干酪乳桿菌、瑞士乳桿菌發(fā)酵乳清飲料的研究

馬玲，徐靜，焦慧娟

（1.山西農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山西太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，山西太谷 030801；3.山西農(nóng)業(yè)大學生命科學學院，山西太谷 030801）

乳清是生產(chǎn)干酪、干酪素時的副產(chǎn)品，一般每生產(chǎn)1 kg干酪可得9 kg乳清，乳清中的固形物占原料乳總干物質(zhì)的一半，其中的乳清蛋白占總乳蛋白質(zhì)的20%，包括α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、血清白蛋白和免疫球蛋白，牛乳中的維生素和礦物質(zhì)也都存在于乳清中[1-3]。在干酪生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生大量乳清。過去將乳清直接排放，發(fā)達國家將乳清制成乳清粉，國內(nèi)外對乳清飲料的研究、益生菌發(fā)酵酸乳的研究都有報道[4-8]，但用益生菌發(fā)酵乳清飲料的研究鮮為報道。本研究利用干酪乳桿菌和瑞士乳桿菌作為益生菌發(fā)酵劑，對乳清發(fā)酵飲料的發(fā)酵條件進行了試驗，以期為開發(fā)利用乳清、降低干酪生產(chǎn)成本提供借鑒參考。

1 材料與方法

1.1 材料

乳清（新鮮無抗牛乳制備干酪后所得到的副產(chǎn)物），益生菌（干酪乳桿菌，瑞士乳桿菌）：均為本實驗室保存并提供；白砂糖：市售。

1.2 主要儀器

HPP-9272電熱恒溫培養(yǎng)箱：北京東聯(lián)哈爾儀器制造公司；HH恒溫水浴鍋：江蘇金壇市儀器制造公司；ALC-210.2電子分析天平：上海精密科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發(fā)酵乳清飲料的加工工藝流程

乳清→過濾→煮沸殺菌并加白砂糖→冷卻→接種→發(fā)酵→冷藏→成品

1.3.2 單因素試驗

對益生菌的接種量和發(fā)酵時間進行單因素試驗，為優(yōu)化試驗提供各因素的合適水平范圍。

1.3.3 優(yōu)化試驗

發(fā)酵條件的優(yōu)化試驗選擇Box－Behnken設計[9－10]，其水平編碼表見表1。試驗按Box－Behnken設計方案進行。

表1 Box-Behnken設計因素水平編碼表Table 1 Factors and levels coding of Box-Behnken

1.3.4 指標測定

1）感官評價：選擇品嘗乳清飲料有經(jīng)驗的人員5名對益生菌乳清發(fā)酵飲料的口感、滋味與澄清度進行打分，評定標準見表2[10－12]，評定結果取平均值。

表2 益生菌發(fā)酵乳清飲料感官評定標準Table 2 Sensory evaluation indexes of whey beverage fermented by probiotics

2）滴定酸度：取乳清10 mL，加酚酞指示劑2滴，用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，消耗的NaOH溶液毫升數(shù)乘以10即為滴定酸度值。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理及分析

采用SAS軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結果與分析

2.1 益生菌添加量單因素試驗結果

益生菌添加量對乳清發(fā)酵飲料感官評分的影響如圖1?？芍S著益生菌添加量的增加，發(fā)酵乳清的感官評分先增加然后降低，當益生菌添加量為3%時，發(fā)酵乳清的糖酸比達到最佳，因而感官評分較高。

2.2 發(fā)酵時間單因素試驗結果

不同發(fā)酵時間對乳清發(fā)酵飲料感官評分的影響如圖2。

由圖2分析可知，感觀評分隨發(fā)酵時間的延長先增加后降低，發(fā)酵時間為3 h時，感官評分達最大。

2.3 發(fā)酵條件的優(yōu)化試驗結果

不同的因素水平組合試驗隨乳清發(fā)酵飲料的感官評分值和滴定酸度的影響如表3所示。

Box－Behnken設計方案及感觀評價分值結果見表3。

表3 Box-Behnken設計方案及結果Table 3 Design of Box-Behnken and the results

應用SAS9.0對表3的數(shù)據(jù)進行二次回歸響應面分析，其原理是對試驗結果進行二次多項式回歸，進行逐項和方程的檢驗，預測響應值，指明響應面類型，若響應面為凸型，則在曲面內(nèi)有最大響應值（點），若響應面為凹型，則在曲面內(nèi)有最小響應值（點），這兩種情況都可直接從曲面找出最優(yōu)工藝參數(shù)。而當曲面較復雜時，響應面上即有凸，又有凹點，則在曲面內(nèi)無最優(yōu)響應值（鞍面），即在所研究的影響因子的不同水平中無最佳控制點時，這種情況下可進行嶺脊分析。通過SAS進行二次回歸響應面分析，得到如下多元二次響應面回歸模型，Y1為感官評分的響應值，Y2為滴定酸度的響應值。

感官評分、滴定酸度的方差分析結果如表4、表5、表6所示。對感官評分的典型分析和嶺脊分析如表7、表8所示。

表4 感官評分二次回歸模型的方差分析表Table 4 Variance analysis for the developed regression equation of sensory evaluation

表5 滴定酸度二次回歸模型的方差分析表Table 5 Variance analysis for the developed regression equation of acidity

從表4可以看出，線性項顯著，而二次項和交叉項不顯著。失擬項不顯著，說明所選模型是適合的，所選因素為對感官評分響應值影響較大的因素，沒有被忽略的其它重要的因素。由表5可見，以滴定酸度為響應值的線性項、二次項交叉項和總回歸都不顯著，說明所選模型不適合，需重新考慮其它模型。

表6 感官評分為響應值的各因素方差分析表Table 6 Variance analysis for response of sensory evaluation

表7 典型分析表Table 7 Typical analysis

表8 嶺脊分析分析表Table 8 Ridge analysis

表6方差分析表明，益生菌添加量對感官評分響應值的影響達到顯著，而發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間以及因素之間的交互作用對感官評分響應值的影響均不顯著。

從表7典型分析可以看出，三因素的特征值有正有負，表明二次響應面為鞍面，無極值的存在，因此不能直接從二次響應面上找出最佳工藝參數(shù)，需進一步作嶺脊分析。

從表8中可以看出，最大響應值的編碼半徑為1，此時編碼值的益生菌添加量為0.83，發(fā)酵溫度為0.55，發(fā)酵時間為0.071。感官評分為85.03，而轉換為實際值益生菌添加量為3.834%，發(fā)酵溫度38.10℃，發(fā)酵時間5.07 h。

3 結論

利用干酪乳桿菌和瑞士乳桿菌作為發(fā)酵劑菌種發(fā)酵乳清，制作發(fā)酵乳清飲料。分別建立了以感官評分和滴定酸度為響應值的回歸方程，方差分析表明益生菌添加量對感官評分響應值的影響達到顯著，而發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間以及因素之間的交互作用對感官評分響應值的影響均不顯著。滴定酸度為響應值的回歸方程分析表明所選模型不適合，需重新考慮其它模型。典型分析結合嶺脊分析得出益生菌乳清發(fā)酵飲料的最佳條件：益生菌添加量3.834%，發(fā)酵溫度38.10℃，發(fā)酵時間5.07 h，在此條件下得到較高的感官評分。

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