嗜酸乳杆菌发酵生产低脂干酪凝乳工艺的优化

赵瑞香，葛晓虹，赵丽丽，牛生洋，路四海

（河南科技学院食品学院，河南新乡453003）

嗜酸乳杆菌发酵生产低脂干酪凝乳工艺的优化

赵瑞香，葛晓虹，赵丽丽，牛生洋，路四海

（河南科技学院食品学院，河南新乡453003）

以脱脂乳为原料，采用嗜酸乳杆菌发酵进行预酸化，对其生产的低脂干酪凝乳工艺条件进行了研究。实验选取凝乳pH、氯化钙添加量、凝乳酶添加量、凝乳温度4个影响因素，以干酪产率、乳清中非脂乳固体物质残留量、嗜酸乳杆菌活菌数为指标，采用L9（34）正交实验进行优化。结果表明，凝乳的最佳工艺参数为凝乳pH6.0，氯化钙添加量0.02%（w/w），凝乳酶添加量0.01%（w/w，酶活20000u/g），凝乳温度35℃，以此条件生产的低脂干酪脂肪含量小于5%，干酪产率29.41%，乳清中非脂乳固体物质残留量5.66%，嗜酸乳杆菌活菌数在109cfu/mL以上。

嗜酸乳杆菌，低脂干酪，凝乳工艺，产率，活菌数

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

原料乳 市售新鲜牛乳；凝乳酶（20000u/g） 广西省庞博生物工程有限公司生产酶制剂；嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus） 河南科技学院食品研究所保藏；嗜热链球菌（Streotococcus thermophillus） 本实验室分离、纯化、培养；MRS固体培养基 参考文献[10]配制。

FH16-D干酪机 英国Armfield公司；CP2快速乳成分分析仪 浙江大学食品科学与发酵工程研究所；PHS-3C型pH计 上海精密科学仪器有限公司雷磁仪器厂；SHP-250数显生化培养箱 上海三发科学仪器有限公司；9N50型牛奶分离器 青海农牧机械厂；238-10超净工作台 苏州苏净集团公司。

1.2 实验方法

1.2.1 低脂干酪的加工工艺流程[10]

1.2.2 凝乳酶活力的测定 取9g脱脂奶粉于150mL烧杯中，加入蒸馏水90mL，加热到35℃，然后加入l0mL 1%的皱胃酶食盐水溶液，迅速搅拌均匀，并加入少许碳粒或纸屑为标记，准确纪录开始加入酶溶液直到乳凝固时所需时间（s），此时间也称皱胃酶的绝对强度[11]。

1.2.3 干酪产率（P） 参考文献[10]方法检测。

1.2.4 乳清中残留的非脂乳固体含量 乳清中残留的干物质含量通过乳成分分析仪进行测定，为校正仪器测定误差参照GB/T14769对乳清样品干物质含量进行测定。实验得出回归方程为：

式中：Y为乳成分分析仪测得乳清非脂固体含量；X为通过常压干燥法测得的乳清非脂乳固体含量。1.2.5 活菌数（N）测定 采用平板菌落计数法[12]。

1.2.6 数据分析 实验数据采用Excel和SPSS软件进行分析。

1.2.7 最佳凝乳工艺的优化 选择产率、乳清中非脂乳固体和嗜酸乳杆菌活菌数三个指标，共同判定最佳凝乳工艺。实验采用L9（34）正交实验，对低脂干酪凝乳最佳工艺进行优化，因素水平见表1。结果方差分析采用新复极差法。

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

2 结果与分析

2.1 凝乳工艺对低脂干酪产率的影响

干酪的产率对干酪厂家来说是一个十分重要的指标，是测定干酪生产效能并反映工艺参数是否经济合理的直接生产指标，在干酪加工过程中，可以通过工艺参数控制凝乳的脱水收缩以及乳清中非脂乳固体排出量，并控制好成品干酪的含水率，从而获得合理的干酪产率。尽管乳中不溶性成分脂肪、酪蛋白和一些盐类几乎转变成干酪的固形物，但还有一部分脂肪和酪蛋白会流失于乳清中（当然包括乳中的可溶性部分），其流失的多少与加工工艺有直接关系，实验通过选择不同工艺参数测得产率，结果见表2。

通过直观分析可知，影响低脂干酪产率的因素主次为B＞C＞D＞A。使得低脂干酪产率较高的最佳工艺组合为A1B2C2D2，即：酶的添加量为0.005%（w/w），凝乳温度为35℃，凝乳pH6.0，CaCl2添加量0.02%（w/w）。由表中实验数据可知，此条件下低脂干酪产率最高，为25.51%±1.91%。

表2 工艺条件对干酪产率的影响Table 2 Effect of curding condition on cheese yield

表3 产率方差分析表Table 3 Variance analysis of yield

对干酪产率的方差分析可知，B（温度）和C（pH）两个因素对低脂干酪产率影响极显著（p<0.01），A（酶的添加量）和D（CaCl2添加量）两因素影响显著（p<0.05）。

2.2 凝乳工艺对低脂干酪乳清中非脂乳固体含量的影响

表4 工艺条件对乳清中非脂乳固体含量的影响Table 4 Effect of curding condition on non-fat solids in whey

低脂干酪乳清中非脂乳固体含量与干酪产率有直接关系，低脂干酪乳清中非脂乳固体含量越高，干酪产率越低，因此实验选择不同工艺参数来减少乳清中非脂乳固体的含量，实验结果见表4。

通过直观分析可以看出，影响低脂干酪非脂乳固体含量的因素主次为B＞A＞C＞D。使得低脂干酪营养物质含量最高的工艺组合为A2B2C1D3。即酶的添加量为0.01%（w/w），凝乳温度为35℃，凝乳pH为5.8，CaCl2添加量为0.03%（w/w）。在此最佳条件下进行实验，乳清中非脂乳固体的含量为（6.11±0.14）%，表明此条件下乳清中非脂乳固体的含量最低。

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

从乳清中非脂乳固体含量方差分析表可知，A、B（酶的添加量、凝乳温度）两因素对乳清中非脂乳固体残留量影响极显著（p<0.01），C（凝乳pH）因素影响显著（p<0.05），而D（CaCl2添加量）因素影响不显著。

2.3 凝乳工艺对低脂干酪中嗜酸乳杆菌活菌数的影响

嗜酸乳杆菌作为功能性食补因子的一个非常重要指标是活菌数，据报道，嗜酸乳杆菌产品中发挥功能特性时活菌数的临界值为106cfu/mL或106cfu/g[13]。实验选择不同工艺参数测得活菌数的情况，结果见表6。

表6 工艺条件对干酪中嗜酸乳杆菌活菌数的影响Table 6 Effect of curding condition on viable count of Lactobacillus acidophilus

通过直观分析可知影响干酪活菌数的因素主次为：A＞C＞D＞B。经方差显著性分析，C因素中pH6.0和pH6.2两水平的活菌数测定结果在p＜0.05水平没有显著性差异。因为pH6.0更有利于凝乳，因此选择pH6.0为最佳水平。根据正交实验的结果分析，干酪中活菌数最高的工艺组合为A2B2C2D3，即凝乳酶添加量为0.01%（w/w），凝乳温度为35℃，凝乳pH为6.0，CaCl2添加量为0.03%（w/w）。在此最佳条件下进行实验，干酪中嗜酸乳杆菌活菌数为7.35×109cfu/mL，表明此条件下干酪中嗜酸乳杆菌活菌数最高。

表7 活菌数方差分析表Table 7 Variance analysis of viable count

对干酪中活菌数的方差分析表可知，A、B、C、D对活菌数影响均为极显著（p<0.01）。

综合以上实验结果，凝乳酶添加量、凝乳温度、凝乳pH、氯化钙添加量等凝乳工艺参数对低脂干酪产率、乳清中非脂乳固体和嗜酸乳杆菌活菌数有重要影响。凝乳酶是干酪生产中起凝乳作用的关键酶，也对干酪的质构形成和特有风味产生起着重要作用，其添加量至关重要。随着添加量的增加，凝乳时间越短，在成熟期间蛋白质分解也加快。但是，酶量的过大会使蛋白质分解产生大量的苦味肽，增加干酪苦味的产生，同时使成本增加。而且，随着凝乳酶添加量的增多，干酪的硬度也随之增加，凝乳成颗粒，产率也会下降。凝乳酶添加量过小，会造成凝乳强度差，蛋白质等成分随乳清排出，也会降低干酪的产率。由表2、表4、表6可知，凝乳酶添加量为0.01%（w/w）较为适宜，而且凝乳温度35℃较好，其为凝乳酶的最适温度，虽然在此温度下嗜酸乳杆菌生长较慢，但在加热到40℃对嗜酸乳杆菌生长不利，综合考虑，凝乳温度选择35℃为宜。

乳酸菌发酵预酸化可提高鲜乳的凝乳性，抑制微生物生长，控制干酪的品质。实验表明，随着预酸化程度的增大，pH较低；预酸化程度过低，pH较高，pH太大或太小会使凝块松散或过软，在切割时造成乳固体流失，从而降低干酪的产率。实验结果表明凝乳时的pH控制在6.0较好。

钙离子也是乳蛋白的凝固剂。随着CaCl2添加量的增加，干酪的凝乳时间逐渐缩短，因为钙离子将凝乳酶作用产生的副-κ酪蛋白相互凝结成凝乳。当CaCl2添加量较小时，凝乳时间较长，凝乳状态较差；当添加量过大时，凝块过硬，产率较低，并有明显的苦涩味。由表2、表4、表6可知，CaCl2添加量为0.02%（w/w）较为适宜。

嗜酸乳杆菌活菌数是作为功能性食补因子一个非常重要的指标，只有达到105~106cfu/mL时，才能改善、调节机体微生态平衡，促进机体健康。由表6可知，通过工艺参数的控制，嗜酸乳杆菌活菌数可以达到109cfu/mL以上.

3 结论

通过多重比较和方差分析，综合考虑每个指标影响因素的主次顺序，确定最终功能性低脂干酪最佳凝乳工艺为：凝乳酶添加量为0.01%（w/w），凝乳温度35℃，凝乳pH为6.0，CaCl2添加量为0.02%（w/w）。经重复实验验证，生产出的功能性低脂干酪产品中脂肪含量低于5%，干酪产率29.41%，乳清中非脂乳固体物质残留量5.66%，嗜酸乳杆菌活菌数达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

干酪是将原料乳通过添加适量乳酸菌发酵剂和凝乳酶而使乳凝固，再将凝块进行加工、成型、发酵而制成的一种浓缩乳制品，其营养价值丰富，蛋白质和脂肪的含量高于鲜乳10倍左右[1-2]。然而，食品中脂肪摄入量过高会导致各种心脑血管疾病，消费者更倾向于选择低脂食品[3]。因此，低脂干酪产品的市场需求在迅速增长，也成为研究的热点。项目组10余年来对嗜酸乳杆菌功能特性进行了深入系统的研究，发现当嗜酸乳杆菌活菌数达到105~106cfu/mL时，能改善、调节机体微生态平衡，促进机体健康（probiotic effects）[4-5]，如缓解乳糖不耐症、抑制肠道有害菌的生长、降低血清胆固醇水平等[6-7]，同时其能顺利通过人体胃肠环境而定殖于大肠中，以充分发挥健康促进作用[8-9]。因此，将嗜酸乳杆菌添加到干酪中，研究与开发具有功能特性的低脂干酪倍受消费者的关注，也是当今食品发展趋势。实验以牛乳为原料，采用预热温度50℃，分离机转速7000r/min进行脱脂，使原料乳的含脂率<1.00%（w/w），利用嗜酸乳杆菌进行预酸化，对凝乳工艺的主要参数如凝乳pH、氯化钙添加量、凝乳酶添加量、凝乳温度等进行优化，以有效提高干酪的产率和益生菌的活菌数，降低乳清中非脂乳固体物质残留量。

2011－06－15

赵瑞香（1966-），女，教授，博士，主要从事食品发酵微生物与乳品技术研究。

科技部农业科技成果转化资金项目（2007GB2D000192）。