiology、Analyst、Journal of Dairy Science等特约审稿人。
姜毓君，二级教授、博士生导师，东北农业大学副校长、乳品科学教育部重点实验室主任。入选长江学者特聘教授、国家“万人计划”领军人才。荣获全国食品安全工作先进个人、中国食品科技学会科技创新奖——突出贡献奖。担任国务院食品安全委员会专家委员会委员、中国营养保健食品协会副会长。
主要从事乳制品、婴幼儿配方食品和特医食品等特殊食品和功能食品研究，先后承担国家和省部级课题20余项。获得省科技进步二等奖2项，中国和美国专利22件，主编或共同出版专著教材8部。以第一作者或通讯作者发表学术论文200余篇，其中多篇论文被选为封面文章。牵头和参与多项国家食品质量安全法规、标准和技术规范的制定。
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肉与肉制品 蛋与蛋制品 水产品 奶及奶制品
豆及豆制品 果蔬及果蔬制品 大米及米制品 食用菌
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