乳清雜糧復(fù)配發(fā)酵飲品的工業(yè)化生產(chǎn)最新技術(shù)
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作者：張磊
研究以乳清為主要原料，將乳清與雜糧進(jìn)行復(fù)配發(fā)酵制成飲料，不僅具有豐富的營養(yǎng)和保健功能．而且可以產(chǎn)生很好的風(fēng)味，解決了乳清的開發(fā)利用和飲料營養(yǎng)中營養(yǎng)不足的問題。研究通過改變影響成品風(fēng)味的因素，利用正交試驗(yàn)尋求生產(chǎn)乳清發(fā)酵飲品的最佳工藝條件，為乳清雜糧復(fù)配發(fā)酵飲品的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)參考。
1 材料與方法
1.1原料
D90脫鹽乳清粉：由愛爾蘭圣菲乳業(yè)公司提供；玉米、紅豆：市售。菌種：德氏乳桿菌保加利亞種（Lactobacilh坩delbrueckii subspbulgaricus）和嗜熱鏈球菌（Str Lgptococ珊thermophillus）：西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院提供。
1.2儀器與試劑
1.2.1儀器與設(shè)備
KQ2200DE型數(shù)控超聲波清洗機(jī)：河南兄弟儀器設(shè)備有限公司；TSC-701型超微粉碎機(jī)：北京燕山正德機(jī)械設(shè)備有限公司；SRH型高壓均質(zhì)機(jī)：上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司；UV-1700型紫外可見分光光度計(jì)（波長范圍190.0 nm—990.0 nm）：日本島津公司；電熱恒溫培養(yǎng)箱、高壓蒸汽滅菌鍋、榨汁機(jī)、pH計(jì)，分光光度計(jì)及電子天平等。
1.2.2試劑及添加劑
海藻酸鈉、CMC-Na：由丹尼斯克公司提供；黃原膠、卡拉膠：由北京奧博星生物技術(shù)有限公司提供；蔗糖，氫氧化鈉、pH緩沖劑。
1.3方法
1.3.1工藝流程
玉米紅豆葉去雜打漿過濾取汁 乳清粉還原( 220/0) 殺菌冷卻混和接種發(fā)酵配料均質(zhì)殺菌冷卻成品 蔗糖、乳酸、復(fù)合穩(wěn)定劑
1.3.2操作要點(diǎn)
1.3.2.1乳清粉還原
稱取110 g D90脫鹽乳清粉，用蒸餾水溶解后還原至500 mL，將還原完的乳清在95℃下進(jìn)行15 min滅菌，冷卻后置于4℃冰箱中備用[11] 。
1.3.2.2菌種培養(yǎng)
將保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌(1：1)的混合發(fā)酵劑進(jìn)行接種培養(yǎng)制取母發(fā)酵劑和中間發(fā)酵劑，經(jīng)過幾次連續(xù)擴(kuò)大培養(yǎng)，制取活力達(dá)到要求的工作發(fā)酵劑[13] 。
1.3.2.3玉米與紅豆的漿液制備
挑選顆粒飽滿、無霉變、無蟲蛀的新鮮玉米，去除雜質(zhì)后，用鋒利的鋼刀將玉米粒刮下，用清水漂洗去皮屑，加入適當(dāng)水浸泡。挑選顆粒飽滿、無霉變、無蟲蛀的新鮮紅豆，除去雜質(zhì)，用水洗滌后加入適當(dāng)水浸泡。將處理過的玉米與紅豆分別以一定比例進(jìn)行混合，加入7倍體積的水，用打漿機(jī)打漿，經(jīng)過60目篩過濾除去殘?jiān)�，得到雜糧漿液。將得到的雜糧漿液在90℃下殺菌15 min，冷卻后至于4℃下冷藏備用。
1.3.3發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化
對發(fā)酵液中的雜糧原漿添加量、雜糧原漿中玉米紅豆比例、發(fā)酵接種量、發(fā)酵溫度以及發(fā)酵時(shí)間等進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以滴定酸度作為評價(jià)指標(biāo)，確定正交試驗(yàn)的考察因素。
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為了獲得乳清雜糧復(fù)配發(fā)酵的最佳工藝條件，利用正交試驗(yàn)法，以雜糧原漿的添加量、接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間作為4個(gè)考察因素。將發(fā)酵酸度換算成百分制，將發(fā)酵酸度達(dá)到250T記為100分-，每減少一度降低10分，以綜合感官評分及發(fā)酵酸度兩方面權(quán)重各占50%，計(jì)算綜合評分（占100010），并以之為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行試驗(yàn)。采用L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，來確定復(fù)配發(fā)酵的最佳工藝條件。因素水平如表1。
1.3.4穩(wěn)定性試驗(yàn)
在加工過程中，酸性條件和加熱的共同作用會引起乳清蛋白沉淀，乳清蛋白中含有多種對人體有益的生物活性物質(zhì)，如免疫球蛋白、多肽等。試驗(yàn)選用不 同穩(wěn)定劑進(jìn)行沉淀率試驗(yàn)，最大限度地保留乳清蛋白 的含量，解決發(fā)酵后乳清蛋白出現(xiàn)分層沉淀的問題，維持乳清制品的穩(wěn)定體系，獲得穩(wěn)定產(chǎn)品。
沉淀率測定方法[14]：在離心管中裝入20 mL乳清發(fā)酵飲料，5 000 r/min離心30 min，稱量沉淀物，每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，取平均值。沉淀率計(jì)算公式如式(1)
1.3.5發(fā)酵飲料配方的確定
試驗(yàn)確定的雜糧復(fù)配發(fā)酵型乳清飲料是一種不穩(wěn) 定復(fù)合體系，它的口感和穩(wěn)定性與添加物的性質(zhì)及其 用量關(guān)系密切。在滿足產(chǎn)品良好口感及合理營養(yǎng)的條件下，著力解決了產(chǎn)品的穩(wěn)定問題，基于預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，選用蔗糖、乳酸和穩(wěn)定劑為試驗(yàn)因素，以綜合感官評分及穩(wěn)定性兩方面評價(jià)權(quán)重各占50%,計(jì)算綜合評分（占100010），篩選最優(yōu)配比。分別對各組產(chǎn)品進(jìn)行沉淀率試驗(yàn)，以沉淀率最低的一組記為90分，沉淀率每升高0.5%，評分降低5分，以此類推。因素水 平表見表2所示。
1.3.6滴定酸度的測定
根據(jù)CB 5413.34-2010中的第二法，對發(fā)酵液的酸度進(jìn)行測定[15]。
1.3.7感官評價(jià)
組織15位品嘗人員對雜糧發(fā)酵飲品的色澤、氣味、滋味、組織狀態(tài)進(jìn)行評定，計(jì)算其綜合得分[16] 。立品品質(zhì)的評價(jià)采用感官綜合評分法，對試驗(yàn)樣品分別進(jìn)行感官評分，評分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。組織狀態(tài)、 香氣、色澤和口感的分?jǐn)?shù)之和為該產(chǎn)品的感官指標(biāo)評分結(jié)果，以感官綜合評分為指標(biāo)，確定培養(yǎng)基的最佳配比方案。
2結(jié)果與分析
2.1發(fā)酵條件的選擇
2.1.1 玉米與紅豆添加比例的選擇
由圖1可知，隨著玉米與紅豆的添加比例的變化，乳清-雜糧混合發(fā)酵液的酸度變化呈波動狀態(tài)，且酸度變化不大，酸度值與雜糧添加比例間不存在顯著性差異，因此判斷玉米與紅豆的添加比例對混合液發(fā)酵無顯著性影響，不將其作為正交試驗(yàn)的考察因素，并確定雜糧添加液中玉米與紅豆比例為1：1。
2.1.2雜糧原漿添加量的選擇
由圖2可知，雜糧原漿添加量在30%—40%之間時(shí)，發(fā)酵4.5 h后的酸度較高，在添加量為40%時(shí)乳清雜糧發(fā)酵液的酸度達(dá)到最高。當(dāng)雜糧添加量到達(dá)45%之后，酸度有所下降。由此可以看出，雜糧添加量不宜過高和過低，過高和過低均會影響發(fā)酵結(jié)果，且過高會增加生產(chǎn)成本。因此選定30%，35%和40%作為正交試驗(yàn)的三個(gè)水平。
2.1.3接種量的選擇
由圖3可知，隨著接種量的增大，混合發(fā)酵液在發(fā)酵4.5 h后的酸度先緩慢升高，后趨于穩(wěn)定。可見在一定范圍內(nèi)，接種量越大，滴定酸度越大。但當(dāng)接種量超過7%時(shí)，酸度趨于穩(wěn)定�？紤]到生產(chǎn)的效益與實(shí)際操作情況，故選擇4%，5%和6%作為正交試驗(yàn)的三個(gè)水平。
2.1.4發(fā)酵溫度的選擇
由圖4可知，隨著發(fā)酵溫度的增加，混合發(fā)酵液在發(fā)酵4.5 h后酸度隨之升高�？梢姲l(fā)酵溫度越高，發(fā)酵酸度越高。但當(dāng)溫度過高時(shí)，菌種代謝增快，產(chǎn)品中益生菌存活時(shí)間變短，不利于維持產(chǎn)品穩(wěn)定性。因此選用38℃．42℃和46℃作為正交試驗(yàn)的三水平。
2.1.5發(fā)酵時(shí)間的選擇
由圖5可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，首先，混合發(fā)酵液的酸度迅速增大，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間達(dá)到4.5 h時(shí)酸度達(dá)到最大值，再延長發(fā)酵時(shí)間，酸度緩慢降低。隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，飲料中的益生菌也逐漸減少，降低了飲料中的益生菌數(shù)量，同時(shí)增大了感染雜菌的概率。因此，選定4，4.5和5h作為正交試驗(yàn)的三個(gè)水平。
2.1.6正交試驗(yàn)
根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，選取影響復(fù)配發(fā)酵效果各因素中有合理水平范圍進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最優(yōu)組合。正交試驗(yàn)結(jié)果見表4。
由表4的極差分析結(jié)果可以看出，RA>RD>RB>Rc，4個(gè)因素對酸度的影響大小依次為：A雜糧原漿的添加量>D發(fā)酵時(shí)間>B接種量>C發(fā)酵溫度。四因素中，以雜糧原漿的添加量的影響較為顯著。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，考慮到正交試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)的具體情況，優(yōu)化得到復(fù)配發(fā)酵的最佳條件為A3BICID2，即雜糧原漿的添加比例為40%、接種量4%、發(fā)酵溫度38℃、發(fā)酵時(shí)間4.5 h時(shí)，夏配發(fā)酵能取得最佳效果。
2.2穩(wěn)定劑的選擇
以沉淀率為指標(biāo)，分別選擇海藻酸鈉、CMC-Na、卡拉膠和黃原膠作為穩(wěn)定劑進(jìn)行單因素試驗(yàn)（穩(wěn)定劑的添加量均為0.3%），并以空白試驗(yàn)為對照，考察穩(wěn)定劑對乳清飲料穩(wěn)定性的影響，從而判斷穩(wěn)定效果，結(jié)果見表5。
從表5可以看出，穩(wěn)定效果最差的為卡拉膠，而黃原膠的沉淀率最低(4.52%)，穩(wěn)定效果最好。這5種穩(wěn)定劑對產(chǎn)品穩(wěn)定性影響大小順序?yàn)椋狐S原膠>CMC-Na>海藻酸鈉>卡拉膠。
2.3雜糧乳清復(fù)配發(fā)酵飲料配方的確定
試驗(yàn)研制的雜糧復(fù)配發(fā)酵型乳清飲料是一種不穩(wěn)定復(fù)合體系，它的口感和穩(wěn)定性與添加物的性質(zhì)及其用量有很大的關(guān)系。通過大量預(yù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)乳酸添加量、蔗糖添加量和穩(wěn)定劑添加量是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素。它們之間的相互作用對產(chǎn)品的感官指標(biāo)影響很大，因此采用正交試驗(yàn)L9(34)，以綜合感官評分及穩(wěn)定性分別占50%，計(jì)算綜合評分（占100%），并以之為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得到正交試驗(yàn)結(jié)果如表6。
由表6中計(jì)算的各指標(biāo)極差（R）可以看出，各因素對雜糧-乳清復(fù)配發(fā)酵飲料品質(zhì)影響的主次順序?yàn)锽>A>D>C，即對飲料品質(zhì)影響的主次因素為：CMC-Na添加量>蔗糖添加量>乳酸添加量>黃原膠添加量。根據(jù)平均值(k)可以得出最優(yōu)水平組為A3B3C3D2，即蔗糖添加量為9.0%，乳酸添加量為0.5%，復(fù)合穩(wěn)定劑添加量為0.45%0在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，制得的飲料組織均勻，口感細(xì)膩，酸甜可口，具有玉米的清香與發(fā)酵特有的香氣，風(fēng)味獨(dú)特。該飲料pH為4.1，放置15 d有少量沉淀。
3討論
1)利用雜糧-乳清復(fù)配發(fā)酵法加工乳清，解決了 乳清的開發(fā)利用和飲料營養(yǎng)中營養(yǎng)不足的問題，是一種較為新穎的乳清加工利用方法。趙紫微等[11] 進(jìn)行乳清發(fā)酵飲料的開發(fā)，先在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)獲取發(fā)酵乳清的最佳工藝參數(shù)，但對于控制發(fā) 酵過程的主要參數(shù)沒有進(jìn)行研究討論；張秀紅等[17] 對乳清飲料開發(fā)過程進(jìn)行詳盡的探討，從乳清的研制到飲料開發(fā)流程均進(jìn)行了詳細(xì)說明，但對具體參數(shù)的優(yōu)化上缺乏必要說明。
2)試驗(yàn)通過正交試驗(yàn)選得出雜糧-乳清復(fù)配發(fā)酵的最佳工藝條件，同時(shí)確定了雜糧-乳清復(fù)配發(fā)酵飲斟調(diào)配的最佳方案。結(jié)果表明在試驗(yàn)的條件下生產(chǎn)的乳清雜糧發(fā)酵飲品，組織均勻，口感細(xì)膩，酸甜可a，具有玉米的清香與發(fā)酵特有的香氣，風(fēng)味獨(dú)特。
3)試驗(yàn)僅探究了以玉米、紅豆為基礎(chǔ)的復(fù)配發(fā)酵飲品，其他雜糧的復(fù)配發(fā)酵工藝有待進(jìn)一步探究。
4)乳清的生產(chǎn)工藝以及加工分類方法對乳清的質(zhì)量有所影響，對發(fā)酵飲料的品質(zhì)和口感會產(chǎn)生差異。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，乳清的分離與提取進(jìn)一步帶工藝對產(chǎn)品的品質(zhì)也有較多的影響，有待進(jìn)一步研究。
4結(jié)論
1)正交試驗(yàn)法優(yōu)選得出雜糧-乳清復(fù)配發(fā)酵的最佳工藝條件：D90乳清粉添加量為11%，雜糧原漿的添加比例為40%、接種量4%、發(fā)酵溫度38 0C、發(fā)酵時(shí)間4.5 h．在此條件下，產(chǎn)品的感官評價(jià)得分最高。
2)確定了雜糧-乳清復(fù)配發(fā)酵飲料的最佳技術(shù)：蔗糖添加量為9.00/0．乳酸添加量為0.5%，復(fù)合穩(wěn)定劑添加量為0.45%0在此條件下制得的飲料，pH為4.1，酸度為78 0T，活菌數(shù)為1.5×l06 CFU/mL，蛋白質(zhì)≥1.0 g/100g。
摘要 以乳清和玉米、紅豆為原料，通過保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合菌種發(fā)酵，運(yùn)用單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)結(jié)合感官評判等方法確定乳清一雜糧發(fā)酵最優(yōu)條件。結(jié)果表明：(1)最優(yōu)發(fā)酵條件：D90乳清粉添加量為11%,雜糧原漿的添加比例為40%、接種量4%.發(fā)酵溫度38℃、發(fā)酵時(shí)間4.5 h：(2)最佳配方：以乳清發(fā)酵液為基料，在發(fā)酵液中添加蔗糖9.O%,乳酸o．5%，復(fù)合穩(wěn)定劑o．45%；(3)產(chǎn)品分析表明，該發(fā)酵制品pH為4.1，酸度為78 0T，活菌數(shù)為 1.5×l06 CFU/mL，蛋白質(zhì)≥1.0 g/100 g。無明顯乳清析出，實(shí)現(xiàn)了植物蛋白和動物蛋白的有效結(jié)合，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。
