再制涂抹干酪生产用复配乳化盐的优化

苏燕玲，刘 鹭，陈建行，孙颜君,2，张书文，蒋士龙，李健美，吕加平,*

(1.中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100193；2.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；3.黑龙江飞鹤乳业有限公司，北京 100016)

再制涂抹干酪生产用复配乳化盐的优化

苏燕玲1，刘 鹭1，陈建行1，孙颜君1,2，张书文1，蒋士龙3，李健美3，吕加平1,*

(1.中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100193；2.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；3.黑龙江飞鹤乳业有限公司，北京 100016)

采用四分量二阶单纯形格子设计对柠檬酸三钠、磷酸氢二钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠4种乳化盐进行再制涂抹干酪复配优化研究，探讨各样品的特性指标与混料因子之间的内在规律，得到再制涂抹干酪中乳化盐的最佳配方为：柠檬酸三钠、磷酸氢二钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠的质量比1:2:0:0；总添加量3.0%(m/m)，此时再制涂抹干酪的黏度达到最低，可溶性氮含量和pH值最高。

再制涂抹干酪；乳化盐；单纯形格子设计；黏度；可溶性氮；pH值

再制干酪(processed cheese)是以一种或者多种天然干酪为主要原料，经过切割、粉碎、添加乳化盐、加热搅拌乳化、热灌装或成型而制成的产品。根据食品和药品管理局的法规，再制干酪分为巴氏杀菌的再制干酪(pasteurized process cheese)、巴氏杀菌的再制干酪食品(pasteurized processed cheese food)和再制涂抹干酪(pasteurized process cheese spread)3类[1]。再制涂抹干酪具有含水量较高(40%～60%)，组织状态呈流体状等特点，而市售产品水分含量最高可达到73%，脂肪含量在10%～24%[2]。由于其具有气味温和，保藏性好及组织状态均匀、细腻等优点，再制涂抹干酪具有广泛的应用领域。除了直接应用于涂抹食品佐餐外，再制涂抹干酪还可以作为干酪基料用于生产干酪粉或者其他干酪产品；而对于风味不足的再制涂抹干酪可加入外源蛋白酶和脂肪酶，进行酶改性干酪的制备[3]。因此，本研究的开展将为再制涂抹干酪和干酪粉的配方设计和开发提供参考。

再制涂抹干酪的稳定性受很多因素影响，如天然干酪的种类及成熟期、融化pH值、乳化盐的种类及添加量、工艺条件、固形物的含量和脂肪含量等。乳化盐在再制涂抹干酪的生产中起着举足轻重的作用。其主要作用为为：螯合天然干酪网状结构中钙，从而提高了酪蛋白的溶解性；使酪蛋白含有的极性(κ-酪蛋白)和非极性(疏水基团)部分可以同时与水相及油相相互作用、乳化，而实现蛋白与水和脂肪的结合；可以调节产品pH值[4]。常用的乳化盐有磷酸钠盐和柠檬酸钠盐，单一乳化盐易造成乳化不均一、用量大等缺点，因此在实际生产中，一般使用复配乳化盐[5-6]。目前有关再制涂抹干酪中乳化盐研究，往往是先通过单因素试验确定各种乳化盐的使用量，然后组合乳化盐种类及其比例进行研究。实验繁琐且考察不全面。而单纯形格子设计是混料设计中早先出现的、最基本的一种设计方案，主要应用于配方实验设计。在组分之和为1的约束条件下，它可以保证实验点分布均匀，而且计算简单、准确，回归系数只是相应格子点的响应值的简单函数，具有设计模型简单和方便等优点，因而广泛用于果冻、果茶、糕点、混配葡萄酒、饮料、巧克力等食品工业配料方面的研究[7-8]。基于此，本研究通过单纯形格子设计方法对再制涂抹干酪乳化盐配方进行优化，以期生产出所需要的再制涂抹干酪产品，从而为相关产品的开发提供一定的技术基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

Cheddar干酪(成熟期为7d，蛋白质25.64%、脂肪33.7%、水分37.0%) 北京三元食品股份有限公司。

乳化盐(食品级)：柠檬酸三钠、磷酸氢二钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠 大连科信化工有限公司；盐酸、醋酸(分析纯) 北京市化学试剂公司；五水合硫酸铜、硫酸钾、浓硫酸(分析纯) 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

RHG-10型干酪融化锅 北京格美双佳科技发展有限公司；LXJ-IIB型低速大容量多管离心机 上海安亭科学仪器厂；DELTA 320精密pH计 瑞士梅特勒-托利多股份有限公司；2300型全自动凯氏定氮仪 丹麦FOSS公司；MCR301安东帕高级旋转流变仪 奥地利安东帕公司；DK-S24电热恒温水浴锅 上海森信实验仪器有限公司；YP2001电子天平 上海精密科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 物理化学特性分析

1.3.1.1 黏度测定

量取20mL样品于流变仪的测定量筒中，设定测定温度为80℃，剪切速率为5/s，开始以5s间隔读数，共30次。取前20个点的平均值，作为样品的黏度。

1.3.1.2 pH值测定

在常温条件下，将样品与蒸馏水按1:1比例混合，用精密pH计测定。

1.3.1.3 可溶性氮含量的测定

准确称取样品0.75g，加入25mL醋酸盐缓冲液(pH4.6)，将样品充分研磨，再用25mL缓冲液充分冲洗，悬浮液在4000r/min条件下离心20min，取上清液定量移入凯氏消化瓶中消化，进行凯氏定氮，并以占总氮的质量分数(%)表示。

1.3.2 试验设计

1.3.2.1 单纯形格子设计

采用四分量二阶单纯形格子设计对柠檬酸三钠(TSC)、磷酸氢二钠(DSP)、三聚磷酸钠(STPP)和焦磷酸钠(TSPP)4种乳化盐进行优化复配，考察不同乳化盐配比组合对物料黏度、可溶性氮含量和pH值的影响见表1。再制涂抹干酪加工工艺参数为：乳化盐比例3.0%(m/m)、加水量100mL/100g、乳化温度80℃、乳化速率2000r/min、乳化时间20min。

表1 {4,2}单纯形格子法混料试验设计表Table1 {4,2} simplex lattice method for mixture experimental design

1.3.2.2 乳化盐添加量设计

在混料单纯形格子设计得出乳化盐配比的基础上，进行复配乳化盐添加量研究。国外乳化盐的最大添加量一般为3%，因此研究中选取3%作为乳化盐添加量的上限[9]，进行5个水平复配乳化盐添加量的研究。实验点分别为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%，并考察了不同添加量对物料黏度、可溶性氮含量和pH值的影响。

1.4 数据分析

用DPS 3.01进行Scheffe混料回归分析，并作图。用SPSS 15.0版ANOVA系统对数据进行分析(每个样品重复3次)。

2 结果与分析

2.1 乳化盐对再制涂抹干酪特性的影响

以黏度、可溶性氮含量和pH值作为考察指标，对柠檬酸三钠、磷酸氢二钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠四因素通过单纯形格子设计的10个配方组合进行试验。结果表明乳化盐的组成对黏度影响最为显著。黏度是反映物料加工特性的一个指标，它表示非牛顿流体的流变特性[10]。为了简化试验，以黏度为指标，用DPS处理平台对试验结果进行Scheffe混料回归分析方法，最终得到的回归模型为：Y=0.7157X1＋0.2091X2＋0.6637X3＋0.6627X4-1.6084X1X2＋2.5172X1X3-1.6992X1X4＋9.6224X2X3-0.7X2X4＋4.2584X3X4(R2=0.9996)，且X1＋X2＋X3＋X4=1，X1≥0，X2≥0，X3≥0，X4≥0。

回归模型的相关系数R=1，决定系数R2=0.9996，说明模型拟合良好。从表2可以看出，方程的拟和值与实际值很接近，说明回归方程具有较好的预测性。

表2 单纯形格子设计的试验结果Table2 Results of simplex lattice experiments

由图1各因素三维响应面图可以看出，当柠檬酸钠的所占比例一定时，黏度随三聚磷酸钠和焦磷酸钠所占比例增大而增加，但随磷酸氢二钠的变化趋势不固定；当磷酸氢二钠的所占比例一定时，黏度随柠檬酸三钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠的比例增大而增加，且变化大小程度与磷酸氢二钠所占的比例大小有关；当三聚磷酸钠所占比例一定时，黏度随柠檬酸三钠和磷酸氢二钠的比例增大而减小，随焦磷酸钠的变化不明显；当焦磷酸钠所占比例一定时，黏度随三聚磷酸钠比例增大而增加，随柠檬酸三钠和磷酸氢二钠比例增大而减小，且变化程度与焦磷酸钠所占比例有关。总体来说，三聚磷酸钠的添加会使再制涂抹干酪的黏度呈上升趋势，且所占比例越大，黏度越大。焦磷酸钠对于黏度的影响不是很显著，而柠檬酸三钠和磷酸氢二钠具有降低黏度的作用。由回归模型及响应面直观图可以得到黏度最低时的优化组合为：X1=0.3377，X2=0.6310，X3=0，X4=0.0313。参考国外文献[11]报道及简化工艺，将乳化盐的复配比例调整为X1:X2:X3:X4=1:2:0:0，其模型黏度的预测值为0.0198Pa·s，实测值为0.0205Pa·s。

图1 柠檬酸三钠、磷酸氢二钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠交互作用对黏度的影响Fig.1 Interactive effects of TSC, DSP, STPP and TSPP on viscosity

2.2 复配乳化盐添加量对再制涂抹干酪物化特性的影响

复配乳化盐添加量为1.0%和1.5%，乳化效果较差。产品呈现油水分层，且有小颗粒存在。Marchesseau等[12]曾报道低pH值(4.8～5.2)往往会形成颗粒状，不均一的再制干酪，且油脂易分离。因此上述现象可能由于乳化盐的添加量降低，物料的pH值有可能接近酪蛋白的等电点，加剧蛋白聚合，从而使脂肪没有较好的乳化导致乳化失败[13]。另一方面也有可能由于所用原料为新鲜干酪，其完整酪蛋白含量很高，较低含量的乳化盐不足以使酪蛋白分散从而形成均匀状态。基于此结果，继续考察2.0%、2.5%和3.0%共3个水平复配乳化盐添加量对物料黏度、可溶性氮含量和pH值的影响。

2.2.1 复配乳化盐添加量对黏度的影响

图2 复配乳化盐添加量对黏度的影响Fig.2 Effect of ES addition on viscosity

再制干酪的黏度大小与蛋白交联程度及蛋白和脂肪的交联度呈正相关。蛋白的水合作用越高，会减弱蛋白之间的交联度。由图2可知，随着复配乳化盐添加量升高，物料的黏度降低，反映出物料中蛋白的水合作用增加，从而使再制涂抹干酪具有更加均一的状态。Purna等[14]研究了不同柠檬酸钠的添加量(2.0%、2.5%、3.0%)对再制干酪食品黏度的影响，结果显示，以成熟期短(2～6周)天然干酪制备的物料黏度随着柠檬酸钠添加量增加呈下降趋势。由图2可知，复配乳化盐添加量为3.0%，其黏度最低，且差异显著(P＜0.05)。因此选用复配乳化盐添加量为3.0%。

2.2.2 复配乳化盐添加量对可溶性氮含量的影响

图3 复配乳化盐添加量对可溶性氮含量的影响Fig.3 Effect of ES addition on soluble nitrogen

乳化盐中的钠离子通过与酪蛋白中的钙离子交换，使蛋白的溶解性提高，因此由可溶性氮含量可以反映出乳化盐的分离钙的能力[15]。由图3可知，可溶性氮含量随着复配乳化盐添加量升高而增加，其中复配乳化盐添加量为3.0%时，可溶性氮含量达到3.78%，比添加量为2.0%的可溶性氮高出2倍，与2.5%添加量相比差异显著(P＜0.05)。因此选择复配乳化盐的添加量为3.0%。

2.2.3 复配乳化盐添加量对pH值的影响

图4 复配乳化盐添加量对pH值影响Fig.4 Effect of ES addition on pH

乳化盐通过调整料液pH值，有助于料液中离子的交换，从而促进酪蛋白水合, 提高乳化性。Fox等[16]认为混料的pH值影响乳蛋白水合乳化进程，pH值越高越有利于水合乳化一致。由图4可知，再制涂抹干酪的pH值随着复配乳化盐的添加量升高而增大，与可溶性氮含量趋势相同，而与黏度的趋势相反。在一定范围内pH值增加时，未加热的再制干酪的硬度和弹性随之下降，但是加热的再制干酪的流变性相应的增加，这些变化与蛋白水合度增加关[17]。通过多重比较分析，添加量为2.5%和3.0%对pH值影响差异不显著(P＞0.05)。但是添加量为3.0%时，对黏度和可溶性氮含量影响较大，综合考虑选择复配乳化盐的添加量为3.0%。

3 讨 论

乳化盐的种类有很多，主要包括柠檬酸钠盐和磷酸钠盐(正盐、多聚磷酸盐)。通常将柠檬酸钠和磷酸钠盐结合使用，除了它们能形成理想的功能特性外，磷酸盐还具有一定的抑菌特性。在美国，用于再制干酪生产的乳化盐主要是柠檬酸三钠和磷酸氢二钠。它们属于与钙结合较弱的乳化盐，从而提供较弱的乳化，可以产生非常柔软、易熔化的干酪和干酪酱[18]。实际生产中一般都不是使用的单一乳化盐，而是几种乳化盐按照一定比例组合，才能达到最终产品所需要的效果。而所选乳化盐的种类及其配比与产品组成及性能要求密切相关。Sádlíková等[19]考察了几种磷酸钠盐及多聚磷酸钠和磷酸氢二钠组合及多聚磷酸钠和焦磷酸钠组合对再制干酪流变性的影响，结果表明了正磷酸钠制备的再制干酪质地较软，而多聚磷酸钠制备的再制干酪质地较硬。陈历水等[20]研究了几种乳化盐及复合盐对干酪浆黏度、可溶性氮和pH值及干酪粉品质的影响，结果表明三聚磷酸钠和柠檬酸钠(1:1)组合效果最佳。El-Bakry等[11]研究了不同配比的柠檬酸钠和磷酸氢二钠对仿制干酪蛋白水合和脂肪乳化的影响，结果显示，磷酸氢二钠在加工初期(2min内)具有较低的蛋白分散性，但是在较高温度条件下(＞70℃)，其乳化效果要优于柠檬酸钠；并且随着磷酸氢二钠的比例增加，脂肪球变大，而硬度降低。

乳化盐的添加量受多方面的影响，如产品组成成分(干酪的成熟度、水分含量、脂肪含量)、加工工艺及产品的要求等。一般来说所用干酪的成熟期越短，含有完整酪蛋白含量越高，所需乳化盐的添加量越高。Thomas等[15]在混合盐的研究中，添加磷酸二钠、二磷酸四钠、三磷酸五钠、磷酸三钠或等量的链式磷酸钠和磷酸四钠生产再制干酪，添加比例为3%。这些再制涂抹干酪的可接受性大致相同。与本实验的结果相符。谢跃杰[21]在研究再制切片干酪加工过程中的参数模型时，结果表明新鲜干酪添加比例、乳化盐添加比例、乳化温度和乳化速率分别为：60%、1.5%、90℃、1200r/min，此时切片再制干酪达到最好状态。其乳化盐添加量较低，一方面由于所选天然干酪中既有新鲜干酪又有成熟干酪；另一方面，其产品为需要一定硬度要求切片干酪。

不同的乳化盐配比及添加量(2%～3%)条件下的再制涂抹干酪都具有均一的组织状态，但是其物化特性有差异。因此，在实际生产中，可以通过优化乳化盐配方的方法来改善最终产品的性状。

4 结 论

通过单纯形格子设计对柠檬酸三钠、磷酸氢二钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠4种乳化盐进行配比优化，确定柠檬酸三钠、磷酸氢二钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠的质量比为1:2:0:0，复配乳化盐添加量为3.0%，黏度较低，可溶性氮和pH值较高，乳化效果理想。但在后续的再制干酪乳化盐的配方优化的研究中，应从产品的需求和人体健康两方面出发，在确定的复配乳化盐配方的基础上，尽可能减少总钠盐的添加量。

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Optimization of Mixed Emulsifying Salts in Processed Cheese Spreads

SU Yan-ling1，LIU Lu1，CHEN Jian-hang1，SUN Yan-jun1,2，ZHANG Shu-wen1，JIANG Shi-long3，LI Jian-mei3，L☒ Jia-ping1,*
(1. Institute of Agro-food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China；2. College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China；3. Heilongjiang Feihe International Inc., Beijing 100016, China)

The {4,2} simplex lattice method was used to optimize mixed emulsifying salts of trisodium citrate, disodium hydrogen phosphate, sodium tripolyphosphate and tetrasodium pyrophosphate in processed cheese spreads, and the relationship between product properties and mixed factors was discussed. The results indicated that the ingredient proportion of trisodium citrate, disodium hydrogen phosphate, sodium tripolyphosphate and tetrasodium pyrophosphate in mixed emulsifying salts was 1:2:0:0, and the total amount of mixed emulsifying salts was 3.0%. Under the optimal conditions, the viscosity of the resulting product reached the lowest level, but the soluble nitrogen and pH revealed the highest level.

processed cheese spread；emulsifying salt (ES)；simplex lattice method；viscosity；soluble nitrogen；pH

TS252.53

A

1002-6630(2013)18-0001-05

10.7506/spkx1002-6630-201318001

2012-08-18

“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD09B02)；国家国际科技合作与交流专项(010S2012ZR0302)

苏燕玲(1988—)，女，硕士研究生，研究方向为乳品微生物。E-mail：suyanling504387617@126.com

*通信作者：吕加平(1963—)，男，研究员，博士，研究方向为食品微生物与发酵和乳品科学。E-mail：lvjp586@vip.sina.com