嗜酸乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)低脂干酪凝乳工藝的優(yōu)化

趙瑞香，葛曉虹，趙麗麗，牛生洋，路四海

（河南科技學(xué)院食品學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003）

嗜酸乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)低脂干酪凝乳工藝的優(yōu)化

趙瑞香，葛曉虹，趙麗麗，牛生洋，路四海

（河南科技學(xué)院食品學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003）

以脫脂乳為原料，采用嗜酸乳桿菌發(fā)酵進(jìn)行預(yù)酸化，對(duì)其生產(chǎn)的低脂干酪凝乳工藝條件進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)選取凝乳pH、氯化鈣添加量、凝乳酶添加量、凝乳溫度4個(gè)影響因素，以干酪產(chǎn)率、乳清中非脂乳固體物質(zhì)殘留量、嗜酸乳桿菌活菌數(shù)為指標(biāo)，采用L9（34）正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，凝乳的最佳工藝參數(shù)為凝乳pH6.0，氯化鈣添加量0.02%（w/w），凝乳酶添加量0.01%（w/w，酶活20000u/g），凝乳溫度35℃，以此條件生產(chǎn)的低脂干酪脂肪含量小于5%，干酪產(chǎn)率29.41%，乳清中非脂乳固體物質(zhì)殘留量5.66%，嗜酸乳桿菌活菌數(shù)在109cfu/mL以上。

嗜酸乳桿菌，低脂干酪，凝乳工藝，產(chǎn)率，活菌數(shù)

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

原料乳 市售新鮮牛乳；凝乳酶（20000u/g） 廣西省龐博生物工程有限公司生產(chǎn)酶制劑；嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus） 河南科技學(xué)院食品研究所保藏；嗜熱鏈球菌（Streotococcus thermophillus） 本實(shí)驗(yàn)室分離、純化、培養(yǎng)；MRS固體培養(yǎng)基 參考文獻(xiàn)[10]配制。

FH16-D干酪機(jī) 英國(guó)Armfield公司；CP2快速乳成分分析儀 浙江大學(xué)食品科學(xué)與發(fā)酵工程研究所；PHS-3C型pH計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司雷磁儀器廠；SHP-250數(shù)顯生化培養(yǎng)箱 上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；9N50型牛奶分離器 青海農(nóng)牧機(jī)械廠；238-10超凈工作臺(tái) 蘇州蘇凈集團(tuán)公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 低脂干酪的加工工藝流程[10]

1.2.2 凝乳酶活力的測(cè)定 取9g脫脂奶粉于150mL燒杯中，加入蒸餾水90mL，加熱到35℃，然后加入l0mL 1%的皺胃酶食鹽水溶液，迅速攪拌均勻，并加入少許碳粒或紙屑為標(biāo)記，準(zhǔn)確紀(jì)錄開(kāi)始加入酶溶液直到乳凝固時(shí)所需時(shí)間（s），此時(shí)間也稱皺胃酶的絕對(duì)強(qiáng)度[11]。

1.2.3 干酪產(chǎn)率（P） 參考文獻(xiàn)[10]方法檢測(cè)。

1.2.4 乳清中殘留的非脂乳固體含量 乳清中殘留的干物質(zhì)含量通過(guò)乳成分分析儀進(jìn)行測(cè)定，為校正儀器測(cè)定誤差參照GB/T14769對(duì)乳清樣品干物質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)得出回歸方程為：

式中：Y為乳成分分析儀測(cè)得乳清非脂固體含量；X為通過(guò)常壓干燥法測(cè)得的乳清非脂乳固體含量。1.2.5 活菌數(shù)（N）測(cè)定 采用平板菌落計(jì)數(shù)法[12]。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行分析。

1.2.7 最佳凝乳工藝的優(yōu)化 選擇產(chǎn)率、乳清中非脂乳固體和嗜酸乳桿菌活菌數(shù)三個(gè)指標(biāo)，共同判定最佳凝乳工藝。實(shí)驗(yàn)采用L9（34）正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)低脂干酪凝乳最佳工藝進(jìn)行優(yōu)化，因素水平見(jiàn)表1。結(jié)果方差分析采用新復(fù)極差法。

表1 因素和水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test L9（34）

2 結(jié)果與分析

2.1 凝乳工藝對(duì)低脂干酪產(chǎn)率的影響

干酪的產(chǎn)率對(duì)干酪廠家來(lái)說(shuō)是一個(gè)十分重要的指標(biāo)，是測(cè)定干酪生產(chǎn)效能并反映工藝參數(shù)是否經(jīng)濟(jì)合理的直接生產(chǎn)指標(biāo)，在干酪加工過(guò)程中，可以通過(guò)工藝參數(shù)控制凝乳的脫水收縮以及乳清中非脂乳固體排出量，并控制好成品干酪的含水率，從而獲得合理的干酪產(chǎn)率。盡管乳中不溶性成分脂肪、酪蛋白和一些鹽類幾乎轉(zhuǎn)變成干酪的固形物，但還有一部分脂肪和酪蛋白會(huì)流失于乳清中（當(dāng)然包括乳中的可溶性部分），其流失的多少與加工工藝有直接關(guān)系，實(shí)驗(yàn)通過(guò)選擇不同工藝參數(shù)測(cè)得產(chǎn)率，結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)直觀分析可知，影響低脂干酪產(chǎn)率的因素主次為B＞C＞D＞A。使得低脂干酪產(chǎn)率較高的最佳工藝組合為A1B2C2D2，即：酶的添加量為0.005%（w/w），凝乳溫度為35℃，凝乳pH6.0，CaCl2添加量0.02%（w/w）。由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，此條件下低脂干酪產(chǎn)率最高，為25.51%±1.91%。

表2 工藝條件對(duì)干酪產(chǎn)率的影響Table 2 Effect of curding condition on cheese yield

表3 產(chǎn)率方差分析表Table 3 Variance analysis of yield

對(duì)干酪產(chǎn)率的方差分析可知，B（溫度）和C（pH）兩個(gè)因素對(duì)低脂干酪產(chǎn)率影響極顯著（p<0.01），A（酶的添加量）和D（CaCl2添加量）兩因素影響顯著（p<0.05）。

2.2 凝乳工藝對(duì)低脂干酪乳清中非脂乳固體含量的影響

表4 工藝條件對(duì)乳清中非脂乳固體含量的影響Table 4 Effect of curding condition on non-fat solids in whey

低脂干酪乳清中非脂乳固體含量與干酪產(chǎn)率有直接關(guān)系，低脂干酪乳清中非脂乳固體含量越高，干酪產(chǎn)率越低，因此實(shí)驗(yàn)選擇不同工藝參數(shù)來(lái)減少乳清中非脂乳固體的含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

通過(guò)直觀分析可以看出，影響低脂干酪非脂乳固體含量的因素主次為B＞A＞C＞D。使得低脂干酪營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量最高的工藝組合為A2B2C1D3。即酶的添加量為0.01%（w/w），凝乳溫度為35℃，凝乳pH為5.8，CaCl2添加量為0.03%（w/w）。在此最佳條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，乳清中非脂乳固體的含量為（6.11±0.14）%，表明此條件下乳清中非脂乳固體的含量最低。

表5 乳清中非脂乳固體含量方差分析表Table 5 Variance analysis of non-fat solids in whey

從乳清中非脂乳固體含量方差分析表可知，A、B（酶的添加量、凝乳溫度）兩因素對(duì)乳清中非脂乳固體殘留量影響極顯著（p<0.01），C（凝乳pH）因素影響顯著（p<0.05），而D（CaCl2添加量）因素影響不顯著。

2.3 凝乳工藝對(duì)低脂干酪中嗜酸乳桿菌活菌數(shù)的影響

嗜酸乳桿菌作為功能性食補(bǔ)因子的一個(gè)非常重要指標(biāo)是活菌數(shù)，據(jù)報(bào)道，嗜酸乳桿菌產(chǎn)品中發(fā)揮功能特性時(shí)活菌數(shù)的臨界值為106cfu/mL或106cfu/g[13]。實(shí)驗(yàn)選擇不同工藝參數(shù)測(cè)得活菌數(shù)的情況，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 工藝條件對(duì)干酪中嗜酸乳桿菌活菌數(shù)的影響Table 6 Effect of curding condition on viable count of Lactobacillus acidophilus

通過(guò)直觀分析可知影響干酪活菌數(shù)的因素主次為：A＞C＞D＞B。經(jīng)方差顯著性分析，C因素中pH6.0和pH6.2兩水平的活菌數(shù)測(cè)定結(jié)果在p＜0.05水平?jīng)]有顯著性差異。因?yàn)閜H6.0更有利于凝乳，因此選擇pH6.0為最佳水平。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析，干酪中活菌數(shù)最高的工藝組合為A2B2C2D3，即凝乳酶添加量為0.01%（w/w），凝乳溫度為35℃，凝乳pH為6.0，CaCl2添加量為0.03%（w/w）。在此最佳條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，干酪中嗜酸乳桿菌活菌數(shù)為7.35×109cfu/mL，表明此條件下干酪中嗜酸乳桿菌活菌數(shù)最高。

表7 活菌數(shù)方差分析表Table 7 Variance analysis of viable count

對(duì)干酪中活菌數(shù)的方差分析表可知，A、B、C、D對(duì)活菌數(shù)影響均為極顯著（p<0.01）。

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，凝乳酶添加量、凝乳溫度、凝乳pH、氯化鈣添加量等凝乳工藝參數(shù)對(duì)低脂干酪產(chǎn)率、乳清中非脂乳固體和嗜酸乳桿菌活菌數(shù)有重要影響。凝乳酶是干酪生產(chǎn)中起凝乳作用的關(guān)鍵酶，也對(duì)干酪的質(zhì)構(gòu)形成和特有風(fēng)味產(chǎn)生起著重要作用，其添加量至關(guān)重要。隨著添加量的增加，凝乳時(shí)間越短，在成熟期間蛋白質(zhì)分解也加快。但是，酶量的過(guò)大會(huì)使蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生大量的苦味肽，增加干酪苦味的產(chǎn)生，同時(shí)使成本增加。而且，隨著凝乳酶添加量的增多，干酪的硬度也隨之增加，凝乳成顆粒，產(chǎn)率也會(huì)下降。凝乳酶添加量過(guò)小，會(huì)造成凝乳強(qiáng)度差，蛋白質(zhì)等成分隨乳清排出，也會(huì)降低干酪的產(chǎn)率。由表2、表4、表6可知，凝乳酶添加量為0.01%（w/w）較為適宜，而且凝乳溫度35℃較好，其為凝乳酶的最適溫度，雖然在此溫度下嗜酸乳桿菌生長(zhǎng)較慢，但在加熱到40℃對(duì)嗜酸乳桿菌生長(zhǎng)不利，綜合考慮，凝乳溫度選擇35℃為宜。

乳酸菌發(fā)酵預(yù)酸化可提高鮮乳的凝乳性，抑制微生物生長(zhǎng)，控制干酪的品質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明，隨著預(yù)酸化程度的增大，pH較低；預(yù)酸化程度過(guò)低，pH較高，pH太大或太小會(huì)使凝塊松散或過(guò)軟，在切割時(shí)造成乳固體流失，從而降低干酪的產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明凝乳時(shí)的pH控制在6.0較好。

鈣離子也是乳蛋白的凝固劑。隨著CaCl2添加量的增加，干酪的凝乳時(shí)間逐漸縮短，因?yàn)殁}離子將凝乳酶作用產(chǎn)生的副-κ酪蛋白相互凝結(jié)成凝乳。當(dāng)CaCl2添加量較小時(shí)，凝乳時(shí)間較長(zhǎng)，凝乳狀態(tài)較差；當(dāng)添加量過(guò)大時(shí)，凝塊過(guò)硬，產(chǎn)率較低，并有明顯的苦澀味。由表2、表4、表6可知，CaCl2添加量為0.02%（w/w）較為適宜。

嗜酸乳桿菌活菌數(shù)是作為功能性食補(bǔ)因子一個(gè)非常重要的指標(biāo)，只有達(dá)到105~106cfu/mL時(shí)，才能改善、調(diào)節(jié)機(jī)體微生態(tài)平衡，促進(jìn)機(jī)體健康。由表6可知，通過(guò)工藝參數(shù)的控制，嗜酸乳桿菌活菌數(shù)可以達(dá)到109cfu/mL以上.

3 結(jié)論

通過(guò)多重比較和方差分析，綜合考慮每個(gè)指標(biāo)影響因素的主次順序，確定最終功能性低脂干酪最佳凝乳工藝為：凝乳酶添加量為0.01%（w/w），凝乳溫度35℃，凝乳pH為6.0，CaCl2添加量為0.02%（w/w）。經(jīng)重復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，生產(chǎn)出的功能性低脂干酪產(chǎn)品中脂肪含量低于5%，干酪產(chǎn)率29.41%，乳清中非脂乳固體物質(zhì)殘留量5.66%，嗜酸乳桿菌活菌數(shù)達(dá)109cfu/mL以上。

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Optimization of curd process for low-fat cheese fermented by Lactobacillus acidophilus

ZHAO Rui-xiang，GE Xiao-hong，ZHAO Li-li，NIU Sheng-yang，LU Si-hai（College of Food Science，Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang 453003，China）

Using the skim milk as material，the curd process parameters，including the amount of rennet，pH，the amount of CaCl2and the curd temperature of low-fat cheese，fermented by Lactobacillus acidophilus preacidification，were studied through the orthogonal test of L9（34）.The results showed that the optimum parameters of curd process were pH 6.0，CaCl2addition 0.02%（w/w），rennet addition 0.01%（w/w，enzyme activity 20000u/g），temperature 35℃.The cheese produced by these technique parameters had lower fat below 5%，higher yield 29.41%，lower non-fat solids in whey 5.66%，and higher viable count of Lactobacillus acidophilus more than 109cfu/mL.

Lactobacillus acidophilus；low-fat cheese；curd process；yield；viable count

TS201.3

B

1002-0306（2012）07-0158-04

干酪是將原料乳通過(guò)添加適量乳酸菌發(fā)酵劑和凝乳酶而使乳凝固，再將凝塊進(jìn)行加工、成型、發(fā)酵而制成的一種濃縮乳制品，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，蛋白質(zhì)和脂肪的含量高于鮮乳10倍左右[1-2]。然而，食品中脂肪攝入量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致各種心腦血管疾病，消費(fèi)者更傾向于選擇低脂食品[3]。因此，低脂干酪產(chǎn)品的市場(chǎng)需求在迅速增長(zhǎng)，也成為研究的熱點(diǎn)。項(xiàng)目組10余年來(lái)對(duì)嗜酸乳桿菌功能特性進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)嗜酸乳桿菌活菌數(shù)達(dá)到105~106cfu/mL時(shí)，能改善、調(diào)節(jié)機(jī)體微生態(tài)平衡，促進(jìn)機(jī)體健康（probiotic effects）[4-5]，如緩解乳糖不耐癥、抑制腸道有害菌的生長(zhǎng)、降低血清膽固醇水平等[6-7]，同時(shí)其能順利通過(guò)人體胃腸環(huán)境而定殖于大腸中，以充分發(fā)揮健康促進(jìn)作用[8-9]。因此，將嗜酸乳桿菌添加到干酪中，研究與開(kāi)發(fā)具有功能特性的低脂干酪倍受消費(fèi)者的關(guān)注，也是當(dāng)今食品發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)以牛乳為原料，采用預(yù)熱溫度50℃，分離機(jī)轉(zhuǎn)速7000r/min進(jìn)行脫脂，使原料乳的含脂率<1.00%（w/w），利用嗜酸乳桿菌進(jìn)行預(yù)酸化，對(duì)凝乳工藝的主要參數(shù)如凝乳pH、氯化鈣添加量、凝乳酶添加量、凝乳溫度等進(jìn)行優(yōu)化，以有效提高干酪的產(chǎn)率和益生菌的活菌數(shù)，降低乳清中非脂乳固體物質(zhì)殘留量。

2011－06－15

趙瑞香（1966-），女，教授，博士，主要從事食品發(fā)酵微生物與乳品技術(shù)研究。

科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目（2007GB2D000192）。