Kefir与酿酒酵母协同发酵乳清的研究

刘铃，郑华，林捷，陈倩雯，黄婉玲，林月彩

（华南农业大学食品学院，广州 510642）

Kefir与酿酒酵母协同发酵乳清的研究

刘铃，郑华，林捷，陈倩雯，黄婉玲，林月彩

（华南农业大学食品学院，广州 510642）

以切达干酪乳清为原料，以发酵液总酸度、残糖（乳糖）质量分数和pH值为指标，研究了kefir和酿酒酵母接种量，发酵温度和pH值等因素对乳清发酵的影响。结果表明，接种质量浓度为100 g/L的kefir菌种，发酵12 h后调节发酵液的pH值至6.5，发酵温度为35℃,，并添加质量浓度为2 g/L的酿酒酵母能加快发酵速度，使发酵液的乳糖质量分数在60 h内降低至0.08%以下，并且使产品具有协调的爽快酸味和kefir传统风味。

乳清；kefir；发酵；乳糖

0 引言

乳清是工业化生产干酪、干酪素的副产品，营养极为丰富，不仅含有大量乳清蛋白（约占乳蛋白质的18%～20%）[1]，而且含有乳糖、脂肪、有机酸、维生素和矿物盐等物质[2]，是具有高价值及广泛应用的食品原料。目前乳清主要被加工成乳清粉或乳清蛋白浓缩粉等[3]，由于处理成本和乳糖含量高等因素，仍有40%左右的乳清尚未利用，国内外很多专家学者都在研究怎样合理的利用乳清来制作饮料，发酵酒等[4-5]。

乳糖酶缺乏引起的乳糖不耐受症(Lactose intolerance)和乳糖吸收不良(Lactose malabsorption)影响着全世界70%以上人口(尤其是亚洲和非洲人)对乳制品的摄入[6]。本研究利用kefir和酿酒酵母协同发酵乳清，使乳清中的乳糖质量分数降低，不仅利用了副产物乳清，同时为生产无乳糖型乳清饮料提供了理论和技术指导。

1 实验

1.1 材料与试剂

切达干酪乳清（由华南农业大学实验室提供），蛋白质质量浓度7.9 g/L，脂肪质量分数0.743%，乳糖质量分数4.2%～4.7%，水分质量分数93.7%，可溶性固形物质量分数6.9%，灰分0.630%，NaCl质量分数0.047%，kefir，黄酒专用酵母，鲜牛奶。

1.2 方法

1.2.1 菌种的制备

kefir：保存的菌种按质量浓度为50 g/L加到已灭菌冷却的鲜牛奶中25℃恒温培养24 h，活化两次，含菌培养液酸度达到80～100°T，乳酸菌数达到107g-1，酵母菌数达到105g-1以上，收集菌液，即为母发酵剂，用于乳清发酵。

酵母活化：将活性安琪酵母以10倍质量分数为2%糖水于25℃度下活化30 min。

1.2.2 工艺流程

乳清→巴氏杀菌（75℃,15 s）→冷却→接种→发酵→冷藏

1.2.3 发酵过程pH值对发酵效果的影响

接种质量浓度为100 g/L的kefir，不添加酵母于30℃下发酵，以不调节发酵液pH值为对照，发酵12 h后分别调节发酵液pH值为5.5，6，6.5，7继续发酵以考察不同pH值对乳清发酵的影响。

1.2.4 kefir接种量对发酵效果的影响

不添加酵母，以不接种kefir为对照，分别接种质量浓度为50，75，100，125和150 g/L的kefir菌种于30℃发酵，并且发酵12 h后调节发酵液pH值至6.5继续发酵以考察不同kefir接种量对乳清发酵的影响。

1.2.5 温度对发酵效果的影响

接种质量浓度为100 g/L的kefir菌种，发酵12 h后调节发酵液pH值至6.5，不添加酵母分别于20，25，30，35，35℃不同温度下培养考察温度对乳清发酵的影响。

1.2.6 酵母添加量对发酵效果的影响

接种质量浓度为100 g/L的kefir菌种，以不添加酵母为对照，分别添加质量浓度为2，4，6，8，10 g/L于30℃发酵，并且发酵12 h后调节发酵液pH值至6.5继续发酵以考察添加不同酵母量对发酵的影响。

1.2.7 测定方法

总酸度采用直接滴定法对总酸进行测定，参照《食品分析》[7]；pH采用pHS-3B型精密pH计测定；残糖质量分数（以乳糖计）测定采用菲林试剂法进行，参照《食品分析》[7]。

1.2.8 数据分析

用SPASS软件对数据进行差异性分析。

2 结果与讨

2.1 pH值对乳清发酵效果的影响

包怡红等[8]利用乳酸菌制备乳清抗氧化活性肽研究发现，初始pH值是影响乳清水解产物氧自由基清除率的主要因素，其次为发酵温度。乳酸菌的最适生长pH值为5.5～6.0，酵母菌最适生长pH值为4.5～5.8，低pH值对微生物有抑制作用。图1～图3为调节pH对乳清发酵液总酸度、pH值和残糖的影响。由图1～图2可以看出，发酵一开始pH值便急剧下降，酸度快速增加；发酵至24 h时，发酵液pH值下降速度减慢，趋于稳定；发酵液的残糖质量分数随发酵时间延长而不断下降；与不调pH值的对照相比，调节pH值后发酵液的总酸度增加显著，乳糖质量分数下降显著（P﹤0.05）。

乳酸菌分解乳糖产生乳酸，表现为乳糖含量逐渐减少，酸度上升和pH值下降。制作干酪时除去了乳中几乎全部的酪蛋白和部分无机盐，致使剩余乳清的缓冲性大大降低，因而表现为乳清的pH值下降速度较快，对乳酸菌生长的抑制作用出现较早。Karina[9]和Giuliano[10]等研究发现利用kefir粒发酵乳清和牛奶48 h后，乳糖在乳清中的降解率低于在牛奶中的降解率，这也是由于乳清pH值下降较快，从而抑制乳酸菌的进一步代谢所致。谢继志等[11]发现kefir发酵液中的酸度会抑制酵母菌的酒精发酵。因此，本实验在发酵12 h时，通过加碱的方式调节发酵液的pH值，可使微生物处于最适生长pH值范围内，促进乳糖的分解。

2.2 kefir接种量对乳清发酵的影响

不同kefir接种量对乳清发酵影响的结果如图3～图4所示。由图3～图4可以看出，发酵至24 h后，不接种kefir的发酵液酸度基本不再上升，pH值和残糖质量分数也基本趋于稳定，说明制备干酪时残留的乳酸菌不能继续生长；kefir接种量越大，酸度上升越快，pH值和残糖质量分数下降也越快。当kefir接种量大于100 g/L时，乳糖的降解速度明显增大，发酵液的最终残糖质量分数明显降低，且发酵速度不会因为发酵后期菌种总数的下降而减慢。这是因为在发酵后期，乳糖分解为乳酸，除乳酸菌在继续作用外，乳酸菌在发酵过程中代谢所产生的各种酶类释放在周围介质中仍会继续发生作用，使乳糖的降解速度不会马上下降，这与万贤生[12]和樊爱斌[13]等的研究一致。从生产成本考虑，选定kefir的最佳接种量为100 g/L（质量浓度）。

2.3 温度对乳清发酵的影响

kefir粒菌相构成复杂[14]，主要由乳酸菌、酵母菌及少量的醋酸菌等微生物构成，发酵温度为35℃时，适合整个菌种体系的发酵，发酵液酸度上升最快，pH值和乳糖质量分数下降也最快，发酵至72 h时，总酸度达到1.82%，发酵液乳糖质量分数为0.35%。包怡红[7]等利用乳酸菌制备乳清抗氧化活性肽时最佳发酵条件为初始pH值为6.4，发酵温度为37℃。随着温度的升高，发酵速度不断加快，当温度超过35℃后，发酵速度反而下降。所以，乳清发酵的最适温度为35℃（图5-图6）。

2.4 酵母添加量对乳清发酵的影响

不同酵母量对乳清发酵影响的结果如图7～图8所示。

毛青钟[15]研究发现酵母与乳酸菌在黄酒发酵中具有协同作用，酵母和乳酸杆菌代谢过程和发酵过程的关键物质为丙酮酸，既可以被酵母直接利用快速合成和发酵产酒精，也促进乳酸杆菌生长、发酵产乳酸。而乳酸杆菌发酵产的乳酸是酵母细胞内乳酸乙酯的激活剂。在kefir中除乳酸菌能利用乳糖产乳酸外，还存在乳糖发酵性酵母同时能消耗部分乳糖，但是kefir中酵母菌的质量浓度较少[16]，因而在发酵剂中提高酵母菌的质量浓度，利于进一步加快发酵速度和调节产品风味。由图7～图8可知，接种kefir菌种和增加酵母菌进行比较，发酵60 h后，发酵液中乳糖质量分数分别为1.87%和0.08%以下，差异显著。当酵母添加量质量浓度大于4 g/L时，发酵液的酒味过浓（图7-图8）。综上，乳清的发酵主要依靠乳酸菌，在发酵液中额外添加质量浓度为2 g/L安琪酵母后，可以更大限度地降解乳糖和调节调节产品风味。

3 结论

结果表明，发酵12 h后，调节发酵液的pH值为6.5，接种质量浓度为100 g/L的kefir（乳酸菌种）和质量浓度为2 g/L的酿酒酵母，控制发酵温度35℃，能有效提高发酵速度，在60 h内降低乳清中的乳糖质量分数为0.08%，酸度为1.732%，pH值为3.71。

利用kefir和酿酒酵母协同发酵乳清生产无糖型乳清饮料是可行的。该乳清饮料具有传统kefir制品的风味、协调的酸味和淡淡酒香。口感适合东方人的口味要求，同时乳糖几乎全部降解，适于乳糖不耐症人群饮用，且制作成本不高，便于工业化生产，具有广阔的前景。

[1]张俊山,王雪飞,那治国.发酵乳清柠檬饮料的研制[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]严宝兴.乳清资源的综合利用[J].草业与畜牧,2008,(9):52-55.

[4]谢达忠,江家琴,李克杰,等.乳清酿酒的研究[J].食品与发酵工业,1993, (1):60-63.

[5]赵海智,韩建春,董和亮.乳清多肽发酵饮料的研究[J].食品研究与开发,2004,25(1):47-49.

[6]张明丽,刘文群,熊华,等.产乳糖酶酵母Kluyveromyces lactis培养产酶发酵条件的研究[J].食品科学,2006,27(12):428-432.

[7]张水华.食品分析[M].北京:中国轻工业出版社,2007:82-83,115-117.

[8]包怡红,李锐达.发酵法制备乳清抗氧化活性肽的研究[J].中国食品学报,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.

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[14]杨远剑.开菲尔微生态的研究进展[J].肉类研究,2008,(5):29-33.

[15]毛青钟.论黄酒发酵过程酵母和乳酸杆菌协同作用关系[J].山东食品发酵,2006,(1):29-31.

[16]张国亮,冀朵朵,金苏,等.开菲尔粒菌相构成的研究[J].乳业科学与技术,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

广东省科技计划项目（2011B020408001），惠州市产学研结合项目（2010B010003002）。

刘铃（1987-），女，硕士研究生，研究方向为畜产品加工技术及质量安全。

林捷