具有天然免疫活性的无菌牛初乳乳清及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种具有天然免疫活性的无菌牛初乳乳清及其制备方法和应用，制备方法包括：将牛初乳通过离心，除去脂肪获得脱脂牛初乳；采用等电点法或凝乳酶法沉淀脱脂牛初乳中的酪蛋白，获得乳清液体，或直接使用牛初乳乳清粉溶解获得乳清液；采用中空纤维膜或陶瓷膜进行预过滤，除去乳清中残留的脂肪、酪蛋白和大部分菌体；采用聚四氟乙烯膜过滤器进行过滤除菌；无菌条件下灌装，即得。本发明在预过滤的基础上采用聚四氟乙烯除菌膜除菌，提高了料液的处理量，增加了膜材的使用寿命和节约膜成本，适合工业化生产。得到的乳清产品免疫球蛋白含量高、满足无菌要求，可直接作为富含免疫球蛋白乳清产品；还可以添加到牛奶、果汁等饮品中制成功能性饮品。

说明书

技术领域

本发明涉及一种牛初乳乳清及其制备方法，特别是涉及一种具有天然免疫活性的 无菌牛初乳乳清及其制备方法和在制备功能性饮品中的应用。

背景技术

牛初乳乳清中含有丰富的营养物质、免疫因子和生长因子，如免疫球蛋白、乳铁 蛋白和富脯氨酸多肽等，具有免疫调节、改善胃肠道和调节胃肠道菌群等作用。生产 乳清产品主要应考虑以下几个因素：1.由于牛初乳中的活性蛋白质耐热性差，所以不 适合采用常乳的热处理加工工艺，否则会出现变性蛋白质焦结在加热设备中，造成后 续生产的污染。免疫球蛋白如sIgA、IgM、IgG等为大分子蛋白，均由两条重链和两 个轻链构成，热处理温度过高破坏化学链，影响蛋白质免疫活性。2.辐射杀菌虽然可 以使细菌蛋白变性，但也会造成牛初乳中部分免疫球蛋白变性，此方法还会使产品产 生刺激性气味。3.超高压灭菌技术虽然能保留功能成分活性，但对杀灭细菌的芽孢效 果不明显，很难使产品达到无菌状态。4.直接采用陶瓷膜等微滤设备除菌，牛初乳乳 清中的残留脂肪、酪蛋白颗粒等杂质容易使膜孔堵塞，故孔径进一步变小，造成免疫 球蛋白截留，同时乳清过膜通量会衰减很快，不利于工业化生产。作为食品，微生物 指标是至关重要的，乳清除菌的效果必须得到保证，才能确保以乳清为基料生产终端 产品的品质。国内外企业对牛初乳加工工艺差别很大，可是很少有企业能突破由热除 菌和膜工艺造成牛初乳乳清蛋白质损失的技术壁垒，形成工业化规模。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种免疫球蛋白含量高、满足无菌要求的牛初乳 乳清的制备方法。

为达上述目的，本发明具有天然免疫活性的无菌牛初乳乳清的制备方法，包括以 下步骤：（1）将牛初乳通过离心机离心，除去脂肪获得脱脂牛初乳；

（2）采用等电点法或凝乳酶法得到乳清液或直接使用牛初乳乳清粉（可从市 场上购买得到）溶解获得乳清液；

（3）采用中空纤维膜或陶瓷膜进行预过滤，除去乳清中残留的脂肪、酪蛋白、 大部分的菌体等杂质，使有效成分透过，获得澄清的乳清液，也为了保护下一步骤中 聚四氟乙烯膜不被堵塞，保持较高的乳清透过量；

（4）采用聚四氟乙烯膜过滤器进行过滤除菌；

（5）无菌条件下灌装，即成为无菌牛初乳乳清液。

其中上述步骤（2）所述的等电点法是指将脱脂牛初乳pH调至酪蛋白等电点， 静止沉淀酪蛋白，离心获得乳清；所述凝乳酶法是将脱脂牛初乳中的酪蛋白凝固，划 开凝块、过滤，离心获得乳清；该两种方法均为本领域现有方法。直接使用牛初乳乳 清粉溶解后得到乳清液是将乳清粉用25~30℃纯净水溶解，制成质量浓度为5%-10% 的溶液，搅拌30min，制备乳清。

本发明的方法，其中优选所述牛初乳为奶牛分娩后七天内所分泌的乳汁。

本发明的方法，其中优选所述步骤（3）中中空纤维膜或陶瓷膜的孔径均为0.4-1.2 μm。

本发明的方法，其中优选所述聚四氟乙烯膜的孔径为0.1-0.4μm。

本发明还涉及由上述方法得到的具有天然免疫活性的无菌牛初乳乳清液。

本发明还涉及上述牛初乳乳清液的应用，在无菌条件下，将其添加到包括牛奶、 果汁在内的饮品中制成增强免疫力的功能性饮品。

进一步地，优选所述牛初乳乳清液在功能饮品中的添加量为1-90%。

现有技术中，生产乳清产品工艺中采用巴氏杀菌工艺，容易造成牛初乳乳清中大 分子免疫球蛋白失活；辐射杀菌虽然可以使细菌蛋白变性，但也会造成牛初乳中部分 免疫球蛋白变性，此方法还会使产品产生刺激性气味；如果直接采用超高压灭菌技术， 虽然能保留功能成分活性，但对细菌芽孢杀灭不明显，很难达到彻底除菌效果；如果 直接采用较小除菌孔径的陶瓷膜等微滤除菌设备，牛初乳乳清中的残留脂肪、酪蛋白 颗粒等杂质容易使膜孔堵塞，故膜孔径进一步变小，会造成部分免疫球蛋白截留，同 时乳清过膜通量会衰减很快，料液浓缩比例小，造成原料的浪费，不利于工业化生产。 此外，如果采用较大孔径的陶瓷膜等微滤设备，虽然乳清料液的处理量增加了，但这 样就不能保证没有细菌通过膜，很难实现产品的完全无菌品质。为保护除菌膜，常常 会在除菌膜之前增加预过滤系统，如果采用直流预过滤系统，比如深层纸板过滤，虽 然能使乳清澄清，但料液通量衰减快，同时造成免疫球蛋白的截留。

本发明与现有技术不同之处在于，本发明提供一种适合工业化生产且免疫球蛋白 含量高、满足无菌要求的牛初乳乳清的制备方法。本发明方法采用合适孔径的中空纤 维膜或陶瓷膜进行预过滤，滤出液再通过合适孔径的聚四氟乙烯膜除菌。本发明工艺 主要有以下5个优点：1.除菌工艺在低温、温和条件下进行，避免了巴氏杀菌和辐射 杀菌技术使免疫球蛋白发生变性，产品保持天然活性，不会产生不良滋气味。2.预过 滤起到澄清乳清的作用，即除去乳清中残留的脂肪、酪蛋白和大部分菌体等杂质，降 低乳清浊度，进而保护聚四氟乙烯除菌膜，防止孔径堵塞，通量衰减；3.适当孔径的 中空纤维膜或陶瓷膜作为预过滤，乳清过膜通量衰减缓慢，免疫球蛋白透过量大，最 终膜系统内料液浓缩比例大，避免了直接使用除菌孔径的陶瓷膜除菌使得最终浓缩比 例小，浓缩液作为废料而舍弃掉。4.中空纤维膜或陶瓷膜作为预过滤为切向流过滤， 避免直流过滤，如深层纸板过滤造成过膜压力变化大，膜孔径堵塞严重的问题。5.本 发明在预过滤的基础上，采用聚四氟乙烯除菌膜除菌，过膜通量衰减很慢，提高了料 液的处理量，增加了膜材的使用寿命和节约膜成本。

另外，本发明方法得到乳清产品免疫球蛋白含量高、满足无菌的要求，可以直接 作为富含免疫球蛋白乳清产品上市；还可以按需求比例添加到牛奶、果汁等饮品中制 成功能性饮品；因为产品使用的是无菌包材和无菌包装机，无菌品质可以增加产品的 保质期，因此也保证了在长途运输和长期储存条件下的品质，作为基料满足食品、药 品等行业的需要。本发明方法提高了料液的处理量，增加了膜材的使用寿命和节约膜 成本，非常适合工业化生产。

下面结合附图对本发明的具有天然免疫活性的无菌牛初乳乳清及其制备方法和应 用作进一步说明。

附图说明

图1为本发明方法具体实施方式的流程示意图。

具体实施方式

以下是实施例及其试验数据等，但本发明的内容并不局限于这些实施例的范围。

实施例1

将6L牛初乳置于制备型离心机内45℃、4000r/min下离心20min，除去脂肪获 得脱脂牛初乳5L。采用凝乳酶法沉淀脱脂牛初乳中的酪蛋白，即加热脱脂牛初乳至 40℃，按脱脂乳重量的0.02%的比例添加凝乳酶，均匀搅拌后，静止使酪蛋白凝结。 将凝结后的酪蛋白切割成1-2cm的块状，滤出乳清粗提液，4000r/min离心20min，获 得乳清液体。采用0.4μm中空纤维膜进行预过滤，除去乳清中残留的脂肪、酪蛋白、 大部分的菌体等杂质，使有效成分透过，获得澄清的乳清液，进口压力1.0bar，出口 压力0.1bar，温度20℃。再通过0.1μm的聚四氟乙烯膜过滤器进行过滤除菌。在无 菌条件下灌装，即成为无菌牛初乳乳清液。将该乳清液添加到果汁中得到具有增强免 疫力功能的饮品，其中乳清液添加的质量分数为5％。

实施例2

将6L牛初乳置于制备型离心机内45℃、4000r/min下离心20min，除去脂肪获 得脱脂牛初乳5L。采用等电点法沉淀脱脂牛初乳中的酪蛋白，即将脱脂牛初乳用1M 乳酸调pH至4.3，40℃静止20min，待酪蛋白沉淀完全后，离心获得乳清液体。采用 1.2μm中空纤维膜进行预过滤，除去乳清中残留的脂肪、酪蛋白、大部分的菌体等杂 质，使有效成分透过，获得澄清的乳清液，进口压力1.0bar，出口压力0.1bar，温度 20℃。再通过0.4μm的聚四氟乙烯膜过滤器进行过滤除菌。在无菌条件下灌装，即成 为无菌牛初乳乳清液。将该乳清液添加到牛奶中得到具有增强免疫力功能的饮品，其 中乳清液添加的质量分数为10%。

实施例3

将牛初乳乳清粉用30℃的纯净水以7%的浓度溶解，搅拌30min获得乳清液。采 用1.0μm陶瓷膜进行预过滤，进口压力0.8bar，出口压力0.4bar。再通过0.3μm的 聚四氟乙烯膜过滤器进行过滤除菌。在无菌条件下灌装，即成为无菌牛初乳乳清液。 将该乳清液添加到果汁中得到具有增强免疫力功能的饮品，其中乳清液添加的质量分 数为20%。

试验例

实施例1-3制备的乳清与现有的除菌方法作对比，包括：巴氏杀菌法；直接0.2 μm陶瓷膜微滤除菌法；采用直流深层纸板预过滤结合除菌膜法。对比结果如下表1 所示。

表1本发明方法同现有方法的对比结果

表1中所使用的检测方法：免疫球蛋白G(IgG)的检测依据《保健食品中免疫球 蛋白IgG的测定》（GB/T5009.194-2003）；细菌总数检测方法依据《食品微生物学检验 菌落总数测定》（GB4789.2-2010）。依表1可以获知：本发明实例1-3方法牛初乳乳清 中IgG损失小，分析是因为在0.4-1.2μm孔径的中空纤维膜或陶瓷膜预过滤时，乳清 在膜表面形成切向流，减弱了料液对膜孔径的堵塞，使膜对IgG截留少，同时下一步 除菌步骤聚四氟乙烯膜的材质均一，对IgG有很好的透过性，此工艺可以把细菌全部 截留；而热杀菌法和辐射杀菌法使部分IgG发生蛋白变性，造成IgG损失，此方法可 检测到少量细菌，并且死亡菌体残留在产品中；直接用0.2μm陶瓷膜除菌，可以滤掉 绝大部分菌体，由于膜孔径小，堵塞后会对IgG产生截留；直流深层纸板预过滤结合 除菌膜法与本发明工艺原理类似，可以使产品达到无菌品质，但预过滤阶段膜对IgG 的截留大于本发明；对比以上除菌工艺的效果，可以看出本发明可以有效保护牛初乳 乳清中标志性成分IgG，也可以有效截留菌体，使乳清达到无菌品质。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技 术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。