劉立鵬,賽音呼格吉樂,李紅娟,于景華

(天津科技大學食品工程與生物技術學院,天津 300457)

?

低脂乳的不同熱處理工藝對切達奶酪品質(zhì)的影響

劉立鵬,賽音呼格吉樂,李紅娟,于景華*

(天津科技大學食品工程與生物技術學院,天津 300457)

通過對切達奶酪pH、水分含量、產(chǎn)率、質(zhì)構和融化性的測定,研究了低脂乳的不同熱處理工藝對其品質(zhì)的影響。結果表明:3個不同熱處理工藝下乳清蛋白變性率分別為17.5%、35.1%和68.3%。隨著熱處理強度的增大,切達奶酪的pH和融化性下降,水分含量和產(chǎn)率提高,質(zhì)構指標中的硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼度下降,黏著性上升。利用掃描電鏡和電泳技術分析不同熱處理工藝對奶酪品質(zhì)造成的差異。結果表明:隨著熱處理強度的增大,乳清蛋白變性率增大,形成的大分子聚合物被截留在奶酪的網(wǎng)狀結構中,影響了酪蛋白的聚集,進而對其品質(zhì)產(chǎn)成了影響。

熱處理工藝,切達奶酪,質(zhì)構,電泳,微觀結構

切達奶酪是一種將牛乳用酶凝乳的酸性硬質(zhì)成熟奶酪,原產(chǎn)于英國切達村,深受消費者喜愛,尤其在美國[1]。一般說來,切達奶酪水分含量為37%,脂肪含量32%,蛋白質(zhì)含量25%,屬于高蛋白高脂肪食品[2],但隨著人們健康意識的增強,低脂食品越來越受到了市場的青睞,因此,對低脂切達奶酪的研究也就成為了研究的熱點。

然而,脂肪是切達奶酪的非常重要組成部分,其含量的減少會對奶酪質(zhì)地、風味和功能特性造成不利影響[3]。目前,研究中主要通過生產(chǎn)工藝的改進、使用附屬發(fā)酵劑和脂肪替代物來改善低脂切達奶酪的品質(zhì)[4]。其中,生產(chǎn)工藝中的熱處理工藝對低脂奶酪品質(zhì)能起到一定的改善作用,因此,人們對熱處理工藝對低脂奶酪品質(zhì)的影響作了相應的研究。Guinee[5]指出當熱處理時間為15 s,溫度從72 ℃升高到88 ℃會顯著增加水分含量,降低低脂奶酪的硬度。Merrill[6]通過調(diào)整原料乳的熱處理工藝到80 ℃ 29 s，并將牛乳的pH預酸化到6.0，有效的改善了低脂Mozzarella奶酪的品質(zhì)。然而,對低脂奶酪品質(zhì)的研究目前主要集中在理化指標和功能性指標的檢測上,在機理方面的分析相對較少,仍需做進一步研究。

本文主要通過對切達奶酪pH、水分含量、產(chǎn)率、質(zhì)構特性和融化性的測定,研究了低脂乳的不同熱處理工藝對切達奶酪品質(zhì)的影響,并利用掃描電鏡和電泳技術分析低脂乳不同熱處理工藝對奶酪品質(zhì)造成的差異。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮牛乳 脂肪3.3%,蛋白3.3%,非脂乳固體9.6%,密度32.1。,冰點66.3,滄興牧業(yè)有限公司;小牛皺胃酶 1150 NB,1150 IMCU/g,丹麥科漢森公司;R704型發(fā)酵劑 丹麥科漢森公司;低分子量蛋白標品 北京索萊寶科技有限公司;食鹽 市售;其他試劑 均為分析純。

UL80BC乳成分分析儀 杭州浙大優(yōu)創(chuàng)科技有限公司;9N50手搖牛奶分離機 青海農(nóng)牧機械制造有限公司;HWA24型水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司;K9840自動凱氏定氮儀 濟南海能儀器有限公司;FE20型酸度計 梅特勒-托利多儀器有限公司;DHG101A-3電熱恒溫鼓風干燥箱 紹興市蘇珀儀器有限公司;TA-XTPLUS物性測試儀 英國Stable Micro System公司;KX-30J63烤箱 九陽股份有限公司;SU1510掃描電子顯微鏡 日本日立公司;DYCZ-24DN型電泳儀 北京六一儀器廠;干酪槽、干酪刀、模具 天津科技大學食品工程與生物技術學院實驗室。

1.2 實驗方法

1.2.1 切達奶酪加工工藝 原料乳→脫脂→熱處理→冷卻→接菌種→攪拌→靜置發(fā)酵→添加凝乳酶→凝乳→切割→排乳清→堆砌→破碎與加鹽→成型壓榨→包裝[1]。

關鍵操作點:脫脂條件為使用牛奶分離機進行脂肪分離并使用乳成分分析儀對其脂肪含量進行檢測,當測得脂肪含量約為0.92%時,停止分離。

1.2.2 熱處理工藝的選擇 參照王媛媛[7]實驗中不同加熱時間、不同加熱溫度下乳清蛋白變性程度趨勢圖,同時考慮到乳清蛋白變性率過高時乳清很難從凝膠中排出來,制成的奶酪松散且不易成型,不適合工業(yè)生產(chǎn),因此,設定熱處理工藝分別為65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min和85 ℃ 1 min。

1.2.3 低脂乳乳清蛋白變性率的測定 用飽和NaCl對乳清蛋白進行沉淀,經(jīng)過濾后對濾液中未變性乳清蛋白進行凱氏定氮,得到乳清蛋白總量;樣品的非蛋白氮(NPN)測定方法如下:10 mL脫脂乳用15% TCA(W/V)稀釋至50 mL,TCA最終濃度為12%,這時所有蛋白質(zhì)均沉淀,經(jīng)過濾對濾液中的非蛋白氮進行凱氏定氮,得到NPN量,按如下公式計算乳清蛋白變性率[8]:

乳清蛋白量(WPN)=乳清蛋白的總量(WPN)-非蛋白氮(NPN)

式(1)

乳清蛋白變性率(%)=[WPN(原料乳)-WPN(加熱乳)]/WPN(原料乳)×100

式(2)

1.2.4 奶酪pH的測定 將10 g的奶酪樣品與10 mL脫除CO2的蒸餾水在研缽中混合,用pH計直接測定[9]。

1.2.5 奶酪水分含量的測定 采用GB/T5009.3-2010中的直接干燥法。

1.2.6 奶酪產(chǎn)率的測定 奶酪壓榨后稱其重量,然后根據(jù)公式計算實測產(chǎn)率[10]。

實測產(chǎn)率(%)=奶酪的質(zhì)量/(低脂乳的質(zhì)量+發(fā)酵劑的質(zhì)量+鹽的質(zhì)量)×100

式(3)

1.2.7 切達奶酪質(zhì)構的測定方法 在平板上切割干酪成邊長為10 mm的正方體,用保鮮膜包裹室溫放置1 h,利用物性測試儀,測前速度2 mm/s,測試速度1 mm/s,測后速度1 mm/s,壓縮比30%,觸發(fā)點值5 g,兩次下壓間隔時間5.0 s,探頭類型P/36R,每個樣品做三組平行。

1.2.8 切達奶酪融化性的測定方法 把干酪切成圓柱狀(高5 mm,直徑35 mm),置于有蓋的玻璃培養(yǎng)皿中,在232 ℃烤箱中處理5 min,之后取出放置30 min至室溫,每次在進行熔化實驗前用記號筆在玻璃培養(yǎng)皿的背面沿著奶酪樣品的邊緣做標記以便測直徑,直徑的測量要在5個不同的點取平均值,奶酪的融化性采用直徑增加的百分率表示,每個樣品做三組平行實驗[11]。直徑增加百分率=加熱后直徑/加熱前直徑×100。

1.2.9 切達奶酪微觀結構的觀察 先將樣品切割成約4～5 mm3的小塊,加入2.5%的pH為6.8戊二醛進行固定并置于4 ℃冰箱中保存,然后用液氮將其冷凍,用刀片切斷橫截面,并用pH為6.8磷酸緩沖液沖洗3次,每次10 min,再分別用濃度為30%、50%、70%、90%、100%的乙醇進行脫水,每次10～15 min,氯仿脫脂2 h,叔丁醇和乙醇1∶1以及純叔丁醇進行置換,最后冷凍干燥,鍍金,觀察[12-13]。

1.2.10 低脂乳和奶酪乳清的電泳條件 低脂乳的電泳條件為:將不同熱處理的低脂乳進行10倍稀釋,與2倍上樣緩沖液以1∶1比例制成樣品。濃縮膠5%,分離膠15%,預電泳電壓80 V,進入分離膠后電壓改為120 V。質(zhì)量分數(shù)為0.1%的考馬斯亮藍R250染色2 h,脫色過夜。奶酪乳清的電泳條件與低脂乳的條件相同[14]。

1.2.11 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS 19.0在p<0.05水平進行ANOVA分析以及Origin8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同熱處理低脂乳的乳清蛋白變性率的測定

圖1為不同熱處理低脂乳乳清蛋白變性率的測定結果,由圖1可以看出,經(jīng)過65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min、85 ℃ 1 min的熱處理后,乳清蛋白的變性率分別為17.5%、35.1%和68.3%。相關研究也表明,牛乳經(jīng)過60 ℃以上熱處理就會發(fā)生乳清蛋白變性,導致乳清蛋白分子間以及乳清蛋白與κ-酪蛋白相互作用,從而分別在乳清相中和酪蛋白膠束表面形成熱誘導清蛋白和膠束鍵合蛋白的聚合物[15]。

圖1 不同熱處理低脂乳的乳清蛋白變性率Fig.1 The denaturation rate of whey protein in low-fat milk with different heat treatments

2.2 低脂乳的不同熱處理工藝對切達奶酪pH、水分含量和產(chǎn)率的影響

低脂乳的不同熱處理工藝對切達奶酪pH、水分含量和產(chǎn)率的影響結果見表1。

從表1中可以看出,65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min和85 ℃ 1 min熱處理工藝下奶酪的pH呈下降的趨勢,水分含量和實測產(chǎn)率呈上升趨勢,并均存在顯著性差異(p<0.05)。奶酪的pH下降是由于熱處理強度的增加導致奶酪的水分含量增加和蛋白含量降低,影響了對乳酸的緩沖能力。水分含量的增加是由于變性的乳清蛋白存在抑制了酪蛋白分子間的聚集和乳清的排出,影響了凝塊脫水收縮的過程。而實測產(chǎn)率的增加一方面由于水分含量的增加,另一方面是由于乳清蛋白變性形成了大分子聚合物,當大分子聚合物的尺寸大于蛋白的網(wǎng)絡的空隙尺寸時就會被截留在網(wǎng)絡結構中[16]。

表1 低脂乳的不同熱處理工藝對切達奶酪pH、水分含量和產(chǎn)率的影響Table1 Effect of low-fat milk with different heat treatment processes on the pH value,moisture content,yield of Cheddar cheese

注:角標含有相同字母的每列數(shù)據(jù)之間差異不顯著(p>0.05);表2同。

2.3 低脂乳的不同熱處理工藝對切達奶酪質(zhì)構特性的影響

質(zhì)構特性是評價奶酪的重要指標,對奶酪品質(zhì)和人們的接受程度有著直接影響,表2為低脂乳的不同熱處理工藝對切達奶酪質(zhì)構特性影響的測定結果。

表2 低脂乳的不同熱處理工藝對切達奶酪質(zhì)構特性的影響Table 2 Effect of low-fat milk with different heat treatment processes on texture characteristics of Cheddar cheese

由表2可以看出,65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min和85 ℃ 1 min熱處理工藝下切達奶酪的硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼度呈下降趨勢,黏著性呈上升趨勢,其中硬度、黏著性、內(nèi)聚性和咀嚼度差異顯著(p<0.05),彈性差異不顯著(p>0.05)。

硬度反映了奶酪對形變的抵抗力,其強度的下降主要與凝膠體系變?nèi)鹾退趾康脑黾佑嘘P。彈性反映了奶酪受到擠壓后恢復原狀的能力,其強度的大小受多方面影響,并沒有表現(xiàn)出與硬度和水分含量很強的相關性,這與于華寧[17]在對不同干酪質(zhì)構和流變學對比分析的結果研究相一致。黏著性反映出奶酪表面對其接觸物質(zhì)的吸引力,其強度的增加也與水分含量的增加有關。內(nèi)聚性反映了奶酪的內(nèi)部鍵的強度,熱處理強度的增加會降低酪蛋白分子間內(nèi)部鍵的強度。咀嚼性反映了食物被咀嚼成吞咽的狀態(tài)所需要的能量,其強度的下降是由于硬度的降低使奶酪被咀嚼成吞咽的狀態(tài)變得更加容易。

2.4 低脂乳的不同熱處理工藝對切達奶酪融化性的影響

融化性是奶酪功能特性的重要指標,圖2為切達奶酪熔化后直徑增加的百分率。從圖2中可以看出,65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min和85 ℃ 1 min熱處理工藝下的奶酪直徑增加的百分率分別為138.45%、123.03%和101.06%,85 ℃ 1 min熱處理工藝下的奶酪?guī)缀醪蝗诨?。Harwalkar[18]認為可能是變性的乳清蛋白與酪蛋白結合或夾雜在酪蛋白分子之間,對奶酪基質(zhì)的連續(xù)性和完整性產(chǎn)生了影響,導致了在高溫條件下流動性的降低。此外,還可能是由于65 ℃ 30 min熱處理工藝下的奶酪分子間的氫鍵鍵能較大,加熱后引力中的氫鍵被破壞,在斥力的作用下,發(fā)生了較大的流動。

圖2 直徑增加的百分率Fig.2 The increase percentage of diameter

2.5 切達奶酪微觀結構的觀察結果

切達奶酪的微觀結構直接決定著其品質(zhì)特性,圖3為在1000×視野中觀察切達奶酪的微觀結構。由圖3可以看出,切達奶酪的微觀結構為類似海綿結構的網(wǎng)狀,其中,酪蛋白彼此結合形成聚集,并且沒有明確的方向。比較圖3中的A、B和C可以看出,隨著熱處理強度的增加,蛋白密度減小,酪蛋白聚集程度降低,孔隙變大且大小不均一,網(wǎng)狀結構變得松散,這些微觀結構的變化在宏觀上就表現(xiàn)為切達奶酪的硬度、內(nèi)聚性和咀嚼度的下降以及水分含量的上升。

圖3 切達奶酪掃描電鏡圖片(1000×)Fig.3 The SEM image of Cheddar cheese(1000×)注:A:65 ℃ 30 min B:75 ℃ 5 min C:85 ℃ 1 min。

2.6 低脂乳和奶酪乳清的電泳結果

圖4為不同熱處理低脂乳和奶酪乳清的電泳結果,其中,*為依據(jù)Ye[19]研究中的電泳圖進行對比,推測為PAS Ⅳ或BTN。從圖4中可以看出,1、3、5泳道中的未變性乳清蛋白的含量依次減少,泳道5的含量減少尤為明顯,1和3膠界處有分子量大于180 ku的聚合物,無法進入分離膠,3、5膠孔位置有較明顯的陰影,說明形成了大分子聚合物,無法進入濃縮膠,條帶所顯示結果與所測乳清蛋白蛋白變性率結果相符。從圖4中2、4、6泳道中可以看出,未變性乳清蛋白的條帶幾乎不變,而酪蛋白條帶和大分子聚合物條帶消失,說明酪蛋白和大分子聚合物并沒有隨乳清排出,同時奶酪的微觀結構圖顯示出隨著熱處理強度的增加,酪蛋白聚集程度降低,由此得出,大分子聚合物的存在影響了酪蛋白的聚集,導致了乳清排出困難,含水量增加,質(zhì)構特性發(fā)生改變。相關研究也表明,向原料乳中添加變性乳清蛋白聚合物會影響酪蛋白分子間的聚集[16]。

圖4 不同熱處理低脂乳和奶酪乳清的電泳圖Fig.4 Electrophorogram of low-fat milkwith different heat treatment processes and whey from cheese 注:M:低分子量蛋白Marker;1:65 ℃ 30 min低脂乳;2:65 ℃ 30 min奶酪乳清;3:75 ℃ 5 min低脂乳;4:75 ℃5 min奶酪乳清;5:85 ℃ 1 min低脂乳;6:85 ℃ 1 min奶酪乳清。

3 結論

經(jīng)65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min、85 ℃ 1 min熱處理低脂乳的乳清蛋白變性率依次增大,分別為17.5%、35.1%和68.3%。

隨著熱處理強度的增加,切達奶酪的pH和融化性下降,水分含量和實測產(chǎn)率上升,其中,在65 ℃,30 min熱處理工藝下奶酪的pH和融化性最大,pH為5.11,直徑增加百分率為138.45%；在85 ℃ 1 min熱處理工藝下奶酪的水分含量和實測產(chǎn)率最大分別為58.62%和10.87%。此外,隨著熱處理強度的增加,質(zhì)構指標中的硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼度下降,黏著性上升,其中硬度、黏著性、內(nèi)聚性和咀嚼度差異顯著(p<0.05),彈性差異不顯著(p>0.05)。

利用掃描電鏡和電泳技術分析不同熱處理工藝對奶酪品質(zhì)造成的差異。電泳圖顯示隨著熱處理強度的增大,乳清蛋白變性率增大,形成的大分子聚合物被截留在奶酪的網(wǎng)狀結構中。微觀結構圖顯示隨著熱處理強度的增大,酪蛋白聚集程度降低,孔隙變大且大小不均一。由此得出,大分子聚合物的存在影響了酪蛋白的聚集,導致乳清排出困難,含水量增加,質(zhì)構特性發(fā)生改變。此外,大分子聚合物的存在也增加了奶酪的產(chǎn)量。

[1]張和平,張列兵. 現(xiàn)代乳品工業(yè)手冊[M]. 北京:中國輕工業(yè)出版社,2012.

[2]張惟廣. 發(fā)酵食品工藝學[M]. 北京:中國輕工業(yè)出版社,2005:391.

[3]蘇玉芳,云戰(zhàn)友. 輔助發(fā)酵劑對低脂干酪的影響[J]. 中國乳品工業(yè),2010,38(12):19-21.

[4]李猛,遲濤,方景泉. 低脂干酪生產(chǎn)工藝[J]. 中國乳品工業(yè),2008,36(8):47-50.

[5]Guinee T P,Fenelon M A,Mulholland E O,et al. The influence of milk pasteurization temperature and pH at curd milling on the composition,texture and maturation of reduced fat cheddar cheese[J]. International Journal of Dairy Technology,1998,51(1):1-10.

[6]Merrill R K. A study of factors controlling physical properties of Mozzarella cheese and the manufacture of a reduced fat Mozzarella cheese[J]. Dissertation Abstracts International,1994,55(4):1241-1242.

[7]王媛媛. 脫脂乳中乳清蛋白熱變性及其熱動力學研究[D]. 天津:天津科技大學,2016.

[8]郭本恒,駱承庠. 乳清蛋白變性的測定方法[J]. 中國乳品工業(yè),1994,22(5):221-224.

[9]文旭娟. 低脂Mozzarella干酪的品質(zhì)及其改進的研究[D]. 天津:天津科技大學,2009.

[10]孫卓,劉鷺,張佳程,等. 牛乳超濾及工藝條件改變對切達干酪促熟及其品質(zhì)的影響[J].食品科學,2013,34(4):104-108.

[11]張玲,李曉東,劉璐. 高產(chǎn)EPS乳桿菌對半脂切達干酪質(zhì)地改善的研究[J]. 中國乳品工業(yè),2014,42(4):21-24.

[12]張建強,王英,井雪蓮,等. 不同加工方法對快速成熟切達干酪流變和微觀結構的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技,2016,32(1):183-187.

[13]朱軍偉,杭鋒,王欽博. 干酪微觀結構觀察方法與研究進展[J]. 中國乳品工業(yè),2015,43(3):38-41.

[14]趙亭亭,王媛媛,李雪晴,等. 不同熱分級脫脂奶粉中乳清蛋白熱變性聚合物分析[J]. 中國乳品工業(yè),2015,43(11):4-6.

[15]于景華,劉曉輝,張列兵. 低熱脫脂奶粉的生產(chǎn)現(xiàn)狀[J]. 中國乳品工業(yè),2010,38(3):45-46.

[16]Giroux H J,Lanouette G,Britten M. Effect of whey protein aggregates of various sizes on the formation and properties of rennet-induced milk gels[J]. Food Hydrocolloids,2015,45:272-278.

[17]于華寧,王嘉悅,郭本恒,等. 不同類型干酪質(zhì)構和流變學特性對比分析[J]. 乳業(yè)科學與技術,2013,36(5):5-10.

[18]Harwalkar V R,Ma C Y. Thermal analysis of foods[J]. Advances in Food and Nutrition Research,1991,35:317-366.

[19]YE Ai-qian,Singh H,Taylor M W,et al. Characterization of protein components of natural and heat-treated milk fat globule membranes[J]. International Dairy Journal,2002,12(4):393-402.

Effect of different heat treatment processes of low-fat milk on quality of Cheddar cheese

LIU Li-peng,SAI Yin-hugejile,LI Hong-juan,YU Jing-hua*

(College of Food Engineering and Biotechnology,Tianjin University of Science & Technology,Tianjin 300457,China)

By measuring the pH value,moisture content,yield,texture and meltability of Cheddar cheese,the effect of different heat treatment processes of low-fat milk on quality was analyzed. The results indicated that the denaturation rates of whey protein in three different heat treatments were 17.5%,35.1% and 63.8% respectively. As the heat treatment intensity increased,the pH value and meltability of Cheddar cheese decreased,whereas moisture content and yield increased. Besides,the texture index of hardness,elasticity,cohesiveness and chewiness decreased and the adhesion increased. In addition,the differences in quality of cheese were analyzed by scanning electron microscopy and electrophoresis. The results showed that with the increase of heat treatment intensity,the denaturation rate of whey protein increased,and the formed polymer was trapped in the network structure of cheese,which affected the aggregation of casein and then had an effect on its quality.

heat treatment processes;Cheddar cheese;texture;electrophoresis;microstructure

2016-11-07

劉立鵬(1991-)，男，碩士研究生，研究方向：乳品科學與工程，E-mail：liulipengishere@126..com。

*通訊作者:于景華(1966-)，男，博士，教授，研究方向：乳品科學與工程，E-mail：yujinghua@tust.edu.cn。

國家自然科學基金(31271904)。

TS252.1

A

1002-0306(2017)10-0081-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.10.008