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內分泌的乳汁。牛初乳以其豐富的營養成分，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成分，除乳糖外，蛋白質、脂肪、無機鹽及維生素等含量均高于常乳，其中蛋白質含量為常乳的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.據測定，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）和抑制細菌生長的免疫因子（如細胞活素、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價值和生理功能。主要功效包括：①增進、調節免疫功能，提高抵抗力和免疫力，能抑制呼吸系統疾病，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 試驗原料

牛初乳：采集荷斯坦奶牛產犢后3 天內（72 h）所分泌的乳汁，將采集的初乳進行過濾。過濾除去雜質后，在-18 ℃下進行凍藏。待用時，對原料奶進行脫脂處理。本試驗利用72 h內所分泌乳汁的混合樣品進行試驗。

1.2 主要設備與儀器

電動奶油分離機：9N-50型；微量進樣器：10～100 μL，100～1000 μL；水浴箱。

1.3 試劑

凝乳酶：效價1:5000；CaCl2·2H2O：分析純；NaCl：分析純。

1.4 試驗方法

1.4.1 原料奶的脫脂

脫脂的目的是除去腥味，有助于對初乳乳清的進一步提取，防止由于原料奶中脂肪的存在而對凝乳效果產生影響。由于原料的特殊性，在對原料奶進行脫脂前，應將其預熱到25～30 ℃，以保證其中的活性因子不被破壞。分離過程如下：原料奶預熱→分離→收集。

1.4.2 凝乳酶活力的測定

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內能凝結原料奶的多少。標準液態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）。

凝乳酶（皺胃酶）的活力測定方法為：稱取凝乳酶1 g（準確至0.01 g）加入100 mL、35 ℃的水中，混合后靜止15 min，并在2 h以內測定活力。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，搖勻后加入一個紙屑，記錄加入皺胃酶至紙屑停止轉動的時間。

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

1.4.3 脫脂乳乳清的提取流程

脫脂乳（50 mL）→預熱→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

（1）藥品的配制

凝乳酶：按酶的效價和原料乳的量計算酶的用量。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進行試驗。試驗中，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，酶活力損失會加快，因此每次試驗前酶液需要現用現配。

CaCl2溶液：只有乳中存在自由Ca2+時，被凝乳酶轉化的酪蛋白才能凝結，乳中自由鈣離子的濃度將會影響凝乳時間、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）預熱

將原料奶預熱至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。凝乳酶添加后應迅速攪勻，攪拌時間為2～3 min。

（5）切割

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

表1 因素水平表

表2 試驗方案（正交試驗表）

圖1 凝乳塊切割后狀態

（6）攪拌

由于切割后的凝塊較脆弱，因此應輕輕攪拌，以防凝塊破碎，影響對乳清的提取。攪拌15 min后，速度可稍微加快。整個過程應不停地攪拌，以促進凝塊的收縮和乳清的滲出，防止凝塊沉淀和相互粘連。當凝乳快達到一定硬度時，即可過濾。

2 結果與討論

2.1 正交試驗結果

為研究凝乳溫度、CaCl2的添加量、凝乳酶的添加量對凝乳時間的影響，因此采用正交試驗設計法，試驗設計如表1、2所示。

2.2 分析與討論

通過分析正交試驗結果，比較極差的大小，一般可分析出各因素對指標的影響。由表2可見，因素C的極差最大，因素A次之，而因素B最小；極差越大，反映該因素的水平變動時，指標的變化越大，即該因素對指標的影響越大。由此可得出因素的主次順序為：C（凝乳酶的添加量）＞A（凝乳溫度）＞B（CaCl2的添加量）

圖1 凝乳溫度與凝乳時間關系圖

圖2 CaCl2的添加量和凝乳時間的關系圖

圖3 凝乳酶的添加量和凝乳時間的關系圖

k1、k2、k3分別表示各因素“1”，“2”，“3”水平相應的平均凝乳時間，比較它們的大小，就可以直觀地找出各因素的較優水平。例如對因素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，凝乳時間最短，其次是添加量為0.020%時，以添加量為0.015%時凝乳時間最長。這樣可以分析得到A，B，C的較優水平分別為A2，B2，C3。

因素與指標的關系如圖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間的關系。凝乳時間的變化趨勢是：C因素凝乳酶的添加量對凝乳時間的影響趨勢是，凝乳酶的添加量越大凝乳時間越短；A因素凝乳溫度對凝乳時間的影響趨勢是，隨著溫度的升高，凝乳時間先減小后增大；B因素CaCl2的添加量對凝乳時間的影響趨勢是，隨著添加量的增加，凝乳時間先減小后增大，在0.015%～0.020%之間變化不大。

2.2.1 脂肪含量對乳清提取的影響

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

2.2.2 干物質含量對乳清提取的影響

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

2.2.3 凝乳酶對乳清提取的影響

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 個方面：第一，pH值，在酸性環境中凝乳酶活力最強，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速度，乳溫30 ℃時原料奶凝結時間是42 ℃時的2～3 倍。第三，Ca2+濃度，只有原料奶中存在自由Ca2+時，被凝乳酶轉化的酪蛋白才能凝結。因此Ca2+濃度將會影響凝乳時間、凝塊硬度和乳清的排出。

關于凝乳酶的添加量，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。凝乳時間與凝乳酶用量成反比，用量翻倍，則凝乳時間減半。乳清的排出量不受凝乳酶用量的影響。

從試驗結果可以看出，凝乳酶的添加量對凝乳時間的影響是主要的方面，同時，凝乳酶的活性也是影響試驗結果的重要方面。過夜的酶液，凝乳酶的活力下降較快，凝乳時間明顯加長。因此，酶液的使用應現用現配，使用前應注意對酶的活化。

3 結論

通過對凝乳酶作用于牛初乳的凝乳條件進行試驗，從而得到牛初乳凝乳的最佳試驗條件，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。