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乳铁蛋白的功能特性研究及应用进展 倪丹 1，王彩云2，云战友2 （ 1. 内蒙古农业大学 食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018； 2. 内蒙古伊利实业集团股份有限公司 技术中心，内蒙古 呼和浩特 010080 ） 摘要：综述了乳铁蛋白的功能特性及其研究进展。通过对乳铁蛋白的热稳定性、广谱抗菌特性及其促进铁的吸收等 功能特性的综述，就其在食品和医药领域的应用做了详细介绍，为其进一步开发应用提供借鉴。 关键词：乳铁蛋白；功能特性；应用进展 中图分类号：TS252.1文献标志码：Adoi：10.3969/jissn.1671- 9646 （X ） .2011.06.027 Functional Properties of Lactoferrin and its Application Progress Ni Dan1，Wang Caiyun2，Yun Zhanyou2 （ 1. College ofFood Science and Engineering，Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot，Inner Mongolia 010018，China； 2. Inner Mongolia Yili Industrial Group Co, Huhhot，Inner Mongolia 010018，China ） Abstract:This paper reviews recent research progress about the functional properties of lactoferrin, The main discussion is on lactoferrins thermostability, antibacterial properties, iron combination and iron absorption function, in order to provide useful information for further application of lactoferrin in food and medical field. Key words:lactoferrin；functional characteristics；application progress 0引言 乳铁蛋白是一种具有多种生理功能的天然活性 糖蛋白，最先发现于乳汁中，但也广泛存在于动物 体的泪液、唾液、汗液、胰液等1。早在 1960 年， 乳铁蛋白作为一种乳蛋白就已经被鉴定出来，它在 人乳中的含量特别丰富，质量浓度可达 7 g/L，随着 乳汁的成熟其含量会有所下降，在哺乳期间平均为 l g/L 左右。它在牛乳中含量则较低，一般仅为 0.1 g/L。人们对乳铁蛋白及其水解产物乳铁蛋白 活性多肽进行了深入研究，发现它们具有多种生理 功能，如广谱抗细菌感染的作用，调节体内铁的平 衡，调节骨髓细胞的生成，促进正常细胞的生长， 抑制肿瘤细胞的生长，以及预防及治疗肿瘤等。目 前，将乳铁蛋白作为一种全新营养素的研发已成为 热点。因为乳铁蛋白有许多特殊的生理活性功能， 因而具有开发成新型的保健食品和食品添加剂的市 场潜力2。自 1992 年以来，有关乳铁蛋白的国际研 讨会召开了 9 次，但是在我国乳铁蛋白的研究起步 较晚，而且国内对乳铁蛋白功能的研究也多集中在 抑菌特性方面。笔者通过对乳铁蛋白的热稳定性、 广谱抗菌特性及其与铁的结合促进铁的吸收等功能 特性进行综述，以期为其进一步开发应用提供参考。 1乳铁蛋白功能特性的研究进展 1.1热稳定性 文献中对乳铁蛋白的热稳定性报道很多，其失 活条件也各有说法。 Ruegg 等人3对乳铁蛋白的热稳定性进行研究时 发现，pH 值为 6.6 时，牛乳超滤透过液中的牛乳铁 蛋白在 6569 时就失活。此后，有人报道了人乳 铁蛋白的热失活条件是 70 热处理 1530 min 3。 Hiroaki 等人4研究了在酸性条件下，牛乳铁蛋白 的热稳定性。试验表明，脱铁乳铁蛋白 （ apolactofer- rin ） 在酸性条件下非常稳定，如 pH 值为 4.0，温度 为 90 时，处理 5 min，其铁结合能力、抗原活性 和抗菌活性与未处理前相同，而天然乳铁蛋白的热 变性程度，在 6595 的范围内，随温度升高而逐 渐增加。 杨鹏华5参考 Ruegg 和 Hiroaki 的试验，对巴氏 杀菌后的牛乳中的乳铁蛋白活性进行测定，发现巴 收稿日期：2011- 02- 25 作者简介：倪丹 （ 1985-），女，黑龙江人，在读硕士，研究方向：食品生物技术。E- mail：keirani 。 文章编号：1671- 9646 (2011 )06- 0087- 04 第 6 期 （ 总第 247 期)农产品加工学刊No.6 2011 年 6 月Academic Periodical of Farm Products ProcessingJun. 农产品加工学刊2011 年第 6 期 氏消毒法不会破坏乳制品中的乳铁蛋白，同时对牛 乳铁蛋白蛋白酶解稳定性进行了研究。结果表明， 牛乳铁蛋白对一定质量浓度的胃蛋白酶在一定时间 内具有一定的抵抗能力，不被完全降解。这说明乳 铁蛋白在被食用后，可能有一小部分通过胃进入肠 道发挥作用5。 目前的研究结果表明，乳铁蛋白的热稳定性随 铁饱和度的增加而增加，猜测含铁乳铁蛋白的两叶 （ lobes ） 也具有不同的热稳定性，具体的机理还有待 进一步研究。通过文献不难看出，乳铁蛋白对热比较 敏感，对外界的 pH 值要求也较为严格，因此在提取 及应用过程中应该注意保护其活性，以免失去功效。 1.2抑菌作用 Bullen 等人6-7在 1972 年首先提出乳铁蛋白具有 抑菌作用。现已确定乳铁蛋白对革兰氏阴性菌和阳 性菌有抑菌作用，而且主要针对需铁的革兰氏菌， 可抑制的革兰氏阴性菌包括大肠菌群、沙门氏菌等， 可抑制的革兰氏阳性菌包括金黄色葡萄球菌等，但 基本不抑制对铁需求不高的菌, 如乳酸菌。就乳铁蛋 白的抑菌作用，目前的解释是：乳铁蛋白通过乳铁 蛋白与铁高度结合，使得需铁细菌失去生长所需的 基本元素而无法生长。 David 等人8对 19 株产肠毒素大肠杆菌进行乳铁 蛋白的抗菌性试验时发现，相同菌种的不同菌株对乳 铁蛋白的抑制耐受性也不同，而且缺铁乳铁蛋白和天 然乳铁蛋白的抗菌性几乎相同。 Elizabeth A. Griffiths 等人9通过体外试验也证实 了牛乳铁蛋白和人乳铁蛋白对大肠杆菌的抑制作用。 为了进一步研究乳铁蛋白的抑菌机理，Suzuki 等人用胃蛋白酶或胰蛋白酶对乳铁蛋白进行处理, 对 处理产物进行研究发现，酶处理并没有消除乳铁蛋 白的抗菌活性, 并且乳铁蛋白的某些酶解片段仍存在 抗菌活性。此后该结论得到了广泛证实。 Satio 等人10的研究中则发现：pH 值为 2.0，温 度为 12 时，处理乳铁蛋白 15 min 后，试验中产 生的一些小肽片段具有比天然乳铁蛋白更强的抗菌 活性, 并且该活性与铁结合特性无关。 Tomita 等人通过试验证实，在 pH 值为 2.0 3.0，温度为 100200 时，热处理脱铁乳铁蛋白 5 min，样品会发生明显降解，而且其抗菌活性有所 增强。这说明乳铁蛋白降解以后得到的小分子仍具 有抗菌活性。Tomita 等人2制备得到具有广泛抗菌谱 的蛋白质水解物，其抗菌活性是乳铁蛋白的 20 倍。 Kuwata11通过水解乳铁蛋白发现了含有 25 个氨 基酸残基的特殊生理功能的活性多肽人乳铁素， 它的抑菌效果是 LF 的 400 倍。一些学者认为乳铁素 是某种抑菌成分的前体物质。 虽然关于乳铁蛋白的抑菌特性研究成果层出不 穷，但其抑菌特性的测定方法几乎没有太大变化。 常见的测定方法主要有：牛津杯法、平板倾注法和 菌液 OD值的测定法。不常见的还有免疫荧光检测法 和微量测定法等。但值得注意的是，虽然牛津杯法 操作简便，可以很直观的体现出乳铁蛋白的抑菌特 性，但可能该方法并不适用于所有乳铁蛋白抑菌特 性的测定，因为尽管有研究表明，采用此法成功测 定了乳铁蛋白抑菌特性，但也有很多研究表明牛津 杯法不适用于乳铁蛋白抑菌特性的测定。笔者曾尝 试采用此法进行测定，经过多次及多种乳铁蛋白进 行验证测定，均未测得明显抑菌圈。分析原因可能 是由于乳铁蛋白分子量太大，在琼脂培养基中扩散 较困难，因此很难得到理想的抑菌结果。 1.3杀菌作用 乳铁蛋白杀菌作用主要是通过其氨基末端的强 阳离子结合区域增加细菌细胞膜的通透性，使细菌 内部的脂多糖从外膜渗出，从而达到直接杀菌的作 用12。但目前针对乳铁蛋白对不同菌株杀菌作用机制 的研究结果也各有不同。 Nabulsi 等人13认为培养基上肉毒杆菌的致死机 制是乳铁蛋白螯合了铁离子后发挥的灭菌作用，而 且乳铁蛋白绑定到菌体细胞上之后就产生了快速杀 菌作用。依 Nabulsi 的研究可知，乳铁蛋白的活性应 依赖于培养基的组成成分。 Delillo等人14研究得出，乳铁蛋白对藤黄微球菌 杀菌作用在于细胞表面的脂甘露聚糖等多聚糖。 Nibbering 等人15在 2001 年推断 H- 乳铁蛋白杀 菌作用的表达要求菌体细胞要具有代谢活性。 Payne 等人16在 1990 年的研究中认为，乳中铁质 量分数为 7.5 mol/L时，LF对经 UHT处理而后染李氏 杆菌的乳在室温下有杀菌作用，但在添加 0.125 mol/L 的柠檬酸铁胺后，乳铁蛋白的杀菌功能就消失了。 Murdoc 和 Matthews 在 2002 年的类似试验证明， 乳铁蛋白对于经 UHT 处理而后染李氏杆菌的乳，在 4 下培养 7 d，没有杀菌作用17。 Bortner 等人13曾认为，4 时乳铁蛋白不能够粘 在嗜肺军团菌的表面。但 Nabulsi 的研究结果表明， 乳铁蛋白在 4 和 10 时也都具有杀菌作用。虽然 乳铁蛋白对各种菌的作用机制有所不同，但有一点 是共同的，就是细胞表面的结合位点与乳铁蛋白的 结合是依赖于温度的，而且温度较高时更有利于乳 铁蛋白与其结合，至于乳铁蛋白的杀菌活性是否要 求靶细胞具有代谢活性还不清楚。目前针对乳铁蛋 白杀菌作用的研究还仅仅是在特定条件下对特定菌 的研究，还没有针对多种菌同时起杀菌作用的综合 研究，这些都还有待于进一步探讨。 1.4铁结合能力及对铁吸收的促进作用 乳铁蛋白具有结合并输送铁的能力，能增强铁 88 2011 年第 6 期 的实际吸收性和生物利用率，可以降低有效铁的使 用量，能减少铁的负面影响，是一种有效的补铁制 剂。研究表明，乳铁蛋白作为一种铁强化剂，其吸 收效果远优于 FeSO4和 Fe2（SO4）3。 Kawakami18提出，给贫血的小鼠饲喂乳铁蛋白或 FeSO4，虽然可以达到同样的治疗效果，但后者的摄 入量需是前者的 4 倍。姜冬梅等人19得出类似结果， 进一步证明 Fe- 乳铁蛋白中的铁更易吸收19。使用乳 铁蛋白不仅可以降低有效铁的使用量，而且乳铁蛋 白螯合铁以后，就可以避免游离铁对肠道的直接刺 激作用。 Kawakami 发现 pH 值变化、铁的溶解度增加等 可以增加乳铁蛋白的结合铁的容量。随后 Nagasako20 确定了每分子乳铁蛋白可结合 2 个 Fe3+, 即 1 g 乳铁 蛋白最多可结合 1.4 mg铁。 随着研究的深入，Mikogami 等人21研究发现人、 兔、猪等小肠黏膜细胞表面有特殊的乳铁蛋白受体 （ 乳铁蛋白 - R ），当乳铁蛋白到达肠道后，立即和该 受体起反应, 然后乳铁蛋白 - R 进入细胞内部, 释放出 Fe3+，这种特殊的乳铁蛋白受体可以提高铁的吸收率。 虽然乳铁蛋白是很好的补铁制剂，但是否会对 不缺铁或铁过量群体造成影响就成了新的问题。 Tomoyuki 等人在 1997 年研究就此进行了研究。通过 乳铁蛋白对 14 d 龄断奶小鼠铁吸收影响的研究, 发现 乳铁蛋白对摄入铁过量的断奶小鼠的铁吸收会有抑制 作用, 特别是铁储备充足的幼鼠，这与 Sanchez 等人22 研究结果是一致。因此乳铁蛋白对铁吸收的影响还 有待于进一步研究。 2乳铁蛋白的应用进展 2.1食品领域 乳铁蛋白的诸多基础研究反映出它在乳中的重 要性。由此可推想，在婴幼儿食品中添加乳铁蛋白 的潜在好处。日本森永乳业工业集团在 1986 首次年 推出含有乳铁蛋白的婴儿配方奶粉。此后关于乳铁 蛋白添加到婴儿配方奶粉中的益处研究的相关报道 不断涌现，包括改善肠道微生物菌群，促进铁吸收 及降低婴儿配方奶粉的脂质氧化反应等。目前含有 乳铁蛋白的产品包括酸奶、脱脂乳、乳饮料、营养 补充片剂、宠物食品和化妆品等23。这些含有乳铁蛋 白的产品对健康的益处，已经在临床和动物实验中 得以证实。其中含乳铁蛋白酸奶对轮状病毒性胃肠 炎的作用，营养补充片剂对慢性丙型肝炎的作用， 以及对轮状病毒性胃肠炎和幽门螺旋杆菌引起的胃 肠感染的作用都有相关报道24-26。含乳铁宠物食品对 猫、狗皮炎的治疗作用也有报道。 对牛乳铁蛋白功能特性研究得最多的是口服乳 铁蛋白对人体的影响，特别是对肠道菌群的影响。 之所以把肠道菌群作为目标，是因为已经证明了乳 铁蛋白的杀菌作用，因此认为乳铁蛋白可以改变肠 道中的微生物组成。有研究表明，服用添加了牛乳铁 蛋白的婴儿配方乳粉的婴儿，其肠道粪便菌群中双歧 杆菌占优势。并不是添加乳铁蛋白就会有上述现象， 而是要求牛乳铁蛋白的添加量要达到 1 mg/mL27。在 1990 年以前测定乳铁蛋白对肠道菌群的影响，是采 用动物试验和对动物采活体组织取得的研究结果进 行分析。但要测定乳铁蛋白对人体肠道菌群的影响， 受测试群体和检测方法的限制，有必要通过现代分子 生物学对其进行更全面、更准确的测定和评价。 2.2医药领域 在口服乳铁蛋白的临床应用中，研究最多的是 乳铁蛋白的抗感染和对癌症的预防作用。乳铁蛋白 的抗感染作用研究包括：对真菌脚癣的治愈作用、 对疱疹性皮肤感染口腔念珠菌病及流感病毒肺炎的 抗感染作用28-31。此外，还有关于乳铁蛋白针对幽门 螺旋杆菌胃肠感染、金黄色葡萄球菌全身性感染及 大肠杆菌泌尿系统感染等的抗感染作用的研究32。 Tsuda 等人33提出了乳铁蛋白对小鼠结肠癌的预防作 用，此后关于乳铁蛋白对于癌症的预防作用的研究 相继展开33。但对于乳铁蛋白在体内代谢和发挥作用 的机制还处于猜想和验证阶段，还有待于进一步研 究和证明。 3结论与展望 在乳铁蛋白研究的 30 年中，乳铁蛋白的研究已 经取得了令人瞩目的进展，不仅扩大了乳铁蛋白的 应用范围，而且提升了乳铁蛋白对健康促进的价值。 希望这一领域的研究可以进一步的发展，能够开辟 乳铁蛋白更多新的应用机会。 参考文献： 1ORsi N. 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