牛乳蛋白质：酪蛋白与乳清蛋白

概述

本笔记合并牛乳蛋白质两讲，系统覆盖酪蛋白（结构、胶束、钙敏感性）与乳清蛋白（结构、功能特性、热行为）两大体系。

一、牛乳蛋白质化学基础与酪蛋白特性（原 F097·A）

概述

本课件回顾了氨基酸与蛋白质的一二三四级结构基础知识，进而系统介绍牛乳中的蛋白质分类，重点讲解酪蛋白（casein）家族的基因来源、翻译后修饰（磷酸化、糖基化、部分水解）及其对钙敏感性、热稳定性的影响。内容为丹麦哥本哈根大学食品科学系乳品化学课程的第一部分。

核心概念

1. 蛋白质分级结构（primary–quaternary structure）：讲义回顾了肽键连接氨基酸形成一级结构，氢键形成α-螺旋/β-折叠等二级结构，疏水残基包埋形成三级结构，以及疏水氨基酸比例较高时倾向形成寡聚体的四级结构规律。(p.4-19)
2. 酪蛋白（casein）四大基因产物：牛乳酪蛋白由αs1-、αs2-、β-、κ-四种基因产物组成，分别占酪蛋白总量约37%、10%、35%、12%，共占牛乳总蛋白约80%。(p.23, p.26)
3. 酪蛋白特征性理化性质：酪蛋白整体非极性氨基酸和脯氨酸（Pro）含量高、二硫键少、富含赖氨酸、含磷酸丝氨酸（SerP），结构开放松散，亲疏水区域分布不均，因而兼具良好的乳化起泡性与钙结合能力。(p.30)
4. 酪蛋白胶束聚合（micelle polymerization）：酪蛋白通过疏水相互作用聚集，同时磷酸丝氨酸残基与胶体磷酸钙结合将亲水部分连接起来，从而形成稳定的酪蛋白胶束结构。(p.31)
5. 翻译后修饰（PTM）三类：酪蛋白存在磷酸化（不同基因产物磷酸基团数目不同，如αs1-CN带8-9个磷酸基团）、κ-酪蛋白的糖基化（约50%的分子在Thr131/133/135位点连接寡糖）、以及纤溶酶（plasmin）介导的部分水解，三者共同造成酪蛋白的高度异质性。(p.32-42)
6. 纤溶酶水解生成γ-酪蛋白（γ-caseins）：β-酪蛋白经纤溶酶在三个主要位点切割，生成γ1、γ2、γ3等片段（在pH4.6不溶）以及可溶的蛋白胨蛋白（proteose peptones）。(p.44)
7. 钙离子对酪蛋白溶解度的影响：αs1-CN和αs2-CN在钙离子浓度超过约4 mM时即变得不溶，而κ-CN在任何温度下均能耐受高钙浓度，因此κ-CN在胶束中起到稳定其他酪蛋白、防止钙诱导沉淀的关键作用。(p.52)
8. 酪蛋白对热的相对稳定性：酪蛋白本身对普通热处理不敏感，但在140℃以上会因美拉德反应、乳糖降解导致pH下降、磷酸钙沉淀入胶束、脱磷酸化及蛋白交联等一系列间接反应而改变性质。(p.53)
9. 等电点沉淀原理：牛乳在接近pH 4.6、约30℃条件下酪蛋白发生等电点沉淀，这是干酪制作和酸奶凝乳的化学基础。(p.26)
10. 分析分离方法：酪蛋白可通过尿素-PAGE、SDS-PAGE、毛细管电泳等凝胶电泳方法，以及离子交换和反相高效液相色谱（RP-HPLC/LC-MS）进行分离鉴定。(p.46-51)（据课件，未经核实）

关键论点 / 结论

• 氨基酸序列的极性/非极性排列模式直接决定蛋白质倾向形成α-螺旋还是β-折叠，而脯氨酸因结构刚性会抑制二级结构形成，这解释了富含脯氨酸的酪蛋白为何缺乏规则二级结构。(p.17)
• 酪蛋白的遗传变异体（如β-CN A1与A2）会影响蛋白稳定性、消化率及干酪制作性能与产率，具有实际生产意义。(p.33-34)
• 酪蛋白的异质性（基因型+磷酸化程度+糖基化+水解程度）是理解乳品加工中酪蛋白行为差异的核心框架。(p.40-41)

二、乳清蛋白结构与功能特性（原 F095·B）

概述

本课件是牛乳蛋白讲义第二部分，聚焦乳清蛋白（whey proteins）的组成、结构与功能特性，逐一讲解β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白、乳铁蛋白等主要成分的结构特征、热敏感性及在乳品加工（如干酪制作）中的行为。

核心概念

1. 乳清蛋白总体组成：乳清蛋白约占牛乳总蛋白的20%，主要包括β-乳球蛋白（β-Lg，约占乳清蛋白50%）、α-乳白蛋白（α-La，约20%）、血清白蛋白（BSA）、免疫球蛋白（Ig）、乳铁蛋白（LF）、乳过氧化物酶（LP）及骨桥蛋白（OPN）等，其组成比例因制取方式（酸乳清 vs. 皱胃酶乳清）而异。(p.3-4)
2. β-乳球蛋白（β-Lactoglobulin）结构：162个氨基酸残基、分子量约18.2 kDa，二级结构以β-折叠为主（约43%），通过2个二硫键维持紧凑球状结构，并含1个游离巯基（Cys121），能形成疏水口袋结合小分子疏水物质。(p.6-7)
3. β-Lg热敏感性与巯基反应：β-Lg在约65℃以上开始部分变性，暴露出的游离巯基可与κ-酪蛋白等其他蛋白发生巯基-二硫键交换反应，这一反应对酸奶质构形成有利，但在干酪制作中会造成不利影响。(p.9-11)
4. α-乳白蛋白（α-Lactalbumin）结构与功能：α-La是分子量约14.2 kDa的金属蛋白，含4个二硫键、无游离巯基，能结合钙离子（和锌离子），并作为乳糖合酶复合体的辅因子参与乳糖合成的限速步骤，使葡萄糖作为受体的亲和力提高约1000倍。(p.13-16)
5. α-La的钙依赖热稳定性：结合钙的holo型α-La比不含钙的apo型更耐热；apo型在低pH下可形成松散的”熔球态”（molten globule state），并能与油酸结合产生潜在抗癌活性的复合物。(p.17-19)
6. 血清白蛋白与免疫球蛋白非乳腺来源：BSA和免疫球蛋白（IgG、IgA、IgM等）并非由乳腺细胞合成，而是从血液渗漏进入乳汁，因此其浓度在初乳中远高于常乳（IgG可达100 g/L）。(p.20, p.22, p.25)
7. 免疫球蛋白的热敏感性与功能：Ig对热处理十分敏感，巴氏杀菌（72℃/15秒）即可使其活性降低不超过10%，但更高温度（75-100℃）会导致抗体结合活性大幅或完全丧失；其生理功能是通过初乳为犊牛提供出生后被动免疫。(p.25-26)
8. IgM冷凝集现象：IgM在低温（约5℃）下可作为冷凝集素，通过特异性糖链介导乳脂肪球膜蛋白与乳清脂蛋白结合，形成脂肪上浮层，该效应随温度升高而减弱。(p.27)
9. 乳铁蛋白（Lactoferrin）结构与抗菌机制：LF为约80 kDa的糖蛋白，含16个二硫键，分为两个结构域各结合1个铁离子；其抗菌机制是螯合铁离子使微生物无法获取，此外经胃蛋白酶水解还可产生抗菌肽。(p.28-29)
10. 糖巨肽/酪蛋白巨肽（GMP/CMP）：κ-酪蛋白经凝乳酶（chymosin）在Phe105-Met106位点水解后，C端片段（κ-CN f106-169）即为GMP/CMP，该片段亲水性强、不含芳香族氨基酸，因而可用于苯丙酮尿症（PKU）患者膳食，且无法用280 nm紫外吸收检测。(p.35-39, p.42)

关键论点 / 结论

• 凝乳酶水解κ-酪蛋白生成副κ-酪蛋白（para-κ-casein）与GMP两部分，是干酪制作中凝乳形成的关键反应。(p.35-36)
• 不同乳清蛋白对聚集/复合物形成的参与能力不同，β-Lg和κ-CN之间的巯基交换反应是乳清蛋白聚集体附着于酪蛋白胶束表面的主要机制。(p.11, p.32)
• 乳清蛋白整体对热处理的敏感性远高于酪蛋白，是区分二者加工行为差异的核心依据。(p.46)

术语表（合并）

中文	原文
酪蛋白	casein
酪蛋白胶束	casein micelle
磷酸丝氨酸	phosphoserine (SerP)
翻译后修饰	post-translational modification (PTM)
纤溶酶	plasmin
γ-酪蛋白	γ-casein
蛋白胨蛋白	proteose peptones
胶体磷酸钙	colloidal calcium phosphate (CCP)
等电点	isoelectric point (pI)
乳清蛋白	whey protein (WP)
β-乳球蛋白	β-lactoglobulin (β-Lg)
α-乳白蛋白	α-lactalbumin (α-La)
血清白蛋白	bovine serum albumin (BSA)
免疫球蛋白	immunoglobulin (Ig)
乳铁蛋白	lactoferrin (LF)
熔球态	molten globule state
糖巨肽/酪蛋白巨肽	glycomacropeptide/caseinomacropeptide (GMP/CMP)
凝乳酶	chymosin
副κ-酪蛋白	para-κ-casein