工藝條件對傳統(tǒng)乳扇出品率和加工特性的影響

竇玉萍，蘇亞文，孟丹，徐珊，劉紅娜

(西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州，730030)

乳扇是云南白族的傳統(tǒng)手工乳制品，呈乳黃色，因薄如紙扇而俗稱乳扇[1]。傳統(tǒng)工藝為：牛乳與酸漿混合，形成凝塊后進行洗滌拉伸，用木桿將其撐成扇形，上架晾干而制成[2]。乳扇營養(yǎng)價值高，是補充蛋白質(zhì)的良好物質(zhì)[3]。近年來，中國傳統(tǒng)乳制品發(fā)展迅速[4-5]，乳扇需求量日益增加。但乳扇的生產(chǎn)工藝落后，基本為傳統(tǒng)作坊式手工操作，不僅生產(chǎn)效率低，產(chǎn)量有限，而且傳統(tǒng)工藝加工條件難以控制[6]。為使乳扇的生產(chǎn)規(guī)?；藴驶?，國內(nèi)外許多專家采用凝乳酶等方法對乳扇的加工工藝、保鮮技術(shù)進行了大量的探索和研究[7-9]，但目前云南很多家庭制作乳扇時仍采用酸木瓜汁凝乳。本試驗以乳扇出品率為指標，在不改變傳統(tǒng)做法基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗設(shè)計對工藝參數(shù)進行優(yōu)化，旨在為提高乳扇品質(zhì)，以促進民族地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

原料乳：西北民族大學(xué)養(yǎng)殖廠的新鮮全脂牛乳，水分為86.5%、脂肪3.5%、蛋白質(zhì)3.2%、灰分1.3%、乳糖4.5%；酸木瓜，市售云南大理酸木瓜(廠家：云果尚品)；K2SO4、CuSO4、氨水、乙醚、石油醚、乙醇、Na2HPO4(分析純)，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

物性測試儀(TA. XT 2i型)，上海博訊實業(yè)設(shè)備有限公司；恒溫水浴鍋(DK-S26型)，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；酸度計(pHS25型)，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；電子天平(JA型)，上海嘉展儀器設(shè)備有限公司；恒溫干燥箱(HH·S1-Ni型)，棗莊市鴻燿機械有限公司；自動凱氏定氮儀(KND-04型)，上海沛歐分析儀器公司；馬弗爐(SX2 -2.5 -12型)，北京科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預(yù)處理

新鮮的酸木瓜去皮、去核后，加水3倍，100 ℃煮沸1 h制成酸漿(pH 3.3)，取上清液[1]。生鮮牛乳用紗布過濾待用。

1.2.2 工藝流程

鮮牛乳→巴氏殺菌(63 ℃，30 min)→冷卻至60 ℃→加入酸漿→攪拌揉搓成團→熱燙拉伸→乳扇凝團樣品測定→風(fēng)干→包裝→乳扇理化指標測定[10]

1.2.3 單因素試驗設(shè)計

(1)凝乳溫度對乳扇凝團的影響：設(shè)定凝乳溫度分別為55、60、65、70、75 ℃，將凝乳時間60 s的凝團放入70 ℃、pH 4.8的乳清中熱燙拉伸3 min，研究凝乳溫度對凝團性質(zhì)的影響。

(2)凝乳時間對乳扇凝團的影響:設(shè)定凝乳時間分別為20、40、60、80、100 s，將凝乳溫度為65 ℃的凝團放入70 ℃、pH 4.8的乳清中熱燙拉伸3 min，研究凝乳時間對凝團性質(zhì)的影響。

(3)熱燙pH對乳扇凝團的影響：設(shè)定熱燙pH值分別為4.4、4.6、4.8、5.0、5.2，將凝乳溫度為65 ℃、凝乳時間60 s的凝團放入70 ℃的乳清中熱燙拉伸3 min，研究不同熱燙pH對凝團性質(zhì)的影響。

(4)熱燙拉伸溫度對乳扇凝團的影響：設(shè)定熱燙拉伸溫度分別為60、65、70、75、80 ℃，將凝乳溫度為65 ℃，凝乳時間為60 s的凝團放入pH值為4.8乳清中，控制熱燙拉伸時間為3 min，研究不同熱燙拉伸溫度對凝團性質(zhì)的影響。

(5)熱燙拉伸時間對乳扇凝團的影響：設(shè)定熱燙拉伸時間分別為2、4、6、8、10 min，將凝乳溫度為65 ℃，凝乳時間為60 s的凝團放入溫度為70 ℃，pH值為4.8乳清中，研究不同熱燙拉伸時間對凝團性質(zhì)的影響。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計

以單因素試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，選取凝乳時間、凝乳溫度、熱燙拉伸溫度為自變量，以乳扇校正出品率為響應(yīng)值，利用中心組合試驗Box-Behnken設(shè)計對傳統(tǒng)乳扇的加工工藝進行優(yōu)化，建立回歸模擬方程，確定乳扇凝乳的最佳條件，并加以驗證。

1.3 測定指標

1.3.1 乳扇出品率的計算

(1)

式中：C1實測出品率，%；m1乳扇質(zhì)量，g；m2原料奶質(zhì)量，g。

將產(chǎn)品校正為水分質(zhì)量為20%時的出品率:

(2)

式中：C校正出品率，%；C1實測出品率，%；W1乳扇含水量，%；W2乳扇校正含水量，%。

1.3.2 乳扇成分測定

(1)乳扇水分含量：根據(jù)GB 5009(3)—2016方法測定。

(2)乳扇灰分含量：根據(jù)GB 5009(4)—2016方法測定。

(3)乳扇蛋白質(zhì)含量：根據(jù)GB 5009(5)—2016方法測定。

(4)乳扇脂肪含量：根據(jù)GB 5413.3—2016方法測定。

(5)乳扇過氧化值含量：根據(jù)GB 5009.227—2016方法測定。

1.3.3 乳扇加工特性的測定

(1)乳扇拉伸性的測定：用取樣器將乳扇切成2 cm×2 cm大小均勻的方塊，置于3.5 cm的鋁制稱量瓶中，在室溫下恢復(fù)30 min，再放入100 ℃的烘箱中加熱1 h后取出。用同樣型號的玻璃棒或者筷子挑起乳扇向上拉伸，直至乳扇斷裂為止。此時，立刻用游標卡尺測量乳扇拉伸的長度，精確至0.01 cm，重復(fù)3次，以算術(shù)平均值表示乳扇的拉伸性[11]。

(2)乳扇油脂析出性的測定：用特制打孔器順著乳扇纖維方向取直徑為1 cm，高1 cm的圓形樣，放置在預(yù)先鋪有濾紙直徑9 cm的培養(yǎng)皿中，放入預(yù)熱至100 ℃的烘箱中加熱30 min，取出在室溫下恢復(fù)15 min，用游標卡尺測量油圈的直徑。精確至0.01 cm，重復(fù)3次，以算術(shù)平均值表示乳扇的油脂析出性[12-13]。

(3)乳扇融化性的測定：用特質(zhì)打孔器順著乳扇纖維方向取取直徑為1 cm，厚5 mm的圓柱，將樣品放置于直徑1.8 cm的試管中，在室溫下回復(fù)30 min。然后將其置于預(yù)熱至100 ℃的烘箱內(nèi)。加熱1 h后取出，在室溫下放置30 min后用游標卡尺測試融化樣品的長度。精確至0.01 cm，重復(fù)3次，以算術(shù)平均值表示乳扇的融化性[14-15]。

1.4 感官評定

乳扇感官評定包括色澤、滋味、氣味、組織結(jié)構(gòu)、紋理[3,16]，具體評分標準見表1。

1.5 數(shù)據(jù)處理

各組數(shù)據(jù)重復(fù)3次求平均值，以平均值±標準差表示；采用統(tǒng)計軟件IBM SPSS Statistics 22數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的Duncan’s法對數(shù)據(jù)進行顯著性分析；采用 Design Expert 8.0.6對傳統(tǒng)乳扇工藝進一步優(yōu)化。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 凝乳溫度對乳扇凝團的影響

由圖1可知，凝乳溫度為55～65 ℃時，校正出品率和拉伸性、融化性、油脂析出性隨凝乳溫度的升高而增加。在55～65 ℃時乳清析出較慢，酪蛋白殘留量較大，凝塊組織結(jié)構(gòu)松散，而使乳清渾濁產(chǎn)率較低[17]。在65 ℃時，乳扇的校正出品率為11.3%、拉伸性46.86 mm、融化性6.29 mm、油脂析出性43.2 mm。當(dāng)溫度65～75 ℃時，乳扇的校正出品率和加工特性隨凝乳溫度的升高而呈現(xiàn)下降趨勢。這是由于牛奶受熱后乳清蛋白分子構(gòu)象發(fā)生變化，其β-乳球蛋白上的活性巰基暴露出來，它通過二硫鍵交換與α-乳白蛋白、κ-酪蛋白相結(jié)合，使蛋白質(zhì)凝膠結(jié)構(gòu)更加牢固[18]。凝乳溫度達到65 ℃時，乳清蛋白的變性程度很徹底，使蛋白質(zhì)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)堅實，硬度高，彈性低，形成光滑均勻細膩的凝塊[10]。當(dāng)溫度過高時凝塊結(jié)構(gòu)被破壞，有大量的絮狀物產(chǎn)生，使乳清渾濁，凝塊組織結(jié)構(gòu)松散，產(chǎn)率減低。綜上所述最佳凝乳溫度為65 ℃，且凝乳溫度顯著影響凝團的品質(zhì)。

表1 感官評分標準Table 1 Sensory evaluation scale

圖1 凝乳溫度對凝團校正出品率、加工特性的影響Fig.1 Effect of curd temperature on correction yield of gelatinous curd and processing properties

2.1.2 凝乳時間對乳扇凝團的影響

由圖2可知，凝乳時間為60 s時，乳扇校正出品率10.65%、拉伸性33.79 mm、融化性2.04 mm、油脂析出性63.52 mm，此時乳扇綜合性質(zhì)較好。在20～60 s時，校正出品率和乳扇的拉伸性、融化性、油脂析出性隨凝乳時間的延長而增加。這是由于短時間內(nèi)乳清析出較少，酪蛋白殘留量較大，凝塊組織結(jié)構(gòu)松散，乳清渾濁產(chǎn)率較低[17]。當(dāng)時間在60～100 s時，校正出品率和乳扇的拉伸性、融化性、油脂析出性隨時間的延長而呈現(xiàn)下降趨勢。這是由于隨著凝乳時間的延長，酪蛋白緊密聚集形成光滑均勻的凝塊，乳清透明，可多次折疊拉伸，具有較好的融化性、油脂析出性。而凝乳時間過長(80～100 s)會破壞凝塊組織，使其結(jié)構(gòu)松散，并有大量的絮狀物產(chǎn)生，使乳清渾濁，產(chǎn)率減低[17]。綜上所述最佳凝乳時間為60 s，且凝乳時間顯著影響凝團的品質(zhì)。

圖2 凝乳時間對校正出品率、凝團加工特性的影響Fig.2 Effect of curd time on correction yield of gelatinous curd and processing properties

2.1.3 熱燙pH值對乳扇凝團的影響

由圖3可知，熱燙pH值為4.8時，校正出品率為10.59%、拉伸性41.90 mm、融化性4.91 mm、油脂析出性56.67 mm，制成的乳扇厚度適合，具有濃郁的奶香味，可多次折疊拉伸，表面呈現(xiàn)黃亮、半透明的色澤，油潤光亮，具有較好的拉伸性、融化性、油脂析出性。pH值在4.4～4.8時，乳扇的校正出品率和加工特性隨熱燙pH值的升高而增加，這是由于熱燙pH值低于4.8時，凝固速度快，凝塊呈較大的絮狀，凝團含水量低，硬度大，延展性降低，組織結(jié)構(gòu)粗糙且難成型[19]。等電點以下的pH值雖然有利于酪蛋白凝結(jié)，但排乳清時，極易造成散碎的蛋白小顆粒的流失[20]。熱燙pH 4.8～5.2時，凝塊形成較慢，含水量高且組織稀軟，彈性差，凝團難以成型。外力擠壓排乳清時，酪蛋白易流失[6]。綜上所述最佳為pH 4.8，且熱燙pH對凝團的品質(zhì)不顯著。

圖3 熱燙pH對校正出品率、凝團加工特性的影響Fig.3 Effect of hot fluid pH on correction yield of gelatinous curd and processing properties

2.1.4 熱燙拉伸溫度對乳扇凝團的影響

由圖4可知，在熱燙拉伸溫度為70 ℃時，凝團的校正出品率、拉伸性、融化性及油脂析出性最好分別為9.28%、30.32 mm、3.08 mm、66.8 mm，凝團黏性好，有拉絲現(xiàn)象，可多次拉伸折疊，延展性好，易定型，熱燙液澄清。在60～70 ℃時校正出品率和乳扇的加工特性隨熱燙溫度的升高而增加。凝團延展性變差，不易拉伸，難以成型，需多次洗滌熱燙，容易造成酪蛋白流失[21]。當(dāng)熱燙拉伸溫度超過70 ℃時，乳扇的校正出品率和加工特性隨熱燙拉伸溫度的升高而呈現(xiàn)下降趨勢。這是由于熱燙拉伸溫度過高，造成凝團中的蛋白質(zhì)融化，酪蛋白流失，凝團具有流淌性，難以固定成型[20]，制成的乳扇厚度薄易碎。萬長江等認為，熱燙溫度最適為70 ℃，熱燙拉伸溫度的高低不僅影響凝團的拉伸性和延展性，而且決定熱燙時間的長短及乳扇的加工特性好壞[21]。綜上所述，最佳熱燙拉伸溫度為70 ℃，且熱燙拉伸溫度對凝團的品質(zhì)影響顯著。

圖4 熱燙拉伸溫度對凝團校正出品率、加工特性的影響Fig.4 Effect of thermo-stretching temperature on correction yield of gelatinous curd and processing properties

2.1.5 熱燙拉伸時間對乳扇凝團的影響

由圖5可知，熱燙拉伸時間在2～3 min時，校正出品率和乳扇的拉伸性、融化性、油脂析出性隨熱燙拉伸時間的延長而增加。熱燙拉伸時間3 min時，校正出品率較高，拉伸性、融化性及油脂析出性最好分別為10.25%、47.98 mm、3.74 mm、39.86 mm，制成的乳扇厚度適合，具有濃郁的奶香味，可多次折疊拉伸，表面呈現(xiàn)黃亮、半透明的色澤，油潤細膩。當(dāng)熱燙拉伸時間4～6 min時，乳扇的校正出品率和加工特性隨時間的延長而呈現(xiàn)下降趨勢。可能是熱燙拉伸時間受熱燙溫度的影響，熱燙拉伸時間影響凝團的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，熱燙拉伸時間短，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)比較松散，形成的凝團硬度低，彈性和回復(fù)性都不好，熱燙拉伸時間延長，各項參數(shù)變好。而熱燙拉伸時間過長，蛋白膠粒的結(jié)構(gòu)過于緊密，則凝團的彈性和回復(fù)性又會變差[19]。綜上所述最佳熱燙拉伸時間為3 min。經(jīng)顯著性分析得出熱燙拉伸時間對凝團的品質(zhì)影響不顯著。

圖5 熱燙拉伸時間對凝團校正出品率、加工特性的影響Fig.5 Effect of thermo-stretching time on correction yield of gelatinous curd and processing properties

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 試驗?zāi)Ｐ偷慕?/p>

在單因素基礎(chǔ)上，選擇影響乳扇出品率的3個關(guān)鍵因素。通過Design Expert 8.0.6軟件設(shè)計3因素3水平的Box- Behnken中心組合試驗，各因素與水平設(shè)計如表2所示。設(shè)計17個試驗點的響應(yīng)面分析試驗，其中1～12析因點，自變量取值在各因素之間構(gòu)成的三維頂點；13～17是零點，中心試驗重復(fù)5次，用以估計試驗誤差，如表3所示。

表2 試驗因素水平Table 2 Factor and levels of test

表3 響應(yīng)面法試驗設(shè)計及試驗結(jié)果Table 3 Program and result of RSA test

由表3可知，零點試驗的響應(yīng)值明顯高于分析組，表明此試驗條件為最優(yōu)的試驗組合。利用Design Expert 8.0.6軟件對表二所得的試驗數(shù)據(jù)進行二次多項式擬合，獲得各因素對響應(yīng)值影響的二次回歸方程為：Y=+11.46+0.44A-0.29B-0.014C+0.96AB+0.76AC+0.23BC-1.29A2-0.25B2。

2.2.2 多元回歸模型分析

由表4可知，回歸模型F=47.03，p<0.001，說明顯著性水平極高，失擬性F=0.45，p=0.731 7>0.05，無顯著性，說明該方程的擬合程度較高；因素一次項(A、B)對結(jié)果影響高度顯著(p<0.001)、交互項(AB、AC、BC)對結(jié)果影響顯著(p<0.01)，二次項(A2、B2、C2)對結(jié)果影響顯著 (p<0.01)。變異系數(shù)CV(2.03%)較小，說明試驗的誤差較小，可靠性越高，符合試驗設(shè)計的要求。決定系數(shù)R2=0.983 7，這說明該模型可以解釋98.37%的響應(yīng)值Y的變化，且該模型的修正R2=0.962 8，預(yù)測系數(shù)R2=0.915 4與決定系數(shù)相差較小，這表明該回歸模型的擬合度良好，可以用該模型分析預(yù)測和優(yōu)化凝乳工藝條件。各項按照其影響響應(yīng)值的顯著性大小排序：A2>AB>AC>C2>A>B>BC>B2>C。

表4 回歸模型系數(shù)方差分析Table 4 ANOVE for the regression coefficients of model

注：p<0.05為顯著，用*表示；p<0.01為極顯著，用**表示。

2.2.3 響應(yīng)面分析

依據(jù)等高線圖的傾斜程度和方差分析數(shù)據(jù)得出影響乳扇校正出品率的3個因素的主次順序為：凝乳溫度>熱燙溫度>凝乳時間。

由圖6可知，隨著凝乳溫度的提高，校正出品率先上升后下降，而隨著凝乳時間的增加，校正出品率一直呈在下降趨勢，凝乳溫度和凝乳時間的協(xié)同作用顯著，等高線圖明顯呈直線形，可知凝乳溫度和凝乳時間的交互作用不顯著。由曲面坡度的陡峭情況知，凝乳溫度的曲面比凝乳時間的曲面更陡，說明凝乳溫度對校正出品率影響更加顯著。

圖6 凝乳溫度和凝乳時間對校正出品率的響應(yīng)面和等高線圖Fig.6 Response surface and contour of curd time and curd temperature on correction yield

由圖7可知，隨著凝乳溫度的提高，校正出品率先上升后下降，而隨著熱燙溫度的增加，校正出品率先上升后下降。等高線圖明顯呈橢圓形，可知凝乳溫度和熱燙溫度的交互作用顯著。在凝乳溫度65 ℃，熱燙溫度70 ℃時，校正出品率達到最大值。由曲面坡度的陡峭情況得知，凝乳溫度的曲面比熱燙溫度的曲面更陡，說明凝乳溫度對校正出品率影響更加顯著，響應(yīng)面圖形呈鐘形。

圖7 凝乳溫度與熱燙拉伸溫度對校正出品率的響應(yīng)面和等高線圖Fig.7 Response surface and contour of curd temperature and thermo-stretching temperature on correction yield

由圖8可知，隨著凝乳時間的延長，校正出品率基本呈現(xiàn)下降趨勢，而隨著熱燙溫度的增加，校正出品率呈先上升后下降趨勢。由曲面坡度的陡峭情況知，熱燙溫度的曲面比凝乳時間的曲面更陡，說明熱燙溫度對校正出品率影響更加顯著，響應(yīng)曲面呈鞍形。

圖8 凝乳時間與熱燙拉伸溫度對校正出品率的響應(yīng)面和等高線圖Fig.8 Response surface and contour of curd time and thermo-stretching temperature on correction yield

2.2.4 驗證性試驗結(jié)果

通過軟件對試驗數(shù)據(jù)的分析，得到最佳工藝條件：凝乳溫度65 ℃，凝乳時間60 s，熱燙拉伸溫度70 ℃，利用最佳條件進行驗證，3次試驗的平均校正出品率為10.31%，與理論值11.46%接近，說明采用響應(yīng)面優(yōu)化的生產(chǎn)工藝參數(shù)準確可靠，按照建立的模型進行試驗在實踐中是可行的。

2.3 營養(yǎng)成分與感官評定

由表5可知，傳統(tǒng)的乳扇與改進乳扇的營養(yǎng)成分相比，主要差異為傳統(tǒng)乳扇脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖含量略高，可能是兩者原料乳不同，云南主要以黃牛為主，其乳的干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、乳脂含量比普通乳高。而傳統(tǒng)乳扇脂肪含量很高，是由于延長乳扇的貯藏期在制作時添加植物油，制成的乳扇顏色更黃[22]。改良乳扇的含水量較高，是由于風(fēng)干條件的不同而導(dǎo)致乳扇含水量高[23]，硬度變小，且改進乳扇營養(yǎng)成分符合云南省食品安全地方標準。由表6可知改進乳扇的感官評定、滋味、氣味和組織狀態(tài)要比傳統(tǒng)乳扇更好。

表5 傳統(tǒng)、改進乳扇營養(yǎng)成分與加工特性Table 5 Nutrition and processing properties of traditional and improved Dairy fan

表6 傳統(tǒng)乳扇、改進乳扇的感官評定結(jié)果Table 6 The result of sensory evaluation for traditionaland improved Dairy fan

3 結(jié)論

傳統(tǒng)乳扇生產(chǎn)工藝的最佳條件為：凝乳時間60 s、凝乳溫度65 ℃、熱燙pH 4.8、熱燙拉伸溫度70 ℃、熱燙拉伸時間3 min。該條件下乳扇的校正出品率較高為10.31%，水分17.21%、脂肪38.37%、灰分4.04%、蛋白質(zhì)34.86%、乳糖6.49%、過氧化值0.17 g/100g，融化性為4.29 mm、拉伸性為46.86 mm、油脂析出性為33.26 mm。影響乳扇校正出品率的3個因素的顯著性程度排列順序為：凝乳溫度>熱燙拉伸溫度>凝乳時間。本試驗在不改變傳統(tǒng)步驟的基礎(chǔ)上, 通過對工藝條件的改善，使乳扇產(chǎn)率提高，拉伸性、融化性、油脂析出性良好。本研究結(jié)果為乳扇的進一步工業(yè)化奠定基礎(chǔ)。