范金波，夏琳婧，周素珍，呂長(zhǎng)鑫，馮敘橋

1(渤海大學(xué)食品科學(xué)研究院，遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧錦州，121013)

2(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京，100083)

壓榨作為半硬質(zhì)和硬質(zhì)干酪生產(chǎn)工藝中的步驟之一，對(duì)于干酪的品質(zhì)形成至關(guān)重要。但即使在干酪制作技術(shù)十分成熟的西方國(guó)家，對(duì)于干酪壓榨工藝的研究也十分稀少，且大部分研究數(shù)據(jù)都是生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)驗(yàn)所得，并不完善，也缺乏系統(tǒng)性。國(guó)內(nèi)對(duì)于壓榨工藝的研究也幾乎是一片空白，至多采用感官評(píng)價(jià)的方法初步研究了壓榨時(shí)間對(duì)消費(fèi)者喜好度的影響。壓榨過程雖然簡(jiǎn)單，但對(duì)于干酪品質(zhì)的影響卻很大。

本文在傳統(tǒng)硬質(zhì)干酪生產(chǎn)加工研究的基礎(chǔ)上，采用近年來新興的技術(shù)手段，就壓榨工藝對(duì)干酪品質(zhì)的影響進(jìn)行深入研究，探索其影響過程和作用機(jī)理，以期為建立我國(guó)硬質(zhì)干酪工業(yè)化生產(chǎn)工藝體系提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

原料乳:新鮮無抗牛乳，來自北京三元食品股份有限公司干酪加工專用原料乳。菌種:R704直投式菌種(CHR Hansen，H?rsholm Denmark)。凝乳酶:Stamix 1150(CHR Hansen，H?rsholm Denmark)，活性成分是小牛皺胃酶(EC 3.4.23.1)和牛胃蛋白酶(EC 3.4.23.4)，總酶活力為120 000 U/g。實(shí)驗(yàn)所用試劑，購自北京化學(xué)試劑有限公司。

電熱恒溫水浴鍋(DK-8B)，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;凱氏定氮儀(KDY-9830)，北京思貝得研究所;流變儀(AR-1500ex)，美國(guó) TA Inst ruments;質(zhì)構(gòu)儀(TMS-Pro)，美國(guó) FTC公司;激光共聚焦顯微鏡(TCS-SP2-AOBS)，德國(guó)Leica公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 干酪制作工藝流程

干酪制作方法，參考Cheddar干酪標(biāo)準(zhǔn)加工工藝并略有修改［1］:對(duì)原料乳進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使蛋白/脂肪為0.8;巴氏殺菌63℃，30 min;殺菌后冷卻至32℃，每升牛乳中加入0.1 g發(fā)酵劑菌株R704(約1010CFU/L);經(jīng)過30 min發(fā)酵后，每升中加入0.05 g凝乳酶(6 000 IU)，繼續(xù)恒溫培養(yǎng)45～60 min等待牛乳凝結(jié);待凝膠形成后，用薄刀片劃開凝塊，用刀面與劃縫垂直向上挑起，等到刀片上不再沾有顆粒，且凝膠能從劃縫處自然撕裂時(shí)，用不銹鋼橫縱切刀將凝塊切割成1 cm×1 cm×1 cm方塊，靜置5min后進(jìn)行熱煮程序。切割后的小凝塊與乳清在干酪槽中進(jìn)行勻速升溫?zé)嶂? min/℃，緩慢上升至38℃。待pH降至6.1～6.2，開始堆疊，每15 min翻轉(zhuǎn)1次排乳清。待乳粒緩慢收縮，pH值降到5.4～5.5時(shí)，將大凝塊切成拇指樣大小，加入食用鹽(0.3 g/100 mL原料乳)，并混合均勻，裝入不銹鋼模具內(nèi)并采用壓力設(shè)備進(jìn)行壓榨。不銹鋼模具的底面積為8 cm×10 cm底面和四壁上均密布小孔以便乳清排出，定義壓榨壓強(qiáng)為施加壓力與干酪底面積(即模具底面積)之比。制好的成品真空包裝后，4℃保存。

1.2.2 干酪水分含量的測(cè)定

水分采用干燥法測(cè)定［2］。

1.2.3 干酪蛋白質(zhì)含量的測(cè)定

蛋白采用凱氏定氮法測(cè)定［3］。

1.2.4 干酪脂肪含量的測(cè)定

脂肪含量采用羅茲-哥特里法測(cè)定［4］。

1.2.5 干酪質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

干酪質(zhì)構(gòu)測(cè)定采用二次壓力測(cè)定法:樣品在室溫下(20±2℃)預(yù)置30 min，用干酪取樣器自干酪中心取樣，樣品形狀為1 cm×1 cm×1 cm的正方體。用直徑50 mm的探頭垂直2次循環(huán)，壓縮變形為50%，探頭垂直下降速率為24 mm/min。每1個(gè)樣品重復(fù)6個(gè)平行樣。結(jié)果采用一級(jí)機(jī)械性能硬度(firmness)、彈性(springiness)，和二級(jí)性能咀嚼性(chewiness，硬度×內(nèi)聚性×彈性)表示。

1.2.6 干酪流變特性的測(cè)定

樣品取出后室溫下平衡30 min，從干酪中心取樣，樣品直徑為40 mm，厚度為2 mm，置于流變儀托盤上，降低探頭至干酪表面。經(jīng)過反復(fù)探索，設(shè)定溫度掃描設(shè)置程序參數(shù)如下:剪應(yīng)變0.005，角頻率1 Hz，升溫速率為3℃/min，升溫范圍為20 ～80 ℃［5］。

1.2.7 干酪微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定

用激光共聚焦顯微鏡進(jìn)行干酪微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定［6］。將 1.0 g/L 的快綠水溶液 100 μL 加入到0.2 g/L的尼羅紅聚乙二醇溶液100 mL中，即為混合熒光染料。使用不銹鋼刀片以防止切面變形，從干酪塊上切下5 mm×5 mm×2 mm的薄片放在載玻片上。用膠頭滴管吸染料滴2～3滴到樣品上，在暗處充分浸染10 min。染色過程在4℃下進(jìn)行。染色完成后用純水從樣品一角沖洗3遍，加上蓋玻片，倒置放在顯微鏡下，用63倍油鏡觀察。尼羅紅和快綠的激發(fā)波長(zhǎng)分別為488 nm和633 nm。設(shè)定尼羅紅發(fā)射波濾波片的范圍在550～620 nm，快綠660～710 nm。調(diào)整到視野清晰后，采圖。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 壓榨工藝對(duì)干酪組成成分的影響

設(shè)定壓榨壓強(qiáng)為98，221，343 kPa，分別在4、16 ℃下壓榨，在壓榨時(shí)間為0，0.5，1，2，4，8，16 h取樣，貯存在4℃冷庫，第1，2，3天分別測(cè)定各條件下的干酪水分含量、脂肪含量、蛋白質(zhì)含量值。

1.3.2 壓榨時(shí)間對(duì)干酪品質(zhì)的影響

在工藝條件完全不變的情況下，固定壓榨壓強(qiáng)為221 kPa，壓榨溫度為16℃，設(shè)定壓榨時(shí)間為0，4，8，16 h，制得干酪樣品，測(cè)定其質(zhì)構(gòu)特性、流變特性和微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.3 壓榨壓強(qiáng)對(duì)干酪品質(zhì)的影響

在工藝條件完全不變的情況下，固定壓榨時(shí)間為8 h，壓榨溫度為16℃，設(shè)定壓榨壓強(qiáng)為0，98，221，343 kPa，制得干酪樣品，測(cè)定其質(zhì)構(gòu)特性、流變特性和微觀結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與分析

2.1 壓榨工藝對(duì)干酪組成成分的影響

2.1.1 壓榨工藝對(duì)干酪水分含量的影響

圖1所示為在不同壓榨壓強(qiáng)和溫度下，所獲得干酪的水分含量隨壓榨時(shí)間變化的趨勢(shì)圖。從圖中可以看出，在壓榨初期的0.5 h內(nèi)，水分含量由55.9%下降到50%左右，其中，16℃下221 kPa和343 kPa壓榨的干酪下降幅度最大，而后水分排出速率持續(xù)變緩。16℃下，在壓強(qiáng)較小(98 kPa)或較大(343 kPa)時(shí)，干酪塊水分含量均在4 h達(dá)到穩(wěn)定，壓強(qiáng)適中(221 kPa)時(shí)，則在8 h達(dá)到穩(wěn)定，與繼續(xù)延長(zhǎng)壓榨時(shí)間至16 h后的水分含量無顯著性差異(P＞0.05)?？梢妷簭?qiáng)較小時(shí)水分排出有限，排水過程停止較早;而壓強(qiáng)較大時(shí)，排水效率較高，排水過程完成較快。此外，從圖中還可得知，在其他條件不變的情況下，4℃的壓榨條件下排出水分較16℃的顯著減少(P＜0.05)。這是由于，低溫下干酪表皮更容易形成，從而阻止了水分的充分排出［7］。

圖1 不同壓榨條件下干酪的水分含量Fig.1 Moisture content of cheeses made with different pressing parameters

2.1.2 壓榨工藝對(duì)干酪脂肪含量的影響

圖2所示為在不同壓榨壓強(qiáng)和溫度下，所獲得干酪的脂肪含量隨壓榨時(shí)間變化的趨勢(shì)圖。在壓榨初期的0.5 h內(nèi)，干酪中脂肪含量顯著增加(P＜0.05)。這是由于這段時(shí)間內(nèi)水分含量迅速下降，導(dǎo)致脂肪含量相對(duì)升高。而后因水分排出速率持續(xù)變緩，脂肪含量上升速率也變緩。此外，從圖中還可得知，在其他條件不變的情況下，由于4℃下干酪的表皮閉合較早，其脂肪含量顯著低于16℃(P＜0.05)。

圖2 不同壓榨條件下干酪的脂肪含量Fig.2 Fat content of cheeses made with different pressing parameters

2.1.3 壓榨工藝對(duì)干酪蛋白的影響

圖3所示為在不同壓榨壓強(qiáng)和溫度下，所獲得干酪的蛋白含量隨壓榨時(shí)間變化的趨勢(shì)圖。在壓榨初期的0.5 h內(nèi)，各條件下干酪中蛋白含量都顯著增加(P＜0.05)。這是由于這段時(shí)間內(nèi)水分含量迅速下降，導(dǎo)致蛋白含量相對(duì)升高，而后因水分排出速率持續(xù)變緩，蛋白含量上升速率也變緩。16℃下，在壓強(qiáng)較小(98 kPa)或較大(343 kPa)時(shí)，干酪塊蛋白含量均在4 h達(dá)到穩(wěn)定，壓強(qiáng)適中(221 kPa)時(shí)，則在8 h達(dá)到穩(wěn)定，與繼續(xù)延長(zhǎng)壓榨時(shí)間至16 h后的蛋白含量無顯著性差異(P＞0.05)。這與水分含量的減少過程和脂肪含量的增加過程相一致。此外，在其他條件不變的情況下，由于4℃下干酪的表皮閉合較早，其蛋白含量顯著低于16℃(P＜0.05)，低壓強(qiáng)98 kPa壓榨時(shí)甚至在2h已達(dá)到穩(wěn)定，之后延長(zhǎng)壓榨時(shí)間蛋白含量均無顯著性差異(P＞0.05)。

圖3 不同壓榨條件下干酪的蛋白含量Fig.3 Protein content of cheeses made with different pressing parameters

2.2 壓榨工藝對(duì)干酪質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.2.1 壓榨時(shí)間對(duì)干酪質(zhì)構(gòu)特性的影響

從圖4中可以看出，隨著壓榨時(shí)間的延長(zhǎng)，干酪的硬度增大(P＜0.05)，達(dá)7.78 N;咀嚼性增強(qiáng)(P＜0.05)，達(dá)2.01 N。壓榨過程初期，由于水分快速排出導(dǎo)致硬度和咀嚼性增大，隨著壓榨進(jìn)行，雖然水分排出速度減緩，但干酪塊保持內(nèi)部形狀的結(jié)合力增強(qiáng)，使得硬度繼續(xù)增大，同時(shí)使得干酪被咀嚼至下咽所需做的功增加。干酪彈性在4 h時(shí)與壓榨前相當(dāng)，而4 h后，彈性減小。

圖4 不同壓榨時(shí)間的干酪質(zhì)構(gòu)特性Fig.4 Textural properties of cheeses made with different pressing time

2.2.2 壓榨壓強(qiáng)對(duì)干酪質(zhì)構(gòu)特性的影響

如圖5所示，隨著壓榨壓強(qiáng)的增大，蛋白網(wǎng)絡(luò)在壓強(qiáng)作用更加致密緊實(shí)，干酪的硬度顯著增加(P＜0.05)，從1.71 N增大至7.13 N。同時(shí)，咀嚼性隨著壓強(qiáng)增大不斷增大(P＜0.05)，從 0.60 N升至2.05 N。此外，壓強(qiáng)越大，干酪彈性越小(P＜0.05)，表明干酪發(fā)生形變后不易恢復(fù)。

圖5 不同壓榨壓強(qiáng)的干酪質(zhì)構(gòu)特性Fig.5 Textural properties of cheese made with different pressing pressures

2.3 壓榨工藝對(duì)干酪流變特性的影響

2.3.1 壓榨時(shí)間對(duì)干酪流變特性的影響

從圖6和7中可以觀察到，加熱過程中，彈性模量G'隨溫度升高而下降。在相同的測(cè)定溫度下，隨著壓榨時(shí)間的增加，干酪G'也增加，彈性模量增大。干酪是一種典型的膠狀食品，彈性模量表征了干酪體系網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固體特征。由此說明，長(zhǎng)時(shí)間壓榨的干酪蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，因而表現(xiàn)為其彈性模量較高，這也與其質(zhì)構(gòu)特性變化規(guī)律相一致。tanδ值隨溫度升高先增加后減小，在最高點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)的溫度即為熔化溫度，也稱軟化點(diǎn)。從圖中可以看到，隨著壓榨時(shí)間的增加，熔化溫度先升高后減小，16 h的熔化溫度反而比8 h更低，熔化性更好。熔化前，二者的流體特性相差不大，而在熔化后，16 h干酪樣品的內(nèi)部結(jié)合力仍比8 h更強(qiáng)。

圖6 不同壓榨時(shí)間的干酪彈性模量Fig.6 Elasticity modulus of cheese made with different pressing time

圖7 不同壓榨時(shí)間的干酪熔化特性Fig.7 Melting characteristics of cheese made with different pressing time

2.3.2 壓榨壓強(qiáng)對(duì)干酪流變特性的影響

在相同的測(cè)定溫度下，隨著壓榨壓強(qiáng)的增加，干酪彈性模量G'也增大，干酪的固體特性增加，這是由于結(jié)構(gòu)更加致密引起的。在圖8和圖9中還可以看到，除未壓榨的樣品在熔化溫度時(shí)tanδ能夠達(dá)到1(即彈性本質(zhì)與黏性本質(zhì)相當(dāng))外，其他樣品均tanδ＜1，即以彈性本質(zhì)為主。且在98 kPa壓強(qiáng)下的樣品熔化溫度最低，熔化性最好。盡管壓榨前的干酪所含水分較多，但其熔化性卻不及98 kPa下的干酪，可見水分含量并不是決定干酪熔化性的唯一因素。有研究證實(shí)，干酪中蛋白、脂肪存在的狀態(tài)也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響［4］。

2.4 壓榨工藝對(duì)干酪微觀結(jié)構(gòu)的影響

2.4.1 壓榨時(shí)間對(duì)干酪微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖8 不同壓榨壓強(qiáng)的干酪彈性模量Fig.8 Elasticity modulus of cheeses made with different pressing pressures

圖9 不同壓榨壓強(qiáng)的干酪熔化特性Fig.9 Melting characteristics of cheeses made with different pressing pressures

由圖10可以看出，隨著壓榨時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白密度不斷增大，蛋白網(wǎng)絡(luò)中填充的水分逐漸減少。與此同時(shí)，脂肪球聚集變大，并發(fā)生形變。在壓榨4 h時(shí)，干酪內(nèi)部已形成脂肪槽。而后由于干酪塊隨著外界溫度降低，脂肪流動(dòng)性減弱，蛋白基質(zhì)不斷緊實(shí)，脂肪塊鑲在其中被一起壓緊。在壓榨16 h時(shí)，脂肪不規(guī)則度又有所增大。

2.4.2 壓榨壓強(qiáng)對(duì)干酪微觀結(jié)構(gòu)的影響

由圖11可以看出，隨著壓榨壓強(qiáng)的增大，脂肪球不斷聚集，在壓榨前，脂肪顆粒為完整的球形，分布較為分散，且尺寸較小，直徑在10 μm左右。甚至可以看到，這些本身尺寸較小的脂肪球是由大量更小的微球構(gòu)成的。在壓榨后，壓力作用使得蛋白質(zhì)本身對(duì)分散在蛋白質(zhì)線性結(jié)構(gòu)間乳漿通道中的脂肪球施加壓力，使脂肪球被壓擠破裂連在一起形成油塊，包裹在蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中。聚集后的脂肪球形狀規(guī)則度下降，尺寸增大直徑達(dá)到20～30 μm，在壓榨壓強(qiáng)343 kPa下達(dá)到最大積聚形成超大脂肪球，直徑達(dá)50 μm。從蛋白結(jié)構(gòu)來看，98 kPa壓強(qiáng)下較為松散，當(dāng)壓強(qiáng)增大至221 kPa時(shí)，蛋白網(wǎng)絡(luò)更加致密。另外可以看到，343 kPa下干酪中含有較多水分，這是由于高壓強(qiáng)下蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生重排，使得截持水從網(wǎng)絡(luò)中逸出，轉(zhuǎn)化為自由水，這一方面為超大脂肪球的聚集提供了有利條件，另一方面也使得蛋白線性分子間作用力加強(qiáng)，由此引發(fā)了干酪塊的其他特性如前述質(zhì)構(gòu)和流變等特性的變化。

圖10 不同壓榨時(shí)間下的干酪微觀結(jié)構(gòu)Fig.10 Microstructure of cheeses made with different pressing time

3 結(jié)論

本文研究了壓榨工藝對(duì)于干酪基本成分、質(zhì)構(gòu)、流變及微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)論如下:

(1)對(duì)干酪成分的影響方面:隨著壓榨時(shí)間的延長(zhǎng)和壓榨壓強(qiáng)的增大，干酪的水分含量逐漸減少，脂肪和蛋白含量逐漸升高。

(2)對(duì)干酪質(zhì)構(gòu)的影響方面:壓榨時(shí)間的延長(zhǎng)和壓榨壓強(qiáng)的增大，能夠促使水分排出，同時(shí)蛋白網(wǎng)絡(luò)更加致密，從而導(dǎo)致干酪的硬度和咀嚼度顯著增加，彈性顯著下降。

(3)對(duì)干酪流變特性的影響方面:干酪的彈性模量隨著壓榨時(shí)間的延長(zhǎng)、壓榨壓強(qiáng)的增大而增大，同時(shí)也更趨近于固體性質(zhì)。

(4)對(duì)干酪微觀結(jié)構(gòu)的影響方面:壓榨時(shí)間增加促使干酪蛋白質(zhì)變得更加致密，壓榨壓強(qiáng)增大則使得脂肪球破裂并聚集。

圖11 不同壓榨壓強(qiáng)下的干酪微觀結(jié)構(gòu)Fig.11 Microstructure of cheeses made with different pressing pressures

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