乳餅副產(chǎn)物乳清液制備乳清粉的工藝研究

黃 思，吳曉春，余智瑾，趙存朝，彭 磊

1 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南昆明 650201

2 昆明生物制造研究院有限公司，云南昆明 650201

3 云南省高原特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)研究院，云南昆明 650201

4 云南省特色資源食品生物制造工程研究中心，云南昆明 650201

0 引言

乳餅是云南的傳統(tǒng)發(fā)酵乳制品，因其獨(dú)特的口感而深受消費(fèi)者喜愛，被稱為“中國(guó)式奶酪”，其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮螅袌?chǎng)前景廣闊[1]，僅云南石林年加工鮮奶就達(dá)3 000 噸，乳餅產(chǎn)量近600 噸。通常，5～6 kg鮮奶可制作出1 kg乳餅，產(chǎn)量極低，大部分的乳餅副產(chǎn)物乳清液被當(dāng)成廢水排放，少部分用于制造豬飼料，造成了極大的資源浪費(fèi)，還污染環(huán)境[2]。乳清液中有鮮奶近一半的營(yíng)養(yǎng)成分，含有的脂肪品質(zhì)好，易被人體消化吸收[3]。乳清蛋白是乳清的主要成分，為全價(jià)蛋白質(zhì)[4]，具備人體所需的8 種必需氨基酸和脂溶性維生素[5]，消化率達(dá)98%。Takada等[6]研究表明，乳清液中提取的乳清粉具有保健功能的生物活性物質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗氧化和抑菌活性[7]。乳清蛋白會(huì)受儲(chǔ)存條件的強(qiáng)烈影響，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的化學(xué)和結(jié)構(gòu)修飾，將其濃縮為乳清蛋白粉，能使蛋白質(zhì)更加穩(wěn)定，并且具備良好的再水合特性。因此，將乳清蛋白從乳清液中提取出來(lái)，是未來(lái)開發(fā)利用乳清蛋白的主要趨勢(shì)[8]。本研究通過噴霧干燥技術(shù)對(duì)云南乳餅副產(chǎn)物乳清液進(jìn)行加工，獲得乳清蛋白粉，對(duì)其主要理化指標(biāo)進(jìn)行分析，為其后續(xù)進(jìn)一步的開發(fā)利用提供重要參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料和試劑

乳餅副產(chǎn)物乳清液，優(yōu)牧品源有限公司；碳酸氫鈉，云南智玖生物有限公司；硫酸銅、濃硫酸、硫酸鉀、氫氧化鈉、標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、硼酸、乙醇（體積分?jǐn)?shù)95%），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 設(shè)備

水浴鍋，常州智博瑞儀器制造有限公司；離心式噴霧干燥機(jī)，上海賀帆儀器有限公司；電子計(jì)量稱，上海光正醫(yī)療儀器有限公司；pH計(jì)，上海越平儀器有限公司；離心機(jī)，廈門佰倫斯電子科技有限公司；ATN-300型全自動(dòng)凱式定氮儀，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，其林貝爾儀器制造有限公司；中空纖維超濾膜，天津膜天膜生物技術(shù)有限公司；超濾裝置器，長(zhǎng)安科學(xué)儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

工藝流程見圖1

圖1 工藝流程圖

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）離心：離心機(jī)參數(shù)設(shè)置為3 600 r/min、15 min，因乳清液中仍含有脂肪，沖泡出來(lái)的水溶液上層有油脂，通過離心可以去除乳清液中的大部分脂肪。

（2）調(diào)節(jié)pH凝乳：使乳清液中的酪蛋白發(fā)生聚沉，同時(shí)由于乳餅制作是采用酸凝法，所得的乳清液為酸性，使用碳酸氫鈉調(diào)至pH，有助于后期噴霧干燥時(shí)減少乳酸含量。

（3）巴士滅菌[9]：巴氏滅菌時(shí)設(shè)置溫度為60 ℃，30 min。

（4）超濾、過篩[10]：去除乳清液中的大部分水分和乳糖。

（5）噴霧干燥：使用離心式噴霧干燥機(jī)，使用前必須確保噴霧干燥機(jī)是干凈、無(wú)異味的，確保乳清粉收集器皿中沒有太多的水分殘留，水分太多會(huì)影響對(duì)乳清粉的收集，而影響出粉率。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以感官評(píng)分為指標(biāo)，探究碳酸氫鈉的用量（0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%）、凝乳pH（5.5、6、6.5、7、7.5）、離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)（3 000 r/min、3 300 r/min、3 600 r/min、3 900 r/min、4 200 r/min）、離心式噴霧干燥機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度（160 ℃、170 ℃、180 ℃、190 ℃、200 ℃）、蠕動(dòng)泵數(shù)值的大小（60 Hz、65 Hz、70 Hz、75 Hz、80 Hz）等因素對(duì)乳清粉感官品質(zhì)及溶解性的影響。在單因素基礎(chǔ)上，結(jié)合正交試驗(yàn)對(duì)乳清粉的制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳工藝。

1.3.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇對(duì)乳清粉感官品質(zhì)影響比較大的碳酸氫鈉的用量、凝乳pH、蠕動(dòng)泵的大小，每個(gè)因素確定3 個(gè)水平，利用L9（33）正交試驗(yàn)，確定乳清粉的最佳噴霧干燥工藝條件，具體因素水平如表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.3.5 感官評(píng)分

選10 名食品科學(xué)專業(yè)的人員經(jīng)培訓(xùn)組成感官評(píng)定小組，將乳清粉用80 ℃的水沖泡，觀察色澤和組織狀態(tài)，聞氣味，用溫開水漱口后，品嘗滋味，以色澤、滋味、氣味、組織狀態(tài)為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2，結(jié)果取平均值。

表2 乳清粉感官評(píng)分表

1.3.6 乳清粉品質(zhì)測(cè)定

溶解度測(cè)定：稱取2.5 g乳清粉樣品置于50 mL燒杯中，加入適量的溫開水，振蕩5 min，靜置10 min取上清液。測(cè)定蛋白質(zhì)含量，重復(fù)3 次。溶解度（%）=（上清液中蛋白質(zhì)含量/樣品中蛋白質(zhì)含量）×100%

持水性測(cè)定：稱取2 g樣品于離心管，加水振蕩直至樣品呈現(xiàn)糊狀且無(wú)水析出，離心棄上清液，稱量沉淀質(zhì)量。持水性（%）=（沉淀物質(zhì)量/樣品質(zhì)量）×100%

乳化性測(cè)定[11]：稱取2 g樣品，加入40 mL蒸餾水溶解，將溶液調(diào)節(jié)至不同的pH值，再加入40 mL色拉油，均質(zhì)后離心，測(cè)定離心管中的乳化層高度和液體總高度。乳化性（%）=（離心管中乳化層高度/液體總高度）×100%

乳糖按照GB5413.5—2010[12]使用萊茵-埃農(nóng)式法進(jìn)行測(cè)定；水分按照GB5009.3—2016[13]進(jìn)行測(cè)定；灰分按照GB5009.4—2016[14]進(jìn)行測(cè)定；蛋白質(zhì)按照GB5009.5—2016[15]進(jìn)行測(cè)定，取1 g乳清粉放入消化管中，再加入0.4 g硫酸銅、6 g硫酸鉀及20 mL硫酸于消化爐進(jìn)行消化，當(dāng)溫度達(dá)到420 ℃以后繼續(xù)消化1 h至消化管中的液體呈現(xiàn)綠色透明狀，取出冷卻后加入50 mL水，于自動(dòng)凱氏定氮儀上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加液、蒸餾、滴定和記錄數(shù)據(jù)的過程。

1.3.6 微生物測(cè)定

大腸桿菌參照GB 4789.3—2016[16]進(jìn)行檢測(cè)；金黃色葡萄球菌使用GB 4789.10—2016[18]中的平板計(jì)數(shù)法進(jìn)行檢測(cè)；菌落總數(shù)參照GB 4789.2—2016[17]檢測(cè)；沙門氏菌參照GB 4789.4—2016[20]檢測(cè)；霉菌參照GB 4789.15—2016[19]霉菌總數(shù)測(cè)定方法進(jìn)行檢測(cè)。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019對(duì)單因素的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，采用SPSS20.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知，碳酸氫鈉的用量、凝乳pH、離心轉(zhuǎn)數(shù)不同對(duì)乳清粉的品質(zhì)、口感有較大的影響，碳酸氫鈉用量為0.7%、離心條件3600 r/min、凝乳pH為6.5時(shí)，乳清粉的感官評(píng)分最高。進(jìn)風(fēng)溫度不同對(duì)乳清粉感官品質(zhì)、外觀形態(tài)的影響比較大，隨著進(jìn)風(fēng)溫度的增加，乳清粉的品質(zhì)、形態(tài)分散度越來(lái)越好，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度到達(dá)180 ℃時(shí)，乳清粉的感官評(píng)分最高，品質(zhì)最好。隨著蠕動(dòng)泵數(shù)值的增大，乳清粉品質(zhì)也隨即發(fā)生變化，蠕動(dòng)泵數(shù)值為75 Hz時(shí)乳清粉品質(zhì)最好。

圖2 不同因素對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

以碳酸氫鈉的添加量、凝乳pH、蠕動(dòng)泵的數(shù)值做3 因素3 水平的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3。根據(jù)表3可知，3 個(gè)因素對(duì)乳清粉感官品質(zhì)影響的主次順序?yàn)椋ˋ）碳酸氫鈉用量＞（B）凝乳pH＞（C）蠕動(dòng)泵數(shù)值。乳清粉最佳噴霧干燥工藝條件為A2B3C1。指的是碳酸氫鈉添加量為0.7%、凝乳pH為6.5、蠕動(dòng)泵數(shù)值為70 Hz。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表4的方差分析結(jié)果可以看出，碳酸氫鈉的用量對(duì)乳清粉的感官評(píng)分均具有顯著影響（P＜0.05），凝乳pH和蠕動(dòng)泵數(shù)值對(duì)乳清粉感官評(píng)分影響不顯著（P＞0.05），綜合3 個(gè)因素對(duì)乳清粉的影響，當(dāng)碳酸氫鈉添加量為0.7%、凝乳pH為6.5、蠕動(dòng)泵數(shù)值為70 Hz時(shí)，乳清粉的感官評(píng)分最高。

表4 各因素對(duì)感官評(píng)分的方差分析結(jié)果

2.3 理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，乳清蛋白粉的溶解性為95.18 g/100 g，能夠作為食品加工原料。乳清蛋白粉的乳化性為72.07%。

2.4 微生物檢測(cè)結(jié)果

微生物檢測(cè)結(jié)果顯示，菌落總數(shù)為94 CFU/g，未檢出致病菌，符合國(guó)家規(guī)定的乳清粉微生物限定標(biāo)準(zhǔn)。

表5 理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

表6 微生物測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)論

在制作云南乳餅的基礎(chǔ)上，對(duì)乳清粉進(jìn)行噴霧干燥工藝上進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，乳清粉噴霧干燥工藝條件最佳為：碳酸氫鈉添加量為0.7（%）、凝乳pH為6.5，進(jìn)風(fēng)溫度為180 ℃、蠕動(dòng)泵數(shù)值為70 Hz，離心速度3 600 r/min，按照此工藝流程及噴霧干燥條件得到的產(chǎn)品，呈乳白色或淡黃綠色粉末，復(fù)原后有乳制品特有的奶香味。所得的乳清蛋白粉中蛋白質(zhì)13.9%，乳糖49.4%，水分3.3%，灰分6.8%，溶解性95.18 g/100 g，乳化性72.07%，理化指標(biāo)測(cè)定和微生物檢測(cè)符合國(guó)標(biāo)要求。在針對(duì)乳清粉溶解性的問題上，可以嘗試用其他的食用堿進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，制備出產(chǎn)品后觀察其滋味、氣味和溶解性的情況，觀察與碳酸氫鈉相比兩者那種溶解性更好，選擇出更為優(yōu)異的輔料[21]。在添加碳酸氫鈉的時(shí)候乳清液溫度應(yīng)降至室溫，殺菌后不宜馬上添加，會(huì)產(chǎn)生大量泡沫導(dǎo)致外溢，使得乳清液減少，影響出粉率。用云南乳餅副產(chǎn)物乳清液生產(chǎn)出的乳清粉可用在冰淇淋、酸奶等制作工藝中，研究結(jié)果為該乳清蛋白粉原料的進(jìn)一步加工利用提供了參考。