羊乳酒在发酵过程中主要参数变化的研究

杨同香,吴孔阳,李希琳,李刘敏,康怀彬*

(1.河南科技大学 食品与生物工程学院,河南 洛阳 471023;2.洛阳师范学院 生命科学学院,河南 洛阳 471934)

羊乳酒在发酵过程中主要参数变化的研究

杨同香1,吴孔阳2,李希琳1,李刘敏1,康怀彬1*

(1.河南科技大学 食品与生物工程学院,河南 洛阳 471023;2.洛阳师范学院 生命科学学院,河南 洛阳 471934)

以新鲜羊奶为原料,采用乳酸菌和酵母菌共发酵方法,在29℃条件下振荡发酵羊乳,以pH值、酒精度、总氮及非蛋白氮含量为评价指标,通过凯氏定氮法、十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰氨凝胶电泳法(SDS-PAGE),对羊乳酒在发酵过程的不同时期蛋白质降解的动态变化进行了研究。研究结果表明,羊乳酒在发酵的过程中的pH值呈现先降低后升高再降至稳定的趋势;酒精度呈现缓慢增长的趋势;总氮含量变化不大;非蛋白氮含量随着乳酒发酵的进行缓慢升高;SDS-PAGE结果显示,羊乳酒中蛋白质发生了不同程度的降解,小分子蛋白增多,蛋白分子质量主要分布在17～35 kDa。

鲜羊乳;奶酒;蛋白质降解;十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰氨凝胶电泳

奶酒作为一种传统的饮用酒,具有独特的口感和魅力。目前多集中于对马奶酒和牛奶酒的研究,主要从奶酒发酵剂筛选、工艺条件、功能特性等方面展开研究[1-2]。由于传统的奶酒工艺复杂,需要特殊的发酵剂,通常利用乳酸菌和酵母菌的共发酵培养可能会产生一些代谢产物,能够改善产品的风味,也有一些研究者通过添加果蔬发酵提高奶酒的香味和口感(如哈密瓜奶酒、核桃奶酒等)[3-5]。羊乳作为人类三大奶源之一,因为具有丰富的营养以及保健功效在国际市场备受推崇,被国际营养界称为“奶中之王”[6]。近年来,有关羊乳加工的研究主要集中于酸羊乳、奶酪、羊乳粉、常温奶、冰淇淋等[7-9],而有关羊乳酒产品开发及其相关理论研究相对较少[10]。本试验通过开展对羊乳酒发酵过程主要参数变化的研究,以期为羊乳酒发酵产品品质控制及开发提供相应的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜羊奶:购自洛阳市郊区乳山羊养殖场;混合发酵剂(乳双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌ST-III、酿酒酵母菌等):保藏于河南科技大学食品与生物工程学院乳品工程实验室。

1.2 仪器与设备

K9860全自动凯氏定氮仪:济南海能仪器股份有限公司;PHS-3E型pH计:上海雷磁仪器厂;BSD-250振荡培养箱:上海苏净实业有限公司;HH-601数显恒温水浴锅:金坛市朗博仪器制造有限公司;JA10003分析天平:上海京孚仪器有限公司;KL-30-10000乳化均质机:上海科劳机械设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

新鲜羊乳、蔗糖→搅拌→过滤→加热至55～65℃→15 MPa压力条件下均质→90～95℃加热杀菌5 min→冷却至25～30℃→2%～3%接种量接种发酵剂→测定初始pH→主发酵(25～30℃培养3 d)→后发酵→成品

1.3.2 发酵过程

原料乳∶白砂糖为10∶1(g∶g),混合发酵剂添加量为3%。接种后在29℃、振荡速度55r/min条件下进行恒温培养,在发酵第3、5、9、20、24、30、34、48、56、68、72小时分别取样,进行编码1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#,并对指标进行检测。

1.3.3 测定方法

pH值的测定:在每组样品发酵时间达到要求时,取样进行pH值的测定,记录该发酵时间样品的pH值。

酒精度的测定:将测定完pH值的样品进行蒸馏,将馏出物定容至100 mL,并用酒度计和温度计测定在该温度时的酒精度,再换算成20℃条件下的酒精度[11-12]。

蛋白质含量及分子质量的测定:根据凯氏定氮法测定样品中的蛋白质含量[13]。凯氏定氮法测定非蛋白氮含量时,用15%三氯乙酸溶液将蛋白质沉淀,滤液再采用凯氏定氮法测定氮含量,即为样品中非蛋白氮含量。通过十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)法测定羊乳酒中可溶性蛋白分子质量[14]。

2 结果与分析

2.1 pH值测定结果及分析

表1 羊乳酒发酵过程中pH值变化Table 1 Changes of pH value during fermentation process of fresh goat milk wine

由表1可知,样品的pH值随着发酵时间的延长整体呈先减后增再降低的趋势,在发酵72 h时羊乳酒的pH值要高于核桃牛乳酒[5]。羊乳酒在发酵时的初始pH值为5.5左右,随着发酵的进行,各种微生物快速的生长繁殖,由于细菌的传代时间要比酵母菌短的多,因此细菌快速生长繁殖产生的乳酸以及酵母菌生长繁殖时产生的少量无机磷酸等使羊乳酒的pH值降至pH5.1附近。在酵母菌快速生长产生的酒精的共同作用下,抑制了细菌的生长和自身的产酸,所以酸度虽然会升高,然而因为大分子的分解、酒精含量的增加和弱碱性物质等缓冲物质的生成,使pH值增高至pH5.3～5.4,这与黄酒发酵时样品中pH值变化类似[15]。随着发酵的持续进行,乳酸菌发酵产生了乳酸,增加了羊奶酒的酸度,达到了pH4.9。

2.2 酒精度测定结果及分析

由图1可知,在整个羊乳酒的发酵过程中,发酵酒的酒精度呈缓慢增高的趋势。发酵开始至发酵20 h时(样品4#),各种微生物快速的生长繁殖,酿酒酵母开始快速产生酒精,刚开始时较为缓慢,随后产生酒精速度加快。之后,由于各种微生物的相互作用,酒精产生速度稍微减缓,但酒精度仍在持续增加直至达到一个稳定的值。

图1 羊乳酒发酵过程中酒精度变化Fig.1 Change of alcohol content during fermentation process of fresh goat milk wine

2.3 总氮及蛋白质含量测定

2.3.1 总氮含量测定结果

表2 羊乳酒发酵过程中总氮含量测定结果Table 2 Determination results of total nitrogen content during fermentation process of fresh goat milk wine

由表2可知,样品中总氮含量基本不变,保持在0.2608%～0.3397%范围内。

2.3.2 非蛋白氮含量测定结果

表3 乳酒发酵过程中非蛋白氮含量测定结果Table 3 Determination results of non-protein nitrogen content during fermentation process of fresh goat milk wine

由表3可知,在羊乳酒的发酵过程中,样品中的非蛋白氮含量呈现增长的趋势,这是由于在发酵的过程中由于微生物细胞酶系作用使样品中含有的蛋白质产生降解现象,蛋白质被降解为的氨基酸、肽类及一些无机物质,样品中的非蛋白氮含量有一定的增加。

2.3.3 蛋白氮含量测定结果

图2 羊乳酒发酵过程中蛋白氮含量变化Fig.2 Change of protein nitrogen contents during fermentation process of fresh goat milk wine

由图2可知,由于蛋白质被微生物分解,在发酵期间羊乳酒中的蛋白氮呈现下降的趋势。羊乳酒在发酵期间,细菌与酵母菌相互作用,使原料中的蛋白质转化为肽类及氨基酸等物质,引起样品中蛋白氮含量下降,非蛋白氮含量上升,总氮含量基本保持不变。

2.4 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳结果

由羊乳酒样品SDS-PAGE结果(图3)可知,羊乳酒可溶性蛋白电泳图谱共分离出4条较清晰蛋白条带,样品中的蛋白分子质量大致在17～35 kDa,蛋白分子质量为35 kDa的蛋白质条带染色程度最深;蛋白分子质量为25 kDa的蛋白含量次之;蛋白分子质量为17kDa的蛋白含量比分子质量为25 kDa的蛋白含量稍微低一些;蛋白分子质量为20 kDa的蛋白含量最少,研究结果与宋宏新等[16]结果相近。

图3 羊乳酒发酵过程中可溶性蛋白的SDS-PAGE结果Fig.3 SDS-PAGE results of soluble protein during fermentation process of fresh goat milk wine

样品蛋白发酵过程中发生不同程度的降解,其中1#、2#、3#、4#、5#样品中蛋白分子质量为35 kDa的蛋白的染色深度在逐渐的降低,6#、7#、8#、9#、10#、11#样品中染色深度变化不明显,说明蛋白分子质量为35 kDa的蛋白在逐渐的降解至一定的水平。蛋白分子含量为25 kDa和20 kDa的蛋白含量也有降解的现象,但是分子质量20 kDa的蛋白降解现象不明显;而蛋白分子质量为17kDa的蛋白在1#样品中无条带,从2#样品中开始出现条带,而且条带的深度随着发酵时间的延长而增加,直至达到一定水平,说明在发酵的过程中有大分子的蛋白质降解为小分子物质,并且随着发酵的进行降解量增加直至稳定。

3 结论

通过测定羊乳酒发酵过程中的pH、酒精度、蛋白含量及蛋白分子质量等,探究了新鲜羊乳在发酵过程中的蛋白质降解情况。羊乳酒在发酵的过程中的pH值呈现先降低后升高再降至稳定的趋势;酒精度呈现缓慢增长的趋势;总氮含量变化不大;非蛋白氮含量随着乳酒发酵的进行缓慢升高;通过不同样品之间SDS-PAGE电泳条带颜色的深浅对比得出在发酵的过程中较大分子质量的蛋白发生降解现象,小分子的蛋白在逐渐增多,直至稳定,蛋白分子质量主要分布在17～35 kDa。

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YANG Tongxiang1,WU Kongyang2,LI Xilin1,LI Liumin1,KANG Huaibin1*
(1.College of Food and Bioengineering,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471023,China;2.College of Life Science,Luoyang Normal University,Luoyang 471934,China)

TS261

0254-5071(2017)11-0088-03

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.11.019

2017-07-08

河南省高等学校重点科研项目(18A55004、18B180018);河南科技大学博士科研启动基金项目(No.09001785);河南科技大学大学生研究训练计划项目(2017133)

杨同香(1983-),女,讲师,博士,研究方向为乳品科学与工程。

*通讯作者:康怀彬(1963-),男,教授,硕士,研究方向为农产品加工及质量控制。