乳脂肪球膜的技术特性与分离方法

乳脂肪球膜在奶酪、奶酪乳清、奶油以及干酪中的含量都很丰富。奶油中的乳脂肪球会被浓缩。在奶油的生产过程中，乳脂肪球会被机械打碎。这一过程使得水包油乳化液不稳定，分成两相：脂肪粒以及富含乳脂肪球膜的水相。水相是我们传统上称之为的酪乳，这与市售发酵产品在组成上有差异。工业化生产奶油的副产品富含乳脂肪球膜。图7-3表明了酪乳中的乳脂肪球膜片段以及酪蛋白胶束。

人们对乳脂肪球膜各组分的营养价值认识日益增加，这也使得许多研究致力于从酪乳中萃取和生产乳脂肪球膜。从其他乳成分中获得乳脂肪球膜的工艺也已经设计出来了。这样做的主要目的是利用它们的生物活性并作为功能性食品配料。不同来源以及不同工艺获得的产品的组分差异还不完全明了。但是，充分理解不同加工方法是如何影响加工出来的乳脂肪球膜的组成，这可能生产出独特功能的组分，并且能够提升酪乳作为食品配料的价值。

（一）加工工艺对乳脂肪球膜的组成及功能特性的影响

图7-3 酪乳经过处理后收集的乳脂肪球膜电子显微镜照片

环境、动物或人为因素、乳的处理和加工过程等都可能引起包围在乳脂肪球周围的膜结构和成分的变化。影响乳脂肪球膜的因素大致可以分为三类即：生理学因素，包括奶牛的饲料、品种、脂肪球大小及哺乳期阶段；物理及机械因素，主要存在于挤奶过程中以及之后的加工过程，如成熟、搅动、气泡、离心、热处理、以及化学或酶因素等。

1. 搅打、冷却及成熟

挤出的牛乳会经历从农场奶罐泵入奶罐车的输送过程，该步骤会对乳脂肪球膜造成进一步的破坏。但只有在剪切强度足够高的条件下，乳脂肪球膜才会受到明显影响，而且大脂肪球受到的影响程度更大。多个加工步骤都会向牛乳内引入空气，造成乳表面形成气泡，从而显著降低乳脂肪球膜的稳定性。脂肪球的性质影响产品的起泡性和掼打性（或称搅打性），也对产品的黏度和颜色等产生影响。当脂肪球和气泡接触时，乳脂肪球膜很容易破裂，进而造成膜物质、脂质内核在空气-乳清两相交界面扩散并释放进乳清。

冷却对乳脂肪球的稳定性有一定的影响。研究者让牛乳在4℃下冷藏，得出冷藏的时间影响乳脂肪球膜的结构，从而导致膜在分离过程中更容易被破坏。这种乳脂肪球膜稳定性的降低可能是由于乳脂肪球膜上一些特定蛋白质的缺失造成的。新鲜牛乳在8℃的条件下冷藏96h会导致乳脂肪球膜上10%的磷脂损失，但是不会减少5′-核苷酸酶和腺苷三磷酸酶的活性。但是，乳脂肪球膜的结构和组成到底是冷却还是成熟影响更大还不清楚。

2. 热处理

乳清中表面活性物质的吸附或膜组分发生特异性/非特异性解吸附会导致乳脂肪球膜组分变化，进而影响乳脂肪球膜的其他特性。在缺乏血清蛋白情况下加热脂肪球，60℃加热10min内嗜乳脂蛋白以及黄嘌呤氧化还原酶间就会形成高相对分子质量的复合物。在乳清蛋白存在的情况下，β-乳球蛋白（Lactoglobulin）和α-乳白蛋白（Lactalbumin）就与乳脂肪球膜相连。热诱导乳清蛋白与乳脂肪球膜蛋白质之间形成共价二硫键，导致乳脂肪球膜中嗜乳脂蛋白、黄嘌呤氧化还原酶和乳凝集素聚集络合。

温度的高低在一定程度上能够改变脂质内核的固液脂肪比。该比值影响着脂肪球的抗聚集能力以及多种膜组分的结晶行为。低温下（＜7℃）的脂肪球内包含更多的结晶态脂肪，更容易发生聚集。

在浓缩、直接的UHT加热器及在热交换器中可发生沸腾的冷却段均可观察到脂肪球的破坏；在乳的直接UHT加热过程中，乳脂肪球的平均大小能从3.5μm降低至0.5μm。

许多膜蛋白质易于受热变性，脂肪球在加热时释放H₂S，血清蛋白沉积在脂肪球上，热处理也能造成铜由乳其他部分转移到脂肪球中。

3. 均质

均质广泛应用于液体乳及乳制品生产。这一处理的主要目的是降低脂肪球的大小，提高稳定性以及延缓分层。在均质过程中，界面面积会显著增加。这个过程是利用一定的压力迫使乳通过一个微小的孔而达到减小乳脂肪球粒径的目的。通过均质处理后，乳脂肪球的粒径减小到1μm以下或者更小。伴随乳脂肪球及膜的分裂，乳脂肪球不再被完整的膜包裹而形成一个新的界面，随后吸附一些其他的活性物质形成新的膜。所以均质奶中的脂肪球比未处理脂肪球吸附更多的蛋白质。新形成的膜由大量的酪蛋白及乳清蛋白组成，约含有2.3g蛋白质/100g脂肪，而在乳脂肪球膜中则含有0.5～0.8g蛋白质/100g脂肪。

加热和均质都是乳加工过程中的单元操作，通常组合在一起使用。不同的均质条件与不同加热条件一样，都会导致乳脂肪球膜表面所吸附的蛋白质的量以及乳清蛋白以及酪蛋白比例的差异。如果将乳先进行均质，然后再巴氏杀菌，则酪蛋白大约占吸附蛋白质的99%。先进行巴氏杀菌后均质，则乳清蛋白约占吸附蛋白的5%。(www.xing528.com)

乳品经过均质、复原等工艺，脂肪球不再是原有的天然脂肪球。这些工序改变了脂肪球的液滴大小，使直径由4μm变为0.4μm，表面膜则变为是由血浆蛋白，主要是酪蛋白酸盐组成，这些改变决定了产品中脂肪特性的不同。

高脂肪含量（如30%脂肪含量）的稀奶油在均质后变成糊状；酸稀奶油（20%脂肪含量）如果得到了充分均质，可能会得到近似固态的状态。小于9%的稀奶油通常不会形成均质簇；而脂肪含量大于18%的稀奶油则会形成均质簇。

（二）乳脂肪球膜的分离

目前研究已经开发出一些快捷方便的分离乳脂肪球膜的方法，用于乳脂肪球膜的组成分析，也为大规模分离乳脂肪球膜提供了指导。为了分离乳脂肪球膜组分（蛋白质和磷脂），应该以最新鲜的牛乳为原料，并且不要经冷却处理。在储藏和加工乳的操作单元会引起乳脂肪球膜组成的变化，这已经从不同来源原料分离的组成分析中得到了证明。

1. 离心浓缩法

分离乳脂肪球膜的通用步骤是比重分离、水洗去除附着在脂肪球上的污染物、以及浓缩乳脂肪球。从酪乳、乳清中分离提取脂肪球膜主要有4个步骤：首先，用离心法从全乳中分离出脂肪球；其次，在特定温度下用生理缓冲液冲洗2～3次，乳盐缓冲液或蔗糖溶液能够减少膜成分的流失；再次，在低温（＜10 ℃）条件下，破坏脂肪球膜（搅拌、冻融、非离子洗涤剂、极性质子溶剂），释放出脂肪球膜成分；最后，用高速离心法（90～100kg，60min）、低pH沉淀法或添加硫酸铵低速离心法收集脂肪球膜成分。

奶油生产的副产物（酪乳），含有较多的脂肪球膜，适宜作工业化、规模化提取脂肪球膜的原料。但是，酪乳中酪蛋白胶粒与脂肪球膜蛋白形状的相似性、相当数量的总蛋白以及在pH4.6的蛋白质溶解度影响了脂肪球膜成分的有效分离。研究表明，向酪乳中添加2%～5%的柠檬酸钠，将酪蛋白粒子解离成为较小的状态；然后，用高速离心法（100kg，50min）将脂肪球膜成分沉淀出来。或者，将柠檬酸盐处理的酪乳通过0.1μm孔径的微滤膜，可制备出约含60%蛋白质和35%脂类的脂肪球膜浓缩物。

奶酪加工的副产品，乳清源稀奶油（Whey Cream），是一个从去除凝乳之后的乳清分离出的脂肪组分，也是乳脂肪球膜的很好的来源。乳清源稀奶油含有较少的脱脂乳来源的蛋白质，乳脂肪球膜可以通过脂肪球离心得到水相获得。乳清源稀奶油以及酪乳作为奶酪加工的副产物，其营养价值较酪乳与脱脂乳比起来稍差，这是因为酪乳含有的多不饱和脂肪酸容易氧化。与脱脂乳相比，酪乳的批次间差异很大，这一特征限制了其在食品加工中的应用。生产酪乳的所有加工工序都会影响到血清蛋白与乳脂肪球膜之间的相互作用。目前酪乳以及乳清的基本情况是这两者的加工工艺不能很好地被控制。加工条件差异如何影响乳脂肪球膜的功能性仍需进一步研究来解决问题。

2. 膜分离法

膜分离技术的进步可以从商业化的产品中分离富含乳脂肪球膜的物质。可以从乳清和酪乳中分离富含磷脂的组分。有研究报道酪乳中分离乳脂肪球膜的得率为0.25g磷脂/g蛋白质。从切达奶酪工艺中获得的乳清蛋白进行微滤，采用0.2μm的陶瓷膜获得了含有两种主要磷脂的组分，磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺，以及少量的磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸、鞘磷脂以及脑苷脂。

在实验室分离出不含污染物的乳脂肪球膜是可行的，尽管在水洗过程中会损失掉一些膜组分，但是从商业化的乳制品中分离乳脂肪球膜挑战很大。酪乳以及乳清中可能含有大量的脱脂乳组分（乳清蛋白、酪蛋白）。采用凝乳酶或者柠檬酸处理酪乳可以使得酪蛋白沉淀。采用0.2μm的膜过滤得到富含磷脂的部分，并且得到乳脂肪球膜组分，但是得率因凝集条件差别很大，特别是pH的差异。

微滤是最适宜从酪乳分离乳脂肪球膜组分的方法。采用孔径（0.1μm）的微滤经常用于生产酪蛋白胶束和磷酸酪蛋白酸盐（Phosphocaseinate）。但是单纯的采用微滤并不能从酪蛋白以及乳清蛋白中完全分离出乳脂肪球膜脂质和蛋白质。由于蛋白质组分的大小相当，可以通过增加可溶性酪蛋白来降低酪蛋白保留率比例。添加柠檬酸钠至酪乳后通过0.1μm孔径膜过滤，可以从脱脂乳来源的酪蛋白中分离出乳脂肪球膜。这完善了脂肪的保留率以及酪蛋白的透过率，可以从酪乳中分离得到富含80%乳脂肪球膜含量的组分。

从酪乳分离出的乳脂肪球膜组分仍然含有大量的乳清蛋白，含有乳清蛋白的蛋白集聚物足够大，能够在微滤膜上保留，这些复合物可能是乳清蛋白的热诱导聚合物，更可能是脱脂乳蛋白的复合物（如κ-酪蛋白）或者乳脂肪球膜蛋白质。采用复原酪乳为原料的与采用鲜酪乳为原料的相比，产品的组成会有差异。

微滤（0.8μm孔径膜）与超临界流体萃取技术组合应用于分离获得富含磷脂的乳脂肪球膜分离物。超临界流体萃取可以用于从复合物中分离脂质和脂溶性物质。首先经过交叉微滤浓缩，之后采用超临界流体去除中性脂的萃取物进行分析表明，乳脂肪球膜分离物中非极性脂质含量显著降低，而极性脂质含量显著升高。尽管通过该项技术也可能获得高磷脂含量的萃取物，但是成本会非常高，而且脱脂奶源的物质也会作为污染物，含量也会很高。

应用微滤分离工艺从酪乳中提取脂肪球膜，实现规模化生产基本可行，但仍存在问题，即使温和的加工处理条件也很容易引起脂肪球膜蛋白质的变性与凝聚，影响其功能特性。因此，仍需要进行分离提取工艺的改进研究。脂肪球膜特定成分对人类健康的作用备受关注，需要进行更深入的研究。