天然多功能性原料乳鐵蛋白無菌液關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)

文 / 王艷萍

（內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司液態(tài)奶事業(yè)部研發(fā)部）

乳鐵蛋白（Lactoferrin，LF）又稱乳轉(zhuǎn)鐵蛋白，是一種相對分子量約為80 000 道爾頓的鐵結(jié)合性糖蛋白，主要存在于乳汁、眼淚、唾液、精液、鼻腔分泌物等外分泌液或血漿、中性粒細(xì)胞中。乳鐵蛋白是人乳中4種主要蛋白質(zhì)之一，其含量占人乳總蛋白的15%～20%，和α-乳白蛋白相當(dāng)。乳鐵蛋白富含18 種氨基酸，是嬰幼兒及仔畜的重要膳食蛋白來源。乳鐵蛋白幾乎不含乳糖，更適于乳糖不耐癥患者食用。乳鐵蛋白含有鐵，并具有提高鐵的生物利用率的生理功能，因此在防止貧血方面也有積極作用。乳鐵蛋白是一種較理想的功能性食品配料，具有多種生物活性功能：具有廣譜的抗菌性質(zhì)，同時(shí)可增強(qiáng)機(jī)體的抗病毒、抗氧化和免疫能力，并能防治感染性疾病，維持胃腸道菌群的平衡，增強(qiáng)鐵的傳遞和吸收。乳鐵蛋白所具有的免疫調(diào)節(jié)功能，使其可以直接作為功能性食品、保健品或者藥品組分防治感染性疾病，因而應(yīng)用前景非常廣闊。

熱敏物質(zhì)是指某物對溫度很敏感，受熱到一定程度會(huì)變質(zhì)，即發(fā)生分解、聚合或其它化學(xué)反應(yīng)，表現(xiàn)為料液變色、變味、結(jié)焦等。在液態(tài)乳制品的生產(chǎn)過程中，會(huì)用到很多類型的營養(yǎng)強(qiáng)化劑，其中會(huì)有部分營養(yǎng)強(qiáng)化劑屬于熱敏性物質(zhì)，如乳糖酶、牛初乳、乳鐵蛋白、長鏈多不飽和脂肪酸（ω—6系列和ω－3系列）、維生素、活性肽、氨基酸、免疫球蛋白。熱處理會(huì)破壞它們的結(jié)構(gòu)，使其失去營養(yǎng)價(jià)值，而熱處理是液態(tài)乳制品生產(chǎn)過程中必須的工藝過程，因此限制了該類物質(zhì)的使用。

乳鐵蛋白屬于熱敏性物質(zhì)，在經(jīng)過超高溫瞬時(shí)（ 120 ℃，4 s）處理后乳鐵蛋白變性率高達(dá)91.10%，如何把乳鐵蛋白添加到液態(tài)乳制品中就成為一大難題。本文通過對乳鐵蛋白原料的溶解度、粘度、穩(wěn)定性等不同特性的研究及膜過濾的研究，成功研制出了液態(tài)的無菌乳鐵蛋白原料，并可以投入批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了世界首次無菌在線添加。

1 乳鐵蛋白穩(wěn)定性研究

Hiroaki等研究了乳鐵蛋白穩(wěn)定性與pH值、溫度之間的關(guān)系。結(jié)果表明，鐵不飽和乳鐵蛋白溶液在中性或堿性條件下，70 ℃加熱處理15～30 min完全降解，當(dāng)溫度高于80 ℃即開始膠凝；而在酸性條件下則非常穩(wěn)定，在pH值為4.0和90 ℃下加熱處理5 min，其鐵結(jié)合能力、抗原性及抗菌活性與處理前一樣。

最近研究表明，常用的巴氏殺菌處理（72～85 ℃，15 s）不會(huì)導(dǎo)致牛乳鐵蛋白變性或影響極小（表1），而超高溫處理（140 ℃，4 s）的蛋白變性較明顯，并使乳鐵蛋白喪失了許多生物學(xué)功能。

表1 乳鐵蛋白在不同溫度條件下的降解率

2 乳鐵蛋白物理特性的研究

2.1 乳鐵蛋白溶液粘度的研究

選取不同濃度的乳鐵蛋白溶液，在25 ℃下進(jìn)行粘度測定，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，乳鐵蛋白溶液濃度增加時(shí)其粘度也在增加，乳鐵蛋白溶液在10%～25%之間，它們的粘度變化為2～3 倍；當(dāng)溶液濃度達(dá)到30%以上時(shí)，粘度變化為6～7 倍。

2.2 不同廠家10%乳鐵蛋白溶液混濁度對比試驗(yàn)

從表3中可以看出，1#隔夜和3#的混濁度下降很快，隔夜配制的下降最快，達(dá)到4 倍多，而其它廠家的下降速度平緩，2#的最慢。

3 無菌過濾膜的研究

膜分離技術(shù)是以濾膜作為選擇性障礙層，允許某些成分透過而保留混合物中的其它成分。其在食品工業(yè)中，主要應(yīng)用于制造過程中的前處理，如去除雜質(zhì)、除菌、濃縮、澄清、分離，甚至污水處理等。膜分離技術(shù)在分離過程中，不涉及相變及化學(xué)變化，具有效能高、節(jié)省能源、避免環(huán)境污染等特點(diǎn)。膜過濾技術(shù)包括逆滲透、超濾、電透析等，屬于非熱加工技術(shù)，可用于果汁、鮮乳、咖啡、茶等熱敏感產(chǎn)品的加工，以及水處理、植物蛋白加工、食用膠生產(chǎn)及啤酒生產(chǎn)等方面的應(yīng)用。

表2 不同濃度的乳鐵蛋白溶液粘度對比

表3 不同廠家乳鐵蛋白溶液混濁度數(shù)據(jù)

乳鐵蛋白是一種熱敏性物質(zhì)，因?yàn)閷岜容^敏感，所以其無菌性加工就不能采用熱處理方式進(jìn)行，而可采用0.2～1.0 μm的膜進(jìn)行預(yù)過濾、絕對過濾工藝，以處理達(dá)到商業(yè)無菌的要求。

3.1 不同廠家10%乳鐵蛋白溶液預(yù)過濾對比試驗(yàn)

從表4中可以看出，1#隔夜最慢，對于新配制的溶液來說，2#和4#能很快通過預(yù)過濾，1#其次，3#最慢。

3.2 不同廠家10%乳鐵蛋白溶液滅菌過濾對比試驗(yàn)

從表5可以看出，3#完全不能通過滅菌過濾，4#只有少部分能通過滅菌過濾，隨后堵塞膜，不再通過膜。1#隔夜要比1#和2#能更快地通過滅菌過濾?？傊?，乳鐵蛋白溶液需要采用分級過濾，即預(yù)過濾和滅菌過濾2 個(gè)步驟。

4 無菌液態(tài)乳鐵蛋白穩(wěn)定性研究（添加甘油與不添加甘油的過濾性）

從表6中可以看出，添加甘油和不添加甘油對溶液的滅菌過濾沒有太大影響。同時(shí)把制備好的溶液接到無菌試瓶中進(jìn)行觀察，結(jié)果如表7所示。

從表7中可以看出，通過對添加甘油和不添加甘油的乳鐵蛋白溶液穩(wěn)定性觀察發(fā)現(xiàn)，不添加甘油的乳鐵蛋白溶液在12 個(gè)月的保質(zhì)期內(nèi)無上浮和沉淀現(xiàn)象，而添加甘油的乳鐵蛋白溶液在9 個(gè)月后出現(xiàn)白色上浮物。說明不添加甘油的乳鐵蛋白溶液更穩(wěn)定。

表4 預(yù)過濾對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 滅菌過濾對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 添加甘油與不添加甘油的過濾性對比數(shù)據(jù)

5 乳鐵蛋白無菌液應(yīng)用前景

近年來，隨著我國人民生活水平的提高，人們越來越重視日常營養(yǎng)及膳食結(jié)構(gòu)的合理性，國家也專門設(shè)立了營養(yǎng)師的職業(yè)來指導(dǎo)人們怎樣合理安排日常膳食。目前人們?nèi)粘Ｉ攀持斜憩F(xiàn)較為突出的就是乳制品的消費(fèi)量開始增加，在大中城市尤為突出。

眾所周知，隨著生活節(jié)奏的加快，人們的工作壓力和心理壓力也不斷增加，大部分人處于亞健康狀態(tài)，人們越來越關(guān)注營養(yǎng)健康——對功能訴求越來越重視。功能性食品的需求在全球出現(xiàn)激增趨勢，功能性食品的全球市場規(guī)模約為400 億美元，與乳制品相關(guān)的功能性食品的全球市場規(guī)模約為53 億美元。越來越多的生產(chǎn)商開始關(guān)注和尋找具有營養(yǎng)和功能的新型配料。營養(yǎng)配方中加入特定的營養(yǎng)素，不僅可以為機(jī)體提供能量和底物，還可以調(diào)控機(jī)體的免疫能力，改善胃腸道健康等。

乳鐵蛋白兼具抗菌和多種生物學(xué)功能，具有廣闊的應(yīng)用前景，既可用作食品和化妝品的天然防腐劑，也可以直接作為功能性食品、保健品或藥品組分，用于防治感染性疾病。而且液態(tài)無菌乳鐵蛋白的開發(fā)，使乳鐵蛋白的應(yīng)用范圍更加廣泛。乳鐵蛋白作為一種天然、多功能性食品原料，在我國乳品工業(yè)中是一種極具發(fā)展前景的功能性食品。

表7 添加甘油與不添加甘油溶液穩(wěn)定性觀察

[1]陳歷俊，姜鐵民.乳鐵蛋白——生物功能及基因表達(dá).北京：科學(xué)出版社，2009.

[2]張紅，羅永康，陳鐵濤，等.乳鐵蛋白熱穩(wěn)定性及熱變性動(dòng)力學(xué)的研究.中國乳品工業(yè)，2006（4）：20-23.