牛初乳产品在功能性食品领域中的应用
一、 牛初乳的营养及功效成分
1、 牛初乳的定义
初乳又叫胶奶，是奶牛分娩后1周、特别是3天内所分泌的乳汁。能用于牛初乳制品加工的牛初乳一般是指健康奶牛分娩后3天内所分泌的乳汁。初乳色黄，有苦味和异臭味，其蛋白质、脂肪、无机盐、维生素等含量显著高于常乳；初乳中又含有丰富的免疫因子、生长因子等活性成分，因此具有很高的营养价值和生理功能。
2、 牛初乳的营养价值
科学研究证明，牛初乳中含有丰富的营养成分，荷斯坦奶牛分娩后第1次挤出的初乳蛋白质含量高达15．5％，脂肪含量达6．5％，分别是常乳(普通牛乳)的5倍和2倍。初乳中的矿物元素含量也很高，第1次所挤初乳中的钙、磷、镁含量为1700、1800、500毫克／千克，锌、铁、锰含量为20、3、0．1毫克／千克，分别是常乳的1．5~6倍。初乳中维生素含量也大大超过常乳，据测定，奶牛分娩后24小时的初乳，其胡萝卜素、维生素A、D、E和B族维生素、维生素C的含量是常乳的2~5倍。
3、 牛初乳中的主要功效成分
牛初乳的可贵之处不仅在于含有大量的营养物质，还含有能够增强免疫功能和促进生长发育的生物活性因子。
① 牛初乳中的免疫因子
免疫球蛋白(IgG)和乳铁蛋白(Lf)是牛初乳中最重要的免疫因子。牛初乳中免疫球蛋白总含量约为50-150mg／ml，是常乳的50-150倍，主要有5类，即IgG、IgA、IgD、IgE、IgM，其中IgG含量最高，约占总免疫球蛋白的80％-90％。免疫球蛋白具有多种生理功能，最主要的是能与侵入人体的细菌、病毒等抗原进行特异性的结合，从而使它们丧失破坏人体健康的能力。乳铁蛋白是一种铁结合糖蛋白，在牛初乳中的含量约为1.5~5.0毫克／毫升，是常乳的50-100倍。它能夺取细菌生长、繁殖所需要的铁，具有强烈的抑菌作用，特别是在婴儿的肠道中，铁离子较少，乳铁蛋白的抑菌能力更强。牛初乳中还含有溶菌酶、脯氨酸的多肽（PRP）和多种免疫细胞，是各种免疫因子的集大成者，理所当然的被奉之为“免疫之王”。
② 牛初乳中的生长因子
牛初乳中的各种生长因子具有促进组织正常生长和加快伤口愈合的功效。主要包括：胰岛素样生长因子（IGF-1）（可促进体细胞对葡萄糖和氨基酸的吸收）；神经营养生长因子（NGF）；表皮生长因子（EGF）；转化生长因子（TGF）；纤维细胞生长因子（FGF）；促性腺激素-释放激素（GnRH）及其缔合肽（GAP）；生长激素（GH）。
4、 牛初乳的保健功能
医学及营养学专家对牛初乳的生理功能进行了大量研究和临床试验，证明牛初乳具有如下保健功能：
① 免疫调节
牛初乳中广谱抗体IgG及其它免疫因子协同作用，能更加高效地预防和改善疾病，增强抗病能力，它包围、攻击侵入人体的致病原，在杀死细菌、抗炎症及防止致病原入侵中发挥重要作用。此外，牛初乳中的功能组份还能增强白细胞和巨噬细胞吞噬作用及抗原呈递作用。
② 改善胃肠道功能
牛初乳通过调节肠道微生物菌群，促进有益菌群的定殖，促进消化吸收，调整肠道微环境，对人体胃肠道机能乃至整体机能起到全方位的调理作用。
③ 促进生长发育
天然牛初乳中各种生长因子协同作用，能促进细胞正常生长、组织修复和外伤痊愈。牛初乳能促进胃肠蠕动和消化吸收，加强蛋白质合成和组织生长，提高矿物质的生物利用率，因此在促进儿童和青少年的生长发育、增强运动员的爆发力和耐受性、提高运动成绩等方面可发挥重要作用。同时，牛初乳中含有牛磺酸、胆碱、磷脂、脑肽等成分，它们是脑神经系统发育和增长智力、提高智商不可缺少的物质，被誉为“开启智慧之门的金钥匙。
④ 延缓衰老
当人生步入老年，机体抗氧自由基能力下降，脂质过氧化物增加，免疫功能减退，疲劳、健忘、失眠、尿频等衰老症状随之出现。牛初乳制剂能增强老年人体内血清超氧化物歧化酶(SOD)的活力，降低脂质过氧化物，提高老年人的记忆力，改善易疲劳、多夜尿、腰酸背痛、肢冷畏寒等症状，使衰老慢来，青春长驻。
二、 牛初乳制品的应用现状
据不完全统计，目前我国市场上销售的牛初乳制品约有70多个品牌，其中胶囊、粉剂、片剂产品40种，液态产品（主要是含初乳的乳酸菌饮料）10种，进口或进口分装的产品20余种。目前全国已经申报为保健食品的牛初乳品牌有9个，其中8家是国内企业（完达山乳珍、南京乃捷尔、新疆天润、珠海玉森、上海乐泰、武汉的新起点口服免疫球蛋白、凤凰岭复合牛初乳宝和广州培芝），还有十几家正在进行申报。
目前市场上的牛初乳制品都是在牛初乳粉的基础上研制的。市面上牛初乳产品可分为四类：纯牛初乳粉类、初乳奶粉类、牛初乳片剂类、液态产品类。
1、纯牛初乳粉类
纯牛初乳粉是将健康奶牛产犊后3天内所产的牛初乳经冷冻干燥或低温喷雾干燥成粉后直接包装的牛初乳产品，包装形式主要有胶囊装、小袋装等，这类产品由于使用牛初乳粉原料直接包装，未针对特定人群的特点进行配方，IgG和蛋白质含量高、脂肪含量较低，适合添加食用。由于这类产品的加工工艺和配方比较简单，是目前牛初乳制品市场中最多的一类产品，如天润“牛初乳胶囊”、完达山“乳珍”等。
2、牛初乳奶粉类
目前市场上出现的牛初乳奶粉又分为两大类：一类是在婴幼儿配方奶粉中强化微量的牛初乳制成的配方奶粉。通过比较人初乳和牛初乳的差异，结合婴幼儿童生理特点，在婴幼儿配方奶粉的配方设计中通过添加牛初乳模拟人初乳的组成，尽量使婴幼儿配方奶粉母乳化。但是由于没有相应的国家标准，各个奶粉厂家的配方奶粉中添加牛初乳粉的量有所不同。
另一类是针对婴幼儿、儿童、孕产妇、中老年等不同人群的生理需要添加了10%以上的牛初乳粉，并强化各种维生素、微量元素和其他营养素的配方奶粉。如海王、天润等企业都相继推出了婴幼儿牛初乳营养粉、儿童牛初乳营养粉、孕产妇牛初乳营养粉、中老年牛初乳营养粉等经过人群细分的牛初乳奶粉。这类产品一般是专业生产牛初乳功能性食品的企业生产。产品的包装形式以铁罐装和铝箔袋装为主，冲调温度都在55℃以下，防止牛初乳中免疫球蛋白的活性受到破坏，保证所添加的牛初乳能发挥应有的生理功能。
国内初乳奶粉类产品由于生产设备的限制，大多采用干混的方法生产，即将牛初乳粉和经过配方的奶粉混合均匀后包装。新疆天润乳业在2003年率先从丹麦尼鲁公司引进了低温喷雾干燥牛初乳产品专用生产线，解决了普通奶粉喷雾干燥设备的浓缩温度高、喷粉温度高、牛初乳中活性免疫球蛋白损失严重的弊端，采用低温超滤浓缩（≤18℃）、低温喷雾干燥（喷雾塔进风温度100℃，出风温度60℃，物料温度＜60℃）的生产工艺，能够实现纯牛初乳粉和牛初乳奶粉类产品生产的连续化，并保证牛初乳中免疫球蛋白的活性在85%以上。该设备与国际领先水平同步。
3、牛初乳片剂类
牛初乳片剂类是为了针对现代消费快捷、方便等特点而研制的产品。根据牛初乳粉含量的不同和强化营养素的不同又可将其分为牛初乳片和牛初乳钙片两类。牛初乳片产品的牛初乳含量较高，其中免疫球蛋白IgG含量为1.5%~4%，是直接采用脱脂牛初乳粉，加入其他填充剂、黏合剂、调味剂压成的片状牛初乳产品，如海王牛初乳片、天润牛初乳片、定邦牛初乳片、美国含一片等。
牛初乳钙片产品是利用牛初乳能够促进胃肠蠕动和消化吸收，提高矿物质的生物利用率的特点而研制的。牛初乳钙片产品中的牛初乳含量一般较少，其免疫球蛋白IgG含量在1%~1.5%，是直接采用脱脂牛初乳粉和天然乳钙，加入其他填充剂、黏合剂、调味剂压成的片状牛初乳产品，如天润维D牛初乳钙片、天润牛初乳高钙片等。
此类产品的加工工艺大致相同，都要经过配料、混料、制粒、压片、灌装或压板等工序。
4、液态类产品
液态牛初乳功能食品中活性IgG数量也依赖于制造工艺的热处理强度。若采用普通工艺，大多数IgG经高强度热处理后均发生变性，例如UHT奶、长效奶等。所以液态牛初乳功能食品的种类较少，主要是牛初乳酸乳饮料和含牛初乳的巴氏杀菌牛奶两种，而且产品的保质期也相对较短，牛初乳酸乳饮料的保质期最长可达25天，含牛初乳的巴氏消毒牛奶的保质期在48小时左右，并且这两种产品都需要在冷链的条件下储存和销售。
三、 牛初乳在功能食品中的应用前景
为开发牛初乳功能性食品，另一种思路是采用某种特殊分离技术，从牛初乳中分离出其中的免疫活性球蛋白（IgG）、乳铁蛋白、胰岛素样生长因子等组分，制备成添加剂来强化食品。作为牛初乳添加剂的生产原料应取自洁净、无污染的牧场，以保证产品的质量安全。可采用特殊选育技术，挑选高免疫力、无抗生素污染的健康乳牛，促使其受孕、生产，采集其初乳汁为原料进行分离和提纯。
1、IgG的分离
免疫球蛋白是一类具有增强抗菌、免疫功能的活性蛋白质，是人类特别是婴儿健康所需的生理活性物质。免疫球蛋白原用于医学治疗，但正因为其与人体抵抗力有着直接关系，近年来已将其应用于食品加工中，添加入奶粉中可制成高级母乳化奶粉，也可添加到其他婴儿食品中，此外可医治因肠道致病菌或因病毒引起的腹泻等症；并可用于免疫功能低下症，如癌症等患者的辅助治疗。
牛初乳是自然界免疫因子最为富集的食品之一，而IgG是牛初乳中最主要的免疫功能组分。在牛初乳中IgG含量十分丰富，为常乳100倍。利用特殊技术制备的牛初乳粉本身就具有作为一种IgG添加剂的应用潜力。目前常见的分离方法主要有离子交换法、超滤膜分离技术法和反胶束萃取技术法等。
在IgG的分离过程中在工艺上要防止破坏IgG的生物活性。为此应仔细设计热处理工艺，在保证杀菌效果的前提下，尽量降低产品的受热强度。同时，对已分离的IgG可采用微胶囊技术将其包埋，可能防止酸碱变性，增加稳定性。若无微胶囊保护，需采用较高浓度蛋白质配方，最好加入变性程度低的乳清蛋白。已证实，高浓度蛋白质能够提高IgG对酸、碱和酶解的抵抗性。同时，必须针对不同人群，采用不同的开发策略，获得不同形式的牛初乳添加剂。例如，对于儿童食品可以直接采用牛初乳添加剂强化，因为该人群胃部pH值一般在4.0左右；而成年人胃部pH为2.0，这就需要从配方组合的角度考虑如何保护IgG的活性。
2、牛乳铁蛋白的分离
乳铁蛋白又称“乳转铁蛋白”，是可结合铁的蛋白质，为铁蛋白质的一种。乳铁蛋白质是人乳中的4种主要的蛋白质之一，约占人乳总蛋白质的20%。乳铁蛋白在母乳中含量较多，但在普通的婴幼儿奶粉中含量甚微，而乳铁蛋白对婴幼儿的生长发育和营养需求是十分必要的。有研究表明，乳铁蛋白除了作为氨基酸的膳食蛋白源，还具有多方面的功能特性，主要有：具有广谱的抗菌效果；具有结合并转运铁的能力，能增加铁的吸收及生物利用率；对人体肠道菌群有改善作用；免疫调节作用；抗氧化作用；抗癌症作用等。在国外生产的婴幼儿配方奶粉中早已被应用。日本1998年就已经有添加乳铁蛋白的婴儿奶粉面市。美国食品药品管理局（FDA）允许乳铁蛋白作为食品添加剂用于运动、功能性食品。日本、韩国也允许乳铁蛋白作为功能性食品。目前乳铁蛋白在国外已经广泛应用于乳制品中，如酸奶、婴幼儿奶粉，尤其是婴儿奶粉中使用的较多。在我国，卫生部国家标准《食品添加剂使用卫生标准GB2760-1996》2004年增补品种中批准允许在婴幼儿配方奶粉中添加乳铁蛋白，添加量的允许范围是0.3~1mg/g。
牛初乳是富含乳铁蛋白的资源之一，且大多数牛初乳均被废弃。乳铁蛋白在牛初乳中的含量约为1.50g/L，比常乳高近50倍。我国牛初资源丰富，通过分离纯化技术可以获得纯度较高的乳铁蛋白。它的开发利用将带来可观的经济效益和社会效益。
3、胰岛素样生长因子-Ⅰ的分离
胰岛素样生长因子-Ⅰ（Insulin-like Growth Factor-I, IGF-I）是牛初乳中含量最丰富的多肽生长因子。许多研究证明，IGF-I具有改善胃肠道功能、促进生长发育、延缓衰老等多种生理功能。此外，IGF-I还具有类胰岛素的功能，能够促进脂肪、糖原、蛋白质的合成，调节机体的血糖，对糖尿病及其并发症具有较好的治疗效果。因此，IGF-I作为一种天然、理想的功能性因子，正引起当今医药界、食品界的高度关注。
目前IGF-I分离的方法主要有Francis等应用酸萃取-离子交换色谱-g高压液相色谱法（HPLC）、酸萃取-离子交换色谱-硅胶村C18浓缩-反相高压液相色谱法、Honster等提出的碱性稀释超滤法、国内张和平等人提出的酸-乙醇前处理步骤和Sephedex G-75葡聚糖凝胶过滤层析法等。
以上是目前国内牛初乳功能性食品的应用情况的简单介绍。随着对牛初乳研究的深入和现代科技的进步，牛初乳在功能性食品中的应用必将有更加广阔的前景。
