邵之曉,顧豐穎,劉昊,楊婷婷,張巧真,王鋒
(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點試驗室,北京 100193)
干酪是一種營養(yǎng)價值較高的乳制品,全球消費量與日俱增[1-2]。隨著消費者飲食理念向“健康、低卡、環(huán)?!钡霓D(zhuǎn)變,植物基干酪受到廣大素食主義者和愛嘗鮮消費者的青睞,同時也是乳糖不耐癥人群的新選擇[3-5]。目前市售植物基干酪的主要成分是水、植物脂肪和碳水化合物(淀粉、親水性膠體等),蛋白質(zhì)含量較低(<5%),其拉伸性和質(zhì)構(gòu)特性與天然馬蘇里拉干酪相比均有待改進[6-7]。天然馬蘇里拉干酪特有的纖維狀酪蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其具有良好的拉伸性和熔化性,在披薩、焗飯等飲食中廣泛應(yīng)用,深受消費者喜愛[7-9]。因此,植物基馬蘇里拉干酪的研制成為了當(dāng)下的研究熱點,亟需尋找可模擬酪蛋白行為的植物蛋白。
玉米醇溶蛋白是玉米淀粉加工過程中的衍生品,來源廣泛,價格低廉[10]。玉米醇溶蛋白富含疏水性氨基酸,具有自組裝特性,水合后在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上能形成具有良好黏彈性和延展性的纖維網(wǎng)絡(luò),因此被廣泛用于成膜、包埋、納米運載、無麩質(zhì)面團體系[11-15]。水合玉米醇溶蛋白隨溫度升高軟化度和黏性增加,流變特性與市售天然切達(dá)干酪相似[11-16]。玉米醇溶蛋白作為一種有獨特黏彈性的植物蛋白,具有開發(fā)植物馬蘇里拉干酪的潛力。Mattice等[7]嘗試用玉米醇溶蛋白制作干酪,發(fā)現(xiàn)玉米醇溶蛋白基植物干酪的熔融特性與市售天然切達(dá)干酪相似,質(zhì)構(gòu)特性、流變特性和拉伸性都超越了市售植物基切達(dá)干酪。
本研究通過分析玉米醇溶蛋白、水和椰子油添加量對玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪(Z干酪)功能特性(拉伸性、熔化性和油脂析出性)的影響,進行功能特性綜合評分,得到了各組分的適宜添加量。通過正交試驗,獲得Z干酪最佳配方,比較最佳配方與天然馬蘇里拉干酪(M干酪)和植物基馬蘇里拉干酪(PBM干酪)的功能特性和質(zhì)構(gòu)特性。旨在研制出一種品質(zhì)接近M干酪的Z干酪,為植物基馬蘇里拉干酪的開發(fā)提供參考。
玉米醇溶蛋白:美國西格瑪公司;純凈水:杭州娃哈哈集團有限公司;冷榨椰子油:上海楓未實業(yè)有限公司;天然馬蘇里拉干酪(M干酪):上海貝世盛實業(yè)有限公司;植物基馬蘇里拉干酪(PBM干酪):冰島Bute食品公司。
DZ2000電子天平:常熟市嘉衡天平儀器有限公司;T1-108B電烤箱:廣東美的廚房電器制造有限公司;TA-XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀:英國Stable Micro Systems公司;新星定性濾紙(φ12.5 cm):杭州特種紙業(yè)有限公司。
1.3.1 工藝流程
玉米醇溶蛋白與水混合→加入打發(fā)的椰子油→攪拌→冷藏→成型→成品→冷藏。
1.3.2 操作要點
玉米醇溶蛋白過120目篩,與水混合后快速攪拌均勻,選擇熔點為24℃的椰子油,使用時將其打發(fā)至無結(jié)塊狀態(tài),用模具使樣品成型,冷藏條件為4℃。
分別考察玉米醇溶蛋白添加量(1.5、2、3、4、5 g)、水添加量(2、3、4、5、6 g)、椰子油添加量(0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 g)對Z干酪功能特性的影響。除考察因素外,其他的組分添加量保持基本配方(玉米醇溶蛋白3 g、水3 g、椰子油2.0 g)數(shù)值不變。
以單因素試驗結(jié)果為基礎(chǔ),按照工藝流程,進行三因素三水平的正交試驗,以功能特性評分為指標(biāo),優(yōu)化Z干酪配方。試驗因素和水平見表1。
表1 正交試驗因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test
1.6.1 拉伸性測定
參考文獻[17]并稍作改動:用特制模具取長×寬×高為1.8 cm×1.8 cm×0.5 cm的均勻樣品,放置在直徑為12.5 cm的濾紙上;將其放入到已預(yù)熱的150℃烘箱內(nèi),加熱2 min后取出;立即將測試鉤插入熔化的干酪中,固定濾紙;點擊拉伸儀控制上升的按鈕,測試鉤以500 mm/min的速度向上拉伸,直到干酪斷裂為止;記錄電腦上顯示的拉伸桿向上移動的距離即拉伸長度,精確至0.1 cm,以此表示干酪的拉伸性。每個樣品重復(fù)測定5次。
1.6.2 熔化性和油脂析出性測定
參考文獻[18]并稍作改動:用特制模具取長×寬×高為1 cm×1 cm×0.5 cm的均勻樣品,放置在直徑為12.5 cm的濾紙上;將其放入到已預(yù)熱的150℃烘箱內(nèi),加熱7 min后取出;在濾紙上勾勒出干酪樣品的熔化區(qū)域(封閉曲線)和油圈區(qū)域(封閉曲線),分別測定干酪的熔化面積和油脂析出面積(精確到0.01 cm2),以此表示干酪的熔化性和油脂析出性。每個樣品重復(fù)測定3次。
參考RHB 507—2015《匹薩用拉絲性干酪感官評鑒細(xì)則》,結(jié)合Z干酪的功能特性,略作改動,對拉絲性干酪的功能特性進行評分。詳細(xì)評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。
表2 拉絲性干酪功能特性評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Functional properties scoring criteria for stretchability of cheese
參考文獻[19]并稍作改動,用特制模具取直徑為1 cm,高為1.4 cm的均勻圓柱體塊。取出樣品,放置在直徑為12.5 cm的濾紙上;之后將其放入到已預(yù)熱的150℃烘箱內(nèi),加熱3 min后取出;將樣品置于質(zhì)構(gòu)儀平板上,進行質(zhì)構(gòu)測定。
具體參數(shù)為探針P36R,測試前探頭行進速度2 mm/s,測試中探頭行進速度1 mm/s,探頭返回的行進速度2 mm/s,壓縮比30%,兩次壓縮時間間隔5 s,觸發(fā)力10 g。每個樣品重復(fù)測定7次。
采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理與作圖,SPSS軟件進行單因素方差分析,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。
2.1.1 玉米醇溶蛋白添加量對Z干酪功能特性的影響
玉米醇溶蛋白添加量對Z干酪功能特性的影響見圖1,功能特性評分見圖2。
圖1 玉米醇溶蛋白添加量對Z干酪功能特性的影響Fig.1 Effect of zein addition on functional properties of Z cheese
圖2 不同玉米醇溶蛋白添加量的Z干酪功能特性評分Fig.2 Scores of functional properties of Z cheese with different zein addition
由圖1可知,在拉伸長度上,玉米醇溶蛋白添加量為1.5 g時,拉伸長度達(dá)到35.7 cm;玉米醇溶蛋白從2 g~5 g的添加量對拉伸長度的影響不大(P>0.05),均超過25 cm。Z干酪可以被拉伸的原因在于水合玉米醇溶蛋白在高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的條件下,通過分子間相互作用彼此聯(lián)結(jié),可形成具有延展性和黏彈性的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與天然馬蘇里拉干酪中的酪蛋白相似,隨著溫度的升高,玉米醇溶蛋白分子間的非共價相互作用只是減弱并沒有完全消失,高溫下玉米醇溶蛋白網(wǎng)絡(luò)軟化但仍具有延展性和黏彈性,使Z干酪可以被拉伸[7,20]。加熱過程中油脂的熔化會破壞蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),干酪的熔化面積與蛋白質(zhì)體系被破壞的程度相關(guān)[21]。隨著玉米醇溶蛋白添加量的增加,Z干酪的熔化面積先略微增大,添加量超過3 g(Z干酪中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.5%)后,Z干酪熔化面積顯著減小。這可能是因為Z干酪中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過37.5%后,會形成更緊密的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò),加熱過程中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞的程度較小,蛋白質(zhì)體系發(fā)生的移動幅度小,干酪的流動性變差[22]。Z干酪的油脂析出面積隨著玉米醇溶蛋白添加量的增加而遞減。玉米醇溶蛋白添加量為1.5 g時Z干酪烘焙后出油嚴(yán)重,有研究認(rèn)為可能是蛋白質(zhì)含量低,易崩塌的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)占比較大,油脂易從崩塌的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中釋放[19]。根據(jù)拉絲性干酪功能特性評分標(biāo)準(zhǔn),對Z干酪進行打分,可知玉米醇溶蛋白添加量為3 g時的Z干酪功能特性評分最高,因此選擇玉米醇溶蛋白添加量2、3、4 g為正交試驗因素水平。
2.1.2 水添加量對Z干酪功能特性的影響
水添加量對Z干酪功能特性的影響見圖3,功能特性評分見圖4。
圖3 水添加量對Z干酪功能特性的影響Fig.3 Effect of water addition on functional properties of Z cheese
圖4 不同水添加量的Z干酪功能特性評分Fig.4 Scores of functional properties of Z cheese with different water addition
由圖3可知,隨著水添加量的增加,拉伸長度先增加后下降,水添加量為5 g時,拉伸長度達(dá)到37 cm。玉米醇溶蛋白網(wǎng)絡(luò)隨含水量的增大會發(fā)生一定的塑化,促進拉伸能力增強,但含水量過高Z干酪中蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低,蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成受到影響,進而影響拉伸長度[7-22]。隨著水添加量的增加,熔化面積呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,添加量為3 g或4 g時的熔化面積都較大(Z干酪中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為37.5%、33.3%),兩者之間無顯著性差異(P>0.05)。這說明Z干酪中的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在33.3%至37.5%左右時,加熱過程中蛋白質(zhì)之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較易被破壞,使體系發(fā)生移動,賦予干酪良好的流動性。油脂析出面積隨著水添加量的增加而遞減,這可能是由于水添加量的增大使Z干酪中油脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。根據(jù)拉絲性干酪功能特性評分標(biāo)準(zhǔn)(表2),對Z干酪進行打分,可知水添加量為4 g時的Z干酪功能特性評分最高(見圖4),因此選擇水添加量3、4、5 g為正交試驗因素水平。
2.1.3 椰子油添加量對Z干酪功能特性的影響
椰子油添加量對Z干酪功能特性的影響見圖5,功能特性評分見圖6。
圖5 椰子油添加量對Z干酪功能特性的影響Fig.5 Effect of coconut oil addition on functional properties of Z cheese
圖6 不同椰子油添加量的Z干酪功能特性評分Fig.6 Scores of functional properties of Z cheese with different coconut oil addition
由圖5可知,拉伸長度隨著椰子油添加量的增加而遞減,椰子油添加量為0.5g時,拉伸長度最大為35.9cm,添加量為4.0g時的拉伸長度最小,但超過21cm。這可能是因為Z干酪中油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時,玉米醇溶蛋白分子間的相互作用較強,對抗拉伸的能力較強,因此干酪在拉伸過程中不易斷裂,拉伸性能高[19];而油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時,在加熱過程中油脂對蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞變大,不利于拉伸[23]。熔化面積和油脂析出面積隨著椰子油添加量的增加遞增。這可能是由于油脂含量高,加熱過程中脂肪球趨向于發(fā)生合并,油脂易從崩塌的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中釋放、合并、并遷移到Z干酪的表面[17],因此含油量過高會造成油脂的大量析出;而油脂含量過低,又會導(dǎo)致Z干酪的熔化性、成型性變差,表面被燒焦[24]。根據(jù)拉絲性干酪功能特性評分標(biāo)準(zhǔn),對Z干酪進行打分,由圖6可知,椰子油添加量為1.0 g時的Z干酪功能特性評分最高,因此選擇椰子油添加量0.5、1.0、2.0 g為正交試驗因素水平。
Z干酪配方的優(yōu)化試驗結(jié)果如表3所示。
表3 正交試驗設(shè)計及試驗結(jié)果Table 3 Design and results of orthogonal test
采用極差分析法對正交表中的試驗結(jié)果進行分析,極差(R)大小反映該因素的水平變化對試驗影響大小[25]。由表3可知,以Z干酪的功能特性評分為考察指標(biāo)時,各因素作用主次為C>A>B。所以C椰子油添加量是影響Z干酪最重要的因素,其次是玉米醇溶蛋白添加量。通過各因素水平均值可以看出影響功能特性的最佳水平,得到最佳配方組合為A2B1C3。按A2B1C3最佳組合進行驗證試驗,3次平行試驗可得Z干酪的烘焙后功能特性評分為87.4分,與表3中的正交試驗結(jié)果相符,即優(yōu)化后的最佳配方為玉米醇溶蛋白3 g,水3 g,椰子油2.0 g。
根據(jù)正交試驗結(jié)果,用優(yōu)化后的配方制作Z干酪(記為Z0干酪)。兩組對照市售干酪分別為天然馬蘇里拉干酪(M干酪)和植物基馬蘇里拉干酪(PBM干酪)。
2.3.1 功能特性
Z0干酪與M干酪和PBM干酪功能特性的比較見圖7,功能特性評分見圖8。
圖7 Z0干酪與市售干酪功能特性的比較Fig.7 Comparison of functional properties between Z0 cheese and commercial cheeses
圖8 Z0干酪與市售干酪功能特性評分Fig.8 Scores of functional properties of Z0 cheese and commercial cheeses
由圖7可知,在拉伸長度上,Z0干酪與兩組市售干酪有顯著性差異(P<0.05),Z0干酪、M 干酪、PBM 干酪的拉伸長度分別為27、18、2.5 cm。PBM干酪的拉伸長度最小,因為它幾乎不含蛋白質(zhì),不能為干酪基質(zhì)提供用以拉伸的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在熔化面積上,Z0干酪與M干酪、PBM干酪也有顯著性差異(P<0.05),Z0干酪的熔化面積最大,而M干酪因為脂肪球小且在酪蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中分布的更加均勻,與Z0干酪相比,加熱過程中脂肪破壞酪蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力低,因此熔化面積較小。PBM干酪加熱后淀粉糊化,因此具有一定的熔化性。M干酪具有最小的油脂析出面積,因其脂肪與酪蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的更加緊密,脂肪分布均勻,加熱過程中脂肪球合并的傾向小[19]。Z0干酪與PBM干酪的油脂析出面積較大,兩者之間無顯著性差異(P>0.05)。Z0干酪是因為玉米醇溶蛋白的持油性較差,加熱后油脂易合并和析出,PBM干酪則是因為含油量較高。在馬蘇里拉干酪最重要的拉伸性和熔化性上,Z0干酪的性能更好。由圖8可知,Z0干酪的功能特性評分高于兩組市售馬蘇里拉干酪。
2.3.2 質(zhì)構(gòu)特性
Z0干酪與M干酪和PBM干酪質(zhì)構(gòu)特性的比較見表4。
表4 Z0干酪與市售干酪質(zhì)構(gòu)特性的比較Table 4 Comparison of texture properties between Z0 cheese and commercial cheese
干酪的硬度指使干酪變形所需要的力,由干酪中的非脂干物質(zhì)決定,主要由蛋白質(zhì)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)[23]。M干酪具有最高的硬度;Z0干酪的硬度更接近M干酪,這與Mattice等[16]的研究結(jié)果一致,即玉米醇溶蛋白能形成硬度和韌性較強的網(wǎng)絡(luò);PBM干酪具有最低的硬度,這是因為它的主要成分是植物油和碳水化合物,幾乎不含蛋白質(zhì),淀粉糊化形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)比較柔軟。干酪的黏著性指干酪表面和其它物體(舌、牙、口腔等)相互接觸后剝離它們所需要的力,其負(fù)號代表測試探頭受到的作用力方向向下,與大小無關(guān)[26]。Z0干酪與M干酪的黏著性無顯著性差異(P>0.05)。干酪的內(nèi)聚性指形成干酪形態(tài)結(jié)構(gòu)所需的內(nèi)部結(jié)合力的大小,其外在表現(xiàn)是抗拉強度[26-27]。Z0具有最高的內(nèi)聚性,表明與M干酪相比Z0干酪形成的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密,使干酪保持完整性的能力更強。干酪的彈性指干酪在外力作用后其形狀的恢復(fù)能力。PBM干酪因淀粉糊化形成凝膠網(wǎng)絡(luò),因此具有高的彈性。干酪的膠黏性是干酪的整體屬性,是硬度與內(nèi)聚性的乘積。如上所述,Z0干酪的硬度和內(nèi)聚性都與M干酪接近,故二者膠黏性相近。干酪的咀嚼性指將干酪咀嚼成能夠吞咽的狀態(tài)所需要的能量,表示咀嚼過程中能量的整體消耗,與干酪的硬度和彈性有關(guān)[28]。Z0干酪與M干酪的咀嚼性較高,PBM干酪雖有很高的彈性,但因其硬度很低,所以咀嚼所消耗的能量很小。
Z0干酪與M干酪和PBM干酪質(zhì)構(gòu)特性的蛛網(wǎng)圖見圖9。
圖9 Z0干酪與市售干酪質(zhì)構(gòu)特性的蛛網(wǎng)圖Fig.9 Cobweb diagram of texture properties of Z0 cheese and commercial cheeses
由圖9可知,Z0干酪與M干酪的質(zhì)構(gòu)特性相近。PBM干酪與M干酪和Z0干酪沒有相似之處,PBM干酪除具有高彈性外,其他各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)值均最低,正是這種質(zhì)地使PBM干酪柔軟易咀嚼。
以玉米醇溶蛋白為主要原料研究開發(fā)一種創(chuàng)新型植物基馬蘇里拉干酪,在單因素試驗的基礎(chǔ)上,利用正交試驗確定了最佳配方為玉米醇溶蛋白3 g,水3 g,椰子油2.0 g即最優(yōu)配比為玉米醇溶蛋白∶水∶椰子油=3∶3∶2(質(zhì)量比)。結(jié)果表明,此配方生產(chǎn)的玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪拉伸長度為27 cm,分別是天然馬蘇里拉干酪和植物基馬蘇里拉干酪的1.4倍和10.8倍。玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪的功能特性得分為84.6,高于兩組市售馬蘇里拉干酪。玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪與天然馬蘇里拉干酪的質(zhì)構(gòu)特性相近,性能優(yōu)良。玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪制作無需發(fā)酵,生產(chǎn)周期短,利于工業(yè)化生產(chǎn),是一種具有廣闊前景的新型素食拉絲干酪。