干酪乳桿菌、瑞士乳桿菌發酵乳清飲料的研究

馬玲，徐靜，焦慧娟

（1.山西農業大學食品科學與工程學院，山西太谷 030801；2.山西農業大學農學院，山西太谷 030801；3.山西農業大學生命科學學院，山西太谷 030801）

乳清是生產干酪、干酪素時的副產品，一般每生產1 kg干酪可得9 kg乳清，乳清中的固形物占原料乳總干物質的一半，其中的乳清蛋白占總乳蛋白質的20%，包括α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、血清白蛋白和免疫球蛋白，牛乳中的維生素和礦物質也都存在于乳清中[1-3]。在干酪生產過程中將產生大量乳清。過去將乳清直接排放，發達國家將乳清制成乳清粉，國內外對乳清飲料的研究、益生菌發酵酸乳的研究都有報道[4-8]，但用益生菌發酵乳清飲料的研究鮮為報道。本研究利用干酪乳桿菌和瑞士乳桿菌作為益生菌發酵劑，對乳清發酵飲料的發酵條件進行了試驗，以期為開發利用乳清、降低干酪生產成本提供借鑒參考。

1 材料與方法

1.1 材料

乳清（新鮮無抗牛乳制備干酪后所得到的副產物），益生菌（干酪乳桿菌，瑞士乳桿菌）：均為本實驗室保存并提供；白砂糖：市售。

1.2 主要儀器

HPP-9272電熱恒溫培養箱：北京東聯哈爾儀器制造公司；HH恒溫水浴鍋：江蘇金壇市儀器制造公司；ALC-210.2電子分析天平：上海精密科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發酵乳清飲料的加工工藝流程

乳清→過濾→煮沸殺菌并加白砂糖→冷卻→接種→發酵→冷藏→成品

1.3.2 單因素試驗

對益生菌的接種量和發酵時間進行單因素試驗，為優化試驗提供各因素的合適水平范圍。

1.3.3 優化試驗

發酵條件的優化試驗選擇Box－Behnken設計[9－10]，其水平編碼表見表1。試驗按Box－Behnken設計方案進行。

表1 Box-Behnken設計因素水平編碼表Table 1 Factors and levels coding of Box-Behnken

1.3.4 指標測定

1）感官評價：選擇品嘗乳清飲料有經驗的人員5名對益生菌乳清發酵飲料的口感、滋味與澄清度進行打分，評定標準見表2[10－12]，評定結果取平均值。

表2 益生菌發酵乳清飲料感官評定標準Table 2 Sensory evaluation indexes of whey beverage fermented by probiotics

2）滴定酸度：取乳清10 mL，加酚酞指示劑2滴，用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，消耗的NaOH溶液毫升數乘以10即為滴定酸度值。

1.3.5 數據處理及分析

采用SAS軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 益生菌添加量單因素試驗結果

益生菌添加量對乳清發酵飲料感官評分的影響如圖1。可知，隨著益生菌添加量的增加，發酵乳清的感官評分先增加然后降低，當益生菌添加量為3%時，發酵乳清的糖酸比達到最佳，因而感官評分較高。

2.2 發酵時間單因素試驗結果

不同發酵時間對乳清發酵飲料感官評分的影響如圖2。

由圖2分析可知，感觀評分隨發酵時間的延長先增加后降低，發酵時間為3 h時，感官評分達最大。

2.3 發酵條件的優化試驗結果

不同的因素水平組合試驗隨乳清發酵飲料的感官評分值和滴定酸度的影響如表3所示。

Box－Behnken設計方案及感觀評價分值結果見表3。

表3 Box-Behnken設計方案及結果Table 3 Design of Box-Behnken and the results

應用SAS9.0對表3的數據進行二次回歸響應面分析，其原理是對試驗結果進行二次多項式回歸，進行逐項和方程的檢驗，預測響應值，指明響應面類型，若響應面為凸型，則在曲面內有最大響應值（點），若響應面為凹型，則在曲面內有最小響應值（點），這兩種情況都可直接從曲面找出最優工藝參數。而當曲面較復雜時，響應面上即有凸，又有凹點，則在曲面內無最優響應值（鞍面），即在所研究的影響因子的不同水平中無最佳控制點時，這種情況下可進行嶺脊分析。通過SAS進行二次回歸響應面分析，得到如下多元二次響應面回歸模型，Y1為感官評分的響應值，Y2為滴定酸度的響應值。

感官評分、滴定酸度的方差分析結果如表4、表5、表6所示。對感官評分的典型分析和嶺脊分析如表7、表8所示。

表4 感官評分二次回歸模型的方差分析表Table 4 Variance analysis for the developed regression equation of sensory evaluation

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

從表4可以看出，線性項顯著，而二次項和交叉項不顯著。失擬項不顯著，說明所選模型是適合的，所選因素為對感官評分響應值影響較大的因素，沒有被忽略的其它重要的因素。由表5可見，以滴定酸度為響應值的線性項、二次項交叉項和總回歸都不顯著，說明所選模型不適合，需重新考慮其它模型。

表6 感官評分為響應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 嶺脊分析分析表Table 8 Ridge analysis

表6方差分析表明，益生菌添加量對感官評分響應值的影響達到顯著，而發酵溫度、發酵時間以及因素之間的交互作用對感官評分響應值的影響均不顯著。

從表7典型分析可以看出，三因素的特征值有正有負，表明二次響應面為鞍面，無極值的存在，因此不能直接從二次響應面上找出最佳工藝參數，需進一步作嶺脊分析。

從表8中可以看出，最大響應值的編碼半徑為1，此時編碼值的益生菌添加量為0.83，發酵溫度為0.55，發酵時間為0.071。感官評分為85.03，而轉換為實際值益生菌添加量為3.834%，發酵溫度38.10℃，發酵時間5.07 h。

3 結論

利用干酪乳桿菌和瑞士乳桿菌作為發酵劑菌種發酵乳清，制作發酵乳清飲料。分別建立了以感官評分和滴定酸度為響應值的回歸方程，方差分析表明益生菌添加量對感官評分響應值的影響達到顯著，而發酵溫度、發酵時間以及因素之間的交互作用對感官評分響應值的影響均不顯著。滴定酸度為響應值的回歸方程分析表明所選模型不適合，需重新考慮其它模型。典型分析結合嶺脊分析得出益生菌乳清發酵飲料的最佳條件：益生菌添加量3.834%，發酵溫度38.10℃，發酵時間5.07 h，在此條件下得到較高的感官評分。

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