发酵型乳清酒酵母发酵剂的筛选及优化

作者: 崔爽 布仁巴雅尔 孙元杰 乌力吉德力根

乳清是牛奶中营养丰富的副产品,含有55%的牛奶营养成分,包括优质蛋白质、氨基酸、乳清素以及多种矿物质和维生素。乳清的脂肪和乳糖含量较低,尤其是乳清蛋白,含有八种人体必需的氨基酸,有助于维持抗氧化水平。随着健康养生观念的普及,乳清开始得到更广泛的应用。充分利用乳清资源,开发相关乳清制品,不仅有助于减少浪费,还能增加乳制品的附加值,推动乳业的可持续发展。

乳清酒工艺优化对于提升其品质具有至关重要的作用。实验人员通过单因素试验和正交试验等方法,深入研究了发酵温度、乳糖浓度、酵母接种量等不同工艺参数对乳清酒品质的影响,并借助数据分析和感官评价,找出了最佳工艺条件。这些研究为乳清酒生产提供了坚实的理论基础和有力的技术支持,有效促进了乳清酒产业的持续发展和壮大。通过工艺优化,我们实现了乳清酒产量的显著提升、口感的明显改善以及营养价值的进一步增强。本研究的核心目标在于深入解析酵母菌在乳清酒发酵过程中的作用机制,筛选出高效菌株,以提升发酵效率和乳糖利用率。同时,我们致力于优化乳清酒的生产工艺,包括调整发酵温度、乳糖浓度、酵母接种量等关键参数,以进一步改善乳清酒的感官品质和理化指标。通过系统的研究和严格的实验验证,我们为乳清酒的生产提供了科学依据和强有力的技术支持,旨在推动该产业实现可持续的发展。

1.试验材料与方法

1.1 材料

新鲜乳清、酵母菌(马克斯克鲁维酵母1911、酿酒酵母32369、酿酒酵母32060)、乙醇含量检测试剂盒、Yeast Malt培养基(琼脂或液体)。

1.2 主要仪器与设备

仪器名称:SHP-080生化培养箱(上海精宏试验设备有限公司)、pHS-3C pH计(上海佑科仪器仪表有限公司)、WZ-108手持糖度计(昆山市元翰电子设备有限公司)、BCD-215KC冰箱(海尔集团)、756PC紫外分光光度计(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)、VS-1300L-U超净工作台(苏州安泰空气技术有限公司)、 HVE-50高速冷冻离心机(湖南湘立科学仪器有限公司)、FA1104电子天平(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)、CJM-105手持酒精计(武强佳益商贸有限公司)。

2.实验方法

2.1 酵母菌的活化

以YM液体培养基将三株酵母菌分别接种活化继代培养三次后备用。

2.2 最佳发酵酵母的确定

将经过灭菌(110℃、20min)冷却后的装有20%(w/v)乳糖、20%(w/v)乳清溶液三角瓶中接种相同浓度的马克斯克鲁维酵母1911、酿酒酵母32369和酿酒酵母32060的酵母菌,设定相同发酵温度、乳糖浓度进行发酵7d后,使用乙醇含量检测试剂盒测量乙醇含量、WZ-108 手持糖度计测量残糖量来确定酵母。

2.3 单因素实验

2.3.1发酵温度的确定

在乳清pH值为5.5、乳糖浓度为20%的条件下,将1%的酵母菌接种后分别置于20℃、25℃、30℃条件下恒温有氧发酵,其他条件不变。7天后,观察其在不同温度下产生的乙醇含量及残糖量,确定适宜的发酵温度。

2.3.2酵母接种量的确定

在乳清pH5.5、乳糖浓度为20%的条件下,分别按1%、2%、3%、4%、5%的接种量进行酵母菌的接种后2.3.1中确定温度中进行发酵。根据发酵所产生的乙醇含量及残糖量,确定适宜的酵母菌接种浓度。

2.3.3乳糖浓度的确定

在乳清pH5.5、2.3.1和2.3.2中确定的温度、酵母接种量的条件下,分别按乳糖浓度为10%、20%、30%、40%、50%时25℃进行发酵,根据发酵液最后产生的乙醇含量及残糖量,来确定适宜的乳糖浓度。

2.4 正交实验因素及水平选择

通过单因素实验确定适宜的菌种接种浓度、发酵温度、乳糖浓度水平及采用L9(33)正交实验确定最佳工艺条件,因素水平设计表见表1。

2.5 感官评定

感官评定由6名感官品鉴人员进行,待发酵完成后品尝,采取100分制,对外观色泽(30分)、香味(30分)、滋味(20分)、风格(20分)进行综合评分。纯正的乳清酒色泽应呈现为淡黄色,澄清透亮且均匀透明,具有很纯正的酒香味,香气浓郁,回味无穷,无异味。感官评价标准见表2。

3.结果与讨论

3.1 酵母菌种对乳清酒发酵的影响

由图1可见,酿酒酵母32369在此发酵过程中,乙醇含量最高为9.07μmol/mL,残糖量最低为9mg/mL,说明酿酒酵母32369的乳糖利用率优于马克斯克鲁维酵母1911和酿酒酵母32060,生成乙醇含量多,发酵最佳。所以,选用酿酒酵母32369作为发酵菌种。

3.2 发酵温度对乳清酒发酵的影响

从图2可以看出,酵母菌种在20℃下发酵的残糖量最低、乙醇含量最高,说明乳糖利用更加充分,可获得相对高的乙醇含量。若发酵温度低,则菌种的生长发酵进程缓慢。若发酵温度高,则发酵易出现菌体自溶现象,进而导致乳清酒口感苦涩,降低产品风味。因此,选取20℃为最适合菌种发酵的发酵温度。

3.3 酵母接种浓度对乳清酒发酵的影响

如图3可见,酵母接种量分别选取1%、2%、3%、4%、5%,其中1%-3%接种量的乳清酒所产生的乙醇含量相对较高,乳糖相对利用充分,发酵的酒质较好。如果接种量过少,则菌株增长较慢,后期发酵时间拉长。如果接种量过多,则使酵母菌增长过快、过密,则因过多的消耗乳糖而造成后期发酵各种有益风味物的积累不足,从而影响本制品的风味品质。因此,选取1%、2%、3%为实验的3个水平。

3.4 乳糖浓度对乳清酒发酵的影响

乳糖浓度分别选取10%、20%、30%、40%、50%,如图4可见,酵母菌种在10%-30%的条件下,发酵的乳清酒所产生的乙醇含量相对较高,乳糖相对利用充分,发酵的酒质较好。若乳糖浓度太低,则菌种增长速度缓慢,发酵时间延长。若糖浓度过高,会失去酒甘醇的风味,从而降低乳清酒的品质。因此,选取10%、20%、30%为实验的3个水平。

3.5 正交试验确定乳清酒发酵的最佳条件

以乳清酒的残糖量及乙醇含量作为评定指标,对实验结果进行分析,从而确定发酵乳清酒的最佳条件,结果见表3、表4。

通过表中3个因素的R值可知,这三种影响因素中对乳清酒的影响次序为C=A>B,即乳糖浓度=接种浓度>发酵温度。C因素在3个水平中第2个水平(C2)20%为最佳;A因素在3个水平中第2个水平(A2)2%为最佳;B因素在3个水平中第1个水平(B1)为最好。可以看出乳清酒的最佳发酵条件为A2B1C2,即乳清酒的酵母菌的接种量为2%、发酵温度为20℃、乳糖浓度为20%。

通过表中3个因素的R值可知,这三种影响因素中对乳清酒的影响次序为C>A>B,即乳糖浓度>接种浓度>发酵温度且C对产品的影响最为显著。在3个水平中第2个水平(C2)20%为最佳;A因素位于第2,在3个水平中第2个水平(A2)2%为最佳;B因素位于第3,在3个水平中第1个水平(B1)为最好。得出乳清酒的最佳发酵条件为A2B1C2,即乳清酒的酵母菌的接种量为2%、发酵温度为20℃、乳糖浓度为20%。

3.6 感官评价

以最佳工艺制备的乳清酒,颜色为淡黄色透明液体,外观无杂质。有浓郁的酒香味,气味、口感纯正、无异味。感官评分结果见表5。

结论

本研究通过对乳清酒工艺优化等方面的系统研究,取得了以下主要结论:首先,选择酿酒酵母32369作为优势菌种,通过残糖量、乙醇含量获得发酵乳清酒工艺的最佳适宜条件为:发酵接种量2%、乳糖浓度20%、发酵温度20℃、发酵初始pH5.5,发酵时间7d,该条件下制备的乳清酒乙醇含量为10.04μmol/mL、残糖量为3mg/mL,并且该乳清酒感官品鉴评价得分相对较高、色泽良好,具有甘醇的气味和良好的口感。本研究为乳清酒的生产提供了科学依据和技术支持,对推动乳清酒产业的可持续发展具有重要意义。

基金项目

内蒙古自治区重点研发和成果转化计划(科技支撑东北振兴)项目-乳清酒加工工艺及其发酵剂优化研究与应用(2022YFDZ0012);赤峰学院百名博士下基层服务地方项目-发酵乳清酒的生理功能(CFXYBSXJC19)。

作者简介

崔爽(2002-),女,本科;研究方向:食品质量与安全。

*通讯作者

乌力吉德力根(1967-),男,副教授,农学博士;研究方向:生物教育、食品微生物发酵。

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