食品級干酪素的研制

施婭楠,趙存朝,馬丙慧,黃艾祥

(云南農業大學食品科學技術學院,昆明 650201)

食品級干酪素的研制

施婭楠,趙存朝,馬丙慧,黃艾祥

(云南農業大學食品科學技術學院,昆明 650201)

以奶渣為原料,利用響應面試驗對食品級檸檬酸干酪素的工藝進行優化,并分析其理化性質及主要蛋白質分子質量.結果表明,生產的干酪素水分質量分數10.24%,脂肪1.23%,灰分1.87%;蛋白質是干酪素的主要營養成分,質量分數高達96.16%;干酪素中礦物質含量豐富,鈉、鉀質量分數最高為(236.000±56.000)mg/kg和(146.000±72.000)mg/kg;SDS-PAGE顯示分子量為30 ku的蛋白質含量較多,食品級干酪素的生產為奶渣的開發利用提供科學依據.

奶渣;食品級干酪素;響應面法;蛋白質分子量

0 引言

干酪素是從牛乳中提取精制而成的酪蛋白制品,白色或微黃色在堿中可溶,酸中難溶[1-3],具有高營養、低脂肪、低膽固醇等優點,起到乳化、增稠的作用[4-8].食品行業中可用于生產仿制干酪、焙烤制品、糖果制品等[9-10].干酪素的提取方法有酸沉淀法[9,13,14,18]和發酵法[15],但均存在不足,其中酸沉法均為工業級奶渣,發酵quot;奶渣quot;由于貯藏時間不同,酸度不一,其表面長有大量的霉斑,增大工藝成本.

奶渣是藏區牧民提取酥油后制成的副產品,價格相對低廉,為了提高牦牛奶的綜合利用價值,充分利用藏區大量奶渣資源,奶渣生產干酪素是最佳舉措.目前,檸檬酸法生產食品級干酪素鮮有報道,本文旨在對食品級干酪素進行工藝優化,分析主要蛋白質分子量,為干酪素的生產提供科學依據.

1 實驗

1.1 材料

奶渣:云南香格里縣康美乳業開發有限責任公司;檸檬酸、氫氧化鈉、碳酸鈉(食品級);考馬斯亮藍R-250、甘油、甲叉雙丙烯酰胺、丙烯酰胺、TEMED、Tris、溴酚藍.

1.2 儀器

TGL20M臺式高速冷凍離心機,PHS-3E pH計,Bio-rad164-5052電泳儀,DHG-9070A真空冷凍干燥機,KDY-9810凱氏定氮儀,HYP-1008消化爐.

2 方法

2.1 檸檬酸法干酪素制作

原料→氫氧化鈉溶解→過濾除雜→離心脫脂→高溫殺菌→加檸檬酸→洗滌→造粒→干燥→成品

操作要點:

(1)原料處理:將在2~4℃條件下貯存的塊狀奶渣粉碎至粉末;

(2)溶解:稱取5份奶渣樣品,每份30 g分別置于500 mL燒杯中,加100 mL,40℃溫水浸泡并進行攪拌,用濃度為7.5%的氫氧化鈉溶液調節pH,于55℃水浴鍋至完全溶解;

(3)過濾除雜:將料液經過2層濾布,濾除肉眼可見雜質;

(4)離心脫脂:在6 800 r/min條件下離心20 min,離心脫脂2次,除去脂肪及雜質;

(5)殺菌:將料液置于63~65℃水浴鍋中恒溫30 min,巴氏殺菌;

(6)加酸:殺菌后,使料液溫度冷卻至40~43℃,緩慢加入10%的檸檬酸調節pH,靜置20~30 min,使酪蛋白充分凝聚沉淀;

(7)脫水:擠壓濾布進行脫水;

(8)造粒:將洗滌好的酪蛋白物質過80目篩擠壓造粒,便于后續干燥;

(9)干燥:將奶渣置于60℃電熱恒溫鼓風干燥箱中干燥1.5 h,即為成品.

2.2 工藝參數的篩選單因素實驗

(1)堿溶pH值.在干酪素生產堿溶工藝中,通過調至pH值為8.8,9.2,9.6,10.0,10.4;以干酪素干重為評價指標,確定最佳堿溶解pH值.

(2)酸析pH值.在干酪素生產酸析工藝中,通過調至pH值為3.6,4.0,4.4,4.8,5.2;以干酪素干重為評價指標,確定最佳酸析出pH值.

2.3 干酪素干重的測定

具體計算公式為:干酪素干重=M1-M2,式中:M1為干酪素質量;M2為干酪素水分.

2.4 響應面優化干酪素生產工藝

在干酪素生產過程中,堿溶工藝和酸析工藝對干酪素的干重具有重要影響,考察堿溶pH值、酸析pH值對干酪素干重的影響,采用2因素5水平中心組合試驗設計方案,以堿溶pH(A)和酸析pH(B)為考察變量,干酪素干重(Y)為響應值,應用Design-Expert 8.0.6軟件,建立數學回歸模型確定奶渣干酪素的最佳提取工藝參數,響應面實驗因素與水平如表1所示.

表1 響應面實驗因素與水平

2.5 干酪素成品的感官評定

干酪素成品的感官評定參考陳煉紅等[18]的評分標準.由10名專業同學組成評定小組,分別從外觀、色澤、氣味三項指標對成品干酪素進行打分,滿分為100分,感官評價標準如表2所示.

2.6 干酪素成品的理化和衛生指標檢驗

水分的測定:參照GB 5009.3-2016;灰分的測定:采用灼燒重量法,參照GB 5009.4-2010;脂肪的測定:參照GB/T 5009.6-2003;蛋白質的測定:參照GB 5009.5-2010;礦物質的測定參照表6.

細菌總數的測定:參照GB 4789.2-2010;大腸菌群的測定:參照GB 4789.38-2012;酵母和霉菌的測定:參照GB 4789.15-2010;黃曲霉毒素的測定:參照GB/T 5009.22-2003.

表2 感官評分標準

2.7 干酪素蛋白質分析[20-21]

將干酪素成品與牛血清蛋白酶進行十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳,確定干酪素的組成及其相對分子質量.

樣品制備:分別稱取0.015 g樣品粉末,加1.5 mL超純水于2 mL離心管中,漩渦振蕩3 min使之溶解,8 000 r/min離心2 min,取上清備用.參照LAEM?MLIUK等[20-21]方法配制5X電泳緩沖液、固定液(30%甲醇)、染色液(G-250)、脫色液等電泳相關溶液.

電泳樣和凝膠的配制:將制備好的樣品和上樣緩沖液混合,按樣品:緩沖液=0.8∶0.2的比例配制成1 mL的溶液后搖勻,沸水浴加熱10 min制得電泳樣,于4℃冰箱保存備用.制備12%分離膠和4%濃縮膠.

電泳條件:樣品上樣量為15 μL,150 V恒壓大約30 min;分離膠電泳條件:120 V恒壓大約1 h,等溴酚藍跑至凝膠底部,關閉電源.

膠片處理:依次對電泳膠片進行固定、染色、脫色、利用凝膠成像系統對凝膠拍照分析.

3 結果與分析

3.1 工藝參數

3.1.1 堿溶pH值對干酪素干重的影響

加入氫氧化鈉使奶渣溶解,調至pH值,考察不同pH值對干酪素干重的影響,結果如圖1所示.

圖1 堿溶pH值對干酪素干重的影響

由圖1可以看出,堿溶pH值的增加,促進了奶渣的溶解率,干酪素干重呈上升趨勢,當pH值為9.6,干酪素干重趨于平緩,這是由于氫氧化鈉的溶解度降低,顆粒在奶渣表面包裹,影響奶渣的溶解,堿溶pH最佳值為9.6.

3.1.2 酸析pH值對干酪素干重的影響

加酸終點pH直接影響酪蛋白凝聚物出品率、純度、疏松程度和后期工序的脫水及色澤[18],進而會影響干酪素干重.加入檸檬酸使蛋白凝聚,觀察不同pH值對干酪素干重的影響,結果如圖2所示.

圖2 酸析pH對干酪素干重的影響

由圖2可以看出,隨酸析pH值的增加,干酪素干重呈上升后下降趨勢,當pH值為4.4時,干酪素干重最高達9.1g.酪蛋白在pH值4.6時析出,高于等電點酸析不完全,而且品質較差,稍低于等電點能使酪蛋白能夠更完全的析出,但pH過低又會導致析出的酪蛋白稀軟,陳煉紅[18]乳酸法制干酪素,以感官評分為指標,篩選酸析pH值為4.6,本研究以干重為指標加檸檬酸調pH值最佳值為4.4.

3.2 響應面試驗結果

3.2.1 響應面設計及結果

在單因素試驗結果的基礎上,以堿溶pH值、酸析pH值為試驗因素,進行響應面試驗,優化食品級干酪素生產工藝條件,響應面實驗設計及結果如表3所示.

表3 響應面試驗設計及結果

3.2.2 模型建立及顯著性檢驗

利用Design-Expert8.0.6軟件對表3進行多元回歸擬合,得到干酪素干重對堿溶pH值(A)、酸析pH值(B)的二次多項回歸模型為

Y=9.64+0.14A+0.14B+0.048AB-0.25A2-0.15B2.

模型的方差分析結果如表4所示.

由表4可以看出,回歸模型P=0.0003lt;0.01,說明二次多元回歸模型極顯著;失擬項P=0.456 3gt;0.05,模型失擬不顯著,說明模型擬合程度比較好.回歸表明,決定系數R2=0.944 9,信噪比12.166,這表明方程的擬合度和可信度均很高,可用于預測奶渣中干酪素的制備.變異系數(補充英文全稱,C.V)表示實驗本身的精確度,C.V值越小,實驗的可靠性越高,本實驗中C.V較低,為0.1%,說明實驗操作可信度高,具有一定的實踐指導意義.回歸模型的兩因素之間交互作用如圖3所示.

表4 回歸模型方差分析表

圖3 堿溶pH與酸析pH交互作用對干酪素干重影響的響應面及等高線

由圖3可以看出,當堿溶pH值一定時,干酪素干重隨酸析pH值的增加先增大后降低,當酸析pH值為4.4時,干酪素干重達到最大;當酸析pH值一定時,干酪素干重隨堿溶pH值的增加先增大后降低,當堿溶pH值為9.6時,干酪素干重有最大值.

3.3 干酪素產品感官與理化指標

在最佳條件下制得成品干酪素,對其感官、理化、微生物、礦物質和重金屬指標進行測定,結果如表5和表6所示.

表5 干酪素成品理化指標和微生物指標檢測結果

由表5可以看出,蛋白質是干酪素的主要成分,陳煉紅等[19]用曲拉溶解、脫脂、酸析等幾個關鍵環節進行正交實驗生產的食品級干酪素蛋白質質量分數為92.30%;李進波等[8]用新鮮牦牛奶渣加工的工業級干酪素蛋白質質量分數為93.13%;檸檬酸法干酪素為食品級干酪素蛋白質質量分數達96.16%,相對較高.

表6 干酪素礦物質含量和檢測方法 mg/kg

由表6可以看出,干酪素中主要礦物質包括磷、鋅、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉、銅,為人體所必需的營養元素;干酪素中鈉、鉀、鈣質量分數豐富,可達到(236.000±56.000),(146.000±72.000),(92.200±3.71)mg/kg,這些礦物質中的常量元素是構成機體組織的重要組分,能維持細胞內、外液滲透壓和酸堿平衡.

3.4 干酪素蛋白質分子質量

由圖4可以看出,化學級干酪素較食品級干酪素灰度值低,說明干酪素的溶解性差,可溶蛋白含量低,條帶3顯示香格里拉牦牛干酪素主成分在30 ku蛋白質,麥洼牦牛干酪素、九龍牦牛干酪素在14~20 ku之間[19],3種類型的干酪素均未檢測到明顯的低分子量(lt;14 ku)蛋白區帶.圖4中,左至右分別為蛋白Marker,化學級干酪素,食品級干酪素.

圖4 SDS-PAGE凝膠電泳

4 結論

利用響應面法優化了檸檬酸干酪素生產的最優工藝,建立了干酪素干重與堿溶pH值(9.6)和酸析pH值(4.4)2個因素的二次多項式回歸模型,實驗證明該模型合理可靠.干酪素理化指標為蛋白質96.16%,脂肪1.23%,水分10.24%,灰分1.87%;干酪素中礦物質含量豐富,其中鈉、鉀質量分數最高,蛋白質分子量主要在30 ku.

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Development of edible casein

SHI Yanan,ZHAO Cunchao,MA Binghui,HUANG Aixiang
(College of Food Science and Technology,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China)

Using milk residue as raw material,in this paper,we optimized the process of edible citric acid casein by the response surface meth?od,developed edible casein,and analyzed its physicochemical indexes and main protein molecular weight.The best process is raw material,dissolve with sodium hydroxide(alkali soluble pH9.6),filter and remove impurity,centrifuge and degrease,sterilize with high temperature,add citric acid(acidification pH4.4),wash,prill,dry,product;Products'moisture is 10.24%,fat 1.23%,ash 1.87%,protein is the main nutri?ents and its content as high as 96.16%;the content of mineral in casein is rich,the content of sodium,potassium is up to 236.00±56.00 mg/kg,56.00±72.00 mg/kg;the content of 30 ku is more in casein.The production of edible casein will provide a scientific basis for the develop?ment.

milk residue;edible casein;response surface method;protein molecular weight

TS252.59

A

1001-2230(2017)10-0018-04

2017-03-29

云南省現代農業奶牛產業技術體系資助項目(2016KJTX008);云嶺產業技術領軍人才(云發改人事(2014)1782號).

施婭楠(1992-),女,碩士研究生,研究方向為食物新資源開發與乳品科學.

黃艾祥