保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌發(fā)酵夸克的工藝條件優(yōu)化

胡 穎，蔣 緯，朱秋勁,2,3,*

(1.貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學(xué)食品科學(xué)工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550025；3.貴州省乳品工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550018)

夸克(Quark cheese)起源于德國，是新鮮干酪的重要品種之一?？淇瞬唤?jīng)過成熟處理，直接將牛乳凝固后去除部分水分制成，風(fēng)味柔和清爽，質(zhì)地柔軟濕潤，具有濃郁乳香及淡淡的乳酸味，在歐洲非常流行[1-3]。發(fā)酵劑與凝乳酶共同作用的夸克質(zhì)地介于酸乳與酶凝干酪之間，口感易于我國消費(fèi)者接受。有研究[4]表明，夸克生產(chǎn)過程中凝乳酶添加量過少會造成凝乳強(qiáng)度差，導(dǎo)致蛋白和脂肪等成分隨乳清排出，干酪產(chǎn)率低。但凝乳酶添加量過大則會影響干酪的風(fēng)味和功能特性[5]。所以凝乳酶成為影響夸克品質(zhì)的重要因素。生產(chǎn)夸克的傳統(tǒng)發(fā)酵菌種一般是乳酸鏈球菌(S. lactis)、乳脂鏈球菌(S. cremoris)、添加或不添加丁二酮乳酸鏈球菌(S. diacetilactis)或蝕橙明串珠菌(Leuconostoc citrovorum)[6-7]。然而，利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌共同發(fā)酵制備夸克的研究在國內(nèi)還鮮有報道。嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌因具有良好的共生作用而被廣泛應(yīng)用于各類酸乳的研制中[8-10]，對兩種菌種共生機(jī)理的研究已有較多報道[11-13]。

本實驗利用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌混合發(fā)酵制備夸克。對夸克制作過程中凝乳酶的添加量、CaCl2添加量、混合發(fā)酵劑配比以及切割pH值等因素進(jìn)行研究，以夸克成品校正產(chǎn)率、乳清OD500nm值、感官品質(zhì)等為評定指標(biāo)，旨在獲得以嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌為發(fā)酵劑制備夸克的較優(yōu)工藝，為酸乳常用菌株在奶酪生產(chǎn)中的應(yīng)用提供實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂乳粉 伊利乳業(yè)集團(tuán)。

微生物凝乳酶(5000IU) 甘肅省華羚集團(tuán)有限公司；保加利亞乳桿菌(Lactobacillus debruechii ssp. bulgaricus，Lb.) 廣東省微生物菌種保藏中心；嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilu，St.) 中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心；CaCl2、CuSO4均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TA.XT plus物性測試儀 英國Stable Micro System有限公司；DK-98-11K電熱恒溫水浴鍋 天津泰斯特儀器有限公司；TU-1810紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；pH100型筆式pH計 上海三信儀表廠；SHP-250型智能生化培養(yǎng)箱 上海光都儀器設(shè)備有限公司；SW-CJ-ZFD型單人單面凈化工作臺 蘇州凈化設(shè)備有限公司；FA2004N電子天平 上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；TDL-40B型臺式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；MB35水分測定儀 Ohaus國際貿(mào)易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

脫脂乳→熱殺菌(95℃、5min)→冷卻至30℃左右→加入發(fā)酵劑→38℃預(yù)發(fā)酵2h→添加CaCl2、凝乳酶→32℃凝乳→切割→升溫攪拌排乳清→3000r/min離心8min排乳清→成品置于4℃冷藏

1.3.2 指標(biāo)測定

1.3.2.1 夸克校正產(chǎn)率的測定

夸克的校正產(chǎn)率是以每100kg原料乳所能生產(chǎn)出的水分含量為80%的凝塊的質(zhì)量來計算[14]。

1.3.2.2 夸克乳清OD值的測定[15]

采用721紫外-可見分光光度計測定排除乳清在500nm波長處的光密度(OD500nm)值。

1.3.2.3 夸克水分含量的測定

采用水分快速測定儀進(jìn)行測定。

1.3.2.4 夸克蛋白質(zhì)的測定采用凱氏定氮法進(jìn)行測定，參照GB 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》。

1.3.2.5 夸克固形物和蛋白回收率的測定[14]

原料乳及凝塊固形物含量測定按照GB 5413.39—2010《乳和乳制品中非脂乳固體的測定》?？淇斯绦挝锘厥章拾词?3)計算，蛋白回收率按式(4)計算。

1.3.2.6 夸克質(zhì)構(gòu)測定

選用P/0.5型號探頭，采用下壓測力模式，測前速率1.0mm/s，測試速率1.5mm/s，測后速率10mm/s，感應(yīng)力5g，下壓距離15mm，每個樣品測量3次，結(jié)果取平均值。

圖 1 下壓模式曲線分析圖Fig.1 The analysis chart of compression curve with a press mode

將待測樣品固定放置于探頭正下方，開始穿刺實驗。如圖1所示，當(dāng)探頭感應(yīng)到5g的觸發(fā)力后，就繼續(xù)穿刺樣品至15mm深度，然后在這點返回起始點，隨著穿刺深度的增加，所感應(yīng)到的力也逐漸變大。當(dāng)穿刺達(dá)到指定的深度時，所得的穿刺力值可以客觀的反映奶酪的硬度，每個樣品3次穿刺作功的測定可以反映出產(chǎn)品的品質(zhì)均一性是否良好。曲線的負(fù)值區(qū)域表示探頭撤回時，有部分樣品黏在探頭上，反映了樣品的黏著性。測試完成后，宏程序會自動分析測試結(jié)果，獲得所需數(shù)據(jù)。

1.3.3 夸克感官品質(zhì)的評定

根據(jù)夸克的滋氣味、組織狀態(tài)及色澤等指標(biāo)對夸克的感官品質(zhì)進(jìn)行綜合評分，采取110分制，由10名食品專業(yè)人士分別打分，取其平均分為總感官評分。感官評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表 1 感官評定評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard of sensory evaluation

1.4 單因素及正交試驗設(shè)計

1.4.1 夸克生產(chǎn)工藝單因素試驗

根據(jù)預(yù)實驗結(jié)果，固定預(yù)發(fā)酵溫度38℃、預(yù)發(fā)酵時間為2h、凝乳溫度32℃、發(fā)酵劑接種量5%(V/V)，對影響夸克品質(zhì)的主要因素即凝乳酶添加量、CaCl2添加量、嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌配比、切割pH值進(jìn)行分析。

1.4.1.1 凝乳酶添加量的影響

固定CaCl2添加量0.02%、嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌配比1：1、切割pH值為4.6，將凝乳酶的添加量設(shè)計為0.005%、0.01%、0.015%、0.02%、0.025%、0.03%共6個水平梯度，以夸克校正產(chǎn)率和乳清OD500nm值為評價指標(biāo)，研究凝乳酶添加量對夸克的影響。

1.4.1.2 CaCl2添加量的影響

凝乳酶添加量參照前面實驗結(jié)果，固定嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌配比1：1、切割pH值為4.6、CaCl2添加量設(shè)計0.00%、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%共6個水平梯度，以夸克校正產(chǎn)率和乳清OD500nm值為評價指標(biāo)，研究CaCl2添加量對夸克的影響。

1.4.1.3 發(fā)酵劑配比的影響

凝乳酶和CaCl2添加量參照前面的實驗結(jié)果，固定切割pH值為4.6、嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌配比設(shè)計1：3、1：1、3：2、2：1、3：1共5個水平梯度，以夸克校正產(chǎn)率和乳清OD500nm值為評價指標(biāo)，研究發(fā)酵劑不同配比對夸克的影響。

1.4.1.4 切割pH值的影響

在前面試驗基礎(chǔ)上，設(shè)計3個切割pH值水平梯度(4.5、4.6、4.7)，以夸克校正產(chǎn)率和乳清OD500nm值為評價指標(biāo)，研究切割pH值對夸克的影響。

1.4.2 夸克生產(chǎn)工藝條件優(yōu)化試驗

在預(yù)試驗和單因素試驗基礎(chǔ)上，以感官評分為指標(biāo)，進(jìn)行凝乳酶添加量、CaCl2添加量、發(fā)酵劑配比以及切割pH值的四因素二水平的正交試驗，確定最佳工藝參數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS18.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 凝乳酶添加量對夸克的影響

文獻(xiàn)[16]報道，添加適當(dāng)?shù)哪槊福墒鼓汤夷龎K的組織狀態(tài)緊實，口感細(xì)膩柔和。乳清OD500nm值可間接反應(yīng)奶酪凝乳狀況，一般來說，乳清中所含凝乳流失成分越多，OD500nm值越高。由圖2可知，在一定范圍內(nèi)適當(dāng)增加凝乳酶用量有利于提高夸克的校正產(chǎn)率，減少蛋白質(zhì)、脂肪等物質(zhì)的損失從而降低乳清OD500nm值。然而，凝乳酶添加量進(jìn)一步增加，夸克的水分含量卻逐漸減少，產(chǎn)率逐漸降低，隨乳清流失的蛋白質(zhì)、脂肪等卻不斷增加，乳清OD500nm值呈現(xiàn)一定的上升趨勢。

圖 2 凝乳酶添加量對凝乳效果的影響Fig.2 Effect of chymosin addition amount on coagulation efficiency

表 2 凝乳酶添加量對感官品質(zhì)的影響Table 2 Effect of chymosin addition amount on sensory quality

由表2可知，凝乳酶添加量適當(dāng)增加可幫助夸克形成致密的組織結(jié)構(gòu)，同時也能有效提升夸克的滋氣味。但當(dāng)凝乳酶的添加量大于0.020%以后，夸克表現(xiàn)水分含量少，組織較硬且易碎，并產(chǎn)生較為明顯的苦味。綜合各項指標(biāo)，凝乳酶添加量在0.015%和0.020%時夸克的品質(zhì)較好。

2.1.2 CaCl2添加量對夸克的影響

適量的CaCl2可以縮短凝乳時間，促進(jìn)凝乳結(jié)構(gòu)致密化。但是CaCl2添加量越大，奶酪苦澀的不良風(fēng)味愈加明顯，同時奶酪凝乳收縮緊密導(dǎo)致乳清析出較多，造成奶酪感官品質(zhì)的下降[17]。研究CaCl2不同添加量對夸克的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖 3 CaCl2添加量對凝乳效果的影響Fig.3 Effect of CaCl2 addition amount on coagulation efficiency

由圖3可知，在一定范圍內(nèi)適當(dāng)增加CaCl2用量，有利于夸克產(chǎn)率的提高，并且在一定程度下降低乳清OD500nm值。然而繼續(xù)增加用量則使得產(chǎn)率迅速下降，乳清OD500nm值上升。這可能是由于CaCl2的添加在一定程度上縮短凝乳時間，當(dāng)凝乳過快完成則使得乳中脂肪不能及時被酪蛋白結(jié)構(gòu)包裹而隨乳清排出，從而造成產(chǎn)率降低。

表3 CaCl2添加量對感官品質(zhì)的影響Table 3 Effect of CaCl2 addition amount on sensory quality

對CaCl2不同添加量所制備的夸克進(jìn)行了感官評定，評分見表3。可以看出，CaCl2對于夸克的滋氣味、組織狀態(tài)及色澤都有一定程度的影響。CaCl2添加量過大會產(chǎn)生苦味從而導(dǎo)致了滋氣味變壞，加之夸克硬度隨著CaCl2添加量增大而不斷增大，當(dāng)添加量到0.04%時，已有明顯的顆粒感。繼續(xù)添加至0.05%時，夸克就變得易碎且完全不具備涂抹性。綜合各項指標(biāo)分析，CaCl2加量在0.02%和0.03%時夸克品質(zhì)較好。

2.1.3 嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌配比對夸克的影響

圖 4 不同配比發(fā)酵劑對凝乳效果的影響Fig.4 Effect of starter culture ratio on coagulation efficiency

參照趙鑫等[18]的方法制備不同比例的嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌混合菌發(fā)酵劑，按照5%的接種量對夸克進(jìn)行預(yù)發(fā)酵，研究兩種菌按照不同比例制備的發(fā)酵劑對夸克的影響，結(jié)果如圖4所示。隨著嗜熱鏈球菌在混合菌中所占比例的不斷增加，夸克的校正產(chǎn)率在不斷減小，而乳清OD500nm值卻在不斷上升。這可能是由嗜熱鏈球菌產(chǎn)酸快使得凝乳時間縮短而造成的，這與秦南冰等[19]研究保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌的比例變化對酸乳品質(zhì)的影響結(jié)果一致。在他們的研究結(jié)果中，嗜熱鏈球菌較保加利亞乳桿菌而言，產(chǎn)酸速率更快。

表 4 發(fā)酵劑配比對感官品質(zhì)的影響Table 4 Effect of starter culture ratio on sensory quality

對不同發(fā)酵劑配比所研制的夸克進(jìn)行感官評分，結(jié)果見表4。對夸克的感官評定表明，隨著嗜熱鏈球菌比例的增加，夸克的酸味變得越來越為柔和，組織狀態(tài)也越來越黏稠。李志成等[20]研究報道指出，保加利亞乳桿菌后酸化程度較高而嗜熱鏈球菌產(chǎn)黏性較好。這就是隨著嗜熱鏈球菌比例升高夸克酸味變得柔和，組織狀態(tài)越來越黏稠的原因。綜合各項指標(biāo)，當(dāng)嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌比例為1：1和3：2時，所發(fā)酵夸克品質(zhì)要優(yōu)于其他配比。

2.1.4 切割pH值對夸克的影響

干酪的切割pH值過高，會使酪蛋白達(dá)不到凝聚等電點，從而造成大量的蛋白質(zhì)隨乳清析出，切割pH值過低則又會使酸味過重，使產(chǎn)品產(chǎn)生風(fēng)味缺陷[3]。在pH值分別為4.5、4.6、4.7時對夸克進(jìn)行切割，其成品校正產(chǎn)率及乳清OD500nm值變化結(jié)果如圖5所示。

圖 5 切割pH值對凝乳效果的影響Fig.5 Effect of pH on coagulation efficiency

表 5 切割pH值對感官品質(zhì)的影響Table 5 Effect of pH on sensory quality

從圖5和表5可以看出，pH值為4.7時，乳清OD500nm值最高達(dá)到2.753。這可能就是由于部分酪蛋白還未凝固從而隨著乳清流失造成的。pH值為4.6時，夸克的組織狀態(tài)最優(yōu)。而pH值為4.5時，產(chǎn)率最高，說明低酸度有利于凝乳完全。綜合各項指標(biāo)，切割pH值為4.5和4.6時所得夸克品質(zhì)要優(yōu)于pH4.7切割的品質(zhì)。

2.2 正交試驗結(jié)果

在單因素試驗基礎(chǔ)上，以感官評分為考察指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗，試驗設(shè)計與結(jié)果如表6所示。

表 6 正交試驗結(jié)果及極差分析表Table 6 Range analysis of orthogonal tests

表 7 夸克理化、質(zhì)構(gòu)指標(biāo)測定結(jié)果(±s)Table 7 Physio-chemical and textural parameters of Quark cheese(±s)

表 7 夸克理化、質(zhì)構(gòu)指標(biāo)測定結(jié)果(±s)Table 7 Physio-chemical and textural parameters of Quark cheese(±s)

測定指標(biāo) 理化指標(biāo) 質(zhì)構(gòu)指標(biāo)水分含量/% 固形物含量/%蛋白質(zhì)含量/% 校正產(chǎn)率/% 蛋白回收率/%固形物回收率/%硬度/g黏著性/g穿刺作功/g測定結(jié)果78.15±0.11 19.22±0.05 12.77±0.07 23.01±0.10 81.08±0.0545.65±0.0699.71±0.12－(57.37±0.24) 651.16±0.12

由極差分析可以看出，所選各因素對夸克感官品質(zhì)的影響主次排序為A＞B＞C＞D。即凝乳酶添加量＞ CaCl2添加量＞發(fā)酵劑配比＞切割pH值。而直觀分析結(jié)果所得夸克感官品質(zhì)最優(yōu)的工藝組合為第1組：A1B1C2D1，即凝乳酶添加量為0.015%，CaCl2添加量為0.02%，嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌的配比為3：2，切割時pH值為4.5。該組合條件下所得夸克的感官評分為98.25。由正交試驗所得最優(yōu)組合為：A1B1C1D1，即凝乳酶添加量為0.015%，CaCl2添加量為0.02%，嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌的配比為1：1，切割時pH值為4.5。通過驗證實驗，該最優(yōu)組合條件下夸克的感官評分僅為94.36，所以，最終確定夸克生產(chǎn)最優(yōu)條件為A1B1C2D1。

2.3 夸克理化指標(biāo)測定

對最佳工藝條件生產(chǎn)所得夸克，進(jìn)行水分含量、固形物含量、蛋白質(zhì)含量、粗產(chǎn)率、蛋白回收率、固形物回收率等理化指標(biāo)的測定；并利用質(zhì)構(gòu)儀對夸克的硬度、黏著性及穿刺做功等質(zhì)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行測定，結(jié)果見表7。

測定得出夸克的蛋白質(zhì)含量約為12.77%，凝塊中蛋白質(zhì)回收率較高，達(dá)到了81.08%，固形物回收率約為45.65%，符合NY487—2002《軟質(zhì)干酪》標(biāo)準(zhǔn)。夸克的硬度約為99.71g，與吳檳[14]利用有機(jī)酸生產(chǎn)的類夸克硬度相差不大。3個平行樣穿刺做功偏差為0.12，表明終產(chǎn)品夸克具有良好均一性的特點。

3 結(jié) 論

3.1 嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌混合發(fā)酵制備夸克，隨著嗜熱鏈球菌比例的增加，夸克的黏性增加，酸味越淡，而保加利亞乳桿菌所占比例越高，夸克硬度越低，且酸味越強(qiáng)烈。當(dāng)嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌的比例達(dá)到為3：2時，夸克各項指標(biāo)較好。說明嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌可以混合發(fā)酵用于夸克制作。

3.2 單因素試驗中，得出凝乳酶添加量為0.015%和0.02%，CaCl2添加量為0.02%和0.03%，嗜熱鏈球與保加利亞乳桿菌的比例達(dá)到為1：1和3：2，切割pH值為4.5和4.6時，夸克各項考察指標(biāo)優(yōu)于其他試驗組。對正交試驗進(jìn)行極差分析可知，各因素對夸克品質(zhì)的影響程度依次為凝乳酶添加量＞CaCl2添加量＞嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌配比＞切割pH值。

3.3 對最優(yōu)工藝進(jìn)行驗證實驗，得到凝乳酶添加量為0.015%，CaCl2添加量為0.02%，嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌的配比為3：2，切割時pH值為4.5時，夸克的感官評分為98.25。此時，夸克具有濃郁奶香、口感清爽酸味柔和、組織細(xì)膩、具有良好的硬度和黏性。

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