牛初乳乳清制備的研究

文 / 石芳芳 彭 湃 梁桂榮 黑龍江龍丹科技股份有限公司

牛初乳又叫膠奶，是指健康母牛分娩后72 h內(nèi)分泌的乳汁。牛初乳以其豐富的營養(yǎng)成分，較高的功能性，被描述為“大自然賜給人類的真正白金食品”。牛初乳中含有豐富的營養(yǎng)成分，除乳糖外，蛋白質(zhì)、脂肪、無機(jī)鹽及維生素等含量均高于常乳，其中蛋白質(zhì)含量為常乳的10 倍，氨基酸總量超過普通牛乳的5 倍。初乳中的礦物元素含量也很高，第1 次所擠的初乳中，鈣、磷、鎂含量為1700、1800、500 mg/kg，鋅、鐵、錳含量為20.0、3.0、0.1 mg/kg，分別是常乳的1.5～6.0 倍。初乳中維生素含量也大大超過常乳.據(jù)測(cè)定，奶牛分娩后24 h的初乳，其胡蘿卜素、維生素A、D、E和B族維生素、維生素C的含量是常乳的2～5 倍。同時(shí)牛初乳還富含大量活性因子，這些因子包括生長因子（如胰島素樣生長因子I和胰島素樣生長因子II）和抑制細(xì)菌生長的免疫因子（如細(xì)胞活素、酶、激素和其它成分），而免疫因子主要包括IgG、IgA、IgD、IgE、IgM，其中IgG含量最高。牛初乳中的各種生長因子具有促進(jìn)組織正常生長和加快傷口愈合的功效。

此外，牛初乳還具有很高的營養(yǎng)價(jià)值和生理功能。主要功效包括：①增進(jìn)、調(diào)節(jié)免疫功能，提高抵抗力和免疫力，能抑制呼吸系統(tǒng)疾病，抵抗流感病毒；能治療腸胃不適和慢性腹瀉綜合癥。②牛初乳含有的生長因子，能促進(jìn)大腦活力，增加大腦警覺性和提高注意力。③牛初乳有助于消除疲勞，延緩衰老。④牛初乳含有的抗感染物質(zhì)有助于減少和消除腹痛，防止和治療牙齒疾病。⑤牛初乳含有廣泛的抗病毒元素，能抗病毒，如肝炎病毒侵入等。⑥牛初乳還具有治療和輔助治療多種頑疾和癌癥的功能。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

牛初乳：采集荷斯坦奶牛產(chǎn)犢后3 天內(nèi)（72 h）所分泌的乳汁，將采集的初乳進(jìn)行過濾。過濾除去雜質(zhì)后，在-18 ℃下進(jìn)行凍藏。待用時(shí)，對(duì)原料奶進(jìn)行脫脂處理。本試驗(yàn)利用72 h內(nèi)所分泌乳汁的混合樣品進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 主要設(shè)備與儀器

電動(dòng)奶油分離機(jī)：9N-50型；微量進(jìn)樣器：10～100 μL，100～1000 μL；水浴箱。

1.3 試劑

凝乳酶：效價(jià)1:5000；CaCl2·2H2O：分析純；NaCl：分析純。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 原料奶的脫脂

脫脂的目的是除去腥味，有助于對(duì)初乳乳清的進(jìn)一步提取，防止由于原料奶中脂肪的存在而對(duì)凝乳效果產(chǎn)生影響。由于原料的特殊性，在對(duì)原料奶進(jìn)行脫脂前，應(yīng)將其預(yù)熱到25～30 ℃，以保證其中的活性因子不被破壞。分離過程如下：原料奶預(yù)熱→分離→收集。

1.4.2 凝乳酶活力的測(cè)定

凝乳酶的活力指1 mL凝乳酶溶液（或1 g）干粉在35 ℃的條件下，40 min內(nèi)能凝結(jié)原料奶的多少。標(biāo)準(zhǔn)液態(tài)凝乳酶的活力通常是1.2 萬～1.5 萬，粉狀凝乳酶是前者的10 倍，為12 萬～15 萬（按1 g計(jì)）。

凝乳酶（皺胃酶）的活力測(cè)定方法為：稱取凝乳酶1 g（準(zhǔn)確至0.01 g）加入100 mL、35 ℃的水中，混合后靜止15 min，并在2 h以內(nèi)測(cè)定活力。量取100 mL、18 °T的原料奶置于200 mL三角瓶中，加熱至35 ℃，加入1 mL皺胃酶溶液，搖勻后加入一個(gè)紙屑，記錄加入皺胃酶至紙屑停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間。

效價(jià)（取整數(shù)）＝100×100×40/t，其中t為乳凝固時(shí)間（min），100分別是乳量和酶的稀釋倍數(shù)。

1.4.3 脫脂乳乳清的提取流程

脫脂乳（50 mL）→預(yù)熱→加CaCl2溶液，攪拌均勻→加凝乳酶，迅速攪拌2～3 min→保溫靜止→切割成0.5～0.7 cm3的小塊→攪拌→過濾。

1.4.4 操作要點(diǎn)

（1）藥品的配制

凝乳酶：按酶的效價(jià)和原料乳的量計(jì)算酶的用量。以1%的食鹽水（NaCl為分析純）將酶配成2%的溶液，并在28～32 ℃下保溫30 min進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)中，凝乳酶的添加量為0.015%～0.025%。凝乳酶的保存需要冷藏，避光放置，如果保存溫度過高或遇光，酶活力損失會(huì)加快，因此每次試驗(yàn)前酶液需要現(xiàn)用現(xiàn)配。

CaCl2溶液：只有乳中存在自由Ca2+時(shí)，被凝乳酶轉(zhuǎn)化的酪蛋白才能凝結(jié)，乳中自由鈣離子的濃度將會(huì)影響凝乳時(shí)間、凝塊硬度和乳清排出。CaCl2的允許使用量不超過0.2 g/kg。利用CaCl2·2H2O（分析純）配成10%的溶液，其添加量為總量的0.010%～0.020%。

（2）預(yù)熱

將原料奶預(yù)熱至29、30和31 ℃。

（3）添加CaCl2

CaCl2的添加量分別為0.010%、0.015%、0.020%，即每50 mL脫脂乳添加量分別為50、75、100 μL。加入CaCl2后將試驗(yàn)乳攪勻。

（4）凝乳酶的添加

凝乳酶的添加量分別為0.015%、0.020%、0.025%，即每50 mL脫脂乳添加量分別為375、500、625μL。凝乳酶添加后應(yīng)迅速攪勻，攪拌時(shí)間為2～3 min。

（5）切割

當(dāng)凝乳塊達(dá)到可切割的硬度時(shí)，先用刀在凝乳塊上切口，可見透明的乳清析出。當(dāng)析出速度較快時(shí)即可執(zhí)行切割步驟，切塊大小為0.5～0.7 cm3，并記錄凝乳塊可切割時(shí)間。切割后效果如圖1 所示。

表1 因素水平表

表2 試驗(yàn)方案（正交試驗(yàn)表）

圖1 凝乳塊切割后狀態(tài)

（6）攪拌

由于切割后的凝塊較脆弱，因此應(yīng)輕輕攪拌，以防凝塊破碎，影響對(duì)乳清的提取。攪拌15 min后，速度可稍微加快。整個(gè)過程應(yīng)不停地?cái)嚢瑁源龠M(jìn)凝塊的收縮和乳清的滲出，防止凝塊沉淀和相互粘連。當(dāng)凝乳快達(dá)到一定硬度時(shí)，即可過濾。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

為研究凝乳溫度、CaCl2的添加量、凝乳酶的添加量對(duì)凝乳時(shí)間的影響，因此采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1、2所示。

2.2 分析與討論

通過分析正交試驗(yàn)結(jié)果，比較極差的大小，一般可分析出各因素對(duì)指標(biāo)的影響。由表2可見，因素C的極差最大，因素A次之，而因素B最??；極差越大，反映該因素的水平變動(dòng)時(shí)，指標(biāo)的變化越大，即該因素對(duì)指標(biāo)的影響越大。由此可得出因素的主次順序?yàn)椋篊（凝乳酶的添加量）＞A（凝乳溫度）＞B（CaCl2的添加量）

圖1 凝乳溫度與凝乳時(shí)間關(guān)系圖

圖2 CaCl2的添加量和凝乳時(shí)間的關(guān)系圖

圖3 凝乳酶的添加量和凝乳時(shí)間的關(guān)系圖

k1、k2、k3分別表示各因素“1”，“2”，“3”水平相應(yīng)的平均凝乳時(shí)間，比較它們的大小，就可以直觀地找出各因素的較優(yōu)水平。例如對(duì)因素C，k1、k2、k3中k3最小，k2次之，k1最大，故凝乳酶的添加量為0.025%時(shí)，凝乳時(shí)間最短，其次是添加量為0.020%時(shí)，以添加量為0.015%時(shí)凝乳時(shí)間最長。這樣可以分析得到A，B，C的較優(yōu)水平分別為A2，B2，C3。

因素與指標(biāo)的關(guān)系如圖1、2、3所示。

從各因素的k1、k2、k3的值，可以看出因素與凝乳時(shí)間的關(guān)系。凝乳時(shí)間的變化趨勢(shì)是：C因素凝乳酶的添加量對(duì)凝乳時(shí)間的影響趨勢(shì)是，凝乳酶的添加量越大凝乳時(shí)間越短；A因素凝乳溫度對(duì)凝乳時(shí)間的影響趨勢(shì)是，隨著溫度的升高，凝乳時(shí)間先減小后增大；B因素CaCl2的添加量對(duì)凝乳時(shí)間的影響趨勢(shì)是，隨著添加量的增加，凝乳時(shí)間先減小后增大，在0.015%～0.020%之間變化不大。

2.2.1 脂肪含量對(duì)乳清提取的影響

原料奶中脂肪含量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較大。脂肪含量的多少直接影響到凝乳時(shí)間的長短與凝乳塊的硬度。脂肪含量越高，凝乳所需的時(shí)間越長，凝乳塊的硬度越低，凝乳效果越差，不利于乳清的排出，對(duì)乳清的制備產(chǎn)生很大的影響。

2.2.2 干物質(zhì)含量對(duì)乳清提取的影響

原料奶中的干物質(zhì)含量也是影響試驗(yàn)結(jié)果的重要因素。由于一定酶量與底物的結(jié)合能力的限制，隨著干物質(zhì)含量的增加，酶的添加量也需要提高，否則會(huì)影響凝乳時(shí)間與凝乳效果。

2.2.3 凝乳酶對(duì)乳清提取的影響

原料奶中酪蛋白有3 種，分別為αs-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白，前兩者易受Ca2+影響可形成沉淀，而后者不僅穩(wěn)定，而且還具有抑制前者沉淀的作用。凝乳酶使原料奶凝固分為2 個(gè)階段：首先將κ-酪蛋白分解為副κ-酪蛋白；其次副κ-酪蛋白及αs-酪蛋白和β-酪蛋白在Ca2+作用下沉淀。

影響凝乳酶活性的因素有3 個(gè)方面：第一，pH值，在酸性環(huán)境中凝乳酶活力最強(qiáng)，原料奶酸度的任何微小變化均能顯著影響凝乳酶的活力。第二，溫度，由于凝乳酶的最適溫度是42 ℃，因此原料奶的溫度明顯影響凝結(jié)速度，乳溫30 ℃時(shí)原料奶凝結(jié)時(shí)間是42 ℃時(shí)的2～3 倍。第三，Ca2+濃度，只有原料奶中存在自由Ca2+時(shí)，被凝乳酶轉(zhuǎn)化的酪蛋白才能凝結(jié)。因此Ca2+濃度將會(huì)影響凝乳時(shí)間、凝塊硬度和乳清的排出。

關(guān)于凝乳酶的添加量，通常情況下其用量為100 kg原料奶添加20～40 mL的凝乳酶溶液。凝乳時(shí)間與凝乳酶用量成反比，用量翻倍，則凝乳時(shí)間減半。乳清的排出量不受凝乳酶用量的影響。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，凝乳酶的添加量對(duì)凝乳時(shí)間的影響是主要的方面，同時(shí)，凝乳酶的活性也是影響試驗(yàn)結(jié)果的重要方面。過夜的酶液，凝乳酶的活力下降較快，凝乳時(shí)間明顯加長。因此，酶液的使用應(yīng)現(xiàn)用現(xiàn)配，使用前應(yīng)注意對(duì)酶的活化。

3 結(jié)論

通過對(duì)凝乳酶作用于牛初乳的凝乳條件進(jìn)行試驗(yàn)，從而得到牛初乳凝乳的最佳試驗(yàn)條件，即在30 ℃的溫度下，添加0.015%的CaCl2，凝乳酶的添加量為0.025%的情況下，凝乳的效果最好，最有利于牛初乳乳清的提取。