乳饼副产物乳清液制备乳清粉的工艺研究

黄 思，吴晓春，余智瑾，赵存朝，彭 磊

1 云南农业大学，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 云南省高原特色农业产业研究院，云南昆明 650201

4 云南省特色资源食品生物制造工程研究中心，云南昆明 650201

0 引言

乳饼是云南的传统发酵乳制品，因其独特的口感而深受消费者喜爱，被称为“中国式奶酪”，其产业的发展潜力巨大，市场前景广阔[1]，仅云南石林年加工鲜奶就达3 000 吨，乳饼产量近600 吨。通常，5～6 kg鲜奶可制作出1 kg乳饼，产量极低，大部分的乳饼副产物乳清液被当成废水排放，少部分用于制造猪饲料，造成了极大的资源浪费，还污染环境[2]。乳清液中有鲜奶近一半的营养成分，含有的脂肪品质好，易被人体消化吸收[3]。乳清蛋白是乳清的主要成分，为全价蛋白质[4]，具备人体所需的8 种必需氨基酸和脂溶性维生素[5]，消化率达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质，具有较强的抗氧化和抑菌活性[7]。乳清蛋白会受储存条件的强烈影响，从而导致蛋白质的化学和结构修饰，将其浓缩为乳清蛋白粉，能使蛋白质更加稳定，并且具备良好的再水合特性。因此，将乳清蛋白从乳清液中提取出来，是未来开发利用乳清蛋白的主要趋势[8]。本研究通过喷雾干燥技术对云南乳饼副产物乳清液进行加工，获得乳清蛋白粉，对其主要理化指标进行分析，为其后续进一步的开发利用提供重要参考。

1 试验材料与方法

1.1 材料和试剂

乳饼副产物乳清液，优牧品源有限公司；碳酸氢钠，云南智玖生物有限公司；硫酸铜、浓硫酸、硫酸钾、氢氧化钠、标准盐酸溶液、甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂、硼酸、乙醇（体积分数95%），国药集团化学试剂有限公司。

1.2 设备

水浴锅，常州智博瑞仪器制造有限公司；离心式喷雾干燥机，上海贺帆仪器有限公司；电子计量称，上海光正医疗仪器有限公司；pH计，上海越平仪器有限公司；离心机，厦门佰伦斯电子科技有限公司；ATN-300型全自动凯式定氮仪，上海一恒科学仪器有限公司；电热鼓风干燥箱，其林贝尔仪器制造有限公司；中空纤维超滤膜，天津膜天膜生物技术有限公司；超滤装置器，长安科学仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

工艺流程见图1

图1 工艺流程图

1.3.2 操作要点

（1）离心：离心机参数设置为3 600 r/min、15 min，因乳清液中仍含有脂肪，冲泡出来的水溶液上层有油脂，通过离心可以去除乳清液中的大部分脂肪。

（2）调节pH凝乳：使乳清液中的酪蛋白发生聚沉，同时由于乳饼制作是采用酸凝法，所得的乳清液为酸性，使用碳酸氢钠调至pH，有助于后期喷雾干燥时减少乳酸含量。

（3）巴士灭菌[9]：巴氏灭菌时设置温度为60 ℃，30 min。

（4）超滤、过筛[10]：去除乳清液中的大部分水分和乳糖。

（5）喷雾干燥：使用离心式喷雾干燥机，使用前必须确保喷雾干燥机是干净、无异味的，确保乳清粉收集器皿中没有太多的水分残留，水分太多会影响对乳清粉的收集，而影响出粉率。

1.3.3 单因素试验设计

以感官评分为指标，探究碳酸氢钠的用量（0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%）、凝乳pH（5.5、6、6.5、7、7.5）、离心机转数（3 000 r/min、3 300 r/min、3 600 r/min、3 900 r/min、4 200 r/min）、离心式喷雾干燥机进风温度（160 ℃、170 ℃、180 ℃、190 ℃、200 ℃）、蠕动泵数值的大小（60 Hz、65 Hz、70 Hz、75 Hz、80 Hz）等因素对乳清粉感官品质及溶解性的影响。在单因素基础上，结合正交试验对乳清粉的制备工艺进行优化，确定最佳工艺。

1.3.4 正交试验

在单因素试验的基础上，选择对乳清粉感官品质影响比较大的碳酸氢钠的用量、凝乳pH、蠕动泵的大小，每个因素确定3 个水平，利用L9（33）正交试验，确定乳清粉的最佳喷雾干燥工艺条件，具体因素水平如表1。

表1 正交试验因素水平表

1.3.5 感官评分

选10 名食品科学专业的人员经培训组成感官评定小组，将乳清粉用80 ℃的水冲泡，观察色泽和组织状态，闻气味，用温开水漱口后，品尝滋味，以色泽、滋味、气味、组织状态为指标进行评分。感官评价标准见表2，结果取平均值。

表2 乳清粉感官评分表

1.3.6 乳清粉品质测定

溶解度测定：称取2.5 g乳清粉样品置于50 mL烧杯中，加入适量的温开水，振荡5 min，静置10 min取上清液。测定蛋白质含量，重复3 次。溶解度（%）=（上清液中蛋白质含量/样品中蛋白质含量）×100%

持水性测定：称取2 g样品于离心管，加水振荡直至样品呈现糊状且无水析出，离心弃上清液，称量沉淀质量。持水性（%）=（沉淀物质量/样品质量）×100%

乳化性测定[11]：称取2 g样品，加入40 mL蒸馏水溶解，将溶液调节至不同的pH值，再加入40 mL色拉油，均质后离心，测定离心管中的乳化层高度和液体总高度。乳化性（%）=（离心管中乳化层高度/液体总高度）×100%

乳糖按照GB5413.5—2010[12]使用莱茵-埃农式法进行测定；水分按照GB5009.3—2016[13]进行测定；灰分按照GB5009.4—2016[14]进行测定；蛋白质按照GB5009.5—2016[15]进行测定，取1 g乳清粉放入消化管中，再加入0.4 g硫酸铜、6 g硫酸钾及20 mL硫酸于消化炉进行消化，当温度达到420 ℃以后继续消化1 h至消化管中的液体呈现绿色透明状，取出冷却后加入50 mL水，于自动凯氏定氮仪上实现自动加液、蒸馏、滴定和记录数据的过程。

1.3.6 微生物测定

大肠杆菌参照GB 4789.3—2016[16]进行检测；金黄色葡萄球菌使用GB 4789.10—2016[18]中的平板计数法进行检测；菌落总数参照GB 4789.2—2016[17]检测；沙门氏菌参照GB 4789.4—2016[20]检测；霉菌参照GB 4789.15—2016[19]霉菌总数测定方法进行检测。

1.3.7 数据处理

采用Excel 2019对单因素的试验数据进行分析和整理，采用SPSS20.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

由图2可知，碳酸氢钠的用量、凝乳pH、离心转数不同对乳清粉的品质、口感有较大的影响，碳酸氢钠用量为0.7%、离心条件3600 r/min、凝乳pH为6.5时，乳清粉的感官评分最高。进风温度不同对乳清粉感官品质、外观形态的影响比较大，随着进风温度的增加，乳清粉的品质、形态分散度越来越好，当进风温度到达180 ℃时，乳清粉的感官评分最高，品质最好。随着蠕动泵数值的增大，乳清粉品质也随即发生变化，蠕动泵数值为75 Hz时乳清粉品质最好。

图2 不同因素对产品感官评价的影响

2.2 正交试验结果

以碳酸氢钠的添加量、凝乳pH、蠕动泵的数值做3 因素3 水平的正交试验，试验结果如表3。根据表3可知，3 个因素对乳清粉感官品质影响的主次顺序为（A）碳酸氢钠用量＞（B）凝乳pH＞（C）蠕动泵数值。乳清粉最佳喷雾干燥工艺条件为A2B3C1。指的是碳酸氢钠添加量为0.7%、凝乳pH为6.5、蠕动泵数值为70 Hz。

表3 正交试验结果

由表4的方差分析结果可以看出，碳酸氢钠的用量对乳清粉的感官评分均具有显著影响（P＜0.05），凝乳pH和蠕动泵数值对乳清粉感官评分影响不显著（P＞0.05），综合3 个因素对乳清粉的影响，当碳酸氢钠添加量为0.7%、凝乳pH为6.5、蠕动泵数值为70 Hz时，乳清粉的感官评分最高。

表4 各因素对感官评分的方差分析结果

2.3 理化指标测定结果

通过试验数据得出，乳清蛋白粉的溶解性为95.18 g/100 g，能够作为食品加工原料。乳清蛋白粉的乳化性为72.07%。

2.4 微生物检测结果

微生物检测结果显示，菌落总数为94 CFU/g，未检出致病菌，符合国家规定的乳清粉微生物限定标准。

表5 理化指标测定结果

表6 微生物测定结果

3 结论

在制作云南乳饼的基础上，对乳清粉进行喷雾干燥工艺上进行研究，研究结果表明，乳清粉喷雾干燥工艺条件最佳为：碳酸氢钠添加量为0.7（%）、凝乳pH为6.5，进风温度为180 ℃、蠕动泵数值为70 Hz，离心速度3 600 r/min，按照此工艺流程及喷雾干燥条件得到的产品，呈乳白色或淡黄绿色粉末，复原后有乳制品特有的奶香味。所得的乳清蛋白粉中蛋白质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%，理化指标测定和微生物检测符合国标要求。在针对乳清粉溶解性的问题上，可以尝试用其他的食用碱进行pH调节，制备出产品后观察其滋味、气味和溶解性的情况，观察与碳酸氢钠相比两者那种溶解性更好，选择出更为优异的辅料[21]。在添加碳酸氢钠的时候乳清液温度应降至室温，杀菌后不宜马上添加，会产生大量泡沫导致外溢，使得乳清液减少，影响出粉率。用云南乳饼副产物乳清液生产出的乳清粉可用在冰淇淋、酸奶等制作工艺中，研究结果为该乳清蛋白粉原料的进一步加工利用提供了参考。