牛乳超濾及工藝條件改變對切達干酪促熟及其品質的影響

孫 卓，劉 鷺，張佳程，孔凡丕，李紅娟，呂加平,*

(1.中國農業科學院農產品加工研究所，北京 100193；2.光明乳業股份有限公司技術中心，乳業生物技術國家重點實驗室，上海 200436；3.青島農業大學食品與科學工程學院，山東 青島 266109)

牛乳超濾及工藝條件改變對切達干酪促熟及其品質的影響

孫 卓1,2，劉 鷺1，張佳程3，孔凡丕1，李紅娟1，呂加平1,*

(1.中國農業科學院農產品加工研究所，北京 100193；2.光明乳業股份有限公司技術中心，乳業生物技術國家重點實驗室，上海 200436；3.青島農業大學食品與科學工程學院，山東 青島 266109)

采用超濾技術對牛乳進行濃縮預處理，再制作干酪。選擇不同升溫時間、成熟溫度，研究其對切達干酪的組成和產率、蛋白質分解以及質構的影響。結果表明：延長升溫時間有利于干酪產率提高。通過測定各干酪pH4.6 SN及12%TCA 可溶性氮質量分數發現，提高成熟溫度均能加快實驗組干酪的蛋白質分解。經質構儀測定由超濾濃縮乳制作的干酪彈性、凝聚性、黏性差異均不顯著，而提高溫度使各干酪質地的彈性、凝聚性、黏性都有所降低，且差異顯著(P＜0.05)，與其在同等條件下的蛋白質水解度有一定關系。結合感官評定，提高成熟溫度后，苦味的出現使干酪的滋味和氣味的整體評分降低；同時提高成熟溫度也降低質地的整體評分，其干酪硬度降低，咀嚼性較差。

超濾；產率；干酪成熟；質地

目前國內幾大乳品企業已生產出幾種干酪推向了市場，隨著奶酪營養及消費宣傳的不斷深入，將逐漸培養起人們對干酪的消費嗜好，干酪產業在國內的發展將勢不可擋。

膜技術常用于牛乳除菌[2-3]，及軟質和新鮮干酪的生產，可快速生產出成品，節約人力和成本。而對于半硬質干酪而言，可運用膜技術先將牛乳進行一定倍數的濃縮，再制作半硬質干酪，提高了生產效率。國外有研究表明采用陶瓷膜低倍微濾濃縮牛乳，并取截留液制作半硬質干酪，其在感官特性上與傳統方法制作的干酪無差異[4-6]。由于濃縮乳緩沖作用大，可能會使干酪制作時pH值達不到所需水平，經試驗摸索，可通過添加一定量的葡萄酸內酯對牛乳預酸化來實現。本實驗用超濾技術對原料乳進行濃縮預處理之后通過改變工藝條件和提高干酪成熟溫度，研究其對干酪品質的影響，以期能為干酪促熟提供一定可行方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料乳 中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所奶牛試驗廠；R-704直投式發酵劑 丹麥科漢森有限公司；凝乳酶(Rennet Powder，26814U/g) 意大利Caglificio Clerici公司；食鹽；葡萄糖酸內酯。

1.2 儀器與設備

L400-1超濾中試設備(超濾膜型號(2.5-750UF/-5P))、HFC-800陶瓷膜微濾中試設備(微濾膜孔徑為1.4μm，膜總面積為0.8m2) 凱能高科技工程(上海)有限公司；TAXT2質構儀 英國SMS公司；Delta 320酸度儀 瑞士梅特勒-托利多公司；2300自動凱氏定氮儀 丹麥福斯公司；干酪槽、干酪刀、模具 中國農業科學院農產品加工研究所工程中心。

1.3 方法

1.3.1 干酪成分測定

所有成分在成熟14d后取樣測定。總氮測定：參考GB 5009.5—2003《食品中蛋白質的測定》，采用凱氏定氮儀進行測定，總蛋白質質量分數=總氮量×6.38；酪蛋白質量分數=(總氮量-非酪蛋白氮質量分數)×6.38；脂肪測定：采用哥特里-羅茲法，參考GB/T 5009.46—2003《乳與乳制品衛生標準的分析方法》；鈣含量測定：采用電感耦合等離子體電子發射光譜測定法，參考GB 5413.21—2010《嬰幼兒食品和乳品中鈣、鐵、鋅、鈉、鉀、鎂、銅和錳的測定》；樣品處理按照董瑩[7]方法進行，用pH計測定。

1.3.2 干酪產量計算[6-7]

干酪的實際產出量可用于乳成分固定的情況下，不同加工方法制備干酪產率的比較， 反映了干酪之間含水率和乳成分回收率的差異。

在計算中，理論干酪水分含量統一設定為40%。干酪調整水分后產出量可以比較在乳成分固定的情況下，消除了因干酪水分含量而造成的產量差異。

1.3.3 蛋白水解測定

在成熟的14、30、45d分別取樣測定pH4.6可溶性氮含量(pH4.6 soluble nitrogen，pH4.6 SN)，又稱非酪蛋白氮[8]；以及12% TCA可溶性氮含量(又稱非蛋白氮，non protein nitrogen，NPN)測定[9]。結果分別以pH4.6 SN占干酪總氮量的百分數和NPN占干酪總氮量的百分數分別表示。

1.3.4 干酪質地分析的測定

測定切達干酪質地的參數設置如下：測前速：1.0mm/s；測中速：1.0mm/s；測后速：1.0mm/s；壓縮比：40%；壓縮間隔：5s；負載類型：5g；探頭：P35，35mm。樣品為成熟45d的干酪，打孔并切割成10mm×10mm的圓柱體。每種干酪取4個平行樣進行測定。經測試可得到硬度、黏著性、凝聚性、彈性以及咀嚼性。

1.3.5 感官評定方法

感官評定是在乳品工藝室完成，評定人員為8名從事食品研究的人員，按表1感官評定內容進行樣品的評價。評定時單獨完成，不能相互交流，品嘗間隔要用清水漱口。

表1 感官評價標準Table1 Criteria for sensory evaluation of cheese

1.3.6 超濾濃縮乳的制備

將脫脂乳微濾除菌后超濾濃縮。超濾參數：過膜壓力0.8bar，料液溫度45～55℃，調節pH6.3(添加葡萄糖酸內酯0.1%)，超濾后將得到的濃縮液與稀奶油混合及標準化(酪蛋白:脂肪=0.68)，巴氏殺菌后(72℃，15s)制作干酪[10-11]。

濃縮比例：將超濾后的截留液收集于容器測其體積，通過測量濃縮液體積占原料乳體積的比例來確定濃縮比例。本實驗的超濾濃縮比2.78。

1.3.7 切達干酪生產工藝流程

微濾乳/超濾乳→巴氏滅菌→冷卻至32℃，添加發酵劑→添加氯化鈣→添加凝乳酶→切割、升溫攪拌→保溫攪拌→排乳清→堆釀→切碎加鹽→壓榨過夜 →真空包裝

1.4 試驗設計

表2 試驗設計表Table2 Experimental design

干酪用乳分為經微濾后的牛乳和經超濾處理后的牛乳兩種類別，按照酪蛋白:脂肪=0.68標準化。其中A、A'的干酪用乳為經微濾后的牛乳，B、B'、C、C'的干酪用乳為經超濾處理后的牛乳。考慮到超濾改變了牛乳組分和緩沖能力，故加大了發酵劑添加量。盡管超濾牛乳凝乳較快，但凝乳狀態不佳，故設計B、B'與C、C'的升溫攪拌時間不同。為縮短超濾干酪的成熟時間，設定A與A'、B與B'、C與C'的不同的成熟溫度，如表2所示。

2 結果與分析

2.1 超濾前后的脫脂乳成分變化

表3 超濾前后的脫脂乳成分Table3 Chemical components of native and concentrated skim milk

由表3可知，超濾前后牛乳中蛋白質含量提高了2.08倍，且固形物也提高到18.15%，鈣與總氮比例一般是2.3～3.7，未濃縮脫脂乳的Ca/總蛋白為3.70，而經超濾處理后的濃縮牛乳中為3.40，是因為由于添加葡萄糖酸內酯使鈣會流失到截留液中，能有效降低超濾濃縮乳中Ca的含量。

2.2 各組干酪理化成分

干酪經成熟14d后，測定干酪成分變化，結果如表4所示。

表4 干酪成分Table4 Chemical components of cheddar cheese %

由表4表示，A與A'相比較，其干物質、蛋白質含量無顯著差異，提高干酪成熟溫度對于干酪A的脂肪含量、鹽含量、脂肪在干基中的含量有一定影響；B與B'相比，干物質、脂肪在干基中的含量、鹽含量無顯著差異，蛋白質含量、脂肪含量有顯著差異。C與C’相比，均無顯著性差異。

2.3 升溫時間對干酪產率的影響

對壓榨后干酪稱質量計算調整水分后產出量，見圖1。由圖1可知，由未經超濾乳制作的干酪校正產率約為9.6%，而用超濾乳制作的干酪1，升溫攪拌時間較長，產率21.02%，超濾干酪2的產率是19.75%，產率分別提高了1.19、1.05倍。升溫攪拌時間的延長有利于延長凝乳酶的作用時間，能較好地凝結蛋白質，減少蛋白流失，從而提高產率[12]。

圖1 攪拌升溫時間對各干酪調整水分后產出量的影響Fig.1 Effect of heating time on cheese yield from milk concentrated by different methods

2.4 成熟溫度對不同原料制備干酪的pH值的影響

圖2 各成熟溫度下各干酪pH值隨成熟時間的變化Fig.2 Effect of ripening time at different temperatures on cheese pH

由圖2所知，各組干酪pH值呈顯著下降后趨于平穩的變化趨勢。干酪制作完成時，超濾干酪比對照干酪的pH值低，其中A與A'具有相似的pH值且較高為5.65，而干酪B與B'、C與C'均為5.4；經成熟2周后干酪A、B、C具有相似pH值，為5.2左右；而干酪A'、B'、C'在5.15左右。通過A與A'、B與B'、C與C'的pH值比較可以看出，無論制作干酪的原料是微濾乳還是超濾乳，提高成熟溫度都能使乳酸菌快速利用乳糖發酵產酸，使pH值維持在較低水平[13]。

2.5 各組干酪蛋白分解度的變化

分別在15、30、45d取樣，分別進行pH4.6 SN測定和12% TCA可溶性氮含量測定[14]，結果如圖3所示。

如圖3a所示，通過A與A'、B與B'、C與C'非酪蛋白氮質量分數對比發現，提高溫度均能加快蛋白質分解，與成熟14d的干酪相比，在成熟45d時其非蛋白氮質量分數分別提高了32%、20%、40%。如圖3b所示，各干酪在16℃條件下非蛋白氮質量分數均有提高，其中干酪C'具有較高的蛋白質分解程度，在成熟1.5個月后，其NPN達到10.57%，其次是干酪B'，達到8.41%，主要原因是干酪C與C'組干酪的升溫攪拌時間短，保留了較多的活菌所致[12]。

表5 干酪質地測定結果Table5 Texture parameters of cheddar cheese

圖3 成熟期內干酪的非酪蛋白氮(a)和非蛋白氮質量分數(b)的變化Fig.3 Changes in the levels of pH 4.6 SN soluble nitrogen and 12% TCA soluble nitrogen during cheese ripening

2.6 成熟溫度對各組干酪質地的影響

樣品為成熟45d的干酪，測定結果如表5所示。干酪A、B、C彈性、凝聚性、黏性差異均不顯著，說明在此工藝條件下能生產出與未作濃縮的干酪質地相似的干酪。而提高溫度卻使各干酪質地的彈性、凝聚性、黏性降低，且差異顯著(P＜0.05)；而且干酪A、B硬度也有所增大，其中A組的硬度增大顯著，干酪B硬度變化不顯著，干酪C硬度為下降，且差異顯著。提高溫度會使干酪A’、B’、C’的咀嚼性下降，差異顯著。且經干酪C與干酪B、干酪C’與干酪B’的比較可以發現，彈性、黏性、硬度、咀嚼性均為前者較大，這與干酪的蛋白水解度有一定關系。

2.7 感官評定

6種干酪成熟45d后的感官評價分數如圖4所示。如圖4所示，提高溫度后，干酪A’、B’、C’與A、B、C相比，苦味和異常風味的出現使其滋味和氣味的評分降低；提高溫度也降低了質地的評分，與未提高溫度的干酪相比，干酪硬度降低、咀嚼性較差。其中，從有關質地的感官評定并結合質構儀測定結果來看，無論是對一般條件貯藏還是提高溫度貯藏成熟的干酪，評價人員能很好的判斷出超濾乳與未超濾制作干酪之間的硬度、咀嚼性間的差異，差異較為明顯，且與質構儀測定結果一致。而對于攪拌升溫時間處理的B’與C’、B與C間的質地的評價與質構儀所測定結果不一致，一方面因為攪拌升溫時間對兩組干酪質地的影響甚微，也說明關于質地的評價存在一定的主觀性，對細微的差別不能很好的作出判斷。

圖4 切達干酪感官評定結果Fig.4 Results of sensory evaluation of cheddar cheese

3 結 論

采用超濾預濃縮牛乳能夠提高牛乳固形物含量，提高了干酪產率；且升溫攪拌時間的延長有利于延長超濾濃縮乳中凝乳酶的作用時間，能較好的凝結蛋白質，減少蛋白流失，進一步提高的產率。超濾干酪與對照干酪相比，其彈性、凝聚性、黏性差異均不顯著，說明利用超濾濃縮乳能生產出與未作濃縮的干酪質地相似的干酪。

而提高成熟溫度能顯著促進干酪蛋白質分解程度促進干酪成熟。由微濾牛乳制作的干酪、及經超濾牛乳制作的超濾干酪1和超濾干酪2經提高成熟溫度后，通過pH4.6 SN及12%TCA可溶性氮質量分數比較發現：與成熟14d的干酪相比，在成熟45d時各干酪非蛋白氮質量分數分別提高了32%、20%、40%。但是提高干酪成熟溫度，對于干酪的感官品質有不良的影響，使各干酪質地的彈性、凝聚性、黏性都有所降低，且差異顯著(P＜0.05)，這也是與其在同等條件下的蛋白質水解度有一定關系。

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Effects of Ultrafiltration of Raw Milk and Process Conditions on the Ripening and Quality of Cheddar Cheese

SUN Zhuo1,2，LIU Lu1，ZHANG Jia-cheng3，KONG Fan-pi1，LI Hong-juan1，Lü Jia-ping1,*
(1. Institute of Agro-food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China；2. State Key Laboratory of Dairy Biotechnology, Technology Center of Bright Dairy and Food Co. Ltd., Shanghai 200436, China；3. College of Food Science and Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

Skim milk concentrated by ultrafiltration was used to make cheddar cheese in the present study. The effects of heating time and ripening temperature on cheese components, yield, proteolysis and texture were examined. Prolonged heating favored an increase in cheese yield. Proteolysis in cheese was accelerated at higher ripening temperatures as shown by changes in the levels of pH 4.6 SN soluble nitrogen and 12% TCA soluble nitrogen. No significant differences in springiness, cohesiveness or viscosity were observed for Cheddar cheese made from raw milk concentrated by ultrafiltration, but increasing ripening temperature resulted in a significant reduction in these three texture parameters (P＜ 0.05). This may be associated with the degree of hydrolysis under the same conditions. Bitter taste appeared and the overall score for taste and smell declined at higher temperatures. In addition, cheese hardness and chewiness became worse.

ultrafiltration；yield；cheese ripening；texture

TS252

A

1002-6630(2013)04-0104-05

2011-11-30

孫卓(1987—)，女，碩士，研究方向為乳及乳制品加工。E-mail：zhuosun0532@163.com

*通信作者：呂加平(1963—)，男，研究員，博士，研究方向為微生物發酵。E-mail：lvjp586@vip.sina.com