乳清蛋白
从牛奶中提取的一种蛋白质
乳清蛋白,英文名称:lactalbumin;lactoalbumin,被称为蛋白之王,是从牛奶中提取的一种蛋白质
简介
  乳清蛋白质是指溶解分散在乳清中的蛋白,约占乳蛋白质的18%~20%,可分为热稳定和热不稳定乳清蛋白两部分。乳清液在pH=4.6~4.7时煮沸20min,发生沉淀的一类蛋白质是热不稳定的乳清蛋白,主要包括乳白蛋白和乳球蛋白;而不沉淀的蛋白质属于热稳定蛋白,这类蛋白约占乳清蛋白质的19%。在中性乳清中加饱和硫酸铵或饱和硫酸镁盐析出时,呈溶解状态而不析出的蛋白质为乳白蛋白,能析出而不呈溶解状态的则属于乳球蛋白。
工业来源
乳清蛋白是采用先进工艺从牛奶分离提取出来的珍贵蛋白质,以其纯度高、吸收率高、氨基酸组成最合理等诸多优势被推为“分离乳清蛋白粉”。乳清蛋白具有高生物价、高消化率、高蛋白质功效比和高利用率,是蛋白质中的精品等特点,是公认的人体优质蛋白质补充剂之一。牛奶的组成中87%是水,13%是乳固体。而在乳固体中27%是乳蛋白质,乳蛋白质中只有20%是乳清蛋白,其余80%都是酪蛋白,因此乳清蛋白在牛奶中的含量仅为0.7%。
营养特点
首先,在各种蛋白质中,乳清蛋白的营养价值是最高的。一般而言,必需氨基酸种类和含量齐全并能提供人体需要的蛋白质可以称为优质蛋白质,也叫完全蛋白质。这里提到了必需氨基酸的概念,必需氨基酸是指人体必需但自身不能合成,必须从食物中摄取的氨基酸。在植物蛋白质中只有大豆蛋白属于完全蛋白质,而大豆蛋白缺少甲硫氨酸,需与谷类互补,且大豆蛋白在吸收上不及优质的动物蛋白。乳清蛋白属于优质的完全蛋白质,也是动物性蛋白。
第二,乳清蛋白较易被消化吸收,母乳中乳清蛋白含60%,酪蛋白含40%,故喝母乳的婴儿粪便较软,量也较少。
第三,乳清蛋白中脂肪、乳糖含量低,但它含有β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、免疫球蛋白,还有其他多种活性成分。
发展前景
发展
我国分离、制备乳清分离蛋白始于十多年前,当时采用的技术主要是膜技术。而美国早在1990年就已采用离子交换法从乳清中分离乳清蛋白。此外,生物选择吸附、亲和色谱提纯法及反相胶束萃取法等都是开发的新的分离乳清蛋白成分的方法。
目前我国尚没有具有自主知识产权的乳清蛋白综合利用技术,而国外技术受专利保护,这严重制约了我国乳清蛋白资源的开发利用及乳品工业的可持续发展。据了解,我国每年仍需进口大量脱盐乳清粉、乳清浓缩蛋白、乳清分离蛋白和乳糖等乳清制品用于配方食品、糖果生产和冰淇淋配料,其花费巨大。
前景
我国人民的平均生活水平较低,蛋白质的摄入量尤其是动物蛋白的摄入量还在亚洲地区的平均水平以下。如何调整我国人民的膳食结构,增加蛋白质尤其是优质动物性蛋白质的摄入量已迫切地摆在我国食品科技工作者面前。将乳清蛋白引入我国人民的日常饮食,不失为一个较好的解决方法。到了21世纪,从小保持饮奶习惯的新一代人,每日的食品类消费性支出中乳清蛋白等奶制品比例将加大。如果按每人年均消费2kg乳清蛋白来计算,则2030年16亿人口所需乳清蛋白量将为320万t。
我国乳清蛋白市场以每年两位数的增长速度迅速发展。我国乳清蛋白市场规模接近50亿元。尽管医疗机构大力提倡母乳喂养,乳清蛋白食用量还是呈现上升趋势。主要是职业母亲数量增加,断奶时间提前等因素。特别随着生活水平提高,幼儿持续饮用奶粉时间延长到学龄前的情况在增加。因此未来婴幼儿用乳清蛋白数量和比例还将呈现刚性增长,预计年增长幅度在5%左右。
技术成果
国外乳品工业中已经研制运用超滤技术来制作“预干酪”和乳清浓缩物。与传统的蒸发浓缩相比,膜技术不仅能减少加热引起的蛋白质变性,而且在产品提纯方面具有明显优势。在美国大约三分之二的乳清直接喷雾干燥成粉或制成浓缩物,其余三分之一乳清做进一步处理,加工成其他乳清产品,如脱盐乳清粉,低乳糖乳清粉、高乳糖乳清粉、乳糖、乳清浓缩蛋白和乳清分离蛋白等。
美国乳清工业是乳清蛋白技术开发和应用的先驱。先进的技术和巨大的研发投资使美国乳清工业将产品生产线从基本的乳清粉扩展到多种高价值产品,包括乳清浓缩蛋白(蛋白质含量在34%到80%之间),乳清分离蛋白(蛋白质含量超过90%),和脱盐乳清等。
乳清中分离、制备乳清分离蛋白技术的研究开始于十多年前,主要采用膜技术。国外早在1990年就采用离子交换法从乳清中分离乳清蛋白。此外,生物选择吸附、亲和色谱提纯法及反相胶束萃取法等都是新开发的分离乳清蛋白成分的方法。
膜分离技术。研究者使用层析膜完成了蛋白分离,此过程着重于离子交换和亲和膜,采用具有吸收性质的微过滤器(不同于传统的过滤和过筛)。层析膜一般是聚合物,由醋酸纤维素或二聚乙二烯构成。这种多孔的膜材料在内表面有离子交换基,可形成微孔直径为0.1μm的一个平板或中空纤维,这样大小的孔可以使杂质分离。离子交换基通过吸附来捕获目标蛋白质分子,当目标蛋白质分子流过膜壁时,膜内部的离子交换基就会捕获它。该膜首先要用一种缓冲溶液清洗,然后再用一种可调节pH值的盐溶液来分离蛋白。已开发了相关工艺设备和产品,并不断有膜处理改进技术的报道。
吸附分离法。直到现在,分离乳清蛋白最常用的方法是非专一性超滤离子交换,这种方法可以生产蛋白质混合物,即乳清浓缩蛋白或乳清分离蛋白。但这个过程也有一定的局限性,例如它不能分离出特定的天然乳清蛋白成分,如β-乳球蛋白(β-LG)。因为天然的β-乳球蛋白易与脂溶性营养素如VA、VD、VK结合,所以这种蛋白是在液态奶中强化维生素最理想的物质。研究者们正在开发一种通过生物选择吸附分离乳清蛋白的技术,这项技术可以成功地分离出天然β-乳球蛋白完成这种特定蛋白分离所使用的关键材料是将化合物视黄醛固定在Celite上。β-LG有结合小疏水分子的能力,这样就使得材料表面有益于β-LG吸附。β-LG的结合也取决于pH值和离子强度,因此,仅仅通过调节pH值就可以完成吸附和解吸过程,但这种方法相对来说成本过高。
亲和色谱提纯法。在分离实验中,神经节脂最初被混合乳清蛋白溶液所加载,用乙酸钠磷酸盐缓冲溶液(在特定pH值条件下)清洗装置后,完成乳铁蛋白和转铁蛋白的回收。神经节苷脂色谱柱可回收高于74%的转铁蛋白,同时可从最初的乳清浓缩蛋白或乳清分离蛋白中提取至少40%的乳铁蛋白。神经节苷脂亲和色谱法与其他类似方法相比有几个优点:它可以用未处理过的乳清浓缩蛋白或分离蛋白进行分离;固定的神经节苷脂色谱柱可重复使用12个月,不会降低结合乳铁蛋白的能力;装置很容易用乙醇尿素或高浓度盐中和剂清洗。
产品分类
随着产品技术的不断开发和蛋白产品竞争的日趋激烈,乳清蛋白产品也逐步走向了多样化,市场上已出现了浓缩乳清蛋白、分离乳清蛋白以及添加了蛋白肽类的乳清蛋白产品等。
1、浓缩乳清蛋白(WPC)
将乳清直接烘干后,可得到乳清粉末,其中的乳清蛋白极低,一般为百分之十几,不超过百分之三十。乳清经过澄清、超滤、干燥等过程后得到的产物就是浓缩乳清蛋白。过滤程度的不同可以得到蛋白浓度从34-80%不等的产品。
2、分离乳清蛋白(WPI)
分离乳清蛋白是在浓缩乳清蛋白的基础上经过进一步的工艺处理得到的高纯度乳清蛋白,纯度可达90%以上。其价格昂贵,是浓缩乳清蛋白的2-3倍。分离乳清蛋白的真正妙处在于它的营养价值,它拥有高含量的优质蛋白。此外,分离乳清蛋白所含有的生物活性化合物如α-乳白蛋白和β-乳球蛋白、乳铁蛋白以及免疫球蛋白,都为市场注入了新鲜的活力。
3、乳清蛋白肽
乳清蛋白肽是乳清蛋白的水解产物,是乳清蛋白的精华。
辨别选购
因乳清蛋白的作用已被广泛认可,使用者越来越多,市场上便一下子冒出了很多乳清蛋白产品,但其中相当一部分是“挂羊头卖狗肉”——用低价蛋白或貌似乳清蛋白的物质冒充乳清蛋白,来卖高价。比如,用大豆蛋白鸡蛋蛋白等低价蛋白冒充乳清蛋白、用面粉、普通奶粉或者动物饲料乳清粉等外观近似的物质冒充乳清蛋白、也有用蛋白含量为34%的乳清蛋白冒充蛋白含量为80%的乳清蛋白……。假乳清蛋白一般会添加很多香料——既掩盖假原料本身特有的味道,又可用来解释为什么呈现不出乳清蛋白特有的风味,还可以取悦单纯追求口感的消费者。
其实,要做一个聪明的消费者也很简单,你只要掌握以下几个小窍门,就可大大减少上当受骗的机会:
(1)根据以上权威机构的描述做性状方面的比较;
(2)选择正确的参照物做比较。
(3)送去卫生防疫站、科研机构、技术监督局等有条件做蛋白质含量测定的单位做营养指标的测定;
(4)民间土法:用开水冲。大豆蛋白根据蛋白的用途不同溶解速度不同,但是都不可能用开水冲之后迅速溶解,都会有许多颗粒,颗粒呈中心有干粉,颗粒颜色为淡黄色,接近乳白色,没有乳清蛋白颜色白,而且没有乳清蛋白溶解的快;乳清蛋白用开水冲后,会出现许多絮状和粒状的白色物体;
(5)咨询该产品的厂家或正规代理商,确认购买处的身份,甚至将有疑问的产品寄到原厂进行鉴定;
(6)选择上市时间长的品牌及实力强的公司,最好在国内有工厂或正规注册的分支机构,这样他们才会受到更有效的约束,处理投诉、索赔等纠纷也才能找到真正的主体。
主要成分
β-乳球蛋白
具备最佳的氨基酸比例,支链氨基酸含量极高。
α-乳白蛋白
必需氨基酸和支链氨基酸的极好来源,也是唯一能与金属元素和钙元素结合的乳清蛋白成分。
具有免疫活性。
作为乳清蛋白特有的一种蛋白质组分,乳铁蛋白(铁传递蛋白的一种)的一个重要功能是使血液中的细胞结合铁。
应用
在食品工业中,由于乳清蛋白具有很多独特的功能特性(如溶解性、持水性-吸水性、成胶性、粘合性、弹性、搅打起泡性和乳化性等)合理利用这些功能特性能够使食品的品质大大改善,因此也得到了广泛的应用。
冷冻食品
如在冷饮冰淇淋生产中,它作为廉价的蛋白质来源,也可用于替代脱脂乳粉降低产品的成本。它良好的乳化性,对冰淇淋混合料体系的粘度、凝冻性非常有益,尤其在低脂产品中更可大幅度改良口感、质地,在高级冰淇淋中不仅是奶粉的优良替代品,而且赋予冰淇淋非常清新的乳香味。
焙烤食品
如面包、甜饼曲奇等生产中可利用乳清蛋白,增大面包的体积,提高水分含量,使面包更加柔软,特别是添加含钙量低的乳清浓缩蛋白,这一效果尤为突出。在蛋糕体系中,利用WPC代替鸡蛋,可以提高蛋白糊的硬度和粘度,因此就可以防止膨松剂产生的CO2逸出。在曲奇和软质曲奇加工中,WPC除可作为鸡蛋的替代物外,它还用于改善全脂和低脂曲奇的颜色和咀嚼性,是一种非常经济的乳固体来源。
发酵乳制品
乳清蛋白还应用于酸奶等发酵乳制品的生产中,常用的低盐乳清蛋白不但不会影响发酵和风味,而且起到一个很好的作用,即在保质期内可以减缓酸奶的分层和乳清的析出。
肉类制品
添加乳清蛋白能促进肉中蛋白质与水结合,还能帮助肉类制品形成胶态和再成形。在火腿肠中加入含蛋白质10%以上的乳清溶液,能控制水分和脂肪的损失,防止在烹调时增加烹调后肉制品的重量和风味。在香肠中加入乳清蛋白可帮助其中脂肪乳化,防止脂肪分离和聚集。
有关知识
要衡量一种食物蛋白质的营养价值,可以从以下4个方面来进行比较:
①蛋白质含量
食物中蛋白质含量的多少,是衡量和评定一种食物蛋白质营养价值的基础。
②蛋白质的生物效价
指食物蛋白质经人体消化吸收后,在机体内被利用的程度。鸡蛋是众所周知蛋白质价值极高的食品.其蛋白质的氨基酸组成最接近人体需要,因此通常我们用鸡蛋中蛋白质的各项指标来作为评判食物中蛋白质优劣的标准:例如表1中鸡蛋的生物效价定为100,而乳清蛋白的生物效价高达104,高于鸡蛋的营养价值。
③蛋白质的功效比
通俗的来说,就是用来衡量你吃进去的蛋白质里有多少可以转化为你身体组织的一部分。功效比越大,转化率越高,营养价值越高。
蛋白质的氨基酸模式
人体蛋白质及食物蛋白质必需氨基酸种类和含量有差异,营养学用氨基酸模式来表示这种差异。所谓氨基酸模式是指某种蛋白质中各种必需氨基酸的构成比例。食物蛋白质氨基酸模式与人体蛋白质越接近时,必需氨基酸利用程度越高,食物蛋白质营养价值也相对越高。
参考资料
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