《International Dairy Journal》：Isolation and Characterization of Polar Lipid-Rich Milk Fat Globule Membrane Ingredients from Buttermilk and Butter Serum
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通過酶解和超濾技術優化了奶油（BM）和乳清（BS）中乳脂膜（MFGM）的富集工藝，在去離子水中以18% BM和22% BS的酶解度、100 kDa超濾膜條件下獲得總磷脂含量達421.92 mg/g的MFGM，顯著降低酪蛋白和乳清蛋白殘留。
尹佩|庫奧林·西|孟娜·于|岳潘|李小東|宗學興|劉璐|修秀張|帥毅馬|清泉嚴
中國哈爾濱香坊區長江街600號，東北農業大學食品學院，郵編150030
摘要：
本研究通過酶促水解結合超濾技術，從實驗室分離出的酪乳（BM）和黃油血清（BS）中富集了乳脂球膜（MFGM）。優化了洗滌條件、水解程度和超濾膜孔徑，以提高磷脂（PL）的含量。最終結果表明，從酪乳中富集的MFGM的PL含量高于從黃油血清中富集的MFGM。在最佳條件下（洗滌液為去離子水，酪乳水解度為18%，膜孔徑為100 kDa，流速為1 mL s-1），富集后的MFGM總PL含量最高（421.92 ± 1.24 mg g-1）。同時，酪乳中的蛋白質含量顯著降低，幾乎完全去除了酪蛋白和乳清蛋白。本研究為MFGM的分離和純化提供了理論和技術支持。所得高PL含量的MFGM可作為改善嬰兒配方奶粉脂質與母乳相似性的關鍵材料。
引言
食品行業出現了一種新趨勢：通過添加天然營養成分來生產更健康的成品（Castro-Mu?oz等人，2024年）。母乳（HM）被認為是新生兒喂養的黃金標準。母乳中的脂質以脂肪球的形式存在，這些脂肪球被乳脂球膜（MFGM）包裹。MFGM是一種由磷脂（PL）和蛋白質組成的三層膜，它包裹著脂肪球并維持其穩定性（Brink & L?nnerdal，2020年）。MFGM中的極性脂質，包括磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰膽堿（PC）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰絲氨酸（PS）和鞘磷脂（SM），在嬰兒大腦和神經發育、免疫調節、脂質代謝以及認知功能中起著關鍵作用（Thongseiratch等人，2024年）。
當母乳不可用時，嬰兒配方奶粉（IF）是理想的替代品。為了模仿母乳的脂質組成，IF通常使用植物油混合物來補充多不飽和脂肪酸。因此，MFGM成分與乳脂一起被丟棄（He等人，2019年），導致IF和母乳中的脂肪滴結構和組成存在顯著差異。母乳中的脂肪球被極性脂質和膜特異性蛋白質包裹（Oosting等人，2014年），而IF加工過程中的脂肪滴主要被乳蛋白（即乳清蛋白和酪蛋白）包裹，導致PL含量不足（Pan等人，2022年）。這種缺乏影響了脂肪滴的油水界面形成，降低了脂肪酶的結合能力，并影響了IF的穩定性（Kim等人，2022年）。研究表明，向IF中添加MFGM成分有助于縮小配方奶粉喂養嬰兒和母乳喂養嬰兒在代謝和健康指標方面的差距（Lee等人，2021年；Sun等人，2025年；Timby等人，2017年）。然而，目前市售的MFGM產品PL含量較低（例如，Arla的Lacprodan? MFGM-10僅含6-8%的PL）。因此，即使添加到IF中，也無法完全復制母乳的界面和消化特性（X. Yu等人，2023年）。因此，迫切需要開發PL含量高的MFGM生產工藝。由于加工過程中產生的高剪切力，酪乳（BM）和黃油血清（BS）更容易將MFGM分離到水相中，使其成為更合適的MFGM來源（Haddadian等人，2018年）。從副產品中提取MFGM組分時，需要去除殘留的乳固形物，如乳糖、乳清蛋白、酪蛋白和礦物質（Se?oráns等人，2025年）。目前，MFGM的提取主要通過膜分離和有機溶劑提取實現（Nie等人，2024年）。Lee等人（2020年）通過有機溶劑提取將BS中的PL含量濃縮至45.1%，但由于溶劑殘留，有機溶劑提取的PL不能用于食品。膜技術可用于分離目標組分、去除牛奶中的細菌和孢子（Siddiqui等人，2024年），從而推動發酵工藝和乳制品加工領域的新技術發展，顯著提高效率和工藝可持續性（Nau等人，1995年；Siddiqui等人，2023年）。此外，研究表明，利用膜過濾技術從食品副產品中回收高價值化合物符合工業可持續性和環保要求（Castro-Mu?oz等人，2019年）。因此，本研究采用了膜過濾技術進行制備。Konrad等人（2013年）通過酶促水解結合超濾將PL含量提高到14%。Se?oráns等人（2025年）通過優化酪蛋白去除結合超濾技術將PL含量提高到約20%。雖然微濾也可用于MFGM富集，但其蛋白質去除率較低（Hansen等人，2020年），因此本研究選擇了超濾方法。乳清蛋白、乳糖和礦物質顆粒比MFGM片段小，可以通過膜過濾分離，而酪蛋白膠束與MFGM片段大小相似，在過濾過程中大部分會被保留（Holzmüller & Kulozik，2016年）。同時，盡管乳清蛋白比MFGM片段小得多，但在原材料加工過程中它們可能會附著或聚集在MFGM片段上，使其難以過濾并保留在MFGM片段中（Yao等人，2024年）。因此，在膜過濾前必須先去除它們。本研究首先使用酸沉淀法去除酪蛋白，然后通過酶促水解去除大部分乳清蛋白。此外，研究表明，對BM和BS進行預處理可以影響極性脂質的濃度（Haddadian等人，2018年）。例如，從離心并洗滌后的奶油中制備的BM和BS含有更多富含PL的乳脂球（Zheng等人，2013年）。然而，在現有的MFGM制備研究中，原材料很少經過預處理。因此，本研究中對原材料進行預處理可以進一步提高其PL含量。
本研究旨在開發一種PL含量高的MFGM制備工藝。針對現有研究中普遍忽視原材料預處理的問題，本研究采用系統化的預處理結合膜過濾技術，有效去除酪蛋白和乳清蛋白，顯著提高最終產品的PL含量。通過對五種代表性磷脂（PC、PE、SM、PI和PS）的定量分析，確定了關鍵工藝參數，并系統地表征了脂質組成。這項研究為富集MFGM提供了一種有效策略，不僅有助于減少乳制品加工副產品的資源浪費和環境污染，還為模仿母乳脂質組成的嬰兒配方奶粉提供了關鍵原料。
材料
在擠奶當天，從附近的奶牛場采購了原始牛奶（中國哈爾濱）。消化酶Alcalase?（EC3.4.21.62）從Biotopped購買（中國）。Millipore提供了Pellicon? XL Cassette聚醚砜（PES）交叉流超濾膜盒，分子量截留值分別為50 kDa、100 kDa和300 kDa（Jaffrey，美國新罕布什爾州）。磷脂標準品包括PE（≥99.5%）、SM（≥97.5%）、PC（≥99%）、PS（≥99%）和PI（≥79.8%）（CFW實驗室，美國核桃市）。
不同洗滌液對酪乳和黃油血清中磷脂的影響
去離子水、蒸餾水和超純水是實驗室常用的三種純凈水。它們的純度和離子強度差異顯著，這些差異會影響MFGM組分的回收效率和PL的保留率。如圖2A所示，脫脂奶油和黃油用不同的洗滌液洗滌后，總PL含量排序為：去離子水 > 超純水 > 蒸餾水。結論
本研究旨在通過優化酪乳和黃油血清的預處理及超濾工藝，獲得PL濃度超過以往水平的MFGM組分。實驗中，使用去離子水作為洗滌劑，然后進行堿性蛋白酶水解（酪乳和黃油血清的水解度分別為18%和22%）。水解產物隨后通過分子量截留值為100 kDa的膜進行超濾。
作者貢獻聲明
尹佩：撰寫 – 審稿與編輯，撰寫 – 原稿，數據分析，概念化。
庫奧林·西：實驗研究，數據管理。
孟娜·于：數據可視化，數據管理。
岳潘：數據分析。
修秀張：數據可視化。
帥毅馬：軟件操作。
清泉嚴：資源協調。
李小東：撰寫 – 審稿與編輯，驗證，監督，項目管理。
宗學興：資源協調。
劉璐：數據分析，概念化。
未引用參考文獻
Costa, ; Ferreyra-Suarez等人，2024年；Holzmüller等人，2016年。
利益沖突聲明
作者聲明沒有利益沖突。本手稿的提交不存在利益沖突，所有作者均同意發表該手稿。
競爭利益聲明
作者聲明沒有已知的競爭性財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
我們感謝內蒙古蒙牛乳業股份有限公司的橫向項目“富含乳脂球膜和磷脂的乳蛋白濃縮物的制備、效果評估和應用研究”（項目編號：202405102473022653）的資助。
