不同硬度奶酪的質(zhì)構(gòu)及流變特性比較

楊 述，高 昕*，許加超，付曉婷，張朝輝

(中國(guó)海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266003)

不同硬度奶酪的質(zhì)構(gòu)及流變特性比較

楊 述，高 昕*，許加超，付曉婷，張朝輝

(中國(guó)海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266003)

針對(duì)3種不同奶酪樣品(硬質(zhì)、半硬質(zhì)、軟質(zhì))對(duì)其進(jìn)行成分分析、質(zhì)構(gòu)特征參數(shù)(應(yīng)力松弛、破斷)測(cè)定、質(zhì)地剖面分析(TPA)、感官評(píng)定及動(dòng)態(tài)流變特性實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：奶酪樣品硬度的不同對(duì)其質(zhì)構(gòu)特征和動(dòng)態(tài)流變參數(shù)有明顯影響；硬質(zhì)奶酪具有彈力大的特點(diǎn)；黏聚性小、破斷強(qiáng)度大，軟質(zhì)奶酪具有彈力小、黏聚性大、破斷強(qiáng)度小的特點(diǎn)；在整個(gè)頻率掃描范圍內(nèi)，隨著硬度的下降，樣品的貯藏模量(G′)、損失模量(G″)、動(dòng)力學(xué)黏度(η′)都呈下降趨勢(shì)。

奶酪；酪蛋白；質(zhì)構(gòu)特征參數(shù)；流變特性

Abstract：Cheese samples with different hardnesses (hard, semi-hard and soft) were subjected to chemical composition analysis,texture profile analysis (TPA), sensory evaluation and characterization of rheological properties in this study. The TPA analysis was performed on a texture analyzer. The hardness of cheese had a significant effect on its texture characteristic parameters and rheological properties. Moreover, hard cheese showed larger breaking strength and elasticity, and lower cohesiveness, while soft cheese showed smaller breaking strength and elasticity, and higher cohesiveness. The results of rheological properties analyzed by dynamic method showed that storage modulus (G′), loss modulus (G″) and dynamic viscosity (η′) decreased with decreasing hardness over the entire frequency sweep.

Key words：cheese；casein protein；texture characteristic parameters；rheological properties

奶酪(cheese)又名干酪，也被直譯成芝士，具有悠久的生產(chǎn)歷史，是由牛奶濃縮精制而成，被譽(yù)為“奶黃金”，是奶業(yè)中附加值最高的產(chǎn)品[1-2]。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織將奶酪定義為：以牛乳、奶油、部分脫脂乳、酪乳或這些產(chǎn)品的混合物為原料，經(jīng)凝乳并分離乳清而制得的新鮮或發(fā)酵成熟的乳制品[2]。而國(guó)際乳品聯(lián)合會(huì)(IDF)則提出以水分含量為標(biāo)準(zhǔn)，將其分為軟質(zhì)奶酪、半硬質(zhì)奶酪和硬質(zhì)奶酪三大類[2]。

奶酪在歐美國(guó)家的飲食結(jié)構(gòu)中，占據(jù)較大比例，人均年消費(fèi)量近20kg。在我國(guó)奶酪及其制品生產(chǎn)與消費(fèi)尚處于起步階段，在品種、制造工藝及產(chǎn)品品質(zhì)、風(fēng)味方面均與歐美國(guó)家有較大差距，這在一定程度上也制約了我國(guó)奶酪及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

目前國(guó)外對(duì)奶酪加工理論、加工工藝和產(chǎn)品特性的研究較為全面和深入，對(duì)奶酪的質(zhì)構(gòu)及流變特性研究較多，但大多是針對(duì)某種奶酪的質(zhì)構(gòu)或者流變指標(biāo)進(jìn)行研究。而國(guó)內(nèi)的研究主要集中在不同凝乳酶和發(fā)酵劑對(duì)奶酪生產(chǎn)的影響，再制奶酪的生產(chǎn)工藝，奶酪貯藏期的變化。國(guó)內(nèi)對(duì)奶酪的質(zhì)構(gòu)研究也較多，但主要是針對(duì)質(zhì)構(gòu)剖面測(cè)試(TPA)進(jìn)行相關(guān)的探討。本實(shí)驗(yàn)以不同硬度奶酪為研究對(duì)象，利用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定其質(zhì)地特征參數(shù)(彈性模量、黏性模量、應(yīng)力松弛時(shí)間、破斷強(qiáng)度和質(zhì)地剖面分析)，流變儀測(cè)定其流變特征參數(shù)(貯藏模量、損失模量、動(dòng)力學(xué)黏度)，同時(shí)進(jìn)行感官評(píng)定，對(duì)奶酪的物性進(jìn)行系統(tǒng)全面的研究，以期為我國(guó)奶酪及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

硬質(zhì)奶酪(Land lakes extra sharp Cheddar cheese，U.S.A.)、半硬質(zhì)奶酪(Mainland Gouda Cheese，New Zealand)、軟質(zhì)奶酪(Camembert president cheese，F(xiàn)rance)均購(gòu)自青島市家樂(lè)福超市，于4℃冰箱中貯存。

1.2 儀器與設(shè)備

TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)FTC公司；MCR101流變儀 奧地利安東帕有限公司；MJ33快速水分測(cè)定儀 瑞士梅特勒-托利多公司。

1.3 方法

1.3.1 基本成分測(cè)定

水分含量測(cè)定采用快速水分測(cè)定儀；粗蛋白含量測(cè)定采用凱氏定氮法；粗脂肪含量測(cè)定采用氯仿-甲醇法；灰分含量測(cè)定采用干法灰化法；鹽分含量測(cè)定采用硝酸銀-鉻酸鉀法[3]。

1.3.2 質(zhì)構(gòu)特征參數(shù)測(cè)定

質(zhì)構(gòu)特征參數(shù)測(cè)定分為兩個(gè)方面：小變形實(shí)驗(yàn)和大變形實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。

1.3.2.1 小變形實(shí)驗(yàn)——應(yīng)力松弛測(cè)定

應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)使用單軸向壓縮和拉伸型質(zhì)構(gòu)儀(TMS-PRO)在室溫下測(cè)量。將樣品切成(2×2×2)cm3的小塊，采用直徑為12.5mm的圓柱型探頭，壓縮速度為50mm/s，樣品變形量為10%[4]，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定6次。應(yīng)力松弛曲線采用逐次漸近法解析。圖1是一條典型的奶酪應(yīng)力松弛曲線。

圖1 奶酪的應(yīng)力松弛曲線Fig.1 Typical stress-relaxation curve for cheese

解析近似方程表示如下：

式中：P(t)為應(yīng)力松弛過(guò)程中的應(yīng)力/g；e0為樣品變形量/mm；t為時(shí)間/s；Ei為黏彈性體松弛機(jī)構(gòu)中的第i個(gè)彈性模量(E0=E1+E2+···+En，瞬間彈性模量)/Pa；τi為黏彈性體松弛機(jī)構(gòu)中的第i個(gè)應(yīng)力松弛時(shí)間/s；ηi為黏彈性體松弛機(jī)構(gòu)中第i個(gè)樣品的黏性模量/(Pa·s)。本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)力松弛曲線進(jìn)行到二次解析為止[5]。

1.3.2.2 大變形實(shí)驗(yàn)——破斷強(qiáng)度、TPA

破斷強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)：所用的儀器、樣品規(guī)格與應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)相同。使用直徑為7.95mm的圓柱型探頭進(jìn)行測(cè)量，形變量為100%，每個(gè)樣品測(cè)定的重復(fù)次數(shù)為6次。

TPA分析：使用和上述破斷實(shí)驗(yàn)相同的質(zhì)構(gòu)儀、樣品規(guī)格，模擬口腔咀嚼肌肉的穿透測(cè)定方法，使用圓柱型探頭(直徑為7.95mm)，進(jìn)行兩次壓縮(刺穿)，探頭下行速度為1mm/s，探頭返回速度為1mm/s，樣品規(guī)格為(2×2×2)cm3，形變量為50%，每個(gè)樣品測(cè)定的重復(fù)次數(shù)為6次。圖2為標(biāo)準(zhǔn)TPA曲線[6]。其中各種參數(shù)的測(cè)量方法為：1)硬度：第一次穿刺樣品時(shí)的壓力峰值；2)彈性：長(zhǎng)度2/長(zhǎng)度1；3)黏聚性：面積2/面積1；4)咀嚼性：硬度×彈性×黏聚性[7-8]。

圖2 質(zhì)構(gòu)剖面曲線Fig.2 TPA compression curve

1.3.3 流變特征參數(shù)測(cè)定

1.3.3.1 線性黏彈性區(qū)域

采用MCR101型流變儀，選擇直徑為50mm、不銹鋼平行板測(cè)量系統(tǒng)，錐度為2°，平行板的間距為0.047mm，測(cè)定復(fù)合模量G*隨振蕩應(yīng)變的變化，復(fù)合模量G*恒定的振蕩應(yīng)變區(qū)為線性黏彈區(qū)。

1.3.3.2 動(dòng)態(tài)流變性質(zhì)的測(cè)定

在線性黏彈區(qū)范圍內(nèi)[9]，固定一振蕩應(yīng)變，由MCR101型流變儀分別測(cè)定不同硬度奶酪的儲(chǔ)能模量(G′)、損耗模量(G″)、動(dòng)力學(xué)黏度(η′)隨振蕩頻率的變化。

1.3.4 感官評(píng)定

邀請(qǐng)6名從事食品研究的專業(yè)人員組成評(píng)定小組，進(jìn)行感官評(píng)定。為了減少測(cè)定誤差，采用雙盲法進(jìn)行檢驗(yàn)，即對(duì)樣品進(jìn)行密碼編號(hào)(采用3位隨機(jī)數(shù)字)，將檢驗(yàn)樣品隨機(jī)化。評(píng)定分?jǐn)?shù)采用0～6分制[10-11]，分別對(duì)應(yīng)很差、差、較差、一般、較好、好、很好。其中以半硬質(zhì)奶酪的各項(xiàng)指標(biāo)作為參比組，對(duì)應(yīng)分值均為3分。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本成分

表1 不同硬度奶酪基本成分測(cè)定結(jié)果Table 1 Basic chemical composition of cheese samples with different hardnesses

表2 不同硬度奶酪的應(yīng)力松弛特征參數(shù)測(cè)定結(jié)果Table 2 Stress relaxation characteristic parameters of cheese samples with different hardnesses

從表1可以看出，隨著硬度的降低，蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、鹽分含量均呈下降趨勢(shì)，而水分含量呈上升趨勢(shì)。其中，硬質(zhì)奶酪與半硬質(zhì)奶酪中的蛋白質(zhì)、水分含量差異性不顯著，其他各因素各水平間均呈顯著性差異。

2.2 質(zhì)構(gòu)特性

2.2.1 應(yīng)力松弛

從表2可以看出，隨著破斷強(qiáng)度的降低(本實(shí)驗(yàn)的軟質(zhì)奶酪呈半流體狀態(tài)，破斷強(qiáng)度較難測(cè)定)，彈性模量(E0、E1、E2)、黏性模量(η1、η2)、松弛時(shí)間(τ1)均呈下降趨勢(shì)。其中，硬質(zhì)奶酪與半硬質(zhì)奶酪的松弛時(shí)間差異性不顯著，其他各因素各水平間具有顯著性差異。

據(jù)報(bào)道[12]，奶酪中的彈性模量和黏性模量與樣品中的硬度呈正比例關(guān)系，而應(yīng)力松弛時(shí)間與樣品的彈性呈正比例關(guān)系。由此可知，硬質(zhì)奶酪具有硬度大、彈力大的特點(diǎn)；而軟質(zhì)奶酪則硬度小、彈力小。奶酪的化學(xué)成分對(duì)其黏彈性有著顯著的影響，一般來(lái)說(shuō)，隨著樣品中蛋白質(zhì)含量的增加和水分含量的降低，應(yīng)力松弛各項(xiàng)指標(biāo)均呈上升趨勢(shì)。這是由于蛋白質(zhì)(主要是酪蛋白)能夠形成密集的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使樣品變得堅(jiān)硬而具彈性；而水分能夠打破這種三維矩陣的一致性從而使硬度降低。

2.2.2 TPA實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 不同硬度奶酪的質(zhì)地剖面分析結(jié)果Table 3 TPA analytical results of cheese samples with different hardnesses

從表3可以看出，隨著奶酪樣品硬度的降低，彈性、咀嚼性呈下降趨勢(shì)，而黏聚性則相反。其中，硬質(zhì)奶酪與半硬質(zhì)奶酪的彈性差異性不顯著，其他各因素各水平間具有顯著性差異。質(zhì)地剖面測(cè)定結(jié)果與應(yīng)力松弛試驗(yàn)結(jié)果顯示出較好的一致性。

奶酪的硬度是由非脂干物質(zhì)決定，奶酪的彈性是由酪蛋白膠束的力學(xué)結(jié)構(gòu)決定，被包絡(luò)在其間的脂肪不能從根本上改變酪蛋白膠束的力學(xué)結(jié)構(gòu)[13]。在這3種奶酪中，硬質(zhì)奶酪具有最大的硬度，反映出這種奶酪較大的變形抵抗力，說(shuō)明硬質(zhì)奶酪具有較強(qiáng)的凝膠體系。黏聚性指標(biāo)最大的是軟質(zhì)奶酪，反映了咀嚼該種奶酪時(shí)，奶酪中酪蛋白抵抗受損并緊密連接，不易被破碎成能被吞咽的狀態(tài)，使奶酪保持最好的完整性。咀嚼性最大的是硬質(zhì)奶酪，反映了該種奶酪對(duì)咀嚼的持續(xù)抵抗性最強(qiáng)[14-15]。

2.3 感官評(píng)定

表4 不同硬度奶酪樣品的感官評(píng)定結(jié)果Table 4 Sensory evaluation results of cheese samples with different hardnesses

從表4可以看出，隨著奶酪樣品硬度的降低，彈性、黏聚性、咀嚼性均呈下降趨勢(shì)。其中，硬質(zhì)奶酪與半硬質(zhì)奶酪的黏聚性、咀嚼性差異不顯著，其他各因素各水平間具有顯著性差異。

2.4 流變特性

2.4.1 線性黏彈區(qū)的確定

許多流變學(xué)實(shí)驗(yàn)，例如：動(dòng)力學(xué)上的振蕩，是在所謂的成線性的黏性區(qū)域進(jìn)行的操作，在那里一些類型的平衡被維持，此時(shí)一些延伸的鍵被復(fù)原回它們最初的狀態(tài)[16]。線性黏彈區(qū)是指復(fù)合模量G*(G*=G′+iG″)不隨振蕩應(yīng)力或應(yīng)變發(fā)生變化的區(qū)域[17]。

圖3 不同硬度奶酪的線性黏彈性區(qū)域Fig.3 Analytical results of linear viscoelasticity region of cheese samples with different hardnesses

由圖3可知，不同硬度奶酪在振蕩應(yīng)變?yōu)?.2～1.0的范圍內(nèi)顯示線性黏彈區(qū)，復(fù)合模量G*呈線性關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)選擇0.5%的振蕩應(yīng)變來(lái)測(cè)定不同硬度奶酪的動(dòng)態(tài)流變性質(zhì)。

2.4.2 動(dòng)態(tài)流變性質(zhì)

圖4 不同硬度奶酪的流變特性Fig.4 Rheological curve of cheese samples with different hardnesses

由圖4可知，彈性/儲(chǔ)能模量反映了材料貯存能量的能力，黏性/損耗模量反映了材料釋放機(jī)械能量的能力[18]。在線性黏彈性區(qū)內(nèi)，樣品的儲(chǔ)能模量(G′)、損耗模量(G″)、動(dòng)力學(xué)黏度(η′)僅與感官評(píng)定中的硬度相關(guān)[21]，從圖4可以看出，隨著硬度的下降，樣品的儲(chǔ)能模量(G′)、損耗模量(G″)、動(dòng)力學(xué)黏度(η′)都呈下降趨勢(shì)，這說(shuō)明隨著水分含量的增加，產(chǎn)品的彈性部分和黏性部分都在減少。這是由于隨著水分含量的減少，蛋白質(zhì)含量的增加，分子之間的連接將會(huì)增強(qiáng)。然而，隨著水分含量的增加，將會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)矩陣的膨脹和分子之間連接的降低[20]。并且水分含量越高，樣品的黏性部分越來(lái)越占優(yōu)勢(shì)，樣品越傾向于表現(xiàn)出流體的特征。這可能暗示了隨著體系水分含量的增加，體系中更多的蛋白質(zhì)之間的鍵可以松弛和重組，這就導(dǎo)致了酪蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的更快重組。在所有的水分添加量下，樣品的G′始終大于G″，G′和G″沒(méi)有交叉點(diǎn)，而且η′隨著頻率的增加而急劇降低，表現(xiàn)出了凝膠體系的特性[19]。

3 結(jié) 論

綜上所述，隨著奶酪樣品硬度的不同，其質(zhì)構(gòu)特征參數(shù)及流變特性呈現(xiàn)出顯著差異。其中硬質(zhì)奶酪具有彈力大、黏聚性小、破斷強(qiáng)度大的特點(diǎn)，軟質(zhì)奶酪具有彈力小、黏聚性大、破斷強(qiáng)度小的特點(diǎn)。頻率掃描時(shí)，隨著硬度的下降，樣品的儲(chǔ)能模量(G′)、損耗模量(G″)、動(dòng)力學(xué)黏度(η′)都呈下降趨勢(shì)。

[1] 道日娜. 國(guó)內(nèi)新型乳品:奶酪[J]. 中國(guó)奶牛, 2000(2):47-48.

[2] 杜琨, 朱杰. 干酪:21世紀(jì)乳制品的主導(dǎo)[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā), 2005,26(4):137-138.

[3] 林維宣, 紀(jì)淑娟, 馬巖松, 等. 食品分析[M]. 北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社, 1989:46-52.

[4] YUET HEE L L, JACQUOT M, HARDY J, et al. Formulating polymeric gels simulating soft cheeses’texture[J]. Food Hydrocolloids,2008, 22(5):925-933.

[5] 劉敬智, 高昕, 許加超, 等. 不同加熱條件下海螺足部質(zhì)構(gòu)的變化[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào), 2009, 33(3):519-526.

[6] 張秋平. 契達(dá)干酪質(zhì)構(gòu)的感官評(píng)定與儀器測(cè)定的研究[D]. 呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué), 2007.

[7] SAINT-EVE A, LAUVERJAT C, MAGNAN C, et al. Reducing salt and fat content:Impact of composition, texture and cognitive interactions on the perception of flavoured model cheeses[J]. Food Chemistry,2009, 116(1):167-175.

[8] LOBATO-CALLEROS C, REYES-HERNANDEZ J, BERISTAIN C I, et al. Microstructure and texture of white fresh cheese made with canola oil and whey protein concentrate in partial or total replacement of milk fat[J]. Food Research International, 2007, 40(4):529-537.

[9] ALLEN FOEGEDINGA E, BROWN J, DRAKE M, et al. Sensory and mechanical aspects of cheese texture[J]. International Dairy Journal, 2003,13(8):585-591.

[10] 劉敬智. 加工及貯藏過(guò)程中海螺質(zhì)構(gòu)變化的研究[D]. 青島:中國(guó)海洋大學(xué), 2009.

[11] 孫文峰, 王健, 孫玉清, 等. 菊粉對(duì)再制干酪質(zhì)地與感官評(píng)價(jià)的影響[J]. 中國(guó)乳業(yè), 2009(3):44-45.

[12] DIMITRELI G, THOMAREISA S. Texture evaluation of block-type processed cheese as a function of chemical composition and in relation to its apparent viscosity[J]. Journal of Food Engineering, 2007, 79(4):1364-1373.

[13] 楊炳壯, 楊白云, 唐艷, 等. 原料奶中脂肪與干物質(zhì)比例對(duì)水牛奶Mozzarella鮮干酪質(zhì)地的影響[J]. 中國(guó)乳品工業(yè), 2008, 36(11):17-20.

[14] 屠康, 趙藝澤, 洪瑩, 等. 利用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)不同類型干酪質(zhì)地品質(zhì)的研究[J]. 中國(guó)乳品工業(yè), 2004, 32(12):16-18.

[15] 張國(guó)農(nóng), 顧敏鋒, 李彥榮, 等. 工藝參數(shù)對(duì)再制干酪的質(zhì)構(gòu)和流變性質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)乳品工業(yè), 2006, 34(10):9-13.

[16] 李曉東, 霍貴成, 崔旭海. 干酪流變學(xué)性質(zhì)及其對(duì)質(zhì)地的影響[J]. 中國(guó)乳品工業(yè), 2005, 33(4):51-55.

[17] 陳海華, 許時(shí)嬰, 王璋. 亞麻籽膠的流變性質(zhì)[J]. 無(wú)錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào),2004, 23(1):30-35.

[18] MONTESINOS-HERRERO C, COTTELL D C, DOLORES O RIORDAN E, et al. Dolores. Partial replacement of fat by functional fibre in imitation cheese:Effects on rheology and microstructure[J]. International Dairy Journal, 2006, 16(8):910-919.

[19] 顧敏峰. 涂抹再制干酪的制備及其質(zhì)構(gòu)流變與風(fēng)味的研究[D]. 無(wú)錫:江南大學(xué), 2005.

[20] LIU He, XU Xueming, GUO Shidong. Rheological and textural properties of full-fat and low-fat cheese analogues[J]. Agricultural Engineering,2007, 23(5):32-41.

[21] ALLEN FOEGEDINGA E, BROWNB J, DRAKEA M, et al. Sensory and mechanical aspects of cheese texture[J]. International Dairy Journal,2003, 13(8):585-591.

Comparison of Cheese Samples with Different Hardness in Texture and Rheological Properties

YANG Shu，GAO Xin*，XU Jia-chao，F(xiàn)U Xiao-ting，ZHANG Zhao-hui
(College of Food Science and Engineering, Ocean University of China , Qingdao 266003, China)

TS252.53

A

1002-6630(2010)21-0050-04

2010-03-04

教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃”項(xiàng)目(NCET-07-0779)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30771674)；教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(109099)；山東省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(2008GG1005008)

楊述(1984—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称肺镄詫W(xué)。E-mail：yangyangyangshu@yahoo.com.cn

*通信作者：高昕(1968—)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)樗a(chǎn)化學(xué)。E-mail：xingao@ouc.edu.cn