乳清蛋白分馏
浓缩乳清蛋白
在20世纪70年代早期引入后，乳清的超滤在今天的乳制品行业已经变得司空见惯。超滤膜与a分子量截止在10,000 - 30,000 Da的范围内用于浓缩乳清蛋白，而乳糖和矿物质容易通过膜进入超滤渗透液。超滤器将乳清蛋白浓缩物(WPC)浓缩到总固体量的15-20%。喷雾干燥的木塑pc含有约34%的蛋白质，干重，其余由乳糖和矿物质组成。wpc34的总成分与脱脂奶粉相似，可用于食品中作为脱脂牛奶的替代品。
可采用过滤法去除乳糖和矿物质，净化乳清蛋白达到蛋白质干重的90%。在这个过程中，水被加入到乳清中滞留物在超滤过程中冲洗掉乳糖和矿物质。市场上有一系列的WPC，提高了蛋白质水平，如WPC 50, WPC 75和WPC 90。
wpc具有一系列的功能特性:凝胶、水结合、发泡和乳化。浓缩蛋白的“质量”或功能取决于乳清的加工历史，包括时间/温度历史、pH值、脂肪含量、泵切经历和乳清预处理。
乳清含有许多高价值的生物活性蛋白质和多肽，具有健康和营养价值，对日益复杂的市场具有吸引力。作为回应，乳制品加工商继续开发技术来回收这些馏分，根据不同成分的大小、密度、电荷或疏水性进行分离(见表14.18)。技术包括盐析、选择性沉淀、低pH值加热、亲和层析、阴离子交换色谱，阳离子交换色谱采用常规树脂或离子交换膜、尺寸排除层析、疏水层析或酶解与膜过滤．不同的技术经常结合起来，发展出精细的连续分馏和提纯过程，从而产生一系列高价值的副产物。
分离乳清蛋白
乳清分离蛋白(WPI)含有超过90%的蛋白质干重，制备离子交换。乳清蛋白净化的离子交换吸附利用乳清蛋白的两性特性。乳清蛋白的净正电荷或负电荷取决于介质的pH值。乳清蛋白等电点小于pH 5.5，甜乳清为pH 6.1。因此，乳清蛋白在pH值为
浓度(克/升) |
比例 |
等电点 |
分子 |
|
乳清蛋白 |
的蛋白质 |
点 |
重量 |
|
（％） |
(pH) |
(Da x 103) |
||
P-Lactoglobulin |
3．0 |
50 |
5.3 - -5.5 |
18.3 |
a-Lactalbumin |
0.7 |
12 |
4.2 - -4.5 |
14 |
眎蛋白胨 |
1．4 |
23 |
- |
4.1 - -40.8 |
牛血清白蛋白 |
0.3 |
5 |
5.1 |
69 |
免疫球蛋白 |
0.6 |
10 |
5.5 - -8.3 |
15 - 1000 |
乳铁蛋白 |
0.05 |
0.8 |
9.0 |
81 - 84 |
乳过氧化物酶 |
0.03 |
0．5 |
9.6 |
89 |
Glycomacropeptide * |
4.2 |
7 |
甜乳清和罐头吸附接着是带正电的阴离子交换树脂。
的离子交换过程是在一个搅拌釜在模拟移动床或环形色谱等连续分离器上。通常，乳清通过阴离子交换树脂洗脱以吸附乳清蛋白。从树脂中漂洗出乳糖和矿物质，然后用酸或盐水溶液解吸蛋白质。该过程的变体可能采用阳离子交换树脂，将乳清调整到pH值小于4.5，使蛋白质带正电荷，然后将pH值提高到5.5以上，纯化的乳清蛋白可以从树脂中洗脱。例如，Doultani等人(2004)描述的高流量工艺使用Sepharose大珠吸附乳清蛋白，用单一的WPI缓冲液洗脱乳清蛋白，或用缓冲液组合分离a-乳清蛋白、乳过氧化物酶和乳铁蛋白组分。
离子交换蛋白分离有一些困难。大量的稀释漂洗和再生溶液是必需的，特别是批量分离。需要对蛋白质部分进行超滤以将蛋白质从再生剂中分离出来。用于更有效的蛋白质解吸的高浓度盐水、酸或碱会影响蛋白质的功能和溶解度。乳清中的污染物也会污染树脂，需要定期清洗周期(Morr 1989)。
乳清蛋白是母乳中的主要蛋白质，在婴儿配方奶粉的生产中有很大的市场。p -乳球蛋白部分是一种高功能蛋白质，可溶于酸性饮料，适用于蛋白霜中的蛋白替代品和人造肉制品中的热固化凝胶。
有许多分离乳清蛋白的a-/p-组分的方法，其中一些是商业上可行的，例如Pearce(1995)开发的方法。该过程包括将膜浓缩的乳清加热到55°C, pH值4-4.5，导致a-乳清蛋白可逆聚集，然后通过离心分离。然后可以通过微滤净化溶解的a部分以去除磷磷脂，而上清液则作为p部分回收。另一种分离a-/p-组分的方法是使用酸化柠檬酸钠沉淀a-乳清蛋白;将其分离，用氯化钙重新溶解，然后透析得到70%纯度的a-乳清蛋白馏分;液体p -乳球蛋白经过透析得到90%纯度的p部分(Alomirah & Alli 2004年)。文献中描述了更多的过程，例如:基于尺寸排除色谱的-/p分数分离(Garcia Rojas et al. 2004);3万和10万Da膜串联两级超滤(Beelin & Zydeny 2004);连续环形色谱法(Giovannini & Freitag 2002);阳离子洗涤剂的胶体气aphrons(即表面活性剂稳定的微气泡)
(Fuda et al. 2005);陶瓷羟基磷灰石层析和尺寸排除层析进一步纯化和回收乳铁蛋白和免疫球蛋白(Schlatterer et al. 2004)。
具有生物活性的蛋白质
乳清含有一系列生物活性蛋白质。乳过氧化物酶是乳清中的一种重要酶，具有天然的抗菌作用。它被用于催化微生物的失活，但对哺乳动物细胞无害(Kussendrager & Hooijdonk 2000)。乳铁蛋白是一种铁结合蛋白，具有与肠道健康、抗炎和抗肿瘤活性相关的健康益处(Naidu 2005)。GMP是一种k -酪蛋白衍生蛋白，天然不含苯丙氨酸。它具有促进双歧杆菌生长、免疫调节和细菌毒素结合等生理功能(Thoma & Kulozik 2004)。
离子交换色谱法通常用于乳清中乳铁蛋白和乳过氧化物酶的分离。这些蛋白质上面有等电点pH值9因此在乳清的pH值下带正电荷，可以在阳离子交换树脂上分离，然后使用超滤进行纯化(Heeboll-Neilsen等，2004年)。
新的离子交换技术也正在开发，以回收乳铁蛋白和乳过氧化物酶。Noh等人(2005)根据pH值、盐和表面活性剂浓度对蛋白质的增溶行为的影响，描述了使用阳离子洗涤剂形成的反向胶束来分离乳铁蛋白。Fuda等人(2004)描述了胶体气体aphrons的使用阴离子洗涤剂，即表面活性剂稳定的微泡，作为离子交换剂用于乳清中乳铁蛋白和乳过氧化物酶的分离。
膜吸附器也适用于分离大量含有少量所需化合物的物质，如乳清生长因子、乳铁蛋白和乳过氧化物酶(register et al. 1996)。离子交换微孔膜结合所需的成分，但允许剩余的乳清通过膜，然后使用稀盐水、酸或碱从膜中洗脱所需的成分，然后通过超滤浓缩(Splitt et al. 1996)。
均匀跨膜压力(UTP)过滤为更多地控制乳清蛋白分馏的膜分离开辟了范围。在过去，膜表面的浓度极化限制了膜的选择性。在这种模式下，渗透液被循环利用，以保持膜上均匀的压差(Kulozik & Kersten 2004)。到目前为止，它的应用仅限于微滤分离天然酪蛋白，但乳清中的许多蛋白质仍有分离的空间。
GMP通常使用离子交换色谱分离，GMP在酸性pH下的乳清中带负电荷，因此GMP流过离子交换器，而其他带正电荷的蛋白质与之结合。然后从最终液体中回收GMP (Tek et al. 2005)。另一种方法，减少体积离子交换树脂和再生盐水，包括用10万Da膜超滤分离GMP，然后用阴离子交换色谱回收GMP (Xu et al. 2000)。
乳清蛋白水解
牛奶蛋白和乳清蛋白被发现具有不同的生理功能，因为完整的蛋白质中加密了大量的生物活性肽。乳清肽含有3-20个氨基酸残基，氨基酸序列决定其功能。乳清肽已被发现具有多种特性，如抗氧化、抗高血压、抗菌、细胞调节、免疫调节、阿片、血管紧张素转换酶抑制和矿物质承载能力(Korhonan & Pihlanto 2003)。
生物活性肽通常是通过酶水解整个蛋白质，批量或连续固定化酶膜反应器生产的。水解与不同的分离过程相耦合，取决于目标肽。分步超滤(带分离过滤)可用于根据尺寸对多肽进行分馏，而离子交换/尺寸排除色谱可用于根据尺寸和电荷进行分离(Korhonan & Pihlanto 2003)。Groleau等人(2004年)报道了一些新技术，他们描述了通过电纳滤分离肽的方法，即在纳滤的渗透室中插入阴极以增加中性肽和碱性肽的分离。
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