（1湖北华冠中科生物药业有限公司 湖北 武汉 430070）
（2江苏华冠生物技术股份有限公司 江苏 泰州 225300）
（3吉林大学 吉林 长春 130000）
（4中国科学院武汉病毒所 湖北 武汉 430071）
【摘要】 免疫球蛋白是牛初乳中最重要的生物活性蛋白之一，牛初乳所含免疫球蛋白成分为新生儿和成年人获得被动免疫力的重要来源之一。牛初乳的不同加工过程对其中的免疫球蛋白也有一定的影响。本文就牛初乳中免疫球蛋白的成分功能以及加工保护处理过程进行综述。
【关键词】 牛初乳免疫球蛋白制备工艺微囊化
【中图分类号】R392 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2016）13-0013-03
The research progress of the preparation of bovine colostrum IgG Li hua, MeiYahong (corresponding author), Xi Gan.Hubei HuaguanZhongkeBiological Pharmaceutical co., LTD., Hubei Province, Wuhan 430070, China; He Weihua, Wang Bangzhou. Jiangsu HuaguanBiotechnology co., LTD., Jiangsu Province, Taizhou, 225300, China; CaiYong, HuangHonglan. Jilin University, Jilin Province, Changchun 130000, China; Yang Rongge.Wuhan VirusInstitute of Chinese Academy of Sciences, ,Hubei Province, Wuhan 430071, China
【Abstract】Immune globulin from bovine colostrum is one kind of the most important bioactive protein. It’s of beneficial toboth neonatal and adult’s passive immunity .its activity was effected by processing procedure conditions .Here,the immune function and processing procedure of IgG from bovine colostrums were summarized in this paper.
【Key words】 Bovine colostrum;Immunoglobulin;Processing procedure; Microencapsulation
前言
牛初乳含有许多生理功能成分。医学及营养学研究表明，牛初乳中广谱抗体与其它免疫因子协同作用，可预防疾病、增强机休的抗病能力。初乳中的免疫因子主要包括免疫球蛋白(Ig)、乳铁蛋白(Lf)、乳过氧化物酶(Lp)、溶菌酶(Lm)等。曾林等报道[1]，初乳中免疫球蛋白和补体C3含量极显著高于常乳，补体c4的含量也显著高于常乳。人饮用免疫乳汁或免疫初乳，可以获得被动免疫保护，预防一种或多种不同的病原微生物所引起的疾病。牛初乳中含有的免疫球蛋白主要为IgG、IgA和IgM。其中IgG含量最高，约为免疫球蛋白总量的80%。免疫球蛋白是一种重要的免疫因子，能抵抗入侵的细菌、病毒等致病原，并刺激特殊的反应以帮助机体抵抗疾病。免疫球蛋白在增强机体的免疫能力、防止细菌和病毒入侵、活化补体、中和毒素、杀死肿瘤细胞等方面发挥重要作用，华冠生物的研究人员已从牛初乳中提取出了纯度高达99.9%的IgG，并发现其在抗轮状病毒感染的动物模型实验中表现出很好的抗病毒效果。本文就牛初乳中免疫球蛋白的成分功能以及加工保护处理过程进行综述。
1.牛初乳免疫球蛋白的含量
免疫球蛋白是牛初乳中最重要的生物活性蛋白之一，与体液中的免疫球蛋白成分类似，牛初乳中的免疫球蛋白主要为IgG、lgA和IgM。其中，IgG的含量最高，占初乳中总免疫球蛋白的80%以上。IgG能够结合、凝集抗原，具有中和毒素和病原微生物的作用。多个IgG分子同时结合于微生物表面后，能够活化补体的经典激活途径。lgM在牛初乳中含量较少，但IgM能够比lgG更为有效地活化补体、调理病原微生物及中和毒素。IgA在人乳中含量最多，但在牛初乳中含量却很少。IgA对防止体表微生物感染具有重要意义。血液循环中的IgA分子能够与肝细胞结合并通过此途径进人胆囊。
新生牛合成免疫球蛋白的能力较差，在出生后主要依靠母体提供的抗体维持其体液免疫应答的能力。因此在初乳中免疫球蛋白的含量显著高于常乳中的含量。研究表明初乳中IgG的含量随着产后时间的延长而降低。Levieux等[2]对60头牛的乳样进行了测定，产后第一次挤乳的初乳中，IgG为15.3～176.2mg/ml，平均为59.80mg/ml，在前两天内每次挤乳，IgG的浓度平均每次下降50%。产后5～7天后，牛乳中的免疫球蛋白含量已接近常乳。初乳中lgG的浓度除受挤奶的时间、奶牛的品种和营养状况等因素的影响外，还受乳牛胎次的，乳牛的身体状况和活动的影响[3]。
2.牛初乳免疫球蛋白的功效
牛初乳免疫球蛋白为新生儿和成年人获得被动免疫力的重要来源之一。两岁以下的婴幼儿基本上不能产生针对细菌脂多糖(LPs)的抗体，对细菌感染非常易感。造成这种现象的原因可能是新生儿外周B细胞、T细胞或者抗原提呈细胞虽然具有成熟的细胞表型，但其细胞的功能尚未发育成熟。婴儿的CD8+T细胞和NK细胞的杀伤能力也明显偏低，成为婴幼儿易患各种病毒性疾病的重要原因之一。婴儿体内的免疫细胞表面Fc受体表达不完全，可能也是其免疫功能不尽完善的原因之一。因此，新生儿免疫力差，不能完全依赖自身合成免疫球蛋白以抵抗病原菌侵袭，而牛初乳中富含的免疫球蛋白，能在一定程度上给新生儿提供被动免疫，提高其抗病能力[4]。Sugisawa等发现牛初乳能促进外周血中的中性粒细胞发挥吞噬作用，而且这种激活作用是对初乳浓度和其中IgG浓度依赖的，提示牛初乳IgG能强烈激活中性粒细胞的吞噬作用，从而在新生儿的非特异性免疫过程中发挥一定的促进作用[5]。牛初乳及其制剂在防治婴幼儿呼吸道感染方面有显著功效。呼吸道感染是儿童常见病,3岁以下儿童呼吸道感染率高达80%以上,每年约30万5岁以下儿童死于肺炎。临床研究表明,实验组小儿血清免疫球蛋白、T细胞亚群CD3、CD4水平以及CD4/CD8比值较以前明显提高,而对照组无明显改善。
在成年人体内,免疫球蛋白具有多种生物活性功能,在增强机体的免疫能力、防止细菌和病毒人侵、活化补体、中和毒素、杀死肿瘤细胞等方面发挥着重要作用。牛初乳中富含的免疫球蛋白有助于调节肠道菌群、维持人体健康。He等[6]在对口服牛初乳的研究中发现,虽然实验组与阴性对照组在IgG、IgA和IgM的血液浓度上并未出现显著差异,但是,食用牛初乳的实验组个体的肠道IgA有明显增加的趋势。由此可见,牛初乳可能对增强人体特异性免疫有潜在的促进作用。
3.牛初乳IgG的制备工艺
由于牛初乳成分与常乳有较显著差别，为使其特殊的组分得到最大程度的保护，对其加工条件有一定的要求。牛初乳粉是将牛初乳中的脂肪去除，在其中加入食品中允许添加的抗热变性物质和其他辅料，用低温喷雾干燥方法生产出。技术的关键是经杀菌处理后最大限度地保持生物活性物质的活性。
3.1 牛初乳加工过程对免疫球蛋白的影响
对于IgG的热稳定性研究的结果存在一定的不同。Gmainer等认为[7]，在牛初乳中，IgG的热稳定性要强于IgA和IgM，长时间的低温处理并不会对其活性造成较大影响，例如传统的巴氏杀菌（63.5℃，30min）可以使30%的IgM变性，却仅仅对IgG造成很小的影响，而在72℃下15s热处理后，有14.0%IgM变性，而IgG变性的比例却仅有1.0%。但有研究结果表明，在76℃下对IgG进行短时间的热处理，可使其结构迅速被破坏，从而丧失活性。刘伟[8]认为IgG在小于65℃范围内具有较高的稳定性，随着温度升高，IgG变性迅速，75℃加热5min后活性残存率低于20%。牛初乳IgG活性含量的降低可能是由于热处理后IgG分子变形或展开而引起的。IgG的Fab片段中的CH区域相对热稳定性差，容易展开，使Fab段结构发生变化，IgG失去免疫活性。Amoldusw．P．Vermeer指出[9]，免疫球蛋白的热变性是一个展开又聚合的复杂过程，不同的热处理条件对蛋白质变性过程中肽链的展开及蛋白质的凝聚反应的强度不同。
IgG的pH 稳定范围较窄，不论是过强的酸性还是碱性，都会迅速使IgG变性失活。有研究表明，牛初乳中的IgG在 pH<2.6或者PH>7.6 时便有不同程度的变性，若同时给实验体系加热，则pH<4.6和pH>7.6时IgG就大比例地变性。郑海英研究表明[10]，牛乳IgG在pH 5.0～8.0的范围内比较稳定；曹劲松[11]报道牛初乳IgG在pH 3.5～7.0范围内相对较为稳定。
在牛初乳的储存过程中，许多因素也可以影响免疫球蛋白的活性和含量。
3.2 牛初乳IgG保护剂的选取
在牛初乳的加工过程中，不可避免地要经过高温处理，高温条件对免疫球蛋白的活性造成一定的影响。在实际加工工艺过程中，可以添加糖类醇类物质作为免疫活性IgG的热保护剂。蔗糖、甘氨酸、麦芽糖和半乳糖对IgG的热变性有明显的保护作用，其中以蔗糖的保护效果最好，10%蔗糖可以将75℃加热5min后的IgG活性保留率提高到65.94%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这可能与其增加蛋白质内部的疏水作用以及增加蛋白质分子的溶剂化作用有关。此外，保护剂对IgG的酸稳定性和人工消化系统稳定性都有较好的改善作用，而当蔗糖与甘氨酸比例为2:1时的复配效果最佳[12]。
3.3 牛初乳免疫球蛋白微胶囊化方法研究
免疫球蛋白由于其半衰期短，生物活性强，不能耐受胃酸以及胃肠道内酶的降解作用等，所以其口服利用率受到影响。采用微胶囊技术包裹牛初乳免疫球蛋白能增强其对外界环境的抵抗力，显著提高牛初乳免疫球蛋白到达肠道的生理活性，使其更好的发挥生物学作用。
关于牛初乳免疫球蛋白微胶囊化的研究报道较少，目前常用的方法主要有乳化缩聚法，复乳溶媒蒸发/萃取法，喷雾干燥法，复凝聚法，液中干燥法，流化床空气悬浮法等[13]。
乳化缩聚法是由单体或高分子材料经化学交联反应产生囊膜而制备微胶囊的一种方法。反应体系包括两个液相，而且形成聚合物的聚合反应是在其中一个相的全部体积内进行，这个缩聚过程为乳化缩聚法。常用的可生物降解的材料有明胶、淀粉、白蛋白、聚乳酸等[14]采用乳化缩聚法对免疫球蛋白进行微胶囊化主要是将免疫球蛋白与成膜物质进行乳化，经有机溶剂固定后的得到微胶囊制品。该方法具有操作工艺简单，壁材选择面广，可以获得具有多种不同性能的壁材材料的优点，是较为理想的方法之一。内蒙古农业大学的张和平等[15]采用了乳化缩聚法对牛初乳免疫球蛋白的微胶囊化进行了研究，确定的最佳工艺条件为：明胶用量43%，免疫球蛋白用量为3.4%，乳化剂用量1.25%。免疫球蛋白的包埋率达到了75.9%,说明用乳化缩聚法可以制备包埋率较高的免疫球蛋白微胶囊。
复乳溶媒蒸发/萃取法是目前制备活性多肽或蛋白微球的最普遍的方法，可以用来对牛初乳免疫球蛋白进行微胶囊化[16]。该法优点为条件温和﹑生物活性保留率高﹑制得的微球粒径均匀﹑装置简单﹑工艺易行等，但也存在每批操作时间过长﹑微囊化过程活性物损失﹑微球突释效应较高等问题。
喷雾干燥法是乳制品干燥过程中应用最广泛的技术，因为该方法减少了对粉末产品的热效应，最大限度保持产品的生物活性[17]。喷雾干燥法用于免疫球蛋白的微胶囊化具有以下优点：适宜连续化、自动化、工业化生产，因此生产能力高，生产成本低；可选用的壁材种类多；微胶囊可以达到较大的包埋量；产品颗粒均匀且溶解性好等。但是该方法也有不少缺点：包埋量大时，包埋率不高，芯材物质会吸附于微胶囊的表面，引起氧化和挥发损失；干燥温度较高，由于免疫球蛋白属于热敏性物质，易对其造成一定的破坏；微胶囊表面会出现微孔和缝隙，囊壁致密性差，不能有效的阻止氧气的进入等。制备的免疫球蛋白具有较强的耐热耐酸能力，极大的避免了免疫球蛋白在加工过程中和人体胃酸中的活性损失，增强了牛初乳中免疫球蛋白的稳定性，成本低廉，解决了免疫球蛋白不能大规模工业化生产问题，提高了产品附加值，因此具有广阔的工业应用前景[12]。
复凝聚法是以两种相反电荷的材料作壁材，芯材物质乳化分散在壁材溶液中，通过改变体系的pH值、温度或水溶液浓度，使两种壁材由于电荷间相互发生的静电作用使溶解度下降凝聚形成微胶囊[18]。郑海英等[10]利用复凝聚法制备的产品包埋率仅为8.9%，由此可见该方法不是制备免疫球蛋白微胶囊的理想方法。
液中干燥法是将载体聚合物和免疫球蛋白粉末溶于易挥发的有机溶剂中，然后与含有乳化剂的水相混合形成乳液，在常压或减压下使溶剂蒸发，得到固态的微胶囊产品。龚平等[19]利用该方法制备了载药量为60%的微胶囊，粒径较小且具有较好的缓释溶出性能。流化床空气悬浮法具有很强的干燥能力，操作简单，但比较费时。有研究者利用该方法制备了包埋率为85%的微胶囊，产品呈圆形颗粒，流动性好。
近年来国外学者又新开发了用于制备蛋白质类活性物质微胶囊的新方法，如双喷嘴喷雾干燥法、超声雾化—低温萃取成囊法、超临界CO2技术微胶囊法[20-22]等。我国制备蛋白类微胶囊的方法都处于研究阶段，其方法对微胶囊的活性有一定损失，且安全性不高。因此，制备食品级和口服药品级的免疫球蛋白微胶囊将是将来发展的重要方向。
4.小结
免疫球蛋白是牛初乳中最重要的生物活性蛋白之一，牛初乳免疫球蛋白为新生儿和成年人获得被动免疫力的重要来源之一；牛初乳加工过程中灭菌温度、储存过程、pH等对免疫球蛋白的活性保持带来影响。在实际加工过程中，可以添加糖类醇类物质作为免疫活性IgG的热保护剂。蔗糖、甘氨酸、麦芽糖和半乳糖对IgG的热变性有明显的保护作用，此外，保护剂对IgG的酸稳定性和人工消化系统稳定性都有较好的改善作用。
我国牛初乳免疫球蛋白微胶囊的研究还处于起步阶段，目前主要的研究目标应该是找到一种简便、高效、低成本的方法来对牛初乳免疫球蛋白进行微胶囊化，并实现工业化生产。相信牛初乳免疫球蛋白微胶囊制品作为我国食品、药品工业发展的方向，必将成为乳品工业中全新的增长亮点。
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基金项目：湖北省中国科学院科技合作专项项目
论文作者:李华1.2,梅亚红1(通讯作者),席甘1,何卫华2,
论文发表刊物:《医药前沿》2016年5月第13期
论文发表时间:2016/5/24
标签：免疫球蛋白论文; 牛初乳论文; 活性论文; 微胶囊论文; 免疫论文; 初乳论文; 方法论文; 《医药前沿》2016年5月第13期论文;