具有免疫活性的乳清成分及其製取方法
2023-09-20 13:54:15
專利名稱:具有免疫活性的乳清成分及其製取方法
本項發明涉及一種具有免疫活性的乳清成分及其製取方法。本申請是1986年1月13日提出的6/818，610號專利申請的延續;而後者又是1985年4月15日提出的美國專利申請6/723，612號的延續。上述申請中披露的內容包含在本文的參考文獻中。
與大多數家畜一樣，小牛出生時是沒有免疫能力的。母畜(母親)通過最初的乳腺分泌(稱做初乳)，在產後向幼畜傳輸被動免疫。初乳中具有免疫活性的高分子量蛋白質(稱做免疫球蛋白，以下簡稱Ig)的水平會很快的降低。這些Ig分子具有抗體的性質，只有成年動物才能產生以增強動物對細菌、病毒或寄生蟲感染的免疫力。可是在小牛出生時，它的血液中缺乏Ig。只有當它出生以後不久，從母畜初乳中消化與吸收一定數量與質量的Ig，才能使小牛的免疫系統具備有效的功能。
在天然的被動免疫傳輸機制中第一重要的因素關係到母畜初乳的特性。為了能有理想的被動免疫，母畜初乳中應含有適量的Ig，而且這種Ig中應具有對不同的病原體的特異性抗體，每一種特異性抗體還應有合適的濃度。如果母畜初乳中對某些重要的病原體的特異性抗體的濃度不夠，則小牛隻能由此得到對該幾種病原體不充分的抗體，這樣就會因此而形成對這幾種病原體的免疫能力的缺陷。
天然被動免疫傳輸機制中的第二重要的因素是小牛的調整，即關係到初乳消化的量和時間。對於消化的量，以前的研究曾經指出，為了使吸收的Ig進入小牛循環系統達最大水平，被消化的初乳體積是有極限的。食入超過2升的初乳則不能有意義地增高小牛對Ig的吸收。而且，新生牛在一次餵食期間難以消化多於2升的液體。至於消化的時間，新生小牛腸道對大分子Ig的穿透性隨出生後小腸細胞的成熟而迅速下降。這種已經被充分了解的天然的小腸的機制可以稱作為「吸收的關鍵時期」，它的意思是指，只有在產後的一段很短的時期內小牛必須食入並吸收合適量的高質量的初乳，以達到其理想的被動免疫水平。雖然在產後24小時食入初乳還可能實現一定程度的免疫傳輸，再晚則初乳的食入對被動免疫已經沒有什麼效力了。理想的情況是，在產生後的前8個小時內攝入初乳。
實際上，相當數量的新生小牛或是吃不到合理數量與質量的初乳，或是不能在這個吸收的關鍵時期吃到初乳。結果所造成的免疫傳輸的失敗表現為高死亡率、對疾病的易感性增加和生長速度減慢。
在出生時，小牛缺乏對疾病的免疫性的證據是血清抗體濃度低。大約在產後的6-12小時內，小牛攝入2升有合理的Ig濃度並對病原體有廣泛特異性抗體的初乳。當大分子Ig，或抗體被腸道吸收時，血清抗體濃度會迅速上升。初乳攝入後的幾個小時，初乳Ig分子經腸道進入小牛血流的過程即可完成。在以後的數天內，通過正常的系統更新，來源於母畜初乳的血清Ig逐漸降低。隨後，小牛的免疫系統開始產生活性的Ig以取代逐漸降低的初乳來源的Ig。最後，小牛的免疫系統達到了能自身維持或生產活性Ig的能力，並從而保持了必要的恆定的血清Ig濃度。
以前的研究指出，血清的Ig濃度在20毫克/毫升的水平或高於此水平是理想的。具有這樣的Ig濃度的小牛與只具有較低水平被動免疫的小牛相比，表現出死亡率明顯降低，對疾病的抵抗力增高和生長速度加快。
理想的免疫傳輸與實際存在的自發進行的免疫傳輸相差甚遠。食入的初乳量不夠或是僅得到低Ig濃度的初乳造成被動免疫傳輸缺陷。如果這種被動免疫水平不足的小牛接觸疾病(這種可能性是極大的)就會得病，需要付出昂貴的醫療費用，小牛也可能會死去或缺乏充分的生長能力。
因為產奶的牛被選擇性的繁殖以取得最大的牛奶產量，對於牛奶場場主來說，這種被動免疫傳輸問題是特別實際的。在哺乳一開始，生產牛奶的母牛因其奶量大而很快地稀釋了初乳中有限量的Ig分子。結果是，新生牛所食入的牛奶中Ig分子的濃度大大低於為了實現合適的被動免疫所需要的水平。因為典型的不愛爭食的小牛在其吸收的關鍵時期僅能吃到相對少量的初乳，使在小牛腸道中的Ig分子的數目及可供吸收到血流中的Ig經常低到不合理的程度。結果造成被動免疫水平難於提供合適的對疾病的抵抗力。
為了與上述的免疫缺陷問題作鬥爭，有些有小奶牛的牛奶場主人為從一頭母牛那裡收集一些他們認為質量好的初乳並在吸收關鍵期強迫餵給新生小牛。這種費力的控制初乳餵食時間和量的方法，無法補償初乳中Ig含量低或缺乏抗重要致病菌特異性抗體的困難。因為對於初乳中Ig濃度及抗體分布的測定只能用複雜的費時的實驗室測定方法，這些牧場主無法判斷他們耗時費力所得來的這些餵新生牛的初乳，是否能提供合適的被動免疫水平。
在眾多的牛奶場中，另一種辦法被用於控制初乳的攝入時間、Ig的質量及初乳中對病原體特異的抗體的分布。把一群母牛產後12小時內收集到的牛奶混合，然後將一定量的這種混合的「初乳」餵給每一頭新生牛。但是因為牛奶場主無法控制混合「初乳」中的Ig的濃度及對病原體特異的抗體分布，這種費力的勞動仍是不能得到滿意的結果。
另一種增強小牛對某一疾病抗性的有吸引力的方法是採用在產前對母牛用疫苗進行免疫。免疫的結果增高了血清中對這種病原體特異的抗體的濃度，並導致在初乳中也有較高的該種抗體。當小牛食入這樣的初乳後增強了免疫力，但僅僅是針對上述選定的疾病。
在實驗研究中，研究者們化驗了初乳中Ig的濃度及對病原體特異的抗體的分布，並在吸收關鍵時期內令小牛食入一定量的初乳。證實了初乳的Ig水平與小牛的抗病能力、死亡率、生長速度之間有直接的相關。雖然這些實驗室的測試大大增加了我們對動物天然被動免疫傳輸機制的了解，但他們並未提供一種控制初乳中Ig濃度和對病原體特異的抗體分布的方法，因此仍未解決上述的免疫傳輸問題。
由於無法控制被動免疫傳輸機制，給牛奶場主和其他人造成了重大的經濟損失，這說明對一種能促進免疫傳輸機制的產品或方法有強烈的需求。
本發明的主要目的在於，利用初級分離罐將乳清底層的最低分子量部份與中層較高分子量部份和上層最高分子量部份分開，然後用二級分離罐將乳清中層部份與上層部份分離開，從而產生一種高度濃縮的具有免疫活性的產品。
本發明的另一主要目的在於，以兩臺分開的超濾分離罐完成乳清的分部分離。第一臺分離罐將乳清的底層部份與中層及頂層的部份分開，並同時具有保證第二臺分離罐能行使將乳清的中層與頂層分開的功能。
本發明的另一個主要目的在於，提供一種乳清的分部分離方法，它能使較高分子量的乳清蛋白與較低分子量的乳清蛋白分離，從而得到一種含量增高的較高分子量的免疫活性乳清蛋白。
本發明的另一個目的在於，提供一種由乳清中提取天然存在的Ig分子的方法，以生產一種高濃度的免疫活性產品，這種產品以後可以溶於液體中成為初乳的代用品或補充食品，這種產品的Ig濃度可控制，並已知其中所含有的對各種病原體抗體的分布和濃度。
本發明的另一個目的是，通過讓新生牛在吸收關鍵時期內餵食免疫活性乳清製品，以控制天然被動免疫傳輸機制的方法，使新生牛對廣譜病原體的每種抗體都能達到設想的濃度，而且無需依賴於食入天然的初乳。
本發明的另一個主要目的是，由乳清中製取上述的免疫活性物質，這種物質是低廉的牛奶場的付產品。
本發明的另一個目的是，應用市場上可供應並且在牛奶場中普遍使用的裝備來製取上述的產品。
本發明的另一個目的在於，提供以合理的價格生產大量的上述乳清製品的方法。
本發明的另一個目的在於，對上述產品製成乾粉狀的製品，以便於能保存相當長的時間。
本發明還有一個目的在於，上述的製品可按小牛的需要(按照其大小)來投予，以提供被動免疫。
簡而言之，本項發明包括從其主要部份的Ig分子是處於活性形式的乳清粗製品中，通過特定的可控超濾方法來製取一種乾燥的、具有免疫活性的過濾產品。這種過濾產品的活性Ig濃度至少佔固體量的大約7%，並同時具有其分子量高於或低於Ig的其它乳清免疫活性成分。雖然以前的看法堅持認為，新生牛所食入的初乳需每升含有40-50克Ig，才能實現理想的被動免疫並激活主動免疫系統，但本項發明所敘述的乳清過濾產品只需3.5克/升就能顯現出完全有效地取代天然初乳的能力。本項發明所敘述的免疫活性過濾產品也被試用做食品添加劑，並證實當在一段時期內反覆小量給藥時，它能提高動物對疾病的抵抗力，並促進生長速度。因為這項過濾產品已被證實它的活性不僅對動物而且也針對人類的抗原，因此對人類可能會有很好應用前景，特別是做為新生兒的補充食品。
本項發明的產品生產，或是用一級超濾罐，或是將一級和二級超濾罐串連使用。一級超濾罐使用含有活性Ig及其它免疫活性成分的粗製乳清為原料生產一種初級產品，它保持了相對高分子量的乳清的中層及頂層部分，使大部分相對低分子量的乳清底層部分濾掉。初級的產品可在二級超濾罐中被進一步濃縮，得到一種二級產品，它保持住相當豐富的乳清頂部成分，這種成分中含有Ig及其它高分子量免疫活性物質，而將佔一定百分比的較低分子量的中層部分濾掉。將二級產品乾燥，以產生本項發明的乾燥的免疫活性產品。全部操作及乾燥過程都是在能保護Ig及其它免疫活性成分的免疫活性的條件下進行的。
一級超濾罐在非預期條件下操作，使乳清再成形，這樣降低了乳清蛋白在二級罐超濾膜的較大的孔眼限制動態膜的傾向。對第二級超濾罐來說使用再成形的原料能使乳清的中層和頂層部分得以分級，因而在二級產品中得以實現Ig和其它高分子量免疫活性物質的濃度明顯增高的結果。如果沒有這種二階段的操作程序，則在二級罐的超濾膜上很快形成動態膜，使乳清中的中層和頂層成分的分級無法進行。
發明之處將特別在申報的權利要求
書中指出。但是，發明的操作及其目的和優點可參考下列詳細的敘述，並同時參閱下列的圖注來得到較好的了解。即圖1小牛食用天然初乳及食用本項發明所說的乳清製品後血清中Ig濃度的比較。
圖2操作流程圖，說明改進了的超濾過程以產生高濃度Ig的過濾產品。
圖3操作流程圖。說明一種綜合的超濾/離子交換過程，以由乳清中分離免疫活性Ig。
圖4操作流程圖。說明在圖2中指出的從流路A中過濾的產品與在圖3中指出的流路B離子交換單位中的高濃度Ig合併，產生一種具有高濃度Ig的混合物，這樣的濃度大大高於僅用超濾方法所能得到的。
圖5示出乳清蛋白部份的組成圖6流程圖。說明液狀乳清原料通過初級分離罐和二級分離罐的二個階段操作。
為了較好地說明本項發明的優點及其在本領域中的貢獻，下面較為詳細地說明本發明產品及方法的較好實施。
像由奶場母牛這樣的家畜分泌的牛奶中長期含有低濃度的Ig，這樣的Ig當攝入後表現不出被動免疫的效應。本項發明關係到從乳清中提取和濃縮Ig的方法，操作是在小心控制的條件下進行的，以保護結構易損，對熱敏感的Ig的免疫活性。所謂「免疫學活性」或「免疫上有活性」這樣的術語與Ig分子相連繫時，意味著Ig分子與抗原結合的能力。這種濃縮的、免疫上有活性的Ig分子可在產後餵給新生的小牛，或是做為初乳的代替品或是做為初乳的補充，以增強天然的免疫傳輸機制。本項發明認識到並且利用了Ig分子在牛奶中是最大的分子和在乳酪製造過程的乳清付產品中存在有少量的廉價的這種分子這樣的事實。作為奶酪生產的付產品，全世界每年產生大約85，000，000公噸乳清，其中的大約34，000，000公噸未在經濟上被利用。因此，在實施本項發明的過程中能以最低的成本利用乳清副產品，並且減輕處理廢乳清的負擔。
在常規的乳酪綜合生產過程中，粗牛奶加工成凝乳，即初級的奶酪成分，和一種液狀的乳清付產物。粗製的牛奶輸入物中包含大約14%的固體。其中4%由蛋白質構成，包括高分子量的免疫活性Ig蛋白質和其它有免疫活性的乳清蛋白成份。牛奶中蛋白成份中的相當部分在奶酪製造過程中被沉澱出來形成酪蛋白。在乳清付產品中可能含大約6%的固體，其中的70%是乳糖，30%是蛋白質、礦物質及脂肪。這些殘留的乳清蛋白一般形成乳白蛋白、乳球蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白(Ig)和多肽的混合物。
在本項發明中所用的術語「乳清」包括二種成份一是奶酪製造過程中形成的液狀乳清付產品，二是已去掉酪蛋白的牛奶。
本項發明的目的是在小心控制的條件下處理粗製牛奶及其乳清付產品，以增加最終產品中Ig的濃度，而不像在粗製牛奶中那樣僅有少量的、免疫學上無作用的Ig濃度。這項操作必須在小心控制的條件下進行，以避免Ig分子的免疫活性的明顯降低。
現已有多種由乳清提取並製成乾燥濃縮的蛋白產品的方法。這些蛋白提取物通常稱作乳清蛋白濃縮物或「WPC」。在這類提取和濃縮蛋白的技術中主要關心的是保持WPC的食用性，如味道、嗅味、溶解度等等。雖然這些乳清和WPC提取技術可以生產有用的食品，但在這些方法中的粗牛奶、乳清和生產出的WPC都暴露在下列因素的影響下1)過熱(時間/溫度);2)過多的細菌;3)在操作中加入或由細菌中產生過多的酶的活力。
現在詳細討論能由粗牛奶中分離出Ig分子並生產出高度濃縮的免疫活性Ig的產品的方法步驟。
一批粗牛奶一般都得自生長在某一特定地理環境中的一群或數群奶牛場母牛。粗牛奶首先被施用瞬間的巴斯德滅菌，例如快速加熱到160°F，在這一溫度維持15-20秒鐘，然後迅速降溫。測試表明，在這樣的瞬間巴斯德滅菌中，相對快的升溫，在高溫中僅保持短的時間及迅速地降溫可合宜的將牛奶中的微生物活力控制在一定的水平上，而對牛奶中Ig的免疫活性無明顯影響。
如果在操作中明顯偏離了上述的瞬時巴斯德滅菌法的要點，就像其它通常所熟知的較長時間的巴斯德滅菌操作那樣，牛奶中的Ig分子的免疫活性會出現明顯降低或破壞，因此在操作本項發明所述的方法時需加以避免。
在某些情況下，在乳清加工中可再加以第二次瞬間巴斯德滅菌。這樣的第二次巴斯德滅菌會導致Ig分子的免疫活性的降低，但仍可將免疫活性保持在有用的水平上。已經證實進行第三次瞬間巴斯德滅菌的結果將造成Ig分子的全部免疫活性破壞，因此在大部分情況下務必避免。在本項發明操作中於每次瞬間巴斯德滅菌後都需仔細測試Ig分子的免疫活性，以判定Ig的免疫活性是否仍保持著。這些測試的結果將提示巴斯德滅菌的步驟是否需要修正或限制。
巴斯德滅菌完成後，牛奶將被加入製造奶酪的引發劑，如乳酸桿菌。如同普通的奶酪加工過程一樣，奶酪形成桶的溫度被調到華氏86到90度，並維持二個小時，直到凝乳的形成達到設計的程度。此時，奶酪桶的溫度提高到大約102°F，並將乳清排出，此過程通常需要30-45分鐘。乳清付產品即刻移入約100°F的澄清器或分離器，在那裡乳清付產物中的脂肪和酪蛋白顆粒成分將被分離。此時，澄清的乳清或被貯存於40°F以抑制細菌的生長，或立即移入一個超濾系統中，超濾過程中乳清被加熱並維持在大約120°F-130°F。上述的操作參數可基本上保持Ig的免疫活性。在實施本項發明的操作時，上述的時間和溫度必要時可改變，但需用下述的測試方法監測，以基本上能保持住Ig的免疫學活性。在奶酪製造過程中或超濾操作中，將乳清或乳清付產物始終保持在低於130°F的溫度下是十分重要的。
超濾技術多年來用於從澄清的乳清中將較低分子量的非蛋白成分與各組較大分子量的蛋白分離開。本項發明中沿用了相似的超濾技術。溫熱的澄清乳清直接注入稱作「UF1」的第一級超濾裝置。具體說是UF1中所用的超濾膜可容許分子量低於大約10，000的分子穿過，但不讓像蛋白質這樣的較高分子量的分子通過。被超濾膜保留住的物質稱作「保留物」，而對能穿過超濾膜的物質稱之為「穿透物」。不希望要的低分子物質，如乳糖、礦物質和無機鹽穿透過超濾膜在第一級超濾中隨水一起從乳清付產物中除去。
當保留物或是反覆通過一臺單個的超濾裝置，或是直接注入串連的第二臺超濾裝置後，保留物被濃縮成有較多的固體物質，表現出粘性增加，並在超濾膜上出現極化現象使膜失效。克服極化現象的方法是用水稀釋保留物，令稀釋的保留物作進一步的超濾，這樣的操作稱為透析過濾(diafiltration)。一系列的超濾步驟反覆進行，直至保留物所含的固體中達到高濃度的蛋白質含量，最好能高到含70-80%的蛋白質。在這時，Ig分子在全部保留物蛋白質中的含量低於10%。因為在保留物中的Ig分子的最小分子量處於等於或高於160，000道爾頓的水平，又因為第二大的保留的蛋白質分子是血清白蛋白，它的分子量處於66，000道爾頓的水平，上述初步濾過分離的保留物可直接再通過一臺或數臺能讓血清白蛋白和其它低分子量蛋白通過但不能讓較大的Ig分子通過的超濾裝置，就能明顯增加保留物中的Ig濃度。具有這樣能力的超濾膜在市場上是可以買到的。
雖然在上面的敘述中第一級超濾過程用切割分子量10，000的膜，第二級超濾用切割分子量100，000的膜，這種特定的切割水平僅是為了用做說明的目的。這項發明可在多種不同的方式下執行，或是反覆利用一臺單獨的超濾裝置並順序採用有不同穿透能力的膜;或是利用有固定穿透能力或逐漸增加的穿透能力膜的一系列的超濾裝置;或是僅利用一臺具有穿透能力為大約66，000-160，000道爾頓的超濾裝置。實際上，一臺有100，000道爾頓穿透膜的超濾裝置可以工作得頗為不錯。基於上述對目的與操作的記敘，為了達到對大分子量Ig有滿意的高濃度的濃縮，選擇合宜的超濾裝置和超濾操作是本項方法中基本的技巧之一。
在實際運用本項發明時，在各步操作中包括超濾步驟，保持Ig分子的免疫活性是至為重要的。方法是合適的溫度控制，最低的微生物活性，同時要小心控制和監測加熱及巴斯德滅菌。在現有的奶酪加工廠和超濾工廠中，幾乎無一注意到這些安全措施，結果造成它們所生產的WPC只能含有無免疫活性的Ig。
因為Ig分子免疫性質的喪失可能並不變更分子的大小和分子量，因此在實施本項發明中基本保持所有Ig分子的免疫活性是重要的。在加工過程中期望僅僅只有一小部分Ig分子在免疫上失活。新生牛攝入一份免疫學上無活性的Ig溶液無助於在它們的血液中形成有效的血清免疫活性Ig濃度。因此在實施本項發明的每一步中都要維持活性的Ig要顯著高於非活性的Ig，以生產一種能夠控制被動免疫傳輸的產品。
隨後，產品用通常的冰凍乾燥(低壓凍幹)法或噴霧乾燥技術弄乾。在多數情況下，噴霧乾燥法較好，因為這種裝置在一般的奶牛場中都有。同時，噴霧乾燥效率高、速度快，並較冰凍乾燥法來得便宜。最後形成的過濾產品可置室溫下保存。
因為Ig的免疫活性易被過熱所破壞，低溫或冰凍則對其並無影響，因此從部分脫水的超濾保留物中用冰凍乾燥裝置脫水不會影響Ig的免疫活性。在噴霧乾燥中，是另一種機制防止了Ig免疫活性的明顯降低。雖然在噴霧乾燥裝置中部分脫水的保留物是在約300°F的溫度下經受高速空氣的吹動，可是Ig分子卻由於水蒸發的吸熱作用而保持在較低的溫度下。總而言之，噴霧乾燥與冰凍乾燥相比更為經濟，並可以用遠為高速的方式生產出乾燥的粉狀WPC。
以前用部分乾燥濃縮超濾保留物的技術來生產作為動物和人類食品的WPC時，經常將保留物在高溫下置真空裝置中6-8小時。雖然以這種方式真空乾燥的WPC的嗅味和營養可能並未受影響，Ig的免疫活性則可完全被破壞了。因此在執行本項發明時，這類乾燥技術是不能使用的。
在保留物被乾燥以後，對乾燥的粉狀產品將被化驗其所含Ig的免疫學性質，包括Ig中所含對病原體特異抗體的濃度和分布。由於在不同批產品中Ig分子是由不同批的含不同Ig分布與濃度的牛奶中製造的，應用本項發明所生產的各批產品中對病原體特異的抗體的相對濃度是不同的。實際上，每種最低可接受的抗體水平都要小心地測定，以保證對在產後一定時期內餵以一定量上述產品的小牛，至少在對某一特定疾病所獲得的被動免疫能力上應該達到預計的水平。
對產品中病原體特異抗體活性的測量所用的測試方法稱作「EIA」試驗。這種測試方法記敘在一篇篇名為「用酶聯免疫法定量測定牛對產氣莢膜梭狀芽胞桿菌B毒素產生的IgG、IgM和IgA抗體，I、為提高免疫力的被動傳輸而進行的預先免疫」的論文中。這篇論文發表在「獸醫免疫學和免疫病理學」(Veterinary Immunology and Immunopathology)第4卷(1983)579-591頁，作者是W·A·Fleenor和G·H·Stott這篇論文包括在參考文獻中。那篇論文中所討論的EIA測定對在合適領域中有過基本訓練的人來說是熟知的。
將EIA方法與輻射狀免疫擴散(RID)試驗合用能測量出在本項發明的操作中所造成免疫學上失活的Ig百分數。雖然RID可測出牛奶、乳清或過濾產品中Ig分子的數目，但無力區分免疫學上有活性與無活性的免疫球蛋白分子。
因此可對牛奶或乳清原料製品進行雙重的分析1)用EIA方法測定在原料中對一種或數種病原體特異的抗體的活性;2)用RID方法測定原料中Ig分子的總數。EIA結果除以RID結果所得到的第一組比例數代表了每一種被測試病原體特異抗體與原料中Ig分子總數之比，不論這種分子在免疫學上有無活性。
EIA和RID試驗被以同樣的方式用於過濾產品，EIA的測試結果除以RID的測試結果得到第二組比例數，代表了每一種被測試病原體特異抗體與過濾產品中Ig分子總數之比，不論這種分子在免疫學上有無活性。比較第一組與第二組中的各個比例數將示出每一種病原體特異抗體的相對濃度下降的百分比，這就代表了在應用本發明的加工過程中造成免疫失活的Ig分子的百分數。
因此，上述的EIA/RID聯合測試方法代表了一種技術，用它可以判斷在執行本項發明中基本上維持住了Ig分子的免疫活性。可對加工中的每一步及產品都施用這樣的聯合監測，以找出和排除造成Ig分子免疫活性不可接受地被降低的操作條件。一但加工過程標準化了的時候，可以考慮停止EIA/RID的聯合測試，直至又出現免疫失活的問題。
一但整個加工過程的標準化已被確立，也可僅僅用EIA測試監測過濾產品中對病原體特異抗體的分布和濃度。如果發現有一種病原體特異抗體的濃度變化與整個加工過程引起的Ig免疫活性的降低有直接的比例關係，則可用此單一病原體特異抗體代替EIA/RID聯合測試來監測免疫失活問題。
新生牛一般會碰到下列的病原菌，因此需要對下列病原體的被動免疫1、大腸桿菌2、都柏林沙門氏菌3、產氣莢膜梭狀芽胞桿菌，B型和C型
4、嗚疽梭狀芽胞桿菌(肖氏梭菌)5、睡眠嗜血桿菌6、Paraflueuza 3粘病毒7、傳染性牛鼻子宮頸炎(Rhinotracheitis)8、鼠傷寒沙門氏菌EIA或等效的測試程序可被選用來測試對某一類常見病原體特異抗體的出現和濃度。以商品規模執行本項發明時所選用的化驗測試種類的範圍取決於所選用方法的複雜性、重複性及價格，也取決於對某一特定病原體被動免疫所欲增高的水平。例如，在某些條件下測試程序可以修改或擴展，以測定像諸如巴斯德氏菌屬、產氣莢膜梭狀桿菌D型、Rota病毒、冠狀病毒等。
在將本項發明應用於商業規模時所用的化驗手段一般都要選用在全過程質量控制中所擬定的一組病原體的抗體，以確定每批產品的合格程度。必要時可修改化驗方法以適應不同的質量控制標準，例如地區的質量控制標準。
當使用過濾產品來控制小牛的被動免疫傳輸時，取一定量的本產品溶於液體中，如初乳、牛奶或水，形成1-2升Ig溶液。在吸收關鍵期將此Ig溶液餵給小牛，一般是產後12小時內，最好在產後2小時內。因為新生牛在最初的吸乳中最多吃入1-2升液體，因此需保證在溶液中有足夠高的Ig濃度，以使有合適量的Ig分子進入小牛的血液從而達到最低血清有效Ig濃度。
市場研究指出，用戶樂於用乾燥形式藥物餵給動物，而不是液體的藥物。為迎合這種需求，本產品也可製成藥片或膠囊。將產品裝入一種兩部分的明膠膠囊，可用一種方便的現存的技術，也避免了產品遇熱。膠囊被小牛攝入後溶解並釋出本產品。隨後它會溶解在給藥時同時被小牛食入的液體中，如水、牛奶或母牛的初乳中。Ig溶液中的Ig隨之通過小牛腸道而被吸收。無論用固體或是液體的形式投予，本產品的劑量都是一樣的。
已經得知，為了實現合適的被動免疫傳輸，至少要在小牛血清中Ig水平達到15毫克/毫升，最好20毫克/毫升，因此對一頭通常是100磅的小牛必須要投予較高濃度的Ig溶液供它攝入。因為僅僅大約200克本產品可溶於一升初乳、牛奶或水中，又因為一頭新生牛通常在一次餵食中僅能吸收一到二升液體，因此在產品中含Ig達到40-50%的產品將可使小牛血清中的Ig濃度達到通常被認可的水平。
現在對本項產品在控制病原體特異抗體的濃度和分布方面的適應性做詳細的討論。必要時，混合二批或多批乾燥的免疫活性過濾產品來得到一種能符合質量控制標準的要求是有利的，此時往往單批的產品達不到要求。
應用更加複雜的過濾操作和超濾膜可去掉更多的非Ig分子，這樣的超濾方法可以生產有高濃度的免疫活性的過濾產品，並因此而增加每一種病原體特異抗體的濃度。在多數情況下，通過高水平的超濾產生更為濃縮的產品往往可達到較低濃縮的產品達不到的質量標準。
既使不應用上述的混合技術，按照本發明所生產的過濾產品也可達到相對均勻的病原體特異抗體的濃度和分布，這是因為用於將牛奶加工成乳清Ig的原料來自一群大的、同一地區的母牛。雖然由一頭母牛或是一小群母牛得到的牛奶可能缺乏必要的病原體特異抗體或是只具有較低的Ig濃度，本過濾產品則不會表現出這種來自個別牛奶樣品的免疫不適應性。相反，由於它的均勻性，過濾產品可具有更多同樣有用的免疫學性質。
作為應用本項發明產生高濃度免疫活性Ig過濾產品的直接結果，可導致大量其它的對天然被動免疫實施正相控制的技術，這對一個掌握了本項發明基本技術的人來說，顯然因此而可以得到附加的技術及利益。
當本項發明的方法在某一選定設備中執行時，要用上述的化驗來監測原料、中間產品及最終產物，以判定Ig的免疫活性是否已被基本保持住了。如果在加工過程的某一步驟中Ig的免疫活性被明顯地降低或喪失了，需判定出其原因並加以排除。一般說來，免疫活性的喪失是由於溫度過高，在某一給定溫度持續的時間過長，微生物的活力過高或是由於過高的微生物酶活力而引起分子的破壞。
按本項發明所討論的被動免疫機制主要與奶牛場奶牛有關。但是，其它的小牛和牛以外的家畜，只要它們也是通過攝入初乳樣的乳腺分泌物實現對疾病的被動免疫者，也可從應用本項發明從中得到好處。這裡之所以首先考慮到奶牛場小牛，是因為認識到在那裡有普遍的免疫學問題，並因此而對牛奶場主造成嚴重的經濟損失。
一項最近發表的研究提示牛的抗體，如抗旋轉病毒的抗體，可能對人的旋轉病毒株也有充分的活性，從而也可預防感染。如果進一步的研究能確實證實牛的抗體能預防選定的人類疾病，本項發明所敘及的免疫活性產品也可在人類被用於預防這些疾病。
下面詳細討論一些應用上述的乳清產品的實驗結果。
例1這項發明的加工過程基本按上述記敘的步驟執行。澄清的乳清在第一級有10，000道爾頓分子量超濾膜的超濾罐中加工成初級產品，它含35%蛋白質，其中5%為Ig。初級產品然後直接注入第二級超濾罐，第二級罐的超濾膜是100，000道爾頓。在超濾操作時，超濾裝置和原料維持在室溫下。進行反覆的超濾和透析過濾。最後得到乾燥的粉狀二級產品，Ig濃度7%，總蛋白濃度約80%。
先有技術研究指出在產後短期內投予的初乳應含有足夠量的Ig，使小牛血液中足以產生15毫克/毫升，最好20毫克/毫升或更高的濃度的Ig。這種只有7%Ig的過濾產品和它在牛奶中溶解後的最大Ig濃度遠遠達不到傳統認為的在新生小牛可實現被動免疫傳輸的最低Ig濃度。但是用這樣的產品對一組奶牛場小牛做了實驗，研究是否這種乳清產品對控制和調節新生小牛的免疫系統有潛力，這些過濾產品首次實驗的結果總結在表1中。
三十頭新生小牛分為5組，每組6頭。第3組中有一頭小牛因為剪臍帶時太靠近臍眼而出血死亡，因為這頭小牛的死亡原因與實驗無關，其死亡未列入到第三組的實驗結果中去。
進行了特別的安排以保證在不讓新生小牛有機會從其母畜吸取初乳的條件下取得它們。第1組新生牛在產後大約4小時餵給2升牛奶，然後在第一次餵食後的大約12小時時又第二次餵給2升牛奶。第1組小牛除從普通牛奶中得到無意義量的Ig外，得不到任何其它Ig。
第2組是對照組，在其產後的最初2次餵食中通過天然的初乳得到Ig。在本次實驗中這2次餵食的時間都是相同的。
第3、4、5組小牛餵以乳清製品的Ig，生產的方式是通過上述的100，000道爾頓超濾膜裝置。第3組接受2次餵食，每次2升牛奶。300克製品溶於2升牛奶中，共2次，故餵食了600克過濾產品。小牛共食入600克溶於牛奶中的乳清Ig，而每300克含7%Ig相當於在每次餵食中投予21克Ig，故二次42克。
第4組接受2次2升的牛奶，每次溶入100克過濾產品。每一次的Ig劑量為7克，共得到14克乳清Ig。
第5組在產後約4小時接受一次100克過濾產品溶於2升牛奶中。本組因而得到僅7克乳清Ig。
取血樣的時間是第一次餵食前，24小時以後，產後第五天，第十天和第二十天。每份血樣化驗其Ig總量，並測定6種在新生小牛中最常見的病原體特異抗體的活力。總Ig量用輻射狀免疫擴散(RID)法測定，其中使用羊抗牛免疫球蛋白。病原體特異抗體活性用酶聯免疫法(EIA)測定。進行2份測定，一份用羊抗牛免疫球蛋白，另一份用來自單克隆雜交瘤的小鼠抗牛免疫球蛋白。測試病原體的抗原使用商品疫苗。
在本實驗中使用的新生小牛當它們出生時購自8家不同的奶牛場。11頭由其中的一家，8頭從第2家，其它的則來自剩下的6家。對本實驗中所用的30頭新生小牛儘可能施用相似的飼養和處理方法。
第1組中6頭小牛中的4頭在生後數天內死亡。因此用牛奶餵養的第1組與其它接受初乳或本產品的組之間差別十分明顯。顯然，第1組的小牛未能控制病原微生物通過小腸上皮進入體循環。而第2-5組似乎適當地控制住了這些病原微生物的傳輸。
血清學資料顯示，第1組中的2頭小牛在第一次餵食前已有低濃度的Ig(0.3和2∶3毫克/毫升)。這些Ig顯然或是通過胎盤或是通過未察覺的吸食初乳得到的，這些Ig已可充分地保護這兩頭動物不讓病原微生物在它們生命的第一個24小時內的傳輸，在那段時間內上皮細胞仍可將攝入物傳入體循環。在以後的血清學樣品中，這兩頭小牛顯示產生了自身的抗體，表現為總血清Ig量的增加和病原體特異抗體的增加。而第1組中死去的4頭小牛未表現出任何有抗體活性增加的證據。
第2組是對照組，這一組的小牛被餵以含有最高量Ig濃度的初乳，從多克隆和單克隆抗體測定中都顯示有高水平的病原體特異抗體。每頭小牛接受不同母牛的初乳，而且在多數情況下，有一頭母牛不是來自該小牛的出生地。正如預期的，在餵食後24小時，所有第2組小牛的血清Ig濃度都是很高的(17-35毫克/毫升)。
第3組小牛得到總量為600克本產品，含有42克來自乳清的Ig。這些小牛吸收了充分量的Ig，並顯示出血清Ig水平為3-4毫克/毫升，在產後24小時有明顯的病原體特異抗體活力。第3組小牛中無死亡，發病也有限。
第4組小牛得到200克本產品，含有14克乳清Ig。這些小牛達到1-1.5毫克/毫升的血清Ig濃度。與第3組小牛相比，在產後24小時時第4組小牛的病原體特異抗體活性較低，在產後20天時Ig的產生和活性抗體數都較低，有較高的死亡率和發病率。第4組中的2頭小牛於產後第5天死於嚴重腹瀉和脫水。
第5組小牛餵以100克本產品，含Ig7克。這些小牛死亡率和發病率都很高。這些小牛得到的Ig量足以預防敗血症或攝入的病原微生物的吸收，但很易染上腹瀉及以後出現的呼吸道疾病。第5組的大多數小牛表現出慢性病態，其中的兩頭在早期死於營養疾患。第5組中有一頭牛血清濃度達到1.2毫克/毫升，從產後24小時直到產後20天都表現出明顯的病原體特異抗體濃度。
這些初步的實驗結果證實，小牛的生長及對疾病的抗性取決於要吸收充分量的乳清Ig，以實現血清的Ig濃度至少要有1毫克/毫升，也取決於在產後第24小時時病原體特異抗體的形成程度。任何不能滿足這一最低要求的小牛將易於染病，並可能形成一種慢性病態。
本次實驗中的所有30頭小牛在60天實驗期內都每天給予仔細觀察。對每頭小牛都給以一項合併的主體/客體發病率得分。正如表Ⅰ第7行所示，第3組用本產品餵養的小牛發病率得分為80，明顯超出第2組初乳餵養小牛的得分50。牛奶餵養小牛的發病率得分及第5組小牛的得分低於第2組初乳餵養組的得分。
在60天的實驗完成後，小牛的死亡率、發病率和生長率都被加以仔細地評價。表Ⅰ中的發病率一項表明每一組相對的、長期的整體功能。正如表中所示的，接受42克乳清Ig的第3組小牛超過了第2組餵以初乳的小牛。這樣的結果是令人驚奇並完全未預料到的，因為以前普遍認為必須食入充分量的Ig，以使血清Ig水平在產後短期內至小達到15毫克/毫升，最好要20毫克/毫升，才能得到合宜的被動免疫。事實上第2組餵初乳的小牛血清Ig水平達到以前預想的17-35毫克/毫升，並且具有滿意的免疫系統功能。雖然餵給本產品的第3組小牛所達到的血清Ig濃度僅為3-4毫克/毫升，這比以前通常認為的最低需要低得多，這些小牛的免疫系統的功能卻超過了初乳餵養組。
此外，按照本項發明所生產的乳清Ig可完善地執行由天然初乳所具有的三項不同的免疫學功能。首先，天然初乳能在上述的吸收關鍵期阻止病原菌進入小牛的體循環。在這個吸收關鍵時期內，新生小牛可通過腸壁上的上皮細胞將Ig及其它攝入物轉入體循環內。如上所述，僅僅第一組中牛奶餵養的小牛出現症候並死於敗血症，說明這一項免疫功能的完全失效。如列於表1中的實驗結果所指出的，乳清製品甚至在低的Ig濃度，在吸收關鍵時期控制病原微生物通過小腸方面可以有與高濃度的天然初乳一樣的效力。這項實驗證實乳清來源的產品的確執行了這第一項免疫功能。
第二項免疫功能提供合宜數量的Ig以供小腸在吸收關鍵時期內將它們吸收入體內，以對新生畜提供有效的被動免疫，直至其主動免疫發生效能。在第3-5組中餵給小牛的乳清Ig總量僅是初乳中(第2組)所餵給的200-720克Ig的一部份。而且，第3組小牛僅餵給42克Ig，血清Ig水平也只達到3-4毫克/毫升，卻在實驗中所測試全部6種病原中，都得到了對其特異性抗體8-10倍的增高。再者，第3實驗組中死亡率是零，發病率得分為80，而第2組初乳餵養組中發病率得分僅有50。第4組小牛僅得到了14克乳清Ig，但僅有二例死亡，存活者的發病也尚有限-可與第2組初乳餵養小牛的免疫能力相比較或更好一點。
第三項免疫功能關係到對小牛主動免疫功能的激活。新生小牛依靠其被動免疫直至其主動免疫系統有能力生產出合宜的、高水平的抗體活力。有效的被動免疫增強新生畜主動免疫系統發育的能力，因此對短期及長期的健康狀況都有影響。如果新生餵給乳清產品後不能夠實現合適的主動免疫系統的功能，那麼這樣的產品就不能做為天然初乳的代用品。例1中的實驗清楚地證實，在第1組中，未通過胎盤或初乳得到Ig的四頭小牛從出生到死亡未表現出任何病原體特異抗體的增高，但是初乳及乳清產品餵養組都激活了主動免疫系統。
例1的實驗證實，接受了42克乳清Ig的第3組小牛的全部免疫功能高於餵給了2次最大體積的含高濃度天然初乳的第2組。對6種病原的抗體濃度，在初乳餵養小牛中都相應地顯著高於本產品餵養組。因此，第3組用產品餵養的小牛的良好免疫功能似可認為，與取自各個母牛的初乳中的抗體相比，乳清產品中含有針對更為廣泛的病原體的抗體。乳清的Ig來源於數以百計的母牛這一事實可以解釋在乳清產品中的抗菌譜要比天然初乳中來得廣泛這一現象。乳清產品中有廣譜的免疫能力代表了本產品優於天然初乳的方面，並且提供了調節小牛免疫系統活性水平的方法和控制能被小牛的免疫系統有效地加以中和的病原菌譜的方法。因此，例1的實驗證實乳清產品在功能上完全可做為天然初乳的代用品，能夠1)在新生階段阻止病原微生物進入體循環;2)在傳輸被動免疫的有效性方面可與初乳相比較或更好一些;3)可在較早的階段提供激活與增高廣譜免疫活性的因子。
例2第二次乳清過濾物試驗分5組，每組10頭小牛，如表2所示。在二級超濾罐中分別用120，000道爾頓螺旋超濾膜和100，000道爾頓中空纖維超濾膜，以產生不同批次含9%Ig的二級產物。與例1中相同的技術被用來生產這二批過濾物。第一組餵初乳的小牛作為對照，類似於例1中第二組小牛。例2實驗中所有小牛均於產後4小時內餵食並在12小時後再餵食一次。本次試驗在極為嚴峻的條件下進行，小牛要接觸比通常情況下多得多的病原體。
第二組小牛餵食二次，每次150克溶解在牛奶中的本產品，總的乳清Ig為27克。如表2中最後一行所示，第二組小牛免疫系統的功能比第一組對照差得多。
在產後4小時內，第三組小牛給300克溶解在牛奶中的本產品，總的乳清Ig為27克。第二次餵2升天然初乳，含有200-720克初乳Ig。第三組小牛的免疫系統反應性在實驗初期很好，但小牛長期的健康情況最終較對照組差。
第四組小牛餵食二次，每次300克溶解在牛奶中的本產品，總的乳清Ig為54克。第四組小牛的免疫系統功能很好，長期健康狀況略差於對照組。
第五組小牛餵2次，每次300克溶解在牛奶中的本產品，總的乳清Ig為54克。第五組小牛的免疫系統功能很好，長期健康狀況與對照組一樣的好。
第二次實驗的結果與第一次相類似。表2的資材指出在嚴峻的條件下，54克乳清Ig能產生令人滿意的免疫系統功能。接受54克乳清Ig的第五組小牛所達到的優良的免疫系統功能與第一次實驗中接受42克乳清Ig的第三組小牛相同。
第二組小牛較差的免疫系統功能表明2次每次只有13.5克乳清Ig的餵食不能達到將乳清Ig作為天然初乳代用品的水平。接受27克本產品，然後給初乳的第三組小牛，其免疫系統功能在嚴峻的條件下雖比對照組差，但在較為正常的條件下，27克的劑量卻有可能是適當的。
例3以不同於例1和例2實驗的方式進行第三次實驗，以試驗本發明的乳清過濾物。第三次試驗採用從單一牧群來的60頭小牛，分成三組，每組20頭。試驗在相當有利的條件下進行。
在第三次實驗中用了二種不同濃度的Ig。有100，000道爾頓中空纖維超濾膜的二級超濾罐，用於使含35%蛋白質的初級產品加工成含9%Ig的二級產品。在同樣的二級超濾罐中，如延長初級產品的加工時間，則其產品Ig濃度達12%。小牛或餵300克9%Ig的產品，或餵227克12%Ig的產品，它們都溶解在1升牛奶中，這都能使每次餵食的乳清Ig總量為27克。實驗結果列於表3。
表3小牛 Ig來源 劑量 通過產品攝 長期健康狀況分組 入的總Ig1 初乳 5×1升 - 對照組餵6天1升1次 27克 與對照組2 產品 300克，9%Ig 一樣好或227克，12%Ig產品1升產品 1次(300克9% 27克 與對照組3 然後初乳 或227克12%)， 一樣好然後4×1升初乳餵6天第一組小牛產後四天中接受5次天然初乳，每次1升。這一組作為對照。第二組小牛接受27克溶解在1升牛奶中的乳清Ig。表3最後一行表明第二組小牛的免疫系統功能像對照組一樣，使小牛達到長期健康。
第三組小牛在產後初期接受27克溶解在1升牛奶中的乳清Ig，並在產後四天中又接受了4次天然初乳，每次1升。第三組小牛的免疫系統功能與對照組一樣好，使小牛達到長期健康。
第三次實驗表明如果在產後短期內給27克乳清Ig產品，在較好的條件下免疫系統功能可能達到天然初乳所具有的水平。把本次實驗的結果與例2實驗中第二組小牛的結果對照時，表明在好的條件下，27克乳清Ig代表了Ig的有效治療劑量，它能達到天然初乳所能達到的三個目標中的每一個目標。這與例2實驗中第三組小牛在嚴峻條件下得到的結果一致，表明使免疫系統功能達到足夠水平可能不一定需要給第二次初乳。事實上例1中第四組小牛隻接受14克乳清Ig，此Ig水平所達到的免疫系統功能與用天然初乳所達到的水平可相比較，這表明根據現在發明的加工方法產生的乳清Ig至少應該給到大約14克。14克乳清Ig是最低水平，希望至少27克，這代表了在好的條件下使免疫系統達到與用天然初乳相似的水平的治療有效劑量。在嚴峻條件下，為了使免疫系統功能相當或優於用高質量天然初乳所達到的水平，新生牛在產後頭12小時內應攝入大約40-50克的治療有效劑量的Ig。
雖然在表1、2、3中列的實驗結果都以小牛攝入Ig的克量來表示，乳清Ig的重量與動物體重之比在評價產品對某一特定動物治療有效劑量中是合適的參數。由於實際上上述各次實驗中所用動物體重都在90-100磅之間，彼此之間沒有明顯差異，故表中未列出。
如果以對體重為100磅的小牛，25克乳清Ig為最小治療有效劑量，40-50克為最適治療有效劑量，以這樣的概念來評價實驗結果，那麼按乳清Ig與動物體重比，對任何新生小牛至少應該給體重的0.055%，最好給0.09-0.10%的乳清Ig。此比例用於體重為125磅(56750克)的新生小牛，產後4小時內至少一次劑量應該給31克乳清Ig。根據上述表格中所列出的詳細實驗結果來決定其它產品的劑量、劑量分布和與天然初乳合併使用的量顯然是本項技藝中的基本技巧之一。為了使小牛外的其它動物免疫系統功能達到與天然初乳相當的效果，治療有效劑量可以根據例1、2、3中所敘的類型來測定。
顯然，本發明的乳清產品既能作為天然初乳的補充物以提高Ig水平低的天然初乳中Ig的有效水平，又能作為經小牛或其它牛免疫系統最後達到廣譜活性免疫力的來源。乳清產品同樣可在連續小劑量服用的基礎上用作小牛、成熟牛或任何其它動物，包括人的食品的補充物，以提供有免疫活性的免疫球蛋白和產品中其它免疫學活性的乳清成分，使之能攻擊動物消化系統中存在的病原體。作為食品補充物可以用較少量的本產品，對100磅體著的動物每天大約2克或更少。
為了試驗這個設想，用38頭動物進行60天試驗。19頭飼養的小牛(體重大約300磅)作為對照組並接受定額的正常高蛋白飼養，其餘19頭小牛除了上述飼養外，每天給5-10克本產品，內含7%Ig。
在試驗的頭30天，餵本產品的小牛的日體重增加超過對照組。每天體重的增加比對照組多0.4磅，高16%。在試驗的第二個30天中，餵產品的小牛每天體重增加超過對照組0.3磅。一般說餵本產品的小牛顯出比對照組更健康，生長快，發病率低。這試驗似可證明乳清產品可作為食品的補充物，對正在生長或成熟的動物有用。
用上述實驗3中所敘述的含100，000道爾頓中空纖維超濾膜的二級超濾罐生產了一定量的乳清過濾產品。為了得到最大的Ig濃度，運用了再循環和透析過濾(diafiltration)。這個實驗最後產生的過濾產品具有12%Ig。
參閱圖2，此圖詳細記敘了在上述系統上略加改變的超濾系統。乳清、脂肪和酪蛋白原料在乾酪加工的標準裝置中澄清，得到脂肪、酪蛋白副產物和用於本發明的澄清的乳清原料。澄清的乳清然後直接通過巴氏消毒器進行第二次瞬間巴氏消毒，以破壞乳清中存在的細菌和粗製凝乳酶，前者是利用乳酸桿菌，後者是乾酪製備過程中的試劑。進行第二次短時間瞬間巴氏消毒發現對澄清乳清中Ig分子的免疫學活性沒有不好的影響。
巴氏滅菌的乳清然後直接進入超濾裝置，超濾器中有一層或多層穿透1000-10000道爾頓的超濾膜。用上面所講的100，000道爾頓超濾膜的經驗表明，在超濾膜上迅速形成膠狀物，降低了對100，000道爾頓以下物質的穿透能力。可穿透1000-10000道爾頓的超濾膜足以從乳清中去除水、乳糖和無機鹽。在超濾保留物中殘存的乳糖和無機鹽在乾燥時和餵新生小牛時不會產生不希望的副作用。
超濾時穿透的物質直接進入廢物容器。超濾保留物包括大約80%蛋白質，其中Ig濃度是8%。這些保留物直接進入噴霧乾燥器，製成乾燥的過濾產品，它們含有8%經試驗和證明有免疫學活性的Ig。這種乳清過濾產品然後包裝和貯存起來，溶解在液體如牛奶或水中，並在上文所講的關鍵吸收時期餵給新生牛。這種乳清Ig將具有廣譜抗體，因為它們是來自不同地理分布、不同牧群的幾百頭奶牛牛乳的乳清副產物。
最初敘述並結合圖2所描述的超濾過程能產生一種可作為初乳代用品的過濾產品，此產品被生產和銷售、贏利。然而為了提高含乳清Ig的產品的商業價值，希望把劑量降到遠遠低於例1第三組小牛所需餵給的600克。因為從超濾過程得到乾燥過濾產品中約80%是蛋白質，這些蛋白質作為食品具有很高經濟價值，因此為了增加產品中Ig濃度而從中去除非Ig蛋白成分的過程將引起經濟上的注意。如果這一過程能實現，那麼非Ig蛋白能通過現有的商業渠道作為食物製品出售，從而降低了餵新生小牛的產品的製造價，使現在的發明更具實用性。
再參閱圖2，3和4。超濾系統的輸出物能與超濾或離子交換系統相連生產一種混合產品，它具有更高的Ig濃度而較小分子量蛋白質濃度並沒有明顯降低。隨著混合產品中Ig濃度的提高，在給相應的乳清Ig時能明顯地降低本產品所用的劑量，實際上由於避免使用大量無免疫活性的蛋白質而節省了開支。
使用這些不同的技術來生產初乳代用品，圖2的超濾過程用來製備具有大約8%Ig的過濾產品。而當像圖4所指出的，含8%Ig的流路A產品與含50%Ig的流路B的離子交換產品混合，使乳清產品達到相當高的Ig濃度。
參閱圖3，本圖詳細敘述了為了產生含50%Ig的產品，流路B結合了超濾和離子交換過程。圖3的過程利用與圖2超濾系統中所用相同的乳清、脂肪和酪蛋白原料。如圖3中所示離子交換Ig分離可放在與圖2的超濾系統所在的同一位置進行，或在不同的乾酪生產廠進行。
原料被澄清以除去脂肪和酪蛋白，澄清的乳清直接通過第二次瞬間巴氏消毒步驟，就像圖2超濾系統中的那樣。
澄清乳清的超濾是用有1000-10000道爾頓超濾膜的超濾單元進行，產生含37%蛋白質的保留物。超濾穿透物直接進入廢液單元。用這種超濾過程可能要用透析超濾從保留物中除去鹽，使它的電導率降到接近零，在2-3毫姆水平。電導率超過這個水平時，說明離子交換儀已無效。另一些技術，如電滲析也可以用來脫鹽。
含37%蛋白質的保留物直接進入離子交換單元，這樣的離子交換單元對在這一相應領域中有基本訓練的人來說是熟知的。這種離子交換單元能構成陽離子或陰離子提取的模式。現在為了經濟上的原因，首選的是陽離子模式。
離子交換單元能從乳清蛋白超濾保留物中分離出帶電荷不同於大部分非Ig蛋白的Ig蛋白。當用陽離子交換系統在PH值略低於正常乳清PH值(PH6.2)時操作，離子交換單元的柱床吸附Ig蛋白和另一些蛋白(50%Ig蛋白和50%其它蛋白)。當洗脫離子交換柱床時，離子交換產品中大約含有50%Ig和50%非Ig蛋白。
當離子交換單元以陰離子模式操作，在PH6.2時非Ig蛋白結合到離子交換柱上，帶相反電荷的Ig蛋白不結合而直接通過柱。這個陰離子過程同樣產生大約50%Ig濃度的產品。
陽離子和陰離子交換單元的特殊構造列在下面的例4和例5中例4用陽離子交換純化Ig，所用的陽離子交換材料如S-Sepharose(Pharmacia)用10mM醋酸緩衝液PH4.5-6.0，即5.0平衡。脫鹽的乳清蛋白溶液，電導2毫姆(2ms)，PH調到5.0，加到S-Sepharose凝膠中，約每毫升凝膠2-500毫克，例如4毫升50毫克/毫升的乳清蛋白溶液，與2毫升凝膠混合或通過2毫升的柱。乳清蛋白溶液中大約50%或更多的Ig結合到凝膠上。未結合的蛋白質用10mM醋酸緩衝液PH5.0或用水(5毫升對2毫升膠)洗出來。用高鹽(100mM NaCl配在10mM醋酸緩衝液中)或高PH(8.0)洗脫Ig，例如100mM磷酸二鈉或碳酸銨。2毫升膠用5毫升洗脫緩衝液是合適的。
例5陰離子交換是通過結合非Ig蛋白而純化Ig。陰離子交換凝膠如Q-Sepharose或Amicon-AM凝膠用10mM PH7.5磷酸緩衝液平衡。低鹽(2ms)的乳清蛋白溶液被調到PH7.5並且與陰離子交換凝膠混合(100毫克蛋白/毫升凝膠)。收集未結合的蛋白，它們是富集Ig的蛋白(80%以上是Ig)。
參閱圖4，通過圖2過程流路A得到的8%Ig產品與圖3流路B離子交換Ig分離過程產生的50%Ig濃度的離子交換產品混合。當流路A8%產品與流路B50%Ig濃度的產品以某種比例混合時，得到的產物具有的Ig濃度在8%-50%之間。
現在出於經濟上的考慮，為了降低對非Ig蛋白成分的花費，建議產品使用劑量不超過300克。
上述表中的實驗結果指出一次用含40克免疫活性乳清Ig的產品就能使免疫系統功能達到高水平。如果238克流路A的8%產品(8%×238克＝19克Ig)與42克從流路B來的50%Ig(50%×42克＝21克)混合，那末280克就含有40克乳清Ig。總量280克中含40克Ig代表14%Ig濃度。
由於流路A超濾產物被過濾到8%Ig濃度，在全部280克劑量的238克成分中基本沒有除去非Ig蛋白。由於流路A超濾保留物具有的最大蛋白濃度是8%，保留物中的大約20%是乳糖和無機物。試驗指出，這種含量相對較低的乳糖和無機鹽不影響新生小牛，也不引起腹瀉。
圖3表明，從離子交換單元第二出口得到的殘留物大約有35%蛋白質。選擇這樣的蛋白濃度是因為這是食品市場所用標準的、商業上可接受的蛋白濃度。35%蛋白的製品通過蒸發器和噴霧乾燥器，最後包裝並再銷售到現有的食品市場上。
出售無免疫活性的蛋白質製品實際上是一個成本回收過程，明顯降低混合物的成本，混合物是由流路A低濃度Ig產品與流路B高濃度Ig產品混合得到的濃縮Ig產品。
混合的乳清產品被包裝並投放市場。為了將此產品餵給新生小牛，可將其溶入大約1-2升的牛奶中，並按上述方式餵給新生牛。
根據上述表格所列出的實驗結果，混合產品應該至少含25克Ig，作為體重100磅的新生牛在好的條件下的初乳代用品。對體重不是100磅的新生牛應該按Ig重量/體重比為0.055計算。為了使免疫系統功能相當於或優於天然初乳，應該在產後12小時內給新生牛40-50克Ig(0.09%-0.10%)。
正如用直接超濾產品的場合一樣，混合Ig產品同樣可用作初乳的補充物而不是初乳的替代物。此外，混合產品可以作為免疫活性食品的補充物。雖然流路A產品與流路B產品的特定比例已在上面講了，很容易根據上面詳細的記述使流路A和流路B按多種比例使混合製品中達到不同的Ig水平。根據混合Ig產品的特殊應用以及經濟、成本因素決定與流路B混合的流路A的量。
為了比較餵正常量天然初乳小牛的免疫系統功能與餵相對低量的現在發明的乳清產物的小牛免疫系統功能，對初乳產品原料和小牛血清的免疫學特性進行了廣泛的研究。這些試驗的主要目的是鑑定和定量出引起表Ⅰ-Ⅲ中所列結果的乳清產品中的免疫活性成分。
表4是將例1中第二級產品與例1中的初乳和牛奶原料中所存在的對某些病原體特異的抗體比較的ELISA試驗數據。表4證明普通的牛奶與初乳相比對病原體特異的抗體數量很少，但二級產品中病原體特異抗體水平則超過初乳2-20倍。因此表4的數據證明與天然初乳相比，乳清產品中免疫活性成分有可能大大提高。
表4例1-不同飼料的抗體滴度微生物 二級產品 初乳 牛奶傳染性牛鼻子宮頸炎 400 200 ＜10B·abortus流產桿菌 4000 200 12產氣莢膜梭菌 5500 350 32大腸桿菌 4000 1250 60睡眠嗜血桿菌 3200 180 24都伯林沙門氏菌 2300 450 16
表5列出了產後第5天和第10天例1中小牛血清抗體滴度的平均ELISA數據第一組小牛餵牛奶，第二組餵初乳，第三組餵本產品。
表5 例1-小牛血清抗體滴度EIA-5天 EIA-10天微生物 第一組 第二組 第三組 第一組 第二組 第三組餵牛奶 餵初乳 餵產品 餵牛奶 餵初乳 餵產品傳染性牛鼻子＜5 16 15 ＜5 5 16宮頸炎B·abortus流產桿菌 ＜5 80 16 ＜5 20 21產氣莢膜梭菌 ＜5 95 34 ＜5 5 30大腸桿菌 ＜5 230 52 ＜5 23 60睡眠嗜血桿菌 ＜5 40 60 ＜5 5 16都伯林沙門氏 ＜5 270 76 ＜5 20 30菌表5材料證明第一組餵牛奶的小牛在產後5天和10天其免疫系統基本沒有活性。第二組餵初乳的小牛在產後第五天明顯出現血清抗體，而產後第十天主要由於來源於初乳的免疫活性成分耗盡而使抗體水平下降。第三組餵本產品的小牛，產後第五天雖然血清抗體滴度相當於或低於第二組餵初乳的小牛，但產後10天第三組餵本產品的小牛血清抗體滴度卻超過了第二組餵初乳的小牛。因此表5證明現在發明的乳清產品具有很好地激活新生牛免疫系統的能力。表5中記敘的引起免疫系統功能優勢的特異性免疫活性成分現在尚未完全鑑定出來。
雖然例1、2、3中所用的二級產品中Ig水平實際低於天然初乳中平均的Ig水平，但用相對低劑量的二級產品所達到的小牛免疫系統功能則可相當於或高於天然初乳所能達到的水平。為了解釋這一不尋常的現象，研究了產品中其它可能的提高免疫力的成分。已知未加工的乳清含有分子量為90000道爾頓並具有免疫活性的乳鐵蛋白。除了已知具有直接抗菌效應外，乳鐵蛋白能與Ig分子複合形成Ig/乳鐵蛋白複合物。一種Ig/乳鐵蛋白複合物已從未加工的乳清中分離出來，並證明其分子量為400000。對此複合蛋白分子特異的單克隆抗體已經製備出來並用於標準的EIA試驗來測定牛奶、初乳和過濾產品中Ig/乳鐵蛋白複合物的濃度。分析結果列於表6。
表6材料證明在牛乳中幾乎沒有Ig/乳鐵蛋白複合物的活性，初乳中僅有少量活性，但在乳清產品中確有相當的活性。產品中高分子量Ig/乳鐵蛋白複合物的存在和活性與其強烈的未設想到的免疫學活性有關已被證實。
為了鑑別產生Ig/乳鐵蛋白複合物的機理，分析了未加工的原料牛奶中和奶酪製造過程產生的牛奶中來的乳清中複合物的抗體滴度。分析結果列於表7。被評價的原料指產後1、2、5或10天的母乳或同一母乳樣品來的乳清。一種對Ig/乳鐵蛋白複合物特異的單克隆抗體被用於EIA試驗以定量複合物的濃度。研究結果列於表7。
＊第一天為初乳產後10天母乳樣品只有微量Ig/乳鐵蛋白複合物，而來自牛乳的乳清樣品則被證實在較長時間內有此複合物。因此，表7資材指出Ig/乳鐵蛋白複合物對現在發明的過濾物的免疫活性是有明顯意義的。
雖然沒有特別研究，但在包括過濾產品在內的乳清各部分中還有下列免疫活性成分溶菌酶、乳過氧化物酶、黃嘌呤氧化酶、淋巴因子和促細胞分裂劑。所有這些物質的分子量都能使它們保留在超濾保留液中。在保留液中測到了有免疫活性的乳過氧化物乳清蛋白，雖然量低但確實存在。
例3中小牛的血清Ig水平一直追蹤到產後70天。第一組餵初乳、第二組餵本產品，第三組餵產品加初乳，數據列於表8。
雖然產後35天內第二、第三組餵產品的小牛的Ig水平明顯低於第一組餵初乳的小牛的Ig水平，但到了產後第70天，餵本產品的小牛的Ig水平已相當於或超過第一組餵初乳的小牛的Ig水平。因此表8的試驗結果確定了含27克免疫活性Ig的過濾產品是能有效地將免疫力轉到新生牛的劑量。
小牛血清中對病原體特異的抗體活性的更詳細的研究為表8資料提供了補充材料。例3小牛血清抗體活性的詳細分析列於表9。
表9表明產後第一天餵初乳的小牛的抗體滴度超過餵產品或餵產品加初乳的小牛。如例1中表5的血清抗體滴度的情況那樣，餵初乳小牛的抗體滴度隨時間下降，而餵本產品的小牛由於本身產生抗體而使抗體滴度隨時間增加。產後70天，第三組小牛的免疫功能已接近或超過第一組和第二組小牛。表9分析結果表明本發明的產品能成功地作為高質量天然初乳的代用品，它最終能使小牛活性免疫系統功能相當於和餵初乳一樣的結果。這一結果是令人驚奇和意想不到的，由於事實上過濾產品中Ig濃度遠低於以前在這一領域中認為應接受的最低水平。這結果表明過濾產品含有天然初乳中不存在的或以很低的濃度存在的免疫活性成分。
表10-A列出樣品A、B和C(從不同天生產的過濾產品取樣)的成分分析。
表10-A 過濾產品的組成產品取樣成分 A B C溼度(%) 5.51 5.72 5.52蛋白質(%) 63.80 70.10 69.30非蛋白氮(%) 0.83 0.88 0.81脂肪(%) 4.10 5.92 5.25乳糖(%) 19.70 11.80 14.90灰分(%) 3.57 2.68 3.05鈣(mM/kg) 114 104 113磷酸鹽(mM/kg) 32 16 22鈉(mM/kg) 99 88 93鉀(mM/kg) 213 148 180Ig/蛋白質(%) 11.50 11.50 10.80乳鐵蛋白/蛋白(%) 0.50 0.22 0.67乳過氧化物酶/蛋白(%) 0.11 1.80 0.31
表10-B列出樣品A、B和C的Ig/乳鐵蛋白複合物ELISA滴度，這些樣品的成分分析在表10-A。
表10-B 過濾產品中Ig/乳鐵蛋白複合物的ELISA滴度抗體滴度微生物A B C傳染性牛鼻子宮頸炎 8000 7000 8000B·abortus流產桿菌 8000 6000 15000產氣莢膜梭菌 8000 8000 16000大腸桿菌 16000 8000 16000睡眠嗜血桿菌 16000 8000 16000都伯林沙門氏菌 8000 8000 16000表10-B指出過濾產品中含有有明顯免疫活性的Ig/乳鐵蛋白複合物。
參閱圖6，乳清的二步分級的例子將被詳細討論。上面敘述了二步分級過程的原理，乳清的首次分級是通過具有一層或數層10000道爾頓膜的初級超濾罐，然後初級超濾罐的保留液通過具1層或多層100000道爾頓膜的次級超濾罐進一步分級。
如表9所指，乳清中包括(1)0-8000道爾頓的底層部分，包括低分子量的物質如乳糖和無機鹽;(2)8000-70000道爾頓的中層部分，含有較低分子量的蛋白質如α-乳清蛋白，β-乳球蛋白，血清白蛋白和溶菌酶;(3)70000-400000道爾頓的頂層部分，含高分子量蛋白如免疫球蛋白，乳鐵蛋白，乳過氧化物酶及蛋白質複合物。用表11所列的相同術語，圖6指出作為初級分離罐原料的液狀乳清由下層、中層和頂層部分組成。
表11 乳清各部分的組成分級 分子量範圍 典型的固體成分70000 高分子量蛋白，包括Ig、乳頂層 400000或更高 鐵蛋白、乳過氧化物酶和蛋白質複合物8000 低分子量不形成複合物的蛋白中層 70000 質，包括α-乳清蛋白、β-乳球蛋白，血清白蛋白和溶菌酶0 乳糖、無機鹽底部 8000 非蛋白氮本發明的目的是提高這種加工過程生產的過濾產品中乳清的各種免疫活性成分的濃度。Ig被廣泛認為具有有用的免疫功能，乳鐵蛋白、溶菌酶和乳過氧化物酶也是如此。當用「其它有免疫活性的乳清成分」這一短語時，表示非Ig的免疫活性乳清成分，包括乳鐵蛋白，溶菌酶，和乳過氧化物酶以及其它尚未確定的免疫活性乳清成分。
初級和二級超濾罐保留物的免疫活性被監測，這些保留物的相對免疫活性一般是通過測定Ig免疫活性來定量。由於Ig是已知乳清蛋白中對熱最敏感的免疫活性，所以Ig免疫活性的任何降低都反映了超濾保留物中總免疫活性的喪失。一個新的免疫活性測量技術已可採用，這種技術能適用於測量已知和現在未知或未確定的免疫活性乳清成分的存在、分布、強度和分子量。
參閱下面表12，圖6中所示的在初級和二級分離罐中乳清的二步分級將被詳細敘述。圖6代表了一個概念圖，表明初級分級罐使頂層/中層部分保留，而底層通過，二級分離罐使頂層部分保留，中層部分通過的這種方式。實際上沒有一個分離系統能產生這樣理想的純的分級。確實初級分離罐的保留液或初級產品包括濃縮的乳清頂層和中層部分，但也包括少量底層部分。同樣，二級分離罐的保留液或二級產品含有濃縮的乳清頂層部分，但也含有少量底層和中層部分。然而圖6還是精確地從概念上表明了本發明的過程。表12中試驗廠的資料指出以現在發明的這種方式可將Ig濃度為0.63毫克/毫升的液狀乳清原料進行分級。
液狀乳清原料是通過上面所講的商品乾酪製備中澄清和分離步驟得到的。小心地控制澄清和分離操作避免Ig分子失去免疫活性。為此操作最好在溫度不超過105°F的條件下進行。
在表12引出的試驗性工廠的運行中，一個六步的超濾系統作為初乳分離罐。標準的10000道爾頓的聚碸(plysulfone)超濾膜用於分離底層低分子量乳清的中、頂層高分子量乳清。前四步超濾不需要透析過濾，而後二步超濾需要透析過濾。
如表12所指，液狀乳清原料被分成可通過的部分(測不出Ig)和初級保留液(Ig濃度為18.5毫克/毫升)。通過初級分離罐使Ig與總固體量的比從原料中的1%增加到初級產品中的9.1%，同時蛋白質濃度從12.5%增加到83%。沒有高分子量的乳清蛋白進入流出液或底層部分，這一部分中主要是水、乳糖、無機鹽和非蛋白氮(NPN)。Ig與固體物比例從1.0%增加到9.1%表明初級分離罐使Ig濃度提高910%。
初級產品作為二級罐的原料，主要含有乳清中層和頂層蛋白部分，已證明初級產品重量的83%是蛋白質。
二級分離罐利用二個超濾單位，每個超濾單位含有一個螺旋狀彎曲的100000道爾頓的聚碸超濾膜。這種膜的型號是HFM-181。可從馬塞諸薩州威明頓的Koch公司的Abcor分部買到。每種超濾單位都要透析過濾。
二級分離罐的超濾單位入口壓為60磅/英吋2，出口壓為20磅/英吋2。PH控制在大約7.3。二級罐原料的最高溫度限於90°F，在二級罐中滯留時間儘量短。
表12指出二級罐原料Ig濃度為18.5毫克/毫升，蛋白量83%。二級分離罐將原料分成二級產品(Ig濃度36.4毫克/毫升)和中層流出液(Ig濃度為0.05毫克/毫升)。用100000道爾頓超濾膜使二級分離罐保留大部分Ig、Ig/乳鐵蛋白複合物、100000道爾頓和更高分子量的免疫活性乳清成分，而使低分子量的乳清蛋白進入流出液。表12表明二級分離罐具有使低分子量的中層蛋白進入流出液，高分子量的頂層蛋白進入保留液的能力，流出液蛋白濃度69.6%，保留液蛋白濃度88.4%。中層和頂層蛋白的分離使Ig濃度提高174%(從原料中的9.1%到二級產品中的15.8%)，只有少量(1.92%)進入流出液。初級和二級分離罐合用可使Ig濃度增加1580%(從乳清原料中1%到二級產品中15.8%)。
為了市場出售，商業食品規格的WPC必須具有最低蛋白濃度為35%。如表12所示，二級分離罐產生的流出液具有蛋白濃度超過35%，這種主要是無免疫活性的蛋白質能作為商業規格的WPC產品出售。從本發明過程得到的這個WPC副產品的收益大大降低了有免疫活性的二級產品的成本。
通過上面所敘述的噴霧乾燥去除了二級產品中的水份。合適的噴霧乾燥裝置可由具高壓噴嘴的塔形噴霧乾燥器和筒狀收集器構成。用這種儀器，入口空氣溫度控制在大約390°F，這樣出口溫度就在160°F-180°F。二級產品中的水份乾燥到佔4-6%，最好是5%。噴霧乾燥過程必須仔細監測和控制，以避免二級產品中Ig和其它免疫活性乳清成份的熱失活。
以前的乳清蛋白濃縮(WPC)技術是一步超濾的保留物直接進入蒸發器，那裡溫度維持在140°F-160°F，保留液停留5-10分鐘以預熱，然後再噴霧乾燥。這種蒸發器預熱的操作使WPC和有免疫活性的Ig暴露在過熱的條件下，完全破壞剩下的免疫活性。
根據現在的發明，二級產品在噴霧乾燥器中停留時間應力爭最短，而且溫度控制在不使二級產品中Ig和其它免疫活性乳清成分的生物學活性遭受破壞的水平。
由噴霧乾燥器乾燥的二級產品密閉貯存和包裝以避免受潮。
乾燥的高質量的二級產品，以總固體量的百分比計算應該具有下列成分(1)蛋白質濃度至少應該佔70%，最好達到80-85%;(2)乳糖加無機鹽的濃度少於30%;(3)脂肪含量少於6%;(4)水份少於6%;(5)活性Ig含量至少佔7%。在乾燥的二級產品中Ig的免疫活性應該試驗以測出免疫活性抗體的濃度和分布。進行Ig試驗的步驟上面已經講了。
初級產品中蛋白質佔總固體量的百分比可以從30%-85%。縮短初級分離罐的停留時間，限制初級超濾罐中的中間超濾步驟數造成低的蛋白/總固體量比，因此延長停留時間和增加中間超濾步驟數對獲得85%蛋白/固體量之比是必須的。在執行本發明時，爭取得到的最終蛋白/總固體量之比是在60%-85%之間，更好一些的是達到不低於70%的水平，以使二級產品中Ig和其它免疫活性乳清成分達到最大的濃度。
如果初級分離罐的設計和操作產生出只含30%-35%蛋白/總固體比的初級產品，那末在初級產品中就含有較多的乳糖和無機鹽。這樣高的乳糖和無機鹽使初級產品不適合作為新生牛的被動免疫傳遞物，因為它會引起腹瀉、嚴重脫水、甚至可能死亡。
乳清原料中Ig濃度至少0.7毫克/毫升，例如約0.7-1.2毫克/毫升，那末初級分離罐能產生含7%-10%Ig的初級產品，這樣的Ig含量能在許多場合下用於提高免疫力或傳遞免疫力。
在乾燥的二級產品中Ig和其它免疫活性乳清成分的濃度直接與液狀乳清原料中的Ig和其它免疫活性乳清成分的濃度有關。為了降低生產成本和使二級產品中Ig和其它免疫活性乳清成分達到最大濃度，選擇具有最大Ig和其它免疫活性乳清成分的乳清是十分重要的。現在設計的乾酪生產過程產生酸性乳清或甜乳清。現在乾酪生產技術產生的酸乳清中免疫活性成分濃度為零。因此在現在的發明中希望用通過粗凝乳酶沉澱酪蛋白後產生的甜乳清。甜乳清/酪蛋白分離應該在PH6.5-4.6進行。利用在此範圍內較高的PH分離條件產生較高濃度的免疫活性Ig。
從不同類型乾酪生產過程中產生的甜乳清其Ig濃度不同。下列乾酪生產過程得到的甜乳清比較好。(1)Swiss;(2)Mozzarella/Provolons;(3)Chaddar;(4)Gouda;(5)Cottage乾酪。
乳清中Ig濃度的變化直接與牛奶中Ig濃度有關。已發現牛奶中Ig濃度夏天最低冬天最高。因此夏天的乳清要經過比冬天乳清更長時間的超濾，在某種情況下冬天乳清經過初級分離罐處理後就能用。
乳清中Ig濃度隨乾酪生產過程變化而每天都不同。生產過程中的時間、溫度、微生物的活性水平的變化都會引起未加工乳清原料中Ig濃度的變化。乾酪生產參數的標準化能減少這種每天間的變化，但不能消除。
在乾燥的二級產品中Ig濃度的變化也與分級過程的參數，如溫度、停留時間、泵的攪動和微生物活性有關。正如上面詳細解釋的，減少Ig和其它免疫活性乳清成分暴露在高溫中以及縮短這些物質在高溫操作過程中的停留時間是十分重要的。微生物活性應該控制並儘量減少。過量的微生物活性可能導致加工過程中PH下降，結果Ig和其它免疫活性成分失活。通過縮短製備過程中的停留時間可以降低微生物的活性。因此希望在乾酪生產的初次瞬間巴氏消毒後約4小時內完成二級產品的乾燥。
避免將乳清暴露於空氣中，在分級罐中避免或儘量少用離心泵，因為離心泵使被泵物暴露於空氣中並受到強烈的機械攪動。這樣可使Ig和其它免疫活性乳清成分達到最高濃度。實際上應該用正相頂推泵(positive displacement pumps)而不用離心泵。
上面分析的動物試驗資料指出，在過濾產品中免疫活性Ig的濃度至少應該7%，比較好的是9%、最好大於12%。上面圖6中所述的二步分級過程產生的過濾產品具有的Ig/固體量之比為15.8%。進一步提高能使Ig/固體重量之比為20%或35%以上。
雖然上面提議單個100000道爾頓膜能用在初級分離罐中直接分離乳清頂層部分與底層及中層部分，但發現在100000道爾頓超濾膜的入口一面比較長的乳清蛋白形成一層網或「動態膜」。在過濾開始後10分鐘內，這層動態膜就使有效超濾膜的孔徑從100000道爾頓降至10000道爾頓。不管所用膜的孔徑，初級分離罐能將乳清的底層部分與中層和頂層分開，但不能將乳清的中層與頂層分開。動態膜限制了初級分離罐使初級產品中Ig和其它大分子量免疫活性乳清成分濃度的提高。
圖6中所示的初級分離罐的操作和乳清底層與中、頂層的分離，通過現在尚未知的機理又重新形成乳清。這種重新形成的初級產品直接進入二級過濾罐，它的100000道爾頓超濾膜沒有明顯地引起動態膜，也沒有明顯地降低100000道爾頓膜的有效孔徑。二級超濾罐的100000道爾頓膜直接與它們的孔徑大小有關，成功地將乳清中層與頂層分開。
為了成功地完成上述功能，選擇初級超濾罐的超濾膜大小，以保證低分子量乳糖、無機鹽和有關乳清成分通過初級分離罐的超濾膜，直接進入初級分離罐的流出液中。孔徑10000到120000道爾頓的超濾膜可用於此目的。在100000或120000道爾頓的初級分離罐中，動態膜的形成使超濾開始幾分鐘內比較大孔徑的膜功能上相當於10000道爾頓的膜。
二級產品可以經過第三個分離罐，使其中Ig濃度增加。第三個分離罐由超濾系統或反向滲透單元構成，從二級產品中除去水分並增加第三分離罐保留液中的Ig濃度。
如圖6所示用初級分離罐，接著用二級分離罐的結果比單用初級分離罐提高了產品質量。圖6所示的二步分離過程可使免疫活性二級產品的生產全年進行，雖然夏季乳清中Ig濃度與其它季節相比是明顯低的。在免疫活性過濾產品的某些應用中，例如用於被動免疫傳輸時，新生牛必須攝入一個最低量的免疫活性Ig。因為圖6二步法生產的二級產品中有較高的Ig濃度，那末較少量的二級產品溶解於牛奶並餵給新生牛就能輸入達到這個最低需要量的Ig，這就明顯地降低了每劑的價格。
在許多不同的情況下都能用現在發明的免疫活性過濾產品。過濾產品的一個特殊用途是將被動免疫力傳輸給新生牛，這一點已著重討論過。由於豬、山羊、綿羊和其它家畜具有類似的免疫傳輸機制，過濾產品或可用於將被動免疫力傳輸給所有這些動物。根據牛抗體能有效地中和人的抗原這一事實，過濾產品能用於抵抗人類疾病或降低人對某些疾病的易感性。一定量的過濾產品配入嬰兒食品中，能提高嬰兒對疾病的耐受性，這代表了將過濾產品用在人類的一項好用途。過濾產品可以作為幼畜或成年家畜的補充飼料或作為幼兒或成人的食品補充物。過濾產品同樣可能用於改變結腸或小腸細菌叢或控制、降低口腔微生物叢以控制口腔斑的形成。在獸醫、醫學和免疫學領域中的專業人員會很容易地想到本發明過濾產品的大量其它用途。
應用在抗病方面，過濾產品的有效治療量可以用液體或固體形式餵給。以固體形式，過濾產品可以被包裝或以各種該領域中的專業人員熟知的方式封裝。產品外面可以塗腸衣使之到達小腸後才釋放出來。在包裝或制膠囊過程中本產品不應該暴露於高溫。
至今，乾酪生產過程中的乳清副產物被認為是令人討厭的、不希望要的副產品，它們會引起嚴重的廢物處理問題。在一定程度上，超濾系統可以回收免疫學上無活性的乳清蛋白，用作食品添加劑。
上面所講的這種一步或二步超濾技術，使本發明的過程能以粗乳清為原料生產具有可控制的免疫活性成分的過濾產品。這種過濾產品中免疫活性成分的濃度能將被動免疫力傳輸給新生小牛，因此可以作為天然初乳的全效代用品。令人驚奇的是過濾產品中相對低的Ig濃度與其它免疫活性乳清成分一起，顯示出與具有高Ig濃度的天然初乳同樣有效或甚至更有效。
由於幾乎消除了動態膜的有害效應，本發明的二步分離罐技術能產生一種過濾產品，它們主要由乳清頂層部分組成，含一定量的Ig及其它的乳清免疫活性成分，而乳清中層的副產品則可直接用作商業WPC食品。
根據對少數幾例成功地實施了本發明的詳細描述，對在本領域有專長的人員來說顯然公開了改進分級和回收免疫活性乳清成分的多種可能性，也可能設想出上述實施方式以外的其它方案。據此，在申報的權利要求
書中將包括所有的那些根據本發明而做出的變化和修正，只要它們是在本發明的精神實質和範圍之內。
權利要求
1.從液狀乳清生產免疫活性產物的方法，此乳清具有(1)底層部分含乳糖和無機鹽；(2)中層部分含低分子量蛋白；(3)頂層部分含有具免疫活性的免疫球蛋白的高分子量蛋白，此方法包括如下步驟a、選擇有免疫活性免疫球蛋白的乳清；b、在保護上述的免疫球蛋白的免疫活性的條件下，超濾上述的乳清得到一種產品，該產品中上述的底層部分濃度顯著降低，而上述的中層和頂層部分濃度明顯增高，在該產品中上述的頂層部分中有免疫活性的免疫球蛋白至少要佔總固體量的7%；c、在保護上述的初級產品免疫球蛋白免疫活性的條件下，由上述的產品中除去水份製成乾燥的產品。
2.按照權利要求
1的方法，其中所述乳清加工步驟一直繼續到該產品中有免疫活性的免疫球蛋白的濃度至少增加到該產品固體量的7%，該產品中底層部分的濃度低於總固體量的30%，中層和頂層部分的濃度至少增加到總固體量的70%。
3.按照權利要求
2的方法，其中所述乳清的加工步驟是採用超濾方法進行，超濾膜使上述的底層部分大部分通過，而保留上述的頂層部分的大部分。
4.按照權利要求
3的方法，其中所述超濾方法還包括a、初級超濾罐具有保留大部分中層和頂層部分並使大部分底層部分通過的超濾膜;b、二級超濾罐具有保留大部分頂層部分並使大部分中層和底層部分通過的超濾膜。
5.按照權利要求
4的方法，其中所述的產品包括(1)該產品中底層部分的濃度佔總固體量的10-30%;(2)該產品中中層和頂層部部分的濃度佔總固體量的70%-85%。
6.按照權利要求
1的方法，還進一步包括為了將被動免疫力轉給動物，在關鍵吸收期餵一次或多次該乾燥產品給動物，使該動物所消耗的該產品中的免疫球蛋白重量等於或大於該動物體重的0.055%。
7.按照權利要求
1的方法，還進一步包括餵給動物的劑量至少為每天1克該乾燥產品。
8.按照權利要求
1的方法，還進一步包括定期檢查該產品，並測量其中免疫活性的水平。
9.按照權利要求
4的方法，其中所述的初級超濾罐中的超濾膜穿透性約為10000-120000道爾頓，二級超濾罐的超濾膜穿透性約為80000-120000道爾頓。
10.按照權利要求
1的方法，其中所述的乾燥產品包括一定量有治療效果的其它免疫活性乳清成分。
11.從液狀乳清得到的一種乾燥的有免疫活性的產品，此乳清具有(1)底層部分含乳糖和無機鹽;(2)中層部分含低分子量蛋白質;(3)頂層部分含具有免疫活性免疫球蛋白的高分子量蛋白質，該產品包含(1)明顯降低濃度的底層部分;(2)至少有70%或更高濃度中層和頂層部分，上述的頂層部分包括幾乎全部乳清免疫活性免疫球蛋白，濃度至少佔該產品中總固體量的7%。
12.從乳清超濾得到的一種乾燥的免疫活性產品，其主要的免疫球蛋白部分是活性形式，該產品具有乳糖和無機鹽很少的高分子量部分，並且含有幾乎全部乳清的活性免疫球蛋白和其它免疫活性乳清成分，該產品所含的活性免疫球蛋白濃度至少佔總固體量的7%。
專利摘要
將液體狀的含有免疫活性免疫球蛋白(Ig)的乳清，通過可控制的一或二步超濾過程，製成一種乾燥的、有免疫活性的、過濾製品。這種製品可作為天然初乳的代用品。口服這種過濾製品可增強各種動物(包括人類)的抵抗疾病的能力，並提高生長的速度。這種製品的免疫活性來源於其組成中含量明顯增高的活性Ig及其它乳清免疫活性成分，這些成分的含量已大大高於液狀乳清原料中的量，而在原料中這些活性成分的量只處於無免疫效能的濃度。
文檔編號C07K16/00GK87100708SQ87100708
公開日1987年9月16日 申請日期1987年1月13日
發明者傑拉爾德·H·斯科特, 戴維·O·盧卡斯 申請人:拉尼爾工業公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan