【创意营销】中国乳清蛋白在航天食品中的应用探究！

2023-04-28 18:55:16  点击量:

乳清蛋白是由乳清经过特殊的浓缩、精制、提取工艺而获得的一类蛋白质。乳清蛋白相较于其他蛋白质，不仅具有高生物价、高蛋白质功效比和高利用率，又具有乳化性、持水性、凝胶性等优良的加工特性，随着乳品生产工业技术的不断进步以及对乳清蛋白成分及其功能的深入研究，乳清蛋白逐渐成为功能、营养保健食品以及特殊医疗用途食品等的重要原料和添加成分。

将乳清蛋白应用于航天食品中，可显著提高航天食品的蛋白质消化吸收率、补充钙质、防止肌肉萎缩、增强抗氧化效果以及提高机体免疫力，满足航天食品对于营养和吸收特性的需求。

乳清蛋白的分类及其制品

 

乳清是牛乳中的酪蛋白经酸或凝乳酶凝固后排出的产物。根据奶酪加工工艺的不同，乳清蛋白可分为酸乳清和甜乳清；根据对温度的耐受程度，乳清蛋白分为对热稳定乳清蛋白和热不稳定乳清蛋白。

 

目前,乳清蛋白制品主要有乳清浓缩蛋白（WPC）、乳清分离蛋白（WPI）和水解乳清蛋白。

 

依据蛋白质含量的不同，乳清浓缩蛋白分为 WPC-34、WPC-50、WPC-75及WPC-80。WPI是蛋白质含量大于90%的高纯度乳清蛋白。水解乳清蛋白中因含有多种生物活性肽而具有诸多生理功能。

 

乳清蛋白的营养

 

1.乳清蛋白的组成与功能
乳清蛋白含有组成蛋白质的全部 20种氨基酸以及多种具有独特生物活性的蛋白质和多肽；同时，乳清蛋白中钠和胆固醇含量较低，而矿物质特别是钙含量却很高，是可获得的营养最全面的天然蛋白质补充剂之一。

 

除组成成分优势外，乳清蛋白经消化吸收后，产生的部分蛋白质片断和肽类也具有生物活性和功能，这使得乳清蛋白的应用研究具有了更广阔的空间。

 

2.乳清蛋白的氨基酸组成与功能
乳清蛋白含有人体所需的8种必需氨基酸，且氨基酸组成模式与人体极为相似，更容易被消化吸收，生物利用率极高。

乳清蛋白氨基酸组成具有以下特点:

①亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸等支链氨基酸的含量丰富，它们既是合成谷氨酸盐的前体物质之一，又能作为能源物质提供能量。

 

②半胱氨酸、蛋氨酸等含硫氨基酸含量丰富，能很好的维持体内谷胱甘肽（GSH）的水平，发挥抗氧化作用。

 

③是苏氨酸的极好来源，可促进肠道粘液素的合成，对肠细胞及肠道屏障起保护作用。

 

④含大量的赖氨酸和精氨酸，能刺激代谢激素或肌肉生长因子的分泌和释放，促进肌肉生长和保持肌肉健康。

 

2.1苏氨酸与肠道健康
苏氨酸占人体肠道粘液素氨基酸组成的 30% 以上，对人体肠道健康有着重要的作用。

 

超过 60% 的膳食苏氨酸可被人体肠道吸收，用以合成肠道粘液素，从而保护肠道细胞、增强肠道屏障的连贯性；缺乏苏氨酸会影响肠道粘液素的合成，降低肠道的屏障功能。

2.2含硫氨基酸、支链氨基酸与机体的抗氧化系统
乳清蛋白是含硫氨基酸（半胱氨酸、蛋氨酸）的良好食物来源。首先，含硫氨基酸是 GSH 及牛磺酸合成的重要前体物质。

 

GSH 在机体的自由基清除和免疫应答中起关键作用，是机体抗氧化系统的重要组成部分；GSH、牛磺酸作为重要的抗氧化物质，具有抑制脂质过氧化反应等抗氧化效应。

 

其次，半胱氨酸是机体 GSH 的有效补充，乳清蛋白水解产物可大幅提高前列腺上皮细胞内GSH的水平，并通过 GSH 的抗氧化和抗炎活性，避免或减少与机体氧化状态密切相关的疾病的发生。

2.3支链氨基酸（亮氨酸）与肌肉组织健康
乳清蛋白还是支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸）的良好食物来源。支链氨基酸是合成 GSH 必需的谷氨酸盐的前体物质之一。

 

支链氨基酸尤其是其中的亮氨酸约占乳清蛋白总量的 26%。亮氨酸既是骨骼肌蛋白合成的重要原料物质，也是调节骨骼肌蛋白合成代谢通路的刺激物。

 

同时，亮氨酸及其氧化代谢物还可抑制蛋白质水解酶的活性，降低肌蛋白分解速率。补充乳清蛋白，使骨骼肌减少症发生的概率明显降低。

 

乳清蛋白在航天食品中的应用探究

 

1.航天食品的特征
航天食品是针对航天特殊环境研发出来的一类食品。首先，应严格满足安全性与食用性要求。在航天环境中，航天员与机舱中的所有物体都处于低压及失重的状态，可活动空间狭小，陆地上的大部分食品也失去意义。

 

所以，航天食品应能够通过严格的模拟飞行试验，既能保证航天员食用安全，又能很好地克服振动、辐射、低气压等不良环境因素的影响，兼具体积小、重量轻、易携带及食用方法简单的特点，能充分保障航天任务的开展；其次，航天食品应具有良好的营养保障。航天环境会对人的身体造成许多不可逆转的损伤，从营养学的角度来讲，航天食品应具有更高的营养价值。

2.航天环境对人体的影响
2.1骨丢失和骨质疏松。

骨丢失是宇航员在太空中及返航后极易发生的症状之一，宇航员更早或更容易发生骨质疏松。因此，在膳食中补充足够的优质钙和维生素 D 对于宇航员的骨骼健康尤为重要。

 

2.2肌肉萎缩。

航天环境会导致人体骨骼肌结构与功能发生变化， 如肌肉质量降低、易疲劳和自主运动能力下降等。所以及时为宇航员补充优质蛋白对宇航员肌肉流失症的预防和治疗具有重要意义。

 

2.3体重丢失。

体重减轻主要是由于宇航员摄入的能量不足，同时，能量摄入不足不利于宇航员返回地面后的适应过程，甚至还会引起机体永久性损伤。

 

④航天代谢病。

航天环境对机体能量、蛋白质、脂质、糖及维生素等的代谢产生影响，导致机体心血管功能失调、水和电解质平衡紊乱、红细胞数目下降以及缺铁性贫血等。

 

⑤肠道菌群失调和微生态紊乱。

在航天环境下，宇航员肠道菌群发生改变，自身有益菌数量下降，有害菌大幅增殖，肠胃功能随之变化。

 

航天失重、高真空、温度波动大和高能量辐射等极端恶劣环境对航天员的免疫功能及神经系统的调节都会有不同程度的影响，甚至造成难以恢复的永久性伤害。

3.航天食品的类型
依据加工贮藏方式的不同，航天食品可分为：复水食品、新鲜食品、罐藏食品、一口食食品及功能食品等。

 

复水食品复水快、营养成分损失少、重量轻易保存。但复水操作复杂，食物残留较大，复水后口感、味道欠佳；

 

新鲜食品拥有正常的含水量，可适时提供人体所需的维生素及水分，让航天员更好的适应航天环境生活，口感好。但新鲜食品通常重量大，不易储藏；

 

罐藏食品耐储存、易携带，但产品粘度大，且糖、盐含量较高；

一口食食品为体积只有一口大小的方形压块食品，单份热量明确，较常见的为面包、饼干等，其食用方法简单，体积小、重量轻，节省空间，方便携带，但其含水量低，风味也不够理想。

 

功能食品是针对特殊航天环境研发而成的产品，通过加入保健功能因子，提高航天员的机体免疫力，降低并预防辐射、失重等特殊环境带来的可预见与不可预见性的伤害与疾病。

4.乳清蛋白应用于航天食品的意义
馒头是中国人最重要的传统主食之一，其口感松软，易于消化吸收，广泛为大众所接受。

 

但传统主食馒头主要由小麦粉加工制作，成分比较单一，为了提高航天员对航天环境的适应性，减轻航天环境对人体的负面影响，保证航天员的营养健康，可在馒头中加入一定量的乳清蛋白粉，再辅以一定比例的干酪和苦荞粉，制成发酵风味浓郁且不宜掉渣的“一口吃”营养强化馒头产品，既可以提供丰富易吸收的蛋白质、优质钙、适宜的钙磷比例和维生素D，又可以通过特定的基料粉，显著提高产品的蛋白质消化率、增强抗氧化效果以及降血糖效果，以满足航天食品对于营养和吸收特性的需求。

 

还可以通过混合发酵剂的应用、干酪抗融化特性的挖掘及馒头抗老化性能的提高来满足航天食品对强化主食风味、食用安全便捷等的需求，可以为航天员提供更多美味营养的主食产品。

4.1乳清蛋白补充优质乳钙
每100g乳清蛋白可提供500～800mg钙。钙为人体骨骼健康、神经传导、肌肉收缩和其他生理学功能所必需。乳源钙是目前已知的最佳生物可利用钙，乳清蛋白中的钙品质高、易吸收、经济实惠，是航天食品钙源补充剂的优良选择。乳清蛋白的添加可有效预防和加速恢复航天员由于失重、骨丢失导致的骨质疏松。

4.2乳清蛋白促进肌肉合成
乳清分离蛋白（WPI）的蛋白质含量大于90%，蛋白质结构更完整，消化吸收快，利用率高；WPI含有高浓度的必需氨基酸（45% ～ 55%），特别是作为肌肉蛋白合成转录起始通路中的关键调节因子的亮氨酸，其含量丰富，达14%，人体和动物试验均证实，补充 WPI 能够改善机体组分，增加肌肉重量，促进肌肉合成，从而有效防止肌肉萎缩。

WPI 含有约比酪蛋白和大豆蛋白等其他蛋白产品高 4 倍的胱氨酸，在血液中胱氨酸或半胱氨酸充足的情况下，肝脏将其分解为硫酸盐和质子时，尿氮的生成减少，全身的氮处理机制转向有利于维持肌肉的氨基酸池，以促进肌肉的合成。

 

4.3乳清蛋白的抗氧化作用
乳清分离蛋白富含半胱氨酸（Cys），Cys 是人体常见抗氧化剂 -谷胱甘肽（GSH）的前体物质和谷胱甘肽合成的限速氨基酸，乳清分离蛋白的抗氧化效果主要是通过调节细胞内半胱氨酸与谷胱甘肽之间的转化来实现的，而谷胱甘肽分子的抗氧化效果又通过其巯基（-SH）来实现。

 

还原性硫基可与体内的自由基结合，转化成容易代谢的酸类物质，从而加速机体内自由基的清除；还可以保护细胞内含硫基的酶的活性，防止由于硫基氧化而导致的酶变性；还原性硫基也参与体内许多重要的氧化还原反应。

 

4.4乳清蛋白提高机体免疫力
乳清蛋白中含有多种活性物质，如乳铁蛋白、乳过氧化物酶、免疫球蛋白等均具有抗菌、抗病毒和免疫调节的作用；另外，有一些蛋白在经过化学修饰或酶解后，亦能发挥抗病毒的作用。乳清蛋白及其酶解产物对多种免疫细胞的功能具有调节作用。

谷氨酰胺（Gln）是淋巴细胞和巨噬细胞在免疫反应过程中的重要底物，乳清蛋白含有大量的谷氨酸等谷氨酰胺前体物质，补充乳清蛋白既可为肌肉提供能量，又可为谷氨酰胺的合成提供原料，维持谷氨酰胺水平，保护免疫细胞。

 

乳铁蛋白对需铁的革兰氏阴性、阳性细菌具有明显的抑制作用，对骨髓细胞的生成、补体系统、炎症反应、溶菌酶再生、增强免疫力和提高机体抗病能力等具有明显的调节和刺激作用。乳过氧化物酶与硫氰酸根（SCN-）组成的乳过氧化物酶系统（LPS），具有明显的杀菌作用，可显著提高机体的免疫力。

 

展望

 

乳清蛋白（WP）是从牛奶中提取的可溶性蛋白成分的复合物，它不仅氨基酸组成与人体所需相似，消化吸收率高，还含有大量的生物活性物质。

 

乳清蛋白具有改善机体组分，促进肌肉快速恢复，增强机体免疫，降低并预防辐射和失重等给宇航员带来的可预见及不可预见性的伤害与疾病，提升宇航员健康的作用，是航天食品可选用的最为有效的营养补剂之一。

 

尤其是优质蛋白质浓度≥ 90% 的乳清分离蛋白（WPI），在运动营养、保健食品和特殊医学用途食品中也深受欢迎，已成为普遍性营养保健配料。

 

同时，乳清蛋白拥有成胶性、热稳定性，溶解性、持水性 - 吸水性、粘合性、弹性、搅打起泡性和乳化稳定性等多种优良的加工性能，这些特性是乳清蛋白在诸多食品中添加的依据和条件。

 

将乳清蛋白粉与其他营养物质结合，做成主食馒头，不仅有利于航天员的营养健康，也是乳清蛋白应用的一个重要方向。

 

参考文献：郭慧青，金越，王婧宜，陈历俊，乳清蛋白在航天食品中的应用探究，封面图来源于创客贴会员

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