1、Keyword：Casein;Lactose；Butterfat；isoelectricpoint；Separation1引言牛奶是营养最为完备的食品之一，这一点已为许多人认识并接受。尤其是婴儿及青少年时期，每天一定量的牛奶能促进身体健康成长。牛奶的主要成份是水、蛋白质、脂肪、糖、矿物质，这些都是人体发育所必不可少的物质1。牛奶中的蛋白质主要是酪蛋白 ，它是一种磷蛋白。酪蛋白能促进婴儿与青少年的健康成长和提高对中老年人的保健作用。还有防止矿物质流失，抵抗龋齿等作用。从酪蛋白中提取的一种新型功能性食品添加剂能与钙离子结合形成可溶性复合物，促进钙的吸收2。酪蛋白在乳中以其钙盐的形式存在，即酪蛋白钙
2、。酪蛋白钙的结构相当复杂，主要是由、酪蛋白组成3，其等电点（中和）位pH=4.8（有的文献值为pH=4.6）, 乳的pH为6.6左右， 酪蛋白在此时带有一个负电荷，故以盐的形式被增溶，当奶粉酸化达到等电点时，酪蛋白结合并变成缠结而形成网状或凝块。因此它在pH为4.8以下的溶液中不溶。在乳中加入酸，胶束外面的负电荷被中和（磷酸集团被质子化），于是中性蛋白质胶体析出。酪蛋白不溶于乙醚、乙醇，所以可用乙醇乙醚将其中的脂肪洗涤出去4。奶粉中存在的酪蛋白钙盐有三种不同组分：酪蛋白酪蛋白。它们的分子量以及连接在酪蛋白分子上磷酸根的数目各不相同。酪朊酸钙实际上形成了一种复杂的水溶性单元，其中处于结构内部的，
3、和酸朊酸根离子被酪酸根离子包围着，形成了一个带负电荷的微胞，并与带正电的钙离子相结合。微胞是一种缔合分子单元的聚合体，它在介质中立刻以小球状微粒存在。这种微胞结构是由非水溶性的朊酸和水溶性的酪蛋白所组成。酪蛋白含有成键的碳水化合物，成为它表面积的某一部分，但它含有比酪蛋白中任何一个都要少的磷酸根。因此水溶性的酪蛋白使得这种结合的聚合体成为水溶性。牛奶中加入10%乙酸溶液。中和微胞上带有的负电荷，就可以形成游离的蛋白质，并以胶状物沉淀下来。将余下来的液体从酪蛋白沉淀物中倒去，然后将液体与碳酸钙一起煮沸中和。煮沸的作用同时也能使牛奶中的蛋白质，白蛋白和乳蛋白变性。这些变性的蛋白质可以通过过滤与碳酸
4、钙一同除去。将过滤得到的乳清浓缩至原体积的一半，然后经活性炭纯化后，就能利用乙醇重结晶得到乳糖。这种乳糖的晶体带有一个分子的结晶水，因而此分离产物的分子式实际上是：乳糖带有一个结晶水在着手进行乳糖分离时，你必须在短时间内完成分离过程，否则乳糖就会被分解（特别是乳杆菌）水解成半乳糖。半乳糖再被氧化成乳酸，它是酸牛奶的一种主要成分。糖类化合物受热时会分解，因此难以获得糖类化合物的熔点。虽然全脂奶粉中含有2.5%4%的乳脂，它们以微小的球状分散在牛奶中形成乳浊液，但在复制时奶粉中含有0.5%以下的脂肪。脂肪是由甘油与三个脂肪酸生成的一种酯。牛奶中的糖主要是乳糖，乳糖是一种二糖，属于低聚糖，它是唯一由
5、哺乳动物合成的糖，它是在乳腺中被合成的，乳糖是成长中的婴儿建立起发育中的脑子和神经组织所需的物质。乳糖也是不溶乙醇的，所以当乙醇混入水溶液中时，乳糖会结晶出来，从而达到分离的目的5。+乳酸菌+同时半乳糖在乳杆菌的作用下生成乳酸牛奶中的脂肪主要是乳脂，它主要是三酸甘油脂。其中多数由C4-C8的饱和脂肪酸生成。全乳中约含4%脂肪，以细小的球体（直径5至10微米）分散于水中。这种球体很小，一滴大约可含一百万个球体。因此乳中的脂肪比任何其他来源的脂肪都更易消化。乳脂溶于二氯甲烷，因此可用二氯甲烷萃取乳脂。2 材料与方法2.1 实验仪器仪器 生产厂家园盘旋光仪 型号： WXY4 上海大庆光学仪器 电子天
6、平 型号： FA1604 上海天平仪器厂KDM型磁力搅拌恒温电热套 菏泽市南城益发仪器厂WS70-1型红外线快速干燥器 上海市吴淞五金制造厂SHB-3型循环多用真空泵 郑州杜甫仪器厂细孔度滤纸蒸馏装置2.2实验药品实验药品 纯度 生产厂家冰乙酸 分析纯 天津市有限公司无水乙醇 分析纯 天津市医药公司二氯甲烷 分析纯 哈尔滨金丽化工试剂有限公司硅藻土 化学纯 天津市大茂化学仪器供应站碳酸钙 化学纯 北京市红星化工厂乙醚 分析纯 天津市博迪化工有限公司活性碳 分析纯 天津市永大化学试剂开发中心全脂甜奶粉 黑龙江省完达山乳业股份有限公司2.3 实验方法2.3.1 酪蛋白的分离称取20克奶粉加入50m
7、l水，搅拌使溶解，加热至40，慢慢的将配制好的10%乙酸溶液加入奶粉溶液中（滴加10%乙酸溶液，上层有沉淀产生，慢慢将沉淀挤压至烧杯底部，再继续滴加10%乙酸溶液，重复操作至沉淀完全），至淡黄色块状胶体完全沉淀为止。在加入过程中不断用PH试纸测溶液的pH值，要注意溶液中酸不要过量（应控制pH 在4.6-4.8之间）。挤压过滤得乳清，迅速加入4克碳酸钙粉末，搅拌充分备用。将所得酪蛋白胶体真空过滤，得乳清与原乳清混合，将酪蛋白粗产品移至烧杯中，加入60ml 95%乙醇溶液，搅拌后用布氏漏斗过滤，再用乙醇和乙醚的等体积混合液30ml洗涤沉淀两次，最后用30ml乙醚分两次洗涤酪蛋白，每次用搅拌棒搅拌乙
8、醚中的酪蛋白约10分钟，并捣碎所有块状的酪蛋白，最后真空过滤，得白色的洁净的酪蛋白，移至表面皿中，自然干燥，称重。 2.3.2 乳糖的分离把上述加入碳酸钙的乳清在不断搅拌下加热煮沸23分钟，真空抽滤，得滤液加热浓缩至原体积的一半。取175ml95%乙醇，加热至近沸，加入乳清和1克活性炭，搅拌，趁热过滤，得到的滤液倒入烧杯中，冷却，静置结晶12天，用细孔度滤纸过滤，得白色晶体，干燥后称重。2.3.3 乳脂的分离用台秤称20克奶粉，加入100ml二氯甲烷，在不断的搅拌下加热至沸，煮沸12分钟，真空抽滤得滤液，滤液倒入蒸馏烧瓶中蒸馏回收二氯甲烷（备用，蒸馏时，电热套电压设定在100V，速度不要过快）
9、，并分离乳脂，称量得乳脂。2.4三种物质的检测2.3.4 酪蛋白的检测取少量酪蛋白于试管中，加入10滴浓硝酸，将混合物温热呈橙黄色，继续加氢氧化钠，呈更深的颜色。2.3.5 乳糖的检测 本尼迪特溶液与乳糖反应，有红色氧化亚铜生成。 测定乳糖的熔点：理论熔程：201202。2.3.6 乳脂的检测 将乳脂溶解于醚，将醚液从滤纸上蒸发时有油脂点生成。3 结果与讨论3.1实验数据表1 温度和pH值对酪蛋白、乳糖的影响方案号温度（）pH酪蛋白凝聚时间（min）质量（g）乳糖D20（%）含量1354.6104.83.052.224152404.784.93.352.324.516.53453.123.51
10、5.545073.252.1231655552.4表2 乳脂的不同实验序号乳脂质量0.41020.39880.4325 百分含量（克） 2.1%2.0%2.2%3 2 酪蛋白的沉降 酪蛋白的等电点为4.8,乳的pH为6.6左右，因此酪蛋白等电点时带有一个负电荷，故以盐的形式被增溶，当奶粉酸化达到等电点时，酪蛋白结合并变成缠结而形成网状或凝块。即酪蛋白以沉淀形式析出，而钙仍以离子形式留在溶液中：酪蛋白 + + 另外，从实验观察出，温度对酪蛋白的沉降也有影响，温度越高，酪蛋白凝结速度越快，并且凝结块比低温时的大。3.3 乳糖产量不高的原因在反应过程中进行将乳清浓缩这一步时，有部分乳糖析出并挂在烧杯
11、壁上，损失部分乳糖，还有在趁热过滤操作中，由于乳清要加入175ml95%的乙醇中，过滤的溶液很多，需一定的时间才能完成，这样又有部分乳糖析出，造成乳糖的产量不高。3.4 奶粉中脂肪对酪蛋白的影响在分离酪蛋白时，由于脂肪会夹杂在酪蛋白中一起沉淀出来，因此应用乙醇和乙醚来洗涤酪蛋白，并将酪蛋白捣碎，使酪蛋白充分接触乙醇，乙醚，尽可能的除去脂肪，得到纯净的酪蛋白。3.5 分离乳糖时的注意事项在进行乳糖的分离时，必须在短时间内完成分离过程，否则乳糖就会被细菌（特别是乳杆菌）水解成半乳糖。半乳糖在被氧化成乳酸，它是酸牛奶的主要成分。乳糖过滤后在乙醇中滤液应是澄清的，否则乳糖很难结晶。如果过滤后的溶液不澄
12、清，可以加1克活性炭脱色后过滤。3.6 乳脂分离时的注意事项在分离乳脂的实验过程中，注意在加热时要不断的搅拌，使二氯甲烷充分接触到奶粉，得到的乳脂产率较高。本步实验使用较多的二氯甲烷，所以应改用新工艺，用蒸馏的方法回收二氯甲烷，以备下次使用。在蒸馏时要注意速度不要过快，以免把乳脂带出，使产率降低。3.7 温度和酸度的影响从奶粉中分离酪蛋白时，虽然温度越高，；酪蛋白沉淀的块越大，速度也越快 。但是温度过高能够加速乳糖的水解，使乳糖产量降低。在提取酪蛋白时也要注意酸的量不要过量太多，因为过量的酸也能促进乳糖的水解，导致产量不高。因此，本实验温度和酸度的选取对实验结果的影响巨大，选取一个适宜的温度和
13、酸度对本实验提高产率具有重要意义。3.8 碳酸钙的作用在分离乳糖时使用碳酸钙粉末，主要作用是中和多余的乙酸，以防止乳糖在后继反应时在酸性条件下水解，影响产率。并且，将乳清和碳酸钙一起煮沸的同时，也能使奶粉中的白蛋白和乳球蛋白变性使之凝聚，通过过滤和碳酸钙一起除去.4 结论 本次从奶粉中提取酪蛋白，乳糖，乳脂的方法简单，易于操作，产率较高。通过几组不同反应条件的实验方案，得出了最佳实验方案，即反应条件为温度在40左右，奶粉溶液的酸度控制在等电点附近，即pH=4.8时乳糖和酪蛋白的产率都较高。也得出了奶粉中乳脂的含量不高，并且难于提取。同时由于本方案温度不太高，并且尽量控制酸的加入不要过量，节约了
14、药品和能源。参考文献1 美D.L.帕维亚 ,G.M.兰兹曼,G.S.小克里兹.现代有机化学实验技术导论 科学出版社.19852 华羚乳品.COM3 美 J.A.米勒，E.F. 诺齐尔.现代有机化学实验.上海翻译出版社4 陈忠平.牛奶中酪蛋白和乳糖的分离.安徽技术师范学院学报 2001.15（4）：58595 美Stanley L.weinberg著.生物学 对生命本质的探讨.复旦大学等学校合译.人民教育出版社.19816 司航.化工产品手册-有机化工原料.化学工业出版社 7 中国医药公司上海化学试剂采购供应站.试剂手册.上海科学技术出版社8 美 J.A.米勒，E.F. 诺齐尔.现代有机化学实验.上海翻译出版社9 B.Y.KIM等.温度和PH值对酪蛋白凝聚的影响.中国乳品工业.1994.6，22（3） 致谢 在本论文实验过程中得到了多位老师的热情帮助，尤其感谢指导老师对本实验给予了许多宝贵意见和见议。同时也对郭元平和张平老师对本实验的帮助表示感谢。
