牛初乳粉的研制

赵存朝，赵莹萍，陶亮1b，高航2，杨洋2，黄艾祥

(1.云南农业大学a.食品科学技术学院，b.植物保护学院，昆明 650201；2.昆明雪兰牛奶有限责任公司，昆明650217)

牛初乳粉的研制

赵存朝1a，赵莹萍1a，陶亮1b，高航2，杨洋2，黄艾祥1a

(1.云南农业大学a.食品科学技术学院，b.植物保护学院，昆明 650201；2.昆明雪兰牛奶有限责任公司，昆明650217)

以牛初乳为原料，利用二次通用旋转实验对牛初乳粉的工艺进行优化，确定了最佳工艺，分析其理化、免疫球蛋白指标以及主要蛋白质分子量，并用SDS-PAGE电泳法分离了3种主要蛋白质。结果表明，牛初乳粉富含蛋白质、矿物质和免疫球蛋白，具有较高的开发价值。

牛初乳；生产工艺；二次通用旋转；免疫球蛋白；乳蛋白质

0 引言

牛初乳是指正常饲养的、无传染病和乳房炎的健康母牛分娩后72小时内所挤出的乳汁，色泽黄而浓稠、酸度高、有特殊的乳腥味和苦味[1]。牛初乳含有丰富的营养物质和多种生物活性成分等[2-3]。牛初乳中的特异性抗体和生长因子能够抵抗肠道感染，促进胎鼠骨骼生长发育及大鼠智力发育。服用牛初乳可提高运动性能、体内超氧化物歧化酶活力，恢复受损的肌肉和结缔组织，减少脂质过氧化物等活性功能[4-6]。目前，我国约有上亿头成年乳牛，分泌的初乳除喂养小牛犊外，每年尚有几十万吨初乳资源被浪费。为充分利用这部分资源，开发牛初乳新产品。本实验通过研究牛初乳粉的加工工艺，测定牛初乳粉的理化、卫生指标及其矿物质含量，为牛初乳的开发利用提供理论依据。

1 实验

1.1材料与试剂

牛初乳，蔗糖酯，单甘酯，磷酸氢二钠，麦芽糊精。

1.2仪器与设备

RE-52AA旋转蒸发仪，TDL-5-A离心机，DHG-9070A真空冷冻干燥机，KDY-9810凯氏定氮仪，DYY-6C电泳仪，Bro-rid伯乐垂直电泳槽。

1.3方法

1.3.1 工艺流程及操作要点

牛初乳粉的研制的工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

（1）原料收集。牛初乳收集于杀菌后的容器中2～4℃条件下贮存，避免牛初乳在贮存和运输过程中被污染。

（2）室温缓融。在室温条件下自然融化。

（3）过滤除杂。牛初乳经4到6层纱布过滤，除去牛初乳中可见杂质。

（4）离心脱脂。高速离心机转速为4 000 r/min（20 min）离心，除去上层脂肪和下层沉淀，保留中间部分。

（5）初乳稀释。离心脱脂之后样品加入纯净水稀释。

（6）麦芽糊精的添加。在稀释后的初乳中加入适量麦芽糊精，增加成品速溶性。

（7）杀菌。采用低温热杀菌的方式对牛初乳进行杀菌操作，工艺条件为63℃，30 min。

（8）浓缩。浓缩对牛初乳粉成品的速溶性有极大影响，本实验使用旋转蒸发仪对杀菌后的牛初乳进行浓缩，温度控制在40～45℃。

（9）冷冻干燥。真空冷冻干燥牛初乳浓缩液。条件：温度为-42℃，真空度为20～30 Pa，时间为3～4 d；冷冻干燥后超微粉碎制得成品。

1.3.2 牛初乳稀释

牛初乳在杀菌阶段，黏度增大，流动性差，甚至会产生酸奶状凝固，导致杀菌环节无法顺利进行，所以，在杀菌前要对牛初乳进行稀释，以牛初乳感官评分为依据，分别设置水的添加倍数为0，0.5，1.0，1.5，2.0倍的5个样品对牛初乳进行稀释，研究水的最佳添加倍数。

1.3.3 添加剂筛选

牛初乳进行杀菌前，以牛初乳粉速溶性为依据，分别设置添加蔗糖酯、单甘酯、磷酸氢二钠、麦芽糊精的4个牛初乳样品，筛选牛初乳中的添加剂种类。

1.3.4 麦芽糊精添加量的筛选

以牛初乳粉感官评分为依据，分别设置麦芽糊精添加量为1.0%，2.0%，3.0%，4.0%，5.0%，研究麦芽糊精的最佳添加量。

1.3.5 二次通用旋转实验设计

在单因素实验的基础下，选取水的添加倍数，麦芽糊精的添加量2个因素，采用二次通用旋转实验设计进行实验，实验因素水平如表1所示。

表1 二次通用旋转试验因素水平

1.3.6 感官评定

牛初乳粉的感官性状评定根据RHB 602-2005中的相关方法进行。由10名同学组成评定小组，分别从色泽、滋味，气味、组织状态、冲调性，四项指标对牛初乳粉进行打分，采用百分制。其中，色泽、组织状态各占20分，滋味，气味占25分，冲调性占35分。评分结果取平均值，牛初乳粉感官评分标准如表2所示。

1.3.7 理化指标测定方法

表2 感官评分标准

（1）水分质量分数测定根据GB 5009.3-2010中的直接干燥法进行；

（2）脂肪分数测定根据GB 5413.3-2010中的相关方法进行；

（3）蛋白质质量分数测定根据GB 5009.5-2010《食品中蛋白质的含量测定》中的凯氏定氮法，对蛋白质质量分数进行测定；

（4）免疫球蛋白（IgG）测定根据免疫球蛋白含量根据GB 5009.194-2003中的相关方法进行；

（5）复原乳酸度测定根据GB 5413.34-2010中的相关方法进行。

1.3.8 卫生指标测定方法

（1）黄曲霉毒素测定根据GB/T 5009.24—2010相关方法进行；

（2）菌落总数测定根据GB/T4789.2-2010相关方法进行；

（3）大肠杆菌测定根据GB/T 4789.3-2010相关方法进行；

（4）酵母和霉菌测定根据GB/T 4789.15-2010相关方法进行。

1.3.9 牛初乳蛋白质分析

将牛初乳粉成品与牛血清蛋白酶进行SDS-PAGE凝胶电泳，确定牛初乳粉的组成及其相对分子量。

1.3.9.1 制备样品

分别称取0.015 g样品粉末，加1.5 mL超纯水于2 mL离心管中，漩涡振荡3 min使之溶解，离心（8 000 r/ min，2 min），取上清备用。参照Laemmli[12]和郭尧君[13]配制5×电泳缓冲液、固定液(30%甲醇)、染色液（G-250）、脱色液等电泳相关溶液。

1.3.9.2 制备电泳样和凝胶配制

将配置好的样品和上样缓冲液混合，按样品：缓冲液=4∶1的比例配制成1 mL的溶液后摇匀，沸水浴加热10 min制得电泳样，于4℃冰箱保存备用。制备12%分离胶和4%浓缩胶。

1.3.9.3 电泳条件

样品上样量为15 μL，l50 V恒压大约30 min；分离胶电泳条件：120 V恒压大约1 h，等溴酚蓝跑至凝胶底部，关闭电源。

1.3.9.4 胶片处理

依次对电泳胶片进行固定、染色、脱色、利用凝胶成像系统对凝胶拍照拍照分析[14-15]。

2 结果与分析

2.1工艺参数

（1）水的添加倍数对牛初乳的影响，结果如图1所示。

图1 水的添加倍数对牛初乳的影响

由图1可以看出，当水的添加倍数不同时，牛初乳的感官评分也不同，当水的添加倍数为1倍时，牛初乳的感官评分最高，因此，选择水的添加倍数为1倍作为最好的稀释水平。

（2）配料的筛选。确定牛初乳最佳添加剂结果如表3所示。

852 Application of deep learning technology in disease diagnosis

表3 不同添加剂及添加量

在此次实验中，运用了4种不同的添加剂，根据相关标准，以相同的添加量加入牛初乳中，经过杀菌，浓缩，冷冻干燥，得到成品后，根据牛初乳粉的速溶性选择适合添加入牛初乳中的添加剂类型，从表中可看出，最适合添加入牛初乳中的添加剂为麦芽糊精，加入麦芽糊精的4号样品，牛初乳粉速溶性及冲调后的状态与其他四种相比，相对较好，所以选择麦芽糊精为最终添加入牛初乳中的添加剂。

（3）麦芽糊精添加。麦芽糊精具体添加量由牛初乳粉感官评定的相关指标进行确认，相关内容于表4与图2中。

表4 麦芽糊精添加量

由表4可以看出，添加了不同量的麦芽糊精的牛初乳粉，其成粉后的速溶性有所不同，添加1%的麦芽糊精时，牛初乳粉的溶解速度慢，在添加量为3%时，牛初乳粉的速溶性好，而添加量为5%时，牛初乳粉的速溶性变差，所以综合考虑，可以选择麦芽糊精的添加量为3%。

图2 麦芽糊精添加量对牛初乳粉的影响

由图2可以看出，麦芽糊精的添加量为3%时，牛初乳粉的色泽、质地和口感均令人满意，感官综合评分最高，为90分。麦芽糊精的添加量为1%时，牛初乳粉的感官评分最低，为65分。麦芽糊精的添加量为4%时，麦芽糊精的感官评分居中，为80分。因此，综合考虑，应取麦芽糊精的量为3%。

2.2二次通用实验结果

2.2.1 实验设计与结果

牛初乳粉的二次通用旋转组合试验方案及结果如表5所示。

表5 二次通用旋转组合实验方案及结果

根据多项式回归方程，按照13个试验结果计算出所拟合的回归方程的各项系数，从而得到如下的二次回归模型：Y=83.39000-3.66625X12-3.66875X22。

2.2.2 方程方差

实验结果方差分析如表6所示。

表6 试验结果方差分析

根据实验结果进行方差分析。由表8可以看出，该回归模型达到显著水平（P＜0.05），说明方程与实际情况拟合良好，能够反映感官评分与水的添加倍数、麦芽糊精的添加量的关系。

2.2.3 变量轮换直接寻优

根据已建立的数学模型，在－1.414≤Xi≤1.414（i＝1、2）范围内，每个因素取5个水平（±1.414、±1、0），对52=25个方案进行统计寻优，在试验范围内可得感官评分最高值为83.39，此时各因素取值为：X1=0，X2= 0，对应水的添加倍数1，麦芽糊精的添加量为3%。

2.2.4 频率分析及统计寻优

对不同设计水平条件下的组合进行模拟试验，以均值78.88为临界值，获得大于临界值的方案5个，各变量取值的频率分布如表7所示。

表7 优化提取方案中Xi取值频率分布

由表7可以看出，在95%的置信区间感官评分大于78.88的优化方案为：水的添加倍数0.723～1.277、麦芽糊精的添加量2.446～3.554。为了贴近实际的生产，可将优化方案定为：水的添加倍数为1倍、麦芽糊精的添加量为2.5%。

2.3产品质量

2.3.1 感官指标

选取最佳工艺制作的牛初乳粉进行感官评定，从色泽、组织状态、滋味，气味、冲调性四项指标对牛初乳粉进行打分，综合得分82.8分，感官接受度较高，产品色泽呈均匀一致的浅黄色或乳黄色；组织状态呈均匀一致细小结晶状，无结块，无肉眼可见杂质；具有浓郁的奶香味；冲调性较好，润湿下沉快，冲调后无团块，无沉淀。

2.3.2 理化、卫生指标

相关理化和卫生指标结果如表8所示；矿物质指标结果如表9所示。

表8 理化和卫生指标

表9 矿物质质量分数

由表8可以看出，本研究生产的牛初乳粉理化和卫生指标均符合RHB 602-2005标准。其中蛋白质是牛初乳粉的主要营养成分，约占牛初乳粉总量的75%，其质量分数远远高于常乳；牛乳中富含乳糖质量分数可达5.0%，不适合乳糖不耐症和糖尿病患者食用，而牛初乳中乳糖较少，约占2.7%，可作为保健食品的初乳原料有效减低乳糖过敏症状发生[17-18]；粗脂肪质量分数为1.10%，说明采用的牛初乳生产中高速离心能有效去除脂肪；水分质量分数2.34%，远低于行业标准要求（5%）；复原乳酸度为16.8°T，低于行业标准规定的50°T的上限。由卫生指标的检测可知，菌落总数变化范围广，在生产过程中需加强质量控制。

初乳是哺乳新生幼仔主要的营养物质。研究表明：牛初乳中含有23种矿物质，含量远高于常乳，主要矿物质包括钙、镁、钾、纳、锰、铁、铜、钴等，为人体所必需的营养元素；矿物质用来构成人体骨胳和牙齿，参与人体肌肉的活动，维持体液的储备和酸碱平衡，是血液的组成成分之一。其中，奶制品是钙的主要来源，参与骨骼的构成，调节神经、肌肉组织的能量代谢，触发肌肉收缩和神经兴奋以及参与多种酶类的激活作用。由表9可以看出，本研究生产的牛初乳粉钙质量分数高达（7 962±103）mg/kg，钾质量分数达（4 451±206）mg/kg，钠质量分数（3 024±87）mg/kg，镁质量分数达（1 326±20）mg/kg。

2.3.3 免疫球蛋白质量分数

牛初乳免疫球蛋白质量分数信息如表10所示。

表10 免疫球蛋白质量分数 %

免疫球蛋白是牛初乳和常乳中具有免疫活性的重要组分，是一类具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白，对病毒、细菌及真菌感染具较好的防治作用。由表10可以看出，实验得到牛初乳粉中免疫球蛋白质量分数为33.69%±1.80%，马智伟等人[12]对市面上3种牛初乳粉和一种自制牛初乳粉样品中免疫球蛋白质量分数进行测定分别为20.89%，23.25%，22.45%，44.94%；可以得出本研究生产的牛初乳粉免疫球蛋白质量分数高于市场的其他几种产品，同时RHB602-2005要求牛初乳粉中免疫球蛋白质量分数≥10%，本研究生产的牛初乳粉免疫球蛋白质量分数远高于行业标准。说明本研究所采用的工艺存在一定优势。

2.4蛋白质分析

电泳结果如图3所示。图3中，条带1为标准品；2为牛血清蛋白；3为牛初乳蛋白。

图3 电泳结果

牛初乳中的蛋白大致可以分为两类：酪蛋白和乳清蛋白；酪蛋白包括α-酪蛋白、β-酪蛋白、γ-酪蛋白，乳清蛋白包括血清蛋白、β-乳球蛋白、α-乳清蛋白、免疫球蛋白等；牛血清白蛋白（BSA），是牛血清中的一种球蛋白，包含583个氨基酸残基，分子量为66.43 ku，从电泳图条带1可以看到牛血清白蛋白反映了其基本组成和分子量。将样品与标准蛋白质谱带对比，电泳条带2显示牛初乳主要由3种蛋白组成，相对分子量大约在58，25，15 ku。

3 结论

（1）本研究得到制作牛初乳粉的最佳工艺为：牛初乳→过滤除杂→离心脱脂→稀释→添加麦芽糊精→巴氏杀菌→真空浓缩→真空冷冻干燥→成品；利用二次通用旋转试验优化水的最佳添加倍数为牛初乳体积的1.0倍，麦芽糊精的最佳添加量为稀释后牛初乳体积的2.5%；生产的牛初乳粉理化项指标为：水分2.34%；蛋白质74.70%，脂肪1.10%（均为质量分数）；矿物质含量丰富，其中钙质量分数高达7 962 mg/kg。

（2）利用SDS-PAGE电泳分离了牛初乳粉中3种主要蛋白质，相对分子量大约在58，25，15 ku；免疫球蛋白质量分数为33.69%±1.80%；通过对牛初乳粉加工工艺及理化、卫生指标的测定为牛初乳的开发利用提供了科学依据。

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Development on bovine colostrum powder

ZHAO Cunchao1a,ZHAO Yingping1a,TAO Liang1b,GAO Hang2,YANG Yang2,HUANG Aixiang1a
(1.Yunnan Agricultural University a.College of Food Science and Technology,b.College of Plant Protection,Kunming 650201,China;2.Kunming Xuelan Dairy Co.,Ltd,Kunming 650217,China)

Using the bovine colostrum as the main material,we optimized the formula of bovine colostrum powder by quadratic general rotary and analyzed its physical and chemical,immune globulin indexes and main protein molecular weight.Using SDS-PAGE electrophoresis, three main protein were separated.Results show that the bovine colostrum powder is rich in protein,minerals and immune globulin and it has high value for development.

Bovine colostrum;processing technology;quadratic general rotary;immunoglobulin;milk protein

TS252.59

A

1001-2230（2017）02-0017-05

2016-07-29

云南省现代农业奶牛产业技术体系乳品加工质量安全建设项目(2016KJTX008)；云南省高校食品加工与安全控制重点实验室(云教科[2014]16号)；云岭产业技术领军人才(云发改人事[2014]1782号)；功能性奶粉产品关键技术研究与产业化开发(2014ZA005)。

赵存朝(1990-)，男，硕士研究生，研究方向为乳品科学。

黄艾祥