熱處理對牛初乳理化性質和功能性蛋白的影響

劉麗平，張志立，杜傳來

1 安徽科技學院，安徽滁州 2331002 現代牧業（五河）有限公司，安徽蚌埠 233300

0 引言

牛初乳是母牛分娩后最初幾天乳房分泌的乳汁，其含有豐富的營養物質和活性成分，對動物機體和人類健康方面具有重要的作用，如免疫調節、生長發育調節、腸道健康調節以及延緩衰老等多種保健作用[1，2]，因此，常用作功能性食品基料，用于生產功能性食品和保健品。

牛初乳與常乳理化性質和功能特性差異很大，初乳黏度和相對密度均顯著高于常乳，初乳中含有更多的總固體、脂肪、蛋白質、礦物質和維生素等，同時又含有種類和數量更多的生物活性成分，如乳鐵蛋白、免疫球蛋白和生長因子等[3]，因此，對熱處理條件要求更高。從衛生安全的角度考慮，需要提高初乳加工的熱處理強度，盡可能地殺滅病原微生物，保證初乳食品安全；但是，從生物活性和功能特性角度考慮，需要降低其加工的熱處理強度，以盡可能地減少活性物質損失，保持初乳的功能特性[4]。因此，研究熱處理條件對初乳理化性質和功能特性的影響，對于控制牛初乳熱處理工藝參數，加工和開發牛初乳相關產品具有重要的意義。本研究分析了7 種不同熱處理條件對牛初乳成分、理化性質和功能蛋白的影響，以期為牛初乳的開發應用提供更為詳實的數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

牛初乳樣品：采自于安徽某牧場，荷斯坦牛分娩后6 h內收集初乳用于后續試驗。

1.2 試驗方法

1.2.1 熱處理試驗設計

本研究所用的熱處理條件設置如下：55 ℃/30 min、55 ℃/60 min、60 ℃/30 min、60 ℃/60 min、63 ℃/30 min、63 ℃/60 min和72 ℃/15 s。從牧場取回的新鮮牛初乳迅速送回實驗室，按照上述條件分別進行加熱處理，熱處理結束后在冰浴中迅速冷卻，取樣進行后續指標的測定。每個處理條件至少4 個樣品重復。

1.2.2 初乳理化指標檢測

采用乳成分分析儀（MilkoScan FT1，FOSS，丹麥）進行初乳理化指標檢測，包括乳脂、乳蛋白、乳糖、總固體含量、密度、非脂固形物（SNF）、總固形物（TS）、檸檬酸、蔗糖、尿素、酪蛋白等指標。

1.2.3 菌落總數

1.2.1中不同加熱處理得到的初乳樣品分別進行1∶10、1∶100和1∶1000倍數稀釋，并按照GB 4789.2—2016[5]中規定的方法進行菌落總數檢測和數據記錄。

1.2.4 大腸菌群計數

1.2.1中不同加熱處理得到的初乳樣品分別進行1:10、1:100和1:1000倍數稀釋，并按照GB 4789.3—2016[6]中規定的方法進行大腸菌群數檢測和數據記錄。

1.2.5 金黃色葡萄球菌

1.2.1中不同加熱處理得到的初乳樣品分別按照GB 4789.10—2016[7]中規定的方法進行檢測和結果記錄。

1.2.6 功能性蛋白

初乳中功能性蛋白，如乳鐵蛋白、免疫球蛋白（IgG）和堿性磷酸酶均使用酶聯免疫（ELISA）試劑盒，按照說明書要求進行檢測。

1.3 數據統計與分析

各指標原始數據通過Microsoft Office Excel 2016進行簡單整理，數據以“平均值±標準誤差”表示，采用SAS 9.1軟件進行統計學分析，利用ANOVA進行方差分析，P＜ 0.05表示統計學上差異顯著。

2 結果

2.1 熱處理條件對初乳物理指標的影響

牛初乳經過不同熱處理加工后物理性狀采用乳成分分析儀進行了分析，從外觀上看，由圖1可以看出，牛初乳在53 ℃、55 ℃和60 ℃分別處理30 min和60 min沒有顯著變化，但是在63 ℃條件下處理30 min和60 min，以及在72 ℃條件下處理15 s，出現明顯的蛋白凝塊。物理指標方面，由圖1可以看出，牛初乳經53 ℃、55 ℃和60 ℃分別處理30 min和60 min，密度和酸度沒有顯著變化；經60 ℃處理30 min和60 min后，盡管沒有顯著差異，密度和酸度有下降的趨勢；經72 ℃處理15 s后，密度和酸度顯著下降（P＜ 0.05）。

圖1 熱處理對初乳物理指標的影響

2.2 熱處理對牛初乳化學指標的影響

由圖2可以看出，熱處理條件如55 ℃/30 min、55 ℃/60 min和60 ℃/30 min、60 ℃/60 min對牛初乳的乳脂肪、乳蛋白、SNF、TS、乳糖、低乳糖、檸檬酸、酪蛋白和尿素水平均無顯著影響；63 ℃/30 min和63 ℃/60 min處理條件對乳脂肪、乳糖和低乳糖含量沒有顯著影響，對乳蛋白、SNF、TS、檸檬酸、酪蛋白和尿素水平影響雖不顯著，但是有使上述指標下降的趨勢；72 ℃/15 s的熱處理條件對乳脂肪、乳糖和低乳糖水平無影響，但卻導致乳蛋白、SNF、TS、檸檬酸、酪蛋白和尿素水平顯著降低（P＜ 0.05）。

圖2 熱處理對初乳化學成分的影響

2.3 熱處理對初乳菌落數量的影響

由表1可以看出，初乳中菌落總數為6.99×104CFU/mL，經過本試驗熱處理后菌落數顯著將降低；初乳和不同熱處理之后乳樣品中大腸菌群數均小于1 CFU/mL；所有樣品，包括初乳和加工之后的乳樣品，均無金黃色葡萄球菌檢出。

表1 熱處理對初乳微生物菌落數的影響

2.4 熱處理對初乳功能性蛋白的影響

由圖3可以看出，免疫球蛋白IgG方面，55 ℃/30 min、55 ℃/60 min、60 ℃/30 min、60 ℃/60 min、63 ℃/30 min、63 ℃/60 min和72 ℃/15 s等熱處理條件均顯著降低牛初乳中IgG水平（P＜ 0.05），不同處理條件之間雖沒有顯著差異，但是從數值上來看，63 ℃/30 min、63 ℃/60 min和72 ℃/15 s等熱處理之后的牛初乳中IgG水平略低于55 ℃/30 min、55 ℃/60 min、60 ℃/30 min和60 ℃/60 min等處理后牛初乳中相應的IgG水平；乳鐵蛋白方面，由圖3可以看出，本研究中涉及的熱處理條件對牛初乳中乳鐵蛋白含量沒有影響，但是，從數值上來看，與未加工的牛初乳相比，72 ℃/15 s處理后乳鐵蛋白含量數值較低。

圖3 熱處理對功能蛋白的影響

3 討論與分析

牛初乳由于其獨特的營養價值和生理調節功能，被用于功能性食品和保健品的加工和開發中[8，9]。但是，由于其理化性質不同于常乳，一般的常乳加工方式并不適用于初乳加工。因此，本研究系統地探究了不同熱處理條件對牛初乳理化指標和功能性蛋白的影響，同時，考慮到加工乳的衛生安全，同時檢測了微生物菌落數的變化。

目前已知，傳統的巴氏殺菌熱處理工藝（62.5～73 ℃）會使初乳結塊、產生臭味等不良結果[10]。國外學者發現，60 ℃條件下加熱60 min，初乳黏度不變，進一步延長加熱時間至180 min，初乳中免疫蛋白無變性和結塊現象，但是當加熱到63 ℃時，無論時間長短，初乳的黏度都顯著增加[11]，這與本研究結果比較一致，本研究發現當處理溫度達到63℃及以上時（63 ℃/30 min、63 ℃/60 min和72 ℃/15 s），牛初乳會出現明顯的結塊現象。這可能是因為熱處理會降低牛奶中乳清蛋白的溶解度，隨著加熱溫度的升高，乳清蛋白逐漸析出[12]。此外，牛初乳中蛋白質和脂肪含量較高，分別可達到常乳的2 倍和5 倍之高，同時，初乳中鈣、磷、鎂和鋅等含量分別可高達1700 mg/kg、1800 mg/kg、500 mg/kg和20 mg/kg，因此，在熱處理的過程中更容易導致蛋白質變性，出現結塊、黏度增大現象[10，13]。與此相對應地，本研究發現，初乳在經過72 ℃/15 s后乳蛋白、SNF、TS、檸檬酸、酪蛋白和尿素水平顯著降低，63 ℃/30 min和63 ℃/60 min處理條件對上述指標影響雖不顯著，但有下降趨勢，說明牛初乳加工溫度達到63 ℃會發生理化方面的損傷。因此，牛初乳的加工條件一定要比常乳熱加工強度更加溫和，加熱溫度應控制在63 ℃以下。

降低初乳的熱加工強度除了要避免結塊、臭味等不良結果，更多地還是要考慮初乳的功能特性。初乳中富含免疫球蛋白，其中含量最高的是IgG，總免疫球蛋白的90%左右，此外，初乳中的乳鐵蛋白含量也高達初乳中的50～100 倍[14]。初乳中IgG和乳鐵蛋白的含量很大程度上可以代表初乳的功能特性。本研究發現，55 ℃/30 min、55 ℃/60 min、60 ℃/30 min、60 ℃/60 min、63 ℃/30 min、63 ℃/60 min和72 ℃/15 s等熱處理條件均顯著降低牛初乳中IgG水平。與本研究結果類似，程金波等[15]研究發現，55 ℃的牛奶預熱加工方式顯著降低常乳中IgG水平，但是Elizondo-Salazar等[11]和Mainer等[16]發現60 ℃/30 min并不影響牛初乳中IgG水平，不過，Elizondo-Salazar等[11]進一步延長加熱時間發現，60 ℃/90 min可以顯著降低IgG1的水平[11]。目前比較一致的是，許多研究都發現，72 ℃/15 s的常見巴氏殺菌處理條件降低l 乳制品中IgG水平[17～20]。與IgG相比，乳鐵蛋白穩定性略高，本研究所用熱處理條件對初乳中乳鐵蛋白水平影響不顯著。與之一致的是，Dupont等[21]用Elisa法發現巴氏殺菌處理對常乳中乳鐵蛋白含量沒有影響，但是，Chen等[22]研究72.5 ℃/15 s處理導致超過40%的乳鐵蛋白損失，這可能與檢測方法有關，其檢測的是未變性的乳鐵蛋白形式，可能更能準確地反應乳鐵蛋白的損失情況[22]。因此，對于初乳的開發與加工，需要結合生產目的進行加工工藝參數的控制。

從理化性質和功能特性角度出發，都應盡可能的降低熱處理的強度，但是，為了保證初乳的衛生安全，又應保證一定的熱處理強度，本研究對不同熱處理條件下初乳的微生物菌落數進行的統計，結果發現，本研究所用熱處理條件均顯著降低了菌落總數，使菌落總數、大腸菌群數和金黃色葡萄球菌數控制在國家標準范圍內，并達到了優質乳的要求，這與前人的研究結果類似，在熱處理強度大于57 ℃/90 min時，可有效地控制初乳中菌落總數和病原菌的數量[11，23]。

4 結論

本研究發現，熱處理條件如63 ℃/30 min和60 min，以及在72 ℃/15 s，初乳出現明顯的蛋白凝塊；72 ℃處理15 s后顯著影響初乳的理化特性。本研究所有熱處理條件均顯著降低菌落總數，有效控制大腸菌群和金黃色葡萄球菌數；經本研究設置的熱處理后初乳中IgG水平顯著降低，乳鐵蛋白含量不受影響。綜上考慮，建議初乳熱加工溫度控制在63 ℃以下，并根據生產目的有針對性地控制熱加工參數。