Первоначально проблема переработки и утилизации подсырной молочной сыворотки (МС) имела, в основном, экологический аспект, и ее решение было направлено на снижение выбросов биологических отходов в окружающую среду. Получаемые в результате переработки концентраты сывороточных белков, казеина, лактозы и водно-солевые отходы использовались для подкормки домашнего скота, в пищевой промышленности и генерации биотоплива.
В настоящее время усилился интерес к более глубокой переработке концентратов сывороточных белков, что обусловлено повышенным коммерческим и научным интересом к ряду биополимеров, обладающих ценными лечебными свойствами.
К таким белкам, в первую очередь, относится лактоферрин, который является ключевым компонентом врожденного иммунитета у млекопитающих, включая человека. Концентрация этого сывороточного белка в коровьем молоке достигает 150 мг/литр, а исходным сырьем для его выделения является молочная сыворотка. Для получения 1 кг сыра используется 10 литров молока, т.е., при производстве сыра получается 9 литров молочной сыворотки. Но вот концентрация лактоферрина в этой сыворотке составляет только 10-20 мг/литр. Дело в том, что молоко, при его приемке и дальнейшей переработке, подвергается тепловой обработке (пастеризация, тенделизация, стерилизация), а эти процессы приводят к разрушению сывороточных белков, включая лактоферрин, до 90%.
ВЫДЕЛЕНИЕ ЛАКТОФЕРРИНА
Молочная сыворотка (желательно подсырная) должна быть предварительно осветлена от остатков казеина и жира, обессолена и сконцентрирована. Для этого используются промышленные сепараторы и сгущение на ультрафильтрационных мембранах. Оптимальным для дальнейшего выделения считается конечная концентрация лактоферрина 110-130 мг/литр в концентрированной сыворотке, именно при такой концентрации возможно дальнейшее эффективное и рентабельное выделение лактоферрина. Финальным этапом выделения и очистки является препаративная ионообменная хроматография.
Надо отметить, что совместно с лактоферрином на ионообменной хромотографии выделяются и другие биологически активные белки, такие например, как лактопероксидаза. На стадии элюирования (смывания) с хроматографической колонки они могут быть разделены, на отдельные фракции продуктов.
Наряду с лактоферрином в процессе концентрирования сыворотки получаются и другие ценные продукты: молочный жир, казеины, лактозу, концентрат сывороточных белков, а также лактопероксидазу, что повышает рентабельность всего технологического процесса выделения лактоферрина.
К сожалению, современные технологии, которые используют электродиализ, аффинные сорбенты или катионообменные мембраны, пока не позволяют эффективно и количественно экстрагировать лактоферрин из сыворотки, поэтому классическая препаративная ионнообменная хроматография является пока единственным методом промышленного получения лактоферрина.
При выделении лактоферрина на ионнообменном сорбенте используется высокая изоточка этого белка (больше 8), что позволяет быстро и эффективно отделить его от большинства сывороточных биополимеров. При определенных условиях с сорбентом связываются только лактоферрин, лактопероксидаза и ряд низкомолекулярных белков, которые в дальнейшем элюируются индивидуально. После обессоливания (диализ или электродиализ) фракции изолированных белков лиофильно высушиваются для дальнейшего хранения и использования.
Помимо подсырной сыворотки, для экстракции отдельных фракций сывороточных белков используют кислую сыворотку, которая получается после изготовления творога, и обезжиренное молоко. В этом случае этапы технологического процесса модифицируются незначительно. Надо отметить, что получение лактоферрина из обезжиренного молока (обрата) и пахты является самым перспективным, но к сожалению мало востребованным методом.
Наиболее популярными для хроматографии сывороточных белков являются сорбенты на основе 4-6% агарозы с высокой емкостью по белку (до 150 мг/мл). Основным недостатком этих сорбентов является их высокая стоимость. В последнее время для пилотных выделений хорошо зарекомендовали себя монолитные колонки. Ну, и конечно, продолжаются работы по изучению возможности получения индивидуальных сывороточных белков с помощью мембранных технологий.
Актуальность организации производства лактоферрина, его свойства и активности показаны на сайте ООО «Лактобио», г.Москва.
СВОЙСТВА ЛАКТОФЕРРИНА
Лактоферриновый комплекс железа
Лактоферрин является гликопротеином млекопитающих, молекулярная масса его 80 кДа, имеет высокую аффинность к ионам железа.
- Этот белок относят к семейству трансферринов, связывающих железо сывороточных белков.
- Лактоферрин синтезируется эпителиальными клетками внутренних желез млекопитающих с последующей секрецией белка в слизистую легкого, желудочно-кишечного тракта и другие биологические жидкости организма (молоко, слюна, слеза и т. д.), где проявляет свои свойства и активности.
- В крови Лактоферрин синтезируется и накапливается во вторичных гранулах нейтрофилов и высвобождается из этих клеток вместе с другими защитными белками и пептидами при воспалительном процессе.
- Молекула Лактоферрина имеет два центра связывания ионов 3-х валентного железа.