枸杞牛乳肽酒制备工艺优化及其抗氧化性分析

何贝贝1,常秋冉1,史艳荣1,王建平2,李志成1,*,昝林森3

(1.西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西 杨凌 712100;2.西安银桥乳业(集团)有限公司,陕西 临潼 710600;3.西北农林科技大学动物科技学院,陕西 杨凌 712100)

摘 要:为克服传统白酒功能性、营养性不足的缺陷,以脱脂牛乳和枸杞为材料,采用对比及正交试验,对乳蛋白酶解条件、枸杞牛乳肽酒的制备工艺和抗氧化功能进行了研究。结果表明:1)胰蛋白酶是水解牛乳蛋白的最佳蛋白酶;2)胰蛋白酶的最佳酶解条件是在pH 7.0、温度40 ℃、加酶量4 500 U/g的条件下酶解120 min;3)枸杞牛乳肽酒的最佳发酵工艺:以牛乳蛋白酶解液为载体,添加体积分数14%枸杞汁、7.5%的活化酵母菌液,28 ℃发酵9 d。制备的枸杞牛乳肽酒具有较高的体外抗氧化活性,且香味协调,口感良好,其感官指标和理化指标都符合并高于国家发酵型甜奶酒的标准。

关键词:牛乳肽酒;酶解;发酵;枸杞;抗氧化

牛乳含有蛋白质、乳糖、脂肪等多种营养成分。酪蛋白是牛乳的主要蛋白质,富含生物活性物质。生物活性肽即以非活性形式存在于酪蛋白的氨基酸序列中,在适当条件下可以被释放进而表现出一定的生物活性[1-2]。国内外学者对牛乳蛋白酶水解物中活性肽的研究很多,经过几十年的研究,展现了乳源活性肽的多种功能,如抗氧化、抗菌、免疫、抗血栓、降血压等[3-5]。因此,将牛乳适当酶解,制备生物活性肽饮品是可行的[6]

枸杞中含有多种营养成分,具有丰富的营养价值和特殊的医疗保健作用[7-10]。目前,白酒的酿造工艺及研究已趋于成熟化,奶酒的生产也标准化[11],但普通奶酒主要是利用了乳中的乳糖发酵而成,乳中主要成分蛋白质却没有利用。本实验是在不破坏牛乳本身固有营养成分的前提下,使其所含营养、功能成分充分活化、释放,更易为人体吸收利用[12],同时提高了奶酒的稳定性,再配以药食两用的枸杞原浆,可补充人体所需多种微量元素,具有强精补肾、祛病延年等功效,为进一步开发牛乳活性肽制品提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜牛乳购自西北农林科技大学畜牧场;枸杞采用优质宁夏枸杞干果;酿酒酵母1450由中国食品发酵工业科学研究院提供。

胰蛋白酶(80 000 U/g)、中性蛋白酶(40 000 U/g)、碱性蛋白酶(8 000 U/g)、木瓜蛋白酶(40 000 U/g)日本Amano Enzyme公司;果胶酶 江苏锐阳生物公司;蔗糖(食品级) 南宁糖业股份有限公司;柠檬酸(食品级) 潍坊英轩实业有限公司;三氯乙酸、硫代巴比妥酸(均为分析纯) 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

TGL-16G高速台式离心机 上海安亭科学仪器厂;DH型恒温水浴锅 北京科伟永兴仪器有限公司;UV-1700双光束紫外分光光度计 日本岛津公司;PB-10 pH计 德国赛多利斯股份公司上海分公司;打浆机九阳股份有限公司;隔水电热恒温培养箱、SB-5200T超声波清洗机 宁波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酶解液的制备

准确量取经过滤脱脂杀菌后的鲜牛乳200 mL于三角瓶中,调节pH值至最适,准确加入所用蛋白酶,水解过程持续使用2 mol/L的NaOH溶液调节pH值,使之始终保持在所需的pH值。水解完成后,在95 ℃灭酶5 min。冷却到室温后,置于4 ℃低温保存。

1.3.2 枸杞原浆制备

挑选均匀饱满无破损病害的优质枸杞,清洗且沥干水分;加入枸杞质量4 倍的纯净水,用10%柠檬酸调节pH值至3.5,加入0.05%的果胶酶在45 ℃的恒温水浴锅中浸提90 min,每30 min搅拌一次,提取液过100 目滤布,滤液于4 000 r/min离心10 min,得澄清枸杞汁备用。

1.3.3 枸杞牛乳肽酒的制备

用10%的柠檬酸调整牛乳蛋白酶解液pH值至5.0,按比例加入枸杞汁,用蔗糖调整糖度为15 g/L。95 ℃杀菌1 min,在无菌环境中,冷却至35 ℃,接入经过活化的酵母菌在一定温度发酵。发酵结束后,于95 ℃杀菌10 min,终止发酵。

1.3.4 最佳水解酶的选取

根据所测得的脱脂牛乳中蛋白质的含量,采用胰蛋白酶[13]、中性蛋白酶[14]、碱性蛋白酶[15]、木瓜蛋白酶[16]进行水解实验,以水解液中氨基态氮含量确定最优的牛乳蛋白水解酶。各蛋白酶适宜的酶解条件见表1。

表1 蛋白酶最佳酶解条件
Table 1 Optimal hydrolysis conditions of proteases

1.3.5 酶解工艺条件优化

以1.3.4节中筛选的酶为研究对象,进行酶添加量的单因素试验,以氨基态氮含量作为指标确定最佳水解酶的添加量。根据相关资料[17]及预实验,选取加酶量、酶解温度、pH值、酶解时间4 个因素,选择L9(34)进行酶解的正交试验,因素水平见表2。

表2 牛乳蛋白酶解的正交试验因素与水平
Table 2 Coded and actual levels of hydrolysis parameters used in orthogonal array design

1.3.6 牛乳肽酒发酵条件的确定

取0.5 g酿酒酵母菌种加入经过121 ℃杀菌10 min的调整料液中,28 ℃保温活化24 h。活化后的菌悬液的活菌数经检测为6.4×107CFU/mL。

根据相关资料[18-20]及预实验,以牛乳蛋白酶解液为发酵液,设计枸杞汁含量、酵母菌悬液用量、发酵温度、发酵时间4 个因素,进行L9(34)发酵正交试验,因素水平见表3。根据国家标准测定其酒精含量、氨基态氮含量、糖度和酸度[21],确定最佳的发酵条件。

表3 牛乳肽酒发酵正交试验因素与水平
Table 3 Coded and actual levels of fermentation parameters used in orthogonal array design

1.3.7 •OH清除率测定

根据α-脱氧核糖法[22]测定酶解液、加入枸杞汁发酵前的酒液、加入枸杞汁发酵后的酒液、不加入枸杞发酵后的酒液的体外对羟自由基(•OH)清除率,确定其抗氧化活性的来源。

1.3.8 枸杞牛乳肽酒品质检验及评价

感官评价打开样品盖闻其气味,将试样在自然光下观察色泽和组织状态,品尝滋味。采用100 分的加权平均法对产品的色泽、滋味气味和组织状态进行综合评价,其权重分别为0.3、0.4和0.3。优良的枸杞牛乳肽酒呈均匀一致的淡黄色;具有枸杞牛乳肽酒的特殊风味,酒香清雅,口感丰满爽口;组织细腻,均匀,允许有少量蛋白和肽沉淀[21]

蛋白质、酸度、糖度、酒精度和氨基酸态氮含量检测分别按GB 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》、GB/T 23546—2009《奶酒》的方法进行。

2 结果与分析

2.1 水解酶的选择

鲜牛乳经过离心、脱脂、灭菌处理后,采用凯氏定氮法测定,计算所得脱脂牛乳蛋白质含量为3.28 g/100 mL。底物质量浓度相同,在各酶最优酶解条件下酶解。蛋白酶的种类对酶解液品质的影响见表4。

表4 蛋白酶的种类对酶解液品质的影响
Table 4 Effects of protease type on the quality of milk protein hydrolysates

由表4可知,胰蛋白酶水解液氨基态氮含量最高,颜色淡黄,澄清,无异味保留奶香;木瓜蛋白酶水解液氨基态氮含量次于胰蛋白酶,但有苦味无奶香;中性蛋白酶和碱性蛋白酶水解液氨基态氮含量相对较低,且都有苦味,较淡奶香,略显浑浊。因此,水解牛乳蛋白的蛋白酶宜选胰蛋白酶。

2.2 酶解条件的选择

2.2.1 加酶量的确定

图1 胰蛋白酶添加量对牛乳蛋白酶解液中氨基态氮含量的影响
Fig. 1 Effect of trypsin dose on the amino nitrogen content of milk protein hydrolysates

在酶解温度40 ℃、酶解时间120 min、pH 7.0的条件下,对胰蛋白酶的酶添加量进行单因素试验,结果如图1。在胰蛋白酶添加量为4 000 U/g时,酶解液中氨基态氮含量最高(图1),胰蛋白酶添加量小于4 000 U/g,氨基态氮含量随着酶添加量的增加逐渐增加,胰蛋白酶添加量大于4 000 U/g,氨基态氮含量随着酶添加量的增加反而下降。当胰蛋白酶添加量4 000 U/g时,底物质量浓度与酶趋于饱和,加酶量超过饱和值,酶促反应受底物浓度的反馈抑制,使酶解反应进程下降[23]。因此,胰蛋白酶的添加量选择4 000 U/g左右为宜。

2.2.2 酶解工艺条件的确定

以胰蛋白酶为水解酶,水解牛乳蛋白的最佳工艺试验结果见表5。

表5 酶解工艺条件正交试验结果
Table 5 Orthogonal array design with experimental results for optimization of hydrolysis parameters

由表5的极差R可知,试验因素对牛乳水解液中氨基态氮含量影响的大小为:B>D>A>C,即酶解温度>酶解时间>加酶量>pH值;最优组合为A3B2C1D2,即牛乳蛋白的最佳酶解条件为pH 7.0、胰蛋白酶添加量4 500U/g、40 ℃酶解120 min。该组合不在试验组内,根据此组合水平进行验证实验,氨基态氮含量为50.876 mg/100 mL,产品质量最好,因此可以确定为最佳酶解条件。

2.3 牛乳肽酒发酵条件的确定

以2.2节制备的牛乳酶解液为发酵液,添加制备好的枸杞汁(pH 4.03,可溶性固形物含量15.1%)。发酵前调整发酵液糖度为15 g/L,pH 5.0,以枸杞汁用量、酵母菌液用量、发酵温度和时间为因素进行正交试验,以酒精度和氨基态氮含量为评价指标。试验结果见表6。GB/T 23546—2009要求发酵型奶酒的酸度为4~8 g/L,其各试验的酸度见表7,均符合要求。糖度均小于15 g/L,则所发酵的酒均为半干型。

表6 牛乳肽酒发酵工艺正交试验结果
Table 6 Orthogonal array design with experimental results for optimization of fermentation parameters

表7 牛乳肽酒正交试验糖度及酸度值
Table 7 Sugar contents and acidity values of nine wine samples g/L

由表6、7可知,以酒精度为选择标准,则最优组为X3Y1Z3W2,以氨基态氮含量为选择标准,则最优组为X2Y2Z2W3。两者综合考虑,X因素对于酒精影响最大,对于氨基态氮含量影响较小,故X因素取X3;Y因素对于酒精的影响是第2位的,对于氨基态氮含量的影响最小,故Y因素取Y1;Z因素对于氨基态氮含量的影响最大,而对酒精的影响最小,故Z因素取Z2;W因素对于酒精和氨基态氮含量的影响都较小,故可取W2和W3,则取最优组X3Y1Z2W2以及次优组X3Y1Z2W3以及上述2 组进行验证实验,结果如表8。

表8 枸杞牛乳肽酒发酵最优工艺验证
Table 8 Verification of the optimal fermentation parameters

由表8得,组2为根据氨基态氮含量的最优组,其氨基态氮含量在4 组验证组中最大。组3和组4分别为最优组X3Y1Z2W2和次优组X3Y1Z2W3,其酒精度有了较明显的提升,氨基态氮含量也较高,而组3较组4在酒精度和氨基态氮含量上都有一定的提升,故选取组3的条件作为发酵的最佳工艺条件,即枸杞汁含量14%、酵母菌液用量7.5%、28 ℃发酵9 d。

2.4 枸杞牛乳肽酒抗氧化功能评价

根据2.3节中的试验结果,在最佳发酵工艺条件下进行实验,测定酶解液、加入枸杞汁发酵前的酒液、发酵后的酒液、不加入枸杞汁发酵后的酒液4 个工艺步骤中的•OH清除率,其结果如表9。

表9 枸杞牛乳肽酒•OH清除率变化
Table 9 Hydroxyl radical scavenging capacity of raw materials and products

注:小写字母不同表示差异显著(P<0.05),大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)。

由表9可知,添加枸杞汁后,牛乳肽酶解液的•OH清除率显著提高(P<0.01),说明枸杞汁有较强的清除•OH的能力;牛乳肽酶解液加枸杞汁发酵后酒液•OH清除率显著高于发酵前加枸杞汁液(P<0.01),说明发酵过程中产生了抗氧化性物质。不加入枸杞汁液的酶解液直接发酵后,其酒液的•OH清除率显著高于牛乳多肽酶解液(P<0.01),再次说明,酒精发酵可以极显著提高牛乳酶解液的抗氧化功能。因此,枸杞牛乳肽酒不但营养丰富,还是一款具有较高抗氧化功能的保健酒,市场前景广阔。

3 讨 论

现代保健奶酒的种类有发酵型、蒸馏型、配制型和起泡型[24]。蒸馏型奶酒以乳清液和鲜牛乳为原料,经乳酸、酒精发酵,液态蒸馏制成。蒸馏奶酒无色、清亮透明。蒸馏型奶酒是在发酵奶酒的基础上,通过加热提纯酒度,损失了绝大多数的营养物质,酒精度较高[25],与一般白酒差别不大。而发酵型奶酒是牛乳、乳清或乳清粉经发酵酿制而成,富含肽类、氨基酸、维生素、钙、锌等人体必需的营养因子。发酵型奶酒酒体呈浅黄色,纯正奶香气、酸甜醇和,酒精度较低[26]

牛乳肽酒是以牛乳为主要原料,脱脂后先经过酶解,使乳蛋白变成肽,再经过发酵制备的一种营养保健酒,是继白酒、果酒后又一种新型的健康酒。枸杞牛乳肽酒是为了增加肽酒的功能特性,发酵时还添加了枸杞汁,按照国家标准来分类属于发酵型甜奶酒,且其氨基态氮含量符合且远高于发酵奶酒的国标要求,是国标要求的10多倍,不但增加了肽酒的营养价值,还可呈现独特的风味,这与del Olmo等[27]的研究结果一致。枸杞牛乳肽酒发酵后抗氧化活性显著增加,一方面是枸杞汁发酵过程中其中的黄酮类物质会随发酵的进行不断增加,从而使抗氧化活性提高[28];另一方面是酶解和发酵增加了抗氧化肽的含量[29-30],因此,与一般发酵型奶酒相比,枸杞牛乳肽酒的抗氧化活性显著提高。

枸杞牛乳肽酒,成品色泽清亮、口感香醇,在综合了酒香、乳香和果香的同时,更能补充人体所需多种微量元素,并增强了传统保健酒的抗氧化、补血润肺、增强免疫力、祛病延年等功效。随着人们生活质量的提高、饮食结构的转变,功能型、营养型的保健酒越来越受到人们的青睐,相信枸杞牛乳肽酒作为新型功能型高档保健酒一定会有广阔的市场前景。

4 结 论

制备枸杞牛乳肽酒水解牛乳蛋白的最佳蛋白酶是胰蛋白酶,优化的酶解条件为pH 7.0、加酶量4 500 U/g、40 ℃酶解120 min。此时牛乳蛋白水解较彻底,氨基态氮含量最高为50.876 mg/100 mL。枸杞牛乳多肽酒的最佳发酵条件为经胰蛋白酶水解后的牛乳多肽液,加入枸杞汁含量14%,调整糖度到15 g/L和pH 5.0后,接入活化后的酵母菌液7.5%,28 ℃发酵9 d,酒精含量和氨基态氮含量综合最佳为4.5%和89.600 mg/100 mL。在最佳发酵工艺下,牛乳蛋白酶解液加入枸杞汁发酵后的牛乳肽酒•OH清除率最大为(89.88±0.39)%。

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Optimized Preparation and Antioxidant of Wine from Milk Protein Hydrolysates Added with Chinese Wolfberry Juice

HE Beibei1, CHANG Qiuran1, SHI Yanrong1, WANG Jianping2, LI Zhicheng1,*, ZAN Linsen3
(1. College of Food Science and Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2. Xi’an Yinqiao Dairy (Group) Co. Ltd., Lintong 710600, China; 3. College of Animal Science and Technology, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

Abstract:In an effort to overcome the functional and nutritional deficiencies of traditional Chinese liquor, wine was prepared from milk protein hydrolysates added with Chinese wolfberry juice. First of all, milk protein hydrolysates were prepared by enzymatic hydrolysis of skim milk and different proteases were compared in terms of sensory and chemical properties of hydrolysates for this purpose. Then, the hydrolysis process and the fermentation process were optimized using an orthogonal array design method. Besides, the antioxidant activity of the wine was assessed. The results obtained were as follows: 1) trypsin was the best protease for hydrolyzing milk protein; 2) the optimal conditions for enzymatic hydrolysis were 120 min hydrolysis at pH 7.0 and 40 ℃ with an enzyme dose of 4 500 U/g; and 3) the optimum fermentation conditions were addition of 14% (V/V) Chinese wolfberry juice to milk protein hydrolysates, which were then fermented at 28 ℃ for 9 days. The wine exhibited high antioxidant activity in vitro, having a harmonious aroma and a good taste. Moreover, its sensory and physicochemical indicators could meet or exceed the national standard of fermented sweet milk wine.

Key words:wine made from milk protein hydrolysates; hydrolysis; fermentation; Chinese wolfberry; antioxidant activity

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201716027

中图分类号:TS252.5

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)16-0173-05

引文格式:

何贝贝, 常秋冉, 史艳荣, 等. 枸杞牛乳肽酒制备工艺优化及其抗氧化性分析[J]. 食品科学, 2017, 38(16): 173-177. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201716027. http://www.spkx.net.cn

HE Beibei, CHANG Qiuran, SHI Yanrong, et al. Optimized preparation and antioxidant of wine from milk protein hydrolysates added with Chinese wolfberry juice[J]. Food Science, 2017, 38(16): 173-177. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201716027. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-09-30

基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAD12B07);陕西省农业科技攻关计划项目(2011K01-04);陕西省科技统筹创新工程计划项目(2011KTCL02-11)

作者简介:何贝贝(1993—),女,硕士研究生,研究方向为乳品加工。E-mail:bbhe1993@163.com

*通信作者:李志成(1966—),男,副教授,博士,研究方向为乳肉蛋贮藏与加工。E-mail:lzc20000@163.com