优化氨基酸组成模式的方法及应用、组合物及营养补充剂与流程

1.本发明涉及营养食品技术领域，具体涉及优化氨基酸组成模式的方法及应用、组合物及营养补充剂。


背景技术：

2.蛋白质是生命的物质基础，是人体必需的七大类营养素之一。由于构成蛋白质的氨基酸种类、数量和比例结构不同，而形成了各种各样的蛋白质。各种蛋白质以多种形式广泛存在于人体各个器官、组织、细胞及血液内，共同形成了丰富多彩的生命。
3.因此，蛋白质的营养价值和被人体利用的程度主要取决于蛋白质中氨基酸的组成模式，蛋白质或氨基酸补充是否恰当，会显著影响生长发育、新陈代谢以及亚健康或疾病的康复等。
4.通常情况下，摄入蛋白质的氨基酸组成模式，即蛋白质中氨基酸的种类、数量和比例结构与生理需求的氨基酸参考模式存在一定的差异。
5.现有技术提高膳食来源蛋白质营养价值的方法主要包括以下两个方面：（1）强化日常膳食中主食的限制性氨基酸。例如有研究表明强化小麦面粉中的第一限制性氨基酸赖氨酸后，可以在一定程度上改善以面粉为主的儿童和农村贫困人群的营养状况及免疫机能。但是由于人体膳食来源的食物多样性，这种提高膳食蛋白质营养价值的方法尚未得到广泛应用。
6.（2）将两种或两种以上的食物混合食用，通过蛋白质中氨基酸的相互补充，提高蛋白质氨基酸利用率。这种通过食物蛋白质所含氨基酸种类之间取长补短、相互补充的作用，称为蛋白质互补作用。但是这种方法在提高膳食蛋白质营养价值中的应用受到很多限制，比如只能定性评价食用某种食物可以补充另一种食物中的限制性氨基酸，而无法定量评价人体整个膳食结构中的氨基酸组成模式与人体需求参考模式的接近程度，很难精确地去优化膳食蛋白质的氨基酸组成模式。
7.另外，现有技术设计蛋白质营养补充产品时，主要包括以下方面：（1）通过对不同来源、不同含量的蛋白质原料（乳清蛋白、大豆蛋白、胶原蛋白等）进行组合得到蛋白质营养补充产品，宣称蛋白质含量高、动植物优质蛋白组合、或氨基酸含量均衡等特点。这类蛋白质产品虽然在营养价值上，属于优质蛋白。但是其氨基酸的组成模式和人体需求的参考模式相比，仍然存在一定的差异，有待进一步优化。
8.（2）通过不同的蛋白质或氨基酸组合，模拟母乳蛋白质中氨基酸的组成，使得目标蛋白质中每种必需氨基酸的含量（mg/g蛋白质）更接近于母乳蛋白质中每种必需氨基酸的含量（mg/g蛋白质）。这种方案的主要缺陷是仅考虑了必需氨基酸的组成，忽略了非必需氨基酸的组成。
9.（3）优化不同的蛋白质组成，模拟母乳中蛋白质的种类。比如，现有的婴幼儿乳粉，很多从蛋白质组成的角度优化，通过添加α-乳白蛋白、β-酪蛋白、乳脂肪球膜蛋白、乳铁蛋白等等，使其蛋白质的组成种类更接近母乳，但是，这种方案更多的是从消化吸收的角度提
高蛋白质的营养价值，其实蛋白质的生物利用率，主要取决于氨基酸组成模式和人体需求的接近程度。所以，这类产品对于氨基酸组成模式和参考模式的评价和研究仍然存在不足。


技术实现要素：

10.本发明的目的是为了克服现有技术存在的前述缺陷，提供一种优化氨基酸组成模式的方法，并利用该方法设计的氨基酸组合物、蛋白质组合物及营养补充剂。
11.本发明解决了现有技术中无法量化某种蛋白质氨基酸组成模式和参考模式的匹配度，导致很难针对性定量补充限制性氨基酸，提高蛋白质营养价值的问题。
12.本发明基于氨基酸评分，建立估算某种蛋白质氨基酸组成模式与参考模式匹配度的指标及计算方法。以匹配度为指标，对不同的限制性氨基酸进行补充，提高该蛋白质的营养价值。本发明在优化氨基酸组成模式中具有针对性强、数据可重复性好、应用范围广等优点，基于本技术方案设计的蛋白质组合物、氨基酸组合物能提高蛋白质的营养价值，具有较高的实际应用价值。
13.本发明所述中国食物成分表为中国食物成分表标准版第6版，出版社为北京大学医学出版社有限公司，主编为杨月欣。
14.具体地，本发明的第一方面提供一种优化氨基酸组成模式的方法，该方法包括：（1）以全氨基酸结构比率为指标，计算一种蛋白质中氨基酸的组成模式与参考模式的匹配度；（2）以所述匹配度为指标，补充蛋白质中的限制性氨基酸以优化蛋白质的营养价值；在步骤（1）中，所述全氨基酸结构比率的计算方法包括：11）根据公式（1）计算一种蛋白质中每种必需氨基酸的限制性比值yb，并且定义yb最小的必需氨基酸为该蛋白质中的第一限制性氨基酸；公式（1） yb=hb/xbhb为一种蛋白质中每种必需氨基酸的含量，mg/g蛋白质；xb为参考模式中每种必需氨基酸的含量，mg/g蛋白质；12）根据公式（2）计算一种蛋白质的总含氮量n
zq
；公式（2） n
zq
=σ（hq×
nq）q为一种蛋白质中的任意一种氨基酸；hq为一种蛋白质全氨基酸中每种氨基酸的含量，mg/g蛋白质；nq为一种蛋白质全氨基酸中每种氨基酸的含氮量，%；13）根据公式（3）计算一种蛋白质中可匹配参考模式的全氨基酸总含氮量n
zp
；公式（3） n
zp
=σ（y
xb
×
xq×
nq）y
xb
为一种蛋白质中第一限制性氨基酸的限制性比值；xq为参考模式全氨基酸中每种氨基酸的含量，mg/g蛋白质；14）若n
zq
＞n
zp
，则根据公式（4）计算一种蛋白质的全氨基酸结构比率qq；公式（4） qq=（y
xb
×
x
zq /q
zq
）
×
100%x
zq
为参考模式中全氨基酸总量，mg/g蛋白质；q
zq
为一种蛋白质中全氨基酸总量，mg/g蛋白质；
15）若n
zq
≤n
zp
，则一种蛋白质的全氨基酸结构比率qq=100%；在步骤（2）中，所述补充蛋白质中的限制性氨基酸的依据包括：21）由限制性比值由小到大的次序确定限制性氨基酸的排序；22）补充前n个限制性氨基酸，n≤8；以及根据公式（5）计算待补充的每种限制性氨基酸的含量bd，bd的单位为mg/g蛋白质；公式（5）bd= y
n +1
×
xb‑ꢀ
hbd表示待补充的任意一种限制性氨基酸；y
n +1
为一种蛋白质中根据步骤21）确定的排序中的第n+1个限制性氨基酸的限制性比值；其中，所述参考模式为模式a或模式b；所述模式a为中国食物成分表中人乳的全氨基酸组成模式；所述模式b中的必需氨基酸的组成模式为2007年who/fao/unu报告中的必需氨基酸组成模式；所述模式b中的非必需氨基酸的组成模式通过中国食物成分表中人乳的非必需氨基酸组成模式进行修订。
15.本发明提供的方法首先建立估算氨基酸组成模式与参考模式匹配度的指标及计算方法；然后以匹配度为指标，对不同的限制性氨基酸进行补充，提高该蛋白质的营养价值。并且，本发明所述估算氨基酸组成模式与参考模式匹配度的指标为：全氨基酸结构比率。
16.优选地，所述必需氨基酸包括异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、含硫氨基酸、芳香族氨基酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸和组氨酸；所述非必需氨基酸包括精氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸和丝氨酸。
17.本发明的第二方面提供第一方面中所述的优化氨基酸组成模式的方法在设计蛋白质组合物、设计氨基酸组合物、补充一种蛋白质组合物中限制性氨基酸以优化蛋白质营养价值中的应用。
18.本发明的第三方面提供一种蛋白质组合物，该蛋白质组合物为由第一方面中所述的优化氨基酸组成模式的方法设计得到的蛋白质组合物；该蛋白质组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：大豆分离蛋白、浓缩乳清蛋白、亮氨酸、赖氨酸，并任选含有小麦肽、异亮氨酸、缬氨酸、含硫氨基酸、芳香族氨基酸、苏氨酸、色氨酸、组氨酸中的至少一种；以所述蛋白质组合物的总质量为基准，所述大豆分离蛋白的含量为33-84质量%，所述浓缩乳清蛋白的含量为2.5-45质量%，所述缬氨酸的含量为0-13质量%，所述小麦肽的含量为0-20质量%，所述异亮氨酸的含量为0-4质量%，所述亮氨酸的含量为0.5-8质量%，所述赖氨酸的含量为0.3-6质量%，所述含硫氨基酸的含量为0-3质量%，所述芳香族氨基酸的含量为0-4质量%，所述苏氨酸的含量为0-3质量%，所述色氨酸的含量为0-0.8质量%，所述组氨酸的含量为0-1.5质量%。
19.优选地，以干基计，所述大豆分离蛋白中的蛋白质含量≥90质量%；所述浓缩乳清蛋白中的蛋白质含量≥80质量%；所述小麦肽中的蛋白质含量≥80质量%。
20.优选地，该蛋白质组合物中还含有选自酪蛋白、牛奶蛋白、酵母蛋白、螺旋藻蛋白、大米蛋白、小麦蛋白、玉米蛋白、花生蛋白中的至少一种的组分。
21.本发明的第四方面提供一种蛋白质营养补充剂，该蛋白质营养补充剂中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：蛋白质组合、磷脂、甜味剂；所述蛋白质组合为前述第三方面中所述的蛋白质组合物；所述甜味剂为木糖醇、罗汉果甜苷和阿斯巴甜中的至少一种；相对于100重量份的所述蛋白质组合，所述磷脂的含量为0.1-5重量份，所述木糖醇的含量为0-5重量份，所述罗汉果甜苷的含量为0-0.08重量份，所述阿斯巴甜的含量为0-0.06重量份。
22.优选地，所述蛋白质营养补充剂的剂型选自粉剂、颗粒剂、片剂和液体中的至少一种。
23.本发明的第五方面提供一种氨基酸组合物，该氨基酸组合物为由第一方面中所述的优化氨基酸组成模式的方法设计得到的氨基酸组合物；该氨基酸组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：亮氨酸、赖氨酸、缬氨酸，并任选含有异亮氨酸、含硫氨基酸、芳香族氨基酸、苏氨酸、色氨酸、组氨酸中的至少一种；以所述氨基酸组合物的总质量为基准，所述异亮氨酸的含量为0-11质量%，所述亮氨酸的含量为24-60质量%，所述赖氨酸的含量为1-55质量%，所述含硫氨基酸的含量为0-6质量%，所述芳香族氨基酸的含量为0-1质量%，所述苏氨酸的含量为0-15质量%，所述色氨酸的含量为0-13质量%，所述缬氨酸的含量为1-14质量%，所述组氨酸的含量为0-20质量%。
24.本发明的第六方面提供一种氨基酸营养补充剂，该氨基酸营养补充剂中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：氨基酸组合、d-甘露糖醇、硬脂酸镁，并任选含有山梨糖醇、麦芽糊精、微晶纤维素、聚乙二醇中的至少一种；所述氨基酸组合为第五方面中所述的氨基酸组合物；所述氨基酸营养补充剂中含有以下重量份的各组分：氨基酸组合：25-80重量份；d-甘露糖醇：10-60重量份；硬脂酸镁：0.1-2重量份；山梨糖醇：0-20重量份；麦芽糊精：0-10重量份；微晶纤维素：0-20重量份；聚乙二醇：0-2重量份。
25.优选地，所述氨基酸营养补充剂的剂型选自片剂、粉剂、颗粒剂和液体中的至少一种。
26.本发明中，所述含硫氨基酸包括蛋氨酸和半胱氨酸；所述芳香族氨基酸包括苯丙氨酸和酪氨酸。
27.本发明中，所述氨基酸组成模式与参考模式匹配度的估算，是兼顾了必需氨基酸向非必需氨基酸的转化。全氨基酸结构比率，是兼顾了必需氨基酸向非必需氨基酸的转化后，某蛋白质中的全部氨基酸（包括必需氨基酸和非必需氨基酸）和参考模式的匹配总量与其全氨基酸总含量的比值。
28.本发明中，所述模式a的氨基酸组成具体如表1所示。
29.表1：模式a的氨基酸组成本发明中，所述中国食物成分表中的人乳是指成熟乳。
30.本发明中，所述模式b中的必需氨基酸的组成模式具体如表2所示。
31.表2：模式b中的必需氨基酸的组成模式本发明中，所述模式b中的必需氨基酸的组成模式来源于2007年who/fao/unu报告中推荐的必需氨基酸需求模式。
32.本发明中，使用表1中人乳的非必需氨基酸组成修订模式b中的非必需氨基酸的方法如下：每种非必需氨基酸需求量（mg/g蛋白质）=人乳（成熟乳）中每种非必需氨基酸含量（mg/g蛋白质）
÷
修正系数；且修正系数=人乳（成熟乳）中必需氨基酸总量（mg/g蛋白质）
÷
模式b中的必需氨基酸总量（mg/g蛋白质）。
33.本方法修订得到的模式b的氨基酸组成具体如表3所示：表3：模式b的氨基酸组成
需要说明的是，在本发明的各方面中，针对各方面中的相同的组分，本发明仅在其中一方面中描述一次而不重复进行描述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
34.本发明中，所述氨基酸营养补充剂适用补充的参考膳食蛋白示例性地可以为小麦蛋白、稻米蛋白、牛奶蛋白、鸡蛋蛋白、混合膳食蛋白中的至少一种。
35.本发明中，所述参考膳食蛋白的氨基酸组成及蛋白质全氨基酸结构比率具体如表4所示。
36.表4：不同膳食蛋白的氨基酸组成及蛋白质全氨基酸结构比率表4中不同膳食小麦、稻米、牛奶（全脂）、鸡蛋中氨基酸的含量（mg/100g可食部）来自中国食物成分表（第6版）中小麦粉（代表值）、稻米（代表值）、牛奶（代表值，全脂）、鸡蛋（代表值）。
37.表4中小麦、稻米、牛奶（全脂）、鸡蛋中每种氨基酸（mg/g蛋白质）的计算示例：某种氨基酸的含量（mg/g蛋白质）=某种氨基酸的含量（mg/100g可食部）
×
1000
÷
全氨基酸总量（mg/100g可食部）。
38.表4中混合膳食每种氨基酸（mg/g蛋白质）的计算示例：某种氨基酸的含量（mg/g蛋白质）=［小麦粉中某必需氨基酸含量（mg/g蛋白质）
×
47.3%+黄豆中某必需氨基酸含量（mg/g蛋白质）
×
5.4%+猪肉中某必需氨基酸含量（mg/g蛋白质）
×
30.7%］/(47.3%+5.4%+30.7%)。
39.计算依据说明：根据2012年中国居民营养与健康监测数据，中国城乡居民膳食结构中蛋白质的食物来源及组成比例为：谷类47.3%；豆类5.4%；动物性食物类30.7%；其他16.6%。
40.发明人发现，采用所述氨基酸营养补充剂能够提高参考膳食蛋白的蛋白质氨基酸组成模式与参考模式的匹配度。
41.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
42.与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具有如下优势：（1）本发明技术方案提供的优化氨基酸组成模式的方法在提高膳食蛋白质营养价值或设计蛋白质营养补充产品中，具有针对性强，可以定量调整、优化人体整个膳食结构中的氨基酸组成模式与人体需求参考模式的接近程度的优点。
43.（2）本发明技术方案提供的优化氨基酸组成模式的方法，既可以补充混合膳食中的限制性氨基酸，又可以在现有技术上优化蛋白质营养补充产品的氨基酸组成模式，进一步提高蛋白质的营养价值，和现有技术相比，应用范围更加广泛，具有较高的实际应用价值。
具体实施方式
44.以下将通过实例对本发明进行详细描述。
45.大豆分离蛋白，蛋白质含量为90质量%，购自南通光合生物技术股份有限公司；浓缩乳清蛋白，蛋白质含量为80质量%，购自美国hilmar公司。
46.小麦肽，蛋白质含量为80质量%，购自江苏智荟生物科技有限公司。
47.以下实例中应用的氨基酸为l构型的氨基酸。
48.实施例1本实施例用于说明由本发明所述的优化氨基酸组成模式的方法设计得到的蛋白质组合物s1、s2，其中参考模式选用模式a；该蛋白质组合物s1、s2及对比组合物s
0a
的组分和质量含量如表5所示。
49.表5
根据本发明所述的估算某种蛋白质氨基酸组成模式与参考模式匹配度的指标及计算方法，计算上述蛋白质组合物s1、s2以及对比组合物s
0a
的全氨基酸结构比率，得到结果如表6所示。
50.表6由表6的结果可知：大豆分离蛋白：浓缩乳清蛋白=6：4（以蛋白质计）的对比组合物s
0a
的氨基酸组成和参考模式a的全氨基酸需求模式匹配度为76%。由本发明所述的技术方案设计得到的蛋白质组合物s1、s2的氨基酸组成模式和参考模式a的匹配度，即全氨基酸结构比率能分别达到84%和100%。说明基于本发明方法针对性地定量补充某些限制性氨基酸，能在原有大豆分离蛋白和浓缩乳清蛋白组合物的基础上进一步提高蛋白质的营养价值。
51.实施例2本实施例用于说明由本发明所述的优化氨基酸组成模式的方法设计得到的蛋白质组合物s3、s4，其中参考模式选用模式b中＞18岁人群的全氨基酸需求模式；该蛋白质组合物s3、s4及对比组合物s
0b
的组分和质量含量如表7所示。
52.表7
根据本发明所述的估算某种蛋白质氨基酸组成模式与参考模式匹配度的指标及计算方法，计算上述蛋白质组合物s3、s4及对比组合物s
0b
的全氨基酸结构比率，得到结果如表8所示。
53.表8由表8的结果可知：大豆分离蛋白：浓缩乳清蛋白：小麦肽=8：1：0.5（以蛋白质计）的对比组合物s
0b
的氨基酸组成和参考模式b中＞18岁人群的全氨基酸需求模式匹配度为71%。由本发明所述的技术方案设计得到的蛋白质组合物s3、s4的氨基酸组成模式和参考模式b中＞18岁人群的全氨基酸需求模式匹配度，即全氨基酸结构比率能分别达到86%和100%。说明基于本发明方法针对性地定量补充某些限制性氨基酸，能在原有大豆分离蛋白、浓缩乳清蛋白和小麦肽组合物的基础上进一步提高蛋白质的营养价值。
54.实施例3本实施例用于说明由本发明所述的技术方案优化混合膳食的氨基酸组成模式，补充不同个数的限制性氨基酸，得到的氨基酸组合物s5、s6、s7，其中参考模式选用模式b中＞18岁人群的全氨基酸需求模式；氨基酸组合物s5、s6、s7组分及含量如表9所示；
根据本发明所述的估算某种蛋白质氨基酸组成模式与参考模式匹配度的指标及计算方法，得到的氨基酸组合物s5、s6、s7的全氨基酸结构比率结果如表9所示。
55.表9由表9的结果可知：混合膳食氨基酸组成模式和参考模式b中＞18岁人群的全氨基酸需求模式的匹配度为62.8%。由本发明所述的技术方案设计得到的氨基酸组合物s5、s6、s7，和混合膳食配合使用后，匹配度分别提高到83.7%、88.1%、100%。即氨基酸组合物s5、s6、s7能提高混合膳食蛋白质的营养价值。
56.实施例4本实施例用于说明由本发明所述的技术方案优化混合膳食的氨基酸组成模式，补充不同个数的限制性氨基酸，得到的氨基酸组合物s8、s9、s10，其中参考模式选用模式a；氨基酸组合物s8、s9、s10组分及含量如表10所示；根据本发明所述的估算某种蛋白质氨基酸组成模式与参考模式匹配度的指标及计算方法，得到的氨基酸组合物s8、s9、s10的全氨基酸结构比率结果如表10所示。
57.表10
由表10的结果可知：混合膳食氨基酸组成模式和参考模式a的匹配度为54.4%。由本发明所述的技术方案设计得到的氨基酸组合物s8、s9、s10，和混合膳食配合使用后，匹配度分别提高到78.2%、84.6%、94.0%。即氨基酸组合物s8、s9、s10能提高混合膳食蛋白质的营养价值。
58.根据实施例1-2的结果可知，由本发明所述的优化氨基酸组成模式的方法设计得到的蛋白质组合物能够使得蛋白质中的全氨基酸结构比率至少达到80%以上。
59.根据实施例3-4的结果可知，由本发明所述的优化氨基酸组成模式的方法设计得到的氨基酸组合物能够使得参考膳食蛋白中的蛋白质全氨基酸结构比率至少提高20%以上，且氨基酸组合物和参考膳食蛋白配合使用后蛋白质全氨基酸结构比率至少达到80%以上。
60.从以上结果可以看出，本发明提供的优化蛋白质氨基酸组成模式的方法设计得到的蛋白质组合物、蛋白质营养补充剂、氨基酸组合物、氨基酸营养补充剂等产品中的蛋白质氨基酸种类、数量和比例结构更接近于参考模式，能进一步提高蛋白质的营养价值。
61.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。