（食品科学与工程专业论文）乳清酒的研制.pdf

中国农业大学硕上论文 摘要 摘要 奶酒是我国北方牧区的传统饮料酒。乳清酒作为奶酒的一种，是利用( 牛) 奶生产奶酪时的 副产物乳清为原料，经酵母酒精发酵而制成的一种发酵型含酒精饮料。乳清酒中除蛋白质含 量较传统奶酒少以外，其它乳中成分几乎全含有，而且所生产出的产品具有特殊的保健功能和治 疗作用。 本研究首先对影响奶酒质量的关键因素酵母进行了研究。对收集到的四株酵母的发酵性 能的系统研究，结果表明：在以乳清作为基础的培养条件下，不同的酵母表现出不同的发酵性能。 酵母a 不能利用乳糖，耐酒精性能较好，在乳清液自然p h 值下，起酵速度较快，生产出的乳清 酒风味较好；酵母b 能较好的利用乳糖，在乳清自然p h 值下，起酵速度较快，生产出的乳清酒 风味较好。但是耐酒精性能和凝聚性一般；酵母c 不能利用乳糖，耐酒精性能较好，但是在乳清 自然p h 值下起酵速度一般，生产出的乳清酒风味和凝聚性一般；酵母d 不能利用乳糖，耐酒精 性能较好，凝聚性好，在乳清自然p h 值下起酵速度较快，生产山的乳清酒风味较好。通过对四 种酵母发酵性能的对比分析，确定酵母b 在乳清基质中的的发酵性能较其它三株酵母菌为佳从 产品的质量和风味来看，酵母b 较适宜用于乳清酒的酿造。 本研究对以酵母b 作为乳清酒的发酵菌株的适宜的发酵条件进行了研究。以乳清酒发酵过程 的降糖速度和产品风味为评价标准，通过对酵母b 的适宜发酵温度、发酵起始发酵液浓度、接种 量、主发酵时间的研究，发现酵母b 在1 0 3 0 。c 范嗣内，随发酵温度的升高发酵速度加快，但 是，随着发酵温度的升高，乳清酒的风味逐渐变劣，温度越商风味越差；发酵液浓度在2 0 以下 酵母b 都可以较好的发酵；接种量对降糖速度的影响同发酵时间有关，在0h 2 4h 内，接种 量越大，酵母起酵速度越快，在3 6h 6 0h 内，接种量对发酵液的发酵速度影响不大，在6 0h 7 2h 内，接种量越大，发酵速度越慢；酵母接种量对酒的口味影响不大。主发酵阶段，酵母在第 一、二、三天发酵速度较快，到第四天酵母降糖速度已明显减慢，第五天、第六天更慢。试验结 果表明，酵母b 在自然p h 、乳清浓度1 2 ，发酵温度1 5 c ，接种量5 的条件_ 卜，经4 5 天主发 酵，能生产出口味较好的乳清酒。 关键词：乳清，酵母，发酵 a b s t r a c t w h e yw i n ei sak i n do fm i l kw i n ew h i c hi sat r a d i t i o n a lb e v e r a g ew i n ei nt h en o a hh e r d i n ga r e ao f c h i n a t h eb a s i cm a t e r i a lo fw h e yw i n ei sw h e y , w h i c hi st h eb y - p r o d u c ti nc h e e s em a k i n g w h e yw i n e i sak i n do fa l c o h o l i cd r i n kf e r m e n t e db yy e a s t s ，w i t ha l m o s ta l ln u t r i t i o n a lc o n t e n t so ft h em i l ke x c e p t f o rp r o t e i n a n dw h e yw i n ea l s oh a ss o m eh e a l t h yf u n c t i o n s y e a s t ，w h i c hi so n eo ft h ek e yf a c t o r sa f f e c tt h eq u a l i t yo fw h e yw i n e ，w a ss t u d i e di n t h i sp a p e r s y s t e m e t i c a l l ys t u d yo fc o l l e c t e df o u rs t r a i n so fy e a s t ss h o w e dt h a ti nt h em e d i u mm a i n l yc o m p o s e do f w h e y , d i f f e r e n ty e a s t sh a dd i f f e r e n tf e r m e n t e dc h a r a c t e r i s t i c s y e a t sa ，ca n ddc a nn o tu s el a c t o s e ， w h i l ey e a s tbc a n y e a s ta ，ba n dds t a r t e df e r m e n t a t i o nr a p i d l ya tn a t u r a lp hv a l u eo fw h e y , w h i l e y e a s t scd i dn o t y e a t sa ，ca n ddh a db e t t e rt o l e r a n c eo fa l c o h o la n da g g l u t i n a t i o nt h a ny e a s tb h a v o r o fw h e yw i n ef e r m e n t e dw i t hy e a s ta ，bo rdw a sb e t t e rt h a nt h a tw i t hc y e a s tbw a ss e l e c t e df o r f u r t h e rr e s e a r c h o p t i m a lf e r m e n tc o n d i t i o n so fw h e yw i n ew i t hy e a s tbw e r ea l s os t u d i e d d e c r e a s eo fc a r b o h y d r a t e s a n df l a v o ro fw h e yw i n ew a su s e da se v a l u a t i o nc r i t e r i a i tw a ss h o w e dt h a t ，s p e e do ff e r m e n t a t i o n i n c r e a s e dw i t ht e m p e r a t u r e w i t hw o r s ef l a v o r q u a l i t yo fw h e yw i n ei n t h er a n go f1 0 3 0 c f e r m e n t a t i o nw e n tw e l li nt h ew h e ys o l u t i o n sh a dc o n c e n t r a t i o n so fs o l u b l es u b s t a n c e sl o w e rt h a n2 0 e f f e c to fd o s eo fi n o c u l a t i o no nr a t eo ff e r m e n t a t i o nc h a n g e dw i t hf e r m e n t i n gt i m e a n di n o c u l a t i o n d o s ed i dn o ta f f e c tt h ew i n ef l a v o rq u a l i t y f e r m e n t a t i o ni nt h ef i r s tt h r o ed a y sw a sf a s ta n dw e n td o w ns i g n i f i c a n t l yi nt h en e x tt w od a y s i t s h o w e dt h a tu n d e rt h ec o n d i t i o nn a t u r a lp hv a l u eo fw h e y , a n di n1 2 c o n c e n t r a t i o no fs o l u b l e s u b s t a n c e si nw h e y , a tt h et e m p e r a t u r eo f1 5 c ，w i t hi n o c u l a t i o nd o s eo f 5 ，g o o dq u a l i t yo f w h e yw i n e c o u l db em a d ew i t hy e a s tba f t e r4 5 d a y sm a i nf e r m e n t a t i o n k e yw o r d s ：w h e y ，y e a s t ，f e r m e n t a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：；厶；交m 傻时间：切 多年，月拥 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：；乙；夫j 弓 时间：年厂月) j 日 导师签名：聊 时间：。年厂月2 日 中国农业大学硕七论文 第一章前言 第一章前言 乳清酒是( 牛、马等) 奶经蛋白质分离后，再经过酵母发酵而制成的一种含酒精饮料。它属 于奶酒的一种。 1 1 奶酒概述 奶酒历史源远流长，塞西弧部落大约在2 5 0 0 年以前以酸马奶酒的形式饮用马奶吐著名的希 腊史学家赫罗多特( h e r o d o t ) 记载，公元前5 世纪，马奶酒是赛西亚人最喜爱的饮料，他们在高木 桶中发酵制作马奶酒。两千年前的西汉时期，我国北方少数民族匈奴人、鲜卑人就已经把奶酒作 为主要饮品了【”。据史料记载，蒙古族人民在远古时代就有制作和饮用酸马奶的习惯，7 0 0 多年 前的蒙古史中就有“彻夜捣制酸马奶”的描述。 从工艺上看，奶酒可分为发酵型奶酒和蒸馏型奶酒两种。 发酵型奶酒是以牛奶或马奶等为原料，经乳酸菌、酵母发酵而成，酒度很低，酸味爽口，营养 价值高，具有疗效功能和生理活性物质，是一种营养丰富含有酒精的乳饮料。传统的发酵型奶酒 主要有原产中亚高加索地区的牛奶酒( 开菲尔k e f i r ) 、酸马奶酒( 库密斯k o u m i s s ) 和我国的马 奶酒( k u m y s ) 。 中亚地区的牛奶酒( 开菲尔) 是以牛奶为原料，添加含有乳酸菌和酵母的特殊粒状发酵剂仔f 菲 尔粒) ，经过发酵生成略带碳酸气的酒精性饮料口j 。开菲尔发酵的主要终产物是乳酸、乙醇和二氧 化碳，另外还有痕迹量的乙醛、双乙酰和丙酮等。开菲尔一般呈粘稠状，带有一定量的气泡，产 品带有一种新鲜感的酸味和酵母的清淡味道。这种产品适合于乳糖不耐症患者食用，并有防止便 秘和开胃等功能。这种产品最有价值之处是含有0 2 0 7 酸牛奶酒多聚糖( k e f i r a n ) ，这种糖 进入人体后可刺激蛋白质消化。 库密斯( k o u m i s s ) 是中皿地区的传统食品【3 j 。最初库密斯由马乳为原料制成的，因此又称马 奶酒。但现在多采用牛乳为原料，添加蔗糖来生产。库密斯的生产较为简单，原料乳经9 0 9 2 、5 m i n 杀菌处理后，冷却至2 6 2 8 c ，加入1 0 3 0 的发酵剂，使得原料的酸度增加至0 5 乳酸度，在2 6 2 8 。c 培养约1 h ，并不断搅拌，使产品里均匀光滑的质地，并产生轻度的气泡。 发酵结束后，将凝乳冷却至1 8 2 0 c ，装瓶之后在常温下放置数小时使c 0 2 富集，最终产品为 具有清新乳酸风味的含气饮料。 马奶酒( k u m y s ) t 又称酸马奶，在蒙古语中称c h e g e ( 策格或七格) 1 1 。它是以鲜马奶为原料， 加入含有乳酸菌、酵母菌等菌种的发酵剂，经科学方法发酵酿制而成的活性乳饮料。是蒙古族、 哈萨克族等人民传统的保健上等饮品。据专家们考证调查【”，在远古的时候，居住在我国北方草 原上的少数民族，由于游牧生活的需要，牧民们外出时常将灌满马奶的皮囊背在身上，这样因为 身体体温作用的原因，加之骑马颠簸的缘故，常使皮囊内的马奶由于温度升高，而发酵变酸并呈 中国农业大学硕士论文 第一章前言 渣状。牧民们通过品尝后发现，这种发酵并呈渣状的马奶，异常的好喝，并给人以兴奋感。这种 发酵并呈渣状的马奶便是现在学者们所公认的我国最早的马奶酒了。后来，一些牧民们便在总结 这种马奶酒自然形成过程的基础上，并在实践中经过多次反复的试验后，提出了“桐治”的这种 马奶酒的最原始的人工制作法。“桐”是撞击的意思，就是把马奶装在皮囊内，经过连续撞击， 使其升温发酵，成为马奶酒。 蒸馏型奶酒蒙语称为“赛林艾日哈” 4 1 ，是以乳渍和鲜牛奶为原料，经乳酸菌和酵母菌发酵 后再蒸馏制成的。蒸馏型奶酒出现年代尚未定论，估计至少在元朝以前。民间传说，铁木真统一 蒙古各部落时，他的妻子勃儿贴兀真在煮酸奶时，偶尔发现锅盖下的冷凝液散发出清醇酒香。就 发明了蒸馏器具，制取了清彻透明的奶酒。蒸馏型奶酒一般酒度较高，酒液澄清透明，可以贮存 较长的时间，但营养物质含量较少。 传统的奶酒生产是把( 牛、马、羊等) 奶放入桶( 缸、罐) 中，靠自然富集乳酸菌、酵母菌 等进行自然乳酸、酒精发酵，发酵过程一般是先进行乳酸发酵。乳酸菌分解乳糖，产生乳酸，使 发酵醪酸度逐渐增加，黏度增大，随着酸度的增加，乳酸发酵逐渐减弱，酵母酒精发酵逐渐增强， 最后生产出的产品是固一液混合物。由于发酵过程中微生物的种类和数量受环境和季节气候影响， 不同季节，不同地区发酵时所富集的微生物种类和数量差别较大，所以产品质量不稳定，口味相 差大，同时由于纯奶中可发酵性糖较少，所以产品中酒精度较低，常温不能久贮，但营养丰富。 随着酿造实践的发展，人们不断总结经验，提高了奶酒的制作工艺，使得奶酒的质量也不断 提高。现在的奶酒工艺，是在传统奶酒工艺上的发展：酿酒原料上除了用纯( 牛、马、羊等) 奶 为原料外，还有还原乳、乳清等，尤其是乳清酿酒，越来越受到人们的重视。同时为了强化酒精 发酵过程，原料中往往加入定量的糖类物质( 如蔗糖、乳糖、糖浆等) ，使酿山的酒酒精度更 高；同时酿酒工艺上有了较大的改进，形成了各种各样的酿酒工艺，有的采用仿传统工艺但在 酿酒微生物上人都采用了经过分离筛选的纯种乳酸菌和酵母菌或开菲尔粒；有的采用先乳酸发酵 斤酒精发酵丁艺；有的采用仿啤酒工艺生产奶啤酒等。 虽然现在奶酒生产工艺各异，质量不断提高，产最不断增大，奶酒生产也由原来的家庭作坊 式生产逐渐进入工业化生产阶段。但与中国传统白酒、啤酒、葡萄酒等相比，无论是生产规模， 还是生产技术都还有很多工作需要做。 1 2 乳清洒概述 乳清酒可以说是奶酒的一种，它主要是利用在于酪或干酪素生产中的副产物乳清来生产 的一种发酵酒。 乳清是用酸、热或凝乳酶对牛乳进行凝乳处理时分离出米的水质部分，是一种总固体含量 在6 0 6 5 的透明的浅黄色液体。乳清按生产干酪时的工艺不同可分为：甜乳清、酸乳清和含 盐乳清。其主要成分为乳糖、部分的乳清蛋白和矿物质。乳清的化学成分随原料乳的来源和生产 工艺的不同而略有变化。其组成见表1 - 1 。 2 中国农业大学碳士论文 第一章前言 表卜1乳清的种类及其组成( ) 从上表中可以看出，乳清中含有的绝大部分是水，固形物较少，固形物中主要是乳糖，可 以为酵母提供碳源，同时又可做发酵底物，由于乳糖总量较少，发酵时还可添加其它糖类，以做 发酵底物。其次，固形物中含有较多的蛋白质类物质，其中主要是清蛋白和蛋白质的分解产物， 如胨、肽等，能为酵母提供良好的氮源。第三，含有足够的矿物质，能满足酵母菌对矿物质的要 求。第四，牛奶中含有微生物所需的生长因子，进入到乳清中，能满足酵母菌对生长因子的需要。 第五，酸乳清和经脱脂处理后得到的乳清含脂肪少，利于酿酒。乳清中的营养物质占原料奶质量 分数的5 5 ，其中干物质质量分数约6 8 ，粗蛋白质量分数1 ，总糖质量分数3 - 5 ，还 有多种矿物质和水溶性维生素等。乳清蛋白效价比( p f r 值) 为3 0 1 5 1 ，仅次于鸡蛋蛋清的p f r 值( 3 8 ) ，而酪蛋白的p f r 值却只有2 5 。科学研究证实乳清蛋白不仅易于被消化吸收，而且其 必需氨基酸组成完全符合或超出f a o w h o 要求。乳清蛋白的功能性成分含量丰富：b ，乳球蛋白 占4 8 左右，a l 白蛋白占1 9 左右，牛乳血清蛋白占1 5 、免疫球蛋白占8 ，其他的组分为 乳铁蛋白、乳过氧化酶、生长因子和许多生物活性因子及酶。研究证明这些物质均具有一定的生 物活性，其中增强免疫力、促进艰歧杆菌生长、降低癌症发病率等功能现已被证实。乳清蛋白中 还富含半胱氨酸和蛋氨酸，这种含硫氨基酸对人体是非常重要的，它具有抗肌体氧化作用，并且 具有在细胞分裂时能稳定d n a 的功能。 1 2 1 乳清来源及处理 目前乳清的获取主要依靠以下几种方法： 1 ) 干酪素生产中排出的乳清 此法得到的乳清脂肪含量少( 已经经过脱脂处理) ，p h 值基本在4 2 4 8 之间，大部分在4 6 左右。生产干酪素方法有乳酸发酵法干酪素、酸法干酪素、凝乳酶法千酪素，由于生产方法的不 同，乳清成分会有些差别，乳酸发酵法得到的乳清乳糖含量较少，但乳清中含氮物质较多，尤其 是低分子含氮物较多，这都是乳酸菌发酵的结果。 2 ) 干酪生产排除的乳清 中国农业大学硕士论文 第一章前言 此法得到的乳清最好是加盐之前的乳清，加盐之后的乳清中含较多的盐，必须采用电渗析或 离子交换等方法除去盐后才能发酵。此外其成分与生产干酪素法得到的乳清差不多，但脂肪含虽 较多，不利于酒的长期贮存。 3 ) 可将牛奶经乳酸发酵、蛋白分离后获得，其工艺如下： 新鲜牛奶( 不舍抗生素) 一加糖( 5 8 ) 一加热( 8 0 8 5 。c ，2 0 m i n ) 一冷却( 4 0 4 5 c ) 一接种( 乳酸菌) 一发酵( 4 0 4 36 c ) 一加热( 8 0 。c ) 一过滤一乳清 4 ) 凝乳酶法 工艺过程如下： 新鲜牛奶一加热杀菌一冷却一调酸或发酵一加凝乳酶一搅拌一分离一乳清 t 凝乳酶稀释( 4 0 倍2 食盐水) 5 ) 乳清粉加水稀释 以上几种方法中，1 ) 、2 ) 是乳清的主要来源：3 ) 、4 ) 为用原料乳酿酒提供了良好途径，也 是实验时获得乳清的种方法；5 ) 只在实验时使用的一种方法。 1 2 2 乳清酿酒的意义 近年米，随着人们对营养健康食品认识的提高，蛋白质、脂肪含量相当于原料奶1 0 倍的高 营养含量的干酪，消费量成为世界上唯一保持连续上升的乳品【6 】。据报导，1 9 8 4 年世界干酪产量 为1 2 3 3 7 万吨，1 9 8 9 年上升到1 4 4 4 4 万吨，至1 9 9 0 年已达1 8 0 0 万吨，这三个年度干酪用奶量 占世界鲜奶总量的份额分别为3 1 、3 3 和3 5 7 1 。按生产1 吨干酪排放9 吨乳清计，每年都有 上亿吨的乳清等待利用和处理。有数据显示，伴随着干酪和干酪素生产的增长，仅1 9 9 9 年就有 1 5 4 亿吨的副产物乳清排出，其中美国液态乳清供应量为3 3 0 0 万吨，新西兰为5 0 0 万吨，加拿 人为4 0 0 多万吨，澳大利亚3 0 0 万吨左右1 8 j ，这些国家不得不把乳清的再利用问题放在首位。 在我国，由于经济、技术和饮食风俗等多方面的原因，干酪生产还处于起步阶段，生产厂家 较少，但是，仅北京华冠乳品公司和东直门乳品厂两家每年就排放乳清1 7 万吨 。1 9 9 4 年投产 的包头骑士乳品集团公司，全部设备和技术从a p v 一丹麦d t i ) 引进，设计能力为日处理鲜奶5 0 吨，年产契达干酪和g o u d a 干酪共1 5 0 0 吨，重制干酪7 0 0 吨，即排放乳清1 9 8 万吨。黑龙江长 吉岗生产的契达干酪和再制干酪产量也正在与日俱增，研究人员作了初步统计，按人年均消费2 k g 干酪，则2 0 3 0 年1 6 亿人口需干酪3 2 0 万吨，随着我国干酪产量的不断增加，乳清的排放量也是 相当可观的。 工业发达国家非常重视乳清的再利用问题，一些国家已具备较强的乳清处理能力：如荷兰处 理量达9 5 ，德国与美国达7 0 ，英国和独联体为5 0 左右。即便如此，世界上尚有4 0 5 0 的乳清不能被再次利用哪。大量的乳清排放，不仅是资源的浪费，而且对环境造成了严重的污染， 4 中国农业大学硕士论文 第一章前言 因为乳清营养丰富，乳糖含量高，消耗水中的溶解氧，要比城市一般污泥的污染力达1 0 0 倍。所 以，无论从综合利用资源还是环境保护的角度看，合理开发利用乳清已成为迫在眉睫的全球性问 题了。 人们很早开始重视乳清的开发利用。起初，人多是采用提取技术加以回收的，如：乳清粉、乳 清浓缩物、乳清膏、乳清蛋白、乳糖等产品。 随着超滤、反渗析、电渗析等技术的应用，乳清的综合利用得到进一步提高。目前，估计有 超过3 5 种不同类型的乳清制品可应用于食品、饲料、药品和化妆晶工业1 1 。b o y a v a l ，p 等人1 1 1 1 利用乳清连续发酵生产乳酸，并采用超滤和电渗析技术进行产物浓缩回收，发酵反应器与电渗析 器连用，乳酸浓度可在8 5 9 l 左右。r o y , d 等人【l ”以乳清渗透物为原料，利用游离的海藻酸钙凝 胶包埋固定化的瑞士乳杆菌连续发酵生产乳酸，并对发酵过程的动力学进行了研究。m n l l i g a n ， c n 【”j 石开究了在三级反应器中，利用链球菌连续发酵乳清生产乳酸铵，所得的发酵产物用做优质 的动物饲料添加剂。z a y c d ，g t 州利用乳清生产单细胞蛋白，研究发现：当乳糖浓度为1 2 时，菌 体产率最高，达9 m g m l 。添加4 9 l 的酵母膏，可使菌体产率提高到1 6m g m l ( 干重) ，蛋白质 含量：达4 5 一5 4 ，酵母生产的适宜p h 值为4 6 ，菌体在生长初期蛋白质含量最高。现在美国 至少有两家大的工业化工厂利用乳清生产单细胞蛋白，而法国也有三家之多这样的j _ = 厂，单细胞 蛋白用作食品或饲料，而副产物乙醛和乙醇则作为工业原料。 微生物的进一步发展，推进了乳清的充分利用，b a j p a i 1 5 j 以枯草杆菌( b a c i l l u ss p ) 为菌种， 以干酪乳清为底物发酵生产a 淀粉酶，在搅拌反应器中，使用添加脱脂大豆粉和玉米淀粉的乳清 做底物时，发酵3 0 h ，酶产率可达2 0 0 0 u m l 。s a v o v a 1 6 1 等人利用乳清发酵生产乙醇，使用乳糖利 用菌i c f r s n i l l s 2 6 9 ，接种量高达2 0 ，温度3 0 3 2 。c ，p h 4 5 ，1 0 0 l 乳清可得9 6 的乙醇2 l 。m a r w a h a 和k e n n p d y 17 j 用褐藻酸钠和角叉胶包埋固定克鲁维酵母n c y c l 7 9 生产乙醇，以乳糖含量为9 8 的乳清为底物，在p h 值5 5 ，3 0 ，2 0 0 r m i m 条件下，每升乳清可获得乙醇4 2 6 9 ，使得乳清成 为乙醇的又一重要工业原料。 由于乳清总固体含量在6 0 6 5 ，固形物比较少，而以上对乳清的处理方法的加工工艺都 比较复杂，设备投资大，生产成本高，生产出的产品往往得不偿失。如果用乳清酿酒，只需对乳 清进行简单的处理和成分调整后就可以生产，不需要把乳清中含量最高的成分水分离出去。 用乳清做酒可采用如下工艺： 乳清一除盐_ 调配一杀菌一发酵一贮存一过滤一包装 用此法酿酒，加工工艺简单，需要的设备少，操作方法简单，加工成本低，浪费少，有利于 综合利用。同时乳清酒作为奶酒的一种，除蛋白质含最较传统奶酒少外，其它乳中成分几乎全含 有。同时，乳清酒是经乳清经乳酸、酒精发酵而成的，其特殊的保健功能和治疗作用是毋庸置疑 的。 综上所述，用乳清酿酒不但是综合利用乳清的最好方法之一，而且能生产出具有一定保健功 能和治疗作用的酒品。 5 中国农业大学硕士论文 第一章前言 1 2 3 乳清酒的研究现状及发展前景 在第二次世界大战期间，由于原材料的短缺，人们开始研究利_ j 乳清生产含醇饮料获得成功 并且延续至今。乳清酒因其疗效性、滋补性和新鲜性在欧洲的西部很受欢迎，甚至作为运动员的 补品而享誉一时”】。b a l d w i n l t ”1 在一百多年以前就研制了用乳清和焦糖制造的一种有兴奋作用的 低酒精含量的饮料。k o s i k o w s k ia n dw z o r e k t ：z o j ；f l j 用含2 8 圆形物的酸乳清，经过超滤、去除矿物 质，再接种酵母菌，在3 0 培养5 - 6 天，能利用2 4 的乳糖，不需添加任何碳源即可获得乙醇 含量为1 2 1 4 的乳清酒。r o e d e r 【2 1 】的专利则是先将乳清浓缩至原体积的2 5 3 3 ，再除去蛋 白质、脱色、接种，所得产品含乙醇0 7 5 1 5 ，最后可根据需要进行调味，这是比较具有代 表性的乳清酒制品。 我国对用乳清发酵酿酒也有研究。东北农学院的万贤生哪完成了微生物发酵生产乳清饮的研 究课题，经发酵乳糖分解率为1 8 1 9 ，可得乙醇含量为0 4 的低酒度饮料。北京市发酵工业 研究所谢达忠等人【2 2 】报道了乳清酿酒的研究，在乳清中添加2 0 左右的蔗糖，用混和酵母发酵， 可产乙醇1 6 的乳清酒。其t 艺流程如下： 乳清一杀菌冷却一接种发酵- 加醇( 或不加醇) 陈酿一过滤一化验调配_ ，精滤装瓶一巴氏 灭菌一成品 扬州人学农学院的谢继志等人口3 】进行了乳清酒的研究，去除乳清蛋白的发酵液在自然d h 值时，接种后发酵2 4 4 8 h ，发酵效果最佳。其工艺流程如下： 水蔗糖和乳糖 如下 乳清粉一复原一调整成分一杀菌冷却一接种发酵一过滤一装瓶一巴氏灭菌一成品 k = 江人学动物科学学院的赵红梅等 2 4 1 进行的乳清啤酒的研究，其工艺流程如下： 酵母菌_ + 5 m i 试管液体培养- + 3 0 m l 三角瓶液体，摇床培养一1o o r ni 三角瓶液体，摇床培养 一静置分离一接种 l 牛乳一含乳酪乳清一过滤分离一澄清透明乳清一加热杀菌一冷却( 15 1 2 以下) 一发酵 tttl 乳酸菌加啤酒花( 0 1 )补糖( 灭菌、冷却) j i 储存+ - 灭菌+ - 过滤装瓶- 低温成熟一分离出酵母转入密封桶中继续发酵- 发酵 东北农业大学食品科学与工程学院教研室的包怡红等瞄1 进行了多肽乳清酒研究，其工艺流程 乳清水解液一i0 0 c 灭菌3 0m i n 一冷却至室温一接种量5 一2 8 培养一风味调配_ 过滤一装 瓶- 巴氏消毒一成品。 6 中国农业大学硕士论文 第一章前言 除此之外，黑龙江省轻工科学研究院的李强等0 6 1 进行的乳清蒸馏酒的研究等。 虽然用乳清酿酒在我国和世界上都有研究，但火多停留在较低水平和实验室阶段，大规模生 产还没有完全形成，同时由于酿酒时使用的菌种不同、外加糖等不同、采用的工艺不同等原因， 乳清酒的发酵条件、酒精度、产品风味等差别较大，形成了不同风格的乳清酒。 虽然乳清酒的研究还处于起步阶段，但是随着人们生活水平的不断提高、营养意识的不断增 强，奶酪的需求最将不断增大，乳清的产量也会越来越大，用乳清酿酒将有充足的原料，并将逐 渐形成规模化、工业化生产。以乳清为原料生产奶酒是乳清综合利用的有效途径之一，并且加工 工艺简单，加工成本低，同时乳清酒风味独特，营养丰富，具有一定的保健和疗效作用，将会越 来越受到人们的青睐，我们有理由相信，不久的将米，乳清酒将会继白酒、啤酒、葡萄酒之后， 成为酒类中的新宠。 1 2 4 本项研究的目的和内容 奶酒是我国北方牧区的传统饮料酒。乳清是生产干酪时的副产物，随着我国干酪消费量的逐 年大增，干酪的生产将会在未来的几年内逐渐成为乳品加工的热点。随着干酪产量的增加，将产 生大量的副产物乳清，若不能很好地开发利用乳清制品，必将会造成资源上的严重浪费。以 乳清为原料生产营养丰富的乳清酒是乳清综合利用的有效途径之一。 本项研究设计采用乳清为原料，采用乳清加糖工艺酿制起泡乳清酒，主要内容通过一系列菌 种筛选试验，选择一株对多种糖( 常见的二糖、三糖) 利用能力都较强，尤其是对乳糖利用能力 较强的、生产出的产品风味好的酵母菌菌株，并对该菌株的发酵工艺条件进行初步测定，以期探 索出一条利用乳清酿造起泡乳清酒的可行之路。为此，本文主要进行了以下两方面的研究： 1 、选择的四株不同来源的酵母菌进行生产性能的测定和产品风味品评，从中选出发酵性能 较好的一株酵母菌作为研究用发酵菌株。本研究中对酵母的性能研究主要包括： ( 1 ) 对四株酵母菌进行最适发酵p h 测定，以便找到适于乳清原始p h 的发酵菌株。 ( 2 ) 对四株酵母菌进行利用糖情况测定，以期找到对乳糖利用能力强，对常见低糖( 蔗糖、 麦芽糖等) 利用能力也较强，同时发酵出的产品风味好的菌株。 ( 3 ) 对四株酵母菌进行凝聚性测定，以期找到凝聚性好的菌株，以便发酵结束时及时分离 酵母。 ( 4 ) 对四株酵母菌进行耐受酒精度测定，以期找到在较高的酒精度下仍能正常发酵的菌株。 2 、对选出的发酵菌株进行发酵条件的研究，以期找到合适的发酵条件，保证产品的质量。 其主要研究内容包括：起始发酵液浓度的确定、发酵最适温度的确定、最适接种量的确定和主发 酵时间的确定。 7 中国农业大学硕士论文 第一二章酵母菌株发酵性能的研究 2 1 试验菌种 乳酸菌 酵母a 酵母b 酵母c 酵母d 第二章酵母菌株发酵性能的研究 市售 葡萄滔酵母 奶酒菌株 酒精酵母 啤酒酵母 2 2 试验药品 葡萄糖 蔗糖( 白砂糖) 麦芽糖 乳糖 麦芽三糖 牛奶 食用级乳酸 碳酸氢钠 2 3 实验仪器 丹麦汉森公司 呼和浩特市新维尔葡萄酒厂 包头轻工学院分离并保存 华资实业酒精生产用酵母 塞北星啤酒厂生产用酵母 天津市大茂化学制剂厂b r 5 0 0 9 华资实业内蒙占包头市食用级 天津市大茂化学制剂厂b r 5 0 0 9 天津市大茂化学制剂厂b r 5 0 0 9 天津市大茂化学制剂厂b r 5 0 0 9 市售华资实业奶站 天津市大茂化学制剂厂b r 5 0 0 9 天津市大茂化学制剂厂b r 5 0 ( 0 大容量全温振荡培养箱 生化培养箱 电热恒温培养箱 电热恒温鼓风干燥箱 灭菌锅 超净台 显微镜 恒温水浴锅 自动电位滴定计 滴定装置 酸度计 d o h 2 ，2 0 0 l b l r h 1 5 0 d h p 9 1 6 z d h g 9 1 4 5 a 型 l m q i r - 4 0 6 0 x s z 4 g x m a d a z d 2 型 d z - 1 型 p h s 2 型 上海一恒科技有限公司 上海一厘科技有限公司 上海一恒科技有限公司 上海一恒科技有限公司 山东医疗器械股份有限公司 苏净集团安泰公司 上海精密科学仪器有限公司 余姚市亚星仪器仪表有限公司 上海第二化学仪器厂 上海第二化学仪器厂 上海第二分析仪器厂 8 中国农业大学硕士论文第二二章酵母菌株发酵性能的研究 2 4 乳清的制备 本试验设计用乳清来酿造奶酒，首先应大量收集乳清以备用。大生产中乳清来源主要是奶酪 的副产物，本试验中乳清来源是牛奶经乳酸发酵、蛋白质分离得来的，其生产流程如下： 菌种活化一扩大培养 i 牛奶_ 加热杀菌( 9 5 。c5 r a i n ) 一冷却( 4 5 。c ) 接种( 3 5 ) 一发酵( 4 1 4 3 ) 一加热( 9 0 1 0 0 ( 2 ) 一过滤一乳清一备用 j 蛋白质 本试验乳清的制备基本采用酸奶生产流程，t 业生产中，乳清主要来源于奶酪生产的副产物。 实验中对牛奶要求其酸度1 8 。t ，杂菌数 酵母b 酵母a 酵母c 。 从感官评定和适宜的发酵p h 两方面综合来考虑，酵母c 较差，酵母b 、酵母d 、酵母a 的 差别不大。 2 ，6 2 2 酵母利用糖情况 ( 1 ) 酵母a 、b 、c 、d 对不同糖的利用情况见图2 - 6 、2 - 7 、2 - 8 、2 - 9 。 1 3 1 2 1 1 1 0 01 23 45 时间d 图2 7 酵母a 的糖利用曲线 01 23 45 时间d 图2 - 8 酵母b 的糖利用曲线 i 二i 矿1 + 麦芽糖 + 乳糖 j 垂茎三董j + 蔗糖j j + 麦芽糖l i + 乳糖 - ! 二童蔓三赞j 遂越蛏群枯撼 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 球毯蟥疑献撼 中国农业大学硕士论文 第二章酵母菌株发酵性能研究 ： 012345 时间d 图2 - 9 酵母c 的糖利用曲线 ! 012345 时间d 图2 1 0 酵母d 的糖利用曲线 从上图2 - 7 可以看出，酵母a 较易利用蔗糖、麦芽糖，且利用速度相近，能利用麦芽三糖， 但是麦芽三糖不是酵母a 的最适作用底物，而酵母a 几乎不利用乳糖。 从上图2 - 8 可以看出，酵母b 较易利用乳糖、蔗糖、麦芽糖，且利t ! i 速度相近，同时该酵母 也能利用麦芽三糖，但是麦芽三糖不是酵母b 的最适作用底物。 从图2 - 9 可以看山，酵母c 较易利用蔗糖、麦芽糖，且利用速度相近，能利用麦芽三糖，但 是麦芽三糖不是酵母c 的最适作用底物，而酵母c 几乎不利用乳糖。 从上图2 - 1 0 可以看出，酵母d 较易利用蔗糖、麦芽糖，且利用速度相近，能利f f = i j 麦芽三糖， 但是麦芽三糖不是酵母d 的最适作用底物，而酵母d 几乎不利用乳糖。 1 9 3 2 1 0 9 8 7 6 堡倒璜班5甜鳟 3 2 1 o 9 8 7 6 遂世烂攥毒奠搏 中国农业大学硕士论文 第二章酵母菌株发酵性能研究 ( 2 ) 发酵度、酒精度和感官评定见表2 - 4 表2 - 4酵母a 、b 、c 、d 的发酵度、酒精度和感官评定 从表2 4 中可以看出，虽然酵母a 、b 、c 、d 都能进行发酵液的发酵，但是a 、c 、d 由 于不能发酵乳糖，其发酵度较低，发酵液中残糖较高，形成的酒精较少，酒精度较低。从感官特 性上看酵母a 、b 、d 相差不多，以酵母d 的感官指标最好，酵母c 的感官指标较差，酵母a 、 b 的感官指标介于中间。从能发酵乳糖方露考虑，酵母b 发酵效果特别突出。 虽然酵母a 、b 、c 、d 都能进行发酵液的发酵，但只有酵母b 能利用乳糖发酵，所以发酵 度高，形成的酒精多，同时生产的酒的感官指标也较好。所以从这一点上看酵母b 效果最好。 2 6 2 3 酵母凝聚性 表2 - 5 不同酵母t s 值 从上表2 - 6 可以看出，酵母d 凝聚性最好，酵母a 凝聚性次之，酵母b 凝聚性第三，酵母c 最差。 2 6 2 4 酵母耐酒精度测定 表2 - 6 酵母耐酒精度结果表 + 表示有气泡产生一表示正气泡产生 丛上表2 6 可得到四种酵母耐受酒精情况( 见表2 7 ) 中国农业大学硕士论文 第二章酵母菌株发酵性能研究 裹2 - 7 不同酵母耐受酒精情况 从上表2 7 可以看出，以上四种酵母以酵母c 耐酒精能力最强，酵母a 次之，然后是酵母b 和酵母d ，但以上四种酵母耐酒精能力均在1 2 以上，对于生产低酒精度的乳清酒( 5 度以内) ， 以上四种酵母都适用。 2 7 小结 从以上测定结果得出：在适应乳清原始p h 值方面，酵母a 、酵母b 、酵母d 在乳清原始p h ( 4 6 ) 的条什下起酵速度和发酵速度快，且相差不大，酵母c 最差；在对糖的利用方面，酵母a 、 酵母b 、酵母c 、酵母d 对蔗糖、麦芽糖发酵能力都较强，酵母a 、酵母c 、酵母d 对乳糖几乎 不利用，只有酵母b 发酵乳糖能力强，发酵度高，对于含一定乳糖的乳清进行发酵，酵母b 更适 合；在发酵生产出酒的感官质量方面，酵母a 、酵母b 、酵母d 发酵生产的酒感官特性都较好， 酵母c 稍差：在凝聚性方面，酵母d 凝聚性最强，酵母a 凝聚性次之，酵母b 凝聚性第三，酵 母c 最差；同时四种酵母耐受酒精性能都较好。 从以上结果可以看出，酵母b 虽然凝聚性等方面不是最好，而在其他方面都较好，尤其是对 乳糖的利用能力上特别突出，所以考虑到乳清中含有一定的乳糖这一特点，选择酵母b 作为发酵 菌株。 由于酵母b 的凝聚性较差，所以主发酵结束后酵母不易分离，如果酵母分离不好，在后发酵 时容易造成酵母自溶，给乳清酒带米不良的酵母臭味。如果适当降低酵母沉积温度，或采用适当 缩短发酵时间，分多次分离酵母等方法，可以避免产生酵母臭产生。 3 1 研究方法 第三章酵母b 发酵条件的确定 3 1 1 发酵温度的确定 向乳清中加入蔗糖至发酵液浓度1 2 ，然后经加热杀菌，冷却到1 5 。c ，分别向上述溶液接入 酵母菌培养液，接入量为5 ，分别在i o 。c 、1 5 。c 、2 0 。c 、2 5 c 、3 0 * ( 2 、3 5 。c 的温度下发酵，每 隔1 2 1 1 测定发酵液浓度，以确定酵母在不同温度下的降糖速度。然后继续发酵至日降糖量低于 0 5 0 6 时，降温至6 c ，进行酵母沉淀，分离上清液，降温至1 ，后发酵5 天，进行感官评 定。 3 1 2 发酵液起始浓度的确定 向乳清中加入蔗糖分别至发酵液浓度8 、1 2 、1 6 、2 0 、2 4 ，然后经加热杀菌，冷却 到1 5 。c ，分别向上述溶液接入酵母菌培养液，接入星为5 ，在1 5 的温度下发酵，每隔1 2 h 测 定发酵液浓度，以确定酵母在不同糖浓度下降糖情况。发酵过程控制同2 6 1 1 。 3 1 3 接种量的确定 向乳清中加入蔗糖至发酵液浓度1 2 ，然后经加热杀菌，冷却到1 5 。c 分别向上述溶液接入酵 母菌培养液，接种量分别为2 、4 、6 、8 、1 0 ，在1 5 c 的温度下发酵，每1 2 小时测定发 酵液浓度，以确定酵母在不同接种量f 的降糖情况。发酵过程控制同2 6 1 1 。 3 1 4 主发酵时间的确定 向乳清中加入蔗糖至发酵液浓度1 2 ，然而经加热杀菌，冷却到1 5 0 ，向上述溶液接入酵母 菌培养液，接种量为5 ，在1 5 c 的温度r 发酵，每天测定降糖量，当降糖速度明显减慢，并日 降糖量低于0 5 0 6 时，认为主发酵结束。 3 1 5 总酸的测定口7 1 总酸测定采用电位滴定法。 3 1 6 细菌总数的测定【”i 细菌总数测定采用平板菌落计数法。 3 1 7 大肠菌群的测定 3 7 】 大肠菌群测定采用多管发酵法 3 2 实验结果与分析 3 2 1 发酵温度的确定 不同发酵温度条件l - 酵母b 降糖情况如图3 - 1 所示，感官评定结果如表3 - 1 所示。 o1 22 43 64 86 0 时间h 图3 - 1 酵母b 在不同温度下的降糖啦线 表3 1酵母b 发酵酿酒的感官评定结果 - p 1 0 1 _ 1 5 1 r r 一2 0 - 2 5 q c 一3 0 l 一3 5 由上图3 - 1 可看出，在1 0 。c 3 0 范围内，随发酵温度的升高发酵速度加快，在3 0 c 时发酵 最快，该酵母在3 0 以下，如果想提高发酵速度，应提高发酵温度。3 5 是发酵速度较3 0 减 慢，说明该酵母最适宜生长温度在3 0 左右。 由上表3 1 可知随着发酵温度的升高，乳清酒的风味逐渐变劣，温度越高风味越差，主要表 现，口味不爽净，异杂味突出。原因可能是随着发酵温度的升高，酵母发酵时产生的代谢副产物 增多( 如高级醇、酯类等) ；也可能随着温度的增高，乳清中的脂肪发生氧化，产生脂肪臭，也 可能有其他物质生成( 如糠醛等) ，这方面还有待于进一步研究。但随着发酵温度的升高，乳清 酒的风味逐渐变劣是乳清酒酿酒时较突出的问题，从这一点出发，为了获得感官特性更好的酒， 3 2 1 o 9 8 7 6 5 4 逛创崔艇黯辑 中国农业大学硕士论文 第三章酵母b 发酵条件的研究 应降低发酵温度。由上表3 - 1 可以1 5 发酵的酒和2 0 发酵的酒感官差别已经较明显。 综合上两个因素，选择在1 5 进行发酵。这样发酵速度较快，制出的酒口味也较好。 3 2 2 发酵液起始浓度的确定 不同发酵液浓度下酵母b 降糖情况如图3 2 所示，感官评定结果如表3 2 所示。 01 22 4 3 6 4 86 0 时间h 图3 - 2 酵母b 在不同发酵液浓度下的降糖曲线 表3 - 2 不同发酵液浓度下酵母b 酿造酒的感官评定结果 从上图3 - 2 的曲线图中可以看出，酵母b 在发酵液浓度8 和1 2 时起酵速度快，发酵液浓 度在1 6 时起酵速度稍慢，说明酵母在发酵液浓度1 6 时受到轻微抑制，而酵母经过短时的适应 后，由于发酵液浓度较高，发酵中期发酵速度明显加快：发酵液浓度在2 0 时，酵母在较长的时 间降糖较慢，起酵速度较慢，说明酵母在发酵液浓度2 0 时受到一定的抑制，而经过较长的一段 时问后，由于发酵液浓度较高，发酵中期发酵速度也明显加快。而发酵液浓度2 4 时酵母受到更 强的抑制，