牛乳中α-乳白蛋白提取工藝

閆序東，尹睿杰，王彩云，云戰(zhàn)友，李翠枝，陳忠軍，劉麗君

（1.伊利實業(yè)集團股份有限公司a.技術(shù)中心；b.質(zhì)量管理部,呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，呼和浩特 010080）

牛乳中α-乳白蛋白提取工藝

閆序東1a，尹睿杰1b，王彩云1a，云戰(zhàn)友1a，李翠枝1b，陳忠軍2，劉麗君1b

（1.伊利實業(yè)集團股份有限公司a.技術(shù)中心；b.質(zhì)量管理部,呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，呼和浩特 010080）

研究了熱附聚法結(jié)合凝乳酶處理從鮮牛乳中提取α-乳白蛋白的工藝，對工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，得到富含α-乳白蛋白的乳清，其中α-乳白蛋白與β-乳球蛋白的濃度比達到3.03，達到了商業(yè)化產(chǎn)品的水平。

α-乳白蛋白；β-乳球蛋白；加熱處理

0 引 言

α-La含有高比例的色氨酸及半胱氨酸，色氨酸是5-羥色胺的前體，對胃口、情緒、睡眠及生物鐘等神經(jīng)性反應(yīng)的調(diào)節(jié)具有重要功能。而半胱氨酸既是谷胱甘肽的組份，也是合成牛磺酸的前體[1-3]。因此，對牛奶中α-La的研究和對富含α-La的乳清和乳清粉的制備工藝的探索近年來成為熱點。

乳清蛋白受熱易變性，許多文獻研究了乳清蛋白變性的動力學(xué)規(guī)律并指出[4-6]，β-乳球蛋白（β-Lg）與α-La在特定條件下的變性速率存在差異，β-Lg與酪蛋白的附聚速率和附聚程度均高于α-La，因此，采取分離手段將β-Lg/酪蛋白附聚物與未附聚的α-La分離即可以達到富集α-La的目的，本研究即運用該原理來實現(xiàn)對α-La的提取分離。

1 實 驗

1.1 材料與設(shè)備

鮮牛乳，皺胃酶，α-乳白蛋白標(biāo)準(zhǔn)品，β-乳球蛋白標(biāo)準(zhǔn)品，尿素，1，3-雙（三（羥甲基）甲基）丙烷，羥丙基甲基纖維素，檸檬酸，檸檬酸三鈉，β-巰基乙醇，鹽酸，氫氧化鈉。

貝克曼MDQ毛細管電泳儀，配備二級管陣列檢測器，Beckman P／ACE Station工作站，未涂層熔融石英毛細管（45cm×50μm i.d.,Polymicro Technologies,Phoenix,AZ,USA），3k30超速離心機（Sigma），BP211D電子天平，DK-8D型電熱恒溫水槽，LSHZ-300冷凍水浴恒溫振蕩器，ZC-10型智能超級恒溫水槽，CH2122K型電磁爐，785DMP自動電位滴定儀，CS101-2電熱鼓風(fēng)干燥箱，可調(diào)式移液器，Milli.Elix-Q超純水儀，KQ-700VDV醫(yī)用超聲波清洗器，實驗室常規(guī)玻璃儀器。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

熱處理：將脫脂乳分裝于試管中，在水浴鍋中進行加熱處理，熱處理后迅速置于冰水中冷卻至室溫。

酶凝：在熱處理的脫脂乳中添加活力為20 000 U/g的凝乳酶0.01%及0.1%的氯化鈣，酶凝30 min后，紗布過濾分離乳清與凝塊。

1.2.2 α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的檢測

樣品預(yù)處理：待測乳樣，經(jīng)60 000 g，10℃，40 min離心處理以沉降變性聚集的乳清蛋白/酪蛋白復(fù)合物，取清液并以1︰4的比例與pH值7.50尿素緩沖液混合，加入體積分數(shù)為5‰的巰基乙醇后待測。

檢測條件：超純水清洗毛細管柱：壓力為1.38×105Pa，時間為3.0 min；運行緩沖液清洗毛細管柱壓力為1.38×105Pa，時間為3.0 min；壓力進樣為3.44×103Pa，時間為10 s；分離電壓為28 kV；柱溫為25℃；二極管陣列檢測波長214 nm；運行緩沖液為pH值為3.00的檸檬酸緩沖液。

1.2.3 提取工藝的優(yōu)化

pH值：將鮮脫脂乳調(diào)節(jié)至6.00，5.80，5.60，5.40，5.20，5.00，4.80，4.60；在80℃下保溫20 min；之后測定α-乳白蛋白及β-乳球蛋白的質(zhì)量濃度。

熱處理溫度：將鮮脫脂乳調(diào)節(jié)至一定的pH值，在70，75，80，85，90℃保溫5 min， 之后測定α-乳白蛋白及β-乳球蛋白質(zhì)量濃度。

熱處理時間：將鮮脫脂乳調(diào)節(jié)至一定pH值，在一定的溫度下保溫5，10，15，20，25，30 min，之后測定α-乳白蛋白及β-乳球蛋白質(zhì)量濃度。

正交試驗：選取單因素實驗的pH值、熱處理溫度、時間的較優(yōu)水平，開展三因素三水平正交實驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值

加熱處理中乳清蛋白會變性并與酪蛋白形成復(fù)合物。當(dāng)pH值大于6.9時，加熱處理的過程中β-乳球蛋白會與κ-酪蛋白復(fù)合并從酪蛋白膠束上解離[7]；pH值為6.83時，約有20%的κ-酪蛋白從酪蛋白膠束上解離，不利于β-乳球蛋白與酪蛋白的結(jié)合；pH值在6.5～6.7范圍內(nèi)時，β-乳球蛋白與κ-酪蛋白復(fù)合并能夠穩(wěn)定酪蛋白的膠束結(jié)構(gòu)[8]。針對降低pH值是否可以顯著改變?nèi)榍宓鞍着c酪蛋白的復(fù)合程度[9]進行了試驗，結(jié)果如圖1所示。

以α-乳白蛋白與β-乳球蛋白質(zhì)量濃度之比間接代表α-乳白蛋白的純度。由圖1可以看出，脫脂乳的pH值為5.0時，α-乳白蛋白與β-乳球蛋白質(zhì)量濃度之比最高，即α-乳白蛋白的純度最高，而α-乳白蛋白的質(zhì)量濃度隨pH值的下降而緩慢降低，綜合考慮質(zhì)量濃度與純度，選擇脫脂乳的最優(yōu)pH值為5.0。

2.2 熱處理溫度的確定

將pH值為5.0的脫脂乳，分別加熱至70，75，80，85，90℃，保溫5 min，超速離心后取上清液，用毛細管電泳法測定其中α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的質(zhì)量濃度，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著加熱溫度的升高，α-乳白蛋白的質(zhì)量濃度逐漸減少；溫度為80℃時，α-乳白蛋白與β-乳球蛋白的質(zhì)量濃度比最大，對應(yīng)的值為1.55，因此，80℃是最優(yōu)的處理溫度。

加熱過程中，α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的變性速率和程度不斷升高，β-乳球蛋白與酪蛋白膠束復(fù)合的速率及程度高于α-乳白蛋白，所以α-乳白蛋白與β-乳球蛋白的濃度之比逐漸升高，之后，隨著α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的變性和復(fù)合速率差異的縮小，α-乳白蛋白與β-乳球蛋白的質(zhì)量濃度比又逐漸下降。

2.3 熱處理時間的確定

將pH值為5.0的脫脂乳，加熱至80℃，分別保溫5，10，15，20 min、25 min、30 min后， 超速離心取上清液，用毛細管電泳法測定其中α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的質(zhì)量濃度，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，隨著保溫時間的延長，α-乳白蛋白的質(zhì)量濃度逐漸減少，而α-乳白蛋白與β-乳球蛋白的濃度比則呈上升趨勢。保溫時間為20 min時，α-乳白蛋白的純度基本趨于穩(wěn)定，而它的質(zhì)量濃度還將繼續(xù)下降，因此選擇20 min為最優(yōu)熱處理時間。

2.4 正交實驗

結(jié)合單因素實驗結(jié)果，選擇主要影響因素：脫脂乳pH值、加熱溫度和保溫時間，進行三因素三水平的正交實驗，結(jié)果如表1所示。

表1 L9（33）加熱處理正交實驗因素水平

2.4.1 考慮α-乳白蛋白的純度

經(jīng)過不同加熱條件處理后，脫脂乳中α-乳白蛋白和β-乳球蛋白直接或間接地與酪蛋白發(fā)生不同程度的復(fù)合，加熱的溫度越高，復(fù)合物形成的速度越快，保溫時間越長，反應(yīng)的程度越高[10]。

經(jīng)過加熱處理的脫脂乳，通過超速離心得到上清液，用毛細管電泳法測定其中α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的濃度。

α-乳白蛋白的純度越高，說明與酪蛋白復(fù)合的β-乳球蛋白越多，而與酪蛋白復(fù)合的α-乳白蛋白則較少。在此，把α-乳白蛋白的純度作為衡量熱處理作用的指標(biāo)進行實驗，結(jié)果如表2和圖4所示。

表2 正交實驗結(jié)果

由表2可以看出，最優(yōu)的處理組合為A2B3C2，即8號實驗組。其α-乳白蛋白與β-乳球蛋白質(zhì)量濃度之比的值為4.02。比較本研究中A，B，C三因素R值的大小，可以看出：最重要的影響因素為B因素（溫度）；其次為A因素（pH值）；最后為C因素（保溫時間）。

對正交實驗中的3個因素，即pH值、溫度和保溫時間，進行方差分析，結(jié)果如表3所示。

表3 方差分析結(jié)果

由表3可以看出，pH值、溫度和保溫時間3個因素的F值均不顯著，但從方差分析的結(jié)果中可以看出各因素的相對重要性，即：B因素為重要因素，A因素次之，C因素再次。方差分析結(jié)果同直觀分析一致。

2.4.2 考慮α-乳白蛋白的質(zhì)量濃度

α-乳白蛋白的質(zhì)量濃度在一定程度上反映α-乳白蛋白與其他蛋白質(zhì)的復(fù)合程度，是除α-乳白蛋白的純度之外另一個衡量熱處理作用的指標(biāo)。實驗結(jié)果如表2和圖5所示；分析結(jié)果如表4所示。

結(jié)果表明：最優(yōu)的處理組合為A1B1C1。比較本試驗中A，B，C三因素R值的大小，可以看出：最重要因素為C因素，即保溫時間；其次為B因素，即溫度；最后為A因素，即pH值。

表4 方差分析結(jié)果

由表4可以看出，實驗總體在0.05水平下顯著，其中C因素極顯著，B因素極顯著，A因素顯著，同直觀分析的結(jié)果一致。

2.5 驗證實驗

按照正交試驗所得的最佳熱處理條件重復(fù)試驗。對A2B3C2和A1B1C1組合分別進行了5次平行試驗，A2B3C2組合所得樣品中α-乳白蛋白的純度均大于4.02，組合A1B1C1所得樣品中α-乳白蛋白的質(zhì)量濃度均大于0.99g/L。故有這樣的結(jié)論：從α-乳白蛋白的濃度方面講A1B1C1組合是最優(yōu)的，從α-乳白蛋白的純度方面講A2B3C2組合是最優(yōu)的。

由表2可以看出，質(zhì)量濃度大于0.60 g/L并且α-乳白蛋白與β-乳球蛋白的比值大于2的試驗組有4號和7號，7號的α-乳白蛋白的純度明顯高于4號，α-乳白蛋白的濃度相接近，故7號試驗組為最佳組合，即A1B3C1，對應(yīng)的α-乳白蛋白的質(zhì)量濃度為0.68 g/L，α-乳白蛋白與β-乳球蛋白的比值為3.03。

3 結(jié) 論

脫脂乳熱處理的最佳條件為：pH值5.0，溫度80℃，保溫時間15 min。從α-乳白蛋白的純度方面考慮，3個因素的主次順序為：溫度＞pH值＞保溫時間；從α-乳白蛋白的濃度方面考慮，3個因素的主次順序為：保溫時間＞溫度＞pH值。

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Process for producing α-lactalbumin-enriched whey

YAN Xu-dong1a,YIN Rui-jie1b,WANG Cai-yun1a,YUN Zhan-you1a,LI Cui-zhi1b,CHEN Zhong-jun2,LIU Li-jun1b
（1.Inner Mongolia Yili Industrial Group Co.Ltd，a.Technology Center；b.Department of Quality Management,,Huhhot 010080,China；2.College of Food Science and Engineering,Inner Mongolia Agricultural University,Huhhot 010018,China）

A process for producing an α-lactalbumin-enriched fraction from milk was investigated.The ratio of the concentration of α-lactalbumin to β-lactoglobulin is 3.03,which is high enough to meet the level of comerical products.

α-lactalbumin;β-lactoglobulin;heat-treatment

Q935

A

1001-2230（2010）11-0007-04

2010-07-02

國家十一五科技支撐計劃資助項目（2006BAD04A06）。

閆序東（1983-），男，碩士，研究方向為乳品加工工藝。

云戰(zhàn)友