综述：奶酪乳清与酪乳中多种蛋白质分离技术及价值化利用综述

本综述系统评述了奶酪乳清和酪乳这两种乳制品副产物的高值化利用路径。重点分析了热与非热（如高压处理HPP、膜过滤）蛋白质分离技术对生物活性成分（如α-La、β-Lg、MFGM）功能性的影响，探讨了在食品、生物燃料、生物材料及医药等领域的交叉应用潜力，为乳业可持续发展提供了技术前瞻和策略支撑。

　　

乳制品加工业是全球农业经济的支柱产业之一，每年生产超过9360亿公斤牛奶，全球乳制品市场预计到2028年将突破1万亿美元。然而，在这一庞大产业背后，伴随着大量副产物的产生，其中奶酪乳清和酪乳因其富含生物活性蛋白和功能脂质而受到广泛关注。如何高效分离其中的蛋白质并实现资源化利用，已成为乳业可持续发展的重要课题。

乳业副产物：奶酪乳清与酪乳

奶酪乳清是干酪和酪蛋白生产过程中的副产物，全球年产量约1.9亿吨，但约50%未得到充分利用而被排放，造成严重的环境压力。其化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）极高，直接排放会导致水体富营养化，破坏水生生态系统。乳清中含有约20%的乳清蛋白，其中α-乳白蛋白（α-La）和β-乳球蛋白（β-Lg）占总蛋白的70%，是必需氨基酸的良好来源，具有抗高血压、免疫调节和类鸦片拮抗等功能。

酪乳是黄油生产中的主要副产物，成分类似脱脂乳，但磷脂含量显著更高，尤其富含来自乳脂肪球膜（MFGM）的极性脂质和功能性蛋白。其磷脂含量可达脂肪总量的4.5%，而黄油中仅占0.2%。MFGM蛋白主要包括嗜乳脂蛋白（BTN）、过碘酸希夫糖蛋白（PAS 6/7）和黄嘌呤氧化酶/脱氢酶（XO/XDH）。这些成分具有降低胆固醇、抗炎、抗氧化甚至神经保护的作用，因此酪乳也被视为一种功能性食品原料。

蛋白质分离技术

蛋白质分离技术主要包括回收（从副产物中提取蛋白质）、纯化（获得高纯度特定蛋白）和分级分离（将混合蛋白按功能分类）三个层次。当前应用的技术可分为热加工与非热加工两大类。

热加工技术

常见的热加工方法有热沉淀和热凝聚。热沉淀通过升温诱导蛋白质变性和聚集，操作简单、回收率高，但易导致蛋白质变性，尤其对β-Lg等热敏感蛋白的功能性影响显著。研究表明，在90°C下热处理可实现60%的蛋白回收率，若结合羧甲基纤维素（CMC）可进一步提高10–12%。热凝聚通常在95°C持续120分钟（乳清）或65–80°C持续25分钟（酪乳）条件下进行，可使蛋白质形成凝胶，具备一定的黏弹性和发泡性，但产品质地粗糙、溶解性差，应用范围受限。

非热加工技术

非热加工因能更好地保持蛋白天然构象和生物活性而备受关注。

高压处理（HPP）在100–500 MPa条件下通过静水压实现微生物灭活和酶钝化，同时避免热损伤。研究显示，低于500 MPa处理15分钟可有效保留乳清和酪乳中的抗轮状病毒活性，适用于功能性食品开发。但其设备成本较高（约0.10–0.20美元/升），限制了大规模工业应用。

膜技术是当前应用最广泛的蛋白分离方法，包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）。微滤膜孔径0.1–10 μm，跨膜压力（TMP）0.03–0.2 MPa，用于去除脂肪球、细菌和大分子聚集体；超滤膜截留分子量1–800 kDa，TMP为0.1–1 MPa，常用于生产乳清蛋白浓缩物（WPC）和分离物（WPI）；纳滤和反渗透则用于脱盐和浓缩。多层膜组合工艺可显著提高分离效率。例如，结合热处理与超滤/微滤可实现α-La和β-Lg的高纯度分离（α-La纯度91.3%，β-Lg达97.2%）。

多级处理与酶法水解

多级处理技术通过整合不同单元操作实现更高效率的分离与富集。例如，微滤与超临界CO?萃取联用可选择性去除酪乳中的非极性脂质，显著提高极性磷脂浓度；高压与超滤结合可提升α-La的回收率。酶水解法常用Alcalase、Flavourzyme等蛋白酶对乳清和酪乳蛋白进行可控水解，生成生物活性肽，提高溶解性、乳化性和抗氧化能力，适用于运动营养品和特殊医学用途食品。但酶制剂成本高、反应终止需热处理等问题仍是产业化的挑战。

乳清及酪乳蛋白分离中的挑战

乳清的高盐和高乳糖含量是蛋白分离的主要障碍。高盐浓度会导致选择性凝聚，增加溶液黏度，降低超滤等膜过程的传质效率；高乳糖则易引起热处理中的蛋白聚集，影响凝胶硬度。酪乳因总固体含量低、水分高、热稳定性差，蛋白回收难度较大，常需借助反渗透或纳滤进行预浓缩。此外，酪乳中脂肪与蛋白的相互作用也增加了MFGM蛋白回收的复杂性。

食品工业应用

乳清蛋白广泛应用于肉制品、饮料及乳制品中。添加WPC可改善低脂香肠的质构和持水性，提高产品得率和口感；乳清蛋白肽可用于运动饮料，促进肌肉合成与恢复；其乳化性和凝胶性也适用于沙拉酱、再制干酪和鱼糜制品。酪乳因富含磷脂，可作为天然乳化剂用于奶昔、冰淇淋等产品，改善泡沫稳定性和风味。

跨行业应用

奶酪乳清和酪乳在非食品领域同样展示出广阔前景：

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  生物乙醇生产：乳清中的乳糖经酶解或微生物发酵（如酿酒酵母）转化为乙醇，理论年产量可达500万吨，是一种可行的可再生燃料来源。
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  生物降解材料：乳清蛋白可作为合成聚羟基烷酸酯（PHA）的碳源，用于生产生物塑料薄膜，具有良好的可堆肥性。
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  化妆品与医药：乳清中的乳铁蛋白、乳过氧化物酶等具有抗菌、抗氧化和免疫增强作用，可用于护肤制剂；酪乳作为微胶囊壁材，能有效保护藻油中的Omega-3脂肪酸，延缓氧化。
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  饲料与肥料：饲喂含酪乳的饲料可显著提高羔羊和肉鸡的生长性能与饲料转化率；乳清直接施用于玉米、小麦等作物，可替代部分化肥，促进植株生长和生物活性物质积累。

结论

奶酪乳清和酪乳作为乳业主要副产物，富含多种生物活性蛋白和功能脂质，其高值化利用对经济和环境均具有重要意义。热加工技术虽成熟高效，但易导致蛋白质变性；非热加工（如HPP和膜分离）更能维持蛋白功能特性，但成本较高。多级处理与酶法水解进一步拓展了蛋白回收与应用的可能性。当前挑战包括乳清的高盐、高乳糖以及酪乳的低固体含量、热不稳定性等。通过技术创新与跨领域合作，这些副产物可转化为高附加值产品，推动乳业向资源循环、环境友好的方向发展。