低脂乳的不同热处理工艺对切达奶酪品质的影响

刘立鹏,赛音呼格吉乐,李红娟,于景华

(天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457)



低脂乳的不同热处理工艺对切达奶酪品质的影响

刘立鹏,赛音呼格吉乐,李红娟,于景华*

(天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457)

通过对切达奶酪pH、水分含量、产率、质构和融化性的测定,研究了低脂乳的不同热处理工艺对其品质的影响。结果表明:3个不同热处理工艺下乳清蛋白变性率分别为17.5%、35.1%和68.3%。随着热处理强度的增大,切达奶酪的pH和融化性下降,水分含量和产率提高,质构指标中的硬度、弹性、内聚性和咀嚼度下降,黏着性上升。利用扫描电镜和电泳技术分析不同热处理工艺对奶酪品质造成的差异。结果表明:随着热处理强度的增大,乳清蛋白变性率增大,形成的大分子聚合物被截留在奶酪的网状结构中,影响了酪蛋白的聚集,进而对其品质产成了影响。

热处理工艺,切达奶酪,质构,电泳,微观结构

切达奶酪是一种将牛乳用酶凝乳的酸性硬质成熟奶酪,原产于英国切达村,深受消费者喜爱,尤其在美国[1]。一般说来,切达奶酪水分含量为37%,脂肪含量32%,蛋白质含量25%,属于高蛋白高脂肪食品[2],但随着人们健康意识的增强,低脂食品越来越受到了市场的青睐,因此,对低脂切达奶酪的研究也就成为了研究的热点。

然而,脂肪是切达奶酪的非常重要组成部分,其含量的减少会对奶酪质地、风味和功能特性造成不利影响[3]。目前,研究中主要通过生产工艺的改进、使用附属发酵剂和脂肪替代物来改善低脂切达奶酪的品质[4]。其中,生产工艺中的热处理工艺对低脂奶酪品质能起到一定的改善作用,因此,人们对热处理工艺对低脂奶酪品质的影响作了相应的研究。Guinee[5]指出当热处理时间为15 s,温度从72 ℃升高到88 ℃会显著增加水分含量,降低低脂奶酪的硬度。Merrill[6]通过调整原料乳的热处理工艺到80 ℃ 29 s，并将牛乳的pH预酸化到6.0，有效的改善了低脂Mozzarella奶酪的品质。然而,对低脂奶酪品质的研究目前主要集中在理化指标和功能性指标的检测上,在机理方面的分析相对较少,仍需做进一步研究。

本文主要通过对切达奶酪pH、水分含量、产率、质构特性和融化性的测定,研究了低脂乳的不同热处理工艺对切达奶酪品质的影响,并利用扫描电镜和电泳技术分析低脂乳不同热处理工艺对奶酪品质造成的差异。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜牛乳 脂肪3.3%,蛋白3.3%,非脂乳固体9.6%,密度32.1。,冰点66.3,沧兴牧业有限公司;小牛皱胃酶 1150 NB,1150 IMCU/g,丹麦科汉森公司;R704型发酵剂 丹麦科汉森公司;低分子量蛋白标品 北京索莱宝科技有限公司;食盐 市售;其他试剂 均为分析纯。

UL80BC乳成分分析仪 杭州浙大优创科技有限公司;9N50手摇牛奶分离机 青海农牧机械制造有限公司;HWA24型水浴锅 上海一恒科学仪器有限公司;K9840自动凯氏定氮仪 济南海能仪器有限公司;FE20型酸度计 梅特勒-托利多仪器有限公司;DHG101A-3电热恒温鼓风干燥箱 绍兴市苏珀仪器有限公司;TA-XTPLUS物性测试仪 英国Stable Micro System公司;KX-30J63烤箱 九阳股份有限公司;SU1510扫描电子显微镜 日本日立公司;DYCZ-24DN型电泳仪 北京六一仪器厂;干酪槽、干酪刀、模具 天津科技大学食品工程与生物技术学院实验室。

1.2 实验方法

1.2.1 切达奶酪加工工艺 原料乳→脱脂→热处理→冷却→接菌种→搅拌→静置发酵→添加凝乳酶→凝乳→切割→排乳清→堆砌→破碎与加盐→成型压榨→包装[1]。

关键操作点:脱脂条件为使用牛奶分离机进行脂肪分离并使用乳成分分析仪对其脂肪含量进行检测,当测得脂肪含量约为0.92%时,停止分离。

1.2.2 热处理工艺的选择 参照王媛媛[7]实验中不同加热时间、不同加热温度下乳清蛋白变性程度趋势图,同时考虑到乳清蛋白变性率过高时乳清很难从凝胶中排出来,制成的奶酪松散且不易成型,不适合工业生产,因此,设定热处理工艺分别为65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min和85 ℃ 1 min。

1.2.3 低脂乳乳清蛋白变性率的测定 用饱和NaCl对乳清蛋白进行沉淀,经过滤后对滤液中未变性乳清蛋白进行凯氏定氮,得到乳清蛋白总量;样品的非蛋白氮(NPN)测定方法如下:10 mL脱脂乳用15% TCA(W/V)稀释至50 mL,TCA最终浓度为12%,这时所有蛋白质均沉淀,经过滤对滤液中的非蛋白氮进行凯氏定氮,得到NPN量,按如下公式计算乳清蛋白变性率[8]:

乳清蛋白量(WPN)=乳清蛋白的总量(WPN)-非蛋白氮(NPN)

式(1)

乳清蛋白变性率(%)=[WPN(原料乳)-WPN(加热乳)]/WPN(原料乳)×100

式(2)

1.2.4 奶酪pH的测定 将10 g的奶酪样品与10 mL脱除CO2的蒸馏水在研钵中混合,用pH计直接测定[9]。

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

1.2.6 奶酪产率的测定 奶酪压榨后称其重量,然后根据公式计算实测产率[10]。

实测产率(%)=奶酪的质量/(低脂乳的质量+发酵剂的质量+盐的质量)×100

式(3)

1.2.7 切达奶酪质构的测定方法 在平板上切割干酪成边长为10 mm的正方体,用保鲜膜包裹室温放置1 h,利用物性测试仪,测前速度2 mm/s,测试速度1 mm/s,测后速度1 mm/s,压缩比30%,触发点值5 g,两次下压间隔时间5.0 s,探头类型P/36R,每个样品做三组平行。

1.2.8 切达奶酪融化性的测定方法 把干酪切成圆柱状(高5 mm,直径35 mm),置于有盖的玻璃培养皿中,在232 ℃烤箱中处理5 min,之后取出放置30 min至室温,每次在进行熔化实验前用记号笔在玻璃培养皿的背面沿着奶酪样品的边缘做标记以便测直径,直径的测量要在5个不同的点取平均值,奶酪的融化性采用直径增加的百分率表示,每个样品做三组平行实验[11]。直径增加百分率=加热后直径/加热前直径×100。

1.2.9 切达奶酪微观结构的观察 先将样品切割成约4～5 mm3的小块,加入2.5%的pH为6.8戊二醛进行固定并置于4 ℃冰箱中保存,然后用液氮将其冷冻,用刀片切断横截面,并用pH为6.8磷酸缓冲液冲洗3次,每次10 min,再分别用浓度为30%、50%、70%、90%、100%的乙醇进行脱水,每次10～15 min,氯仿脱脂2 h,叔丁醇和乙醇1∶1以及纯叔丁醇进行置换,最后冷冻干燥,镀金,观察[12-13]。

1.2.10 低脂乳和奶酪乳清的电泳条件 低脂乳的电泳条件为:将不同热处理的低脂乳进行10倍稀释,与2倍上样缓冲液以1∶1比例制成样品。浓缩胶5%,分离胶15%,预电泳电压80 V,进入分离胶后电压改为120 V。质量分数为0.1%的考马斯亮蓝R250染色2 h,脱色过夜。奶酪乳清的电泳条件与低脂乳的条件相同[14]。

1.2.11 数据分析 采用SPSS 19.0在p<0.05水平进行ANOVA分析以及Origin8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同热处理低脂乳的乳清蛋白变性率的测定

图1为不同热处理低脂乳乳清蛋白变性率的测定结果,由图1可以看出,经过65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min、85 ℃ 1 min的热处理后,乳清蛋白的变性率分别为17.5%、35.1%和68.3%。相关研究也表明,牛乳经过60 ℃以上热处理就会发生乳清蛋白变性,导致乳清蛋白分子间以及乳清蛋白与κ-酪蛋白相互作用,从而分别在乳清相中和酪蛋白胶束表面形成热诱导清蛋白和胶束键合蛋白的聚合物[15]。

图1 不同热处理低脂乳的乳清蛋白变性率Fig.1 The denaturation rate of whey protein in low-fat milk with different heat treatments

2.2 低脂乳的不同热处理工艺对切达奶酪pH、水分含量和产率的影响

低脂乳的不同热处理工艺对切达奶酪pH、水分含量和产率的影响结果见表1。

从表1中可以看出,65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min和85 ℃ 1 min热处理工艺下奶酪的pH呈下降的趋势,水分含量和实测产率呈上升趋势,并均存在显著性差异(p<0.05)。奶酪的pH下降是由于热处理强度的增加导致奶酪的水分含量增加和蛋白含量降低,影响了对乳酸的缓冲能力。水分含量的增加是由于变性的乳清蛋白存在抑制了酪蛋白分子间的聚集和乳清的排出,影响了凝块脱水收缩的过程。而实测产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变性形成了大分子聚合物,当大分子聚合物的尺寸大于蛋白的网络的空隙尺寸时就会被截留在网络结构中[16]。

表1 低脂乳的不同热处理工艺对切达奶酪pH、水分含量和产率的影响Table1 Effect of low-fat milk with different heat treatment processes on the pH value,moisture content,yield of Cheddar cheese

注:角标含有相同字母的每列数据之间差异不显著(p>0.05);表2同。

2.3 低脂乳的不同热处理工艺对切达奶酪质构特性的影响

质构特性是评价奶酪的重要指标,对奶酪品质和人们的接受程度有着直接影响,表2为低脂乳的不同热处理工艺对切达奶酪质构特性影响的测定结果。

表2 低脂乳的不同热处理工艺对切达奶酪质构特性的影响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热处理工艺下切达奶酪的硬度、弹性、内聚性和咀嚼度呈下降趋势,黏着性呈上升趋势,其中硬度、黏着性、内聚性和咀嚼度差异显著(p<0.05),弹性差异不显著(p>0.05)。

硬度反映了奶酪对形变的抵抗力,其强度的下降主要与凝胶体系变弱和水分含量的增加有关。弹性反映了奶酪受到挤压后恢复原状的能力,其强度的大小受多方面影响,并没有表现出与硬度和水分含量很强的相关性,这与于华宁[17]在对不同干酪质构和流变学对比分析的结果研究相一致。黏着性反映出奶酪表面对其接触物质的吸引力,其强度的增加也与水分含量的增加有关。内聚性反映了奶酪的内部键的强度,热处理强度的增加会降低酪蛋白分子间内部键的强度。咀嚼性反映了食物被咀嚼成吞咽的状态所需要的能量,其强度的下降是由于硬度的降低使奶酪被咀嚼成吞咽的状态变得更加容易。

2.4 低脂乳的不同热处理工艺对切达奶酪融化性的影响

融化性是奶酪功能特性的重要指标,图2为切达奶酪熔化后直径增加的百分率。从图2中可以看出,65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min和85 ℃ 1 min热处理工艺下的奶酪直径增加的百分率分别为138.45%、123.03%和101.06%,85 ℃ 1 min热处理工艺下的奶酪几乎不融化。Harwalkar[18]认为可能是变性的乳清蛋白与酪蛋白结合或夹杂在酪蛋白分子之间,对奶酪基质的连续性和完整性产生了影响,导致了在高温条件下流动性的降低。此外,还可能是由于65 ℃ 30 min热处理工艺下的奶酪分子间的氢键键能较大,加热后引力中的氢键被破坏,在斥力的作用下,发生了较大的流动。

图2 直径增加的百分率Fig.2 The increase percentage of diameter

2.5 切达奶酪微观结构的观察结果

切达奶酪的微观结构直接决定着其品质特性,图3为在1000×视野中观察切达奶酪的微观结构。由图3可以看出,切达奶酪的微观结构为类似海绵结构的网状,其中,酪蛋白彼此结合形成聚集,并且没有明确的方向。比较图3中的A、B和C可以看出,随着热处理强度的增加,蛋白密度减小,酪蛋白聚集程度降低,孔隙变大且大小不均一,网状结构变得松散,这些微观结构的变化在宏观上就表现为切达奶酪的硬度、内聚性和咀嚼度的下降以及水分含量的上升。

图3 切达奶酪扫描电镜图片(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电泳结果

图4为不同热处理低脂乳和奶酪乳清的电泳结果,其中,*为依据Ye[19]研究中的电泳图进行对比,推测为PAS Ⅳ或BTN。从图4中可以看出,1、3、5泳道中的未变性乳清蛋白的含量依次减少,泳道5的含量减少尤为明显,1和3胶界处有分子量大于180 ku的聚合物,无法进入分离胶,3、5胶孔位置有较明显的阴影,说明形成了大分子聚合物,无法进入浓缩胶,条带所显示结果与所测乳清蛋白蛋白变性率结果相符。从图4中2、4、6泳道中可以看出,未变性乳清蛋白的条带几乎不变,而酪蛋白条带和大分子聚合物条带消失,说明酪蛋白和大分子聚合物并没有随乳清排出,同时奶酪的微观结构图显示出随着热处理强度的增加,酪蛋白聚集程度降低,由此得出,大分子聚合物的存在影响了酪蛋白的聚集,导致了乳清排出困难,含水量增加,质构特性发生改变。相关研究也表明,向原料乳中添加变性乳清蛋白聚合物会影响酪蛋白分子间的聚集[16]。

图4 不同热处理低脂乳和奶酪乳清的电泳图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 结论

经65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min、85 ℃ 1 min热处理低脂乳的乳清蛋白变性率依次增大,分别为17.5%、35.1%和68.3%。

随着热处理强度的增加,切达奶酪的pH和融化性下降,水分含量和实测产率上升,其中,在65 ℃,30 min热处理工艺下奶酪的pH和融化性最大,pH为5.11,直径增加百分率为138.45%；在85 ℃ 1 min热处理工艺下奶酪的水分含量和实测产率最大分别为58.62%和10.87%。此外,随着热处理强度的增加,质构指标中的硬度、弹性、内聚性和咀嚼度下降,黏着性上升,其中硬度、黏着性、内聚性和咀嚼度差异显著(p<0.05),弹性差异不显著(p>0.05)。

利用扫描电镜和电泳技术分析不同热处理工艺对奶酪品质造成的差异。电泳图显示随着热处理强度的增大,乳清蛋白变性率增大,形成的大分子聚合物被截留在奶酪的网状结构中。微观结构图显示随着热处理强度的增大,酪蛋白聚集程度降低,孔隙变大且大小不均一。由此得出,大分子聚合物的存在影响了酪蛋白的聚集,导致乳清排出困难,含水量增加,质构特性发生改变。此外,大分子聚合物的存在也增加了奶酪的产量。

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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

刘立鹏(1991-)，男，硕士研究生，研究方向：乳品科学与工程，E-mail：liulipengishere@126..com。

*通讯作者:于景华(1966-)，男，博士，教授，研究方向：乳品科学与工程，E-mail：yujinghua@tust.edu.cn。

国家自然科学基金(31271904)。

TS252.1

A

1002-0306(2017)10-0081-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.10.008