酪蛋白（英文名：Caseins）是一類富含磷和鈣的蛋白質，哺乳動物奶中最主要的蛋白質，約占牛奶蛋白質的80%，占到人奶蛋白質的40%~50%。酪蛋白在牛奶中是以膠體束形式存在的，通過膜分離技術，選擇合適的微濾膜可以將絕大部分的酪蛋白截留，而讓大部分乳清蛋白透過。在常溫常壓下為白色固體或淡黃色粉末，無任何異味，溶于水后形成膠束。酪蛋白主要是由結構性質上相似的四種酪蛋白蛋白質組成，分別為，溶于水后以膠束形式存在。酪蛋白含有8種必需氨基酸，是一種全價蛋白質，具有高營養價值，不需要預先進行變性就能夠被酪蛋白酶水解。酪蛋白是從牛乳中通過酸法、酶法、酸熱結合法等方法制備，通過沉淀分離、沉析分離等方法可以進一步分離酪蛋白中的四種蛋白質。酪蛋白因其高營養價值和獨特的理化性質在食品工業，生物醫藥工業，制革工業等均有廣泛的應用。
結構與組成
酪蛋白主要包括一類含磷且結構近似的蛋白質構成，包括溶于水形成酪蛋白膠束，這四種組分的一級結構都得到了確認。α-酪蛋白是哺乳動物的主要蛋白，人乳中沒有α-酪蛋白，以β-酪蛋白為主要酪蛋白形式。
酪蛋白組成成分及相對性質
α_s1-酪蛋白
于1974年完成一級結構的測試，由199個氨基酸組成，是酪蛋白的主要組成，約50%。上具有8個磷酸根離子，而這8個磷酸根離子分布的區域也是該蛋白的親水區。除此之外，還含有3個很強的疏水區。
α_s2-酪蛋白
由207個氨基酸組成，電荷量也是四種蛋白質組分中最高的，也是磷酸化程度最高的。具有2兩個高度磷酸化的區域，相對的，疏水區域只有2個，因此是最親水的酪蛋白。
β-酪蛋白
含有209個氨基酸，其含量僅次于。含有5個磷酸根離子，是四種酪蛋白中最疏水的。的形態受溫度影響較大，在低溫下以單分子存在，在室溫下以膠束存在。
κ-酪蛋白
由169個氨基酸組成，結構上與其他酪蛋白相差較大?？梢苑€定其他三種酪蛋白，也可以和其他酪蛋白形成配位化合物。
酪蛋白膠束結構
酪蛋白分子上存在親水基、疏水基、電離化基團等，因而大多是以膠束形式存在，膠束是以蛋白質為主體，還包含部分小分子物質如磷酸鈣等，共同構成了酪蛋白膠粒。
“套核”模型
1965年首次提出的一種酪蛋白模型。在這個模型的假設下，膠核是和組合而成，組成外表面的套。
內部結構模型
內部結構模型認為是一段一段相連聚合而成，則結合在聚合物上，而則定向于膠體界面。聚合物和聚合物之間通過小分子物質磷酸鈣相互連接。
亞單元模型
亞單元模型認為，酪蛋白膠體是由不同組成的亞單元構成，亞單元包含，和。各個亞單元表面的疏水區相互結合，親水區暴露。
但是，磷酸鈣等小分子物質對膠體的形成具有重要的影響。因此，亞單元模型經過幾次修正，認為各個亞單元之間通過磷酸鈣相連，并且通過與周圍溶劑作用穩定酪蛋白的空間結構。
理化性質
酪蛋白為白色固體或淡黃色粉末，無異味。酪蛋白是一類具有相似結構的蛋白質，主要包括等，分子量分別為23600，25150，24000，19000。酪蛋白的等電點是pH4.6。
溶解性
酪蛋白為非結晶、非吸潮性物質，常溫下在水中可溶解0.8-1.2%，微溶于25℃水和有機溶劑，溶于稀堿和濃酸中，能吸收水分，當浸入水中則迅速膨脹，但分子不結合。
乳化性能
酪蛋白膠束主要是由四種蛋白質構成，每個蛋白質都具有不同的親水性和疏水性的氨基酸片段組成且集中分布在肽鏈上，因此具有獨特的親水、親油特性，是良好的表面活性劑因此可以作為啤酒和蘋果汁的乳化試劑。
熱穩定性
大多數蛋白質受熱會破壞蛋白質的三級結構而變性，而酪蛋白加熱到130攝氏度以上才會破壞，因此酪蛋白能夠在120度下高溫滅菌而不破壞其功能。
生理功能
幼小哺乳動物主要依靠乳汁維持生存，乳汁中最主要的成分是酪蛋白，酪蛋白能為機體提供豐富的氨基酸，同時酪蛋白在親本蛋白質序列中是一種無活性的狀態，經過單一蛋白酶或復合蛋白酶水解掉酪蛋白特定肽鍵后，得到具有生物活性的多肽片段。生物活性肽，是具有一定生理功能的多肽化合物。
這些生物活性肽包括免疫活性肽、抗血栓活性肽、礦質元素結合肽、酪蛋白糖巨肽等，對人類有豐富的營養價值。免疫活性肽具有多方面的生理功能，它不僅能在免疫調節中增強機體的免疫力，還能刺激淋巴細胞和巨噬細胞，提高機體對外界病原物質的抵抗能力。抗血栓活性肽能抑制ADP激活的血小板聚合作用，同時還能抑制人血纖維蛋白原與血小板的結合。礦質元素結合肽在體內能與多種礦質元素結合，可以充當很多礦質元素的載體，促進小腸對礦質元素的吸收。酪蛋白糖巨肽可調節免疫系統，對傷寒沙門氏菌脂多糖引起的老鼠脾細胞增殖有抑制作用，對激素免疫系統有向上調節的作用。除此之外還能夠抑制胃液分泌，促進雙歧桿菌生長，抑制流感病毒科紅細胞凝集素。
制備方法
工業上從牛奶中分離酪蛋白組分的分離方法較多主要有主要包括沉淀分離、層析分離、膜分離以及酶法分離等。主要制備過程如下圖所示。將牛奶和緩沖液預加熱，之后不斷進行攪拌均勻，將懸浮液冷至室溫，離心。棄上清，得酪蛋白粗制品。之后用蒸餾水洗沉淀多次，再次離心，棄上清同時過濾。用乙醇-乙醚混合液洗沉淀，最后用無水乙醚洗沉淀，干燥后得到酪蛋白。
沉淀分離
沉淀分離法是最常用的分離方法，這種方法依據酪蛋白在不同溶液的物理化學性質，如溶解度、溫度、離子強度等實現分離。這種技術可以更好地理解酪蛋白的結構和功能。經過發展，沉淀分離酪蛋白的方法已經有使用尿素溶液、氯化鈣溶液、尿素-硫酸溶液、乙醇-硫酸銨溶液等溶液。
根據酪蛋白在各濃度的尿素溶液中表現出的顯著溶解度差異，實現了不同組分的酪蛋白不完全分離。
但是僅僅通過這個方法實現的分離效果較差，根據酪蛋白的四種組分不同的疏水性可以通過改變溫度影響其溶解度進而實現分離效果。而在低溫下，部分酪蛋白在等電點也能溶解，因此可以通過多次酸沉酪蛋白，再加熱到30攝氏度，最終分離出酪蛋白組分。
同時不同的酪蛋白含有的磷酸基團不同，因而對鈣離子的敏感程度不同，也可以先在尿素中沉淀后，加入適量的鈣離子，對酪蛋白進行進一步的沉淀分離。。
以酸沉酪蛋白為原料，利用其能夠溶于含TCA的尿素溶液的特性，能夠將它與其他的酪蛋白成分分離出來。通過結合多種沉淀技術，研究者們已經成功地分離和純化了數種酪蛋白組分。
另外也可以結合等電點沉淀與尿素沉淀分離出酪蛋白。對尿素沉淀方法進行了改進，從而獲得了更純凈的$$β$$-酪蛋白。在低溫條件下通過調節pH值和離子濃度，成功地制備出了富含的溶液。是一種獨特的酪蛋白組分，它含有糖基成分，并且在含有TCA的尿素溶液中表現出良好的溶解性。
同時也有一種新的沉淀分離酪蛋白的方法，是根據酪蛋白在不同pH值、離子強度和溫度條件下的溶解度來進行分級。這項技術已經被用于50%乙醇溶液中，并且已經被證明是有效的。
層析分離
層析分離法不同于沉淀分離法，該方法利用各組分的理化性質的差異，其分離原理是利用不同組分在流動相中的溶解度不同，因此受到的力不同，速度也就不同從而實現分離，根據所用的方法可以分為離子交換層析法、疏水層析法、吸附層析法、凝膠過濾法、共價層析法、親和層析法等等。這些技術可以確定是否分離。
離子交換層析
離子交換層析主要分為陽離子交換層析和陰離子交換層析是兩種常用的分析方法，在此，陰離子交換層析在實際應用中更為普遍。陰離子交換層析法可以使用DEAE-纖維素和咪唑-鹽酸緩沖溶液，該方法結合尿素了和巰基乙醇，可以有效地分離了不同的酪蛋白組分。也可以在該方法上改進，使用兩種中性緩沖溶液，這兩種緩沖液分別含有尿素與巰基乙醇。在提高分離的性能上也可以添加氯化鈉進行梯度洗脫，添加了氯化鈉可以明顯提高流速性能。
由于酪蛋白具有酸性等電點，因此在使用陽離子交換層析時，需要添加高濃度的尿素來提高洗脫時的背景壓力。然而，這種方法并不常見?？梢允褂每焖?a href="/hebeideji/7210669361437655095.html">蛋白質液相層析技術，成功分離和半制備了酪蛋白組分。
疏水層析
疏水層析的原理類似于反相層析，其通過測量物質在鹽-水體系中的疏水性差異，進而實現分離。
可以利用苯基鍵合疏水色譜柱，可以實現對牛奶中的蛋白質進行分離。將該樣品在硫氰酸胍溶液中處理，并在短時間內從高鹽濃度緩沖液線性降低到低鹽緩沖液狀態。通過這種方法，能夠實現多種不同的蛋白的分離。
吸附層析
羥基磷灰石吸附層析是一種廣泛應用于分離領域的技術，它能夠有效地提取物質中的有機物質。羥基磷灰石表面的鈣離子能夠與蛋白質中的負電荷結合，而磷酸基團則能夠與正電荷結合，這兩種結合方式都可以在化學反應中發揮作用。顯然，這種分離方式取決于蛋白質的電荷狀態。使用了羥基磷灰石作為洗脫劑，并通過pH=6的尿素溶液進行處理。的磷酸基團含量較少，因此它與羥基磷灰石的結合能力較弱，容易被洗脫。相反，和會被保留在柱中，并且可以通過使用磷酸緩沖液梯度洗脫來分離它們。
凝膠過濾層析
凝膠過濾層析通過測量樣品中各組分分子量的差異，從而實現分離。在未添加還原劑的情況下，使用以鍵相連形成的聚合體，能夠分離出與其他酪蛋白組分分子量不同的物質。此聚合體具有相對較大的分子量，因此能夠在外水體積中被洗脫并分離。通過這種方法，能夠地分離出了各酪蛋白組分。在對此方法進行改進后，使用了磷酸鹽作為洗脫緩沖液，對酪蛋白進行凝膠柱層析。這樣不僅能夠避免SDS洗脫后除去它的困難，還可以提高洗脫流速。
共價層析
通過在層析介質中形成共價鍵，共價層析技術可以有效地將物質分離。其中的一種共價層析方法是利用硫醇-Sepharose4Β進行共價層析。硫醇-Sephrose4Β中含有2-嘧啶二硫基團，它能夠與半胱氨酸結合，并將其吸附到柱子上。相反，不含半胱氨酸，因此會被洗脫掉。通過使用這種方法，可以有效地分離山羊酪蛋白中的半胱氨酸殘留物，并解決其他類似問題
親和層析
親和層析利用生物大分子與某些物質之間的特殊結合，以此來研究物質的結構和性質。例如，是一種獨特的酪蛋白組分，它含有糖基成分。通過親和層析技術對馬酪蛋白進行了研究后發現，該技術利用了糖基與含麥胚凝集素的層析介質發生的特異性結合，將馬酪蛋白牢牢吸附在柱上。在此之后，通過使用N-乙酰氨基葡萄糖的緩沖液，可以將洗脫出來，如此便實現了與其他酪蛋白成分的分離。
酶法分離
酪蛋白膠束穩定的關鍵因素是的穩定作用，它能夠有效防止酪蛋白膠束的凝聚。因此，通過使用酶可以特異性水解，從而使其失去保護作用，使得各蛋白能夠被分離。
膜分離
未受熱時以單體形式存在，但隨著溫度的升高它會逐漸變成聚合物。這種聚合物與原膠束的直徑存在明顯差異，因此可以利用這種直徑差異來使用膜分離技術進行分離。膜技術主要方法包括超濾、微濾和親和膜過濾。
其它分離方法
如濁點萃取法是一種新興的液-液萃取技術，它能夠有效地提取物質中的懸浮物，同時不會對環境造成污染。這種技術已經被廣泛應用于各種領域，并取得了良好的效果
應用領域
食品工業
酪蛋白是牛乳中含量最高的蛋白質，是高營養的全價蛋白質，它不僅能夠提供營養物質而且還可以促進鈣磷的吸收。酪蛋白可以增加肉制品的風味，保證營養的同時調節口味，是良好的添加物。在烘焙食品中也可以加入酪蛋白及酪蛋白產品增加營養。牛奶中含有一種蛋白叫酪蛋白。當牛奶中的酪蛋白與醋混合在一起時，就會凝結。在牛奶中形成的塊狀物就是凝乳，即為奶酪。
生物醫藥工業
酪蛋白及其加工產品不僅具有豐富的營養成分，還是生物活性肽的重要來源。生物活性肽是一類具有獨特藥理和生理作用的化合物，它們能夠在許多不同的領域發揮重要作用。它通常存在于蛋白質的長鏈分子中，但是當它被適當的Caspase-3水解后，它的活性會迅速釋放。酪蛋白是研究最多的活性肽來源之一，其他來源的活性肽也受到了廣泛關注。通過使用不同類型的蛋白酶，可以從酪蛋白中提取出大量的生物活性肽。從酪蛋白中已經發現了數十種具備各種重要生理功能的活性肽，如Mudgil 等使用堿性蛋白酶和鏈霉蛋白酶E處理牛和駱駝酪蛋白分別生成了牛乳和駱駝乳酪蛋白水解產物，用以模擬胃腸道消化后的有效水解物，發現兩者對胰脂肪酶和膽固醇酯酶的抑制均有顯著作用。
制革工業
在制革中，酪蛋白也是應用最廣泛的成膜劑之一，其長期以來，在制革工業中，特別是在皮革涂飾方面，都占有極其重要的地位。在全粒面革與苯胺革的熨平涂飾和打光涂飾中它都發揮著尤其重要的作用。酪蛋白成膜劑粘著力很強，與革面所形成的涂層具有牢固透亮、粒紋清晰、真皮感強、耐高溫的優點，并且可以保持天然皮革的透水性與透氣性。但其缺點在于涂層容易發硬、較易泛黃、不耐濕擦、延展性較差、有時易產生裂漿等。除此之外，因為酪蛋白光亮劑以水為介質，在使用上安全方便，所以在高檔皮革的制造中有難以撼動的地位。
造紙和木材加工領域
酪蛋白膠同時還是一種新型的環保高分子粘合劑，它沒有濃烈的氣味和毒性、有強黏結力、能快速固化、初粘性很高等特點。目前酪蛋白粘合劑主要有三類：無生石灰酪蛋白膠、酪蛋白共混膠、耐水酪蛋白-石灰膠。對于第一種基本用于鋁箔紙的層壓、標簽糊與其他紙類和非紙材的粘接。而后兩類則主要應用于木材加工行業。而且在受力較大的木制結構中，酪蛋白膠更是大受使用。
建筑領域
在乳膠漆、床上用品、自流平水泥的制作中，酪蛋白是不可或缺的材料。用堿中和酪蛋白之后，能得到酪蛋白金屬鹽，它有非常多的優點，應用范圍十分廣泛。它們是水溶性酪蛋白涂料的主要化學成分，具備生物降解塑料的優質環保性能。從某種角度來說，對于追求天然產品和可生物降解特性的商家和消費者來說，酪蛋白產品是一種很好的品質選擇。此外，酪蛋白還可用來充當自流平水泥作床層。裝修過程中，酪蛋白可以獲得水平的金屬表面。同時有多種酪蛋白所需的材料，其還具備優良的自愈物理性能，在所需材料上鉆孔后，因為酪蛋白的作用，孔以最快的速度閉合，并逐漸形成光滑平整的金屬表面。幾十年來，這種獨特的品質和性能使酪蛋白成為建筑領域各方面性價比最高的產品。
紡織領域
再生蛋白纖維Chinon是目前世界上唯一工業化開發的酪蛋白植物纖維。這是繼第二代化纖之后的新型高效第四代植物纖維。它的強度高于棉、絲，現在已經接近聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維，特別是吸水后，仍保持很高的強度，濕強度甚至比天然纖維高很多，并且在防霉、防蛀質量和性能方面也優于滌綸纖維。此外，它還具備很強的天然植物殺菌抑菌功能。
其它方面
凝乳酶干酪素與甲醛水溶液聚合得到一種暗紅色或淡黃色，幾乎透明到不透明的高分子化合物，這就是酪蛋白塑料。其外型酷似象牙，使其常被用作高檔建筑裝飾材料。此外，用酪蛋白做拉鏈頭在中國古代也有悠久的歷史。以光滑性、亮麗、手感飽滿而著稱。酪蛋白塑料還能夠用來代替角箱鲀等天然植物所需的材料，常用于制作刀鞘、手縫線、市政自來水筆、金屬針扣等生活用品。
安全事宜
過敏反應
酪蛋白作為全價蛋白質，但同時酪蛋白也是牛奶主要的過敏原，可能會對一部分的人造成過敏反應，對兒童的健康影響較大。牛奶引起的過敏有四種類型，分別為Ⅰ型超敏反應、Ⅱ型過敏反應、Ⅲ型過敏反應、Ⅳ型過敏反應?？梢酝ㄟ^加熱處理降低蛋白質的致敏性、通過水解破壞蛋白質的三維結構降低致敏性、也可以通過發酵等方式降低致敏性同時引入益生菌。
參考資料 >