从废料到营养：乳清（一种副产品）向低聚半乳糖生产原料的演变

作者：

这篇文章讲了一个 “变废为宝” 的故事 —— 把乳品行业（比如做奶酪、酸奶时）产生的废料 “乳清”，转化成对人体有益的营养物质 “低聚半乳糖（GOS）”，还详细说了怎么转化、受哪些因素影响，以及转化后的 GOS 能用来做什么。

（图 1）展示了乳清以环境可持续的方式被利用的途径

先搞清楚两个关键东西：乳清和 GOS。乳清是做奶酪、酸奶、 paneer（一种印度软奶酪）时剩下的淡绿色透明液体，里面有乳糖、矿物质、少量蛋白质这些营养，但以前很多都直接当废水排了，不仅浪费，还因为污染物含量高（比如生物需氧量、化学需氧量超标）污染环境。而 GOS 是一种 “益生元”，简单说就是能促进肠道里好细菌生长、对健康有好处的物质，还能增加食物的甜味、改善口感，热量还低。

接下来核心就是 “怎么用乳清做 GOS”，文档里讲了三种主要方法：

第一种是 “酶解法”，也是现在最常用的。用一种叫 “β- 半乳糖苷酶” 的酶，让乳清里的乳糖发生反应生成 GOS。这种酶来源不一样，效果也不同 —— 比如从酵母（像乳糖克鲁维酵母）里来的酶，在乳糖浓度高的时候产 GOS 更多；从真菌（像米曲霉）里来的酶，在乳糖浓度低的时候更合适。而且酶的使用方式（比如固定起来反复用，还是直接用游离的）、反应温度（一般 35-55℃）、pH 值（甜乳清 pH 高些，酸乳清 pH 低些，得选适配的酶）都会影响产量。

（图 2）展示了低聚半乳糖（GOS）的 “转半乳糖基化” 生产机制，以及不同聚合度的 GOS 产物结构。

第二种是 “发酵法”，用乳酸菌这类微生物来发酵乳清。比如用做酸奶的菌种（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌），或者其他乳酸菌，让它们分解乳糖产生 GOS。不过这种方法产量差异大，有的菌种只能产一点点，有的比如特定的嗜热链球菌菌株，能产到 30% 左右的 GOS。

第三种是 “全细胞生物量法”，简单说就是用完整的微生物细胞来帮忙。有些微生物自身带的酶是 “绑” 在细胞上的，直接用这些细胞处理乳清，还能把细胞离心回收了反复用，节省成本。比如用一种叫 “双歧杆菌” 的细胞，处理乳清后 GOS 产量能到 37% 左右。

然后还讲了哪些因素会影响 GOS 的产量和质量：首先是乳清的类型 —— 甜乳清（做奶酪剩下的，pH5.9-6.4）更适合产短链的 GOS（比如含 2 个糖单元的）；酸乳清（做希腊酸奶、 paneer 剩下的，pH4.6 左右）更容易产长链的 GOS（含 3-5 个糖单元的）。而且酸乳清里的钙、磷含量更高，甜乳清里的蛋白质稍多，这些成分也会间接影响反应。其次是乳糖浓度，乳糖越多，越容易生成 GOS，尤其是长链的 GOS。还有乳清里的矿物质，比如钙可能会抑制酶的活性，但钾、镁又能促进，所以是多种矿物质互相影响的结果。

最后说的是 GOS 的用处和未来方向：现在 GOS 已经能用在很多食品里了 —— 比如加在酸奶、面包、果汁里，改善口感和营养；因为它和母乳里的益生元成分像，还能加在婴儿配方奶粉里；甚至能当低热量甜味剂，替代一部分糖。不过目前用乳清做的 GOS 在食品里的应用还不算多，主要是成本、技术还有口味适配的问题。未来还想做得更好，比如开发更多乳清来源（比如用 paneer 剩下的乳清）、优化生产方法（让酶更高效、更便宜）、做出有特定功能的 GOS（比如针对老人肠道健康的），还要让生产过程更环保，符合可持续发展的要求。