乳清酒发酵工艺参数的优化

2010-06-19郭安民吴宏刘成江新疆农垦科学院农产品加工研究所

中国乳业 2010年7期

■ 郭安民吴宏刘成江新疆农垦科学院农产品加工研究所

近年来，我国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对乳制品的消费有了新的认识，口味新颖、有特色的乳制品越来越受到青睐。随着国内奶酪生产规模的不断扩大，乳清的综合利用问题日益突出。目前奶酪生产企业在生产过程中分离的大量乳清被当作废水排放掉，这种处理方法不但造成了资源的浪费，也造成了环境的污染。乳清约含粗蛋白质0.5%～0.9%、粗脂肪0.3%～0.5%、总糖3%～5%，还含有多种矿物质和维生素。目前，乳清的开发和利用已引起诸多企业和科研机构的重视。

本研究以制作传统酸凝奶酪的乳清作为一种低度饮料酒的主要发酵原料，利用乳酵母对其进行发酵，制取乳清酒，通过单因素试验和正交试验确定了乳酵母的最佳发酵条件组合，以期为制备乳清酒产业提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

乳清由本研究所畜产品研究室奶酪课题组提供；白砂糖，市售。乳酵母菌，购于国家菌种保藏中心；其它分析试剂，由本院分析测试研究中心提供。

1.1.2 设备

玻璃发酵瓶，数显pH测定仪，过滤机，菌种培养箱，滴定装置，手持糖度计，蒸馏装置等。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

乳清→成分检测→调整成分→过滤→杀菌→检测→接种→发酵→后熟及冷藏→检测、勾兑→检验→装瓶、杀菌→成品

1.2.2 理化指标测定[1]

参考乳品及奶酪国标检测方法，对成品的糖度、酸度、酒精度及活菌数等指标进行测定。

1.2.3 感官及质量评定

感官评定从色泽和组织状态、香味、滋味等方面组织品评，采用100分制（色泽30分，香味30分，滋味40分）。具体评分标准为：①色泽和组织状态：浅黄绿色，澄清透明；②香味：具乳香味，醇香淡雅；③滋味：味甘，稍酸，口味协调。

1.2.4 单因素试验[2]

（1）发酵温度的确定

调整乳清发酵液pH值、糖浓度，然后加热杀菌、冷却、检测。将乳酵母菌接种后分别置于25、28、31、34、37和40℃条件下恒温发酵，其它条件不变，每隔24h测定发酵液浓度，观察在不同温度下的降糖情况，确定理想的发酵温度。

（2）接种量的确定

调整乳清发酵液pH值、糖浓度，然后加热杀菌、冷却、检测。向乳清汁液中添加经活化好的乳酵母菌菌种，分别按4%、6%、8%、10%、12%的接种量，在已确定的最适温度（37℃）下进行发酵试验。根据发酵产生的酒精度、残糖、总酸等确定乳酵母菌的接种量。

（3）发酵时间的确定

调整乳清发酵液相关成分，然后加热杀菌，冷却并检测。于37℃下，接入经活化好的乳酵母菌菌种，分别按1、3、5、7、9天时间段，进行发酵试验。根据发酵液最后残糖、总酸等来确定乳酵母菌的发酵时间。

（4）正交试验因素及水平选择

依据酸凝奶酪所产乳清汁特性，通过单因素试验，选择影响乳清酒质量的主要因素即接种量、发酵温度、发酵时间等为因素，采用L9（34）正交试验。因素水平设计如表1所示。

2 结果与讨论

2.1 原料成分分析

乳清的化学成分如表2所示。由表2可知，牛奶经发酵所得的乳清成分中氮源充足，能够满足乳酵母菌的生长需求，因此在用乳清作为基质进行发酵时，仅需要外加碳源，本试验中外加的碳源为白砂糖。另一指标显示乳清汁酸度偏高，保持一定的总酸含量对发酵是有益的，但酸度过高将给发酵带来不利影响。因此，必须采取中和的方法给乳清降酸，调整乳清的pH值至5.4，使之达到酿酒所需标准，保证整个发酵的顺利进行。

2.2 发酵温度对乳清酒发酵的影响

图1为不同温度下乳酵母菌降糖情况。从图1可以看出，在37℃发酵时，乳酵母使液糖浓度下降得最快。使乳清汁液中的糖转化为酒精，可获得较高的乙醇含量和独特的香味物质。若发酵温度低，虽然有利于乳酵母菌生长，使发酵糖类产生乙醇的能力增强，但在低温条件下菌种的生长发酵进程缓慢。若发酵温度高，虽然可促进乳酵母的繁殖，代谢旺盛，使醪液发酵能力增强，但易出现菌体自溶现象，从而导致产品苦味增加，风味变差。因此，选取34、37和40℃为试验的3个水平。

图1 不同温度下乳酵母菌降糖情况

表1 乳清酒优化工艺参数L9（33）正交试验因素水平设计表

表2 乳清的组成单位：%

表3 乳酵母菌不同接种量对产品的影响

2.3 接种量对乳清酒发酵的影响

乳酵母菌不同接种量对产品的影响如表3所示。

表3表明，乳酵母的用量可选择8.0%～12.0%之间，发酵的酒质较好。若接种量太少，则菌种增长缓慢，发酵时间延长。若接种量太多，在主发酵阶段乳酵母菌生长过快、过密，因糖类利用过多而导致后发酵阶段各种有益风味物质积累不足；同时，较多的接种量又会导致大量的乳酵母菌早衰和菌体自溶现象出现，从而影响本产品的风味品质。因此，选取8%、10%、12%为试验的3个水平。

2.4 时间对乳清酒发酵的影响

表4的结果表明，在37℃的培养条件下，酒精度在主发酵期间不断提高，7天后达到较高水平，然后略有上升，于第9天达到较平稳的值。但如果在该温度下延长发酵时间，总酸呈现上升趋势。若前发酵时间低于4天以下，产品因发酵时间过短，不能产生足够的酒精和香味物质，未能达到试验预期目标。因此，选取5、7、9天为试验的3个水平。

2.5 正交试验确定乳清酒最佳发酵条件

以乳清酒的色泽和组织状态、香味、滋味作为感官品质判定指标，对试验结果进行分析，确定乳清酒最佳发酵条件，结果如表5所示。

比较3个因素的R值可以看出，各因素中对乳清酒的影响次序为B＞A＞C＞D：B对产品滋味和口感有显著影响，B2（37℃）最佳；A因素的影响位于第2, 以A3（12%）为最佳；C因素位于第3，在单因子试验结果中（表4），C2和C3水平酒精含量仅差0.03个百分点，从节省时间等考虑，选择C2（7天）最好。由空列判断A、B、C各因素均可靠，得出乳清酒的最佳发酵条件为B2A3C2，即乳清酒的发酵温度为37℃，乳酵母菌的接种量为12%，发酵时间为7天[3]。