乳清在奶酪制作中的工藝優化

白建，薛建娥，沙闖闖

(呂梁學院 生命科學系，山西 呂梁 033001)

奶酪是一種在牛奶或羊奶中添加適量乳酸菌發酵劑和凝乳酶通過發酵使奶中的蛋白質凝固、排乳清，再把凝乳塊壓縮成固定形狀而制成的一種營養價值很高的發酵乳制品，又被稱為干酪[1]。奶酪制作過程中排除的乳清中富含乳清蛋白、礦物質和少量的凝乳酶，乳清中的乳清蛋白主要含有α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳鐵蛋白及免疫球蛋白等，乳清蛋白含有豐富的生物活性物質，因此不僅容易被人體消化吸收而且具有極高的代謝效率，具有很高的生物利用價值[2-3]。乳清中殘留的凝乳酶具有再利用的價值，直接排放乳清不僅污染環境而且損失營養，加工成乳清粉需要耗費較多的熱能，如何利用乳清成為發展奶酪產業急需解決的問題[4]。

有關直接將乳清通過加熱濃縮并制作乳清奶酪的報道較多[5]，還有將乳清酸化后制作奶酪的報道[6]，也有將乳清和牛奶混合制作乳奶酪的報道[7-8]，此外，有報道在奶酪制作過程中添加乳清蛋白對其品質的影響[9-11]。為提高乳清中凝乳酶的回收利用率，更好地利用乳清中的營養成分，本研究在奶酪制作過程中加入了乳清，然后以奶酪的得率和感官評分作為最終的考察指標，選取了乳清添加量、凝乳時間和凝乳酶添加量3個影響較大的因素，通過單因素試驗和正交試驗，探究乳清在奶酪制作中再利用的工藝參數，為乳清的回收利用以及提高凝乳酶的使用效率提供了理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

發酵菌株：嗜熱鏈球菌(Streptococcussalivariussubsp.thermophilus)和保加利亞乳桿菌(Lactobacillusdelbrueckilsubsp.bulgaricus)；新鮮牛乳：密度1.030 g/mL，干物質11.05%，蛋白含量3.03%，當地牧場；食鹽：當地超市；乳清：本實驗室制作奶酪后排除并冷藏；凝乳酶(酶活力1∶10000 U)：丹麥科漢森有限公司。

1.2 儀器與設備

奶酪槽 自制；CP114電子天平 帝豪斯儀器有限公司；HH-S8型電熱恒溫水浴鍋 北京科偉永興儀器有限公司；SP-XC-ZK01臺式真空包裝機 晉中佳通機電科技有限公司；LC-406立式冷藏陳列柜 江蘇阪神電器股份有限公司；LD5-2B低速離心機 北京雷勃爾醫療器械有限公司；PHSJ-3F型pH計 上海精密科學儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 乳清奶酪加工工藝

新鮮牛乳→標準化→殺菌(63 ℃、30 min)→冷卻(至38 ℃)→加發酵劑(0.5%，V/V)，保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌為1∶1)→加乳清→加凝乳酶→凝乳→凝乳切割→攪拌→排乳清→堆釀→加鹽糅合→熱燙拉伸(90 ℃)→壓榨成型→真空包裝→成熟→干酪。

1.3.2 單因素試驗

在凝乳酶添加0.25%，凝乳時間35 min的條件下，考察乳清添加量(15%、20%、25%、30%、35%)時對奶酪得率和感官評分的影響；在凝乳酶用量0.25%、乳清添加量25%的條件下，考察凝乳時間(20，25，30，35，40 min)對奶酪得率和感官評分的影響；在乳清添加量25%、凝乳時間35 min的條件下，考察凝乳酶添加量(0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%)對奶酪得率和感官評分的影響。

1.3.3 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，對凝乳時間、凝乳酶添加量、乳清添加量3個影響因素進行三因素三水平正交試驗，見表1。

表1 正交試驗因素與水平Table 1 The factors and levels of orthogonal test

1.3.4 指標測定

對不同凝乳條件下的奶酪得率和感官評分進行評價，最終得出各因素合適的因素水平。奶酪得率的計算公式如下，感官評分的標準見表2。

表2 感官評分標準Table 2 The standard of sensory evaluation

2 結果與分析

2.1 乳清添加量對奶酪得率和感官評分的影響

由圖1可知，在凝乳酶添加量和凝乳時間固定的條件下，添加15%乳清時，奶酪得率最低，為7.59%；在25%乳清添加量時，奶酪得率達到最大值8.56%，乳清添加量大于25%后奶酪的得率又下降。從整體來看，在設置的水平區間內，奶酪得率隨著乳清添加量的增加呈現先上升后下降的趨勢，呈現這種趨勢的原因是：在排乳清這一操作工藝中，有少量凝乳酶會溶解在乳清中被排出，在添加少量乳清時，乳清中的乳清蛋白和凝乳酶含量都比較少，因此凝乳充分，大部分乳清蛋白會被包裹在奶酪凝塊中，導致奶酪得率升高；當增加乳清添加量后，乳清中凝乳酶含量也增加，導致奶酪凝聚速度過快，因此沒有充足時間使更多的乳清蛋白被包裹在凝塊中，另外隨著乳清添加量的增加，牛奶中的蛋白濃度稀釋，致使凝乳不完全而奶酪得率下降。感官評分也隨著乳清添加量的增加不斷增加，在乳清添加量為25%時感官評分不再明顯上升，結合得率和感官評分，當乳清添加量為25%時，乳清中的乳清蛋白和含有的凝乳酶達到一種平衡狀態，此時奶酪的得率和感官評分較好。

圖1 乳清添加量對奶酪得率和感官評分的影響Fig.1 Effect of whey additive amount on cheese yield and sensory scores

2.2 凝乳酶添加量對奶酪得率和感官評分的影響

由圖2可知，在凝乳酶添加量為0.15%時，奶酪的得率達到7.76%；當凝乳酶添加量為0.25%時奶酪得率達到9.29%，此后隨著凝乳酶添加量的增加，奶酪得率基本不變，從總體來看，奶酪得率隨著凝乳酶添加量的增加先上升而后基本不變。奶酪中的酪蛋白在凝乳酶作用下，酪蛋白膠粒表面的蛋白分子層小部分被分解，膠粒對其內部的α-、β-酪蛋白失去保護作用而變為副酪蛋白，而其在游離態Ca2+作用下發生凝聚形成不溶性凝塊[12]。當凝乳酶含量較低時，奶酪凝乳效果差，部分脂肪、蛋白伴隨乳清流失，從而導致奶酪得率的下降；當凝乳酶含量較高時，奶酪凝乳強度過高，導致凝塊硬度過強、延展性變差，使奶酪在之后的熱燙工藝中出現碎渣，因此奶酪得率隨著凝乳酶添加量的增加而不變[13]。感官評分則隨著凝乳酶添加量的增加不斷增加，在添加量0.25%時感官評分為85.04，而后基本保持不變，由此可知，凝乳酶添加量對奶酪的得率和感官評分有一定影響作用，并且在凝乳時間和乳清添加量固定的條件下，凝乳酶的最佳添加量為0.25%。

圖2 凝乳酶添加量對奶酪得率和感官評分的影響Fig.2 Effect of chymosin additive amount on cheese yield and sensory scores

2.3 凝乳時間對奶酪得率和感官評分的影響

由圖3可知，當凝乳為20 min時，奶酪得率為7.21%；凝乳35 min時，奶酪的得率為9.68%；此后隨著凝乳時間的延長，奶酪得率基本不變。從總體來看，在凝乳20～35 min期間，奶酪得率隨著凝乳時間的延長而增加，35 min后隨著凝乳時間的延長得率趨于穩定。因為隨凝乳時間的增加，凝乳酶充分地作用于牛奶中的酪蛋白而形成凝塊，并在凝結過程中不斷將乳清中的乳清蛋白等成分包裹在網絡結構中，因此奶酪得率會隨著凝乳時間的延長而增加。但凝乳時間超過35 min后，凝塊的基本結構已經形成，包裹脂肪和乳清蛋白等成分達到飽和，此時奶酪的得率基本不變。而感官評分則隨著凝乳時間的延長不斷增加，在凝乳時間為35 min時達到最高，在40 min時感官評分有稍微的下降，可能是隨著凝乳時間的延長，凝塊的硬度會不斷增加，彈性也會變差，綜合感官評分和得率，當乳清添加量25%、凝乳酶添加量0.25%時，凝乳時間以35 min為宜。

圖3 凝乳時間對奶酪得率和感官評分的影響Fig.3 Effect of curdling time on cheese yield and sensory scores

2.4 正交試驗結果

以奶酪得率作為參照指標，并且要求奶酪得率越高越好，再通過對正交試驗結果分析可知，對奶酪得率變化的影響因素順序為B>C>A，即：凝乳酶添加量>乳清添加量>凝乳時間。可知3種影響因素中對奶酪得率影響最大的是凝乳酶添加量，其次是乳清添加量，影響最小的是奶酪制作中的凝乳時間。通過理論分析選出最優因素組合為A3B2C2，而9個試驗處理中奶酪得率最高的水平組合為A1B2C3，再通過對比試驗得出A3B2C2得率高于A1B2C3，因此從得率指標考慮選取最優水平組合為A3B2C2，即：凝乳時間40 min、凝乳酶添加量0.25%、乳清添加量25%。

表3 正交試驗Table 3 The orthogonal test

以感官評分作為參照指標進行分析可知，對奶酪感官評分的影響因素順序為C>B>A，即：乳清添加量>凝乳酶添加量>凝乳時間。通過理論分析選出最優因素組合為A3B2C2，而9個試驗處理中奶酪感官評分最高的水平組合為A2B1C2，再通過對比試驗得出A3B2C2的感官評分高于A2B1C2，因此從感官評分指標考慮選取最優水平組合為A3B2C2，即：凝乳時間40 min、凝乳酶添加量0.25%、乳清添加量25%。與得率的最終最優組合一致，因而添加乳清制作奶酪的最佳工藝為在凝乳酶添加量0.25%、乳清添加量25%的條件下凝乳40 min。

3 結論

以奶酪的得率和感官評分為指標，通過單因素試驗和正交試驗對乳清在奶酪制作中的工藝進行優化，得出當乳清添加量25%、凝乳酶添加量0.25%、凝乳時間40 min的條件下得到奶酪的得率和感官評分較高，這一工藝組合不僅利用乳清中的酶節省了凝乳酶在奶酪制作中的用量(不加乳清條件下凝乳酶的添加量為0.30%)，同時在凝乳過程中增加了乳清中的乳清蛋白等營養成分，提高了奶酪的營養。