Dairy 2020, 1, 233–258; doi:10.3390/dairy1030016
釋出：2020年11月5日
摘要隨著消費者對營養食品的需求增加，開發增值產品非常重要，這將不僅引起廣大消費者群體的關注，而且在增強營養和功能性方面會帶來更大的好處。乳清蛋白由於其營養和技術功能特性，是最有價值的成分之一。乳清蛋白富含生物活性肽，具有抗氧化和降壓等生物活性，並具有抗微生物活性，被攝入後具有多種健康益處。這些肽具有用作功能食品生產中的活性食品成分的潛力。除了生物活性之外，已知乳清蛋白具有增強的功能屬性，使其能夠在廣泛的應用中使用，例如用於包埋生物活性化合物的包囊劑或載體材料，乳化以及可食用和活性包裝。因此，近年來，已經開發了幾種基於乳清蛋白的成分，並將其用於製備多種食品的製劑以利用它們的有益特性。這篇綜述突出了生物活性特性，功能特性，相關的加工侷限性以及不同乳清蛋白級分和衍生物在食品配方，封裝和包裝領域的應用。
關鍵詞： 生物活性；功能; 封裝; 配方; 乳清蛋白
1.簡介牛乳是最營養的食品之一，被廣泛用於人類消費。它是具有多種生物學特性的營養素的豐富來源之一，這些生物學特性會影響我們體內的生化過程，影響特定器官的發育和功能，並提供防病保護。牛奶提供了廣泛的生物活性成分，例如生物活性蛋白質和多肽，寡糖，免疫球蛋白和脂肪/脂質，它們可以防止經常食用的病原體和疾病。
牛奶可以來自幾種家畜，包括牛、水牛、山羊和綿羊。牛乳包含約3.5％的總蛋白質，脂肪和必需的維生素，這些維生素可促進生長髮育[ 1 ]。它是天然且豐富的均衡營養素，具有多種生物功能特性。這些特性是由於存在乳蛋白/肽，它們可以支援嬰兒發育，刺激生長，改善肌肉質量並賦予基本營養以外的積極健康影響[ 2]。此外，從牛奶中提取的蛋白質因其多種功能特性而得到了很好的表徵，並已被多個行業用於食品應用。牛奶蛋白質系統主要由兩種蛋白質組成：大約80％（w / w）的酪蛋白，通常是透過脫脂牛奶中的沉澱，使用酸（等電沉澱）或酶（凝乳酶凝結法）和20％的酪蛋白提取的。乳清，是酪蛋白提取後的殘留副產物[ 3]。通常，牛奶的乳清部分包含五個部分，總共佔乳清蛋白的85％。這些部分包括α-乳清蛋白，β-乳球蛋白，糖巨肽，免疫球蛋白，蛋白酶蛋白和血清白蛋白，而牛奶中的酪蛋白部分含有β-酪蛋白，αs1-酪蛋白，αs2-酪蛋白和κ-酪蛋白[ 4 ]。
蛋白是大量營養素，並且當所消耗補充劑可能表現出對生長和代謝健康有利效果[5，6 ]。一些報告表明，蛋白質缺乏症是全球主要的健康問題之一[ 7 ]，考慮到這種情況，飲食中富含蛋白質的補品的引入至關重要。來自農業的一些副產品，如果渣[ 8 ]、大豆提取物[ 9 ]、穀類麩皮[ 10 ]和乳清[ 11 ]，越來越多地被用作具有健康成分的食品成分。這篇綜述著重於利用乳清蛋白的生物活性和功能特性。
乳清是牛奶的黃綠色液體部分，也稱為乳酪漿，是在凝乳分離後，使用蛋白水解酶或酸凝結牛奶的過程中獲得的[ 12 ]。由於與生物需氧量高和有機物含量高有關的處置問題，幾十年來它被視為主要的乳製品廢物[ 13]。但是，如今，乳清蛋白被認為是一種潛在的營養來源，並被用作其生物活性成分。由於其營養成分高，因此可用於多種商業食品應用中，並且與乳製品行業密切相關。通常，乳酪製造的新鮮液態乳清由94.2％的水和50％的總固體組成，其中0.8％是乳清蛋白，0.5％是礦物質，0.1％是脂肪，4.3％是乳糖，這是主要成分成分[ 14 ]。但是，乳清的成分和特性可能會因牛的型別，動物的飲食，生產牛乳的乳汁，所使用的加工技術以及其他環境因素而異[ 15。]。乳清蛋白是一種球狀蛋白，包含大量的α-螺旋結構，沿其多肽鏈均勻分佈著親水性和疏水性以及酸性和鹼性氨基酸[ 16 ]。乳清蛋白的主要成分包括α-乳白蛋白（α-LA），β-乳球蛋白（β-LG），牛血清白蛋白（BSA），免疫球蛋白（IG），牛乳鐵蛋白（BLF），牛乳過氧化物酶（LP）和少量的糖巨肽（GMP）。各成分的組成如表1所示。然而，乳清蛋白的組成將根據乳清的型別而變化，即甜乳清或酸性乳清。牛奶的型別，即牛，羊或山羊奶；牛飼料的型別；哺乳期 和處理型別。乳清本質上是酸性的，其pH值約為3。5.1是透過直接酸化生產的，而甜乳清的pH值約為5.6，並且是透過凝乳酶凝結而生產的，特別是在乳酪製作過程中[ 17 ]。
2.乳清蛋白衍生物：濃縮液，分離液和水解液
隨著健康飲食的日益普及，全世界對高蛋白食品的需求［22］。久坐人士的每日平均蛋白質攝入量應為每天每千克體重0.8克（克/千克/天）[ 23 ]。維持體內的正氮平衡和健康的代謝功能需要此蛋白質量。有各種形式的補充蛋白質，例如雞蛋，大豆，大麻，乳清和酪蛋白。其中，乳清中含有最大濃度的容易獲得和易於消化的氨基酸，從而使其有效地摻入人體細胞中[ 24 ]。
此外，由於乳清蛋白與常規攝入有關的幾個優勢，包括控制食慾，運動恢復和促進飽腹感，因此被認為是健康成分[ 25 ]。近年來，膜過濾的多種應用使得能夠使用不同的乳清蛋白成分作為食品新增劑。使用選擇性膜，在牛奶凝結後，乳清蛋白會以兩種主要形式提取：濃縮蛋白（WPC）（蛋白質含量約34–89％）和分離蛋白（WPI），蛋白質含量至少90％[ 26，27 ]。使乳清蛋白透過各種加工處理導致乳清產物的形成（圖1））具有不同的定性和定量蛋白質特徵，礦物質，脂質和糖。選擇性膜用於分離乳清蛋白的應用包括超濾（UF）濃縮蛋白或使用滲濾（DF）方法排除分子化合物，如礦物質，乳糖和其他低重量成分。這導致了乳清蛋白濃縮物（WPC）的生產[ 24 ]。它是蛋白質補充劑的最濃縮形式，它具有高熱量，並且包含製造過程中產生的所有大量和微量營養素。但是，根據蛋白質濃度，它可以有幾種型別，例如WPC為35％，50％，65％和80％（w / w）蛋白。當除去大多數成分時，即乳清經過額外的純化步驟以消除或最小化多餘的碳水化合物和脂肪，以獲得90％（w / w）的蛋白質閾值，它被稱為乳清蛋白分離物（WPI） 。儘管是高質量的蛋白質，但是分離形式的乳清蛋白的缺點是純化導致消除了一些重要的微量營養素和蛋白質組分，如乳鐵蛋白，β-乳球蛋白和免疫球蛋白。
圖1. 乳清蛋白衍生物的生產。
濃縮物和分離物由完整的大蛋白質結構組成，因此，在消化過程中，我們消化道中的酶將這些蛋白質分解為靶向氨基酸鍵，從而生成具有氨基酸序列的較小肽。為了促進此過程並使蛋白質吸收更快，製造商預先消化了蛋白質以產生蛋白質水解產物。
當用酸，酶或熱處理乳清蛋白濃縮物或分離物時，完整的蛋白形式分解為肽和氨基酸，導致乳清蛋白水解物（WPH）的形成。這些預先消化的乳清蛋白形式可以有效地吸收到腸道中，並且使用蛋白酶透過酶促水解產生的水解產物包含與濃縮物和分離物相同的氨基酸組成；因此，與完整形式的蛋白質相比，它們在攝入後可以迅速增加血漿中的氨基酸濃度[ 28]]。水解產物的最終組成很大程度上取決於隱含的破壞蛋白質的過程型別，所用酶的型別，所應用的反應或水解條件以及靶向和破壞的氨基酸鍵的數量。因此，測量水解度以確定氨基酸的釋放。水解程度越大，每個肽的氨基酸越少，導致產生更多苦肽[ 29 ]。但是，所有這些形式的蛋白質都具有許多好處，並被用作食品新增劑以表現出生物學特性。
3.與生物活性肽相關的乳清蛋白的生物學特性乳清蛋白的生物學特性（圖2）已被廣泛認可，並已在科學研究和食品應用中被各行各業廣泛利用。β-乳球蛋白佔乳清蛋白的50％，有助於結合鋅和鈣等礦物質。它也與視黃醇結合蛋白具有部分序列同源性。另一方面，強烈建議將α-乳清蛋白加入嬰兒配方食品或食品中，以增加蛋白質攝入量[ 30 ]。血清白蛋白可以結合脂肪酸和免疫球蛋白，例如IgA，IgM，IgG1和IgG2，有助於在消費者中發展被動免疫[ 31]。其他蛋白質部分（如乳鐵蛋白）是一種鐵結合蛋白，可增加消化道中的鐵吸收，從而抑制腸道微生物並促進所需微生物的生長。它還調節免疫系統，被認為是乳腺中主要的非特異性疾病抗性因子。乳鐵蛋白是衍生自乳鐵蛋白的肽，用於抵抗腸道病原體。乳過氧化物酶是一種具有抗菌特性的酶，被用作天然防腐劑來控制牛奶在冷藏過程中的酸生成[ 32 ]。乳清蛋白是生物活性肽中富含的必需氨基酸，如半胱氨酸，亮氨酸，異亮氨酸和纈氨酸等支鏈氨基酸[ 33]]。亮氨酸在調節骨骼肌蛋白的合成中起著重要作用，與其他來源相比，乳清蛋白含量高50–75％[ 34 ]。它也富含高硫氨基酸，即半胱氨酸，它是谷胱甘肽的前體[ 35 ]。谷胱甘肽是一種從飲食中獲得的非酶硫醇，可作為抗氧化劑。它透過減少抗氧化應激和調節細胞過程來幫助預防疾病[ 36 ]。乳酪凝乳酶凝結過程中釋放的糖脂肽（12％）是酪蛋白衍生的乳清肽，具有許多健康益處，包括飽腹感和苯丙酮尿症的治療[ 37 ]。乳清蛋白成分的特定生物學功能在表2。
圖2. 乳清蛋白衍生物的生物學特性。
根據蛋白質的濃度和特性，乳清蛋白以乳清蛋白濃縮物，分離物和水解物（透過消化而部分分解）的形式銷售[ 38 ]。這些衍生物具有廣泛的生物學功能，包括降低氧化應激，促進肌肉生長和合成，抑制食慾，降低血糖，控制苯丙酮尿症，降低與心血管疾病有關的風險以及保護免受紫外線（UV）輻射損害[ 11 ]。
3.1。乳清蛋白相關的生物活性肽透過對機體功能產生有益作用而影響健康的分離的蛋白質片段，即含有2至20個氨基酸殘基的蛋白質片段，被稱為生物活性肽。Mellander在1950年從酪蛋白中衍生出磷酸化肽，並在不依賴維生素D的骨鈣化中對ra病嬰兒表現出增強的作用[ 55 ]。此後，已經分離，鑑定和研究了許多生物活性肽[ 56 ]。BIOPEP由序列資料庫和工具組成，用於評估作為生物活性肽前體的蛋白質。使用這個資料庫，幾個肽具有生物功能已經確定[ 57 ]，從ACE抑制肽是最確定的人[ 13，58，59 ]。但是，還提出了具有阿片樣物質，抗氧化劑，免疫調節和抗癌特性的其他生物活性肽。可以透過胃腸消化或透過使用蛋白水解乳酸菌的發酵從不同的食物蛋白中分離出生物活性肽。取決於其氨基酸鏈，攝入的生物活性肽可能會顯著影響與消化，免疫，心血管或神經系統有關的身體功能。這些氨基酸序列對於它們在傳遞健康影響方面的作用是特定的。例如，肽表現出抗氧化，抗微生物，ACE抑制，免疫調節和將具有特定的已知的肽序列[ 56，60，61，62，63 ]。這些肽中的一些還表現出多功能活性[ 64 ]。因此，這些生物活性肽最近已在幾種食品應用中用於開發藥物，營養食品和功能性食品[ 65 ]。
3.2。從乳清蛋白生產生物活性肽生物活性肽或生物活性肽主要是透過酶水解透過使用不同的酶來產生的。它們也可以透過蛋白水解乳酸菌透過食品加工和微生物發酵而產生。
3.2.1。乳清蛋白的酶促水解生物活性肽主要是透過酶水解使用不同的酶產生的。最廣泛使用的酶是蛋白酶，它們可以對其靶蛋白具有特異性或非特異性。食品製造商最喜歡使用酶水解乳清蛋白，因為它們的反應時間短，酶作用的特定位點以及酶的廣泛來源（來自動物，植物和微生物）。最常用的酶是胰蛋白酶，胃蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，菠蘿蛋白酶和，並且它們具有其特定的反應條件（溫度，pH值，和時間）[ 66，67]。但是，為了獲得最大活性，應在水解之前最佳化所用酶的型別，酶與底物的比例及其反應條件。酶的選擇至關重要，因為它會影響裂解位點和肽鍵的模式。還已知酶修飾產生具有更一致的分子量和水解產物的改善的功能和生物學性質的肽。商業上生產各種蛋白酶，並用於在實驗室規模上產生生物活性肽[ 68 ]。有時，這些酶組合使用時，會釋放出更穩定有效的肽[ 69]。Yamamoto及其同事使用酶水解富含蛋白質的食物，例如魚，牛奶，肉，穀物，雞蛋和大豆，以提取生物活性肽[ 70 ]。這些肽表現出諸如抗高血壓，阿片樣物質，免疫調節，抗微生物和促進礦物質結合的特性。Sarmadi和Ismail表明，使用酶水解β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白可以導致產生具有R組氨基酸的活性抗氧化劑肽[ 71 ]。他們還報告說，透過酶消化也可以產生具有低分子量（低於1000 Da）的生物活性肽。
3.2.2。乳清蛋白的微生物發酵和食品加工食品級生物活性肽最優選透過使用蛋白水解乳酸菌（LAB）的微生物發酵來生產。這些微生物通常在我們的消化系統中發現，並在自然界中廣泛傳播。乳酸菌由於其生理學意義及其對產品質地和風味的影響而通常用於食品發酵中[ 72]]。在發酵過程中，這些LAB還能夠分解食物蛋白以產生具有生物活性的肽。他們的蛋白水解系統包括蛋白酶，該酶分解蛋白質以生成大量的寡肽（4-8個氨基酸），一種寡肽轉運系統，為氮提供進入細胞和肽酶的途徑，從而完全分解積聚的肽[ 73 ]。與酶水解相比，微生物發酵被認為更經濟並且被認為是安全的。LAB是一種有效的蛋白酶來源，需要最少的營養並在細胞膜上表達蛋白酶，這使得酶的提取和純化方便且具有成本效益[ 66 ]。
3.3。與從乳清蛋白和衍生物分離的生物活性肽相關的生物活性3.3.1。生物活性肽的抗氧化活性體內的氧化應激會導致多種疾病，例如糖尿病，癌症，囊性纖維化，動脈粥樣硬化，衰老和許多其他退行性疾病。乳清蛋白是抗氧化劑谷胱甘肽的前體，透過抑制應激因素的不利影響而具有抗氧化活性。從乳清蛋白中釋放出生物活性肽可提高細胞內谷胱甘肽水平，並減少體外白介素IL-8（負責介導呼吸道發病的細胞因子）的產生[ 74 ]。每月補充加壓乳清（20 g /天）可降低囊性纖維化患者的C反應蛋白血清水平[ 75]。發現由alcalase酶產生的乳清蛋白水解物處理含有兩個肽片段，P4和P4c（一種五肽，含有Val-His-Leu-Lys-Pro的氨基序列）。這些肽透過顯著減少過氧化氫暴露於人肺成纖維細胞MRC-5細胞而表現出抗氧化活性[ 76 ]。測試了由抗氧化劑和乳清肽配製的飲食（MHN-02）在大鼠中的抗炎活性。觀察到，與飼餵對照的大鼠（55％）相比，接受這種飲食的大鼠表現出更高的存活率（90％）。這是由於MHN-02飲食組具有較高的超氧化物歧化酶活性（超氧化物自由基轉化為過氧化氫和氧氣）和較少的病理病變[ 77]]。研究了乳清蛋白衍生物在改善神經元中谷胱甘肽合成和減少神經系統疾病中的作用[ 78 ]。據報道，當乳清蛋白分離物和帶有抗氧化劑和抗炎肽的天然水解產物被新增到暴露於H 2 O 2的人上皮結腸直腸腺癌Caco-2細胞中時，均會抑制IL-8和活性氧的產生（ ROS）[ 74]。然而，乳清蛋白分離物的治療效果相對較高，這表明來自分離物的乳清蛋白水解物在減輕腸道細胞的炎症和氧化應激方面更有效。此外，高壓處理後觀察到這些活性升高。在一項研究中，大鼠接受了高濃度的鐵，然後用安慰劑或乳清蛋白飲食對其進行處理，以確定對氧化應激的影響。6周後，試驗動物表現出脂質過氧化作用的增加和自由基清除活性的降低。而飼餵乳清蛋白飲食的大鼠與對照組（鐵超負荷）相比，其血液谷胱甘肽水平更高。79 ]。銅綠假單胞菌是引起肺部定植和肺部感染的已知病原體之一，導致呼吸困難[ 80 ]。Kishta和他的研究小組研究了乳清蛋白在降低肺部感染中的作用，發現用乳清蛋白飲食餵養的小鼠氧化應激，炎症和肺損傷水平降低[ 81]]。潛在的原因是該肽刺激白細胞殺死病原體並保護氣道蛋白質免受氧化的能力。當在對乙醯氨基酚誘導的肝腎毒性小鼠中使用乳清蛋白水解物時，發現乳清蛋白水解物可增加抗氧化酶（如過氧化氫酶，谷胱甘肽過氧化物酶和超氧化物歧化酶）的水平，但減少了硫代巴比妥酸反應性物質（TBARS）的產生和氧化性生物標誌物，如磷酸酶，谷胱甘肽丙酮酸轉氨酶和肌酐[ 82 ]。還觀察到，從產生的肽胰凝乳蛋白酶水解的乳清蛋白表現出更高的亞鐵螯合能力和DPPH自由基清除活性比乳清蛋白分離物[如83 ]。
3.3.2。生物活性肽的降壓活性來自乳清蛋白濃縮物，分離物和水解物中的生物活性肽具有血管緊張素轉換酶（ACE）抑制或降壓活性，與腎素-血管緊張素系統密切相關。因此，應定期食用含降壓肽的食物，以控制血壓並預防心血管疾病[ 64]]。在腎素-血管緊張素系統中，ACE在將血管緊張素I轉化為血管緊張素II（血管收縮劑）方面起著重要作用。此外，它還能降解緩激肽，這是一種有效的血管擴張藥。儘管來自乳蛋白的ACE抑制肽的結構-活性相互作用尚不明確，但仍有可能透過底物或競爭性抑制劑的C端三肽序列訪問肽與ACE的結合，選擇疏水性（芳香族或支鏈）在三個C末端位置的每個氨基酸殘基[ 84 ]。
已經描述了許多乳清蛋白衍生的肽表現出ACE抑制活性。乳清蛋白水解物（WPH）包含源自α-乳清蛋白（f99-110）餾分的肽，已顯示出ACE抑制活性，特別是在序列（f99-108），（f 104-108）和（ f 105–110）。據報道，乳清蛋白級分（α-乳清蛋白）（f 50-53）在IC 50 =733.3 µM時表現出降壓活性。在IC 50 = 1522.6µM和IC 50 = 349.1 µM時表現出相似ACE抑制作用的其他二肽分別包括Tyr-Gly和Leu-Phe [ 85]]。三肽（Try-Gly-Leu）（α-乳白蛋白f 50-52）也顯示出與二肽相同的ACE抑制作用。源自β-乳球蛋白鏈的乳清蛋白水解物由肽混合物組成，這些肽混合物顯示出抗高血壓活性。用胰蛋白酶酶處理的乳清蛋白可釋放具有中等降壓活性的肽，包括β-Lg（f 22–25），（f32–40）和（f 81–83）。Mullaly和他的研究小組報道，由胰蛋白酶產生的β-乳球蛋白肽（f 142–148）具有較高的ACE抑制作用，IC 50 = 42.6 µM，與具有一定範圍的IC 50表現出ACE抑制作用的肽相比= 77–1682 µM [ 85]。Philanto-Leppala的研究表明，最有效的降壓乳清蛋白肽來自α-乳白蛋白（f 104–108），IC 50 =77 µM [ 86 ]。
乾酪乳清蛋白的中性酶水解產生了多種肽的混合物，顯示出很強的抗高血壓或ACE抑制活性。ACE負責調節多種生物過程，並與心血管疾病密切相關；因此，乳清蛋白在抑制ACE酶中的作用是相關的[ 87 ]。抑制ACE的生物活性肽通常低於1 kDa，佔乳清蛋白水解產物中總蛋白含量的38％[ 88 ]。
3.3.3。生物活性肽的阿片樣物質活性牛乳清蛋白級分，例如α-乳白蛋白（f 50–53）和β-乳球蛋白（f102–105）含有某些發揮阿片樣物質活性的肽。這些肽被稱為α-和β-內啡肽[ 89 ]。這些肽對納洛酮抑制的鴉片受體具有親和力。這些肽在其N末端具有Tyr-Gly-Gly-Phe的氨基酸序列，並透過與特定的阿片受體結合而表現出對靶細胞的活性。N端酪氨酸殘基和其他位置的芳香族氨基酸的存在在形成與鴉片受體完美結合的肽結構基序中起著重要作用[ 90 ]。這些受體在多種生理反應中起作用，例如µ-情緒感受器和腸蠕動減少；食用和鎮靜的κ受體; 以及情緒行為的σ受體。
可以採用幾種工藝處理方法從牛乳清蛋白中生成乳啡肽。當用諸如胃蛋白酶的酶處理時，α-乳清蛋白透過蛋白水解作用釋放出α-乳球蛋白，而當用胃蛋白酶繼之以胰蛋白酶或胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的組合治療β-乳球蛋白時，則產生β-乳球蛋白。此外，僅使用胰凝乳蛋白酶水解β-乳球蛋白（f 146-149）會導致產生β-乳球蛋白（His-Ile-Arg-Leu）。考慮到受體結合親和力，當在豚鼠迴腸上進行測試時，α-內啡肽表現出較弱但一致的親和力，而β-內啡肽表現出非阿片樣物質活性。總的來說，這些肽屬於μ型受體配體，其對阿片受體表現出低的受體結合親和力。這兩種肽 當以微摩爾濃度新增時，發現抑制3H-納洛酮與受體位點結合。相反，發現嗎啡是一種標準的阿片樣物質肽，可在IC範圍內抑制3H-納克酮50 =23±13 nM納摩爾濃度[ 91 ]。牛乳中存在約0.9 g / L的α-乳白蛋白和3.0g / L的β-乳球蛋白，這有助於產生30 mg的α-內啡肽和90 mg的β-內啡肽。在牛奶的體外消化過程中，這些肽被釋放以表現出體外阿片樣物質的作用。對於水解產物，觀察到濃度為5–14％的乳啡肽的釋放足以在體外表現出阿片樣物質的活性。
3.3.4。生物活性肽的抗糖尿病特性糖尿病是導致多種疾病的重要健康問題之一，包括視力喪失，血管病和血流受限，導致組織缺氧和潰瘍，癒合降低[ 92 ]。透過控制飲食攝入低血糖化學藥物可以幫助治療2型糖尿病。添加了乳清蛋白的膳食補充劑已顯示出透過降低健康個體的血糖水平，改善肌肉質量和增加飽腹感激素（膽囊收縮素，瘦素和胰高血糖素樣肽1（GLP）的分泌，具有抗糖尿病作用。-1））並減少生長素釋放肽（引起飢餓的激素）的釋放[ 11]。據觀察，半胱氨酸的存在在糖尿病患者的血糖控制和炎症控制中起著重要作用[ 93 ]。Badr及其同事的一項研究表明，乳清蛋白對小鼠模型中I型糖尿病誘發的傷口的影響。與未治療的小鼠相比，發現乳清蛋白透過限制炎症細胞因子的產生和趨化因子（MIP-1α，MIP-2，KC，CX3CL1和TGF-β）的表達，顯著降低了糖尿病的炎症和傷口[ 94] ]。Salehi和同事研究了乳清蛋白的作用，發現胰島素和氨基酸（例如纈氨酸，亮氨酸，異亮氨酸，蘇氨酸和賴氨酸）的含量增加是抗糖尿病活性的主要原因[ 95]]。發現在富含脂肪的飲食中補充乳清蛋白衍生物（分離物和水解物）可以改善胰島素的分泌，從而降低2型糖尿病受試者的餐後甘油三酸酯反應[ 96 ]。用富含乳清蛋白水解物的飲食餵養大鼠一個月後，觀察到亮氨酸含量和胰島素水平增加[ 97]。結果表明，乳清蛋白在腸道中被代謝，從而釋放出肽和氨基酸，這些蛋白和氨基酸與腸道和腸降血糖素和胃泌素的分泌一起，導致胰島素水平的升高。當研究乳清蛋白降低葡萄糖濃度的作用時，發現該蛋白能夠顯著降低血漿葡萄糖，胰島素和C肽的水平。但是，它增加了GLP-1和PYY的水平，這表明餐前食用乳清蛋白可以透過胰島素依賴性和胰島素依賴性途徑降低餐後血糖[ 98]。]。Tong和他的同事們證明了乳清蛋白及其水解產物均能透過改善大鼠胰島素抵抗來顯示抗糖尿病作用[ 99 ]。
3.3.5。生物活性肽的抗癌活性多項研究表明攝入乳清蛋白對癌症患者具有有益作用。有報道指出，與其他形式的乳清蛋白相比，乳清蛋白水解物具有更好的抗癌作用。一項研究表明，與乳汁蛋白水解物餵養的結腸癌大鼠相比，與未水解乳清蛋白餵養的對照組大鼠相比，肉眼觀察到的肉眼可見的肉瘤和肉眼可見的腫瘤減少了[ 100 ]。還審查了乳清蛋白對黑色素瘤B16F10細胞模型的抗癌特性，並觀察到在含有乳清蛋白分離物的培養基中caspase-3的表達顯著增加[ 101]]。已知Caspase-3在介導凋亡細胞死亡中起重要作用[ 102 ]。在一名48歲的白種女性中，在化療之前和期間，與10週一次的劑量（每天3次）一起服用乳清蛋白並每週注射一次睪丸酮庚酸酯，可以改善瘦體重，身體運動，觀察到整體生活質量[ 103 ]。另一項研究證明了乳清蛋白水解物對大鼠嗜鉻細胞瘤PC 12細胞具有氧化損傷的保護作用。與注入H 2 O 2的細胞相比，在100–400 µg水解物/ mL的劑量水平下，細胞活力提高了20–30％。。這表明乳清蛋白水解物具有顯示抗氧化活性的潛力[ 104 ]。
3.3.6。生物活性肽的免疫調節活性濃縮物形式的乳清蛋白衍生物可改善先天的粘膜免疫力並提供免受免疫疾病的保護[ 105 ]。全世界對特應性皮炎（一種面板腫脹，鱗屑，發癢的皮疹的狀況）的關注在全世界範圍內不斷增加，嬰兒更易患該病。最近，一項薈萃分析表明，與接受普通牛乳的對照組相比，以水解形式乳清蛋白餵養的嬰兒出現了特應性皮炎的症狀減輕[ 106]。]。這些結果表明，含乳清蛋白的飲食可能對保護嬰兒免受特應性皮炎起有效作用。小鼠模型中的另一項研究表明，用乳清治療後，血漿（白介素）IL-1α，IL-1β，IL-10，（腫瘤壞死因子）TNF-α，ROS（活性氧）和膽固醇的水平降低濃縮蛋白並檢查血液引數，血漿細胞因子譜，免疫細胞的增殖和遷移[ 94]。給予乳清蛋白飲食的小鼠受試者顯示出IL-2，IL-4，IL-7，IL-8和谷胱甘肽的濃度顯著提高。此外，觀察到白細胞，巨噬細胞和單核細胞對不同抗原的反應有所改善。與對照組相比，在治療組中觀察到細胞因子CC趨化因子配體21（CCL-21）和CXC趨化因子配體12（CXCL12）可以吸引免疫細胞並遷移B細胞，T細胞，和樹突狀細胞朝向它們[ 94]。確定了乳清蛋白分離物的抗銀屑病（面板病，面板厚實，乾燥，鱗片和紅色斑塊）的生物活性，並向患者提供20 g /天的攝入劑量。已經發現，由於連續攝入乳清蛋白，谷胱甘肽水平升高，繼牛皮癬發炎後降低[ 107 ]。
3.3.7。生物活性肽合成肌肉蛋白重量級運動和阻力訓練以及離心運動（肌肉延長），同心運動（肌肉縮短）和等距運動（非肌肉延長）會導致骨骼肌撕裂和損傷，並可能導致內部炎症（由於產生炎性肌肉蛋白標誌物）[ 108 ]。阻力訓練（舉重）可能導致血漿中氧化產物的積累，從而導致白細胞功能[ 109]。據報道，定期攝入含有氨基酸的乳清蛋白補充劑，如水解產物，可以修復肌肉損傷。攝入亮氨酸產生的β-羥基-β-甲基丁酸已顯示可改善肌肉恢復。已知葡萄糖轉運蛋白以細胞表面葡萄糖轉運蛋白4（GLUT-4）的形式在骨骼肌中表達，以響應胰島素和肌肉收縮來控制葡萄糖在細胞膜中的轉運速率。因此，研究了乳清蛋白在膜中積累GLUT-4的能力，這可以減少肌肉中葡萄糖的殘留。乳清水解產物中有助於該過程的主要氨基酸和生物活性肽分別為L-異亮氨酸和L-亮氨醯-L-異亮氨酸[ 110]。與酪蛋白飲食相比，乳清蛋白對肌肉功能如收縮，彈性，伸展能力和興奮性的影響進行了綜述。觀察到，與喂酪蛋白的大鼠相比，等距和同心運動損傷的乳清蛋白餵養的大鼠恢復得更快[ 111 ]。乳清蛋白飲料中添加了不同劑量的亮氨酸和支鏈氨基酸，可以在高和低蛋白含量以及5 g亮氨酸含量下刺激肌原纖維蛋白的合成[ 112]]。亮氨酸佔乳清蛋白氨基酸總量的10％，因此對於肌肉蛋白的合成和恢復更為重要。在一項研究中，乳清蛋白水解物消耗了12周，並且觀察到該蛋白在減少肌肉損傷標誌物（如肌酸激酶和乳酸脫氫酶）中發揮了作用[ 113 ]。與大豆蛋白相比，發現在進行抗性訓練的受試者中，乳清蛋白補充劑在表達亮氨酸方面更有效[ 114 ]。
3.4。從乳清蛋白及其衍生物中分離出的生物活性肽的鑑定根據肽的氨基酸序列和分子量確定其生物活性。通常，這些肽具有2至6個氨基酸序列的短鏈長度。但是，一些高分子量的肽是由30個氨基酸組成。因此，為了分離這些肽，首先它們可以透過分子量不同的超濾膜，例如10kDa，5kDa或3kDa。Roblet及其同事透過超濾從大豆蛋白水解物中回收了肽，並對其生物活性進行了篩選。他發現分餾後的生物活性得到了改善[ 115]。分離和純化這些生物活性肽的另一種常用技術是高效液相色譜（HPLC）。還暗示了其他方法，例如十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酸酯凝膠電泳（SDS-PAGE）和超速離心，來表徵蛋白質和鑑定肽的氨基酸組成。最近，其他一些方法，如電噴霧電離（ESI），質譜（MS），基質輔助鐳射解吸電離-飛行時間（MALDI-TOF），也被用於分離，鑑定和表徵生物活性肽。在這些方法中，質譜已用於生成肽譜並確定蛋白質水解產物的分子量和氨基酸序列。116 ]。可以使用超濾和尺寸排阻色譜法濃縮產生的肽。另外，為了獲得基於蛋白質結構的功能特性，根據其疏水特性，使用反相HPLC分離肽[ 117 ]。
Haileselassie及其同事從一種酶修飾的乳酪中提取了肽。然後使用Delta Pak C18色譜柱[ 118 ]使肽段透過反相HPLC 。總共產生了八個峰（一個來自中性酶消化物，五個來自中性酶脫扣酶消化物，兩個來自乳桿菌消化物的微生物酶）。這些肽經API質譜純化和鑑定。在另一項研究中，使用大小排阻色譜法從豆漿中提取降壓肽並將其分為四個部分（A–D）[ 119]。]。發現在所獲得的級分中，B顯示出最高的抗高血壓性質。使用蛋白水解發酵，生成了三種抗菌肽，隨後使用反相HPLC分離了這些肽。使用質譜結合MALDI-TOF [ 120 ]鑑定了分離的肽的性質。電噴霧LC-MS用於從蕎麥蛋白中純化和鑑定具有ACE抑制活性的肽。開發了一種UHPLC-Q-TOF MS / MS方法以鑑定Mactraveneriformis水解產物中的肽。透過基於MS / MS片段的從頭測序，總共鑑定出4個核苷鹼基和1個核苷[ 121]]。還有一些資料庫，例如BIOPEP庫，可用於生成與蛋白質和肽有關的資訊[ 122 ]。
4.乳清蛋白的功能特性蛋白質的功能特性是指在新增到食品系統中時，在賦予蛋白質特定的行為和效能方面起重要作用的物理化學特性。乳清蛋白的特性包括熱穩定性，水合作用，膠凝和乳化特性，它們會影響食品的最終質量。這些性質隨蛋白質或其他食物成分之間的相互作用而變化，並且在食物的製備，加工，儲存和食用期間會受到很大影響。表3列出了影響乳清蛋白功能的某些加工條件以及外部和內在引數。乳清蛋白及其衍生物的組成有所不同，因此具有不同的功能特性。結果，它們被用於不同的食品應用中。
4.1。乳清蛋白的熱變性食品的熱加工受到加工以及成分因素的極大影響。加工引數包括溫度，pH，離子強度和加熱速率，而組成因素包括乳糖和蛋白質含量。含有乳清蛋白的食物在溫和加熱（40°C）時會導致β-乳球蛋白變性，而在超過此溫度（50°C至60°C）時會導致巰基展開和暴露[ 124 ]。在β-乳球蛋白冷卻過程中，在鈣存在的情況下，蛋白質與蛋白質的連線是透過二硫鍵和熵力形成的，從而導致聚集[ 125]。在<3的低pH值下，乳清蛋白的變性可形成獨特的物理化學和功能行為。據報道，透過在pH 2.5-3下超濾獲得的乳清蛋白濃縮物，在熱處理之前或之後會產生具有不同粘度和膠凝特性的蛋白質[ 126 ]。在90°C下於pH 2.5–3加熱15分鐘導致蛋白質等電沉澱，該蛋白質非常粘稠，溶解度降低，凝結增加，形成軟凝結物[ 126]]。關於熱處理後乳清蛋白的展開也進行了一些研究。使用差示掃描量熱法（DSC）的研究顯示了乳清蛋白展開的整個熱力學。據報道，在α-乳白蛋白和β-乳球蛋白濃度為3–9％且pH為7的情況下加熱（20°C至110°C）時，它們的轉變溫度（Tt）為65°C和73°C每分鐘10°C 的Tt的增加與在加熱的速率增加。但是，據觀察，將pH從6.4增加到7.3會增加β-Lg的變性，並將Tt從79°C降低到74°C [ 127]。這表明乳清蛋白在多肽內增加的pH和靜電排斥力下展開的能力。在超過7的pH值下，乳清蛋白的硫醇基被暴露出來，結果增加了硫醇-二硫鍵的交換反應[ 124 ]。因此，增加離子強度掩蓋了暴露的硫醇基團，從而增加了疏水相互作用。這些蛋白質部分中的某些可以根據pH值反轉其變性（復性）。α-乳清蛋白是具有四個二硫鍵的小蛋白，在3-9％的濃度下可以將其變性逆轉80-90％[ 127]。Kronman和同事報告說，當pH降低到3.75或更低時，熱處理後會形成α-乳清蛋白的聚集體，而當pH值調節到5.2或更高時，蛋白質聚集就會逆轉[ 128 ]。酸性pH值會導致非極性氨基殘基暴露，從而促進蛋白質-蛋白質聚集，從而導致α-La展開。蛋白質聚集也取決於結合的鈣含量，因此，在酸化過程中去除鈣會導致蛋白質凝結。使α-La的pH降低到3會從分子中除去結合的鈣，使其更易於發生不可逆的熱誘導蛋白質變性。
4.2。乳清蛋白的水合和溶解度蛋白質在不同系統中與水相互作用的特性描述了乳清蛋白的溶解度或水合特性。它被認為是乳清蛋白製備中的重要因素之一。幾種物理和化學特性會影響乳清蛋白的水合特性。物理引數包括蛋白質粒徑，形狀，團聚狀態和孔隙性質，化學引數包括蛋白質表面淨電荷，疏水性和親水性[ 129 ]。水合特性在最佳化處理和儲存條件方面均發揮作用[ 130]。例如，透過控制噴霧乾燥條件獲得的乳清蛋白粉，可產生150-200 µm的粒徑，這對改善水合特性最有效[ 131]。確定氨基酸組成可以幫助估計純蛋白質的水結合特性。此外，其他因素如蛋白質結構構象，極性，離子強度，pH和溫度也影響蛋白質的水結合能力。確定乳清蛋白的溶解度有助於確定其在食品（如飲料）中的特定應用。酪蛋白在等電點pH 4.6沉澱後，乳清蛋白級分仍可溶於上清液。因此，通常使用pH 4.6降低的溶解度來分析蛋白質變性的程度。濃縮乳清蛋白（WPC）的濃度為5％至100％，顯示了廣泛的溶解度，這是由於它們的生產方法不同。為了獲得改善且一致的溶解度，乳清蛋白及其衍生物必須在加工條件下生產，以使熱變性和蛋白組分的聚集降至最低。當前，噴霧乾燥技術主要用於生產不同的乳清蛋白粉形式。因此，可以控制和最佳化與噴霧乾燥方法有關的條件，以生產具有增強的溶解度的粉末。但是，在某些情況下，蛋白質在噴霧乾燥步驟之前會部分變性，這主要影響乳清蛋白產品的功能效能。pH值的影響透過改變蛋白質的淨電荷在很大程度上影響乳清蛋白的水合或溶解性。與具有最小淨電荷（例如在等電點）的蛋白質相比，具有淨正電荷或負電荷的蛋白質傾向於溶解在水中。但是，在某些條件下，乳清蛋白在其等電點pH值下仍保持可溶形式。離子強度也根據離子種類和化合價而變化。在存在鹽的情況下，即使在pH4-5時，β-乳球蛋白仍可溶。加熱和某些加工處理通常會導致蛋白質變性和聚集，從而降低其溶解度。但是，在80°C的溫度下熱處理15分鐘後，新增0.01M濃度的鹽（如氯化鈉）可改善β-乳球蛋白的溶解度。增加鹽濃度可透過減少聚集來有效提高乳清蛋白組分的溶解度，132 ]。
4.3。乳清蛋白的凝膠化能力乳清蛋白具有形成具有不同特性的凝膠的能力，這些特性從柔軟，光滑的凝乳到粘性，橡膠狀和硬性凝膠不等。它們的性質因硬度，內聚力，顏色，粘性和口感而異[ 133]。由乳清蛋白濃縮物形成的凝膠表現為堅硬的透明凝膠，類似於凝乳狀的不透明凝膠。具有降低的蛋白質濃度和低離子強度的乳清蛋白形成半透明的灰色弱凝膠。乳清蛋白的溫和加熱會導致特定的蛋白質間相互作用，從而導致形成凝膠，而大量的熱處理會導致凝結或凝乳狀凝膠形成。在凝膠化過程中，蛋白質在其中夾帶水的結構中形成結構網路，導致脫水收縮減少。形成的凝膠的形狀，其顏色，機械強度和彈性性質在食品應用中起著重要作用。乳清蛋白在超過其臨界溫度進行熱處理時會發生構象變化，從而形成聚集體。這些聚集物在冷卻時凝固，形成軟至硬，透明至不透明的粘性凝膠。凝膠的形成取決於蛋白質的型別，濃度，溫度，pH和鈣[134 ]。熱誘導的凝膠分兩個步驟形成，其中第一步，受熱的蛋白質透過蛋白質與蛋白質的相互作用以及多肽片段的展開而發生構象變化，從而導致結構網路的形成[ 135]]。然而，在排斥力和吸引力之間的平衡對於形成三維網路是必要的。在某些情況下，加熱過程中有限的蛋白質解摺疊會導致疏水殘基暴露，隨後與冷卻相關。基於相互作用位點的數量，它們的反應性以及溶質分子之間的排斥力的量，這形成了凝膠網路。因此，它們受到pH和離子強度的高度影響。在含有血清白蛋白的蛋白質凝膠中，大約1-2個蛋白質分子會自行排列，形成高度緻密的粘性網路，具體取決於交聯的程度[ 136]]。在另一項研究中，從高和低離子強度的乳清級分β-Lg獲得的凝膠以連續分支網路的形式包含蛋白質聚集體[ 137 ]，而帶有溶菌酶的乳清蛋白形成了包含直的，桿狀蛋白質分子的凝膠在小的，不規則的簇中具有珠狀結構網路[ 137 ]。
4.4。乳清蛋白的乳化特性乳液被稱為透過在連續相中分散一個或多個相而形成的非均相體系，並且它們可以透過摻入本質上為兩親性的表面活性劑來穩定，即它們對分散相和分散相/連續相具有親和力。新增乳化劑的主要目的是降低介面張力並促進分散相的擴散。使用蛋白質穩定的乳液體系在油滴周圍形成介面膜，以避免形成任何聚結，絮凝，乳化或上油[ 138]]。但是，要成為有效的乳化劑，蛋白質必須是可溶的，並且能夠降低油/水介面處的介面張力。因此，諸如pH，鹽，蛋白質濃度和溫度等因素在蛋白質吸附到脂肪小球表面上起著重要作用，從而影響乳清蛋白的乳化特性[ 139 ]。乳清蛋白椰子油形成的乳液顯示出降低的乳脂穩定性，在pH 5時粘度和蛋白質吸附增強，這表明蛋白質的靜電性質在很大程度上影響乳液的穩定性[ 140]。此外，脂肪小球周圍的疏水基團的有效性也起著蛋白質吸附的作用。研究表明，基於乳清蛋白的乳狀液可透過乳狀液形成過程中蛋白質的部分展開來改善，例如進行均質化[ 141 ]。分析了富含α-La和β-Lg的乳清蛋白濃縮物（WPC）在油/水乳液中的乳化特性。單獨的WPC和添加了WPC的β-Lg表現出相似的乳化效能，這表明原產地和乳清加工對乳化效能幾乎沒有影響。加入了α-La的WPC表現出中等的乳化能力，穩定性降低，表明富含β-Lg的乳清蛋白是更有效的乳化劑[ 142]。在另一項研究中，由乳清蛋白椰子油形成的乳液在pH 5時比在介面表面的pH 7含有更多的蛋白質。在pH值為9時，β-Lg被強烈吸附並占主導地位，而在pH值為3時，α-La相關蛋白的吸附增加。這表明蛋白質的吸附及其乳化效能受到培養基pH值的廣泛影響。在鹼性pH下，β-Lg的分子膨脹導致更多的吸附，而在酸性pH下，發現α-La更易於吸附，這可能是由於結合鈣的穩定作用降低所致[ 139 ]。當透過熒光探針順式-頭皮酸檢查時，發現乳液的穩定性和蛋白質作為乳化劑的作用與表面疏水性相關[ 143]。]。與熱變性的程度成比例，表面疏水性的降低顯著降低了β-Lg和血清白蛋白（BSA）的乳化能力。這表明，BSA和β-Lg均為疏水性，因此在加熱過程中發生構象變化，導致非極性殘基與疏水位點的親和力降低。添加了WPC的乳液也隨脂質含量，灰分和巰基含量的組成而變化，通常用於預測充氣乳液中各種WPC樣品的乳化能力。
4.5。透過共軛改善功能乳清蛋白是富含氨基酸和生物活性肽的營養有益系統之一，因此廣泛用於開發功能性食品。乳清蛋白產品因其具有生物活性而具有多種健康益處，例如具有抗微生物，抗氧化劑，降壓，阿片樣物質和促進礦物質結合的功效，因此非常需要開發營養食品。[ 144 ] 然而，由於WPH的熱穩定性問題，將WPH摻入食品配方中並非易事[ 145]]。為了確保產品安全和貨架穩定性，大多數液體食品和醫用飲料都經過熱處理，這會導致乳清蛋白不可逆地變性，形成凝膠和聚集體。此外，由於乳化效能差，由於在噴霧乾燥過程中粉末顆粒的粘性增加，在開發配製的粉末中使用水解蛋白會受到很大影響。此外，使用高蛋白水平的乳清蛋白會導致裝置和管道的大量結垢和堵塞。變性蛋白質的沉澱和膠凝作用（尤其是在長期儲存過程中）在最終產品中顯示出不需要的感官屬性的跡象。使用乳清蛋白開發增值產品會產生很多技術限制，導致一些生產者轉向其他一些蛋白質型別。但是，此類蛋白質的氨基酸譜和乳清蛋白的消化益處可能有所不同。
最近，幾位研究人員已經解決了乳清蛋白的穩定性問題，主要是透過將它們與碳水化合物結合來解決的。乳清蛋白或具有還原性碳水化合物的肽的加熱會導致一系列化學反應，稱為美拉德反應，這是在加熱的早期階段，蛋白質和碳水化合物分子之間以及共軛蛋白之間形成共價橋形成[ 146]。透過美拉德反應過程（即糖基化）將乳清蛋白與還原糖結合在一起是一個令人關注的領域，以前的一些報道顯示其生理，營養和功能特性得到了改善，包括熱穩定性，溶解性，乳化能力，水乳清蛋白/肽基成分的結合和抗氧化活性[ 147 ]。
然而，結合的主要挑戰是它可以自然發生或可以被引發，這在物理，化學，生物學和感官特性方面極大地影響了食品的特性。此外，透過美拉德反應將乳清蛋白與還原糖結合是一個非常複雜的反應過程，涉及一系列加工引數，包括pH，溫度和時間。因此，該方法的規模化提出了嚴峻的挑戰，因為蛋白質與碳水化合物的結合不足會導致蛋白質凝結，而不受控制的美拉德反應會導致形成不良或不利影響，例如形成導致產生異味和有毒化合物[ 148]。因此，為了在開發增值健康成分中得到更廣泛的應用，需要研究不同工藝引數對美拉德反應的影響及其對蛋白質功能和健康特性的影響。
5.乳清蛋白及其衍生物的當前應用5.1。乳清蛋白和衍生物作為食品成分的作用在食品應用中，乳清蛋白及其衍生物由於具有多種功能（包括凝膠化，起泡，乳化，溶解性和熱性質）而具有巨大優勢，因此受到關注。已知新增乳清蛋白可改善食物的感官品質並增強口感。例如，乳清蛋白先前已經被新增到食品中，例如酸奶，烘焙食品，能量棒，麵食和飲料，以影響食品的整體質量和營養。一項研究報道了在低脂酸奶中新增未經熱處理的乳清蛋白和高甲氧基果膠的複合物的效果[ 149]。乳清蛋白是酸奶的良好脂肪替代劑和質構劑。另一項研究表明，將乳清蛋白新增到由脫脂奶粉製成的全脂酸奶中時，具有穩定乳劑和改善整體質地的能力。當使用液滴合併時，它會產生高分子量且乳化能力降低的乳清蛋白附聚物。但是，當透過20-100 MPa的高壓均質機時，它會產生更穩定的乳液[ 150 ]。在一項研究中，分析了新增乳蛋白成分對益生菌酸奶（由商業發酵劑和乳酸雙歧桿菌Bb12組合製備）的微觀結構的影響[ 151]]。一個樣品中添加了2％的酪蛋白酸鈉，另一個樣品中添加了2％的乳清蛋白濃縮物。據報道，酪蛋白酸鈉的加入改變了產品的硬度，粘合性和總粘度，而與酪蛋白酸鹽相比，添加了乳清蛋白的產品顯示出改善的持水量，粘性質地和低脫水收縮性。將乳清蛋白和植物蛋白組合新增到日期欄中，並使用針對學生的響應面法（RSM）最佳化營養狀況[ 152]。發現新增6.05％的乳清濃縮蛋白（WPC）是理想的。利用乳清蛋白及其衍生物開發營養食品和功能食品的研究仍在進行中。
5.2。乳清蛋白和衍生物與其他補品結合的好處使用酶對乳清蛋白進行廣泛水解會導致形成苦肽，從而降低其在食品應用中的可接受性。酶促水解可分解蛋白質部分（例如α-乳白蛋白，β-乳球蛋白和血清白蛋白），從而生成含有苦味肽的乳清蛋白水解物。肽的這種苦味常常使用各種抑制劑掩蓋，其中一些抑制性化合物包括三氯蔗糖，果糖，腺苷5'一磷酸鈉，蔗糖，腺苷5'一磷酸二鈉，穀氨酸一鈉，氯化鈉，葡萄糖酸鈉和乙酸鈉[ 153]。幾種技術涉及鑑定苦肽並將其去除以改善其感官特性。Liu和他的同事們發現了四種乳清蛋白水解產物中引起苦味的肽。使用分餾技術（超濾和色譜），然後使用LC-TOF-MS / MS（液相色譜-飛行時間質譜法）鑑定肽和氨基酸組成[ 83 ]。Gad和他的研究小組報道，在大鼠模型中，在體外和體內實驗物件中，補充淡水藻類螺旋藻後，乳清蛋白濃縮物（WPC）的抗氧化和金屬螯合活性均得到改善[ 154 ]。
乳清蛋白的應用也可能受到限制，因為其某些成分（例如α-乳白蛋白和β-乳球蛋白）與引起過敏性有關，尤其是在兒童中。發現一些兒童出現胃腸道問題[ 155 ]，特應性皮炎[ 156 ]，呼吸道過敏[ 157 ]或過敏反應[ 158]。]攝入牛乳蛋白後。因此，在施用乳清蛋白飲食之前評估變應原性風險很重要。減少乳清蛋白致敏性的有效方法之一是熱處理。Bu和他的同事在暴露於熱處理後，透過競爭性ELISA（酶聯免疫吸附測定）分析了乳清分離蛋白中α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的抗原性[ 159 ]。觀察到，在90℃以上，蛋白質部分的抗原性顯著降低。還已知用酶處理乳清蛋白可降低變應原性[ 104]]。乳清蛋白濃縮物用胰蛋白酶水解並餵給小鼠受試者。在受試者中觀察到IFN-γ分泌的增加，這表明水解產物具有降低乳清蛋白過敏性的能力[ 160 ]。
5.3。乳清蛋白和衍生物作為包封劑和包衣材料的作用隨著消費者變得更加註重健康，他們正在尋找食物和飲料中富含營養成分的天然成分[ 161 ]。因此，加工者透過不斷將健康成分摻入食品或作為補充劑來應對這一趨勢。最近，生物活性化合物（例如維生素，抗氧化劑，礦物質和離子，風味，香氣化合物，番茄紅素，脂肪或酶或細菌細胞，如益生菌微生物）作為功能成分出現，從而導致了新型配方和增值食品的生產[ 162 ]。然而，在這些生物活性分子的應用過程中面臨著一些挑戰[ 163]。結果，為克服這些挑戰並考慮到食品中增值新型成分需求的增長，食品製造商開始實施封裝工藝[ 164 ]。這些寬範圍的活性化合物可以被封裝或包裝在由乳清蛋白組成的載體材料中。封裝過程涉及將任何固體，液體或氣體材料（包括成分，酶，細胞或其他分子）併入不同的載體材料中，以產生大小不同的膠囊[ 161]]。這有利於在遞送部位運輸藥劑，並且基於載體材料的強度，核心藥劑以各種間隔釋放。此外，捕獲乳清蛋白凝膠可減少酸敗問題並增強穩定性。例如，用鐵強化食品存在許多困難，並且為了解決該問題，透過利用乳清蛋白的膠凝特性來分離乳清蛋白。將分離物暴露於冷定型凝膠中以形成基質，然後在抗壞血酸存在下將鐵截留在其中[ 165]。這導致乳清蛋白的包封效率提高，以回收更多的鐵，並將體外生物可及性從10％提高到80％。抗壞血酸鹽的使用有助於增強乳清蛋白凝膠，從而提高鐵的回收率並改善其釋放特性。類似地，乳清蛋白濃縮物被用作包封劑以捕獲葉酸。觀察到葉酸和蛋白質基質之間的良好相互作用，使其成為摻入維生素的合適基質。與聚合物（商業抗性澱粉）相比，WPC膠囊賦予葉酸更高的穩定性[ 166]。乳清蛋白密封劑也可以與其他載體材料（例如碳水化合物和脂肪）結合形成。一項研究表明，在有或沒有甲氧基果膠的情況下，乳清分離蛋白奈米顆粒的功效[ 167 ]。結果表明，由果膠形成的密封劑具有更好的抗均質性和整體穩定性。甚至在pH 3下儲存期間，與沒有果膠的密封劑相比，奈米顆粒懸浮液也顯示出更高的介面壓力。這樣的密封劑可以潛在地用作有效的表面活性劑。封裝過程的一個重要好處是可以防止核心成分與其他食品成分發生反應，例如在香精油的情況下[ 168]。除包含酚，醇，酯，酮和醛等幾種化合物外，香精油還表現出對細菌，酵母和真菌的廣泛抗菌活性。因此，為了賦予食品基質內部的穩定性，可以使用乳清蛋白衍生物作為載體材料將此類油微囊化。例如，WPI被用於封裝豆蔻精油[ 169 ]。發現獲得的WPI微膠囊具有球形，規則和光滑的質地，並且在儲存期間，它能夠以30％的濃度保留油。
在一項研究中，乳清蛋白分離物被轉化成可食用膜，其中含有抗壞血酸[ 166 ]。然後評估該膜的除氧效能。觀察到膜的拉伸強度隨著氧滲透率的降低而提高。這表明WPI薄膜具有防止氧氣擴散並消除食品系統中氧氣的能力，從而增強了對氧氣敏感的產品的儲存穩定性[ 170]。使用乳清蛋白的可食用分層也可用於包覆堅果，以透過延緩堅果中酸敗的形成來延長堅果的保質期。一項研究表明，乳清蛋白分離物可以延遲核桃和松子的氧化和酸敗。與未塗層的堅果相比，塗有WPI的堅果在25°C的溫度下儲存12天可改善感官特性[ 169 ]。
乳清蛋白基包裝材料在替代塑膠方面顯示出巨大潛力，並且是最有前途的生物聚合物之一。近來，乳清蛋白已被廣泛用於活性包裝領域，以利用其抗微生物特性。抗菌包裝是指其中注入了抗菌化合物的活性包裝形式。這些化合物在可食用薄膜中使用時會釋放出來，以延長產品的保質期。已開發出具有抗微生物特性的乳清蛋白分離物（WPI）可食用薄膜，其中摻入了香精油（從迷迭香，牛至和大蒜等香料中提取）。先前的研究表明，當將乳清蛋白新增到可堆肥的塑膠薄膜中時，其提高氧氣阻隔效能和增加生物降解的效率[ 171]]。由於它們的高乳化特性，乳清蛋白也用於形成穩定的乳液。乳酪通常富含維生素以增強其營養價值。但是，在成熟期間，維生素傾向於降解。因此，為了提高維生素的保留能力，Tippetts和他們的團隊研究了乳清蛋白在切達乾酪中摻入維生素D3的作用[ 172 ]。他們透過新增酪蛋白酸鈉，酪蛋白鈣，乳清蛋白和維生素D3來形成水包油乳液，最終劑量為280 IU /份。奈米乳液穩定，產品中保留約74–78％的維生素D3。在另一項研究中，顯示了乳清蛋白分離物在各種熱過程和離子強度下產生穩定的奈米乳液的能力[ 173]]。發現這些乳液即使在較高的蛋白質濃度下在儲存條件下也是穩定的，而無需新增任何聚合物如樹膠和多糖作為第二層。這些結果表明在食品和製藥工業中基於乳清蛋白的乳劑的潛力。
6。結論根據以上發現，可以認為乳清蛋白及其衍生物在功能上很重要，在食品應用中具有很大的潛力。現在，營養學家越來越認可乳清蛋白和多肽是一種極好的營養來源。從乳清中產生的肽以成分的形式摻入功能性和新鮮食品，膳食補充劑甚至藥物中，以提供特定的健康益處。乳清蛋白產品由於其生物功能特性，目前正在研究配製新藥和功能性食品成分以改善腸道健康並調節腸道對營養物質的吸收的研究物件。從乳清蛋白中分離和純化的大多數生物活性肽都具有良好的抗氧化劑，抗高血壓，抗癌，抗糖尿病，和降膽固醇活動。吸收後，這些肽在特定的靶器官上發揮作用。當富含飲食時，此類肽可被嬰兒，老年病患者，糖尿病患者，有心臟病風險的人群和運動員食用。近來，對生產和使用生物活性肽的商業興趣已經增加，但是仍沒有很好地建立這種肽的工業規模生產。一些商業產品已經投放市場，聲稱具有特定的生物學活性和治療效果。此外，乳清蛋白的功能特性在食品系統中的應用中也起著重要作用。但是，現有資料並不能真正反映食品系統中乳清蛋白的功能行為，這表明在實際食品條件下，
隨著功能性蛋白質市場的不斷擴大，需要開發簡單的具有成本效益的方法來生產，分離，純化和可擴充套件規模的乳清蛋白和肽，以供市場使用。乳清加工商必須確定有用的功能特性，並證明其用作功能成分的有效性，以便可以根據其效能來推廣和銷售乳清產品。最近，為了滿足對健康意識強的消費者的日益增長的需求，食品工業已開始探索蛋白質混合物（來自各種來源的蛋白質的混合物，如酪蛋白，乳清，植物，微生物來源等），以開發富含蛋白質的食物和飲料。但是，為了使該概念可行，在開發過程中報告了一些技術和市場挑戰。此外，這類產品已被認為不那麼美味。因此，應在模擬食品系統中測試這些製劑，然後再測試實際食品狀況，以驗證商業食品中的蛋白質行為和效能。應設計有關成分新增，溫度，pH和其他加工引數的特定規程。此類資訊對於在製造期間促進適當的加工方法以防止成分變化，蛋白質變性程度和其他構象變化是必需的。確保食品質量的常規測試在提供有關功能應用的資訊方面也應具有重要價值。這類產品已被認為不那麼美味。因此，應在模擬食品系統中測試這些製劑，然後再測試實際食品狀況，以驗證商業食品中的蛋白質行為和效能。應設計有關成分新增，溫度，pH和其他加工引數的特定規程。此類資訊對於在製造期間促進適當的加工方法以防止成分變化，蛋白質變性程度和其他構象變化是必需的。確保食品質量的常規測試在提供有關功能應用的資訊方面也應具有重要價值。這類產品已被認為不那麼美味。因此，應在模擬食品系統中測試這些製劑，然後再測試實際食品狀況，以驗證商業食品中的蛋白質行為和效能。應設計有關成分新增，溫度，pH和其他加工引數的特定規程。此類資訊對於在製造期間促進適當的加工方法以防止成分變化，蛋白質變性程度和其他構象變化是必需的。確保食品質量的常規測試在提供有關功能應用的資訊方面也應具有重要價值。這些製劑應在模擬食品系統中進行測試，然後在實際食品中進行測試，以驗證商業食品中的蛋白質行為和效能。應設計有關成分新增，溫度，pH和其他加工引數的特定規程。此類資訊對於在製造期間促進適當的加工方法以防止成分變化，蛋白質變性程度和其他構象變化是必需的。確保食品質量的常規測試在提供有關功能應用的資訊方面也應具有重要價值。這些製劑應在模擬食品系統中進行測試，然後在實際食品中進行測試，以驗證商業食品中的蛋白質行為和效能。應設計有關成分新增，溫度，pH和其他加工引數的特定規程。此類資訊對於在製造期間促進適當的加工方法以防止成分變化，蛋白質變性程度和其他構象變化是必需的。確保食品質量的常規測試在提供有關功能應用的資訊方面也應具有重要價值。此類資訊對於在製造期間促進適當的加工方法以防止成分變化，蛋白質變性程度和其他構象變化是必需的。確保食品質量的常規測試在提供有關功能應用的資訊方面也應具有重要價值。此類資訊對於在製造期間促進適當的加工方法以防止成分變化，蛋白質變性程度和其他構象變化是必需的。確保食品質量的常規測試在提供有關功能應用的資訊方面也應具有重要價值。