發(fā)酵型乳清酒酵母發(fā)酵劑的篩選及優(yōu)化

乳清是牛奶中營養(yǎng)豐富的副產(chǎn)品，含有55%的牛奶營養(yǎng)成分，包括優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、氨基酸、乳清素以及多種礦物質(zhì)和維生素。乳清的脂肪和乳糖含量較低，尤其是乳清蛋白，含有八種人體必需的氨基酸，有助于維持抗氧化水平。隨著健康養(yǎng)生觀念的普及，乳清開始得到更廣泛的應(yīng)用。充分利用乳清資源，開發(fā)相關(guān)乳清制品，不僅有助于減少浪費(fèi)，還能增加乳制品的附加值，推動(dòng)乳業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

乳清酒工藝優(yōu)化對于提升其品質(zhì)具有至關(guān)重要的作用。實(shí)驗(yàn)人員通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)等方法，深入研究了發(fā)酵溫度、乳糖濃度、酵母接種量等不同工藝參數(shù)對乳清酒品質(zhì)的影響，并借助數(shù)據(jù)分析和感官評價(jià)，找出了最佳工藝條件。這些研究為乳清酒生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和有力的技術(shù)支持，有效促進(jìn)了乳清酒產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展和壯大。通過工藝優(yōu)化，我們實(shí)現(xiàn)了乳清酒產(chǎn)量的顯著提升、口感的明顯改善以及營養(yǎng)價(jià)值的進(jìn)一步增強(qiáng)。本研究的核心目標(biāo)在于深入解析酵母菌在乳清酒發(fā)酵過程中的作用機(jī)制，篩選出高效菌株，以提升發(fā)酵效率和乳糖利用率。同時(shí)，我們致力于優(yōu)化乳清酒的生產(chǎn)工藝，包括調(diào)整發(fā)酵溫度、乳糖濃度、酵母接種量等關(guān)鍵參數(shù)，以進(jìn)一步改善乳清酒的感官品質(zhì)和理化指標(biāo)。通過系統(tǒng)的研究和嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們?yōu)槿榍寰频纳a(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)和強(qiáng)有力的技術(shù)支持，旨在推動(dòng)該產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。

1.試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料

新鮮乳清、酵母菌（馬克斯克魯維酵母1911、釀酒酵母32369、釀酒酵母32060）、乙醇含量檢測試劑盒、Yeast Malt培養(yǎng)基（瓊脂或液體）。

1.2 主要儀器與設(shè)備

儀器名稱：SHP-080生化培養(yǎng)箱（上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司）、pHS-3C pH計(jì)（上海佑科儀器儀表有限公司）、WZ-108手持糖度計(jì)（昆山市元翰電子設(shè)備有限公司）、BCD-215KC冰箱（海爾集團(tuán)）、756PC紫外分光光度計(jì)（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）、VS-1300L-U超凈工作臺（蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司）、 HVE-50高速冷凍離心機(jī)（湖南湘立科學(xué)儀器有限公司）、FA1104電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）、CJM-105手持酒精計(jì)（武強(qiáng)佳益商貿(mào)有限公司）。

2.實(shí)驗(yàn)方法

2.1 酵母菌的活化

以YM液體培養(yǎng)基將三株酵母菌分別接種活化繼代培養(yǎng)三次后備用。

2.2 最佳發(fā)酵酵母的確定

將經(jīng)過滅菌（110℃、20min）冷卻后的裝有20%（w/v）乳糖、20%（w/v）乳清溶液三角瓶中接種相同濃度的馬克斯克魯維酵母1911、釀酒酵母32369和釀酒酵母32060的酵母菌，設(shè)定相同發(fā)酵溫度、乳糖濃度進(jìn)行發(fā)酵7d后，使用乙醇含量檢測試劑盒測量乙醇含量、WZ-108 手持糖度計(jì)測量殘?zhí)橇縼泶_定酵母。

2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

2.3.1發(fā)酵溫度的確定

在乳清pH值為5.5、乳糖濃度為20%的條件下，將1%的酵母菌接種后分別置于20℃、25℃、30℃條件下恒溫有氧發(fā)酵，其他條件不變。7天后，觀察其在不同溫度下產(chǎn)生的乙醇含量及殘?zhí)橇浚_定適宜的發(fā)酵溫度。

2.3.2酵母接種量的確定

在乳清pH5.5、乳糖濃度為20%的條件下，分別按1%、2%、3%、4%、5%的接種量進(jìn)行酵母菌的接種后2.3.1中確定溫度中進(jìn)行發(fā)酵。根據(jù)發(fā)酵所產(chǎn)生的乙醇含量及殘?zhí)橇浚_定適宜的酵母菌接種濃度。

2.3.3乳糖濃度的確定

在乳清pH5.5、2.3.1和2.3.2中確定的溫度、酵母接種量的條件下，分別按乳糖濃度為10%、20%、30%、40%、50%時(shí)25℃進(jìn)行發(fā)酵，根據(jù)發(fā)酵液最后產(chǎn)生的乙醇含量及殘?zhí)橇浚瑏泶_定適宜的乳糖濃度。

2.4 正交實(shí)驗(yàn)因素及水平選擇

通過單因素實(shí)驗(yàn)確定適宜的菌種接種濃度、發(fā)酵溫度、乳糖濃度水平及采用L9（33）正交實(shí)驗(yàn)確定最佳工藝條件，因素水平設(shè)計(jì)表見表1。

2.5 感官評定

感官評定由6名感官品鑒人員進(jìn)行，待發(fā)酵完成后品嘗，采取100分制，對外觀色澤（30分）、香味（30分）、滋味（20分）、風(fēng)格（20分）進(jìn)行綜合評分。純正的乳清酒色澤應(yīng)呈現(xiàn)為淡黃色，澄清透亮且均勻透明，具有很純正的酒香味，香氣濃郁，回味無窮，無異味。感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

3.結(jié)果與討論

3.1 酵母菌種對乳清酒發(fā)酵的影響

由圖1可見，釀酒酵母32369在此發(fā)酵過程中，乙醇含量最高為9.07μmol/mL，殘?zhí)橇孔畹蜑?mg/mL，說明釀酒酵母32369的乳糖利用率優(yōu)于馬克斯克魯維酵母1911和釀酒酵母32060，生成乙醇含量多，發(fā)酵最佳。所以，選用釀酒酵母32369作為發(fā)酵菌種。

3.2 發(fā)酵溫度對乳清酒發(fā)酵的影響

從圖2可以看出，酵母菌種在20℃下發(fā)酵的殘?zhí)橇孔畹汀⒁掖己孔罡撸f明乳糖利用更加充分，可獲得相對高的乙醇含量。若發(fā)酵溫度低，則菌種的生長發(fā)酵進(jìn)程緩慢。若發(fā)酵溫度高，則發(fā)酵易出現(xiàn)菌體自溶現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致乳清酒口感苦澀，降低產(chǎn)品風(fēng)味。因此，選取20℃為最適合菌種發(fā)酵的發(fā)酵溫度。

3.3 酵母接種濃度對乳清酒發(fā)酵的影響

如圖3可見，酵母接種量分別選取1%、2%、3%、4%、5%，其中1%-3%接種量的乳清酒所產(chǎn)生的乙醇含量相對較高，乳糖相對利用充分，發(fā)酵的酒質(zhì)較好。如果接種量過少，則菌株增長較慢，后期發(fā)酵時(shí)間拉長。如果接種量過多，則使酵母菌增長過快、過密，則因過多的消耗乳糖而造成后期發(fā)酵各種有益風(fēng)味物的積累不足，從而影響本制品的風(fēng)味品質(zhì)。因此，選取1%、2%、3%為實(shí)驗(yàn)的3個(gè)水平。

3.4 乳糖濃度對乳清酒發(fā)酵的影響

乳糖濃度分別選取10%、20%、30%、40%、50%，如圖4可見，酵母菌種在10%-30%的條件下，發(fā)酵的乳清酒所產(chǎn)生的乙醇含量相對較高，乳糖相對利用充分，發(fā)酵的酒質(zhì)較好。若乳糖濃度太低，則菌種增長速度緩慢，發(fā)酵時(shí)間延長。若糖濃度過高，會(huì)失去酒甘醇的風(fēng)味，從而降低乳清酒的品質(zhì)。因此，選取10%、20%、30%為實(shí)驗(yàn)的3個(gè)水平。

3.5 正交試驗(yàn)確定乳清酒發(fā)酵的最佳條件

以乳清酒的殘?zhí)橇考耙掖己孔鳛樵u定指標(biāo)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，從而確定發(fā)酵乳清酒的最佳條件，結(jié)果見表3、表4。

通過表中3個(gè)因素的R值可知，這三種影響因素中對乳清酒的影響次序?yàn)镃=A＞B，即乳糖濃度=接種濃度>發(fā)酵溫度。C因素在3個(gè)水平中第2個(gè)水平（C2）20%為最佳；A因素在3個(gè)水平中第2個(gè)水平（A2）2%為最佳；B因素在3個(gè)水平中第1個(gè)水平（B1）為最好。可以看出乳清酒的最佳發(fā)酵條件為A2B1C2，即乳清酒的酵母菌的接種量為2%、發(fā)酵溫度為20℃、乳糖濃度為20%。

通過表中3個(gè)因素的R值可知，這三種影響因素中對乳清酒的影響次序?yàn)镃＞A＞B，即乳糖濃度>接種濃度>發(fā)酵溫度且C對產(chǎn)品的影響最為顯著。在3個(gè)水平中第2個(gè)水平（C2）20%為最佳；A因素位于第2，在3個(gè)水平中第2個(gè)水平（A2）2%為最佳；B因素位于第3，在3個(gè)水平中第1個(gè)水平（B1）為最好。得出乳清酒的最佳發(fā)酵條件為A2B1C2，即乳清酒的酵母菌的接種量為2%、發(fā)酵溫度為20℃、乳糖濃度為20%。

3.6 感官評價(jià)

以最佳工藝制備的乳清酒，顏色為淡黃色透明液體，外觀無雜質(zhì)。有濃郁的酒香味，氣味、口感純正、無異味。感官評分結(jié)果見表5。

結(jié)論

本研究通過對乳清酒工藝優(yōu)化等方面的系統(tǒng)研究，取得了以下主要結(jié)論：首先，選擇釀酒酵母32369作為優(yōu)勢菌種，通過殘?zhí)橇俊⒁掖己揩@得發(fā)酵乳清酒工藝的最佳適宜條件為：發(fā)酵接種量2%、乳糖濃度20%、發(fā)酵溫度20℃、發(fā)酵初始pH5.5，發(fā)酵時(shí)間7d，該條件下制備的乳清酒乙醇含量為10.04μmol/mL、殘?zhí)橇繛?mg/mL，并且該乳清酒感官品鑒評價(jià)得分相對較高、色澤良好，具有甘醇的氣味和良好的口感。本研究為乳清酒的生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，對推動(dòng)乳清酒產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

基金項(xiàng)目

內(nèi)蒙古自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化計(jì)劃（科技支撐東北振興）項(xiàng)目-乳清酒加工工藝及其發(fā)酵劑優(yōu)化研究與應(yīng)用（2022YFDZ0012）；赤峰學(xué)院百名博士下基層服務(wù)地方項(xiàng)目-發(fā)酵乳清酒的生理功能（CFXYBSXJC19）。

作者簡介

崔爽（2002-），女，本科；研究方向：食品質(zhì)量與安全。

*通訊作者

烏力吉德力根（1967-），男，副教授，農(nóng)學(xué)博士；研究方向：生物教育、食品微生物發(fā)酵。