乳清在奶酪制作中的工藝優(yōu)化

白建，薛建娥，沙闖闖

(呂梁學(xué)院 生命科學(xué)系，山西 呂梁 033001)

奶酪是一種在牛奶或羊奶中添加適量乳酸菌發(fā)酵劑和凝乳酶通過發(fā)酵使奶中的蛋白質(zhì)凝固、排乳清，再把凝乳塊壓縮成固定形狀而制成的一種營養(yǎng)價(jià)值很高的發(fā)酵乳制品，又被稱為干酪[1]。奶酪制作過程中排除的乳清中富含乳清蛋白、礦物質(zhì)和少量的凝乳酶，乳清中的乳清蛋白主要含有α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳鐵蛋白及免疫球蛋白等，乳清蛋白含有豐富的生物活性物質(zhì)，因此不僅容易被人體消化吸收而且具有極高的代謝效率，具有很高的生物利用價(jià)值[2-3]。乳清中殘留的凝乳酶具有再利用的價(jià)值，直接排放乳清不僅污染環(huán)境而且損失營養(yǎng)，加工成乳清粉需要耗費(fèi)較多的熱能，如何利用乳清成為發(fā)展奶酪產(chǎn)業(yè)急需解決的問題[4]。

有關(guān)直接將乳清通過加熱濃縮并制作乳清奶酪的報(bào)道較多[5]，還有將乳清酸化后制作奶酪的報(bào)道[6]，也有將乳清和牛奶混合制作乳奶酪的報(bào)道[7-8]，此外，有報(bào)道在奶酪制作過程中添加乳清蛋白對其品質(zhì)的影響[9-11]。為提高乳清中凝乳酶的回收利用率，更好地利用乳清中的營養(yǎng)成分，本研究在奶酪制作過程中加入了乳清，然后以奶酪的得率和感官評分作為最終的考察指標(biāo)，選取了乳清添加量、凝乳時(shí)間和凝乳酶添加量3個(gè)影響較大的因素，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，探究乳清在奶酪制作中再利用的工藝參數(shù)，為乳清的回收利用以及提高凝乳酶的使用效率提供了理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

發(fā)酵菌株：嗜熱鏈球菌(Streptococcussalivariussubsp.thermophilus)和保加利亞乳桿菌(Lactobacillusdelbrueckilsubsp.bulgaricus)；新鮮牛乳：密度1.030 g/mL，干物質(zhì)11.05%，蛋白含量3.03%，當(dāng)?shù)啬翀觯皇雏}：當(dāng)?shù)爻?；乳清：本?shí)驗(yàn)室制作奶酪后排除并冷藏；凝乳酶(酶活力1∶10000 U)：丹麥科漢森有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

奶酪槽 自制；CP114電子天平 帝豪斯儀器有限公司；HH-S8型電熱恒溫水浴鍋 北京科偉永興儀器有限公司；SP-XC-ZK01臺式真空包裝機(jī) 晉中佳通機(jī)電科技有限公司；LC-406立式冷藏陳列柜 江蘇阪神電器股份有限公司；LD5-2B低速離心機(jī) 北京雷勃爾醫(yī)療器械有限公司；PHSJ-3F型pH計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 乳清奶酪加工工藝

新鮮牛乳→標(biāo)準(zhǔn)化→殺菌(63 ℃、30 min)→冷卻(至38 ℃)→加發(fā)酵劑(0.5%，V/V)，保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌為1∶1)→加乳清→加凝乳酶→凝乳→凝乳切割→攪拌→排乳清→堆釀→加鹽糅合→熱燙拉伸(90 ℃)→壓榨成型→真空包裝→成熟→干酪。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

在凝乳酶添加0.25%，凝乳時(shí)間35 min的條件下，考察乳清添加量(15%、20%、25%、30%、35%)時(shí)對奶酪得率和感官評分的影響；在凝乳酶用量0.25%、乳清添加量25%的條件下，考察凝乳時(shí)間(20，25，30，35，40 min)對奶酪得率和感官評分的影響；在乳清添加量25%、凝乳時(shí)間35 min的條件下，考察凝乳酶添加量(0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%)對奶酪得率和感官評分的影響。

1.3.3 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對凝乳時(shí)間、凝乳酶添加量、乳清添加量3個(gè)影響因素進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 The factors and levels of orthogonal test

1.3.4 指標(biāo)測定

對不同凝乳條件下的奶酪得率和感官評分進(jìn)行評價(jià)，最終得出各因素合適的因素水平。奶酪得率的計(jì)算公式如下，感官評分的標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The standard of sensory evaluation

2 結(jié)果與分析

2.1 乳清添加量對奶酪得率和感官評分的影響

由圖1可知，在凝乳酶添加量和凝乳時(shí)間固定的條件下，添加15%乳清時(shí)，奶酪得率最低，為7.59%；在25%乳清添加量時(shí)，奶酪得率達(dá)到最大值8.56%，乳清添加量大于25%后奶酪的得率又下降。從整體來看，在設(shè)置的水平區(qū)間內(nèi)，奶酪得率隨著乳清添加量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，呈現(xiàn)這種趨勢的原因是：在排乳清這一操作工藝中，有少量凝乳酶會溶解在乳清中被排出，在添加少量乳清時(shí)，乳清中的乳清蛋白和凝乳酶含量都比較少，因此凝乳充分，大部分乳清蛋白會被包裹在奶酪凝塊中，導(dǎo)致奶酪得率升高；當(dāng)增加乳清添加量后，乳清中凝乳酶含量也增加，導(dǎo)致奶酪凝聚速度過快，因此沒有充足時(shí)間使更多的乳清蛋白被包裹在凝塊中，另外隨著乳清添加量的增加，牛奶中的蛋白濃度稀釋，致使凝乳不完全而奶酪得率下降。感官評分也隨著乳清添加量的增加不斷增加，在乳清添加量為25%時(shí)感官評分不再明顯上升，結(jié)合得率和感官評分，當(dāng)乳清添加量為25%時(shí)，乳清中的乳清蛋白和含有的凝乳酶達(dá)到一種平衡狀態(tài)，此時(shí)奶酪的得率和感官評分較好。

圖1 乳清添加量對奶酪得率和感官評分的影響Fig.1 Effect of whey additive amount on cheese yield and sensory scores

2.2 凝乳酶添加量對奶酪得率和感官評分的影響

由圖2可知，在凝乳酶添加量為0.15%時(shí)，奶酪的得率達(dá)到7.76%；當(dāng)凝乳酶添加量為0.25%時(shí)奶酪得率達(dá)到9.29%，此后隨著凝乳酶添加量的增加，奶酪得率基本不變，從總體來看，奶酪得率隨著凝乳酶添加量的增加先上升而后基本不變。奶酪中的酪蛋白在凝乳酶作用下，酪蛋白膠粒表面的蛋白分子層小部分被分解，膠粒對其內(nèi)部的α-、β-酪蛋白失去保護(hù)作用而變?yōu)楦崩业鞍?，而其在游離態(tài)Ca2+作用下發(fā)生凝聚形成不溶性凝塊[12]。當(dāng)凝乳酶含量較低時(shí)，奶酪凝乳效果差，部分脂肪、蛋白伴隨乳清流失，從而導(dǎo)致奶酪得率的下降；當(dāng)凝乳酶含量較高時(shí)，奶酪凝乳強(qiáng)度過高，導(dǎo)致凝塊硬度過強(qiáng)、延展性變差，使奶酪在之后的熱燙工藝中出現(xiàn)碎渣，因此奶酪得率隨著凝乳酶添加量的增加而不變[13]。感官評分則隨著凝乳酶添加量的增加不斷增加，在添加量0.25%時(shí)感官評分為85.04，而后基本保持不變，由此可知，凝乳酶添加量對奶酪的得率和感官評分有一定影響作用，并且在凝乳時(shí)間和乳清添加量固定的條件下，凝乳酶的最佳添加量為0.25%。

圖2 凝乳酶添加量對奶酪得率和感官評分的影響Fig.2 Effect of chymosin additive amount on cheese yield and sensory scores

2.3 凝乳時(shí)間對奶酪得率和感官評分的影響

由圖3可知，當(dāng)凝乳為20 min時(shí)，奶酪得率為7.21%；凝乳35 min時(shí)，奶酪的得率為9.68%；此后隨著凝乳時(shí)間的延長，奶酪得率基本不變。從總體來看，在凝乳20～35 min期間，奶酪得率隨著凝乳時(shí)間的延長而增加，35 min后隨著凝乳時(shí)間的延長得率趨于穩(wěn)定。因?yàn)殡S凝乳時(shí)間的增加，凝乳酶充分地作用于牛奶中的酪蛋白而形成凝塊，并在凝結(jié)過程中不斷將乳清中的乳清蛋白等成分包裹在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，因此奶酪得率會隨著凝乳時(shí)間的延長而增加。但凝乳時(shí)間超過35 min后，凝塊的基本結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成，包裹脂肪和乳清蛋白等成分達(dá)到飽和，此時(shí)奶酪的得率基本不變。而感官評分則隨著凝乳時(shí)間的延長不斷增加，在凝乳時(shí)間為35 min時(shí)達(dá)到最高，在40 min時(shí)感官評分有稍微的下降，可能是隨著凝乳時(shí)間的延長，凝塊的硬度會不斷增加，彈性也會變差，綜合感官評分和得率，當(dāng)乳清添加量25%、凝乳酶添加量0.25%時(shí)，凝乳時(shí)間以35 min為宜。

圖3 凝乳時(shí)間對奶酪得率和感官評分的影響Fig.3 Effect of curdling time on cheese yield and sensory scores

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果

以奶酪得率作為參照指標(biāo)，并且要求奶酪得率越高越好，再通過對正交試驗(yàn)結(jié)果分析可知，對奶酪得率變化的影響因素順序?yàn)锽>C>A，即：凝乳酶添加量>乳清添加量>凝乳時(shí)間?？芍?種影響因素中對奶酪得率影響最大的是凝乳酶添加量，其次是乳清添加量，影響最小的是奶酪制作中的凝乳時(shí)間。通過理論分析選出最優(yōu)因素組合為A3B2C2，而9個(gè)試驗(yàn)處理中奶酪得率最高的水平組合為A1B2C3，再通過對比試驗(yàn)得出A3B2C2得率高于A1B2C3，因此從得率指標(biāo)考慮選取最優(yōu)水平組合為A3B2C2，即：凝乳時(shí)間40 min、凝乳酶添加量0.25%、乳清添加量25%。

表3 正交試驗(yàn)Table 3 The orthogonal test

以感官評分作為參照指標(biāo)進(jìn)行分析可知，對奶酪感官評分的影響因素順序?yàn)镃>B>A，即：乳清添加量>凝乳酶添加量>凝乳時(shí)間。通過理論分析選出最優(yōu)因素組合為A3B2C2，而9個(gè)試驗(yàn)處理中奶酪感官評分最高的水平組合為A2B1C2，再通過對比試驗(yàn)得出A3B2C2的感官評分高于A2B1C2，因此從感官評分指標(biāo)考慮選取最優(yōu)水平組合為A3B2C2，即：凝乳時(shí)間40 min、凝乳酶添加量0.25%、乳清添加量25%。與得率的最終最優(yōu)組合一致，因而添加乳清制作奶酪的最佳工藝為在凝乳酶添加量0.25%、乳清添加量25%的條件下凝乳40 min。

3 結(jié)論

以奶酪的得率和感官評分為指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對乳清在奶酪制作中的工藝進(jìn)行優(yōu)化，得出當(dāng)乳清添加量25%、凝乳酶添加量0.25%、凝乳時(shí)間40 min的條件下得到奶酪的得率和感官評分較高，這一工藝組合不僅利用乳清中的酶節(jié)省了凝乳酶在奶酪制作中的用量(不加乳清條件下凝乳酶的添加量為0.30%)，同時(shí)在凝乳過程中增加了乳清中的乳清蛋白等營養(yǎng)成分，提高了奶酪的營養(yǎng)。