酪蛋白膠粒

牛乳中蛋白質含量為3.0%-3.7%，其中約80%為酪蛋白（casein），20%為乳清蛋白。酪蛋白膠束是幾種含磷蛋白質交聯形成的複合體，酪蛋白含有4種蛋白組分：αs1-酪蛋白（αs1-casein）、αs2-酪蛋白（αs2-casein）、β-酪蛋白（β-casein）、κ-酪蛋白（κ-casein），在20℃，pH4.6時酪蛋白沉澱。乳清蛋白的主要成分是β-乳球蛋白（β-lactoglobulin，β-LG）和α-乳白蛋白（α-lactalbumin，α-LA）、牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）、免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）、乳鐵蛋白（lactoferrin，Lf）等。牛奶經過UHT處理後，乳中的蛋白質成分基本不發生變化，只是有大約56-72%的乳清蛋白髮生變性（金世琳，1999） ^[1]  。

αs1-酪蛋白分子中存在多個疏水性殘基的區域和有O-絲氨酸磷酸化形成的帶負電荷基團的簇狀結構，每摩爾分子中含有8-9個磷酸化的殘基，αs1-酪蛋白為鈣敏感性蛋白質。αs2-酪蛋白在所有酪蛋白中親水性最強，其結構中有3簇帶負電的磷酸絲氨酸、穀氨酸殘基，僅有兩個區域相對疏水，αs2-酪蛋白是4種不同蛋白質的混合物，它們分子中含有的磷酸化殘基數不同，每摩爾蛋白分別含有10個、11個、12個或13個磷酸化殘基，αs2-酪蛋白的荷電區域位於8-12位和56-61位殘基處。β-酪蛋白是所有酪蛋白中最疏水的，含有負電荷磷酸化絲氨酸簇的N端和非常疏水的C端可以清晰區分開來，β-酪蛋白的三級結構是緊密排列的摺疊結構，其中氨基酸的極性基團位於外層表面並且被水化，內部的疏水區域由非極性氨基酸構成。κ-酪蛋白對鈣離子不敏感，與鈣敏性酪蛋白相比最大的不同點在於只有一個磷酸絲氨酸殘基，沒有蘇氨酸糖苷化殘基。κ-酪蛋白含有約1-105的強疏水性N端和一個極性C端，凝乳酶水解105-106殘基之間的肽鍵形成副酪蛋白。

在牛乳中，95%的酪蛋白以膠粒（caseinmicelle）形式存在，其直徑約為40~300nm。廣泛接受酪蛋白膠粒的模型有三種：分別為亞膠粒模型（submicelle model）、Holt模型（Holt model）和雙結合模型（dual-binding model）。

酪蛋白結構的亞膠粒模型於1967年由Morr提出，這一模型的主要觀點是：①酪蛋白膠粒是由許多亞膠粒（sub-micelle）構成的，膠體磷酸鈣（colloidal calcium phosphate，CCP）對亞膠粒和膠粒的形成起關鍵作用；②構成酪蛋白膠粒的亞膠粒有兩類，一類為不含κ-casein的亞膠粒，集中於膠粒內部，另一類為富含κ-casein的亞膠粒，聚集於膠粒的表面；③膠粒表面為κ-casein層（也有一些as1-casein、as2-casein和β-casein）。親水性的κ-caseinC-末端突出表面，形成一個5-l0mm厚的毛髮樣層。毛髮層對膠粒起着穩定作用，當除去毛髮層後（凝乳酶處理）或毛髮層塌陷後（如乙醇處理），膠粒的穩定性被破壞，進而發生凝固或沉澱。

由Holt等（1998，2003）提出，在該模型中，酪蛋白膠粒是由酪蛋白分子纏結在一起，形成一個網狀凝膠結構。在這一結構中，膠體磷酸鈣微簇（colloidal calcium phosphate nanoclusters）對膠粒結構起穩定作用，它與鈣敏性酪蛋白中的磷酸絲氨酸簇結合在一起，形成內部完整的結構；膠粒的表面是κ-casein突出的C-末端，形成毛髮層。

由Home1998年在Holt基礎上提出的。在雙結合模型中，膠粒的集結和生長是通過聚合過程（polymerization）實現的。這種模型最終聚合的結果也是在酪蛋白膠粒表面形成κ-casein層。

這三個模型的共同點是表層都為κ-asein，κ-casein含有169個氨基酸殘基，在phe（105）-met（106）位點易受凝乳酶（chymosin）和一些細菌蛋白酶作用，產生para-κ-casein。κ-casein是乳中一些細菌蛋白酶作用的主要底物，蛋白質結構影響着蛋白酶對蛋白質的水解方式。N端部分，含有2個半胱氨酸殘基，不溶於水，可形成凝乳，這與乾酪的生產原理有關；C端部分溶於水，含有糖和磷酸基團，可產生酪蛋白巨肽（caseinmacropeptide），也稱糖巨肽（glycomacropeptide）。κ-casein含有2個巰基（-SH），受熱可形成二硫鍵（-S-S-），可與β-乳球蛋白分子變性後遊離的巰基發生反應。這與乳清蛋白熱變性對酸奶和乾酪品質的影響有關。κ-casein很大程度上是以二硫鍵結合的聚合物形式存在。另外，κ-casein可與其自身或其他酪蛋白形成氫鍵和疏水鍵 ^[2]  。