響應(yīng)面法優(yōu)化低脂新鮮干酪加工工藝

李彤，崔利敏，李玲玉，任敏，宗學(xué)醒

內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司（呼和浩特 011500）

干酪，英文稱“Cheese”，是一種發(fā)明及食用歷史均非常悠久的食品，不僅在中亞、歐洲各國有著廣泛的食用基礎(chǔ)，也是蒙古族、哈薩克族等許多邊疆少數(shù)民族的傳統(tǒng)食品。近年來，干酪產(chǎn)品的國內(nèi)市場規(guī)模日漸擴(kuò)大，《2022年全球及中國奶酪行業(yè)生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀及奶酪行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析》顯示，2021年我國干酪產(chǎn)品的表觀需求量達(dá)到32.93萬 t[1]。隨著健康意識(shí)的增強(qiáng)，干酪含有的較高脂肪又讓消費(fèi)者望而生畏。然而，單純依靠使用低脂乳作為原料會(huì)導(dǎo)致低脂干酪存在質(zhì)地干硬、風(fēng)味不足等缺點(diǎn)[2-3]。添加適宜的脂肪替代物有助于低脂干酪品質(zhì)的改善。

1 材料與方法

1.1 材料

原料乳（內(nèi)蒙古蒙牛奶酪有限責(zé)任公司）。要求無抗、煮沸無結(jié)塊、有純正乳香味、酒精試驗(yàn)呈陰性，2~6 ℃冷藏儲(chǔ)運(yùn)。

CHY-MAX M凝乳酶（丹麥科·漢森有限公司）。2~6 ℃冷藏儲(chǔ)運(yùn)。

FD-DVS R-704直投式干酪發(fā)酵劑（丹麥科·漢森有限公司），由乳酸乳球菌乳酸亞種和乳酸乳球菌乳脂亞種組成。-18 ℃及以下冷凍儲(chǔ)運(yùn)。

HI-CAP100辛烯基琥珀酸淀粉酯[國民淀粉工業(yè)（上海）有限公司]，由蠟質(zhì)玉米淀粉制得。

1.2 儀器與設(shè)備

高剪切分散機(jī)（上海歐河機(jī)械設(shè)備有限公司，型號(hào)OuHo A30）；干酪槽及干酪網(wǎng)刀（實(shí)驗(yàn)室自制）；真空包裝機(jī)（蘇州康鳴包裝設(shè)備有限公司，型號(hào)260B）；數(shù)顯pH計(jì)（梅特勒-托利多儀器有限公司，型號(hào)Seven Excellence S400-Micro）；物性分析儀（英國Stable Micro Systems公司，型號(hào)TA-XT2）；紫外可見光分光光度儀（上海天美科學(xué)儀器有限公司，型號(hào)UV1000）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 新鮮干酪制備工藝流程

1) 工藝流程：生牛乳→脫脂→標(biāo)準(zhǔn)化→加入脂肪替代物→均質(zhì)→殺菌→降溫→加入發(fā)酵劑→恒溫發(fā)酵→加入凝乳酶→加入氯化鈣→恒溫凝乳→切割、升溫排乳清→沖洗→包裝→冷藏保存。

2) 工藝要點(diǎn)：生牛乳使用凈乳機(jī)進(jìn)行預(yù)處理后升溫，使用離心分離設(shè)備分離稀奶油，將試驗(yàn)用低脂生牛乳的脂肪含量標(biāo)準(zhǔn)化至1.5%（w/w）。標(biāo)準(zhǔn)化后的原料乳升溫至45 ℃左右，在高剪切條件下加入脂肪替代物，攪拌混勻10 min后升溫至65 ℃進(jìn)行均質(zhì)。之后對(duì)料液進(jìn)行殺菌。殺菌后立即冷卻，加入直投式發(fā)酵劑，攪拌混勻后于32 ℃恒溫發(fā)酵，進(jìn)行預(yù)酸化。發(fā)酵20 min后，將凝乳酶和氯化鈣分別使用無菌水稀釋至10%溶液后加入料液中。攪拌混勻后繼續(xù)恒溫凝乳，期間避免振動(dòng)干酪槽以免影響凝乳效果。待料液pH降至切割點(diǎn)終時(shí)使用干酪刀將凝乳切割成1 cm3左右的立方體小塊，靜置30 min后在1 h內(nèi)緩慢勻速升溫至53~57 ℃，期間緩慢攪拌促進(jìn)乳清排出。之后分別使用22 ℃，4 ℃無菌水清洗15 min以除去殘留的乳糖避免產(chǎn)品過度酸化。成品低脂新鮮干酪真空包裝后置于2~6 ℃下冷藏保存。

1.3.2 感官評(píng)定

1) 測定標(biāo)準(zhǔn)：參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《NY 478—2002軟質(zhì)干酪》[4]設(shè)置評(píng)價(jià)指標(biāo)，見表1。

表1 新鮮干酪感官評(píng)價(jià)細(xì)則

2) 環(huán)境及人員要求：由10位評(píng)價(jià)員組成的感官評(píng)價(jià)小組進(jìn)行。應(yīng)在無異常氣味、無噪音、有正常自然光的評(píng)價(jià)室內(nèi)進(jìn)行。評(píng)價(jià)員應(yīng)具有乳制品相關(guān)的專業(yè)知識(shí)背景并通過感官評(píng)價(jià)能力測試，應(yīng)身體健康、客觀公正。

3) 分?jǐn)?shù)計(jì)算方式：在全部評(píng)分中去除一個(gè)最高分和一個(gè)最低分后取平均分作為單項(xiàng)最終得分。單項(xiàng)分?jǐn)?shù)出具后，以不同權(quán)重計(jì)算加權(quán)后作為總體感官分?jǐn)?shù)，滿分為10分。

1.3.3 凝乳特性測定

1.3.3.1 凝乳效果評(píng)分

對(duì)各項(xiàng)凝乳特性指標(biāo)按表2所示的細(xì)則分別評(píng)分，計(jì)算總和作為總體的凝乳效果評(píng)分。評(píng)分在60分以下視為不可接受；80分以上視為優(yōu)秀。

1.3.3.2 凝乳狀態(tài)評(píng)價(jià)

1) 環(huán)境及人員要求：見1.3.2小節(jié)。

2) 分?jǐn)?shù)計(jì)算方式：在全部評(píng)分中去除一個(gè)最高分和一個(gè)最低分后取平均分作為最終得分。

1.3.3.3 凝乳強(qiáng)度的測定[5]

1) 測試方法：采用單軸壓縮法使用物性分析儀檢測干酪的斷裂應(yīng)力σf以表示凝乳強(qiáng)度。使用直徑20 mm、高25 mm的中空不銹鋼圓柱形模具從干酪上取樣，每次取樣從同一塊干酪的不同位置留取5個(gè)樣品，取樣部位應(yīng)隨機(jī)分散；取樣后的樣品應(yīng)在2~6 ℃冰箱中至少冷藏60 min后再進(jìn)行檢測。

2) 測試條件：測試探頭為平底柱型，直徑35 mm；下降速度1 mm/s；壓縮程度80%。由于在測試過程中有少量乳清析出，能夠降低干酪與測試平臺(tái)間的摩擦力，故不需要額外涂抹潤滑劑。

應(yīng)力σt、Hencky應(yīng)變?chǔ)臜分別按式（1）和（2）計(jì)算。

式中：F(t)為下壓過程中施加的力；A(t)為樣品截面面積；A0為初始截面面積；H(t)為樣品下壓過程中的高度；H0為樣品初始高度。

斷裂應(yīng)力由Hencky應(yīng)變-應(yīng)力曲線（如圖1所示）得到，即為曲線最高點(diǎn)的應(yīng)力。

1.3.3.4 乳清吸光度（A）的測定[6]

使用可見分光光度儀在λ=500 nm處測定干酪制作過程中排除乳清的吸光度，即為乳清吸光度（A）。

1.3.3.5 凝乳時(shí)間的測定

從向料液中加入凝乳酶起開始計(jì)時(shí)，至檢測到凝乳的pH達(dá)到可進(jìn)行切割為止的時(shí)間即為凝乳時(shí)間。使用計(jì)時(shí)器進(jìn)行測定。

1.3.3.6 凝乳得率的測定

以成品新鮮干酪質(zhì)量與完成配料后料液總質(zhì)量的比值作為凝乳得率，按式（3）計(jì)算。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

選取辛烯基琥珀酸淀粉酯作為脂肪替代物，分別以脂肪替代物添加量、氯化鈣添加量、一級(jí)均質(zhì)壓力（二級(jí)均質(zhì)壓力固定為5 MPa）、切割pH為變量進(jìn)行單因素試驗(yàn)，依據(jù)感官評(píng)分對(duì)低脂奶酪品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.5 響應(yīng)面曲線試驗(yàn)

采用Design-Expert 12軟件依據(jù)Box-Behnken設(shè)計(jì)原理，以低脂新鮮干酪的凝乳效果評(píng)分為響應(yīng)值進(jìn)行四因素三水平響應(yīng)曲面試驗(yàn)。

2 結(jié)果及分析

2.1 單因素試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

加入脂肪替代物后低脂干酪的感官評(píng)分顯著上升（P＜0.05），且感官評(píng)分與辛烯基琥珀酸淀粉酯的添加量呈正相關(guān)。辛烯基琥珀酸淀粉酯（Octenyl Succiniate anhydrate starch，OSAS）是一種既包含親水性基團(tuán)又包含親油性基團(tuán)的“兩親物質(zhì)”，加入干酪后能夠起到類似穩(wěn)定劑的作用。Tesch等[7]研究了OSAS穩(wěn)定乳化液的機(jī)理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)淀粉的親水端與親油端能分別深入水相和油相中，淀粉的多糖長鏈在兩相界面形成韌性很大的界面膜，提供強(qiáng)大的內(nèi)聚力，從而提升干酪的硬度及整體口感。還有研究表明，OSAS的微觀結(jié)構(gòu)大小比較接近脂肪球，能夠嵌入酪蛋白網(wǎng)絡(luò)的間隙當(dāng)中，在排乳清時(shí)得以留存下來，使整個(gè)體系獲得較高的穩(wěn)定性。張建強(qiáng)[8]研究發(fā)現(xiàn)，OSAS在干酪凝乳塊中的留存利用率高達(dá)92%左右。

低脂干酪的感官評(píng)分隨氯化鈣添加量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，并在添加量為0.02%時(shí)達(dá)到最大值。當(dāng)氯化鈣添加量增加至0.03%時(shí)評(píng)分員普遍反映干酪偏硬，且有異常的苦味，感官評(píng)分顯著降低。這與Rashid等[9]研究氯化鈣對(duì)Ricotta干酪的影響時(shí)觀察的現(xiàn)象相同。李小華等[10]在研究中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氯化鈣添加量較多時(shí)干酪外層還會(huì)出現(xiàn)一層硬皮，使得含水量提升。

隨一級(jí)均質(zhì)壓力的增加，低脂干酪的感官評(píng)分同樣呈先增加后降低的趨勢(shì)，并在均質(zhì)壓力35 MPa時(shí)達(dá)到最大值。Rowney等[11]研究發(fā)現(xiàn)，均質(zhì)后酪蛋白能夠在吸附于脂肪球表面后形成原蛋白—蛋白鍵，從而增加蛋白基質(zhì)的強(qiáng)度，使低脂干酪的組織狀態(tài)得到提升。

隨凝乳pH上升，感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，并在pH為4.6時(shí)達(dá)到最大值。酪蛋白的等電點(diǎn)為4.6~4.7。切割pH過低會(huì)導(dǎo)致干酪偏酸，同時(shí)酪蛋白膠束會(huì)發(fā)生水解并隨乳清排出，使得低脂干酪的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不佳，蛋白質(zhì)含量下降[12]。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平選取

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平選取，編碼及選取水平如表3所示。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)因素編碼及水平

2.2.2 回歸方程擬合

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。進(jìn)行AONVA分析，建立響應(yīng)值凝乳效果評(píng)分與A、B、C、D四因素的數(shù)學(xué)回歸模型，得到的回歸方程：

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 各因素間交互作用分析

表5 響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析

由整體方差分析可知，模型的F值為20.12且P＜ 0.01，說明建立的模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。失擬項(xiàng)的F值為1.58且P＞0.05，說明模型的擬合效果較好。模型的R2值為0.969 1，代表相應(yīng)值變化的96%以上來源于試驗(yàn)設(shè)計(jì)選定的A、B、C、D四因素。因素A、B、C、D、AB、AC、AD、A2、C2對(duì)響應(yīng)值凝乳效果評(píng)分在0.01水平顯著，因素BC在水平0.05顯著，說明選定的試驗(yàn)因素對(duì)凝乳效果評(píng)分既有一次的線性影響，也有二次方影響，且部分因素間存在交互效應(yīng)。

A、B、C、D四因素間兩兩交互作用的響應(yīng)面曲線圖如圖3所示。

2.2.4 響應(yīng)面法優(yōu)化低脂新鮮干酪加工工藝

對(duì)擬合方程求解，得到理論的最佳凝乳條件：脂肪替代物添加量2.43%、氯化鈣添加量0.02%、一級(jí)均質(zhì)壓力31.07 MPa、切割pH 4.6，此時(shí)的理論凝乳效果評(píng)分為87.60分。采用修正條件（脂肪替代物添加量2.4%、氧化鈣添加量0.02%、一級(jí)均質(zhì)壓力30 MPa、切割pH 4.6）進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，測得低脂干酪的凝乳效果評(píng)分87.17±0.73分，與理論值基本一致，且符合產(chǎn)品要求。

3 結(jié)論

以辛烯基琥珀酸淀粉酯質(zhì)作為脂肪替代物生產(chǎn)低脂新鮮干酪的最佳工藝：脂肪替代物添加量2.4%、氯化鈣添加量0.02%、一級(jí)均質(zhì)壓力30 MPa、二級(jí)均質(zhì)壓力5 MPa、切割pH 4.6。