鄒麗蓉，陳 萌，王雪峰,2,*，普岳紅,2，董文明，黃艾祥

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南省畜產(chǎn)品加工工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650201）

乳清是干酪或干酪素生產(chǎn)加工過程中的副產(chǎn)物，是一種呈綠色、半透明狀的液體。新鮮的乳清中含有大量鮮牛乳的營養(yǎng)成分，營養(yǎng)價值較高[1]。云南民族特色乳制品乳餅和乳扇加工過程中也會產(chǎn)生大量的乳清，其最大的特點是體積量大和含有乳中多種營養(yǎng)成分，乳清中的營養(yǎng)物質(zhì)占原料乳中的一半以上[2]。乳清蛋白是乳清中存在的一類天然功能化營養(yǎng)物質(zhì)，是乳清中的主要成分，不但容易消化，而且具有高蛋白質(zhì)功效和高利用率，極易被人體吸收[3]。乳清蛋白在很多食品加工過程中都能起到很重要的作用，不僅可改善食品的風(fēng)味和質(zhì)地，延長保質(zhì)期和增強營養(yǎng)保健功能[4]，其中含有的蛋白質(zhì)資源，如乳鐵蛋白、乳球蛋白等，可對人體免疫系統(tǒng)起到調(diào)節(jié)作用[5-7]。Takada等[8]還發(fā)現(xiàn)，乳清蛋白具有抗菌、抗病毒和預(yù)防骨質(zhì)疏松等功能。因此，把乳清加工制成乳清蛋白粉用作食品、藥品或飼料等，加工成本低且利潤高，是未來其開發(fā)利用的主要發(fā)展趨勢[9]。目前云南地區(qū)乳清蛋白粉的生產(chǎn)中普遍采用冷凍干燥法來除去多余的水分[10]。

雖然乳清蛋白逐漸受到人們的重視，但是每年仍然有大部分的乳清被以廢水的形式排放，不僅造成了資源浪費，還對環(huán)境造成了污染[11]。本研究通過冷凍干燥技術(shù)對云南乳餅、乳扇加工過程中產(chǎn)生的大量乳清水進(jìn)行加工，獲得乳清蛋白粉，對其主要成分及加工特性進(jìn)行分析，為其后續(xù)進(jìn)一步的開發(fā)利用提供重要參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

云南乳餅、乳扇加工副產(chǎn)物（乳清） 昆明加工作坊；5011乳清蛋白粉（RQP1） 江蘇豪蓓特食品有限公司；乳清蛋白粉（RQP2） 河南萬邦實業(yè)有限公司；乳清蛋白粉（RQP3） 萬利達(dá)食品有限公司。

硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、氫氧化鈉、酚酞、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、乙醇（體積分?jǐn)?shù)95%）、石油醚、硫酸、鹽酸 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JJ500電子天平 常熟雙杰測試儀器廠；AX223ZH/E電子天平 奧豪斯儀器（常州）有限公司；EPEDESL-10TH純水機(jī) 南京易普易達(dá)科技發(fā)展有限公司；T6新世紀(jì)分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；STARTER 3100 pH計 奧豪斯儀器（上海）有限公司；1 000 mL凱式定氮裝置 寧波新芝生物科技股份有限公司；DHG-9013A電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；L580R冷凍離心機(jī) 上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳清蛋白粉的制備

參照雷靜[12]的方法，進(jìn)行一定的調(diào)整。量取1 L乳清→加入1 mol/L HCl（或400 g/L NaOH溶液）調(diào)至pH 7.5→在60 ℃條件下，加入12 mL 1 mol/L CaCl2水浴攪拌15 min→冷卻出現(xiàn)絮凝，除去酪蛋白和乳脂→4 ℃、4 000 r/min離心30 min→粗濾除沉渣→采用0.22 μm微孔濾膜過濾→用10 kDa超濾取截留液→透析（100～500 Da）、脫鹽處理24 h→真空冷凍干燥→放入4 ℃冰箱保存?zhèn)溆?。乳扇乳清中提取的蛋白粉記為乳扇乳清蛋白粉（RSP），乳餅乳清中提取的蛋白粉記為乳餅乳清蛋白粉（RBP）。

1.3.2 乳清蛋白粉中主要成分、酸度及pH值測定

蛋白質(zhì)測定：參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》；脂肪測定：參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測定》；總灰分測定：參照GB 5009.4—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測定》；水分測定：參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》；酸度測定：參照GB 5009.239—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品酸度的測定》；pH值測定：參照GB 5009.237—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品pH值的測定》。

1.3.3 乳清蛋白粉加工特性分析

1.3.3.1 乳清蛋白粉溶解性測定

參照GB 5413.29—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 嬰幼兒食品和乳品中溶解性的測定》的方法并進(jìn)行一些修改。稱取乳清蛋白粉樣品5 g于燒杯中，用38 mL 25～30 ℃的水分?jǐn)?shù)次將乳清蛋白粉溶解并轉(zhuǎn)移至50 mL離心管中，加塞；將離心管置于30 ℃水中保溫5 min取出，振搖3 min，置于離心機(jī)中，以8 056 r/min轉(zhuǎn)速離心10 min，使不溶物沉淀，傾去上清液并保留，擦凈管壁，再加38 mL 25～30 ℃的水，加塞，上下振蕩，使沉淀懸浮，之后再置于離心機(jī)中以相同轉(zhuǎn)速離心10 min，傾去上清液并保留；將2 次所得上清液倒入已知質(zhì)量的稱量瓶中，先在沸水浴上將水分蒸干，再移入100 ℃干燥箱中烘干至恒質(zhì)量。溶解性按式（1）計算。

式中：X為樣品溶解性/%；m為樣品質(zhì)量/g；m1為稱量皿和樣品的質(zhì)量/g；m2為稱量皿和不溶物干燥后質(zhì)量/g。

1.3.3.2 乳清蛋白粉熱穩(wěn)定性測定

參照王飛等[13]的方法并進(jìn)行一些修改。用去離子水配制一定量的5 g/100 mL乳清蛋白溶液，取乳清蛋白溶液10 mL，分別在40、60、80、100 ℃水浴中保溫30 min，然后移入離心管，置于離心機(jī)中以2 500 r/min離心10 min，倒出上清液，稱取下層沉淀物質(zhì)量，沉淀率按式（2）計算。沉淀率越大，蛋白質(zhì)穩(wěn)定性越差。

1.3.3.3 乳清蛋白粉乳化活性指數(shù)（emulsifying activity index，EAI）和乳化穩(wěn)定性指數(shù)（emulsifying stability index，ESI）測定

參照程云輝等[14]的方法并進(jìn)行一些修改。將乳清蛋白粉配制成1 g/L的溶液，量取24 mL樣品溶液，并用0.1 mol/L HCl溶液或0.1 mol/L NaOH溶液分別調(diào)節(jié)pH值至3.0、5.0、7.0、9.0，然后加入8 mL大豆油，并用剪切乳化儀10 000 r/min乳化1 min，之后立即于底部取樣100 μL，用0.1 g/100 mL十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS）溶液稀釋100 倍，混勻后于500 nm波長處測定吸光度，EAI和ESI按式（3）～（4）計算。

式中：A0為初始乳化液的吸光度；A10為10 min后的吸光度。

1.3.4 酸乳的制作工藝

參考王紅燕等[15]的方法并進(jìn)行一些修改：牛乳→配料（1 L牛乳+7%～8%糖+5 g乳清蛋白粉）→預(yù)熱（60 ℃）→均質(zhì)（8～10 mPa）→殺菌（85 ℃、15 min）→冷卻（42 ℃以下）→加菌種（嗜熱鏈球菌+保加利亞乳桿菌）→發(fā)酵（42 ℃、8 h）→冷藏（4 ℃、12 h以上）。

1.3.5 酸乳感官評定標(biāo)準(zhǔn)

酸乳的感官評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 酸乳的感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of yogurt

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0和Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同來源的乳清蛋白粉主要成分、酸度及pH值分析

2.1.1 不同來源的乳清蛋白粉蛋白質(zhì)含量

乳清蛋白粉的蛋白質(zhì)含量是評價其營養(yǎng)價值的一個重要指標(biāo)[16]。由圖1可知，RQP3的蛋白質(zhì)含量高達(dá)80%，RQP1的蛋白質(zhì)含量達(dá)到70.0%，RQP2和RSP的蛋白質(zhì)含量均達(dá)到60.0%以上，RBP的蛋白質(zhì)含量為39.0%，表明乳扇來源的乳清蛋白粉蛋白質(zhì)含量與市售乳清蛋白粉產(chǎn)品相比并無較大差距，具有較高的營養(yǎng)價值。而乳餅來源的乳清蛋白粉蛋白質(zhì)含量低于市售乳清蛋白粉，乳扇和乳餅由于制作工藝不同造成其蛋白質(zhì)含量存在一定的差異性[17]。

圖1 不同來源的乳清蛋白粉蛋白質(zhì)含量Fig. 1 Protein contents in whey protein powders from different sources

2.1.2 不同來源的乳清蛋白粉脂肪含量

由圖2可知，RSP的脂肪含量相對較高，為19.8%，而RBP的脂肪含量最低，為6.0%，這與不同乳源鮮乳的粗脂肪含量不同有關(guān)[18]。其余3 種市售乳清蛋白粉的脂肪含量均相差不大，為10.0%～15.0%，差異不顯著。

圖2 不同來源乳清蛋白粉脂肪含量Fig. 2 Fat contents in whey protein powders from different sources

2.1.3 不同來源的乳清蛋白粉總灰分含量

由圖3可知，RQP3、RSP、RBP 3 種乳清蛋白粉的總灰分含量均達(dá)到7.0%以上，RQP1的總灰分含量為5.9%，比RQP2的總灰分含量高1.4%，RQP3、RSP和RBP總灰分含量差異不顯著，表明乳餅、乳扇來源的乳清蛋白粉總灰分含量與市售乳清蛋白粉產(chǎn)品相比并無較大差距。

圖3 不同來源乳清蛋白粉總灰分含量Fig. 3 Total ash contents in whey protein powders from different sources

2.1.4 不同來源的乳清蛋白粉水分含量

由圖4可知，RQP2的水分含量最高，為10.5%，其次是RQP1，水分含量為7.7%，RQP3的水分含量為5.2%，RSP和RBP的水分含量均不足5.0%。5 種來源的乳清蛋白粉水分含量差異顯著（P＜0.05），其加工工藝的不同可能是導(dǎo)致其差異的主要原因。

圖4 不同來源乳清蛋白粉水分含量Fig. 4 Water contents in whey protein powders from different sources

2.1.5 不同來源的乳清蛋白粉pH值和酸度

酸度可以判斷食品的新鮮程度，也可反映食品的質(zhì)量指標(biāo)，亦會直接影響食品的風(fēng)味、色澤和品質(zhì)的高低[19]。由表2可知，RSP的pH值最低，為5.2，酸度最高，為58.3oT，這是由于乳扇在加工過程中需要另加入酸水，酸水一般由酸木瓜制成[20]，影響了其最終副產(chǎn)物乳清水的酸度，后續(xù)作為食品加工原料可適當(dāng)調(diào)整其酸度。RBP的pH值、酸度和3 種市售乳清蛋白粉較為接近，具有較好的食用品質(zhì)。

表2 不同來源的乳清蛋白粉pH值和酸度Table 2 pH and acidity of whey protein powders from different sources

2.2 不同來源的乳清蛋白粉加工特性分析

2.2.1 不同來源的乳清蛋白粉溶解性

一般情況下，食品原料的溶解性對其加工特性會產(chǎn)生重要影響[21]。由圖5可知，5 種乳清蛋白粉的溶解性均較高，都在90%以上，其中RBP的溶解性最好，為99.5%，RQP2和RQP3溶解性差異不顯著，RQP1、RSP和RBP差異顯著（P＜0.05）。總體來說，RBP和RSP均具有較好的溶解性，能夠作為食品加工原料。

圖5 不同來源乳清蛋白粉的溶解性Fig. 5 Solubility of whey protein powders from different sources

2.2.2 不同來源的乳清蛋白粉熱穩(wěn)定性

食品原料的熱穩(wěn)定性同樣影響其加工的適用度，蛋白粉的熱穩(wěn)定性直接影響產(chǎn)品質(zhì)量[22]。由圖6可知，RSP和RBP的熱穩(wěn)定性相對較強，其沉淀率均小于4.0%，且隨著溫度的上升，熱穩(wěn)定性變化較小。而另外3 種市售乳清蛋白粉在溫度為80 ℃以內(nèi)沉淀率相對較小，RQP1的沉淀率相對穩(wěn)定，但RQP2和RQP3的熱穩(wěn)定性在不同溫度條件下均有輕微波動。

圖6 不同來源乳清蛋白粉的熱穩(wěn)定性Fig. 6 Thermal stability of whey protein powders from different sources

2.2.3 不同來源的乳清蛋白粉EAI和ESI

食品原料的EAI和ESI是衡量蛋白質(zhì)促進(jìn)油-水型乳狀液形成能力的指標(biāo)[23]。由圖7～8可知，5 種不同來源的乳清蛋白粉乳化性差距較大，其中RQP3的EAI相對較高，RSP和RBP的乳化性在不同pH值下的波動較大，說明pH值對乳扇、乳餅來源的乳清蛋白粉EAI產(chǎn)生較大影響。乳化性較好的RQP3乳化穩(wěn)定性反而降低，RBP的ESI比RSP相對較高，這可能是由于長時間酶解使蛋白質(zhì)分子水解為較小的肽和氨基酸，由于它們的分子結(jié)構(gòu)較小，在油狀微粒周圍形成的蛋白質(zhì)層更不穩(wěn)定，因此不能有效防止油滴聚集，造成ESI降低。

圖7 不同來源乳清蛋白粉的EAIFig. 7 EAI of whey protein powders from different sources

圖8 不同來源乳清蛋白粉的ESIFig. 8 ESI of whey protein powders from different sources

2.2.4 不同來源的乳清蛋白粉制備酸乳的感官評價

將乳清蛋白粉加入酸乳中，可以增強酸乳的黏稠度及提高蛋白質(zhì)含量，提升酸乳產(chǎn)品的整體感官質(zhì)量[24]。為節(jié)約成本，從市售的3 種乳清蛋白RQP1、RQP2、RQP3中任選2 種RQP1和RQP2用于酸乳制備。將4 種乳清蛋白粉以相同的添加量分別加入鮮乳中，經(jīng)過發(fā)酵制成酸乳產(chǎn)品。添加4 種乳清蛋白粉制成的酸乳均呈乳白色，有酸乳的發(fā)酵乳香，酸甜適中。由圖9可知，組織狀態(tài)以添加RQP1的酸乳相對較好，感官評分為80.3 分，添加RSP、RBP與RQP2的酸乳感官評分（分別為70.7、72.7、74.0 分）相差不大，說明來源于乳餅、乳扇的2 種乳清蛋白粉能夠應(yīng)用于酸乳加工，可以作為酸乳加工的輔助原料。

圖9 各酸乳產(chǎn)品感官評分雷達(dá)圖Fig. 9 Sensory evaluation radar map of yogurts with whey protein powders from different sources

3 結(jié) 論

本研究以乳餅、乳扇加工副產(chǎn)物乳清為原料，通過冷凍干燥技術(shù)制成乳清蛋白粉，分析表明：乳餅副產(chǎn)物所得乳清蛋白粉中蛋白質(zhì)含量39.0%、脂肪含量6.0%、水分含量4.1%、總灰分含量7.7%、酸度23.2oT、pH 5.61，其加工特性為溶解性99.52%，沉淀率在不同溫度下均小于3.2%，RBP的乳化性（EAI和ESI）在不同pH值下均大于42.7%；乳扇副產(chǎn)物所得乳清蛋白粉中蛋白質(zhì)含量72.0%、脂肪含量19.8%、水分含量4.6%、總灰分含量8.1%、酸度58.3oT、pH 5.20，其加工特性為溶解性98.70%，沉淀率在不同溫度下均小于3.5%，RSP的乳化性（EAI和ESI）在不同pH值下均大于50%；由乳餅、乳扇加工副產(chǎn)物所得2 種乳清蛋白粉應(yīng)用于酸乳加工均可使酸乳呈乳白色和發(fā)酵乳香、酸甜適中。研究結(jié)果為該乳清蛋白粉原料的進(jìn)一步開發(fā)利用提供了參考。