天然多功能性原料乳铁蛋白无菌液关键技术的开发

文 / 王艳萍

（内蒙古伊利实业集团股份有限公司液态奶事业部研发部）

乳铁蛋白（Lactoferrin，LF）又称乳转铁蛋白，是一种相对分子量约为80 000 道尔顿的铁结合性糖蛋白，主要存在于乳汁、眼泪、唾液、精液、鼻腔分泌物等外分泌液或血浆、中性粒细胞中。乳铁蛋白是人乳中4种主要蛋白质之一，其含量占人乳总蛋白的15%～20%，和α-乳白蛋白相当。乳铁蛋白富含18 种氨基酸，是婴幼儿及仔畜的重要膳食蛋白来源。乳铁蛋白几乎不含乳糖，更适于乳糖不耐症患者食用。乳铁蛋白含有铁，并具有提高铁的生物利用率的生理功能，因此在防止贫血方面也有积极作用。乳铁蛋白是一种较理想的功能性食品配料，具有多种生物活性功能：具有广谱的抗菌性质，同时可增强机体的抗病毒、抗氧化和免疫能力，并能防治感染性疾病，维持胃肠道菌群的平衡，增强铁的传递和吸收。乳铁蛋白所具有的免疫调节功能，使其可以直接作为功能性食品、保健品或者药品组分防治感染性疾病，因而应用前景非常广阔。

热敏物质是指某物对温度很敏感，受热到一定程度会变质，即发生分解、聚合或其它化学反应，表现为料液变色、变味、结焦等。在液态乳制品的生产过程中，会用到很多类型的营养强化剂，其中会有部分营养强化剂属于热敏性物质，如乳糖酶、牛初乳、乳铁蛋白、长链多不饱和脂肪酸（ω—6系列和ω－3系列）、维生素、活性肽、氨基酸、免疫球蛋白。热处理会破坏它们的结构，使其失去营养价值，而热处理是液态乳制品生产过程中必须的工艺过程，因此限制了该类物质的使用。

乳铁蛋白属于热敏性物质，在经过超高温瞬时（ 120 ℃，4 s）处理后乳铁蛋白变性率高达91.10%，如何把乳铁蛋白添加到液态乳制品中就成为一大难题。本文通过对乳铁蛋白原料的溶解度、粘度、稳定性等不同特性的研究及膜过滤的研究，成功研制出了液态的无菌乳铁蛋白原料，并可以投入批量生产，实现了世界首次无菌在线添加。

1 乳铁蛋白稳定性研究

Hiroaki等研究了乳铁蛋白稳定性与pH值、温度之间的关系。结果表明，铁不饱和乳铁蛋白溶液在中性或碱性条件下，70 ℃加热处理15～30 min完全降解，当温度高于80 ℃即开始胶凝；而在酸性条件下则非常稳定，在pH值为4.0和90 ℃下加热处理5 min，其铁结合能力、抗原性及抗菌活性与处理前一样。

最近研究表明，常用的巴氏杀菌处理（72～85 ℃，15 s）不会导致牛乳铁蛋白变性或影响极小（表1），而超高温处理（140 ℃，4 s）的蛋白变性较明显，并使乳铁蛋白丧失了许多生物学功能。

表1 乳铁蛋白在不同温度条件下的降解率

2 乳铁蛋白物理特性的研究

2.1 乳铁蛋白溶液粘度的研究

选取不同浓度的乳铁蛋白溶液，在25 ℃下进行粘度测定，结果如表2所示。

从表2可以看出，乳铁蛋白溶液浓度增加时其粘度也在增加，乳铁蛋白溶液在10%～25%之间，它们的粘度变化为2～3 倍；当溶液浓度达到30%以上时，粘度变化为6～7 倍。

2.2 不同厂家10%乳铁蛋白溶液混浊度对比试验

从表3中可以看出，1#隔夜和3#的混浊度下降很快，隔夜配制的下降最快，达到4 倍多，而其它厂家的下降速度平缓，2#的最慢。

3 无菌过滤膜的研究

膜分离技术是以滤膜作为选择性障碍层，允许某些成分透过而保留混合物中的其它成分。其在食品工业中，主要应用于制造过程中的前处理，如去除杂质、除菌、浓缩、澄清、分离，甚至污水处理等。膜分离技术在分离过程中，不涉及相变及化学变化，具有效能高、节省能源、避免环境污染等特点。膜过滤技术包括逆渗透、超滤、电透析等，属于非热加工技术，可用于果汁、鲜乳、咖啡、茶等热敏感产品的加工，以及水处理、植物蛋白加工、食用胶生产及啤酒生产等方面的应用。

表2 不同浓度的乳铁蛋白溶液粘度对比

表3 不同厂家乳铁蛋白溶液混浊度数据

乳铁蛋白是一种热敏性物质，因为对热比较敏感，所以其无菌性加工就不能采用热处理方式进行，而可采用0.2～1.0 μm的膜进行预过滤、绝对过滤工艺，以处理达到商业无菌的要求。

3.1 不同厂家10%乳铁蛋白溶液预过滤对比试验

从表4中可以看出，1#隔夜最慢，对于新配制的溶液来说，2#和4#能很快通过预过滤，1#其次，3#最慢。

3.2 不同厂家10%乳铁蛋白溶液灭菌过滤对比试验

从表5可以看出，3#完全不能通过灭菌过滤，4#只有少部分能通过灭菌过滤，随后堵塞膜，不再通过膜。1#隔夜要比1#和2#能更快地通过灭菌过滤。总之，乳铁蛋白溶液需要采用分级过滤，即预过滤和灭菌过滤2 个步骤。

4 无菌液态乳铁蛋白稳定性研究（添加甘油与不添加甘油的过滤性）

从表6中可以看出，添加甘油和不添加甘油对溶液的灭菌过滤没有太大影响。同时把制备好的溶液接到无菌试瓶中进行观察，结果如表7所示。

从表7中可以看出，通过对添加甘油和不添加甘油的乳铁蛋白溶液稳定性观察发现，不添加甘油的乳铁蛋白溶液在12 个月的保质期内无上浮和沉淀现象，而添加甘油的乳铁蛋白溶液在9 个月后出现白色上浮物。说明不添加甘油的乳铁蛋白溶液更稳定。

表4 预过滤对比试验数据

表5 灭菌过滤对比试验数据

表6 添加甘油与不添加甘油的过滤性对比数据

5 乳铁蛋白无菌液应用前景

近年来，随着我国人民生活水平的提高，人们越来越重视日常营养及膳食结构的合理性，国家也专门设立了营养师的职业来指导人们怎样合理安排日常膳食。目前人们日常膳食中表现较为突出的就是乳制品的消费量开始增加，在大中城市尤为突出。

众所周知，随着生活节奏的加快，人们的工作压力和心理压力也不断增加，大部分人处于亚健康状态，人们越来越关注营养健康——对功能诉求越来越重视。功能性食品的需求在全球出现激增趋势，功能性食品的全球市场规模约为400 亿美元，与乳制品相关的功能性食品的全球市场规模约为53 亿美元。越来越多的生产商开始关注和寻找具有营养和功能的新型配料。营养配方中加入特定的营养素，不仅可以为机体提供能量和底物，还可以调控机体的免疫能力，改善胃肠道健康等。

乳铁蛋白兼具抗菌和多种生物学功能，具有广阔的应用前景，既可用作食品和化妆品的天然防腐剂，也可以直接作为功能性食品、保健品或药品组分，用于防治感染性疾病。而且液态无菌乳铁蛋白的开发，使乳铁蛋白的应用范围更加广泛。乳铁蛋白作为一种天然、多功能性食品原料，在我国乳品工业中是一种极具发展前景的功能性食品。

表7 添加甘油与不添加甘油溶液稳定性观察

[1]陈历俊，姜铁民.乳铁蛋白——生物功能及基因表达.北京：科学出版社，2009.

[2]张红，罗永康，陈铁涛，等.乳铁蛋白热稳定性及热变性动力学的研究.中国乳品工业，2006（4）：20-23.