乳餅副產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 云南農業(yè)大學，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 云南省高原特色農業(yè)產業(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，因其獨特的口感而深受消費者喜愛，被稱為“中國式奶酪”，其產業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮螅袌銮熬皬V闊[1]，僅云南石林年加工鮮奶就達3 000 噸，乳餅產量近600 噸。通常，5～6 kg鮮奶可制作出1 kg乳餅，產量極低，大部分的乳餅副產物乳清液被當成廢水排放，少部分用于制造豬飼料，造成了極大的資源浪費，還污染環(huán)境[2]。乳清液中有鮮奶近一半的營養(yǎng)成分，含有的脂肪品質好，易被人體消化吸收[3]。乳清蛋白是乳清的主要成分，為全價蛋白質[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，具有較強的抗氧化和抑菌活性[7]。乳清蛋白會受儲存條件的強烈影響，從而導致蛋白質的化學和結構修飾，將其濃縮為乳清蛋白粉，能使蛋白質更加穩(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，是未來開發(fā)利用乳清蛋白的主要趨勢[8]。本研究通過噴霧干燥技術對云南乳餅副產物乳清液進行加工，獲得乳清蛋白粉，對其主要理化指標進行分析，為其后續(xù)進一步的開發(fā)利用提供重要參考。

1 試驗材料與方法

1.1 材料和試劑

乳餅副產物乳清液，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、標準鹽酸溶液、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、硼酸、乙醇（體積分數(shù)95%），國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 設備

水浴鍋，常州智博瑞儀器制造有限公司；離心式噴霧干燥機，上海賀帆儀器有限公司；電子計量稱，上海光正醫(yī)療儀器有限公司；pH計，上海越平儀器有限公司；離心機，廈門佰倫斯電子科技有限公司；ATN-300型全自動凱式定氮儀，上海一恒科學儀器有限公司；電熱鼓風干燥箱，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有限公司；超濾裝置器，長安科學儀器廠。

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

（1）離心：離心機參數(shù)設置為3 600 r/min、15 min，因乳清液中仍含有脂肪，沖泡出來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）調節(jié)pH凝乳：使乳清液中的酪蛋白發(fā)生聚沉，同時由于乳餅制作是采用酸凝法，所得的乳清液為酸性，使用碳酸氫鈉調至pH，有助于后期噴霧干燥時減少乳酸含量。

（3）巴士滅菌[9]：巴氏滅菌時設置溫度為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，使用前必須確保噴霧干燥機是干凈、無異味的，確保乳清粉收集器皿中沒有太多的水分殘留，水分太多會影響對乳清粉的收集，而影響出粉率。

1.3.3 單因素試驗設計

以感官評分為指標，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）、離心機轉數(shù)（3 000 r/min、3 300 r/min、3 600 r/min、3 900 r/min、4 200 r/min）、離心式噴霧干燥機進風溫度（160 ℃、170 ℃、180 ℃、190 ℃、200 ℃）、蠕動泵數(shù)值的大?。?0 Hz、65 Hz、70 Hz、75 Hz、80 Hz）等因素對乳清粉感官品質及溶解性的影響。在單因素基礎上，結合正交試驗對乳清粉的制備工藝進行優(yōu)化，確定最佳工藝。

1.3.4 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選擇對乳清粉感官品質影響比較大的碳酸氫鈉的用量、凝乳pH、蠕動泵的大小，每個因素確定3 個水平，利用L9（33）正交試驗，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 正交試驗因素水平表

1.3.5 感官評分

選10 名食品科學專業(yè)的人員經培訓組成感官評定小組，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)為指標進行評分。感官評價標準見表2，結果取平均值。

表2 乳清粉感官評分表

1.3.6 乳清粉品質測定

溶解度測定：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。測定蛋白質含量，重復3 次。溶解度（%）=（上清液中蛋白質含量/樣品中蛋白質含量）×100%

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

乳化性測定[11]：稱取2 g樣品，加入40 mL蒸餾水溶解，將溶液調節(jié)至不同的pH值，再加入40 mL色拉油，均質后離心，測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-埃農式法進行測定；水分按照GB5009.3—2016[13]進行測定；灰分按照GB5009.4—2016[14]進行測定；蛋白質按照GB5009.5—2016[15]進行測定，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硫酸于消化爐進行消化，當溫度達到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，于自動凱氏定氮儀上實現(xiàn)自動加液、蒸餾、滴定和記錄數(shù)據(jù)的過程。

1.3.6 微生物測定

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

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019對單因素的試驗數(shù)據(jù)進行分析和整理，采用SPSS20.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

由圖2可知，碳酸氫鈉的用量、凝乳pH、離心轉數(shù)不同對乳清粉的品質、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，乳清粉的感官評分最高。進風溫度不同對乳清粉感官品質、外觀形態(tài)的影響比較大，隨著進風溫度的增加，乳清粉的品質、形態(tài)分散度越來越好，當進風溫度到達180 ℃時，乳清粉的感官評分最高，品質最好。隨著蠕動泵數(shù)值的增大，乳清粉品質也隨即發(fā)生變化，蠕動泵數(shù)值為75 Hz時乳清粉品質最好。

圖2 不同因素對產品感官評價的影響

2.2 正交試驗結果

以碳酸氫鈉的添加量、凝乳pH、蠕動泵的數(shù)值做3 因素3 水平的正交試驗，試驗結果如表3。根據(jù)表3可知，3 個因素對乳清粉感官品質影響的主次順序為（A）碳酸氫鈉用量＞（B）凝乳pH＞（C）蠕動泵數(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、蠕動泵數(shù)值為70 Hz。

表3 正交試驗結果

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

表4 各因素對感官評分的方差分析結果

2.3 理化指標測定結果

通過試驗數(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 微生物檢測結果

微生物檢測結果顯示，菌落總數(shù)為94 CFU/g，未檢出致病菌，符合國家規(guī)定的乳清粉微生物限定標準。

表5 理化指標測定結果

表6 微生物測定結果

3 結論

在制作云南乳餅的基礎上，對乳清粉進行噴霧干燥工藝上進行研究，研究結果表明，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，進風溫度為180 ℃、蠕動泵數(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品，呈乳白色或淡黃綠色粉末，復原后有乳制品特有的奶香味。所得的乳清蛋白粉中蛋白質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%，理化指標測定和微生物檢測符合國標要求。在針對乳清粉溶解性的問題上，可以嘗試用其他的食用堿進行pH調節(jié)，制備出產品后觀察其滋味、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候乳清液溫度應降至室溫，殺菌后不宜馬上添加，會產生大量泡沫導致外溢，使得乳清液減少，影響出粉率。用云南乳餅副產物乳清液生產出的乳清粉可用在冰淇淋、酸奶等制作工藝中，研究結果為該乳清蛋白粉原料的進一步加工利用提供了參考。