牛初乳乳清制备的研究

文 / 石芳芳 彭 湃 梁桂荣 黑龙江龙丹科技股份有限公司

牛初乳又叫胶奶，是指健康母牛分娩后72 h内分泌的乳汁。牛初乳以其丰富的营养成分，较高的功能性，被描述为“大自然赐给人类的真正白金食品”。牛初乳中含有丰富的营养成分，除乳糖外，蛋白质、脂肪、无机盐及维生素等含量均高于常乳，其中蛋白质含量为常乳的10 倍，氨基酸总量超过普通牛乳的5 倍。初乳中的矿物元素含量也很高，第1 次所挤的初乳中，钙、磷、镁含量为1700、1800、500 mg/kg，锌、铁、锰含量为20.0、3.0、0.1 mg/kg，分别是常乳的1.5～6.0 倍。初乳中维生素含量也大大超过常乳.据测定，奶牛分娩后24 h的初乳，其胡萝卜素、维生素A、D、E和B族维生素、维生素C的含量是常乳的2～5 倍。同时牛初乳还富含大量活性因子，这些因子包括生长因子（如胰岛素样生长因子I和胰岛素样生长因子II）和抑制细菌生长的免疫因子（如细胞活素、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。牛初乳中的各种生长因子具有促进组织正常生长和加快伤口愈合的功效。

此外，牛初乳还具有很高的营养价值和生理功能。主要功效包括：①增进、调节免疫功能，提高抵抗力和免疫力，能抑制呼吸系统疾病，抵抗流感病毒；能治疗肠胃不适和慢性腹泻综合症。②牛初乳含有的生长因子，能促进大脑活力，增加大脑警觉性和提高注意力。③牛初乳有助于消除疲劳，延缓衰老。④牛初乳含有的抗感染物质有助于减少和消除腹痛，防止和治疗牙齿疾病。⑤牛初乳含有广泛的抗病毒元素，能抗病毒，如肝炎病毒侵入等。⑥牛初乳还具有治疗和辅助治疗多种顽疾和癌症的功能。

1 材料与方法

1.1 试验原料

牛初乳：采集荷斯坦奶牛产犊后3 天内（72 h）所分泌的乳汁，将采集的初乳进行过滤。过滤除去杂质后，在-18 ℃下进行冻藏。待用时，对原料奶进行脱脂处理。本试验利用72 h内所分泌乳汁的混合样品进行试验。

1.2 主要设备与仪器

电动奶油分离机：9N-50型；微量进样器：10～100 μL，100～1000 μL；水浴箱。

1.3 试剂

凝乳酶：效价1:5000；CaCl2·2H2O：分析纯；NaCl：分析纯。

1.4 试验方法

1.4.1 原料奶的脱脂

脱脂的目的是除去腥味，有助于对初乳乳清的进一步提取，防止由于原料奶中脂肪的存在而对凝乳效果产生影响。由于原料的特殊性，在对原料奶进行脱脂前，应将其预热到25～30 ℃，以保证其中的活性因子不被破坏。分离过程如下：原料奶预热→分离→收集。

1.4.2 凝乳酶活力的测定

凝乳酶的活力指1 mL凝乳酶溶液（或1 g）干粉在35 ℃的条件下，40 min内能凝结原料奶的多少。标准液态凝乳酶的活力通常是1.2 万～1.5 万，粉状凝乳酶是前者的10 倍，为12 万～15 万（按1 g计）。

凝乳酶（皱胃酶）的活力测定方法为：称取凝乳酶1 g（准确至0.01 g）加入100 mL、35 ℃的水中，混合后静止15 min，并在2 h以内测定活力。量取100 mL、18 °T的原料奶置于200 mL三角瓶中，加热至35 ℃，加入1 mL皱胃酶溶液，摇匀后加入一个纸屑，记录加入皱胃酶至纸屑停止转动的时间。

效价（取整数）＝100×100×40/t，其中t为乳凝固时间（min），100分别是乳量和酶的稀释倍数。

1.4.3 脱脂乳乳清的提取流程

脱脂乳（50 mL）→预热→加CaCl2溶液，搅拌均匀→加凝乳酶，迅速搅拌2～3 min→保温静止→切割成0.5～0.7 cm3的小块→搅拌→过滤。

1.4.4 操作要点

（1）药品的配制

凝乳酶：按酶的效价和原料乳的量计算酶的用量。以1%的食盐水（NaCl为分析纯）将酶配成2%的溶液，并在28～32 ℃下保温30 min进行试验。试验中，凝乳酶的添加量为0.015%～0.025%。凝乳酶的保存需要冷藏，避光放置，如果保存温度过高或遇光，酶活力损失会加快，因此每次试验前酶液需要现用现配。

CaCl2溶液：只有乳中存在自由Ca2+时，被凝乳酶转化的酪蛋白才能凝结，乳中自由钙离子的浓度将会影响凝乳时间、凝块硬度和乳清排出。CaCl2的允许使用量不超过0.2 g/kg。利用CaCl2·2H2O（分析纯）配成10%的溶液，其添加量为总量的0.010%～0.020%。

（2）预热

将原料奶预热至29、30和31 ℃。

（3）添加CaCl2

CaCl2的添加量分别为0.010%、0.015%、0.020%，即每50 mL脱脂乳添加量分别为50、75、100 μL。加入CaCl2后将试验乳搅匀。

（4）凝乳酶的添加

凝乳酶的添加量分别为0.015%、0.020%、0.025%，即每50 mL脱脂乳添加量分别为375、500、625μL。凝乳酶添加后应迅速搅匀，搅拌时间为2～3 min。

（5）切割

当凝乳块达到可切割的硬度时，先用刀在凝乳块上切口，可见透明的乳清析出。当析出速度较快时即可执行切割步骤，切块大小为0.5～0.7 cm3，并记录凝乳块可切割时间。切割后效果如图1 所示。

表1 因素水平表

表2 试验方案（正交试验表）

图1 凝乳块切割后状态

（6）搅拌

由于切割后的凝块较脆弱，因此应轻轻搅拌，以防凝块破碎，影响对乳清的提取。搅拌15 min后，速度可稍微加快。整个过程应不停地搅拌，以促进凝块的收缩和乳清的渗出，防止凝块沉淀和相互粘连。当凝乳快达到一定硬度时，即可过滤。

2 结果与讨论

2.1 正交试验结果

为研究凝乳温度、CaCl2的添加量、凝乳酶的添加量对凝乳时间的影响，因此采用正交试验设计法，试验设计如表1、2所示。

2.2 分析与讨论

通过分析正交试验结果，比较极差的大小，一般可分析出各因素对指标的影响。由表2可见，因素C的极差最大，因素A次之，而因素B最小；极差越大，反映该因素的水平变动时，指标的变化越大，即该因素对指标的影响越大。由此可得出因素的主次顺序为：C（凝乳酶的添加量）＞A（凝乳温度）＞B（CaCl2的添加量）

图1 凝乳温度与凝乳时间关系图

图2 CaCl2的添加量和凝乳时间的关系图

图3 凝乳酶的添加量和凝乳时间的关系图

k1、k2、k3分别表示各因素“1”，“2”，“3”水平相应的平均凝乳时间，比较它们的大小，就可以直观地找出各因素的较优水平。例如对因素C，k1、k2、k3中k3最小，k2次之，k1最大，故凝乳酶的添加量为0.025%时，凝乳时间最短，其次是添加量为0.020%时，以添加量为0.015%时凝乳时间最长。这样可以分析得到A，B，C的较优水平分别为A2，B2，C3。

因素与指标的关系如图1、2、3所示。

从各因素的k1、k2、k3的值，可以看出因素与凝乳时间的关系。凝乳时间的变化趋势是：C因素凝乳酶的添加量对凝乳时间的影响趋势是，凝乳酶的添加量越大凝乳时间越短；A因素凝乳温度对凝乳时间的影响趋势是，随着温度的升高，凝乳时间先减小后增大；B因素CaCl2的添加量对凝乳时间的影响趋势是，随着添加量的增加，凝乳时间先减小后增大，在0.015%～0.020%之间变化不大。

2.2.1 脂肪含量对乳清提取的影响

原料奶中脂肪含量对试验结果影响较大。脂肪含量的多少直接影响到凝乳时间的长短与凝乳块的硬度。脂肪含量越高，凝乳所需的时间越长，凝乳块的硬度越低，凝乳效果越差，不利于乳清的排出，对乳清的制备产生很大的影响。

2.2.2 干物质含量对乳清提取的影响

原料奶中的干物质含量也是影响试验结果的重要因素。由于一定酶量与底物的结合能力的限制，随着干物质含量的增加，酶的添加量也需要提高，否则会影响凝乳时间与凝乳效果。

2.2.3 凝乳酶对乳清提取的影响

原料奶中酪蛋白有3 种，分别为αs-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白，前两者易受Ca2+影响可形成沉淀，而后者不仅稳定，而且还具有抑制前者沉淀的作用。凝乳酶使原料奶凝固分为2 个阶段：首先将κ-酪蛋白分解为副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。

影响凝乳酶活性的因素有3 个方面：第一，pH值，在酸性环境中凝乳酶活力最强，原料奶酸度的任何微小变化均能显著影响凝乳酶的活力。第二，温度，由于凝乳酶的最适温度是42 ℃，因此原料奶的温度明显影响凝结速度，乳温30 ℃时原料奶凝结时间是42 ℃时的2～3 倍。第三，Ca2+浓度，只有原料奶中存在自由Ca2+时，被凝乳酶转化的酪蛋白才能凝结。因此Ca2+浓度将会影响凝乳时间、凝块硬度和乳清的排出。

关于凝乳酶的添加量，通常情况下其用量为100 kg原料奶添加20～40 mL的凝乳酶溶液。凝乳时间与凝乳酶用量成反比，用量翻倍，则凝乳时间减半。乳清的排出量不受凝乳酶用量的影响。

从试验结果可以看出，凝乳酶的添加量对凝乳时间的影响是主要的方面，同时，凝乳酶的活性也是影响试验结果的重要方面。过夜的酶液，凝乳酶的活力下降较快，凝乳时间明显加长。因此，酶液的使用应现用现配，使用前应注意对酶的活化。

3 结论

通过对凝乳酶作用于牛初乳的凝乳条件进行试验，从而得到牛初乳凝乳的最佳试验条件，即在30 ℃的温度下，添加0.015%的CaCl2，凝乳酶的添加量为0.025%的情况下，凝乳的效果最好，最有利于牛初乳乳清的提取。