云南乳饼、乳扇副产物主要成分及加工特性分析

邹丽蓉，陈 萌，王雪峰,2,*，普岳红,2，董文明，黄艾祥

（1.云南农业大学食品科学技术学院，云南 昆明 650201；2.云南省畜产品加工工程技术研究中心，云南 昆明 650201）

乳清是干酪或干酪素生产加工过程中的副产物，是一种呈绿色、半透明状的液体。新鲜的乳清中含有大量鲜牛乳的营养成分，营养价值较高[1]。云南民族特色乳制品乳饼和乳扇加工过程中也会产生大量的乳清，其最大的特点是体积量大和含有乳中多种营养成分，乳清中的营养物质占原料乳中的一半以上[2]。乳清蛋白是乳清中存在的一类天然功能化营养物质，是乳清中的主要成分，不但容易消化，而且具有高蛋白质功效和高利用率，极易被人体吸收[3]。乳清蛋白在很多食品加工过程中都能起到很重要的作用，不仅可改善食品的风味和质地，延长保质期和增强营养保健功能[4]，其中含有的蛋白质资源，如乳铁蛋白、乳球蛋白等，可对人体免疫系统起到调节作用[5-7]。Takada等[8]还发现，乳清蛋白具有抗菌、抗病毒和预防骨质疏松等功能。因此，把乳清加工制成乳清蛋白粉用作食品、药品或饲料等，加工成本低且利润高，是未来其开发利用的主要发展趋势[9]。目前云南地区乳清蛋白粉的生产中普遍采用冷冻干燥法来除去多余的水分[10]。

虽然乳清蛋白逐渐受到人们的重视，但是每年仍然有大部分的乳清被以废水的形式排放，不仅造成了资源浪费，还对环境造成了污染[11]。本研究通过冷冻干燥技术对云南乳饼、乳扇加工过程中产生的大量乳清水进行加工，获得乳清蛋白粉，对其主要成分及加工特性进行分析，为其后续进一步的开发利用提供重要参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

云南乳饼、乳扇加工副产物（乳清） 昆明加工作坊；5011乳清蛋白粉（RQP1） 江苏豪蓓特食品有限公司；乳清蛋白粉（RQP2） 河南万邦实业有限公司；乳清蛋白粉（RQP3） 万利达食品有限公司。

硫酸铜、硫酸钾、硼酸、氢氧化钠、酚酞、甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂、乙醇（体积分数95%）、石油醚、硫酸、盐酸 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

JJ500电子天平 常熟双杰测试仪器厂；AX223ZH/E电子天平 奥豪斯仪器（常州）有限公司；EPEDESL-10TH纯水机 南京易普易达科技发展有限公司；T6新世纪分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；STARTER 3100 pH计 奥豪斯仪器（上海）有限公司；1 000 mL凯式定氮装置 宁波新芝生物科技股份有限公司；DHG-9013A电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；L580R冷冻离心机 上海卢湘仪离心机仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳清蛋白粉的制备

参照雷静[12]的方法，进行一定的调整。量取1 L乳清→加入1 mol/L HCl（或400 g/L NaOH溶液）调至pH 7.5→在60 ℃条件下，加入12 mL 1 mol/L CaCl2水浴搅拌15 min→冷却出现絮凝，除去酪蛋白和乳脂→4 ℃、4 000 r/min离心30 min→粗滤除沉渣→采用0.22 μm微孔滤膜过滤→用10 kDa超滤取截留液→透析（100～500 Da）、脱盐处理24 h→真空冷冻干燥→放入4 ℃冰箱保存备用。乳扇乳清中提取的蛋白粉记为乳扇乳清蛋白粉（RSP），乳饼乳清中提取的蛋白粉记为乳饼乳清蛋白粉（RBP）。

1.3.2 乳清蛋白粉中主要成分、酸度及pH值测定

蛋白质测定：参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》；脂肪测定：参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》；总灰分测定：参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》；水分测定：参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》；酸度测定：参照GB 5009.239—2016《食品安全国家标准 食品酸度的测定》；pH值测定：参照GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》。

1.3.3 乳清蛋白粉加工特性分析

1.3.3.1 乳清蛋白粉溶解性测定

参照GB 5413.29—2010《食品安全国家标准 婴幼儿食品和乳品中溶解性的测定》的方法并进行一些修改。称取乳清蛋白粉样品5 g于烧杯中，用38 mL 25～30 ℃的水分数次将乳清蛋白粉溶解并转移至50 mL离心管中，加塞；将离心管置于30 ℃水中保温5 min取出，振摇3 min，置于离心机中，以8 056 r/min转速离心10 min，使不溶物沉淀，倾去上清液并保留，擦净管壁，再加38 mL 25～30 ℃的水，加塞，上下振荡，使沉淀悬浮，之后再置于离心机中以相同转速离心10 min，倾去上清液并保留；将2 次所得上清液倒入已知质量的称量瓶中，先在沸水浴上将水分蒸干，再移入100 ℃干燥箱中烘干至恒质量。溶解性按式（1）计算。

式中：X为样品溶解性/%；m为样品质量/g；m1为称量皿和样品的质量/g；m2为称量皿和不溶物干燥后质量/g。

1.3.3.2 乳清蛋白粉热稳定性测定

参照王飞等[13]的方法并进行一些修改。用去离子水配制一定量的5 g/100 mL乳清蛋白溶液，取乳清蛋白溶液10 mL，分别在40、60、80、100 ℃水浴中保温30 min，然后移入离心管，置于离心机中以2 500 r/min离心10 min，倒出上清液，称取下层沉淀物质量，沉淀率按式（2）计算。沉淀率越大，蛋白质稳定性越差。

1.3.3.3 乳清蛋白粉乳化活性指数（emulsifying activity index，EAI）和乳化稳定性指数（emulsifying stability index，ESI）测定

参照程云辉等[14]的方法并进行一些修改。将乳清蛋白粉配制成1 g/L的溶液，量取24 mL样品溶液，并用0.1 mol/L HCl溶液或0.1 mol/L NaOH溶液分别调节pH值至3.0、5.0、7.0、9.0，然后加入8 mL大豆油，并用剪切乳化仪10 000 r/min乳化1 min，之后立即于底部取样100 μL，用0.1 g/100 mL十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）溶液稀释100 倍，混匀后于500 nm波长处测定吸光度，EAI和ESI按式（3）～（4）计算。

式中：A0为初始乳化液的吸光度；A10为10 min后的吸光度。

1.3.4 酸乳的制作工艺

参考王红燕等[15]的方法并进行一些修改：牛乳→配料（1 L牛乳+7%～8%糖+5 g乳清蛋白粉）→预热（60 ℃）→均质（8～10 mPa）→杀菌（85 ℃、15 min）→冷却（42 ℃以下）→加菌种（嗜热链球菌+保加利亚乳杆菌）→发酵（42 ℃、8 h）→冷藏（4 ℃、12 h以上）。

1.3.5 酸乳感官评定标准

酸乳的感官评分标准如表1所示。

表1 酸乳的感官评分标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of yogurt

1.4 数据处理

数据采用SPSS 17.0和Excel软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同来源的乳清蛋白粉主要成分、酸度及pH值分析

2.1.1 不同来源的乳清蛋白粉蛋白质含量

乳清蛋白粉的蛋白质含量是评价其营养价值的一个重要指标[16]。由图1可知，RQP3的蛋白质含量高达80%，RQP1的蛋白质含量达到70.0%，RQP2和RSP的蛋白质含量均达到60.0%以上，RBP的蛋白质含量为39.0%，表明乳扇来源的乳清蛋白粉蛋白质含量与市售乳清蛋白粉产品相比并无较大差距，具有较高的营养价值。而乳饼来源的乳清蛋白粉蛋白质含量低于市售乳清蛋白粉，乳扇和乳饼由于制作工艺不同造成其蛋白质含量存在一定的差异性[17]。

图1 不同来源的乳清蛋白粉蛋白质含量Fig. 1 Protein contents in whey protein powders from different sources

2.1.2 不同来源的乳清蛋白粉脂肪含量

由图2可知，RSP的脂肪含量相对较高，为19.8%，而RBP的脂肪含量最低，为6.0%，这与不同乳源鲜乳的粗脂肪含量不同有关[18]。其余3 种市售乳清蛋白粉的脂肪含量均相差不大，为10.0%～15.0%，差异不显著。

图2 不同来源乳清蛋白粉脂肪含量Fig. 2 Fat contents in whey protein powders from different sources

2.1.3 不同来源的乳清蛋白粉总灰分含量

由图3可知，RQP3、RSP、RBP 3 种乳清蛋白粉的总灰分含量均达到7.0%以上，RQP1的总灰分含量为5.9%，比RQP2的总灰分含量高1.4%，RQP3、RSP和RBP总灰分含量差异不显著，表明乳饼、乳扇来源的乳清蛋白粉总灰分含量与市售乳清蛋白粉产品相比并无较大差距。

图3 不同来源乳清蛋白粉总灰分含量Fig. 3 Total ash contents in whey protein powders from different sources

2.1.4 不同来源的乳清蛋白粉水分含量

由图4可知，RQP2的水分含量最高，为10.5%，其次是RQP1，水分含量为7.7%，RQP3的水分含量为5.2%，RSP和RBP的水分含量均不足5.0%。5 种来源的乳清蛋白粉水分含量差异显著（P＜0.05），其加工工艺的不同可能是导致其差异的主要原因。

图4 不同来源乳清蛋白粉水分含量Fig. 4 Water contents in whey protein powders from different sources

2.1.5 不同来源的乳清蛋白粉pH值和酸度

酸度可以判断食品的新鲜程度，也可反映食品的质量指标，亦会直接影响食品的风味、色泽和品质的高低[19]。由表2可知，RSP的pH值最低，为5.2，酸度最高，为58.3oT，这是由于乳扇在加工过程中需要另加入酸水，酸水一般由酸木瓜制成[20]，影响了其最终副产物乳清水的酸度，后续作为食品加工原料可适当调整其酸度。RBP的pH值、酸度和3 种市售乳清蛋白粉较为接近，具有较好的食用品质。

表2 不同来源的乳清蛋白粉pH值和酸度Table 2 pH and acidity of whey protein powders from different sources

2.2 不同来源的乳清蛋白粉加工特性分析

2.2.1 不同来源的乳清蛋白粉溶解性

一般情况下，食品原料的溶解性对其加工特性会产生重要影响[21]。由图5可知，5 种乳清蛋白粉的溶解性均较高，都在90%以上，其中RBP的溶解性最好，为99.5%，RQP2和RQP3溶解性差异不显著，RQP1、RSP和RBP差异显著（P＜0.05）。总体来说，RBP和RSP均具有较好的溶解性，能够作为食品加工原料。

图5 不同来源乳清蛋白粉的溶解性Fig. 5 Solubility of whey protein powders from different sources

2.2.2 不同来源的乳清蛋白粉热稳定性

食品原料的热稳定性同样影响其加工的适用度，蛋白粉的热稳定性直接影响产品质量[22]。由图6可知，RSP和RBP的热稳定性相对较强，其沉淀率均小于4.0%，且随着温度的上升，热稳定性变化较小。而另外3 种市售乳清蛋白粉在温度为80 ℃以内沉淀率相对较小，RQP1的沉淀率相对稳定，但RQP2和RQP3的热稳定性在不同温度条件下均有轻微波动。

图6 不同来源乳清蛋白粉的热稳定性Fig. 6 Thermal stability of whey protein powders from different sources

2.2.3 不同来源的乳清蛋白粉EAI和ESI

食品原料的EAI和ESI是衡量蛋白质促进油-水型乳状液形成能力的指标[23]。由图7～8可知，5 种不同来源的乳清蛋白粉乳化性差距较大，其中RQP3的EAI相对较高，RSP和RBP的乳化性在不同pH值下的波动较大，说明pH值对乳扇、乳饼来源的乳清蛋白粉EAI产生较大影响。乳化性较好的RQP3乳化稳定性反而降低，RBP的ESI比RSP相对较高，这可能是由于长时间酶解使蛋白质分子水解为较小的肽和氨基酸，由于它们的分子结构较小，在油状微粒周围形成的蛋白质层更不稳定，因此不能有效防止油滴聚集，造成ESI降低。

图7 不同来源乳清蛋白粉的EAIFig. 7 EAI of whey protein powders from different sources

图8 不同来源乳清蛋白粉的ESIFig. 8 ESI of whey protein powders from different sources

2.2.4 不同来源的乳清蛋白粉制备酸乳的感官评价

将乳清蛋白粉加入酸乳中，可以增强酸乳的黏稠度及提高蛋白质含量，提升酸乳产品的整体感官质量[24]。为节约成本，从市售的3 种乳清蛋白RQP1、RQP2、RQP3中任选2 种RQP1和RQP2用于酸乳制备。将4 种乳清蛋白粉以相同的添加量分别加入鲜乳中，经过发酵制成酸乳产品。添加4 种乳清蛋白粉制成的酸乳均呈乳白色，有酸乳的发酵乳香，酸甜适中。由图9可知，组织状态以添加RQP1的酸乳相对较好，感官评分为80.3 分，添加RSP、RBP与RQP2的酸乳感官评分（分别为70.7、72.7、74.0 分）相差不大，说明来源于乳饼、乳扇的2 种乳清蛋白粉能够应用于酸乳加工，可以作为酸乳加工的辅助原料。

图9 各酸乳产品感官评分雷达图Fig. 9 Sensory evaluation radar map of yogurts with whey protein powders from different sources

3 结 论

本研究以乳饼、乳扇加工副产物乳清为原料，通过冷冻干燥技术制成乳清蛋白粉，分析表明：乳饼副产物所得乳清蛋白粉中蛋白质含量39.0%、脂肪含量6.0%、水分含量4.1%、总灰分含量7.7%、酸度23.2oT、pH 5.61，其加工特性为溶解性99.52%，沉淀率在不同温度下均小于3.2%，RBP的乳化性（EAI和ESI）在不同pH值下均大于42.7%；乳扇副产物所得乳清蛋白粉中蛋白质含量72.0%、脂肪含量19.8%、水分含量4.6%、总灰分含量8.1%、酸度58.3oT、pH 5.20，其加工特性为溶解性98.70%，沉淀率在不同温度下均小于3.5%，RSP的乳化性（EAI和ESI）在不同pH值下均大于50%；由乳饼、乳扇加工副产物所得2 种乳清蛋白粉应用于酸乳加工均可使酸乳呈乳白色和发酵乳香、酸甜适中。研究结果为该乳清蛋白粉原料的进一步开发利用提供了参考。