（植物学专业论文）甜性乳清的膜技术处理及双歧杆菌发酵剂的研制.pdf

内蒙古师范人学硕士学位论文 中文摘要 乳清是干酪在加工过程中形成的副产品，含有多种生物活性物 质，且排量巨大。在发达国家常以膜技术对乳清进行加工处理，回收 其中的营养物质，并减少乳清排放对环境的污染。干酪生产加工尚处 于起步阶段，由于乳清加工处理设备昂贵、工艺尚不成熟、技术受到 国外壁垒，这些都与乳清供需紧张、干酪产量日益扩大等状况形成了 鲜明的矛盾，乳清的再利用问题显得尤为重要。 本研究旨在研究乳清的( 超滤) 膜处理加工的技术，得到切实可行 的工艺方法。同时探讨结合现代发酵技术对乳清原位再利用的可行 性，制备了益生菌制剂，为小型干酪加工企业的乳清再利用问题提供 一条经济可行的道路。本试验的研究结果如下： ( 1 ) 试验利用三种不同材料的膜对乳清进行超滤，评估了这三种 膜之间性能上的差别。试验发现，不锈钢膜和陶瓷膜的平均通量分别 为3 7 9 8 l m h 和2 0 1 l m h ；有机膜在t m p = 0 4 m p a ，温度为4 5 时， 平均通量虽然仅为2 1 3 3 l m h ，但蛋白质的截留率可以高达9 8 ，适 于w p c 的浓缩。 ( 2 ) 利用调节乳清的p h 值的方法，可改变乳清中部分蛋白的聚 合状态，产生分离的效果，经s d s p a g e 检测在p h 4 的条件下，o 【l a 的含量提高了两倍；随着v c r 的逐渐增大，c 札a c 1 3 - l g 的值逐渐减小， 与此同时在乳清截留液中的c 小l a c 6 l g 逐渐增大，怀疑是由于大部分 p - l g 在膜表面形成了凝胶层，从而截留液中的p l g 含量有所降低。 ( 3 ) 确定了有机膜的最佳化学清洗方法，清洗剂为0 0 1 碱性蛋 白酶、0 0 4 的n a o h 、0 6 2 5 的多聚磷酸钠、0 1 的s d s 、0 2 的 e d t a 4 n a 盐、1 0 p p m h 2 0 2 或1 0 p p m n a c l 0 的去离：f 水溶液； ( 4 ) 试验确定了酶解乳清培养基：乳清粉浓度为8 e e l 、酶添加量 为蛋白质浓度的4 、酶解时间为3 h 、酶解温度为4 5 。发酵条件为： 发酵温度为3 7 。c 、搅拌速度为4 5 r p m 、厌氧条件为2 0 c 0 2 8 0 n 2 、 内蒙古师范大学硕士学位论文 罐内压力为o 8 m p a ；用此方法培养双歧杆菌活菌数最高可达8 9 x 1 0 8 c f u m l ； ( 5 ) 以长双歧杆菌发酵液离心后的湿菌体为原料，通过添加冷冻 保护剂减少冻干损伤。结果表明：冻干保护剂为脱脂奶粉+ 乳糖+ 谷氨 酸钠可获得最高活菌数，平均存活率为8 1 9 8 。 关键词甜性乳清超滤双歧杆菌发酵剂 内蒙古师范人学硕二e 学位论文 a b s t r a c t l a r g eq u a n t i t i e so fw h e ya r ep r o d u c e di nm a n u f a c t u r eo fc h e e s e t h i s c o p r o d u c tc o n t a i n sa l o to fb i o a c t i v a t o r i nt h ed e v e l o p e dc o u n t r y , n u t r i e n t si nt h ew h e ya r er e c y c l e da n dt h ew h e ye m i s s i o ni sc o n t r o l l e db y t h em e m b r a n e t e c h n o l o g y i no u rc o u n t r y , t h ec h e e s ep r o d u c t i o nw a ss t i l l a tt h ei n i t i a ls t a g eb e c a u s eo ft h eh i g h - p r i c e de q u i p m e n ta n dt h ei m m a t u r e t e c h n o l o g ya n dt h eo v e r s e a sb a r r i e r s ot h ew a yo fw h e yu t i l i z i n gi s e s p e c i a l l yi m p o r t a n tt os o l v et h i sp r o p l e ms u c ha st h ec o n d i t i o no ft h e w h e y - t r a d ea n dp r i c eo f c h e e s e t h ee x p e r i m e n tw a sd e s i g n e dt o s t u d yw h e y ( o f ) m e m b r a n e t e c h n o l o g yf o rp r o c e s s i n ga n dt oo b t a i nt h et e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r o n t h eo t h e rh a n d ，t h i s s t u d ys e a r c h aw a yo ft h e p r o b i o t i cp r o d u c t d e v e l o p m e n ta n dp r o v i d e saw a yt ou t i l i z ew h e y t h i se x p e r i m e n t s f i n d i n g sa r ea sf o ll o w s ： ( 1 ) t h ed i f f e r e n tp e r f o r m a n c eb e t w e e nt h r e ek i n d so fm e m b r a n e s h a sa p p r a i s e da f t e ru l t r a f i l t r a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea v e r a g e p e r m e a t ef l u xo ft h es t a i n l e s ss t e e lm e m b r a n ea n dc e r a m i cm e m b r a n e r e s p e c t i v e l yi s3 7 9 8 l m ha n d2 0 il m h ；i nt h eo p t i m i s t i cc o n d i t i o no f o r g a n i cm e m b r a n e ，t m p = 0 4 m p a ，t h et e m p e r a t u r ei s4 5 * ( 2 ，t h ea v e r a g e f l u xo n l yi s21 3 3 l m h b u tt h er e l a t i v el o s sw i l lb el o w e rt h a no t h e rt w o k i n do fm e m b r a n e s ，t h ep r o t e i nr e t e n t a t er a t em a yr e a c ha sh i g ha s9 8 内蒙古师范大学硕士学位论文 ( 2 ) p o l y m e r i z a t i o nc o n d i t i o no ft h ep - l gc a nb ec h a n g e db yt h ea d j u s t p h t h er e s u l t so ft h es d s - p a g et e s ts h o w e dt h a t ：t h ec o n t e n to fa l a a n dp - l gh a sb e e nc h a n g e db yt h eu l t r a f i l t r a t i o n p r o c e s s i n g t h e c a l a c l b - - l g o fw h e yp e r m e a t e sw h i c ha c r o s st h ec e r a m i cm e m b r a n e ： f r o m0 4u pt o1 3 ；w i t h i n c r e a s i n go fv c r ，t h ec a - l a c 1 3 一l gv a l u eh a s r e d u c e di nt h ew h e yp e r m e a t e sa n dh a si n c r e a s e di nt h ew h e yr e t e n t a t e ， m a y b et h ep l gh a sf o r m e dt h eg e l a t i n gi nt h em e m b r a n e s u r f a c e ( 3 ) t h r o u g hr e p e a t e de x p e r i m e n t e d ，c h e m i c a la l k a l i n ec l e a n i n g l i q u i do ft h eo r g a n i cm e m b r a n eh a dd e t e r m i n e dt h eo r g a n i cm e m b r a n e t h ea l k a l i n ec l e a n i n gl i q u i di n c l u d e s0 01 b a s e p r o t e a s e ，0 0 4 n a o h ， o 6 2 5 s o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t e ，o 1 s d s ，o 2 e d t a4 n as a l t ， 10 p p m h 2 0 2o rt h e10 p p m n a c l 0a n dd e i o n i z e dw a t e r ； ( 4 ) t h ef e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n s i sd e t e r m i n e db yt h et e s t ，t h e e n z y m o l y e dw h e ys o l u t i o ni sa st h ec u l t u r em e d i u mo ff e r m e n t a t i o n ：t h e c o n c e n t r a t i o no fw h e yp o w d e ri s 8 9 l ，4 n e u t r a lp r o l e a s e ，t h e e n z y m o l y s i st i m ei s3 h ，e n z y m o l y s i st e m p e r a t u r ei s4 5 t h ef e r m e n t a t i o n t e m p e r a t u r ei s3 7 t h es t i r r i n gr a t ei s4 5 r p m ，t h ea n a e r o b i cc o n d i t i o ni s 2 0 c 0 2 8 0 n 2 ，t h ep r e s s u r ei s0 8 m p ai nr e a c t o r ；a f t e ro b s e r v i n g ， h i g h - c o u n to fc o l o n yf o r m i n gu n i to fb 1 0 n g u r nw a sd i s c o v e r e di nt h e c u l t u r em e d i u mo fw h e ye n z y m o l y s i s ，t h ec o u n tr e a c h e d8 9 x10 8c f u m l ； ( 5 ) a f t e rm i x i n gc r y o p r o t e c t a n t s ，t h eb i o m a s so fb 1 0 n g u mo b t a i n e d b yc e n t r i f u g a t i o ni sp r o t e c t e da g a i n s tt h ed a m a g eo ff r e e z i n g d r y t h e 内蒙古师范大学硕上学位论义 a v e r a g es u r v i v a lr a t eo fb i o n g u mi s81 9 8 t h ec r y o p r o t e c t a n t sc o n s i s t s o fs k i mm i l k ，g l u c o s ea n ds o d i u mg l u t a m a t e t h ec r y o p r o t e c t a n t sc a n p r o t e c tt h ec e l la g a i n s tt h ed a m a g e o f f r e e z i n g - d r y k e yw o r d s -s w e e tw h e y , u l t r a f i l t r a t i o n ，b i f i d o b a c t e r r i u m ，s t a r t e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标注和 致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含本人为获得内蒙古师范大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示感谢。 签名：瓣日期：加c 7 年6 月s 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解内蒙古师范大学有关保留、使用学 位论文的规定：内蒙古师范大学有权保留并向国家有关部门或机 构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：弓长埤导师签名：季垓彩 j 日期：矽。尹年多月岁日 前言 - j l - j l刖吾 干酪是发达国家人们日常消费的主要乳制品之一，据2 0 0 3 年统计显示，欧 盟、美国和加拿大分别有6 5 2 、5 1 和4 4 7 的鲜牛乳用于干酪的加工，即使 在同本，干酪的生产也占到了鲜牛乳加工的1 4 8 l “。近年来，在世界范围内， 干酪的生产保持逐年上升的良好势头，花色品种日益增多，使得干酪总产量稳居 乳制品首位。而在国内，干酪的生产和消费量都很低，市场尚处于起步阶段。但 是，近年来西方快餐业如各种类型的比萨连锁店发展迅速，再加上国际外交、商 务、旅游人员，部分归国人员及青年消费者的需求，每年除了国内的北京三元、 上海光明、伊利、蒙牛、百吉福等企业生产外，尚需要从国外进口大量干酪。目 前国内的干酪生产企业因市场需求增长尚慢，乳清回收设备投资大而没有使乳清 得到利用，致使干酪的生产成本较高，不利于开发干酪消费市场。归其原因有二： 其一是目前还没有开发出适合国人口味的理想的干酪产品；另外干酪市场的打开 和乳清加工能力是密不可分的。 在美国、法国、荷兰和瑞士等西方发达国家，在干酪乳清的综合利用方面已 经取得了长足的发展，主要将乳清加工成浓缩物、乳清粉( c h e e s ew h e yp o w d e r , c w p ) 、乳清浓缩蛋白( w h e yp r o t e i nc o n c c n l x a t i o n s ，w p c ) 、乳清分离蛋( j ( w h e y p r o t e i ni s o l a t i o n s ，) 等，供人们食用、其他食品工业用或用作禽畜饲料幢，。当前国内 外乳清产品市场紧俏。欧洲市场由于乳制品地区内价格高昂，外加乳制品出口外 贸补偿削减和欧盟对乳制品库存限额有所干涉导致乳清产品的需求紧张、外盘价 格居高不下；在国内，由于养殖、食品、保健品等行业的迅猛发展，和国内干酪 行业的尴尬现状，导致乳清产品供不应求，大部分依靠进口，据港口统计，仅 2 0 0 5 年第二季度，乳清粉的进口量就达到了5 3 0 0 吨，按时价每吨6 2 0 0 元计算， 交易额可达l 亿3 千多万元，可见市场前景十分可观m ，。 乳清是干酪在凝乳、切割、压榨过程中排出的液体，是干酪加工的副产物， 随着干酪制作的工艺不同，排除的乳清又可分为不同种类：甜性乳清( 酶乳清) 、 酸乳清、含盐乳清。一般情况下，乳清中含水量大约为9 3 左右，乳清中的干物 质主要包括乳糖、矿物质、维生素和乳清蛋白( w p ) - 。乳清蛋白的组分由于各 具不同的生物、生理以及功能性质，所以将其分离为单一组分可提高其经济价值 和功能特性。 乳清作为工业副产物有几大特点：1 乳清产量巨大，直接排放会造成严重的 环境污染：一般每生产l k g 干酪就要形成大约9 k g 的乳清，每生产l k g 干酪素可 前言 得2 7 k g 的乳清嘲； 2 乳清的营养丰富：乳清营养约占牛奶营养成分的5 5 ，在 牛乳中，酪蛋白的蛋白效价比( p e r 值) 只有2 5 ，乳清蛋白的p e r 值却为3 0 ， 仅次于鸡蛋蛋清的p e r 值( 3 8 ) 砸1 。有研究表明乳清蛋白不仅易于消化吸收，而 且其必需氨基酸组成完全复合f a o w h o 的要求。 1 1 乳清组成及其功能特性 乳清的成分极其复杂，其营养成分相当于除去酪蛋白的脱脂乳的成分。含水 量达到9 3 ，干物质占7 左右，干物质中含量最多的是乳糖、其次是蛋白、盐 分和微量的脂肪等等口1 。乳清干物质的主要成分和含量参见表1 1 。 表1 1 乳清干物质组分及其含量 t a b l e l ld r ym a t t e rc o n t e n to f w h e y 其中，乳清蛋白包括：i x 乳白蛋白( a l a c t a l b u m i n ，u l a ) 、3 - 乳球蛋白 ( 1 3 - l a c t o g l o b u l i n ，1 3 - l g ) 、牛血清白蛋白( b o v i n es e r u ma l b u m i n ，b s a ) 、免疫球 蛋白( i m m u n o g l o b u l i n s ，i g ) 、乳铁蛋白等( l a c t o f e r r i n ，l f ) 、过氧化物酶 ( l a c t o p e r o x i d a s e ) 等，甜性乳清中还包含了k 一酪蛋白的酶解产物酪蛋白糖巨 肽( c a s e i ng l y c o m a c r o p e p t i d e ，c g m p ) ；这些蛋白和肽包含了乳中许多活性物质 和活性肽。 1 1 10 t 乳白蛋白 a l a 约占牛乳清蛋白的2 0 。含量仅次于b 一乳球蛋白( 以下简称j 3 - l g ) ，其 氨基酸序列与溶菌酶有较高的同源性。仅l a 的分子量为1 4 1 4 7 - 1 4 1 7 5 d a 之间，p i 为4 2 - 4 5 ，有两种遗传变异体，a 变异体由1 2 3 个氨基酸残基组成，包括：a s p i o 、 a s n s 、t h r s 、s e r 7 、g l u l 6 、g i n 9 、p r o s 、g l y 4 、a l a j 5 、c y s s 、v r a l 9 、m e t 4 、i l e l 0 、 l e u 2 2 、研4 、p h e 4 、t , y s i s 、h i s 2 、t r p 2 、a r 9 3 m 1 。其8 个半胱氨酸钱基形成4 个链 内二硫键，b 变异体与a 变异体之间的不同之处在于后者第1 0 位的g l n 残基被 a r g 残基所替换。q l a 是一个结构紧密球型蛋白，其三维大小为2 1 2 x 4 1 4 7 1 5 n m 2 前言 的扁椭圆体。在生理状态的p h 下，仅一l a 的二级结构包括2 6 a 螺旋、1 4 1 3 - 折 叠结构和6 0 无序结构。a - l a 在p h 5 4 - - - 9 范围内有一个稳定的结构，它是对热 最稳定的乳清蛋白【引。 a l a 是由乳腺上皮细胞合成，在所有哺乳动物乳中均存在，尤其在人乳中含 量较高，是婴儿提供营养和能量的主要蛋白质来源，仅l a 是乳糖合成酶的一个亚 基，它控制着乳中乳糖的含量。b l e c kg t n 们等人曾报道，通过将牛仅一l a 基因转移 到猪上，后者在泌乳中特异性a l a 在乳腺中显著增多，结果转基因母猪在泌乳早 期乳糖含量显著增加；g t l a 含有与钙有高度亲和力的结合位点，有助于钙大量分 泌入乳中，这也可以解释q l a 具有一定的热稳定性的原因：除此之外伐l a 还有 一定的抗癌作用：g a n j a m 1 等人在培养哺乳动物肠细胞时发现q l a 有抑制细胞 分裂的作用，同时也能有效提高c a 2 + 浓度，成为癌细胞凋亡的诱导剂；a l a 在 结肠癌细胞株培养过程中也显示出了良好的抑制细胞增殖的效果，同时在1 0 - - - 2 5l ag m l 的浓度下，延缓了细胞的凋亡。结果表明，q l a 能抑制潜在癌细胞的 分裂，对人类的健康起到促进作用 1 1 2p 一乳球蛋白 d l g 是牛乳乳清中含量最多的蛋白质，有7 种遗传变异体。牛乳中的p - l g 由 1 6 2 个氨基酸残基组成，b 变异体的氨基酸组成包括：a s p l o 、a s n 5 、t h r 8 、s e r 7 、 g l u l 6 、g l n 9 、p r o s 、g l y 4 、a l a l 5 、c y s 5 、v ，a 1 9 、m e t 4 、i l e l o 、l e u 2 2 、t y r 4 、p h e 4 、 l y s l s 、h i s 2 、t r p 2 、a r 9 3 。协1 每个分子中含有一个游离的q h 基。- s h 基的位置 在1 1 9 或1 2 1 位。有两个二硫键，一个位于6 6 位和1 6 0 位之间，另一个位于1 0 6 位和 1 2 1 位之间，或者在1 0 6 位和1 1 9 位之间，如果1 0 6 位和1 2 1 位之间形成二硫键，则 在1 1 9 位存在一个游离的一s h 基，相反如果1 0 6 位和1 1 9 位之间形成二硫键，则在 1 2 1 位存在一个游离的一s h 基。各变异体的的氨基酸残基组成略有不同，其中变 异体b 的6 4 位和l1 8 位分别为g l y 和a l a ，变异体c 的5 9 位是h i s ，变异体d 的4 5 位是 g i n ，变异体e 的15 8 位是g l y 旧1 。 d l g 是由乳腺上皮细胞合成的特有蛋白，在反刍动物和猪乳等的乳清蛋白 成分中含量居多。b l g 不仅对脂溶性维生素及脂肪酸有很强结合能力，而且能 够提高这蝗分子在机体内的转运效率，促进这些物质的吸收。k u s h i b i k is q z j 等通 过研究证明：在饲料中其它成分含量相同的情况下，如果b l g 存在，那么动物 3 前言 肌肉中甘油三酸脂、长链脂肪酸的含量显著提高。也有研究表明：p - l g 参与了 v a 、视黄酸在小肠中的吸收并且能够调节乳腺中的磷的代谢，但是许多作用机 制尚不明确。同时，p l g 也是乳蛋白中主要的过敏原，在对乳蛋白过敏的人群 中，有8 2 的人是对肛l g 过敏，p l g 存在可以导致婴儿的腹泻等症状n 3 1 。 1 1 1 酪蛋白糖巨肽 酪蛋白糖巨肽( c a s e i ng l y c o m a c r o p e p t i d e ，c g m p ) 是在千酪生产过程中形成 的一种糖基磷酸肽。k 。酪蛋白经凝乳酶酶解后形成副k 酪蛋白( 肽键的1 1 0 5 部分) 和c g m p ( 肽键的1 0 6 1 6 9 部分) ，副k 酪蛋白保留在干酪凝乳中，c g m p 随乳清排除，含量大约占到乳清蛋白的1 5 2 0 。牛乳源c g m p 由6 4 个氨基酸 残基组成，其中不含包括苯丙氨酸在内的任何芳香族氨基酸，分为a 、b 两种遗 传型n 钔，a 、b 两种遗传型在位于该多肽链的1 3 6 位和1 4 8 位的氨基酸有所不同， a 型的1 3 6 位和1 4 8 位的氨基酸分别为t h r 和a s p ，而b 型的分别为l l e 和a l a 。 此外该多肽链的1 3 1 、1 3 3 、1 3 5 、1 3 6 、和1 4 2 位苏氨酸残基为配糖基化的部位， 1 4 9 位的丝氨酸为磷酸化的部位口引。 c g m p 分子携带有来源于k 酪蛋白中所有的糖基，经研究发现k - 酪蛋白是 所有酪蛋白中唯一带有糖基的一种。在牛乳c g m p 中含有5 中糖它们是：单糖 g a l n a c o r ： 二 糖 g a l l b i - - - * 3 g a l n a c o r ； 三 糖 n e u a c a 2 _ 3 g a l p l 一3 g a l n a c - o - r ；三糖g a l i m - - + 3 ( n e u a c a 2 - - - 6 ) g a l n a c o - r ； 四糖n 即a c 0 【2 _ 3 g a l b l _ 3 州e u a c c t 2 - - - ，6 ) g a l n a c 0 r 。其中g a l 是半乳糖； g a l n a c 是n 一乙酰半乳糖胺；n e u a c 是唾液酸；r 是苏氨酸。糖在c g m p 肽键 上的结合位点是不一致的，普遍认为糖苷是通过氧键连接的。j o l l e s 等人指出肽 链( k 酪蛋白链的苏氨酸1 3 或1 3 3 ) 上的苏氨酸2 0 位或2 8 位带有一个糖基。 k a n a m o r i 等人证实苏氨酸3 0 或3 l ( k 酪蛋白链的苏氨酸1 3 5 或1 3 6 ) 同样也参 与了与糖的结合。d o i 和o t a n i 的研究报告中叙述了在一条肽链上可以连接多种 糖的取代物。在c g m p 上有一半的磷酸盐结合在在第4 4 位的丝氨酸( k 酪蛋白 链的1 4 9 位丝氨酸) ，而且将非磷化部分也确定出来了。当含有c g m p 溶液的p h 小于4 时c g m p 的分子量小于9 0 0 0 d a ；当p h 大于4 时c g m p 表征分子量可以 增加到4 5 0 0 0 d a 【h 】。 c g m p 有许多生物学活性：它能结合霍乱和埃希氏大肠杆菌的肠毒素，抑 4 制细菌和病毒的附着，抑制肠道分泌物，促进双歧杆菌生长和调节免疫反应。 双歧杆菌在小肠中占优势，它能抑制病原性细菌的生长，因此能够抑制胃肠 道的疾病。g y o r z y n 钉等人发现在人初乳和常乳中存在双歧杆菌生长促进因子 c g m p 的第一个证据：按干重计，人常乳中的c g m p 活性是初乳中的一半，他 们也发现牛初乳中的c g m p 活性大约是人初乳的1 0 ，牛常乳中的c g m p 大约 有人初乳1 的活性，同样也是按干重计。在鉴别双歧因子的一项研究中，g y o r z y 等人发现含g a l n a c 和末端是g a l n a e 结尾的寡糖c g m p 能促进双歧杆菌的生 长，并且他们指出这是由于末端的g a l n a e 脱落，暴露了一个g a l n a c 造成的。 b e z k o t o v a i n y 等人发现用胰凝乳蛋白酶处理的牛乳酪蛋白产生的糖肽为人乳固 形物促进生长活性的1 0 。a z u m a n 刚等人比较了人和牛的c g m p 的产酸度，牛 的c g m p 的产酸度是人乳的三分之一。 1 1 2 其它 乳血清白蛋白：乳血清白蛋白( b s a ) 来自血液，分子量为6 6 0 0 0 0 d a 。乳中 分离出的b s a 与其血液中b s a 有相同的化学和免疫学性质。牛乳中的b s a 浓 度为0 4 9 l ，约占总乳蛋白质的1 2 ，与人乳中含量相同或稍高瞪1 。b s a 在肝脏中 合成，在血中的浓度为3 0 - - 一4 0 9 l - 1 ，可能通过特异性受体经乳腺细胞转运而进入 乳中。初乳期或乳房炎乳中b s a 含量较高，可能通过乳腺细胞问的“渗漏接合 进入乳中。b s a 参与胶体渗透压调节，并在转运脂肪酸和氨基酸方面有重要作用。 b s a 还能结合乳中甲状腺素、锌和铜等。但是b s a 可以和i g g 竞争初生幼仔胃 肠道载体，降低幼仔对i g g 的吸收。 免疫球蛋白：初乳中的免疫球蛋i 兰l ( i g ) 占乳清蛋白的6 0 - - 9 0 ，随着泌乳期延 续而迅速下降，到分泌常乳时，乳中的i g 含量甚微。乳中i g 包括i g g 、i g a 和i g m 等。牛初乳中i g 主要为i g g ，乳中i g 的9 0 来自血液。i g a 和i g m 的大部分是被 停留在乳腺中的b 淋巴细胞合成而分泌入乳中的。i g g 分为i g g l 和i g g 2 两种亚 型，通过受体介导的内吞作用把i g g 转入上皮细胞并分泌到腺泡腔中隋1 。i g a i g m 是通过和分泌成分( s e c r e t a r y c o m p o n e n t s ，s c ) 结合，然后在蛋白水解酶作用下从膜 上断丌，连同s c 一起分泌到乳中，s c i g a 被称为分泌型i g a 。乳中的i g 具有重要 的功能。幼仔出生时，有效免疫系统尚未发育完善，必须由母体i g g 被动转输给幼 仔，称为被动免疫转移。有些动物通过胎盘转移i g g ，牛则通过初乳转移给新生幼 5 前苦 仔许多新生幼仔在出生时胃肠道尚未关闭，能直接吸收生物大分子，将i g c 直接吸 收入血液提供被动免疫作用。随着新生幼仔吸收大分子关闭，l e a 就开始在乳中 占优势。i e a 对酸碱和蛋白水解酶的水解作用有较强的抵抗力，能在新生幼仔消化 道中保持其抗体活性，当其进入消化道后可附在消化道粘膜表面，以防止病原体吸 附到肠壁上，起排菌的作用。i g 还与乳腺本身的防御机能有关，调理吞噬细胞，凝集 和抑制细菌，中和细菌毒素，从而保护乳腺。 乳铁蛋白：乳铁蛋 刍( l a c t o f e r r i n ，简称l 0 是一种铁结合性糖蛋白，属于转 铁蛋白家族，分子的主体是一个大约有7 0 0 个氨基酸残基构成的、相对分子量为 7 7 1 0 0 士1 5 0 0 ，并连接1 2 个配糖体，其组成包括甘露糖、半乳糖、n 乙酰半乳 糖胺、唾液酸、岩藻酸等。l f 浓度在种问和不同泌乳期有很大变动。初乳以及 干乳期乳腺分泌物中l f 含量丰富，牛初乳中的含量一般为l g l ，随着泌乳延续急 剧下降，一周后乳中l f 含量甚微，常乳中l f 含量仅为0 0 2 - - 0 3 5 9 l 碑1 。牛乳l f 的 等电点为8 0 ，能和其它很多乳蛋白相结合形成复合物。l f 在p n 3 0 时仍具有铁 结合能力，l f 的铁结合能力与盐的种类和浓度有关，在有较高浓度碳酸盐的场 合，其铁结合能力增强；而在有较高浓度柠檬酸盐的情况下，其铁结合能力则减 弱。大量研究表明，l f 具有许多独特的生物学功能：增强铁的传递和吸收，广 谱的抗菌性，免疫作用，抗氧化作用，促进肠道菌群的平衡，作为生长因子，抗 炎症，抗病毒，抗癌症作用等。 ( 乳清中蛋白质主要性质见表1 2 ) 乳糖：乳糖是哺乳动物乳腺分泌的一种特有的化合物，是乳清中主要化学成 分之一，且含量稳定，以溶液的状态存在与牛乳中，牛乳中乳糖的含量大约为 4 5 - - - 5 o ，占乳干物质的3 8 - 3 9 。乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖， 通过p 一1 ，4 糖苷键连接而成，分子中有醛基，属还原糖，由于d 葡萄糖分子中 的半缩醛羟基的位置不同，可分为a 一乳糖和d 乳糖两种异构体，二者溶于水后 或相互转化。乳糖是引起乳甜味的主要化学物质，也是幼仔哺乳期能量的主要来 源冲】。 6 前言 1 3 - l g 1 3 1 8 ，2 7 7 1 6 25 2 m l a1 2 1 4 1 7 5 1 2 34 2 4 5 b s a0 46 6 2 6 75 8 2 i g 0 7之1 0 0 ，0 0 0 l f0 1 8 0 ，0 0 0700 其它酶类0 0 370000 1 2 乳清产品及应用 随着干酪产量的逐年增加，人们对乳清的利用方向也开始多元化，但基于乳 清中富含大量营养物质、有良好的发泡性、凝胶性等特点，大部分都应用在食品 和饲料行业。虽然食品级的乳清产品价格昂贵，但在婴儿配方奶粉、糕点的焙烤、 肉制类乳化、冰激淋和酸奶的增稠和稳定、糖果的生产等行业中具有广泛的应用。 乳清蛋白氨基酸组成最接近母乳蛋白，是一种易消化、营养价值高、对婴儿生长 特别适合的蛋白质。因此f a o w h o 提议在婴儿配方食品中的蛋白质至少有6 0 是乳清蛋白，而且，乳清蛋白也是断奶食品一种极好的蛋白资源扭0 1 ；近年来， 人们开始把乳清的利用方向由普通食品配料转到保健食品配料，使许多功能性保 健食品应运而生，如：运动员的营养强化食品、中老年配方食品、减肥食品、苯 丙酮糖尿病患者的膳食、以及一些乳清酶解或发酵的产品( 如：k e f i r 酒) ，这些 新的应用不仅提高了产品的附加值、增加了企业利润，同时也降低生产成本和损 耗，节约资源、减少排放。 1 2 1 主要乳清产品特性及其应用 乳清粉或甜性乳清粉：平均蛋白质为1 2 5 。乳清粉在冷冻甜点和焙烤食物 中都有广泛的应用，可以改善食物的色泽和风味，同时可作为乳的固体来源提供 人体所必需的氨基酸；低乳糖乳清粉则多用于干酪加工、调味酱和肉制品。需要 7 前言 制造低乳糖、高蛋白产品，同时盐分含量高对产品有益时，可以替代乳清粉；脱 盐乳清粉则在婴儿配方食品、搅打顶端配料、冷冻甜点和糖果等食品中应用广泛。 在这些应用中高乳糖含量是碳水化合物的良好来源，这一产品能增添愉快的乳品 风味而不断增加矿物质含量瞳。 乳清浓缩蛋f 了( w p c s ) 是乳清经超滤、双重过滤和浓缩等一系列步骤，将乳 糖脱去或加工而成的，平均蛋白质含量为3 4 - 8 0 。目前主要有4 种不同蛋白 质含量的w p c 产品，分别为w p c 3 4 、w p c 6 0 、w p c 7 5 、w p c 一8 0 ( 蛋白含量 分别为3 4 、6 0 、7 5 、8 0 ) 弛刳。w p c 的蛋白效价比( p e r ) 、生物价( b v ) 、 蛋白质净利用率( n p u ) 分别为3 2 ，1 0 4 ，9 2 超过了大豆( 分别为2 1 ，7 4 ，6 1 ) 接近全蛋的营养价值( 3 8 ，1 0 0 ，9 8 ) 。w p c 在乳品乃至食品行业中都有广泛的 应用，例如，在酸奶中使用的乳清产品通常为脱盐乳清粉或w p c 粉，在保质期 内可尽量减少酸奶的分层和乳清的析出，是酸奶具有很高的保水性；用w p c 部 分替代脱脂奶粉生产的酸奶中，乳酸、乙醛和丁二酮( 良好酸奶风味的重要物质) 浓度提高；w p c 强化的酸奶具有减少益生菌和乳糖酶在胃中的损失、增强酶在 肠道中的活性的优点。 乳清分离蛋i 兰t ( w p i ) ，要经过离子交换过程，蛋白质含量超过9 0 ，w p i 属 于优质蛋白，具有完全氨基酸模式，可满足母乳化过程中对高含量乳清蛋白的需 求啦加，而且是支链氨基酸的重要来源，其中的脂肪和乳糖含量可忽略不计。w p i 多用于运动饮料、运动员营养强化蛋白质制品，节食产品等等。 1 2 2 乳清在发酵工业中的应用 目前，在- n 品发酵相关行业已经开始大量使用各种乳清产品： 在酸奶配方中添加乳清产品w p c 3 4 或w p c 8 0 有许多益处，它们不仅可以 改善产品风味、改良酸奶的质地、强化营养、减少乳清析出，延长酸奶的货架期， 还可以起到益生元作用，具有营养保健益处，除此之外具有很好的经济性。 w p c 3 4 、w p c 8 0 一般用于生产高品质酸奶。 除此之外，还有很多研究集中在如何开发发酵型乳清饮料上。发酵型乳清饮 料是利用营养价值极丰富的乳清作主要原料，添；0 h - 孚l 酸荫发酵到一定程度，以降 低乳糖，产生乳酸最后生成一种口味纯j 下、酸甜可口、营养丰富的高档饮料。这 样既可充分利用乳清资源，又具有比其它利用方式( 乳清粉、乳清蛋白粉等) 工 8 前言 艺简单，投资设备少，产量大，经济效益高等特点，故发展研制乳清饮料是乳清 利用的一个重要方向。a t h a n a s i o s 1 等人利用乳清原料，通过添加葡萄干浸出液 对来自开菲尔粒中和面包中分离出的酵母菌进行液态发酵，生产出口味纯正的液 态酒精型饮料；s e r p i lo z m i h d 等研究发现利用乳清粉为原料进行酒精发酵时， 乳清粉初始浓度在1 5 6 9 l 或初始糖浓度不超过7 5 9 l ，酵母接种量在8 5 0 m g l 时酒精发酵的速度最快产率最高，并且有效避免了底物抑制作用。由于乳清富含 营养且碳氮比较为合适、所以不仅是酵母菌良好的培养基，也适合乳酸菌的发酵。 t a t j a n ap a u l i 融射等人利用添加了麦芽和花生蛋白的乳清对干酪乳杆菌进行 非固定化发酵生成乳酸，发现其效果优于相同条件下添加酵母抽提液的效 果。gp a p a v a s i l i o u 1 等人发现，用乳清作为k e f i r 复合菌粒培养基，其冻干后的 保护效果优于其它冻干保护剂。 1 3 乳清蛋白的分离分级方法 乳清蛋白各组分具有不同的生理功能特性，很多组分的生理功能已见诸多报 道，还有很多单一组分的活性及功能已经成为新兴的研究热点。所以将乳清蛋白 分级分离为具有活性的单一组分不仅为乳清的合理利用开辟一条现实可行的道 路，而且具有不菲的经济价值和广阔的市场前景。 经典的乳蛋白分级技术，是用盐析、离子交换、色谱或是结晶的方法，但在 工业生产中并未采用。现在，从乳清中分离蛋白质的一般方法是采用调控p h 、 钙离子水平或者调控温度的方法来达到，使一种成分如a l a 沉淀，因为除去钙 离子的q l a 的热稳定性较差，在6 3 时变性，而1 3 乳球蛋白则在7 4 c 时变性， 并且在p h 为4 5 时q l a 的热不稳定性增强，可以在5 0 - - 6 0 的条件下沉淀( 与 钙离子的存在水平也有关系) ；也可以利用等电点、低离子强度时仅l a 的不溶性 来分离口乳球蛋白。目前，大规模的生产0 【一l a 和b 乳球蛋白组分的分离过程是 利用无钙的仅l a 从乳清中沉淀出，通过过滤、离心等方法处理回收。伴随着基 础学科的相互渗透和技术的不断发展和进步，乳品行业已经成为蕴含着先进技术 的产业，例如膜分离技术和离子交换树脂等一些交织着高新技术操作工艺和材料 被引用i u g l 清的深加工中来。 膜技术的原理工作是，流体混合物中含有不同的组分，以不同的能量梯度( 例 如压力梯度、电位梯度、渗透梯度等等) 作为驱动力，当达到足够的液动态流， 9 前言 使流体混合物通过不同孔径的过滤介质到预期的分离目的，即溶液中各组分透过 膜而达到选择性分离。乳清分离一般采用水压梯度最为驱动力，选择不同材质的 膜可达到分离的效果，常用的有微滤、超滤、纳滤、和反渗透心铂。 微滤( m i c r o f i l t r a t i o n ，m f ) ，孔径大约为1 哪，截留分子量在3 0 k d a 以上， 在处理乳清时，它可以滤过大多数蛋白质而截留脂肪球、微生物、体细胞以及酪 蛋白，以便于滤过液的初步净化，降低干物质含量和液体的黏度；同时还可从滤 出液中回收有用成分，这是微滤极大的优点，利用这一特点可以富集浓缩乳酸菌 发酵剂。1 。 超滤( u l t r a f i l t r a t i o n ，u f ) ，膜孔在0 1 p m 的范围，典型的膜能截留分子量 1 0 0 0 - - 7 5 0 0 0 d a , 超滤技术的关键是超滤膜，超滤膜上的微孔具有不对称结构。滤 膜上层为极薄的d q l 径致密层，下部的支持层结构较疏松，这种结构使得液体在分 离过程中大分子溶质的微粒随溶液切向流经膜表面时，由于液体的快速流动使得 这些物质既不能进入致密细孔，也不会堵塞在膜面上，小分子物质和溶剂则穿过 致密层的微孔后能顺利通过支持层，进入膜的另一侧。超滤目前已广泛应用于 化学工业、医药工业、工业废水处理、纯水制备和生物工程领域，发展迅速，前景 良好，在乳品工业中主要用于蛋白质的分级分离，或使乳蛋白与乳清( 含乳糖和 乳盐) 分离，其它较大的颗粒也被截留，另外对酶的回收也可以用超滤的方法。 超滤在长期连续运行中保持较恒定的产量和分离效果 1 4 甜性乳清中糖巨肽对双歧杆菌促增殖作用 双歧杆菌( b i f i d o b a c t e r i u m ) 是1 8 9 9 年由法国学者t i s s i