干酪乳杆菌、瑞士乳杆菌发酵乳清饮料的研究

2012-09-05马玲徐静焦慧娟

食品研究与开发 2012年12期

马玲，徐静，焦慧娟

（1.山西农业大学食品科学与工程学院，山西太谷 030801；2.山西农业大学农学院，山西太谷 030801；3.山西农业大学生命科学学院，山西太谷 030801）

乳清是生产干酪、干酪素时的副产品，一般每生产1 kg干酪可得9 kg乳清，乳清中的固形物占原料乳总干物质的一半，其中的乳清蛋白占总乳蛋白质的20%，包括α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、血清白蛋白和免疫球蛋白，牛乳中的维生素和矿物质也都存在于乳清中[1-3]。在干酪生产过程中将产生大量乳清。过去将乳清直接排放，发达国家将乳清制成乳清粉，国内外对乳清饮料的研究、益生菌发酵酸乳的研究都有报道[4-8]，但用益生菌发酵乳清饮料的研究鲜为报道。本研究利用干酪乳杆菌和瑞士乳杆菌作为益生菌发酵剂，对乳清发酵饮料的发酵条件进行了试验，以期为开发利用乳清、降低干酪生产成本提供借鉴参考。

1 材料与方法

1.1 材料

乳清（新鲜无抗牛乳制备干酪后所得到的副产物），益生菌（干酪乳杆菌，瑞士乳杆菌）：均为本实验室保存并提供；白砂糖：市售。

1.2 主要仪器

HPP-9272电热恒温培养箱：北京东联哈尔仪器制造公司；HH恒温水浴锅：江苏金坛市仪器制造公司；ALC-210.2电子分析天平：上海精密科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 发酵乳清饮料的加工工艺流程

乳清→过滤→煮沸杀菌并加白砂糖→冷却→接种→发酵→冷藏→成品

1.3.2 单因素试验

对益生菌的接种量和发酵时间进行单因素试验，为优化试验提供各因素的合适水平范围。

1.3.3 优化试验

发酵条件的优化试验选择Box－Behnken设计[9－10]，其水平编码表见表1。试验按Box－Behnken设计方案进行。

表1 Box-Behnken设计因素水平编码表Table 1 Factors and levels coding of Box-Behnken

1.3.4 指标测定

1）感官评价：选择品尝乳清饮料有经验的人员5名对益生菌乳清发酵饮料的口感、滋味与澄清度进行打分，评定标准见表2[10－12]，评定结果取平均值。

表2 益生菌发酵乳清饮料感官评定标准Table 2 Sensory evaluation indexes of whey beverage fermented by probiotics

2）滴定酸度：取乳清10 mL，加酚酞指示剂2滴，用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，消耗的NaOH溶液毫升数乘以10即为滴定酸度值。

1.3.5 数据处理及分析

采用SAS软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 益生菌添加量单因素试验结果

益生菌添加量对乳清发酵饮料感官评分的影响如图1。可知，随着益生菌添加量的增加，发酵乳清的感官评分先增加然后降低，当益生菌添加量为3%时，发酵乳清的糖酸比达到最佳，因而感官评分较高。

2.2 发酵时间单因素试验结果

不同发酵时间对乳清发酵饮料感官评分的影响如图2。

由图2分析可知，感观评分随发酵时间的延长先增加后降低，发酵时间为3 h时，感官评分达最大。

2.3 发酵条件的优化试验结果

不同的因素水平组合试验随乳清发酵饮料的感官评分值和滴定酸度的影响如表3所示。

Box－Behnken设计方案及感观评价分值结果见表3。

表3 Box-Behnken设计方案及结果Table 3 Design of Box-Behnken and the results

应用SAS9.0对表3的数据进行二次回归响应面分析，其原理是对试验结果进行二次多项式回归，进行逐项和方程的检验，预测响应值，指明响应面类型，若响应面为凸型，则在曲面内有最大响应值（点），若响应面为凹型，则在曲面内有最小响应值（点），这两种情况都可直接从曲面找出最优工艺参数。而当曲面较复杂时，响应面上即有凸，又有凹点，则在曲面内无最优响应值（鞍面），即在所研究的影响因子的不同水平中无最佳控制点时，这种情况下可进行岭脊分析。通过SAS进行二次回归响应面分析，得到如下多元二次响应面回归模型，Y1为感官评分的响应值，Y2为滴定酸度的响应值。

感官评分、滴定酸度的方差分析结果如表4、表5、表6所示。对感官评分的典型分析和岭脊分析如表7、表8所示。

表4 感官评分二次回归模型的方差分析表Table 4 Variance analysis for the developed regression equation of sensory evaluation

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

从表4可以看出，线性项显著，而二次项和交叉项不显著。失拟项不显著，说明所选模型是适合的，所选因素为对感官评分响应值影响较大的因素，没有被忽略的其它重要的因素。由表5可见，以滴定酸度为响应值的线性项、二次项交叉项和总回归都不显著，说明所选模型不适合，需重新考虑其它模型。

表6 感官评分为响应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 岭脊分析分析表Table 8 Ridge analysis

表6方差分析表明，益生菌添加量对感官评分响应值的影响达到显著，而发酵温度、发酵时间以及因素之间的交互作用对感官评分响应值的影响均不显著。

从表7典型分析可以看出，三因素的特征值有正有负，表明二次响应面为鞍面，无极值的存在，因此不能直接从二次响应面上找出最佳工艺参数，需进一步作岭脊分析。

从表8中可以看出，最大响应值的编码半径为1，此时编码值的益生菌添加量为0.83，发酵温度为0.55，发酵时间为0.071。感官评分为85.03，而转换为实际值益生菌添加量为3.834%，发酵温度38.10℃，发酵时间5.07 h。

3 结论

利用干酪乳杆菌和瑞士乳杆菌作为发酵剂菌种发酵乳清，制作发酵乳清饮料。分别建立了以感官评分和滴定酸度为响应值的回归方程，方差分析表明益生菌添加量对感官评分响应值的影响达到显著，而发酵温度、发酵时间以及因素之间的交互作用对感官评分响应值的影响均不显著。滴定酸度为响应值的回归方程分析表明所选模型不适合，需重新考虑其它模型。典型分析结合岭脊分析得出益生菌乳清发酵饮料的最佳条件：益生菌添加量3.834%，发酵温度38.10℃，发酵时间5.07 h，在此条件下得到较高的感官评分。

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