巴氏杀菌、CaCl2的添加量及压榨压强对牛乳Halloumi干酪得率及品质的影响

赵赛楠,冷友斌,肖光辉,蒋世龙,谢庆刚,张兰威,韩 雪,*

(1.哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150001;2.黑龙江飞鹤乳业有限公司,北京100015;3.中国海洋大学,山东青岛 266000)

我国的奶酪生产水平较低,大多依赖进口[1],但据凯度消费的数据显示[2],中国奶酪消费近年来年均增长率保持在20%左右,并且奶酪产业已被列入国家中长期食品发展规划[3],因此,越来越多的乳品企业和研发人员正在致力于开拓中国的奶酪市场。目前,国内学者对奶酪的研究多集中在对硬质奶酪如切达奶酪及软质奶酪的工艺探究。王默谊[4]探究了不同的氯化钙的添加量对切达奶酪凝乳时间、蛋白水解、质构及感官品质等的影响,发现氯化钙的含量对奶酪凝乳及质构品质具有重要影响,并最终确定氯化钙的最适添加量为200 mg/L。范金波等[5]探究了压榨工艺对切达干酪品质的影响,发现压榨压强影响硬质干酪的水分含量、硬度、弹性、咀嚼性等,同时影响蛋白含量和蛋白网络结构。

Halloumi干酪是起源于塞浦路斯岛的一种传统的半硬质干酪[6-7],具有特殊的香气,质地富有弹性,结构紧凑无空隙,容易切片[8],营养价值极高[9],目前已成为塞浦路斯岛重要的经济来源,深受地中海及大部欧洲地区消费者的喜爱[10-11]。Halloumi区别于其他干酪的制作工艺是仅利用凝乳酶进行凝乳而不添加任何发酵剂,因此不需要较长的成熟期;另外,压榨后的凝块需要在93～95 ℃的乳清溶液中烫漂20～30 min[12],经过烫漂后的Halloumi具有较高的熔点,在煎炸或烧烤时,会明显软化但不会熔化[13],因此是一种很好的烧烤原料。正是由于这两个特性,Halloumi目前已成为各个奶酪制造商亟待引进的产品。

目前,针对Halloumi半硬质干酪杀菌方式、氯化钙添加量和压榨方式的研究,国内尚未见报道。而在国外,由于Halloumi干酪已形成连续的工业化生产,研究学者对Halloumi干酪的研究多集中在用部分牛乳替代羊乳时Halloumi质构及功能性质的改变[14],以及盐渍贮藏期间Halloumi品质的变化[15],而关于加工工艺的参数探究鲜有报道。本研究通过探究巴氏杀菌方式、CaCl2的添加量及压榨压强对Halloumi奶酪的得率、质地及感官品质,旨在为Halloumi奶酪在中国的工业化生产的起步提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜生牛乳(pH6.39,蛋白含量3.12%,脂肪含量3.55%,干物质含量11.38%) 黑龙江飞鹤乳业有限公司;无水氯化钙、浓硫酸、盐酸、氢氧化钠、硼酸 分析纯,天津市博迪化学试剂有限公司;氯化钠 食品级,中盐(宏博)集团有限公司;凝乳酶 活力890 IMCU/g,北京多爱特生物科技有限公司;硫酸铜、硫酸钾 分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司。

ELECTRONIC BALANCE电子天平 上海浦春计量仪器有限公司;ALC-210.4电子分析天平 德国Sartorius科技有限公司;PB-10酸度计 德国Sartorius科技有限公司;202-3AB电热恒温干燥箱 余姚市东方电工仪器厂;K1301半自动定氮仪 上海晟声自动化分析仪器有限公司;90GK(F)100RT自控干酪槽 哈尔滨大三元乳品机械有限公司;TA XT plus质构仪 Stable Micro System(UK)。

1.2 实验方法

1.2.1 Halloumi天然干酪生产工艺流程 原料乳→巴氏杀菌→冷却(33～34 ℃)→添加氯化钙→添加0.01%(w/v)凝乳酶→凝乳(20～40 min)→凝块切割→静置5 min→加热排乳清→压榨成型→在乳清溶液中烫漂→盐渍→真空包装→4 ℃贮藏[16]。

1.2.2 巴氏杀菌条件对Halloumi干酪的得率、理化、质构及感官品质的影响 在氯化钙的添加量为0.015%,压榨条件为先0.2 MPa预压20 min,后0.6 MPa压榨40 min时,探究两种巴氏杀菌条件(65 ℃,30 min和75 ℃,15 s)对Halloumi干酪的得率、理化、质构及感官品质的影响。

1.2.3 CaCl2添加量对Halloumi干酪的得率、理化、质构及感官品质的影响 在巴氏杀菌温度为65 ℃,30 min,压榨条件为先0.2 MPa预压20 min,后0.6 MPa压榨40 min时,探究氯化钙的添加量为0、0.01%、0.015%、0.02%条件下,对Halloumi干酪得率、理化、质构及感官品质的影响。

1.2.4 压榨压强对Halloumi干酪的得率、理化、质构及感官品质的影响 在巴氏杀菌温度为65 ℃,30 min,氯化钙的添加量为0.015%,探究压榨条件为0.2 MPa(1 h)、0.4 MPa(1 h)、0.6 MPa(1h)、先0.2 MPa预压20 min,后0.6 MPa压榨40 min时,对Halloumi干酪得率、理化、质构及感官品质的影响。

1.2.5 指标测定

1.2.5.1 Halloumi得率的测定 Halloumi得率的测定按照以下公式:

得率(%)=成品干酪质量(g)/[原料奶质量(g)+氯化钙的质量(g)+凝乳酶的质量(g)+盐渍食盐用量(g)]×100

1.2.5.2 Halloumi基本理化成分测定 Halloumi的水分测定采用常压干燥法((103±2) ℃,4 h),具体参照GB5009.3-2010食品中水分的测定方法[17];Halloumi蛋白质的测定采用凯氏定氮法,蛋白质系数6.38,具体步骤参照GB 5009.5-2010食品中蛋白质的测定方法[17];pH:将1 g磨碎的干酪溶于1 mL去离子水中,静置3 h,用pH计探头插入直接测定[18]。

1.2.5.3 Halloumi质构(TPA)测定 测试前将奶酪样品切为331 cm的立方体,取样后至测试前将样品统一放置于4 ℃的冰箱中以防温度对产品质地产生影响,每组样品取3个平行样[19]。测试时,选取圆柱型探头 P/25在室温下进行 TPA(质构剖面分析)实验,质构仪参数设置:测量前探头下降速率为5.0 mm/s,测试速率为1.0 mm/s,测试后探头回程速率为5.0 mm/s,触发力为0.5 N,形变量为50%。

1.2.5.4 Halloumi感官评定 感官评定人员是由有品尝乳制品经验的30名试验员(8名本科生,12名硕士研究生,10名博士研究生)组成,年龄均在20～28岁之间,男女人数相等。评定过程在光照条件良好的独立房间进行以排除互相干扰。在正式测试之前不到5 min进行样品的制备,每个样品大小一致,放置在用数字编码的塑料容器中[10]。在品尝过程中样品出现的顺序随机,要求试验员每品尝完一个样品后用清水漱口,按照以下标准分别进行外观(0～20分),质地(0～40分)和风味(0～40分)评定,最后的分值取平均值,结果保留2位小数。

1.3 数据处理

每个样品设置3个平行样,实验结果以平均值±标准差表示,采用SPASS 20.0进行方差分析(Duncan新复极差法),以p<0.05为差异显著,采用Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 巴氏杀菌条件对Halloumi得率及品质的影响

2.1.1 巴氏杀菌条件对Halloumi得率、理化和质构品质的影响 由表2可以看出,两种巴氏杀菌条件对干酪的得率,蛋白含量和水分含量具有显著性影响(p<0.05),而对Halloumi的pH没有显著性影响(p>0.05)。Morales-Celaya等也指出巴氏杀菌条件主要对干酪中蛋白质和水分含量的变化产生影响,进而影响干酪的产量[20]。在实践生产中,干酪的得率通常为10%,即10 kg奶可大约可生产1 kg奶酪[21]。本实验中,在65 ℃,30 min的巴氏杀菌条件下,干酪的得率可达11.67%,蛋白含量为21.20%,水分含量为48.12%,显著高于75 ℃,15 s条件下的结果(p<0.05)。牛乳经65 ℃巴氏杀菌后,乳清蛋白会因其多肽链的展开而变性,从而暴露了初始掩埋在天然结构内的侧链基团。展开的乳清蛋白,特别是β-乳球蛋白与酪蛋白胶束表面上的k-酪蛋白或其他乳清蛋白通过热诱导相互作用形成聚集体[22]从而将乳清蛋白转移到凝乳中[23],由此提高了蛋白的回收率[24]。而当温度升高至75 ℃左右,胶体磷酸钙中钙离子流失加速,减弱了其沉淀酪蛋白以及截留水分的能力[25],因此75 ℃,15 s条件下的蛋白和水分含量显著低于65 ℃,30 min(p<0.05)。

表2 巴氏杀菌条件对Halloumi的得率、理化和质构品质的影响Table 2 Effects of pasteurization methods on the yield,physicochemical and textural quality of Halloumi cheese

在质构方面,从表1可以看出,两种巴氏杀菌方式对Halloumi的硬度、咀嚼性、弹性以及凝聚性都有显著影响(p<0.05)。在65 ℃,30 min的杀菌条件下,Halloumi的硬度、弹性、凝聚性和咀嚼性显著强于75 ℃,15 s条件下(p<0.05)。Halloumi的质构特性主要取决于其酪蛋白基质的结构[26],钙离子在酪蛋白胶束的结构维持中起着至关重要的作用。随着杀菌温度的升高,钙离子的流失加速,而低钙时酪蛋白胶束结构不够稳定和致密,即表现为奶酪的硬度、弹性、凝聚性以及咀嚼性的减弱。因此,采用65 ℃,30 min的巴氏杀菌方式,干酪的得率较高,且理化和质构品质相对较好。

表1 牛乳Halloumi干酪评分表Table 1 Halloumi cheese sensory scoring standard

2.1.2 巴氏杀菌条件对Halloumi感官品质的影响 从图1可以看出,两种巴氏杀菌条件主要影响Halloumi的质地评价,65 ℃,30 min杀菌条件显著优于75 ℃,15 s。结合2.1.1中的质构特性分析可知,在65 ℃,30 min 条件下,Halloumi的硬度、弹性、咀嚼性和凝聚性相对较强,因此其质地口感更佳。在气味方面,65 ℃,30 min相较于75 ℃,15 s,其挥发性风味物质丧失较少,因此其奶香味相对更强。综合外观、质地和气味三项指标,最终,Halloumi感官评价得分最高的为65 ℃,30 min巴氏杀菌处理组。综合2.1.1和2.1.2的分析,可确定最优的巴氏杀菌方式为65 ℃,30 min。

图1 巴氏杀菌条件对Halloumi感官品质的影响

2.2 氯化钙的添加量对Halloumi得率及品质的影响

2.2.1 氯化钙的添加量对Halloumi得率及理化品质的影响 从图2可以看出,氯化钙的添加量对Halloimi干酪的得率、水分含量和蛋白含量具有显著影响(p<0.05)。随着氯化钙添加量的增加,Halloumi干酪中的水分含量逐渐降低,而蛋白含量和最终得率却显著升高(p<0.05)。当CaCl2的添加量为0.015%时,Halloumi的水分含量为45.4%,蛋白含量为23.61%,最终得率达到最高,为11.80%。据冯昆等[27]报道,钙离子在凝乳过程中不但可使酪蛋白沉淀,还能使乳清蛋白沉淀,所以用钙试剂凝乳可以大大提高蛋白质的利用率,进而提高干酪的得率。干酪生产氯化钙的添加量通常在0～0.03%,但在预实验过程中发现当添加量超过0.02%时,Halloumi干酪出现凝乳过快,硬度过硬且出现明显的苦味,因此便选择0.02%以下的氯化钙添加量。0.015%和0.02%的添加量相比,Halloumi的水分含量、蛋白含量、最终得率以及pH间不存在显著性差异(p>0.05),因此氯化钙添加量为0.015%时,Halloumi的得率及理化品质综合最佳。

图2 氯化钙的添加量对牛乳Halloumi得率及理化品质的影响.

2.2.2 氯化钙的添加量对Halloumi质构特性的影响 从图3可以看出,氯化钙的添加量对Halloumi的各项质构特性均有显著性影响(p<0.05),氯化钙的添加量越高,干酪的硬度越高。另外,Halloumi的弹性、凝聚性和咀嚼性在添加量为0.015%时达到最高,继续添加氯化钙,其凝聚性、咀嚼性及弹性反而会降低。钙的含量主要影响凝乳作用,原料乳杀菌后可溶性钙有所下降,影响凝乳效果,添加的钙离子能够与磷酸丝氨酸残基或羧基结合,中和酪蛋白体系中的负电荷,加强蛋白质的相互作用,最终增加凝胶强度[4],表现为干酪的硬度、弹性、凝聚性和咀嚼性增强。然而钙的含量过高时,形成的凝块过硬,同时多余的钙将增加酪蛋白胶束表面的正电荷,从而增加静电斥力,使得酪蛋白形成的凝胶变弱或根本不能形成凝胶[4],具体表现为干酪凝聚性及咀嚼性以及弹性的下降,因此氯化钙的添加量并非越多越好。综合质构特性,确定氯化钙为最佳添加量为0.015%。

图3 氯化钙的添加量对牛乳Halloumi质构的影响

2.2.3 氯化钙的添加量对Halloumi感官品质的影响 从图4可以看出,氯化钙的添加量对于Halloumi干酪外观、质地和气味都具有显著影响(p<0.05)。结合以上质构特性的讨论可知,氯化钙的添加量越高,Halloumi表现为越硬,咀嚼性及凝聚性也有一定程度的增强,但是添加量过高,干酪的凝聚性反而下降。通过感官评定,发现氯化钙的添加量为0.02%和0.01%时,干酪因过硬或较软而品质得分相对较低,当添加量达到0.015%时,干酪的质地得分最高,并且其最终的感官得分也最高。综合2.2.1、2.2.2和2.2.3的分析可知,氯化钙的最佳添加量为0.015%。

图4 氯化钙的添加量对Halloumi感官品质的影响

2.3 压榨压强对Halloumi得率及品质的影响

2.3.1 压榨压强对Halloumi得率及理化品质的影响 从图5可以看出,压榨压强对Halloumi的pH没有显著影响(p>0.05),而对Halloumi的得率、水分含量和蛋白含量具有显著影响(p<0.05)。在预实验中通过单因素实验分析压榨压强对Halloumi含水量的影响时,发现当压榨压强低于0.2 MPa时,干酪中的水分排出速度过慢,最终干酪的含水量过高,而压榨压强高于0.6 MPa时,干酪从模具孔中溅出过多,损失率过高,因此,选择0.2～0.6 MPa,并开创性提出先预压再压榨的方法,既保证了得率又确保干酪具有合适的水分含量及硬度。图5中的数据显示,当压榨总时间确定为1 h,随着压榨压强由0.2 MPa升高至0.6 MPa,Halloumi的水分含量由51.02%降至49.41%,同时蛋白含量也由19.84%降至18.44%。但当采用分级压榨的方式,即压榨条件为先0.2 MPa预压20 min,再0.6 MPa压榨40 min时,Halloumi的水分含量保持较低水平,而蛋白含量显著升高(p<0.05),达到21.46%。并且,采用分级压榨方式的得率显著高于其他压榨条件(p<0.05),能够达到11.96%。该现象表明,压榨过程中在初始阶段便对凝块施加较大压强反而不利于Halloumi中乳清或水分的排除,同时还会使Halloumi的蛋白结构遭到破坏,使奶酪中大量的蛋白流失,从而严重影响Halloumi的得率。而采用分级压榨的方式可以在排除奶酪中乳清和水分的同时保护Halloumi的结构完整,因此采用先0.2 MPa预压20 min,后0.6 MPa压榨40 min时,Halloumi的得率和理化品质最佳。

图5 压榨压强对Halloumi得率及理化品质的影响

2.3.2 压榨压强对Halloumi质构特性的影响 从图6可以看出,压榨压强对Halloumi的硬度和咀嚼性影响较为显著(p<0.05)。当压榨压强从0.2 MPa升高至0.6 MPa,Halloumi的硬度和咀嚼性不断增强,并在0.6 MPa时达到最大值,然而弹性和凝聚性却有所下降。另外,0.6 MPa的压榨条件与分级压榨条件(先0.2 MPa预压20 min,后0.6 MPa压榨40 min)相比,Halloumi的弹性、凝聚性和咀嚼性均无显著性差异(p>0.05)。表明随着压榨压强的增大,Halloumi中乳清及水分的大量排出使得蛋白质的结构更为致密,从而表现为对外界更强的抵抗力,即更强的硬度和咀嚼性[28]。然而过高的压强使Halloumi中水分及乳清急速排出的同时也会破坏原有的蛋白网络结构,甚至改变酪蛋白颗粒的状态,从而影响Halloumi的弹性和凝聚性[29]。

图6 压榨压强对Halloumi质构特性的影响

2.3.3 压榨压强对Halloumi感官品质的影响 从图7可以看出,当压榨压强从0.2 MPa升高至0.6 MPa,Halloumi感官品质的差别主要体现在外观和质地两个方面。在0.2 MPa压榨条件下,Halloumi的外观和质地得分最低,而采用0.6 MPa和分级压榨方式得分较高。总体来看,分级压榨(先0.2 MPa预压20 min,后0.6 MPa压榨40 min)方式略优于0.6 MPa压榨方式。结合2.3.1中Halloumi的得率和理化品质分析及2.3.2中Halloumi的质构特性分析可知,在0.2 MPa压榨条件下,Halloumi中水分含量较高,硬度及凝聚性较差,在外观上表现为质地松散柔软,Halloumi表面可见较大的裂缝和空隙,因此影响了其外观和质地得分。随着压榨压强的升高,Haloumi的蛋白网络结构更加致密,表面平整光滑,且硬度、咀嚼性、弹性和凝聚性都有所增强,因此其得分显著较高。综合2.3.1、2.3.2和2.3.3的分析可知,最优的压榨工艺为分级压榨方式,即先0.2 MPa预压20 min,后0.6 MPa压榨40 min。

图7 压榨压强对Halloumi感官品质的影响

3 结论

杀菌方式对Halloumi干酪的蛋白含量及水分含量影响较大,65 ℃,30 min的杀菌条件相较于75 ℃,15 s,Halloumi的得率更高,硬度、弹性、咀嚼性和凝聚性更强;氯化钙的添加量主要影响Halloumi的硬度和咀嚼性,氯化钙的添加量越高,Halloumi的硬度和咀嚼性越强,氯化钙的添加量为0.015%时,其得率、理化及质构品质最佳;随着压榨压强的增大,Halloumi的水分含量和蛋白含量降低,硬度和咀嚼性增强,采用分级压榨的方式(0.2 MPa预压20 min,后0.6 MPa压榨40 min),Halloumi的得率和蛋白含量达到最高,且硬度和咀嚼性及感官品质也达到最佳。最终确定采用65 ℃,30 min的巴氏杀菌条件,0.015%的氯化钙添加量以及分级压榨方式(先0.2 MPa预压20 min,后0.6 MPa压榨40 min),Halloumi的得率,理化,质构及感官品质可达最佳。