乳清杂粮复配发酵饮品的工业化生产最新技术

    作者：张磊

    研究以乳清为主要原料，将乳清与杂粮进行复配发酵制成饮料，不仅具有丰富的营养和保健功能．而且可以产生很好的风味，解决了乳清的开发利用和饮料营养中营养不足的问题。研究通过改变影响成品风味的因素，利用正交试验寻求生产乳清发酵饮品的最佳工艺条件，为乳清杂粮复配发酵饮品的工业化生产提供技术参考。

    1  材料与方法

    1.1原料

    D90脱盐乳清粉：由爱尔兰圣菲乳业公司提供；玉米、红豆：市售。菌种：德氏乳杆菌保加利亚种（Lactobacilh坩delbrueckii subspbulgaricus）和嗜热链球菌（Str Lgptococ珊thermophillus）：西北农林科技大学食品科学与工程学院提供。

    1.2仪器与试剂

    1.2.1仪器与设备

    KQ2200DE型数控超声波清洗机：河南兄弟仪器设备有限公司；TSC-701型超微粉碎机：北京燕山正德机械设备有限公司；SRH型高压均质机：上海申鹿均质机有限公司；UV-1700型紫外可见分光光度计（波长范围190.0 nm—990.0 nm）：日本岛津公司；电热恒温培养箱、高压蒸汽灭菌锅、榨汁机、pH计，分光光度计及电子天平等。

    1.2.2试剂及添加剂

    海藻酸钠、CMC-Na：由丹尼斯克公司提供；黄原胶、卡拉胶：由北京奥博星生物技术有限公司提供；蔗糖，氢氧化钠、pH缓冲剂。

    1.3方法

    1.3.1工艺流程

    玉米红豆叶去杂打浆过滤取汁 乳清粉还原( 220/0) 杀菌冷却混和接种发酵配料均质杀菌冷却成品 蔗糖、乳酸、复合稳定剂

    1.3.2操作要点

    1.3.2.1乳清粉还原

    称取110 g D90脱盐乳清粉，用蒸馏水溶解后还原至500 mL，将还原完的乳清在95℃下进行15 min灭菌，冷却后置于4℃冰箱中备用[11] 。

    1.3.2.2菌种培养

    将保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌(1：1)的混合发酵剂进行接种培养制取母发酵剂和中间发酵剂，经过几次连续扩大培养，制取活力达到要求的工作发酵剂[13] 。

    1.3.2.3玉米与红豆的浆液制备

    挑选颗粒饱满、无霉变、无虫蛀的新鲜玉米，去除杂质后，用锋利的钢刀将玉米粒刮下，用清水漂洗去皮屑，加入适当水浸泡。挑选颗粒饱满、无霉变、无虫蛀的新鲜红豆，除去杂质，用水洗涤后加入适当水浸泡。将处理过的玉米与红豆分别以一定比例进行混合，加入7倍体积的水，用打浆机打浆，经过60目筛过滤除去残渣，得到杂粮浆液。将得到的杂粮浆液在90℃下杀菌15 min，冷却后至于4℃下冷藏备用。

    1.3.3发酵工艺条件的优化

    对发酵液中的杂粮原浆添加量、杂粮原浆中玉米红豆比例、发酵接种量、发酵温度以及发酵时间等进行单因素试验，以滴定酸度作为评价指标，确定正交试验的考察因素。

    在单因素试验的基础上，为了获得乳清杂粮复配发酵的最佳工艺条件，利用正交试验法，以杂粮原浆的添加量、接种量、发酵温度和发酵时间作为4个考察因素。将发酵酸度换算成百分制，将发酵酸度达到250T记为100分-，每减少一度降低10分，以综合感官评分及发酵酸度两方面权重各占50%，计算综合评分（占100010），并以之为评价标准，进行试验。采用L9(34)正交表进行正交试验设计，来确定复配发酵的最佳工艺条件。因素水平如表1。

    1.3.4稳定性试验

    在加工过程中，酸性条件和加热的共同作用会引起乳清蛋白沉淀，乳清蛋白中含有多种对人体有益的生物活性物质，如免疫球蛋白、多肽等。试验选用不  同稳定剂进行沉淀率试验，最大限度地保留乳清蛋白 的含量，解决发酵后乳清蛋白出现分层沉淀的问题，维持乳清制品的稳定体系，获得稳定产品。

    沉淀率测定方法[14]：在离心管中装入20 mL乳清发酵饮料，5 000 r/min离心30 min，称量沉淀物，每个样品进行3次平行试验，取平均值。沉淀率计算公式如式(1)

    1.3.5发酵饮料配方的确定

    试验确定的杂粮复配发酵型乳清饮料是一种不稳 定复合体系，它的口感和稳定性与添加物的性质及其 用量关系密切。在满足产品良好口感及合理营养的条件下，着力解决了产品的稳定问题，基于预试验结果，选用蔗糖、乳酸和稳定剂为试验因素，以综合感官评分及稳定性两方面评价权重各占50%,计算综合评分（占100010），筛选最优配比。分别对各组产品进行沉淀率试验，以沉淀率最低的一组记为90分，沉淀率每升高0.5%，评分降低5分，以此类推。因素水 平表见表2所示。

    1.3.6滴定酸度的测定

    根据CB 5413.34-2010中的第二法，对发酵液的酸度进行测定[15]。

    1.3.7感官评价

    组织15位品尝人员对杂粮发酵饮品的色泽、气味、滋味、组织状态进行评定，计算其综合得分[16] 。立品品质的评价采用感官综合评分法，对试验样品分别进行感官评分，评分标准如表3所示。组织状态、 香气、色泽和口感的分数之和为该产品的感官指标评分结果，以感官综合评分为指标，确定培养基的最佳配比方案。

    2结果与分析

    2.1发酵条件的选择

    2.1.1  玉米与红豆添加比例的选择

    由图1可知，随着玉米与红豆的添加比例的变化，乳清-杂粮混合发酵液的酸度变化呈波动状态，且酸度变化不大，酸度值与杂粮添加比例间不存在显著性差异，因此判断玉米与红豆的添加比例对混合液发酵无显著性影响，不将其作为正交试验的考察因素，并确定杂粮添加液中玉米与红豆比例为1：1。

    2.1.2杂粮原浆添加量的选择

    由图2可知，杂粮原浆添加量在30%—40%之间时，发酵4.5 h后的酸度较高，在添加量为40%时乳清杂粮发酵液的酸度达到最高。当杂粮添加量到达45%之后，酸度有所下降。由此可以看出，杂粮添加量不宜过高和过低，过高和过低均会影响发酵结果，且过高会增加生产成本。因此选定30%，35%和40%作为正交试验的三个水平。

    2.1.3接种量的选择

    由图3可知，随着接种量的增大，混合发酵液在发酵4.5 h后的酸度先缓慢升高，后趋于稳定。可见在一定范围内，接种量越大，滴定酸度越大。但当接种量超过7%时，酸度趋于稳定。考虑到生产的效益与实际操作情况，故选择4%，5%和6%作为正交试验的三个水平。

    2.1.4发酵温度的选择

    由图4可知，随着发酵温度的增加，混合发酵液在发酵4.5 h后酸度随之升高。可见发酵温度越高，发酵酸度越高。但当温度过高时，菌种代谢增快，产品中益生菌存活时间变短，不利于维持产品稳定性。因此选用38℃．42℃和46℃作为正交试验的三水平。

    2.1.5发酵时间的选择

    由图5可知，随着发酵时间的延长，首先，混合发酵液的酸度迅速增大，当发酵时间达到4.5 h时酸度达到最大值，再延长发酵时间，酸度缓慢降低。随着发酵时间的增加，饮料中的益生菌也逐渐减少，降低了饮料中的益生菌数量，同时增大了感染杂菌的概率。因此，选定4，4.5和5h作为正交试验的三个水平。

    2.1.6正交试验

    根据单因素试验的结果，选取影响复配发酵效果各因素中有合理水平范围进行正交试验，确定最优组合。正交试验结果见表4。

    由表4的极差分析结果可以看出，RA>RD>RB>Rc，4个因素对酸度的影响大小依次为：A杂粮原浆的添加量>D发酵时间>B接种量>C发酵温度。四因素中，以杂粮原浆的添加量的影响较为显著。在试验设计范围内，考虑到正交试验结果与实际生产的具体情况，优化得到复配发酵的最佳条件为A3BICID2，即杂粮原浆的添加比例为40%、接种量4%、发酵温度38℃、发酵时间4.5 h时，夏配发酵能取得最佳效果。

    2.2稳定剂的选择

    以沉淀率为指标，分别选择海藻酸钠、CMC-Na、卡拉胶和黄原胶作为稳定剂进行单因素试验（稳定剂的添加量均为0.3%），并以空白试验为对照，考察稳定剂对乳清饮料稳定性的影响，从而判断稳定效果，结果见表5。

    从表5可以看出，稳定效果最差的为卡拉胶，而黄原胶的沉淀率最低(4.52%)，稳定效果最好。这5种稳定剂对产品稳定性影响大小顺序为：黄原胶>CMC-Na>海藻酸钠>卡拉胶。

    2.3杂粮乳清复配发酵饮料配方的确定

    试验研制的杂粮复配发酵型乳清饮料是一种不稳定复合体系，它的口感和稳定性与添加物的性质及其用量有很大的关系。通过大量预试验，发现乳酸添加量、蔗糖添加量和稳定剂添加量是影响产品质量的主要因素。它们之间的相互作用对产品的感官指标影响很大，因此采用正交试验L9(34)，以综合感官评分及稳定性分别占50%，计算综合评分（占100%），并以之为评价标准，得到正交试验结果如表6。

    由表6中计算的各指标极差（R）可以看出，各因素对杂粮-乳清复配发酵饮料品质影响的主次顺序为B>A>D>C，即对饮料品质影响的主次因素为：CMC-Na添加量>蔗糖添加量>乳酸添加量>黄原胶添加量。根据平均值(k)可以得出最优水平组为A3B3C3D2，即蔗糖添加量为9.0%，乳酸添加量为0.5%，复合稳定剂添加量为0.45%0在此条件下进行验证试验，制得的饮料组织均匀，口感细腻，酸甜可口，具有玉米的清香与发酵特有的香气，风味独特。该饮料pH为4.1，放置15 d有少量沉淀。

    3讨论

    1)利用杂粮-乳清复配发酵法加工乳清，解决了 乳清的开发利用和饮料营养中营养不足的问题，是一种较为新颖的乳清加工利用方法。赵紫微等[11] 进行乳清发酵饮料的开发，先在单因素试验基础上，通过正交试验获取发酵乳清的最佳工艺参数，但对于控制发 酵过程的主要参数没有进行研究讨论；张秀红等[17] 对乳清饮料开发过程进行详尽的探讨，从乳清的研制到饮料开发流程均进行了详细说明，但对具体参数的优化上缺乏必要说明。

    2)试验通过正交试验选得出杂粮-乳清复配发酵的最佳工艺条件，同时确定了杂粮-乳清复配发酵饮斟调配的最佳方案。结果表明在试验的条件下生产的乳清杂粮发酵饮品，组织均匀，口感细腻，酸甜可a，具有玉米的清香与发酵特有的香气，风味独特。

    3)试验仅探究了以玉米、红豆为基础的复配发酵饮品，其他杂粮的复配发酵工艺有待进一步探究。

    4)乳清的生产工艺以及加工分类方法对乳清的质量有所影响，对发酵饮料的品质和口感会产生差异。在实际生产过程中，乳清的分离与提取进一步带工艺对产品的品质也有较多的影响，有待进一步研究。

    4结论

    1)正交试验法优选得出杂粮-乳清复配发酵的最佳工艺条件：D90乳清粉添加量为11%，杂粮原浆的添加比例为40%、接种量4%、发酵温度38 0C、发酵时间4.5 h．在此条件下，产品的感官评价得分最高。

    2)确定了杂粮-乳清复配发酵饮料的最佳技术：蔗糖添加量为9.00/0．乳酸添加量为0.5%，复合稳定剂添加量为0.45%0在此条件下制得的饮料，pH为4.1，酸度为78 0T，活菌数为1.5×l06 CFU/mL，蛋白质≥1.0 g/100g。

    摘要  以乳清和玉米、红豆为原料，通过保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合菌种发酵，运用单因素试验、正交试验结合感官评判等方法确定乳清一杂粮发酵最优条件。结果表明：(1)最优发酵条件：D90乳清粉添加量为11%,杂粮原浆的添加比例为40%、接种量4%.发酵温度38℃、发酵时间4.5 h：(2)最佳配方：以乳清发酵液为基料，在发酵液中添加蔗糖9.O%,乳酸o．5%，复合稳定剂o．45%；(3)产品分析表明，该发酵制品pH为4.1，酸度为78 0T，活菌数为 1.5×l06 CFU/mL，蛋白质≥1.0 g/100 g。无明显乳清析出，实现了植物蛋白和动物蛋白的有效结合，具有较高的营养价值。