牛初乳粉的研制

趙存朝，趙瑩萍，陶亮1b，高航2，楊洋2，黃艾祥

(1.云南農業(yè)大學a.食品科學技術學院，b.植物保護學院，昆明 650201；2.昆明雪蘭牛奶有限責任公司，昆明650217)

牛初乳粉的研制

趙存朝1a，趙瑩萍1a，陶亮1b，高航2，楊洋2，黃艾祥1a

(1.云南農業(yè)大學a.食品科學技術學院，b.植物保護學院，昆明 650201；2.昆明雪蘭牛奶有限責任公司，昆明650217)

以牛初乳為原料，利用二次通用旋轉實驗對牛初乳粉的工藝進行優(yōu)化，確定了最佳工藝，分析其理化、免疫球蛋白指標以及主要蛋白質分子量，并用SDS-PAGE電泳法分離了3種主要蛋白質。結果表明，牛初乳粉富含蛋白質、礦物質和免疫球蛋白，具有較高的開發(fā)價值。

牛初乳；生產工藝；二次通用旋轉；免疫球蛋白；乳蛋白質

0 引言

牛初乳是指正常飼養(yǎng)的、無傳染病和乳房炎的健康母牛分娩后72小時內所擠出的乳汁，色澤黃而濃稠、酸度高、有特殊的乳腥味和苦味[1]。牛初乳含有豐富的營養(yǎng)物質和多種生物活性成分等[2-3]。牛初乳中的特異性抗體和生長因子能夠抵抗腸道感染，促進胎鼠骨骼生長發(fā)育及大鼠智力發(fā)育。服用牛初乳可提高運動性能、體內超氧化物歧化酶活力，恢復受損的肌肉和結締組織，減少脂質過氧化物等活性功能[4-6]。目前，我國約有上億頭成年乳牛，分泌的初乳除喂養(yǎng)小牛犢外，每年尚有幾十萬噸初乳資源被浪費。為充分利用這部分資源，開發(fā)牛初乳新產品。本實驗通過研究牛初乳粉的加工工藝，測定牛初乳粉的理化、衛(wèi)生指標及其礦物質含量，為牛初乳的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 實驗

1.1材料與試劑

牛初乳，蔗糖酯，單甘酯，磷酸氫二鈉，麥芽糊精。

1.2儀器與設備

RE-52AA旋轉蒸發(fā)儀，TDL-5-A離心機，DHG-9070A真空冷凍干燥機，KDY-9810凱氏定氮儀，DYY-6C電泳儀，Bro-rid伯樂垂直電泳槽。

1.3方法

1.3.1 工藝流程及操作要點

牛初乳粉的研制的工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

（1）原料收集。牛初乳收集于殺菌后的容器中2～4℃條件下貯存，避免牛初乳在貯存和運輸過程中被污染。

（2）室溫緩融。在室溫條件下自然融化。

（3）過濾除雜。牛初乳經4到6層紗布過濾，除去牛初乳中可見雜質。

（4）離心脫脂。高速離心機轉速為4 000 r/min（20 min）離心，除去上層脂肪和下層沉淀，保留中間部分。

（5）初乳稀釋。離心脫脂之后樣品加入純凈水稀釋。

（6）麥芽糊精的添加。在稀釋后的初乳中加入適量麥芽糊精，增加成品速溶性。

（7）殺菌。采用低溫熱殺菌的方式對牛初乳進行殺菌操作，工藝條件為63℃，30 min。

（8）濃縮。濃縮對牛初乳粉成品的速溶性有極大影響，本實驗使用旋轉蒸發(fā)儀對殺菌后的牛初乳進行濃縮，溫度控制在40～45℃。

（9）冷凍干燥。真空冷凍干燥牛初乳濃縮液。條件：溫度為-42℃，真空度為20～30 Pa，時間為3～4 d；冷凍干燥后超微粉碎制得成品。

1.3.2 牛初乳稀釋

牛初乳在殺菌階段，黏度增大，流動性差，甚至會產生酸奶狀凝固，導致殺菌環(huán)節(jié)無法順利進行，所以，在殺菌前要對牛初乳進行稀釋，以牛初乳感官評分為依據(jù)，分別設置水的添加倍數(shù)為0，0.5，1.0，1.5，2.0倍的5個樣品對牛初乳進行稀釋，研究水的最佳添加倍數(shù)。

1.3.3 添加劑篩選

牛初乳進行殺菌前，以牛初乳粉速溶性為依據(jù)，分別設置添加蔗糖酯、單甘酯、磷酸氫二鈉、麥芽糊精的4個牛初乳樣品，篩選牛初乳中的添加劑種類。

1.3.4 麥芽糊精添加量的篩選

以牛初乳粉感官評分為依據(jù)，分別設置麥芽糊精添加量為1.0%，2.0%，3.0%，4.0%，5.0%，研究麥芽糊精的最佳添加量。

1.3.5 二次通用旋轉實驗設計

在單因素實驗的基礎下，選取水的添加倍數(shù)，麥芽糊精的添加量2個因素，采用二次通用旋轉實驗設計進行實驗，實驗因素水平如表1所示。

表1 二次通用旋轉試驗因素水平

1.3.6 感官評定

牛初乳粉的感官性狀評定根據(jù)RHB 602-2005中的相關方法進行。由10名同學組成評定小組，分別從色澤、滋味，氣味、組織狀態(tài)、沖調性，四項指標對牛初乳粉進行打分，采用百分制。其中，色澤、組織狀態(tài)各占20分，滋味，氣味占25分，沖調性占35分。評分結果取平均值，牛初乳粉感官評分標準如表2所示。

1.3.7 理化指標測定方法

表2 感官評分標準

（1）水分質量分數(shù)測定根據(jù)GB 5009.3-2010中的直接干燥法進行；

（2）脂肪分數(shù)測定根據(jù)GB 5413.3-2010中的相關方法進行；

（3）蛋白質質量分數(shù)測定根據(jù)GB 5009.5-2010《食品中蛋白質的含量測定》中的凱氏定氮法，對蛋白質質量分數(shù)進行測定；

（4）免疫球蛋白（IgG）測定根據(jù)免疫球蛋白含量根據(jù)GB 5009.194-2003中的相關方法進行；

（5）復原乳酸度測定根據(jù)GB 5413.34-2010中的相關方法進行。

1.3.8 衛(wèi)生指標測定方法

（1）黃曲霉毒素測定根據(jù)GB/T 5009.24—2010相關方法進行；

（2）菌落總數(shù)測定根據(jù)GB/T4789.2-2010相關方法進行；

（3）大腸桿菌測定根據(jù)GB/T 4789.3-2010相關方法進行；

（4）酵母和霉菌測定根據(jù)GB/T 4789.15-2010相關方法進行。

1.3.9 牛初乳蛋白質分析

將牛初乳粉成品與牛血清蛋白酶進行SDS-PAGE凝膠電泳，確定牛初乳粉的組成及其相對分子量。

1.3.9.1 制備樣品

分別稱取0.015 g樣品粉末，加1.5 mL超純水于2 mL離心管中，漩渦振蕩3 min使之溶解，離心（8 000 r/ min，2 min），取上清備用。參照Laemmli[12]和郭堯君[13]配制5×電泳緩沖液、固定液(30%甲醇)、染色液（G-250）、脫色液等電泳相關溶液。

1.3.9.2 制備電泳樣和凝膠配制

將配置好的樣品和上樣緩沖液混合，按樣品：緩沖液=4∶1的比例配制成1 mL的溶液后搖勻，沸水浴加熱10 min制得電泳樣，于4℃冰箱保存?zhèn)溆?。制?2%分離膠和4%濃縮膠。

1.3.9.3 電泳條件

樣品上樣量為15 μL，l50 V恒壓大約30 min；分離膠電泳條件：120 V恒壓大約1 h，等溴酚藍跑至凝膠底部，關閉電源。

1.3.9.4 膠片處理

依次對電泳膠片進行固定、染色、脫色、利用凝膠成像系統(tǒng)對凝膠拍照拍照分析[14-15]。

2 結果與分析

2.1工藝參數(shù)

（1）水的添加倍數(shù)對牛初乳的影響，結果如圖1所示。

圖1 水的添加倍數(shù)對牛初乳的影響

由圖1可以看出，當水的添加倍數(shù)不同時，牛初乳的感官評分也不同，當水的添加倍數(shù)為1倍時，牛初乳的感官評分最高，因此，選擇水的添加倍數(shù)為1倍作為最好的稀釋水平。

（2）配料的篩選。確定牛初乳最佳添加劑結果如表3所示。

852 Application of deep learning technology in disease diagnosis

表3 不同添加劑及添加量

在此次實驗中，運用了4種不同的添加劑，根據(jù)相關標準，以相同的添加量加入牛初乳中，經過殺菌，濃縮，冷凍干燥，得到成品后，根據(jù)牛初乳粉的速溶性選擇適合添加入牛初乳中的添加劑類型，從表中可看出，最適合添加入牛初乳中的添加劑為麥芽糊精，加入麥芽糊精的4號樣品，牛初乳粉速溶性及沖調后的狀態(tài)與其他四種相比，相對較好，所以選擇麥芽糊精為最終添加入牛初乳中的添加劑。

（3）麥芽糊精添加。麥芽糊精具體添加量由牛初乳粉感官評定的相關指標進行確認，相關內容于表4與圖2中。

表4 麥芽糊精添加量

由表4可以看出，添加了不同量的麥芽糊精的牛初乳粉，其成粉后的速溶性有所不同，添加1%的麥芽糊精時，牛初乳粉的溶解速度慢，在添加量為3%時，牛初乳粉的速溶性好，而添加量為5%時，牛初乳粉的速溶性變差，所以綜合考慮，可以選擇麥芽糊精的添加量為3%。

圖2 麥芽糊精添加量對牛初乳粉的影響

由圖2可以看出，麥芽糊精的添加量為3%時，牛初乳粉的色澤、質地和口感均令人滿意，感官綜合評分最高，為90分。麥芽糊精的添加量為1%時，牛初乳粉的感官評分最低，為65分。麥芽糊精的添加量為4%時，麥芽糊精的感官評分居中，為80分。因此，綜合考慮，應取麥芽糊精的量為3%。

2.2二次通用實驗結果

2.2.1 實驗設計與結果

牛初乳粉的二次通用旋轉組合試驗方案及結果如表5所示。

表5 二次通用旋轉組合實驗方案及結果

根據(jù)多項式回歸方程，按照13個試驗結果計算出所擬合的回歸方程的各項系數(shù)，從而得到如下的二次回歸模型：Y=83.39000-3.66625X12-3.66875X22。

2.2.2 方程方差

實驗結果方差分析如表6所示。

表6 試驗結果方差分析

根據(jù)實驗結果進行方差分析。由表8可以看出，該回歸模型達到顯著水平（P＜0.05），說明方程與實際情況擬合良好，能夠反映感官評分與水的添加倍數(shù)、麥芽糊精的添加量的關系。

2.2.3 變量輪換直接尋優(yōu)

根據(jù)已建立的數(shù)學模型，在－1.414≤Xi≤1.414（i＝1、2）范圍內，每個因素取5個水平（±1.414、±1、0），對52=25個方案進行統(tǒng)計尋優(yōu)，在試驗范圍內可得感官評分最高值為83.39，此時各因素取值為：X1=0，X2= 0，對應水的添加倍數(shù)1，麥芽糊精的添加量為3%。

2.2.4 頻率分析及統(tǒng)計尋優(yōu)

對不同設計水平條件下的組合進行模擬試驗，以均值78.88為臨界值，獲得大于臨界值的方案5個，各變量取值的頻率分布如表7所示。

表7 優(yōu)化提取方案中Xi取值頻率分布

由表7可以看出，在95%的置信區(qū)間感官評分大于78.88的優(yōu)化方案為：水的添加倍數(shù)0.723～1.277、麥芽糊精的添加量2.446～3.554。為了貼近實際的生產，可將優(yōu)化方案定為：水的添加倍數(shù)為1倍、麥芽糊精的添加量為2.5%。

2.3產品質量

2.3.1 感官指標

選取最佳工藝制作的牛初乳粉進行感官評定，從色澤、組織狀態(tài)、滋味，氣味、沖調性四項指標對牛初乳粉進行打分，綜合得分82.8分，感官接受度較高，產品色澤呈均勻一致的淺黃色或乳黃色；組織狀態(tài)呈均勻一致細小結晶狀，無結塊，無肉眼可見雜質；具有濃郁的奶香味；沖調性較好，潤濕下沉快，沖調后無團塊，無沉淀。

2.3.2 理化、衛(wèi)生指標

相關理化和衛(wèi)生指標結果如表8所示；礦物質指標結果如表9所示。

表8 理化和衛(wèi)生指標

表9 礦物質質量分數(shù)

由表8可以看出，本研究生產的牛初乳粉理化和衛(wèi)生指標均符合RHB 602-2005標準。其中蛋白質是牛初乳粉的主要營養(yǎng)成分，約占牛初乳粉總量的75%，其質量分數(shù)遠遠高于常乳；牛乳中富含乳糖質量分數(shù)可達5.0%，不適合乳糖不耐癥和糖尿病患者食用，而牛初乳中乳糖較少，約占2.7%，可作為保健食品的初乳原料有效減低乳糖過敏癥狀發(fā)生[17-18]；粗脂肪質量分數(shù)為1.10%，說明采用的牛初乳生產中高速離心能有效去除脂肪；水分質量分數(shù)2.34%，遠低于行業(yè)標準要求（5%）；復原乳酸度為16.8°T，低于行業(yè)標準規(guī)定的50°T的上限。由衛(wèi)生指標的檢測可知，菌落總數(shù)變化范圍廣，在生產過程中需加強質量控制。

初乳是哺乳新生幼仔主要的營養(yǎng)物質。研究表明：牛初乳中含有23種礦物質，含量遠高于常乳，主要礦物質包括鈣、鎂、鉀、納、錳、鐵、銅、鈷等，為人體所必需的營養(yǎng)元素；礦物質用來構成人體骨胳和牙齒，參與人體肌肉的活動，維持體液的儲備和酸堿平衡，是血液的組成成分之一。其中，奶制品是鈣的主要來源，參與骨骼的構成，調節(jié)神經、肌肉組織的能量代謝，觸發(fā)肌肉收縮和神經興奮以及參與多種酶類的激活作用。由表9可以看出，本研究生產的牛初乳粉鈣質量分數(shù)高達（7 962±103）mg/kg，鉀質量分數(shù)達（4 451±206）mg/kg，鈉質量分數(shù)（3 024±87）mg/kg，鎂質量分數(shù)達（1 326±20）mg/kg。

2.3.3 免疫球蛋白質量分數(shù)

牛初乳免疫球蛋白質量分數(shù)信息如表10所示。

表10 免疫球蛋白質量分數(shù) %

免疫球蛋白是牛初乳和常乳中具有免疫活性的重要組分，是一類具有抗體活性或化學結構與抗體相似的球蛋白，對病毒、細菌及真菌感染具較好的防治作用。由表10可以看出，實驗得到牛初乳粉中免疫球蛋白質量分數(shù)為33.69%±1.80%，馬智偉等人[12]對市面上3種牛初乳粉和一種自制牛初乳粉樣品中免疫球蛋白質量分數(shù)進行測定分別為20.89%，23.25%，22.45%，44.94%；可以得出本研究生產的牛初乳粉免疫球蛋白質量分數(shù)高于市場的其他幾種產品，同時RHB602-2005要求牛初乳粉中免疫球蛋白質量分數(shù)≥10%，本研究生產的牛初乳粉免疫球蛋白質量分數(shù)遠高于行業(yè)標準。說明本研究所采用的工藝存在一定優(yōu)勢。

2.4蛋白質分析

電泳結果如圖3所示。圖3中，條帶1為標準品；2為牛血清蛋白；3為牛初乳蛋白。

圖3 電泳結果

牛初乳中的蛋白大致可以分為兩類：酪蛋白和乳清蛋白；酪蛋白包括α-酪蛋白、β-酪蛋白、γ-酪蛋白，乳清蛋白包括血清蛋白、β-乳球蛋白、α-乳清蛋白、免疫球蛋白等；牛血清白蛋白（BSA），是牛血清中的一種球蛋白，包含583個氨基酸殘基，分子量為66.43 ku，從電泳圖條帶1可以看到牛血清白蛋白反映了其基本組成和分子量。將樣品與標準蛋白質譜帶對比，電泳條帶2顯示牛初乳主要由3種蛋白組成，相對分子量大約在58，25，15 ku。

3 結論

（1）本研究得到制作牛初乳粉的最佳工藝為：牛初乳→過濾除雜→離心脫脂→稀釋→添加麥芽糊精→巴氏殺菌→真空濃縮→真空冷凍干燥→成品；利用二次通用旋轉試驗優(yōu)化水的最佳添加倍數(shù)為牛初乳體積的1.0倍，麥芽糊精的最佳添加量為稀釋后牛初乳體積的2.5%；生產的牛初乳粉理化項指標為：水分2.34%；蛋白質74.70%，脂肪1.10%（均為質量分數(shù)）；礦物質含量豐富，其中鈣質量分數(shù)高達7 962 mg/kg。

（2）利用SDS-PAGE電泳分離了牛初乳粉中3種主要蛋白質，相對分子量大約在58，25，15 ku；免疫球蛋白質量分數(shù)為33.69%±1.80%；通過對牛初乳粉加工工藝及理化、衛(wèi)生指標的測定為牛初乳的開發(fā)利用提供了科學依據(jù)。

[1]提偉鋼,邵士鳳,鄒佩文,等.牛初乳加工技術研究進展[J].飲料工業(yè), 2013(1):9-12.doi:10.3969/j.issn.1007-7871.2013.01.002.

[2]CATRIONA J G,MITSURO M S,PETER J M,et al.Benefits of bovine colostrum on fecal quality in recently weaned puppies[J].Nutrtion,2004,134:2126S-2127S.

[3]KELLY G S.Bovine colostrums:a review of clinical uses[J],Alternative Medicine Review,2003,8:378-394.

[4]SOLOMONS N W.Modulation of the immune system and the response against pathogens with bovine colostrum concentrates[J],European Journal of Clinical Nutrition,2002,56(Suppl 3):24-28.DOI: 10.1038/sj.ejcn.1601480

[5]RAWAL P，GUPTA V，THAPA B R.Role of colostrum in gastrointestinal infections[Jl.Indian Journal Pediatric,2008,75(9):917-921. DOI:10.1007/s12098-008-0192-5.

[6]傅維琦，吳綿斌，李向平，等.牛初乳中主要生物活性物質開發(fā)的最新進展[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2003，24(9):76-80.DOI:10.3321/j.issn: 0253-990X.2003.04.018

[7]SHING C M，PEAKE J，SUZUKI K,et al.Effects of bovine colostrum supplementation on immune variables in highly trained cyclists [J].Journal of Applled Physiology,2007,102:1113-1122.DOI: 10.1152/japplphysiol.00553.2006·Source:PubMed

[8]MEHRAA R，MAMILAB P，KORHONEN H.Milk immunoglobulins for health promotion[J].International Dairy Journal,2006,16: 1262-1271.DOI:10.1016/j.idairyj.2006.06.003

[9]ANDERSSON A M,SKAKKEBAEK N E.Exposure to exogenous estrogens in food:possible impact on human development and health [J],European Journal of Endocrinology,1999,140:477-485.DOI: 10.1530/eje.0.1400477·Source:PubMed

[10]MA Y X,EBINE N,AOKI K,et al.Effects of cow’s milk on reproduction in ICR male mice[J].Biomedical and Environmental Sciences,2009,22:161-163.DOI:10.1016/S0895-3988(09)60040-4.

[11]GANMAA D,QIN L Q,WANG P Y，et al.A Two-generation reproduction study to assess the effects of cows’milk on reproductive development in male and female rats[J],Fertility and Sterility,2004, 82(supple 3):1106-1114.Doi:10.1016/j.fertnstert.2004.05.073.

[12]LAEMMLI U K.Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage-T4[J].Nature,1970,227:680-685. DOI:10.1038/227680a0·Source:PubMed

[13]郭堯君.蛋白質電泳實驗技術[M].北京：科學出版社,2005：起至-頁

[14]方紹慶,魯閩,陳克衛(wèi),等.SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法鑒定動物肌肉蛋白熱變性的研究[J].現(xiàn)代食品科技，2006,22(3):219-221. Doi:10.3969/j.issn.1001-8123.2006.05.015

[15]任靜,程龍,韓齊,等.不同包裝方式對調理預制烤豬肉冰溫貯藏中微生物和理化特性影響[J].現(xiàn)代食品科技,2015,31(10): 182-189.

[16]馬智偉,陳慶森.牛初乳粉關鍵品質指標比較分析[J].食品科學, 2010,(22)384—386.

[17]馬麗艷.牛初乳的營養(yǎng)保健功能及開發(fā)利用[J].中國食物與營養(yǎng), 2011,17(8):76-78.Doi:10.3969/j.issn.1006-9577.2011.08.021.

[18]高麗霞.牛初乳中的活性成分及其開發(fā)利用[J].農產品加工,2010, (4):45-47.Doi:10.3969/j.issn.1671-9646(X).2010.04.013.

Development on bovine colostrum powder

ZHAO Cunchao1a,ZHAO Yingping1a,TAO Liang1b,GAO Hang2,YANG Yang2,HUANG Aixiang1a
(1.Yunnan Agricultural University a.College of Food Science and Technology,b.College of Plant Protection,Kunming 650201,China;2.Kunming Xuelan Dairy Co.,Ltd,Kunming 650217,China)

Using the bovine colostrum as the main material,we optimized the formula of bovine colostrum powder by quadratic general rotary and analyzed its physical and chemical,immune globulin indexes and main protein molecular weight.Using SDS-PAGE electrophoresis, three main protein were separated.Results show that the bovine colostrum powder is rich in protein,minerals and immune globulin and it has high value for development.

Bovine colostrum;processing technology;quadratic general rotary;immunoglobulin;milk protein

TS252.59

A

1001-2230（2017）02-0017-05

2016-07-29

云南省現(xiàn)代農業(yè)奶牛產業(yè)技術體系乳品加工質量安全建設項目(2016KJTX008)；云南省高校食品加工與安全控制重點實驗室(云教科[2014]16號)；云嶺產業(yè)技術領軍人才(云發(fā)改人事[2014]1782號)；功能性奶粉產品關鍵技術研究與產業(yè)化開發(fā)(2014ZA005)。

趙存朝(1990-)，男，碩士研究生，研究方向為乳品科學。

黃艾祥