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我國是世界上最大的蛋品生產國,但目前蛋品加工水平卻較低、技術陳舊,同時由于某些飲食習慣和行業的特殊需求,對蛋黃的需求量較大,比如做月餅、蛋黃派等,其副產物——蛋清常被低值利用甚至被當成廢棄物丟棄,也污染了環境[1]。蛋清蛋白是食物中最理想的優質蛋白質,其氨基酸組成非常適合人體需要,利用率高達99.6%,但由于其受熱易凝固等性質也使其應用受到了一定程度的限制[2]。而將其酶法改性后卻能得到具有多種生理活性的蛋清肽(eggwhitepeptides,EWP),使其附加值大大提高。鈣是人體必需的常量元素,參與機體多種生理活動。人類缺鈣是全球性的營養問題,可導致人體產生骨質疏松、佝僂癥等多種疾病,甚至對心血管也會產生極大的負作用,然而人們卻一直找不到有效、經濟的鈣源補充[3]。小肽能與鈣離子形成可溶性螯合物,完整地被轉運吸收,需要時又能有效地將鈣離子釋放出來,同時還能補充一定的氨基酸[4]。與其他補鈣劑相比,它更易被快速吸收,穩定性更好。 國內外已有不少學者研究了肽-鈣配合物、氨基酸-鈣螯合物的補鈣作用。Choi等[5]研究了卵黃高磷蛋白磷酸肽的鈣結合能力,實驗組的飼料中加入0.125%~0.5%卵黃高磷蛋白磷酸肽-鈣配合物,結果發現實驗組的SD大鼠的骨密度和骨礦物質含量較空白組顯著提高,表明卵黃高磷蛋白磷酸肽-鈣配合物能夠有效提高鈣的生物利用率,促進鈣質沉積于骨骼。菅景穎[6]對膠原多肽-鈣配合物的研究表明,其無論是在對骨質疏松的治療和預防,還是在促進骨骼生長和壯骨方面,效果均十分理想,效果優于葡萄糖酸鈣和CaCO3。但目前尚未見有研究蛋清肽-鈣配合物(EWP-Ca)補鈣功能的報道。本實驗首次對EWP-Ca促鈣吸收功能進行研究,通過在最優條件下制得的EWP-Ca,飼喂缺鈣大鼠一個月,研究該配合物對處于生長期的大鼠的骨骼發育的影響,為該產品在今后進一步用于人體補鈣提供一定的依據。 1材料與方法 1.1材料與試劑 Wistar大鼠,雄性,SPF級,體質量(80±5)g,購自湖北省疾病預防控制中心,許可證號:SCXK(鄂)2008-0005。按照文獻[7]的方法制備EWP-Ca,再經截留分子質量為5kD的超濾膜處理,收集膜透過級分,凍干,其鈣結合率為16.45%。CaCO3(優級純)國藥集團化學試劑有限公司;血清鈣試劑盒、血清磷試劑盒、血清堿性磷酸酶試劑盒南京建成生物工程研究所。 1.2儀器與設備 AA-6300C原子吸收分光光度儀日本島津公司;XR-36雙能X線骨密度儀美國Norland公司;5810/R低溫高速冷凍離心機德國Eppendorf公司;Ⅰ型游標卡尺南京三豐機電有限公司。 1.3方法 1.3.1自制缺鈣飼料和普通飼料 實驗為建立缺鈣模型,自制缺鈣飼料,配方見表1。經原子吸收法測定,其中鈣含量為0.01%。為了保證基礎營養成分的一致,同時自制了鈣含量0.35%的普通飼料,其中鈣來源于添加的CaCO3。 1.3.2EWP-Ca的制備 雙酶法制備蛋清肽參照文獻[7]方法,將上清液過截留分子質量為5kD的超濾膜,濾液冷凍干燥得蛋清肽粉,配制成4g/100mL的初始肽液,在55℃、pH9.5、肽粉與CaCl2質量比2.5:1的條件下,與0.5g/mLCaCl2溶液混合攪拌20min,經過乙醇沉淀、離心分離及冷凍干燥后,制得EWP-Ca。 1.3.3指標測定 鈣含量測定參照文獻[8]所述方法進行;粗蛋白含量測定:采用微量凱式定氮法[9];多糖含量測定:參照GB/T9695.31—2008《肉制品總糖含量測定》方法。 1.3.4分組與給藥方式 大鼠經適應性喂養5d后,隨機分為6組,每組10只,分別為普通組、缺鈣模型組、CaCO3組和EWP-Ca低、中、高劑量組。各組動物喂以對應的飼料,普通組和缺鈣模型組灌胃去離子水。EWP-Ca低、中、高劑量組,分別為每天灌胃不同劑量的EWP-Ca;CaCO3組每天灌胃CaCO3,折算鈣元素含量與EWP-Ca高劑量組相同。灌胃量為0.3mL。每兩天稱量一次動物體質量。具體方法見表2。實驗至30d后,將動物摘眼球處死,收集血液,4℃、104r/min離心15min,取出血清。同時取出兩側股骨,分別放入烘箱中60℃條件下烘干至恒質量。 1.3.5血清鈣、磷及堿性磷酸酶測定 參照南京建成生物工程研究所試劑盒方法測定。 1.3.6股骨干質量、長度、直徑、骨密度及骨鈣含量的測定 取出大鼠左側股骨,用游標卡尺精確測定長度、股骨中心直徑。采用NorlandXR-36雙能X線骨密度儀測定左股骨骨密度。取右側烘干后的股骨稱量股骨干質量,再經混和酸(硝酸、高氯酸體積比4:1)濕法消化后,以0.5%的氯化鍶溶液定容,采用原子吸收分光光度計測定骨鈣含量。 1.4數據統計與處理 運用SPSS統計軟件包進行單因素方差分析和LSD檢驗。 2結果與分析 2.1大鼠飼料組分分析 大鼠對各種營養物含量的需求為蛋白質>20%,碳水化合物>60%,鈣元素約0.5%。由表3可知,普通飼料組分測定結果基本可滿足大鼠正常生長的需要,不會產生營養缺乏病;缺鈣飼料則要求鈣含量<0.1%,故也符合要求。 2.2蛋清肽-鈣配合物對大鼠血清指標的影響 由表4可知,缺鈣模型組大鼠血清鈣含量極顯著低于其余5組(P<0.01),說明通過飼喂自制的缺鈣飼料來構造缺鈣模型是成功的;各組之間血清磷含量差異均不顯著(P>0.05);除低劑量EWP-Ca外,其余4組的血清堿性磷酸酶(AKP)的活力均極顯著低于缺鈣模型組(P<0.01),且高劑量EWP-Ca組明顯低于相同鈣劑量的CaCO3組,兩者之間差異達極顯著水平(P<0.01)。血清AKP是由成骨細胞釋放,在肝臟功能正常的情況下,血清AKP水平能較好地反映成骨細胞的活動狀況,是骨形成的特異性指標。血清中的AKP主要來自肝臟與骨胳,當處于一些疾病狀態下AKP會釋放進入血清。缺鈣模型組的血清AKP最高,說明該組動物由于缺鈣嚴重,出現了高骨轉換狀態,因此AKP值不斷上升,這與劉忠厚[10]研究骨質疏松導致的高骨轉換率時,AKP明顯升高的結論相一致。#p#分頁標題#e# 2.3蛋清肽-鈣配合物對大鼠股骨指標的影響 2.3.1蛋清肽-鈣配合物對大鼠股骨長度、直徑的影響 由表5可知,各組間大鼠股骨長度均無顯著差異。高劑量EWP-Ca組股骨直徑明顯高于其他任何一組,與缺鈣模型組和CaCO3組相比較,差異均達極顯著水平(P<0.01)。以上結果表明,EWP-Ca可以增加大鼠股骨直徑即股骨中心寬度,并且效果優于鈣含量相同的CaCO3組。 2.3.2蛋清肽-鈣配合物對大鼠股骨干質量、骨鈣含量的影響 由表6可知,缺鈣模型組大鼠股骨干質量明顯低于其他任何一組;與缺鈣模型組相比,高劑量EWP-Ca組和CaCO3組的股骨干質量均極顯著提高(P<0.01);普通組股骨鈣含量顯著高于缺鈣模型組(P<0.05),而高劑量EWP-Ca組股骨鈣含量極顯著高于缺鈣模型組(P<0.01),并且顯著高于鈣含量相同的CaCO3組(P<0.05)。以上結果表明,高劑量的EWP-Ca的補鈣效果優于鈣含量相同的CaCO3。 2.3.3蛋清肽-鈣配合物對大鼠股骨密度的影響 由表7可知,與缺鈣模型組比較,其余5組股骨近心端密度均顯著提高,5組中低劑量EWP-Ca組的差異顯著(P<0.05),其他4組均有極顯著差異(P<0.01),EWP-Ca低、中、高劑量組呈現出一定的劑量-效應關系。股骨遠心端骨密度值變化趨勢與近心端相似。比較股骨中心端骨密度值,普通組、CaCO3組、EWP-Ca中劑量和高劑量組均極顯著高于缺鈣模型組(P<0.01)。以上結果表明,中劑量及以上的EWP-Ca配合物具有極顯著增加大鼠股骨密度的作用。 3討論 已有研究[11]表明:大部分骨量(即骨礦含量)的累積發生在兒童和青少年期,兒童期充足的鈣攝入不但可促進兒童的生長發育,而且對骨的完整性和健康生長非常重要,可使在青年期達到較高的峰值骨量[12],而且對于降低老年期因骨質疏松引起的骨折危險性有著重要作用。因此,兒童期補鈣尤為重要。本實驗采用4周齡的Wistar大鼠作為受試動物,此時的大鼠正處于青少年增長期,對鈣需要量較大,也是骨骼成長發育的關鍵時刻。采用此階段的大鼠作為實驗動物進行補鈣研究,能夠模擬對兒童補鈣及達到成年后對骨骼發育的影響。人在20歲以前主要為骨的生長階段,其后的10余年骨質仍繼續增加,故在35~40歲左右,單位體積內骨質達到頂峰,此后,骨質逐漸丟失,骨的密度降低到一定程度時,就不能保持骨骼結構的完整,甚至壓縮變形,以后在很小外力作用下極可能發生骨折。所以補鈣是人類一生中的大問題,從孕婦到兒童、中年、老年均需不斷補充鈣質。 目前市場上口服補鈣制劑品種繁多,使廣大消費者應接不暇,不知道何種補鈣制劑效果好。我國的膳食組成以植物性食物為主,含鈣量少,導致鈣磷比值嚴重倒置,不利于鈣的吸收利用,同時膳食中含有的植酸或草酸易與鈣鹽結合為不溶性化合物而影響鈣的吸收。為此,實驗初步探討了不同補鈣制劑在促進鈣吸收作用的效果,在本實驗中,雖然高劑量EWP-Ca組與CaCO3組的鈣含量相同,但由于鈣源的吸收度不同,所以最終表現的鈣生物利用率的差別是很大的。結果表明:EWP-Ca在促進骨骼生長、壯骨作用的效果優于最常用的補鈣劑——CaCO3,是一種優良的補鈣制劑。究其原因,主要是由于骨骼的發育取決于機體對鈣的吸收利用以及與其他有機物(如蛋白質)的共同攝入的影響,而鈣的吸收利用受其存在化學形式的影響。機體對鈣的吸收主要發生在小腸上部,通過下列3種方式進入細胞內[13]:離子鈣、非離子擴散鈣(分子鈣)、鈣結合蛋白。在正常人中,鈣結合蛋白對鈣的轉運能力是一個常量。而單純依靠鈣結合蛋白為細胞內提供鈣并不能滿足機體需要,必須設法提高離子鈣和分子鈣的補鈣能力。而離子鈣的不足在于在小腸的酸度條件下,Ca2+易生成不溶物,導致其吸收率下降。肽-鈣配合物(又稱螯合鈣)屬于分子型鈣源,進入體內后,除少數分解成Ca2+外,其余大部分仍以分子態存在,并以這種整體的形式被小腸黏膜細胞直接吸收進入血液[14],因而受其他物質干擾減少,金屬元素之間的拮抗作用也降低,故吸收利用率很高。Ashmead等[15]認為氨基酸和小肽螯合金屬鹽可能利用氨基酸和小肽的吸收機制。Du等[16]的研究也表明,小肽螯合銅是利用了肽的吸收機制,與鐵、鋅、錳的普通吸收機制不形成競爭。這些研究都證明了這一觀點:氨基酸和肽具有促進金屬元素吸收的作用;氨基酸螯合鈣、肽螯合鈣的生物利用率很高。 本實驗表明了EWP-Ca在青少年時期的持續添加,能夠明顯提高骨鈣含量,增加股骨密度,可以作為青少年的良好的鈣補充劑。 4結論 與缺鈣模型鼠相比,高劑量的EWP-Ca(其中Ca劑量為106.4mg/(kg•d))能極顯著增加大鼠股骨干質量、股骨直徑、骨鈣含量和骨密度(P<0.01),極顯著降低血清AKP活力(P<0.01);與鈣含量相同的CaCO3組相比,灌胃高劑量EWP-Ca,能使大鼠股骨直徑、骨鈣含量極顯著和顯著增加(P<0.01,P<0.05),血清AKP活力極顯著降低(P<0.01)。根據《保健食品功能學評價程序和檢驗方法》標準,該產品在促進骨骼生長發育方面具有一定的作用,且效果優于鈣含量相同的CaCO3.