牛乳中α-乳白蛋白提取工艺

闫序东，尹睿杰，王彩云，云战友，李翠枝，陈忠军，刘丽君

（1.伊利实业集团股份有限公司a.技术中心；b.质量管理部,呼和浩特 010018；2.内蒙古农业大学 食品科学与工程学院，呼和浩特 010080）

牛乳中α-乳白蛋白提取工艺

闫序东1a，尹睿杰1b，王彩云1a，云战友1a，李翠枝1b，陈忠军2，刘丽君1b

（1.伊利实业集团股份有限公司a.技术中心；b.质量管理部,呼和浩特 010018；2.内蒙古农业大学 食品科学与工程学院，呼和浩特 010080）

研究了热附聚法结合凝乳酶处理从鲜牛乳中提取α-乳白蛋白的工艺，对工艺参数进行了优化，得到富含α-乳白蛋白的乳清，其中α-乳白蛋白与β-乳球蛋白的浓度比达到3.03，达到了商业化产品的水平。

α-乳白蛋白；β-乳球蛋白；加热处理

0 引 言

α-La含有高比例的色氨酸及半胱氨酸，色氨酸是5-羟色胺的前体，对胃口、情绪、睡眠及生物钟等神经性反应的调节具有重要功能。而半胱氨酸既是谷胱甘肽的组份，也是合成牛磺酸的前体[1-3]。因此，对牛奶中α-La的研究和对富含α-La的乳清和乳清粉的制备工艺的探索近年来成为热点。

乳清蛋白受热易变性，许多文献研究了乳清蛋白变性的动力学规律并指出[4-6]，β-乳球蛋白（β-Lg）与α-La在特定条件下的变性速率存在差异，β-Lg与酪蛋白的附聚速率和附聚程度均高于α-La，因此，采取分离手段将β-Lg/酪蛋白附聚物与未附聚的α-La分离即可以达到富集α-La的目的，本研究即运用该原理来实现对α-La的提取分离。

1 实 验

1.1 材料与设备

鲜牛乳，皱胃酶，α-乳白蛋白标准品，β-乳球蛋白标准品，尿素，1，3-双（三（羟甲基）甲基）丙烷，羟丙基甲基纤维素，柠檬酸，柠檬酸三钠，β-巯基乙醇，盐酸，氢氧化钠。

贝克曼MDQ毛细管电泳仪，配备二级管阵列检测器，Beckman P／ACE Station工作站，未涂层熔融石英毛细管（45cm×50μm i.d.,Polymicro Technologies,Phoenix,AZ,USA），3k30超速离心机（Sigma），BP211D电子天平，DK-8D型电热恒温水槽，LSHZ-300冷冻水浴恒温振荡器，ZC-10型智能超级恒温水槽，CH2122K型电磁炉，785DMP自动电位滴定仪，CS101-2电热鼓风干燥箱，可调式移液器，Milli.Elix-Q超纯水仪，KQ-700VDV医用超声波清洗器，实验室常规玻璃仪器。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

热处理：将脱脂乳分装于试管中，在水浴锅中进行加热处理，热处理后迅速置于冰水中冷却至室温。

酶凝：在热处理的脱脂乳中添加活力为20 000 U/g的凝乳酶0.01%及0.1%的氯化钙，酶凝30 min后，纱布过滤分离乳清与凝块。

1.2.2 α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的检测

样品预处理：待测乳样，经60 000 g，10℃，40 min离心处理以沉降变性聚集的乳清蛋白/酪蛋白复合物，取清液并以1︰4的比例与pH值7.50尿素缓冲液混合，加入体积分数为5‰的巯基乙醇后待测。

检测条件：超纯水清洗毛细管柱：压力为1.38×105Pa，时间为3.0 min；运行缓冲液清洗毛细管柱压力为1.38×105Pa，时间为3.0 min；压力进样为3.44×103Pa，时间为10 s；分离电压为28 kV；柱温为25℃；二极管阵列检测波长214 nm；运行缓冲液为pH值为3.00的柠檬酸缓冲液。

1.2.3 提取工艺的优化

pH值：将鲜脱脂乳调节至6.00，5.80，5.60，5.40，5.20，5.00，4.80，4.60；在80℃下保温20 min；之后测定α-乳白蛋白及β-乳球蛋白的质量浓度。

热处理温度：将鲜脱脂乳调节至一定的pH值，在70，75，80，85，90℃保温5 min， 之后测定α-乳白蛋白及β-乳球蛋白质量浓度。

热处理时间：将鲜脱脂乳调节至一定pH值，在一定的温度下保温5，10，15，20，25，30 min，之后测定α-乳白蛋白及β-乳球蛋白质量浓度。

正交试验：选取单因素实验的pH值、热处理温度、时间的较优水平，开展三因素三水平正交实验。

2 结果与讨论

2.1 pH值

加热处理中乳清蛋白会变性并与酪蛋白形成复合物。当pH值大于6.9时，加热处理的过程中β-乳球蛋白会与κ-酪蛋白复合并从酪蛋白胶束上解离[7]；pH值为6.83时，约有20%的κ-酪蛋白从酪蛋白胶束上解离，不利于β-乳球蛋白与酪蛋白的结合；pH值在6.5～6.7范围内时，β-乳球蛋白与κ-酪蛋白复合并能够稳定酪蛋白的胶束结构[8]。针对降低pH值是否可以显著改变乳清蛋白与酪蛋白的复合程度[9]进行了试验，结果如图1所示。

以α-乳白蛋白与β-乳球蛋白质量浓度之比间接代表α-乳白蛋白的纯度。由图1可以看出，脱脂乳的pH值为5.0时，α-乳白蛋白与β-乳球蛋白质量浓度之比最高，即α-乳白蛋白的纯度最高，而α-乳白蛋白的质量浓度随pH值的下降而缓慢降低，综合考虑质量浓度与纯度，选择脱脂乳的最优pH值为5.0。

2.2 热处理温度的确定

将pH值为5.0的脱脂乳，分别加热至70，75，80，85，90℃，保温5 min，超速离心后取上清液，用毛细管电泳法测定其中α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的质量浓度，结果如图2所示。

由图2可以看出，随着加热温度的升高，α-乳白蛋白的质量浓度逐渐减少；温度为80℃时，α-乳白蛋白与β-乳球蛋白的质量浓度比最大，对应的值为1.55，因此，80℃是最优的处理温度。

加热过程中，α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的变性速率和程度不断升高，β-乳球蛋白与酪蛋白胶束复合的速率及程度高于α-乳白蛋白，所以α-乳白蛋白与β-乳球蛋白的浓度之比逐渐升高，之后，随着α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的变性和复合速率差异的缩小，α-乳白蛋白与β-乳球蛋白的质量浓度比又逐渐下降。

2.3 热处理时间的确定

将pH值为5.0的脱脂乳，加热至80℃，分别保温5，10，15，20 min、25 min、30 min后， 超速离心取上清液，用毛细管电泳法测定其中α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的质量浓度，结果如图3所示。

由图3可以看出，随着保温时间的延长，α-乳白蛋白的质量浓度逐渐减少，而α-乳白蛋白与β-乳球蛋白的浓度比则呈上升趋势。保温时间为20 min时，α-乳白蛋白的纯度基本趋于稳定，而它的质量浓度还将继续下降，因此选择20 min为最优热处理时间。

2.4 正交实验

结合单因素实验结果，选择主要影响因素：脱脂乳pH值、加热温度和保温时间，进行三因素三水平的正交实验，结果如表1所示。

表1 L9（33）加热处理正交实验因素水平

2.4.1 考虑α-乳白蛋白的纯度

经过不同加热条件处理后，脱脂乳中α-乳白蛋白和β-乳球蛋白直接或间接地与酪蛋白发生不同程度的复合，加热的温度越高，复合物形成的速度越快，保温时间越长，反应的程度越高[10]。

经过加热处理的脱脂乳，通过超速离心得到上清液，用毛细管电泳法测定其中α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的浓度。

α-乳白蛋白的纯度越高，说明与酪蛋白复合的β-乳球蛋白越多，而与酪蛋白复合的α-乳白蛋白则较少。在此，把α-乳白蛋白的纯度作为衡量热处理作用的指标进行实验，结果如表2和图4所示。

表2 正交实验结果

由表2可以看出，最优的处理组合为A2B3C2，即8号实验组。其α-乳白蛋白与β-乳球蛋白质量浓度之比的值为4.02。比较本研究中A，B，C三因素R值的大小，可以看出：最重要的影响因素为B因素（温度）；其次为A因素（pH值）；最后为C因素（保温时间）。

对正交实验中的3个因素，即pH值、温度和保温时间，进行方差分析，结果如表3所示。

表3 方差分析结果

由表3可以看出，pH值、温度和保温时间3个因素的F值均不显著，但从方差分析的结果中可以看出各因素的相对重要性，即：B因素为重要因素，A因素次之，C因素再次。方差分析结果同直观分析一致。

2.4.2 考虑α-乳白蛋白的质量浓度

α-乳白蛋白的质量浓度在一定程度上反映α-乳白蛋白与其他蛋白质的复合程度，是除α-乳白蛋白的纯度之外另一个衡量热处理作用的指标。实验结果如表2和图5所示；分析结果如表4所示。

结果表明：最优的处理组合为A1B1C1。比较本试验中A，B，C三因素R值的大小，可以看出：最重要因素为C因素，即保温时间；其次为B因素，即温度；最后为A因素，即pH值。

表4 方差分析结果

由表4可以看出，实验总体在0.05水平下显著，其中C因素极显著，B因素极显著，A因素显著，同直观分析的结果一致。

2.5 验证实验

按照正交试验所得的最佳热处理条件重复试验。对A2B3C2和A1B1C1组合分别进行了5次平行试验，A2B3C2组合所得样品中α-乳白蛋白的纯度均大于4.02，组合A1B1C1所得样品中α-乳白蛋白的质量浓度均大于0.99g/L。故有这样的结论：从α-乳白蛋白的浓度方面讲A1B1C1组合是最优的，从α-乳白蛋白的纯度方面讲A2B3C2组合是最优的。

由表2可以看出，质量浓度大于0.60 g/L并且α-乳白蛋白与β-乳球蛋白的比值大于2的试验组有4号和7号，7号的α-乳白蛋白的纯度明显高于4号，α-乳白蛋白的浓度相接近，故7号试验组为最佳组合，即A1B3C1，对应的α-乳白蛋白的质量浓度为0.68 g/L，α-乳白蛋白与β-乳球蛋白的比值为3.03。

3 结 论

脱脂乳热处理的最佳条件为：pH值5.0，温度80℃，保温时间15 min。从α-乳白蛋白的纯度方面考虑，3个因素的主次顺序为：温度＞pH值＞保温时间；从α-乳白蛋白的浓度方面考虑，3个因素的主次顺序为：保温时间＞温度＞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

国家十一五科技支撑计划资助项目（2006BAD04A06）。

闫序东（1983-），男，硕士，研究方向为乳品加工工艺。

云战友