Kefir與釀酒酵母協(xié)同發(fā)酵乳清的研究

劉鈴，鄭華，林捷，陳倩雯，黃婉玲，林月彩

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣州 510642）

Kefir與釀酒酵母協(xié)同發(fā)酵乳清的研究

劉鈴，鄭華，林捷，陳倩雯，黃婉玲，林月彩

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣州 510642）

以切達(dá)干酪乳清為原料，以發(fā)酵液總酸度、殘?zhí)牵ㄈ樘牵┵|(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH值為指標(biāo)，研究了kefir和釀酒酵母接種量，發(fā)酵溫度和pH值等因素對乳清發(fā)酵的影響。結(jié)果表明，接種質(zhì)量濃度為100 g/L的kefir菌種，發(fā)酵12 h后調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值至6.5，發(fā)酵溫度為35℃,，并添加質(zhì)量濃度為2 g/L的釀酒酵母能加快發(fā)酵速度，使發(fā)酵液的乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)在60 h內(nèi)降低至0.08%以下，并且使產(chǎn)品具有協(xié)調(diào)的爽快酸味和kefir傳統(tǒng)風(fēng)味。

乳清；kefir；發(fā)酵；乳糖

0 引言

乳清是工業(yè)化生產(chǎn)干酪、干酪素的副產(chǎn)品，營養(yǎng)極為豐富，不僅含有大量乳清蛋白（約占乳蛋白質(zhì)的18%～20%）[1]，而且含有乳糖、脂肪、有機(jī)酸、維生素和礦物鹽等物質(zhì)[2]，是具有高價(jià)值及廣泛應(yīng)用的食品原料。目前乳清主要被加工成乳清粉或乳清蛋白濃縮粉等[3]，由于處理成本和乳糖含量高等因素，仍有40%左右的乳清尚未利用，國內(nèi)外很多專家學(xué)者都在研究怎樣合理的利用乳清來制作飲料，發(fā)酵酒等[4-5]。

乳糖酶缺乏引起的乳糖不耐受癥(Lactose intolerance)和乳糖吸收不良(Lactose malabsorption)影響著全世界70%以上人口(尤其是亞洲和非洲人)對乳制品的攝入[6]。本研究利用kefir和釀酒酵母協(xié)同發(fā)酵乳清，使乳清中的乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，不僅利用了副產(chǎn)物乳清，同時(shí)為生產(chǎn)無乳糖型乳清飲料提供了理論和技術(shù)指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與試劑

切達(dá)干酪乳清（由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供），蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度7.9 g/L，脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.743%，乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.2%～4.7%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)93.7%，可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.9%，灰分0.630%，NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.047%，kefir，黃酒專用酵母，鮮牛奶。

1.2 方法

1.2.1 菌種的制備

kefir：保存的菌種按質(zhì)量濃度為50 g/L加到已滅菌冷卻的鮮牛奶中25℃恒溫培養(yǎng)24 h，活化兩次，含菌培養(yǎng)液酸度達(dá)到80～100°T，乳酸菌數(shù)達(dá)到107g-1，酵母菌數(shù)達(dá)到105g-1以上，收集菌液，即為母發(fā)酵劑，用于乳清發(fā)酵。

酵母活化：將活性安琪酵母以10倍質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%糖水于25℃度下活化30 min。

1.2.2 工藝流程

乳清→巴氏殺菌（75℃,15 s）→冷卻→接種→發(fā)酵→冷藏

1.2.3 發(fā)酵過程pH值對發(fā)酵效果的影響

接種質(zhì)量濃度為100 g/L的kefir，不添加酵母于30℃下發(fā)酵，以不調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH值為對照，發(fā)酵12 h后分別調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH值為5.5，6，6.5，7繼續(xù)發(fā)酵以考察不同pH值對乳清發(fā)酵的影響。

1.2.4 kefir接種量對發(fā)酵效果的影響

不添加酵母，以不接種kefir為對照，分別接種質(zhì)量濃度為50，75，100，125和150 g/L的kefir菌種于30℃發(fā)酵，并且發(fā)酵12 h后調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH值至6.5繼續(xù)發(fā)酵以考察不同kefir接種量對乳清發(fā)酵的影響。

1.2.5 溫度對發(fā)酵效果的影響

接種質(zhì)量濃度為100 g/L的kefir菌種，發(fā)酵12 h后調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH值至6.5，不添加酵母分別于20，25，30，35，35℃不同溫度下培養(yǎng)考察溫度對乳清發(fā)酵的影響。

1.2.6 酵母添加量對發(fā)酵效果的影響

接種質(zhì)量濃度為100 g/L的kefir菌種，以不添加酵母為對照，分別添加質(zhì)量濃度為2，4，6，8，10 g/L于30℃發(fā)酵，并且發(fā)酵12 h后調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH值至6.5繼續(xù)發(fā)酵以考察添加不同酵母量對發(fā)酵的影響。

1.2.7 測定方法

總酸度采用直接滴定法對總酸進(jìn)行測定，參照《食品分析》[7]；pH采用pHS-3B型精密pH計(jì)測定；殘?zhí)琴|(zhì)量分?jǐn)?shù)（以乳糖計(jì)）測定采用菲林試劑法進(jìn)行，參照《食品分析》[7]。

1.2.8 數(shù)據(jù)分析

用SPASS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析。

2 結(jié)果與討

2.1 pH值對乳清發(fā)酵效果的影響

包怡紅等[8]利用乳酸菌制備乳清抗氧化活性肽研究發(fā)現(xiàn)，初始pH值是影響乳清水解產(chǎn)物氧自由基清除率的主要因素，其次為發(fā)酵溫度。乳酸菌的最適生長pH值為5.5～6.0，酵母菌最適生長pH值為4.5～5.8，低pH值對微生物有抑制作用。圖1～圖3為調(diào)節(jié)pH對乳清發(fā)酵液總酸度、pH值和殘?zhí)堑挠绊?。由圖1～圖2可以看出，發(fā)酵一開始pH值便急劇下降，酸度快速增加；發(fā)酵至24 h時(shí)，發(fā)酵液pH值下降速度減慢，趨于穩(wěn)定；發(fā)酵液的殘?zhí)琴|(zhì)量分?jǐn)?shù)隨發(fā)酵時(shí)間延長而不斷下降；與不調(diào)pH值的對照相比，調(diào)節(jié)pH值后發(fā)酵液的總酸度增加顯著，乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降顯著（P﹤0.05）。

乳酸菌分解乳糖產(chǎn)生乳酸，表現(xiàn)為乳糖含量逐漸減少，酸度上升和pH值下降。制作干酪時(shí)除去了乳中幾乎全部的酪蛋白和部分無機(jī)鹽，致使剩余乳清的緩沖性大大降低，因而表現(xiàn)為乳清的pH值下降速度較快，對乳酸菌生長的抑制作用出現(xiàn)較早。Karina[9]和Giuliano[10]等研究發(fā)現(xiàn)利用kefir粒發(fā)酵乳清和牛奶48 h后，乳糖在乳清中的降解率低于在牛奶中的降解率，這也是由于乳清pH值下降較快，從而抑制乳酸菌的進(jìn)一步代謝所致。謝繼志等[11]發(fā)現(xiàn)kefir發(fā)酵液中的酸度會(huì)抑制酵母菌的酒精發(fā)酵。因此，本實(shí)驗(yàn)在發(fā)酵12 h時(shí)，通過加堿的方式調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值，可使微生物處于最適生長pH值范圍內(nèi)，促進(jìn)乳糖的分解。

2.2 kefir接種量對乳清發(fā)酵的影響

不同kefir接種量對乳清發(fā)酵影響的結(jié)果如圖3～圖4所示。由圖3～圖4可以看出，發(fā)酵至24 h后，不接種kefir的發(fā)酵液酸度基本不再上升，pH值和殘?zhí)琴|(zhì)量分?jǐn)?shù)也基本趨于穩(wěn)定，說明制備干酪時(shí)殘留的乳酸菌不能繼續(xù)生長；kefir接種量越大，酸度上升越快，pH值和殘?zhí)琴|(zhì)量分?jǐn)?shù)下降也越快。當(dāng)kefir接種量大于100 g/L時(shí)，乳糖的降解速度明顯增大，發(fā)酵液的最終殘?zhí)琴|(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯降低，且發(fā)酵速度不會(huì)因?yàn)榘l(fā)酵后期菌種總數(shù)的下降而減慢。這是因?yàn)樵诎l(fā)酵后期，乳糖分解為乳酸，除乳酸菌在繼續(xù)作用外，乳酸菌在發(fā)酵過程中代謝所產(chǎn)生的各種酶類釋放在周圍介質(zhì)中仍會(huì)繼續(xù)發(fā)生作用，使乳糖的降解速度不會(huì)馬上下降，這與萬賢生[12]和樊愛斌[13]等的研究一致。從生產(chǎn)成本考慮，選定kefir的最佳接種量為100 g/L（質(zhì)量濃度）。

2.3 溫度對乳清發(fā)酵的影響

kefir粒菌相構(gòu)成復(fù)雜[14]，主要由乳酸菌、酵母菌及少量的醋酸菌等微生物構(gòu)成，發(fā)酵溫度為35℃時(shí)，適合整個(gè)菌種體系的發(fā)酵，發(fā)酵液酸度上升最快，pH值和乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降也最快，發(fā)酵至72 h時(shí)，總酸度達(dá)到1.82%，發(fā)酵液乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35%。包怡紅[7]等利用乳酸菌制備乳清抗氧化活性肽時(shí)最佳發(fā)酵條件為初始pH值為6.4，發(fā)酵溫度為37℃。隨著溫度的升高，發(fā)酵速度不斷加快，當(dāng)溫度超過35℃后，發(fā)酵速度反而下降。所以，乳清發(fā)酵的最適溫度為35℃（圖5-圖6）。

2.4 酵母添加量對乳清發(fā)酵的影響

不同酵母量對乳清發(fā)酵影響的結(jié)果如圖7～圖8所示。

毛青鐘[15]研究發(fā)現(xiàn)酵母與乳酸菌在黃酒發(fā)酵中具有協(xié)同作用，酵母和乳酸桿菌代謝過程和發(fā)酵過程的關(guān)鍵物質(zhì)為丙酮酸，既可以被酵母直接利用快速合成和發(fā)酵產(chǎn)酒精，也促進(jìn)乳酸桿菌生長、發(fā)酵產(chǎn)乳酸。而乳酸桿菌發(fā)酵產(chǎn)的乳酸是酵母細(xì)胞內(nèi)乳酸乙酯的激活劑。在kefir中除乳酸菌能利用乳糖產(chǎn)乳酸外，還存在乳糖發(fā)酵性酵母同時(shí)能消耗部分乳糖，但是kefir中酵母菌的質(zhì)量濃度較少[16]，因而在發(fā)酵劑中提高酵母菌的質(zhì)量濃度，利于進(jìn)一步加快發(fā)酵速度和調(diào)節(jié)產(chǎn)品風(fēng)味。由圖7～圖8可知，接種kefir菌種和增加酵母菌進(jìn)行比較，發(fā)酵60 h后，發(fā)酵液中乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.87%和0.08%以下，差異顯著。當(dāng)酵母添加量質(zhì)量濃度大于4 g/L時(shí)，發(fā)酵液的酒味過濃（圖7-圖8）。綜上，乳清的發(fā)酵主要依靠乳酸菌，在發(fā)酵液中額外添加質(zhì)量濃度為2 g/L安琪酵母后，可以更大限度地降解乳糖和調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)產(chǎn)品風(fēng)味。

3 結(jié)論

結(jié)果表明，發(fā)酵12 h后，調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值為6.5，接種質(zhì)量濃度為100 g/L的kefir（乳酸菌種）和質(zhì)量濃度為2 g/L的釀酒酵母，控制發(fā)酵溫度35℃，能有效提高發(fā)酵速度，在60 h內(nèi)降低乳清中的乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%，酸度為1.732%，pH值為3.71。

利用kefir和釀酒酵母協(xié)同發(fā)酵乳清生產(chǎn)無糖型乳清飲料是可行的。該乳清飲料具有傳統(tǒng)kefir制品的風(fēng)味、協(xié)調(diào)的酸味和淡淡酒香?？诟羞m合東方人的口味要求，同時(shí)乳糖幾乎全部降解，適于乳糖不耐癥人群飲用，且制作成本不高，便于工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的前景。

[1]張俊山,王雪飛,那治國.發(fā)酵乳清檸檬飲料的研制[J].乳品加工,2010, (1):36-39.

[2]PARASKEVOPOULOU A,ATHANASIADIS I,BLEKAS G,et al. Influence of Polysaccharide Addition on Stability of a Cheese Whey Kefir-Milk Mixture[J].Food Hydrocolloids,2003,17:615–622.

[3]嚴(yán)寶興.乳清資源的綜合利用[J].草業(yè)與畜牧,2008,(9):52-55.

[4]謝達(dá)忠,江家琴,李克杰,等.乳清釀酒的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),1993, (1):60-63.

[5]趙海智,韓建春,董和亮.乳清多肽發(fā)酵飲料的研究[J].食品研究與開發(fā),2004,25(1):47-49.

[6]張明麗,劉文群,熊華,等.產(chǎn)乳糖酶酵母Kluyveromyces lactis培養(yǎng)產(chǎn)酶發(fā)酵條件的研究[J].食品科學(xué),2006,27(12):428-432.

[7]張水華.食品分析[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2007:82-83,115-117.

[8]包怡紅,李銳達(dá).發(fā)酵法制備乳清抗氧化活性肽的研究[J].中國食品學(xué)報(bào),2010,10(3):21-26.

[9]KARINA T M,MARIA A P,ANA N,et al.Production of Fermented Cheese Whey-Based Beverage Using Kefir Grains as Starter Culture: Evaluation of Morphological and Microbial Variations[J].Bioresource Technology,2010,101:8843–8850.

[10]KARINA T M,GIULIANO D,GILBERTO V,et al.Comparative Study of the Biochemical Changes and Volatile Compound Formations during the Production of Novel Whey-Based Kefir Beverages and Traditional Milk Kefir[J].Food Chemistry,2011,126:249–253.

[11]謝繼志,楊文,葛慶豐,等.乳清酒發(fā)酵條件及發(fā)酵動(dòng)態(tài)的研究[J].中國乳品工業(yè),1999,27(1):3-6.

[12]萬賢生.微生物發(fā)酵生產(chǎn)乳清飲料的研究[J].中國乳品工業(yè),1988,16 (1):7-11.

[13]樊愛斌,耿丹.乳清發(fā)酵特性研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2001,29(3):86-89.

[14]楊遠(yuǎn)劍.開菲爾微生態(tài)的研究進(jìn)展[J].肉類研究,2008,(5):29-33.

[15]毛青鐘.論黃酒發(fā)酵過程酵母和乳酸桿菌協(xié)同作用關(guān)系[J].山東食品發(fā)酵,2006,(1):29-31.

[16]張國亮,冀朵朵,金蘇,等.開菲爾粒菌相構(gòu)成的研究[J].乳業(yè)科學(xué)與技術(shù),2009,(3):110-112.

Study on cheese whey synergistic fermentation by Kefir and saccharomyces cerevisiae

LIU Ling,ZHENG Hua,LIN Jie,CHEN Qian-wen,HUANG Wan-ling,LIN Yue-cai
（South China Agriculture Uninversity,Guangzhou,510642，China）

In this study,Cheddar cheese whey as material,fermentation broth total acidity,residual sugar(lactose)content and pH as an indicator,the effect of the amount of kefir and saccharomyces cerevisiae inoculation,fermentation temperature,and the pH on whey fermentation was studied.The results showed that when inoculating 100 g/L kefir,adjusting the fermentation broth pH after 12 h to 6.5,the temperature 35℃,and adding 2 g/L saccharomyces cerevisiae,the fermentation rate could be speeded up,and the lactose content of the fermentation liquid reduced to 0.08%or less within 60 h.Products are coordinated with frank sour and low alcohol flavor.

cheese whey;kefir;fermentation;lactose

TS252.1

A

1001-2230（2012）05-0027-03

2011-11-07

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2011B020408001），惠州市產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目（2010B010003002）。

劉鈴（1987-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工技術(shù)及質(zhì)量安全。

林捷