第十二章乳蛋白質(zhì)化學(xué)乳蛋白質(zhì)包括酪蛋白和乳清蛋白兩大類(lèi)。正常牛乳中蛋自質(zhì)含量為30-35g/L，這些蛋白質(zhì)中的80%是以酪蛋白膠體形式存在。酪蛋白膠體中含92%的蛋白和8%的無(wú)機(jī)鹽，無(wú)機(jī)鹽土要以磷酸鈣為主，乳中約65%的鈣存在于酪蛋白中，僅有10%以游離鈣的形式存在。第一節(jié)酪蛋白化學(xué)一、酪蛋白的遺傳變種和性質(zhì)酪蛋白占乳蛋白的76%-86%，包括αs1酪蛋自、。αs2酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白。其它的酪蛋白來(lái)源于酪蛋白的磷酸化和糖苷化及有限水解，最常見(jiàn)的是as2酪蛋白磷酸化、κ一酪蛋白的糖苷化和β-酪蛋白水解，產(chǎn)生γ-酪蛋白、肽等。αs1酪蛋白的遺傳變種為5個(gè)，αs2酪蛋白為4個(gè)，β-酪蛋白是7個(gè)，κ-酪蛋白有2個(gè)，不同的遺傳變種在牛乳中有不同的概率和分布，不同品種牛之問(wèn)、同一品種的牛之間均呈一定的差異性。酪蛋白遺傳變種的發(fā)現(xiàn)和命名以及其所含細(xì)微成分的確認(rèn)和證實(shí)，均依賴(lài)于蛋白的傳統(tǒng)分離技術(shù)、電泳技術(shù)和柱色譜技術(shù)等。

二、酪蛋白的化學(xué)組成三、酪蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)（一）αs1酪蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)αs1酪蛋白中疏水性殘基、帶電荷殘基的分布是不均勻的，在氨基酸序列中疏水區(qū)、電荷比α-乳球蛋白、α-乳白蛋白更明顯。疏水區(qū)在1～44，90～113,132～199氨基酸區(qū)段。磷酸化是αs1酪蛋白（鈣敏性蛋白質(zhì)）的特征結(jié)構(gòu)。（二）αs2酪蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)αs2酪蛋白在所有酪蛋白中親水性最強(qiáng)。結(jié)構(gòu)中有三簇帶負(fù)電的磷酸絲氨酸、谷氨酸殘基，即位于8～12,56～63,129～133氨基酸位。有兩個(gè)區(qū)域相對(duì)疏水，即C端序列的160～207位和90～120位。（三）β-酪蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)β-酪蛋白是所有酪蛋白中疏水性最強(qiáng)的。含有負(fù)電荷的磷酸化絲氨酸簇N端和非常疏水的C端清晰區(qū)分開(kāi)來(lái)。pH6.6時(shí)N端21殘基的極性區(qū)域有-11.5的靜電荷，而強(qiáng)疏水的C端沒(méi)有靜電荷。極性區(qū)域鏈長(zhǎng)度的1/10帶全部電荷的1/3，而疏水性C端占整個(gè)鏈長(zhǎng)的3/4的特定結(jié)構(gòu)決定了β-酪蛋自的強(qiáng)疏水性。（四）κ-酪蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)沒(méi)有磷酸絲氨酸簇和蘇氨酸糖苷化殘基，故使κ-酪蛋白不能結(jié)合鈣。有約1～105(副κ-酪蛋白)的強(qiáng)疏水性N端，和一個(gè)極性的C端。功能特性：①和鈣敏性酪蛋白間相互作用;②極性區(qū)域?qū)︹}離子不敏感;③被凝乳酶專(zhuān)一性地有限水解。在干酩加工中凝乳酶專(zhuān)一性地?cái)嗔裀he105-Met106鏈，導(dǎo)致極性糖巨肽從κ-酪蛋白中分離，從而去除了酪蛋白膠粒的表面極性靜電和位阻穩(wěn)定性，使表面疏水性增加，而產(chǎn)生膠體凝集四、酪蛋白的空間結(jié)構(gòu)酪蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)通過(guò)CD和Raman光譜的方法測(cè)定，但數(shù)據(jù)僅有一定參考意義。五、酪蛋白的自聚（一）αs1酪蛋白的自聚αs1酪蛋白在pH6時(shí)除去酪蛋白中有最弱疏水性的αs2酪蛋白后，它帶有最大量的電荷。疏水基團(tuán)在長(zhǎng)鏈中呈不均勻分布，在低離子強(qiáng)度(0.003～0.01mol/L)的中堿性溶液中是單體，離子強(qiáng)度增加，自聚作用增強(qiáng)。自聚作用受pH影響，pH升高自聚減少，而溫度對(duì)自聚的影響很小。αs1酪蛋白可形成二聚、三聚、六聚側(cè)等。（二）αs2酪蛋白的自聚αs2酪蛋白疏水比弱，能高度磷酸化，其磷酸脂在長(zhǎng)鏈的三簇中均有分布。聚合度強(qiáng)烈地依賴(lài)于離子強(qiáng)度(I),離子強(qiáng)度增加，聚合度增加，但當(dāng)I≧0.2mol/L時(shí)，離子強(qiáng)度增加，聚合反而減弱。本身帶有負(fù)電荷的酪蛋白之間有排斥力。低離子強(qiáng)度時(shí)排斥力占主導(dǎo)地位，離子強(qiáng)度增加，排斥力減弱，吸引力增強(qiáng)，但當(dāng)離子強(qiáng)度太高時(shí)會(huì)出現(xiàn)相反的情況。（三）β-酪蛋白的自聚自聚作用依賴(lài)于離子強(qiáng)度和溫度。在低溫低離子強(qiáng)度時(shí)僅有單體β-酪蛋白存在，溫度和離子強(qiáng)度增加，聚合作用增大。pH對(duì)其聚合的影響尚未能完全確定。（四）κ酪蛋白的自聚κ-酪蛋白和β-酪蛋白的自聚作用相似。κ-酪蛋白的自聚形態(tài)和β-酪蛋白不同，κ-酪蛋白不受溫度、離子溫度影響而形成固定大小的聚合體。這主要緣于c端區(qū)域相對(duì)低的電荷，帶負(fù)電荷C端間的相互排斥和膠體體積限制的空間要求也起了一定的作用。六、酪蛋白的金屬結(jié)合性質(zhì)所有酪蛋白均能結(jié)合不同的二價(jià)金屬離子。酪蛋白中磷酸絲氨酸殘基的磷酸基團(tuán)是鈣的主要結(jié)合部位，此外，鈣也和其它基團(tuán)如天門(mén)冬氨酸、谷氨酸的羧基結(jié)合。酪蛋白的鈣結(jié)合能力按αs2酪蛋白>αs1-酪蛋白>β-酪蛋白>κ-酪蛋白的順序下降。在pH7.0時(shí)，鈣和酪蛋白的結(jié)合減少了它們的負(fù)電荷，減少了分子間的靜電排斥，引起聚合直至最后沉淀。κ-酪蛋白因其含磷酸絲氨酸基團(tuán)少而沒(méi)有上述現(xiàn)象。α-酪蛋白能防止其它酪蛋白的鈣誘導(dǎo)沉淀，這是乳中含有大量鈣，足以使αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白沉淀而酪蛋白膠體呈溶解性的原因。鈣和酪蛋白的結(jié)合受pH、溫度、離子強(qiáng)度的影響，和鈣離子導(dǎo)致沉淀的濃度影響呈一致性。故平衡結(jié)合常數(shù)隨pH、溫度的增加而增加，隨離子強(qiáng)度的增加而下降，這些常數(shù)對(duì)αs1-酪蛋白、β-酪蛋白是相似的。在Ca2+濃度為0~1.0mmol/L時(shí)，結(jié)合是一個(gè)放熱反應(yīng)。鈣離子結(jié)合于磷酸絲氨酸、酪氨酸、色氨酸由水相轉(zhuǎn)移至極性環(huán)境。在Ca2+濃度為1.0~3.0mmol/L時(shí)，隨濃度的增加，進(jìn)入第二個(gè)放熱相。Ca2+結(jié)合于磷酸絲氨酸基團(tuán)和羧基，濁度稍微增加。在Ca2+濃度為3.0~5.0mmol/L時(shí)，反應(yīng)呈強(qiáng)吸熱。Ca2+在羧基上的結(jié)合繼續(xù)，濁度迅速增加最終形成沉淀。七、酪蛋白膠體酪蛋白膠體是四種酪蛋白組分與磷酸鈣、少量鎂鈉、鉀和檸檬酸鹽形成的大的結(jié)合體。（一）酪蛋白膠體中酪蛋白組分的位置Schmidt和Both：κ-酪蛋白位于酪蛋白膠體的表面，αs1-酪蛋白、β-酪蛋白均勻分布于整個(gè)酪蛋白膠體。Farrell：在大的膠體中κ-酪蛋白位于表面，小的膠粒則均勻分布于整體。Dalgleish：膠體外層是由等摩爾的αs-酪蛋白、κ-酪蛋白和少量β-酪蛋白組成，內(nèi)部則由等摩爾的αs-、β-酪蛋白和少量κ-酪蛋白構(gòu)成。（二）酪蛋白膠體的結(jié)構(gòu)Stothart等研究證明酪蛋白存在亞單元。Kumosinski等研究支持這一學(xué)說(shuō)，亞微粒在鈣不存在情況下呈電荷的不均勻分布，故他們認(rèn)為亞單元有一個(gè)高電子密度的核心，并被低電子密度的濃縮外殼包圍。（三）酪蛋白膠體的解離在恒定pH情況下鈣離子從膠體中的逐漸移去會(huì)引起酪蛋白的釋放，開(kāi)始時(shí)未影響膠體的體積，最終會(huì)引起膠體的完全解離。在膠體中單個(gè)酪蛋白解離速度：κ-酪蛋白>β-酪蛋白αs1-酪蛋白>αs2-酪蛋白，這和每個(gè)酪蛋白中磷酸酯含量下降相一致。（四）膠體磷酸鈣酪蛋白膠體除含各種酪蛋白外，還含有Ca,Mg、無(wú)機(jī)磷酸鹽和檸檬酸鹽。陰陽(yáng)離子的相互作用構(gòu)成了膠體相中的膠體磷酸鈣，它和酪蛋白相互作用成為酪蛋白膠體的一部分。膠體磷酸鈣的結(jié)構(gòu)存在有兩種不同的觀(guān)點(diǎn)：一種認(rèn)為膠體磷酸鈣是以Ca3(PO4)的形式存在；一種認(rèn)為酪蛋白的磷酸酯化基團(tuán)和鈣結(jié)合在一起。也有人認(rèn)為膠體磷酸鈣應(yīng)是一個(gè)不同于前兩種形態(tài)的特殊類(lèi)型結(jié)構(gòu)。（五）酪蛋白膠體的理論模型1.“套核”模型(Coatcoremodels)膠體的核是由αs、β-酪蛋白形成球體顆粒構(gòu)成，κ-酪蛋白構(gòu)成外表面即“套”。2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型雙結(jié)合模型αs1、αs2、β-酪蛋白之間既可以通過(guò)疏水作用力結(jié)合在一起，又可以通過(guò)磷酸鈣（CCP）的交聯(lián)作用相互連接，形成酪蛋白膠束的核心部分。κ-酪蛋白幾乎不含磷酸絲氨酸，位于膠束的表面，因此它不但不能與膠束中的磷酸鈣交聯(lián)，同時(shí)還會(huì)阻止膠束核的增長(zhǎng)，在酪蛋白膠束的表面形成一層保護(hù)殼，這樣就能使膠束在溶液中穩(wěn)定地存在。。圖2酪蛋白膠束的雙結(jié)合模型示意圖3.亞單元模型酪蛋白首先通過(guò)疏水相互組成一個(gè)個(gè)含15-20個(gè)酪蛋白分子的亞單元結(jié)構(gòu)。這種亞單元結(jié)構(gòu)又可以分成兩類(lèi)：富含κ-酪蛋白的亞單元和κ-酪蛋白含量很少的亞單元。富含κ-酪蛋白的亞單元形成了酪蛋白膠束的表面結(jié)構(gòu)，而κ-酪蛋白含量很少的亞單元位于酪蛋白膠束的內(nèi)部，各個(gè)亞單元通過(guò)磷酸鈣相互連接，進(jìn)而形成酪蛋白膠束。由于內(nèi)部的亞單元結(jié)構(gòu)疏水性較強(qiáng)，而膠束表面的亞單元結(jié)構(gòu)的親水性較強(qiáng)，因此酪蛋白膠束能在溶液中穩(wěn)定地存在。酪蛋白膠束的中心部分是磷酸鈣將酪蛋白纏繞在一起而形成一種無(wú)定形狀態(tài)的微簇狀的結(jié)構(gòu)。κ-酪蛋白以毛發(fā)層狀的結(jié)構(gòu)存在于膠束的表面并伸向溶液中。同時(shí)κ-酪蛋白的這種毛發(fā)層結(jié)構(gòu)會(huì)提供靜電作用，使酪蛋白膠束能穩(wěn)定地存在于溶液之中。4.微簇結(jié)構(gòu)模型總之，雖然許多學(xué)者提出的酪蛋白膠束結(jié)構(gòu)的假說(shuō)模型各不相同，但是大都認(rèn)為，κ-酪蛋白處于酪蛋白膠束的表面，在維持酪蛋白膠束結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面起到了決定性的作用。第二節(jié)乳清蛋白化學(xué)乳清蛋白主要包括α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、血清白蛋白免疫球蛋白等。一、β-乳球蛋白β-乳球蛋白是反芻動(dòng)物如牛、羊和單胃動(dòng)物如豬、馬、貓乳中的主要乳清蛋白，人乳和嚙齒動(dòng)物乳中含量極微。（一）β-乳球蛋白的遺傳變種和一級(jí)結(jié)構(gòu)牛β-乳球蛋白有8個(gè)遺傳變種，即β-乳球蛋白A、B、C、D、E、F、G、Dr。反芻動(dòng)物β-乳球蛋白的序列不同。（二）β-乳球蛋白的理化性質(zhì)1.分子大小單個(gè)β-乳球蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量為18200，二聚體為36000。正常牛乳中β-乳球蛋白是以二聚體的形式存在，在pH＜3.5時(shí)解離為單體。當(dāng)pH由4.5變化至2.0時(shí)，伴隨著緩慢的構(gòu)象變化，二聚體迅速解離為單體。（二）β-乳球蛋白的理化性質(zhì)2.β-乳球蛋白的變性堿性物質(zhì)、加熱、有機(jī)化合物和金屬離子均會(huì)引起β-乳球蛋白變性。在pH8以上β-乳球蛋白的變性變得明顯，pH由8變?yōu)閘0,二聚體解離為單體；pH11時(shí)α-螺旋結(jié)構(gòu)不變，β-折疊轉(zhuǎn)化為任意構(gòu)象，pH12時(shí)結(jié)構(gòu)完全呈任意狀態(tài)。變性速度隨pH增加而變快，最終產(chǎn)生大量的凝集。（二）β-乳球蛋白的理化性質(zhì)2.β-乳球蛋白的變性當(dāng)溫度由30℃上升至55℃時(shí)，β-乳球蛋白二聚體解離為單體，在較高溫度下β-乳球蛋白結(jié)構(gòu)變得伸展，同時(shí)伴隨硫琉化合物的增加和氧化。pH與乳成分（乳糖、κ-酪蛋白）對(duì)其變性有一定的影響。（二）β-乳球蛋白的理化性質(zhì)2.β-乳球蛋白的變性乳球蛋白被尿素、鹽酸胍、乙醇和消毒劑等有機(jī)物作用而變性。尿素變性經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟：pH3.5時(shí)β-乳球蛋白解離為單體。第一步β-乳球蛋白變性是一級(jí)反應(yīng)，聚肽鏈可逆伸展為任意螺旋構(gòu)象；pH5.2時(shí)發(fā)生復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)第一階段包括β-乳球蛋白的解離和伸展；第二階段伸展蛋白經(jīng)過(guò)一SH/SS交換反應(yīng)產(chǎn)生不可逆凝集。（二）β-乳球蛋白的理化性質(zhì)3.β-乳球蛋白和有機(jī)物質(zhì)的結(jié)合（二）β-乳球蛋白的理化性質(zhì)4.β-乳球蛋白和離子的結(jié)合乳球蛋白能和單價(jià)、二價(jià)金屬離子結(jié)合。Na+能在其等電點(diǎn)以上結(jié)合于羲基和咪哇基團(tuán)上。Ag+、Cu2+、Hg2+與游離硫琉基結(jié)合。I-專(zhuān)一性地和β-乳球蛋白中的硫巰基結(jié)合，產(chǎn)生二者間的絡(luò)合物。5.β-乳球蛋白和乳蛋白質(zhì)的結(jié)合β-乳球蛋白能和α-乳白蛋白相互作用，它也和多種酪蛋白作用。和κ-酪蛋