乳清酒發(fā)酵工藝參數(shù)的優(yōu)化

■ 郭安民 吳宏 劉成江 新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)乳制品的消費(fèi)有了新的認(rèn)識(shí)，口味新穎、有特色的乳制品越來(lái)越受到青睞。隨著國(guó)內(nèi)奶酪生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，乳清的綜合利用問(wèn)題日益突出。目前奶酪生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中分離的大量乳清被當(dāng)作廢水排放掉，這種處理方法不但造成了資源的浪費(fèi)，也造成了環(huán)境的污染。乳清約含粗蛋白質(zhì)0.5%～0.9%、粗脂肪0.3%～0.5%、總糖3%～5%，還含有多種礦物質(zhì)和維生素。目前，乳清的開發(fā)和利用已引起諸多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的重視。

本研究以制作傳統(tǒng)酸凝奶酪的乳清作為一種低度飲料酒的主要發(fā)酵原料，利用乳酵母對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵，制取乳清酒，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定了乳酵母的最佳發(fā)酵條件組合，以期為制備乳清酒產(chǎn)業(yè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

乳清由本研究所畜產(chǎn)品研究室奶酪課題組提供；白砂糖，市售。乳酵母菌，購(gòu)于國(guó)家菌種保藏中心；其它分析試劑，由本院分析測(cè)試研究中心提供。

1.1.2 設(shè)備

玻璃發(fā)酵瓶，數(shù)顯pH測(cè)定儀，過(guò)濾機(jī)，菌種培養(yǎng)箱，滴定裝置，手持糖度計(jì)，蒸餾裝置等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

乳清→成分檢測(cè)→調(diào)整成分→過(guò)濾→殺菌→檢測(cè)→接種→發(fā)酵→后熟及冷藏→檢測(cè)、勾兌→檢驗(yàn)→裝瓶、殺菌→成品

1.2.2 理化指標(biāo)測(cè)定[1]

參考乳品及奶酪國(guó)標(biāo)檢測(cè)方法，對(duì)成品的糖度、酸度、酒精度及活菌數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 感官及質(zhì)量評(píng)定

感官評(píng)定從色澤和組織狀態(tài)、香味、滋味等方面組織品評(píng)，采用100分制（色澤30分，香味30分，滋味40分）。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為：①色澤和組織狀態(tài)：淺黃綠色，澄清透明；②香味：具乳香味，醇香淡雅；③滋味：味甘，稍酸，口味協(xié)調(diào)。

1.2.4 單因素試驗(yàn)[2]

（1）發(fā)酵溫度的確定

調(diào)整乳清發(fā)酵液pH值、糖濃度，然后加熱殺菌、冷卻、檢測(cè)。將乳酵母菌接種后分別置于25、28、31、34、37和40℃條件下恒溫發(fā)酵，其它條件不變，每隔24h測(cè)定發(fā)酵液濃度，觀察在不同溫度下的降糖情況，確定理想的發(fā)酵溫度。

（2）接種量的確定

調(diào)整乳清發(fā)酵液pH值、糖濃度，然后加熱殺菌、冷卻、檢測(cè)。向乳清汁液中添加經(jīng)活化好的乳酵母菌菌種，分別按4%、6%、8%、10%、12%的接種量，在已確定的最適溫度（37℃）下進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)。根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)生的酒精度、殘?zhí)?、總酸等確定乳酵母菌的接種量。

（3）發(fā)酵時(shí)間的確定

調(diào)整乳清發(fā)酵液相關(guān)成分，然后加熱殺菌，冷卻并檢測(cè)。于37℃下，接入經(jīng)活化好的乳酵母菌菌種，分別按1、3、5、7、9天時(shí)間段，進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)。根據(jù)發(fā)酵液最后殘?zhí)?、總酸等?lái)確定乳酵母菌的發(fā)酵時(shí)間。

（4）正交試驗(yàn)因素及水平選擇

依據(jù)酸凝奶酪所產(chǎn)乳清汁特性，通過(guò)單因素試驗(yàn)，選擇影響乳清酒質(zhì)量的主要因素即接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間等為因素，采用L9（34）正交試驗(yàn)。因素水平設(shè)計(jì)如表1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料成分分析

乳清的化學(xué)成分如表2所示。由表2可知，牛奶經(jīng)發(fā)酵所得的乳清成分中氮源充足，能夠滿足乳酵母菌的生長(zhǎng)需求，因此在用乳清作為基質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，僅需要外加碳源，本試驗(yàn)中外加的碳源為白砂糖。另一指標(biāo)顯示乳清汁酸度偏高，保持一定的總酸含量對(duì)發(fā)酵是有益的，但酸度過(guò)高將給發(fā)酵帶來(lái)不利影響。因此，必須采取中和的方法給乳清降酸，調(diào)整乳清的pH值至5.4，使之達(dá)到釀酒所需標(biāo)準(zhǔn)，保證整個(gè)發(fā)酵的順利進(jìn)行。

2.2 發(fā)酵溫度對(duì)乳清酒發(fā)酵的影響

圖1為不同溫度下乳酵母菌降糖情況。從圖1可以看出，在37℃發(fā)酵時(shí)，乳酵母使液糖濃度下降得最快。使乳清汁液中的糖轉(zhuǎn)化為酒精，可獲得較高的乙醇含量和獨(dú)特的香味物質(zhì)。若發(fā)酵溫度低，雖然有利于乳酵母菌生長(zhǎng)，使發(fā)酵糖類產(chǎn)生乙醇的能力增強(qiáng)，但在低溫條件下菌種的生長(zhǎng)發(fā)酵進(jìn)程緩慢。若發(fā)酵溫度高，雖然可促進(jìn)乳酵母的繁殖，代謝旺盛，使醪液發(fā)酵能力增強(qiáng)，但易出現(xiàn)菌體自溶現(xiàn)象，從而導(dǎo)致產(chǎn)品苦味增加，風(fēng)味變差。因此，選取34、37和40℃為試驗(yàn)的3個(gè)水平。

圖1 不同溫度下乳酵母菌降糖情況

表1 乳清酒優(yōu)化工藝參數(shù)L9（33）正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)表

表2 乳清的組成 單位：%

表3 乳酵母菌不同接種量對(duì)產(chǎn)品的影響

2.3 接種量對(duì)乳清酒發(fā)酵的影響

乳酵母菌不同接種量對(duì)產(chǎn)品的影響如表3所示。

表3表明，乳酵母的用量可選擇8.0%～12.0%之間，發(fā)酵的酒質(zhì)較好。若接種量太少，則菌種增長(zhǎng)緩慢，發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)。若接種量太多，在主發(fā)酵階段乳酵母菌生長(zhǎng)過(guò)快、過(guò)密，因糖類利用過(guò)多而導(dǎo)致后發(fā)酵階段各種有益風(fēng)味物質(zhì)積累不足；同時(shí)，較多的接種量又會(huì)導(dǎo)致大量的乳酵母菌早衰和菌體自溶現(xiàn)象出現(xiàn)，從而影響本產(chǎn)品的風(fēng)味品質(zhì)。因此，選取8%、10%、12%為試驗(yàn)的3個(gè)水平。

2.4 時(shí)間對(duì)乳清酒發(fā)酵的影響

表4的結(jié)果表明，在37℃的培養(yǎng)條件下，酒精度在主發(fā)酵期間不斷提高，7天后達(dá)到較高水平，然后略有上升，于第9天達(dá)到較平穩(wěn)的值。但如果在該溫度下延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間，總酸呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。若前發(fā)酵時(shí)間低于4天以下，產(chǎn)品因發(fā)酵時(shí)間過(guò)短，不能產(chǎn)生足夠的酒精和香味物質(zhì)，未能達(dá)到試驗(yàn)預(yù)期目標(biāo)。因此，選取5、7、9天為試驗(yàn)的3個(gè)水平。

2.5 正交試驗(yàn)確定乳清酒最佳發(fā)酵條件

以乳清酒的色澤和組織狀態(tài)、香味、滋味作為感官品質(zhì)判定指標(biāo)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，確定乳清酒最佳發(fā)酵條件，結(jié)果如表5所示。

比較3個(gè)因素的R值可以看出，各因素中對(duì)乳清酒的影響次序?yàn)锽＞A＞C＞D：B對(duì)產(chǎn)品滋味和口感有顯著影響，B2（37℃）最佳；A因素的影響位于第2, 以A3（12%）為最佳；C因素位于第3，在單因子試驗(yàn)結(jié)果中（表4），C2和C3水平酒精含量?jī)H差0.03個(gè)百分點(diǎn)，從節(jié)省時(shí)間等考慮，選擇C2（7天）最好。由空列判斷A、B、C各因素均可靠，得出乳清酒的最佳發(fā)酵條件為B2A3C2，即乳清酒的發(fā)酵溫度為37℃，乳酵母菌的接種量為12%，發(fā)酵時(shí)間為7天[3]。

表4 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的影響

表5 乳清酒發(fā)酵條件正交試驗(yàn)結(jié)果分析

3 結(jié)論

3.1 乳清來(lái)源于牛乳，并經(jīng)過(guò)有益乳酸菌的發(fā)酵制得，含多種有益營(yíng)養(yǎng)成分，如乳清蛋白中的免疫球蛋白、多肽等生物活性物質(zhì)。

3.2 通過(guò)試驗(yàn)確定乳清酒的最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為：總固形物為15%～17.5%，乳酵母菌接種量12%，在35～37℃發(fā)酵6～7天；再進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)配。

3.3 酸凝奶酪所產(chǎn)生的乳清通過(guò)發(fā)酵開發(fā)低度乳清酒是可行的。這樣不僅增加了企業(yè)的產(chǎn)品新品種和經(jīng)濟(jì)效益，而且避免了對(duì)環(huán)境的污染，為乳清的綜合利用提供了一條新的途徑?！?/p>

[1] 胡曉冰，楊生玉，張彭湃等.西瓜酒發(fā)酵工藝的研究.釀酒，2007（3）：83～85

[2] 唐民民.新鮮軟質(zhì)豆奶干酪的工藝參數(shù)優(yōu)化.大豆科技，2008（5）：33～41

[3] 劉榮厚.甜高粱莖稈汁液固定化酵母酒精發(fā)酵的研究.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005（9）：137～140