工藝條件對傳統乳扇出品率和加工特性的影響

竇玉萍，蘇亞文，孟丹，徐珊，劉紅娜

(西北民族大學 生命科學與工程學院，甘肅 蘭州，730030)

乳扇是云南白族的傳統手工乳制品，呈乳黃色，因薄如紙扇而俗稱乳扇[1]。傳統工藝為：牛乳與酸漿混合，形成凝塊后進行洗滌拉伸，用木桿將其撐成扇形，上架晾干而制成[2]。乳扇營養價值高，是補充蛋白質的良好物質[3]。近年來，中國傳統乳制品發展迅速[4-5]，乳扇需求量日益增加。但乳扇的生產工藝落后，基本為傳統作坊式手工操作，不僅生產效率低，產量有限，而且傳統工藝加工條件難以控制[6]。為使乳扇的生產規模化、標準化，國內外許多專家采用凝乳酶等方法對乳扇的加工工藝、保鮮技術進行了大量的探索和研究[7-9]，但目前云南很多家庭制作乳扇時仍采用酸木瓜汁凝乳。本試驗以乳扇出品率為指標，在不改變傳統做法基礎上，采用Box-Behnken試驗設計對工藝參數進行優化，旨在為提高乳扇品質，以促進民族地區經濟發展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

原料乳：西北民族大學養殖廠的新鮮全脂牛乳，水分為86.5%、脂肪3.5%、蛋白質3.2%、灰分1.3%、乳糖4.5%；酸木瓜，市售云南大理酸木瓜(廠家：云果尚品)；K2SO4、CuSO4、氨水、乙醚、石油醚、乙醇、Na2HPO4(分析純)，國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設備

物性測試儀(TA. XT 2i型)，上海博訊實業設備有限公司；恒溫水浴鍋(DK-S26型)，上海精宏實驗設備有限公司；酸度計(pHS25型)，北京賽多利斯儀器系統有限公司；電子天平(JA型)，上海嘉展儀器設備有限公司；恒溫干燥箱(HH·S1-Ni型)，棗莊市鴻燿機械有限公司；自動凱氏定氮儀(KND-04型)，上海沛歐分析儀器公司；馬弗爐(SX2 -2.5 -12型)，北京科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預處理

新鮮的酸木瓜去皮、去核后，加水3倍，100 ℃煮沸1 h制成酸漿(pH 3.3)，取上清液[1]。生鮮牛乳用紗布過濾待用。

1.2.2 工藝流程

鮮牛乳→巴氏殺菌(63 ℃，30 min)→冷卻至60 ℃→加入酸漿→攪拌揉搓成團→熱燙拉伸→乳扇凝團樣品測定→風干→包裝→乳扇理化指標測定[10]

1.2.3 單因素試驗設計

(1)凝乳溫度對乳扇凝團的影響：設定凝乳溫度分別為55、60、65、70、75 ℃，將凝乳時間60 s的凝團放入70 ℃、pH 4.8的乳清中熱燙拉伸3 min，研究凝乳溫度對凝團性質的影響。

(2)凝乳時間對乳扇凝團的影響:設定凝乳時間分別為20、40、60、80、100 s，將凝乳溫度為65 ℃的凝團放入70 ℃、pH 4.8的乳清中熱燙拉伸3 min，研究凝乳時間對凝團性質的影響。

(3)熱燙pH對乳扇凝團的影響：設定熱燙pH值分別為4.4、4.6、4.8、5.0、5.2，將凝乳溫度為65 ℃、凝乳時間60 s的凝團放入70 ℃的乳清中熱燙拉伸3 min，研究不同熱燙pH對凝團性質的影響。

(4)熱燙拉伸溫度對乳扇凝團的影響：設定熱燙拉伸溫度分別為60、65、70、75、80 ℃，將凝乳溫度為65 ℃，凝乳時間為60 s的凝團放入pH值為4.8乳清中，控制熱燙拉伸時間為3 min，研究不同熱燙拉伸溫度對凝團性質的影響。

(5)熱燙拉伸時間對乳扇凝團的影響：設定熱燙拉伸時間分別為2、4、6、8、10 min，將凝乳溫度為65 ℃，凝乳時間為60 s的凝團放入溫度為70 ℃，pH值為4.8乳清中，研究不同熱燙拉伸時間對凝團性質的影響。

1.2.4 響應面優化試驗設計

以單因素試驗結果為基礎，選取凝乳時間、凝乳溫度、熱燙拉伸溫度為自變量，以乳扇校正出品率為響應值，利用中心組合試驗Box-Behnken設計對傳統乳扇的加工工藝進行優化，建立回歸模擬方程，確定乳扇凝乳的最佳條件，并加以驗證。

1.3 測定指標

1.3.1 乳扇出品率的計算

(1)

式中：C1實測出品率，%；m1乳扇質量，g；m2原料奶質量，g。

將產品校正為水分質量為20%時的出品率:

(2)

式中：C校正出品率，%；C1實測出品率，%；W1乳扇含水量，%；W2乳扇校正含水量，%。

1.3.2 乳扇成分測定

(1)乳扇水分含量：根據GB 5009(3)—2016方法測定。

(2)乳扇灰分含量：根據GB 5009(4)—2016方法測定。

(3)乳扇蛋白質含量：根據GB 5009(5)—2016方法測定。

(4)乳扇脂肪含量：根據GB 5413.3—2016方法測定。

(5)乳扇過氧化值含量：根據GB 5009.227—2016方法測定。

1.3.3 乳扇加工特性的測定

(1)乳扇拉伸性的測定：用取樣器將乳扇切成2 cm×2 cm大小均勻的方塊，置于3.5 cm的鋁制稱量瓶中，在室溫下恢復30 min，再放入100 ℃的烘箱中加熱1 h后取出。用同樣型號的玻璃棒或者筷子挑起乳扇向上拉伸，直至乳扇斷裂為止。此時，立刻用游標卡尺測量乳扇拉伸的長度，精確至0.01 cm，重復3次，以算術平均值表示乳扇的拉伸性[11]。

(2)乳扇油脂析出性的測定：用特制打孔器順著乳扇纖維方向取直徑為1 cm，高1 cm的圓形樣，放置在預先鋪有濾紙直徑9 cm的培養皿中，放入預熱至100 ℃的烘箱中加熱30 min，取出在室溫下恢復15 min，用游標卡尺測量油圈的直徑。精確至0.01 cm，重復3次，以算術平均值表示乳扇的油脂析出性[12-13]。

(3)乳扇融化性的測定：用特質打孔器順著乳扇纖維方向取取直徑為1 cm，厚5 mm的圓柱，將樣品放置于直徑1.8 cm的試管中，在室溫下回復30 min。然后將其置于預熱至100 ℃的烘箱內。加熱1 h后取出，在室溫下放置30 min后用游標卡尺測試融化樣品的長度。精確至0.01 cm，重復3次，以算術平均值表示乳扇的融化性[14-15]。

1.4 感官評定

乳扇感官評定包括色澤、滋味、氣味、組織結構、紋理[3,16]，具體評分標準見表1。

1.5 數據處理

各組數據重復3次求平均值，以平均值±標準差表示；采用統計軟件IBM SPSS Statistics 22數據系統中的Duncan’s法對數據進行顯著性分析；采用 Design Expert 8.0.6對傳統乳扇工藝進一步優化。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 凝乳溫度對乳扇凝團的影響

由圖1可知，凝乳溫度為55～65 ℃時，校正出品率和拉伸性、融化性、油脂析出性隨凝乳溫度的升高而增加。在55～65 ℃時乳清析出較慢，酪蛋白殘留量較大，凝塊組織結構松散，而使乳清渾濁產率較低[17]。在65 ℃時，乳扇的校正出品率為11.3%、拉伸性46.86 mm、融化性6.29 mm、油脂析出性43.2 mm。當溫度65～75 ℃時，乳扇的校正出品率和加工特性隨凝乳溫度的升高而呈現下降趨勢。這是由于牛奶受熱后乳清蛋白分子構象發生變化，其β-乳球蛋白上的活性巰基暴露出來，它通過二硫鍵交換與α-乳白蛋白、κ-酪蛋白相結合，使蛋白質凝膠結構更加牢固[18]。凝乳溫度達到65 ℃時，乳清蛋白的變性程度很徹底，使蛋白質凝膠的網絡結構堅實，硬度高，彈性低，形成光滑均勻細膩的凝塊[10]。當溫度過高時凝塊結構被破壞，有大量的絮狀物產生，使乳清渾濁，凝塊組織結構松散，產率減低。綜上所述最佳凝乳溫度為65 ℃，且凝乳溫度顯著影響凝團的品質。

表1 感官評分標準Table 1 Sensory evaluation scale

圖1 凝乳溫度對凝團校正出品率、加工特性的影響Fig.1 Effect of curd temperature on correction yield of gelatinous curd and processing properties

2.1.2 凝乳時間對乳扇凝團的影響

由圖2可知，凝乳時間為60 s時，乳扇校正出品率10.65%、拉伸性33.79 mm、融化性2.04 mm、油脂析出性63.52 mm，此時乳扇綜合性質較好。在20～60 s時，校正出品率和乳扇的拉伸性、融化性、油脂析出性隨凝乳時間的延長而增加。這是由于短時間內乳清析出較少，酪蛋白殘留量較大，凝塊組織結構松散，乳清渾濁產率較低[17]。當時間在60～100 s時，校正出品率和乳扇的拉伸性、融化性、油脂析出性隨時間的延長而呈現下降趨勢。這是由于隨著凝乳時間的延長，酪蛋白緊密聚集形成光滑均勻的凝塊，乳清透明，可多次折疊拉伸，具有較好的融化性、油脂析出性。而凝乳時間過長(80～100 s)會破壞凝塊組織，使其結構松散，并有大量的絮狀物產生，使乳清渾濁，產率減低[17]。綜上所述最佳凝乳時間為60 s，且凝乳時間顯著影響凝團的品質。

圖2 凝乳時間對校正出品率、凝團加工特性的影響Fig.2 Effect of curd time on correction yield of gelatinous curd and processing properties

2.1.3 熱燙pH值對乳扇凝團的影響

由圖3可知，熱燙pH值為4.8時，校正出品率為10.59%、拉伸性41.90 mm、融化性4.91 mm、油脂析出性56.67 mm，制成的乳扇厚度適合，具有濃郁的奶香味，可多次折疊拉伸，表面呈現黃亮、半透明的色澤，油潤光亮，具有較好的拉伸性、融化性、油脂析出性。pH值在4.4～4.8時，乳扇的校正出品率和加工特性隨熱燙pH值的升高而增加，這是由于熱燙pH值低于4.8時，凝固速度快，凝塊呈較大的絮狀，凝團含水量低，硬度大，延展性降低，組織結構粗糙且難成型[19]。等電點以下的pH值雖然有利于酪蛋白凝結，但排乳清時，極易造成散碎的蛋白小顆粒的流失[20]。熱燙pH 4.8～5.2時，凝塊形成較慢，含水量高且組織稀軟，彈性差，凝團難以成型。外力擠壓排乳清時，酪蛋白易流失[6]。綜上所述最佳為pH 4.8，且熱燙pH對凝團的品質不顯著。

圖3 熱燙pH對校正出品率、凝團加工特性的影響Fig.3 Effect of hot fluid pH on correction yield of gelatinous curd and processing properties

2.1.4 熱燙拉伸溫度對乳扇凝團的影響

由圖4可知，在熱燙拉伸溫度為70 ℃時，凝團的校正出品率、拉伸性、融化性及油脂析出性最好分別為9.28%、30.32 mm、3.08 mm、66.8 mm，凝團黏性好，有拉絲現象，可多次拉伸折疊，延展性好，易定型，熱燙液澄清。在60～70 ℃時校正出品率和乳扇的加工特性隨熱燙溫度的升高而增加。凝團延展性變差，不易拉伸，難以成型，需多次洗滌熱燙，容易造成酪蛋白流失[21]。當熱燙拉伸溫度超過70 ℃時，乳扇的校正出品率和加工特性隨熱燙拉伸溫度的升高而呈現下降趨勢。這是由于熱燙拉伸溫度過高，造成凝團中的蛋白質融化，酪蛋白流失，凝團具有流淌性，難以固定成型[20]，制成的乳扇厚度薄易碎。萬長江等認為，熱燙溫度最適為70 ℃，熱燙拉伸溫度的高低不僅影響凝團的拉伸性和延展性，而且決定熱燙時間的長短及乳扇的加工特性好壞[21]。綜上所述，最佳熱燙拉伸溫度為70 ℃，且熱燙拉伸溫度對凝團的品質影響顯著。

圖4 熱燙拉伸溫度對凝團校正出品率、加工特性的影響Fig.4 Effect of thermo-stretching temperature on correction yield of gelatinous curd and processing properties

2.1.5 熱燙拉伸時間對乳扇凝團的影響

由圖5可知，熱燙拉伸時間在2～3 min時，校正出品率和乳扇的拉伸性、融化性、油脂析出性隨熱燙拉伸時間的延長而增加。熱燙拉伸時間3 min時，校正出品率較高，拉伸性、融化性及油脂析出性最好分別為10.25%、47.98 mm、3.74 mm、39.86 mm，制成的乳扇厚度適合，具有濃郁的奶香味，可多次折疊拉伸，表面呈現黃亮、半透明的色澤，油潤細膩。當熱燙拉伸時間4～6 min時，乳扇的校正出品率和加工特性隨時間的延長而呈現下降趨勢?？赡苁菬釥C拉伸時間受熱燙溫度的影響，熱燙拉伸時間影響凝團的蛋白質結構，熱燙拉伸時間短，蛋白質結構比較松散，形成的凝團硬度低，彈性和回復性都不好，熱燙拉伸時間延長，各項參數變好。而熱燙拉伸時間過長，蛋白膠粒的結構過于緊密，則凝團的彈性和回復性又會變差[19]。綜上所述最佳熱燙拉伸時間為3 min。經顯著性分析得出熱燙拉伸時間對凝團的品質影響不顯著。

圖5 熱燙拉伸時間對凝團校正出品率、加工特性的影響Fig.5 Effect of thermo-stretching time on correction yield of gelatinous curd and processing properties

2.2 響應面優化結果

2.2.1 試驗模型的建立

在單因素基礎上，選擇影響乳扇出品率的3個關鍵因素。通過Design Expert 8.0.6軟件設計3因素3水平的Box- Behnken中心組合試驗，各因素與水平設計如表2所示。設計17個試驗點的響應面分析試驗，其中1～12析因點，自變量取值在各因素之間構成的三維頂點；13～17是零點，中心試驗重復5次，用以估計試驗誤差，如表3所示。

表2 試驗因素水平Table 2 Factor and levels of test

表3 響應面法試驗設計及試驗結果Table 3 Program and result of RSA test

由表3可知，零點試驗的響應值明顯高于分析組，表明此試驗條件為最優的試驗組合。利用Design Expert 8.0.6軟件對表二所得的試驗數據進行二次多項式擬合，獲得各因素對響應值影響的二次回歸方程為：Y=+11.46+0.44A-0.29B-0.014C+0.96AB+0.76AC+0.23BC-1.29A2-0.25B2。

2.2.2 多元回歸模型分析

由表4可知，回歸模型F=47.03，p<0.001，說明顯著性水平極高，失擬性F=0.45，p=0.731 7>0.05，無顯著性，說明該方程的擬合程度較高；因素一次項(A、B)對結果影響高度顯著(p<0.001)、交互項(AB、AC、BC)對結果影響顯著(p<0.01)，二次項(A2、B2、C2)對結果影響顯著 (p<0.01)。變異系數CV(2.03%)較小，說明試驗的誤差較小，可靠性越高，符合試驗設計的要求。決定系數R2=0.983 7，這說明該模型可以解釋98.37%的響應值Y的變化，且該模型的修正R2=0.962 8，預測系數R2=0.915 4與決定系數相差較小，這表明該回歸模型的擬合度良好，可以用該模型分析預測和優化凝乳工藝條件。各項按照其影響響應值的顯著性大小排序：A2>AB>AC>C2>A>B>BC>B2>C。

表4 回歸模型系數方差分析Table 4 ANOVE for the regression coefficients of model

注：p<0.05為顯著，用*表示；p<0.01為極顯著，用**表示。

2.2.3 響應面分析

依據等高線圖的傾斜程度和方差分析數據得出影響乳扇校正出品率的3個因素的主次順序為：凝乳溫度>熱燙溫度>凝乳時間。

由圖6可知，隨著凝乳溫度的提高，校正出品率先上升后下降，而隨著凝乳時間的增加，校正出品率一直呈在下降趨勢，凝乳溫度和凝乳時間的協同作用顯著，等高線圖明顯呈直線形，可知凝乳溫度和凝乳時間的交互作用不顯著。由曲面坡度的陡峭情況知，凝乳溫度的曲面比凝乳時間的曲面更陡，說明凝乳溫度對校正出品率影響更加顯著。

圖6 凝乳溫度和凝乳時間對校正出品率的響應面和等高線圖Fig.6 Response surface and contour of curd time and curd temperature on correction yield

由圖7可知，隨著凝乳溫度的提高，校正出品率先上升后下降，而隨著熱燙溫度的增加，校正出品率先上升后下降。等高線圖明顯呈橢圓形，可知凝乳溫度和熱燙溫度的交互作用顯著。在凝乳溫度65 ℃，熱燙溫度70 ℃時，校正出品率達到最大值。由曲面坡度的陡峭情況得知，凝乳溫度的曲面比熱燙溫度的曲面更陡，說明凝乳溫度對校正出品率影響更加顯著，響應面圖形呈鐘形。

圖7 凝乳溫度與熱燙拉伸溫度對校正出品率的響應面和等高線圖Fig.7 Response surface and contour of curd temperature and thermo-stretching temperature on correction yield

由圖8可知，隨著凝乳時間的延長，校正出品率基本呈現下降趨勢，而隨著熱燙溫度的增加，校正出品率呈先上升后下降趨勢。由曲面坡度的陡峭情況知，熱燙溫度的曲面比凝乳時間的曲面更陡，說明熱燙溫度對校正出品率影響更加顯著，響應曲面呈鞍形。

圖8 凝乳時間與熱燙拉伸溫度對校正出品率的響應面和等高線圖Fig.8 Response surface and contour of curd time and thermo-stretching temperature on correction yield

2.2.4 驗證性試驗結果

通過軟件對試驗數據的分析，得到最佳工藝條件：凝乳溫度65 ℃，凝乳時間60 s，熱燙拉伸溫度70 ℃，利用最佳條件進行驗證，3次試驗的平均校正出品率為10.31%，與理論值11.46%接近，說明采用響應面優化的生產工藝參數準確可靠，按照建立的模型進行試驗在實踐中是可行的。

2.3 營養成分與感官評定

由表5可知，傳統的乳扇與改進乳扇的營養成分相比，主要差異為傳統乳扇脂肪、蛋白質、乳糖含量略高，可能是兩者原料乳不同，云南主要以黃牛為主，其乳的干物質、蛋白質、乳脂含量比普通乳高。而傳統乳扇脂肪含量很高，是由于延長乳扇的貯藏期在制作時添加植物油，制成的乳扇顏色更黃[22]。改良乳扇的含水量較高，是由于風干條件的不同而導致乳扇含水量高[23]，硬度變小，且改進乳扇營養成分符合云南省食品安全地方標準。由表6可知改進乳扇的感官評定、滋味、氣味和組織狀態要比傳統乳扇更好。

表5 傳統、改進乳扇營養成分與加工特性Table 5 Nutrition and processing properties of traditional and improved Dairy fan

表6 傳統乳扇、改進乳扇的感官評定結果Table 6 The result of sensory evaluation for traditionaland improved Dairy fan

3 結論

傳統乳扇生產工藝的最佳條件為：凝乳時間60 s、凝乳溫度65 ℃、熱燙pH 4.8、熱燙拉伸溫度70 ℃、熱燙拉伸時間3 min。該條件下乳扇的校正出品率較高為10.31%，水分17.21%、脂肪38.37%、灰分4.04%、蛋白質34.86%、乳糖6.49%、過氧化值0.17 g/100g，融化性為4.29 mm、拉伸性為46.86 mm、油脂析出性為33.26 mm。影響乳扇校正出品率的3個因素的顯著性程度排列順序為：凝乳溫度>熱燙拉伸溫度>凝乳時間。本試驗在不改變傳統步驟的基礎上, 通過對工藝條件的改善，使乳扇產率提高，拉伸性、融化性、油脂析出性良好。本研究結果為乳扇的進一步工業化奠定基礎。