再制干酪工藝條件的優(yōu)化

霍建新，白彩艷，馬曉麗，郭擁莉，薛洪，李明

（1.晉中學(xué)院，山西晉中030600；2.天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457）

再制干酪是由不同成熟期的天然奶酪混合，添加乳化鹽、乳清粉等成分，通過加熱和持續(xù)攪拌而制成[1-2]。由于再制干酪的品種多，保質(zhì)期長，風(fēng)味多樣，食用方便，比天然干酪容易被消費(fèi)者接受，消費(fèi)量越來越大[3]。再制干酪的生產(chǎn)中，乳化鹽、乳清粉、穩(wěn)定劑、乳化溫度等是重要的影響因素。乳化鹽使酪蛋白變成水合狀態(tài)的一種凝膠體系，通過離子交換使天然干酪中的副酪蛋白酸鈣轉(zhuǎn)變成可溶性的鈉鹽，并相互交聯(lián)形成緊密的結(jié)構(gòu)讓脂肪球包裹于其中，便形成了再制干酪的獨(dú)特結(jié)構(gòu)[4-5]。乳清粉適量加入干酪中，提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值，而且能使產(chǎn)品的生產(chǎn)成本降低。穩(wěn)定劑改善食品的物理性質(zhì)、增加食品的黏稠性、增強(qiáng)潤滑適口的舌感，還有膠凝作用、穩(wěn)定作用、保水作用等。乳化溫度影響到再制干酪的硬度和微生物，溫度太高再制干酪制品硬度高，太低微生物無法處理。

本試驗(yàn)研究再制干酪的影響因素，包括乳化溫度、乳化鹽、乳清粉、穩(wěn)定劑等，采用單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到再制干酪生產(chǎn)工藝優(yōu)化條件，以生產(chǎn)出所需要的再制干酪產(chǎn)品，為再制干酪工藝研究，生產(chǎn)設(shè)備的不斷開發(fā)，提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮無抗牛乳：比重為1.030，脂肪為3.1%，蛋白質(zhì)為2.9 %；嗜溫性發(fā)酵劑、嗜熱性發(fā)酵劑、凝乳酶（40 000 IU/g）：丹麥CHR.HANSEN 公司；磷酸二氫鈉：天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；多聚磷酸鈉：天津市化學(xué)試劑三廠；六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉和磷酸氫二鈉：天津市化學(xué)試劑六廠；檸檬酸鈉：天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開發(fā)有限公司；以上試劑均為分析純；黃原膠、卡拉膠（食品純）：丹尼斯克有限公司。

超凈工作臺：蘇凈集團(tuán)安泰公司；SJ-4A 數(shù)顯pH計(jì)、AB204-N 分析天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；YS100 顯微鏡：前蘇聯(lián)進(jìn)口；干酪槽：天津科技大學(xué)食品工程中心；95-1 磁力攪拌器：上海司樂儀器廠；RE-52AA 高壓蒸汽消毒器：北京工農(nóng)兵醫(yī)療器械廠。

1.2 方法

1.2.1 再制干酪工藝流程

原料乳→標(biāo)準(zhǔn)化→巴氏殺菌→冷卻→添加發(fā)酵劑→調(diào)整酸度→加氯化鈣→加凝乳酶→凝乳形成→凝塊切割→攪拌→壓榨→切碎→融化乳化（添加水、乳化鹽）→均質(zhì)→增稠（添加穩(wěn)定劑）→殺菌→添加風(fēng)味劑→冷卻→包裝→成品[6-7]

1.2.2 感官評定方法

五分制評分法：選定10 位從事干酪研究的相關(guān)人員對產(chǎn)品進(jìn)行硬度、切片性、彈性、組織狀態(tài)和風(fēng)味口感幾個(gè)方面的感官評分，每個(gè)單項(xiàng)滿分5 分，總分25 分，評分細(xì)則見表1。

表1 產(chǎn)品感官評定細(xì)則Table 1 The sensory rules of the products

1.2.3 單因素試驗(yàn)

1.2.3.1 乳化溫度的單因素試驗(yàn)

干酪融化乳化（添加水，焦磷酸鈉0.5%、檸檬酸鈉1.5%），進(jìn)行均質(zhì)，添加穩(wěn)定劑（黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%），選取60、65、70、75、80 ℃5 個(gè)水平溫度熔融和真空脫氣，添加風(fēng)味劑（乳清粉20 %）制備再制干酪，冷卻后進(jìn)行感官評定。

1.2.3.2 乳化鹽的復(fù)配試驗(yàn)

食品加工中常用的5 種乳化鹽：檸檬酸鈉、多聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉和磷酸氫二鈉，前3 種乳化鹽的添加量分別為1.0%、1.5%、2.0%，焦磷酸鈉添加量為0.5%、磷酸二氫鈉添加量為0.05%。冷卻后進(jìn)行感官評定并比較結(jié)果。若單一的乳化鹽對再制干酪的乳化效果均不理想，進(jìn)行兩兩復(fù)配試驗(yàn)，并保證兩種乳化鹽的總添加量小于3%。干酪融化乳化，選擇（1.0%檸檬酸鈉；0.05%磷酸氫二鈉）、（1.5%檸檬酸鈉；0.05%磷酸氫二鈉）、（1.5%檸檬酸鈉；0.5%焦磷酸鈉）、（1.5%檸檬酸鈉；1.5%多聚磷酸鈉）、（1.5%檸檬酸鈉；1.0%六偏磷酸鈉）、（1.0%六偏磷酸鈉；0.5%焦磷酸鈉）5 種復(fù)配乳化鹽，進(jìn)行均質(zhì)，添加穩(wěn)定劑（黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%），70 ℃溫度熔融和真空脫氣，20%乳清粉添加量，制備再制干酪，冷卻后進(jìn)行感官評定。

1.2.3.3 穩(wěn)定劑的復(fù)配試驗(yàn)

干酪融化乳化（添加水，焦磷酸鈉0.5%、檸檬酸鈉1.5%），進(jìn)行均質(zhì)，選取穩(wěn)定劑（黃原膠0.5%、卡拉膠1.0%）、（黃原膠0.5%、卡拉膠1.5%）、（黃原膠1.0%、卡拉膠1.0%）3 種復(fù)配穩(wěn)定劑，70 ℃溫度熔融和真空脫氣，20%乳清粉添加量，制備再制干酪，冷卻后進(jìn)行感官評定。

1.2.3.4 乳清粉的添加量單因素試驗(yàn)

干酪融化乳化（添加水，焦磷酸鈉0.5%、檸檬酸鈉1.5%），進(jìn)行均質(zhì)，添加穩(wěn)定劑（黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%），70 ℃溫度熔融和真空脫氣，選取10%、15%、20%、25%、30%5 個(gè)水平的乳清粉添加量，制備再制干酪，冷卻后進(jìn)行感官評定。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

響應(yīng)面分析（response surface analysis，RSA）[8-10]尋找上述4 個(gè)因素（自變量）的最優(yōu)試驗(yàn)水平，以綜合評分（Y）為響應(yīng)值。影響再制干酪感官綜合評分的重要因素是乳化溫度、乳化鹽、穩(wěn)定劑和乳清粉。因此把乳化溫度、乳化鹽、穩(wěn)定劑和乳清粉作為試驗(yàn)考察的主要因素。乳化鹽的3 個(gè)水平分別為：1 為檸檬酸鈉1.5%、多聚磷酸鈉1.5%；2 為檸檬酸鈉1.5%、焦磷酸鈉0.5%；3 為檸檬酸鈉1.5%、六偏磷酸鈉1%。穩(wěn)定劑的3 個(gè)水平分別為：1 為黃原膠0.5%、卡拉膠1.5%；2 為黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%；3 為黃原膠0.5%、卡拉膠1.0%。響應(yīng)面分析因素水平見表2。

表2 試驗(yàn)因素水平表Table 2 Table of experimental factors and levels

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有樣品均重復(fù)測定3 次。方差分析分析借助SPSS17.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件完成分析；中心復(fù)合設(shè)計(jì)由Design-Expert 7.0.0 輔助設(shè)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 乳化溫度對再制干酪品質(zhì)的影響

乳化溫度對干酪品質(zhì)的影響見表3。

表3 乳化溫度對干酪品質(zhì)的影響Table 3 Effects of emulsifying temperature on cheese quality

由表3可知，乳化溫度為70 ℃時(shí)，再制干酪的硬度適中、組織光滑無顆粒、口感風(fēng)味良好、切片性較好。溫度為60 ℃時(shí)凝乳融化不充分，乳化效果不明顯，結(jié)構(gòu)松散。溫度為80 ℃時(shí)，硬度過高，蛋白質(zhì)變性和脂肪氧化產(chǎn)生了不良?xì)馕?，使得產(chǎn)品的口感欠佳和風(fēng)味較差。因此，最好的乳化溫度為70 ℃。

2.1.2 乳化鹽種類及用量對再制干酪品質(zhì)的影響

乳化鹽的添加量從0.5%～3.0%，若添加量大于4.0%時(shí)，再制干酪就會有較濃的乳化鹽的苦澀味道，并且組織結(jié)構(gòu)粗糙。所以在乳化鹽的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，乳化鹽的添加量最大為3%。

單種乳化鹽對再制干酪品質(zhì)的影響見表4。

由表4的單因素試驗(yàn)結(jié)果表明：每種乳化鹽在隨著添加量的增加，各項(xiàng)目評分均發(fā)生了明顯的變化，尤其是當(dāng)乳化鹽的添加量達(dá)到最大值時(shí)，產(chǎn)品有很濃郁的藥味。檸檬酸鈉的添加量為1.5%時(shí)，乳化狀態(tài)良好，組織極為細(xì)膩柔軟，但硬度低；多聚磷酸鈉添加量為1.5%時(shí)組織致密，黏度大，切片性差，硬度大；磷酸氫二鈉緩沖和熔融作用較強(qiáng)，乳化作用較差，產(chǎn)品發(fā)硬；焦磷酸鈉的口感和風(fēng)味有較強(qiáng)的苦味。因此，根據(jù)乳化鹽對再制干酪的不同影響，選擇2 種或者2 種以上的乳化鹽混合使用。

表4 單種乳化鹽的乳化效果Table 4 Emulsifying effects of single emulsifying salt

選擇不同的乳化鹽進(jìn)行復(fù)配，結(jié)果見表5，其中A代表檸檬酸鈉、B 代表多聚磷酸鈉、C 代表六偏磷酸鈉、D 代表焦磷酸鈉、E 代表磷酸氫二鈉。

由表5可以看出，乳化鹽配比是檸檬酸鈉1.5%、焦磷酸鈉0.5%，得到的產(chǎn)品硬度適中，組織狀態(tài)均一，切片性良好。檸檬酸鈉1.5%、多聚磷酸鈉1.5%復(fù)配所得的產(chǎn)品也有良好的切片性和硬度，但內(nèi)部有小顆粒乳化不均勻。檸檬酸鈉1.5%、磷酸氫二鈉0.05%出現(xiàn)了明顯的固液分離，切片性不好，黏刀。因此，乳化效果最好的復(fù)配為：檸檬酸鈉1.5%、焦磷酸鈉0.5%。

表5 乳化鹽的復(fù)配Table 5 Combination of emulsifying salt

2.1.3 穩(wěn)定劑種類及用量對再制干酪品質(zhì)的影響

穩(wěn)定劑具有很強(qiáng)的持水能力，可以改善高水分產(chǎn)品的口感與組織狀態(tài)，提高加工過程中的乳化特性，并對制品風(fēng)味的釋放起著較大作用。本試驗(yàn)的種類及添加量：A 黃原膠，B 卡拉膠；進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)，感官評定結(jié)果見表6。

表6 穩(wěn)定劑的復(fù)配Table 6 Combination of stabilizing agent

由表6可知，再制干酪中添加黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%，產(chǎn)品的切片性良好，不黏刀，切面光滑平整、組織狀態(tài)均一、口感細(xì)膩。而黃原膠0.5%、卡拉膠1.5 %與黃原膠0.5%、卡拉膠1.0%的產(chǎn)品，口感略有粗糙感，干酪特有的香味不夠濃郁。因此，穩(wěn)定劑最好的復(fù)配為：黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%。

2.1.4 乳清粉的添加量對再制干酪品質(zhì)的影響

再制干酪的制作過程中添加乳清粉，其目的是控制再制干酪的水分含量、降低再制干酪的生產(chǎn)成本，試驗(yàn)選取10%、15%、20%、25%、30%5 個(gè)水平的乳清粉添加量，其產(chǎn)品感官評分見表7。

由表7可知，乳清粉添加量為20%時(shí)，再制干酪在品質(zhì)都達(dá)到較好的水平，因此，選擇添加20%的乳清粉。

表7 乳清粉添加量對干酪品質(zhì)的影響Table 7 Effects of whey powder content on cheese quality

2.2 響應(yīng)面分析優(yōu)化再制干酪工藝條件

2.2.1 中心組合設(shè)計(jì)及結(jié)果

影響再制干酪感官綜合評分的重要因素是乳化溫度、乳化鹽、穩(wěn)定劑和乳清粉。因此把乳化溫度、乳化鹽、穩(wěn)定劑和乳清粉作為試驗(yàn)考察的主要因素。根據(jù)Box-Behnken 的中心組合設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)了四因素三水平共27 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，在中心值重復(fù)3 次。中心組合設(shè)計(jì)因素水平及結(jié)果分別見表8。

表8 中心組合設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 8 Central composite design and results

對表8 的數(shù)據(jù)進(jìn)行響應(yīng)面回歸分析可得到二階擬合方程：

Y=22.733 33-0.916 667X1-1.958 333X2-1.225X3-0.633 333X4-6.125X12+0.375X1X2+0.025X1X3+0.1X1X4-2.487 5X22-0.4X2X3+0.1X2X4-2.337 5X32+0.2X3X4-1.55X42

2.2.2 模型方差分析

方差分析結(jié)果見表9。

由表9可知，二次回歸模型的F 值為23.793 01，P＜0.000 1，表明模型達(dá)到了極顯著水平；失擬項(xiàng)是模型中數(shù)據(jù)的變異，失擬項(xiàng)P=0.114 645＞0.05，說明失擬項(xiàng)差異不顯著，試驗(yàn)無失擬因素存在，能充分反映實(shí)際情況，回歸模型是適合的；試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臎Q定系數(shù)R2=0.924 324，說明感官評價(jià)的結(jié)果與模型預(yù)測結(jié)果有著良好的一致性，試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男Ｕ禂?shù)R2Adj=0.924 7，說明試驗(yàn)結(jié)果有92.47%受試驗(yàn)因素的影響；試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖儺愊禂?shù)（CV%）為5.380 9296，說明模型方程能夠較好地反應(yīng)真實(shí)值。因此，結(jié)果可靠，此模型可以對感官評價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測。

表9 回歸方程模型方差分析Table 9 Analysis of Variance for regression model

續(xù)表9 回歸方程模型方差分析Continue table 9 Analysis of Variance for regression model

由表9可見一次項(xiàng)中X1的偏回歸系數(shù)高度顯著，說明乳化溫度對再制干酪的感官綜合評分有高度顯著影響；X2、X3的偏回歸系數(shù)極顯著，說明乳化鹽和穩(wěn)定劑的添加對再制干酪的綜合感官評分有極顯著的影響；X4的偏回歸系數(shù)顯著，說明乳清粉的添加量對再制干酪的感官評分有顯著的影響。所有的二次項(xiàng)對Y都有極顯著影響，交叉項(xiàng)對Y有影響但不顯著；數(shù)據(jù)中沒有異常點(diǎn)，不需引入更高次的項(xiàng)，模型恰當(dāng)。4 個(gè)因素一次項(xiàng)偏回歸系數(shù)Pr＞F，X2＞X3＞X1＞X4，則得到4個(gè)因素對再制干酪感官評定影響度為：乳化鹽種類＞穩(wěn)定劑種類＞乳化溫度＞乳清粉添加量。

2.2.3 響應(yīng)面分析

再制干酪工藝條件中乳化溫度、乳化鹽、穩(wěn)定劑和乳清粉4 個(gè)因素間的交互作用對感官評價(jià)得分的影響如圖1～圖6。

通過Box-Behnken 試驗(yàn)得到的多元二次回歸模型所作的響應(yīng)面圖，響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值對各試驗(yàn)因素X1、X2、X3、X4所構(gòu)成的三維空間的曲面圖。在其他試驗(yàn)因素固定不變的情況下，考察交互項(xiàng)對感官評價(jià)得分的影響，響應(yīng)面分析圖可用于評價(jià)試驗(yàn)因素對感官評價(jià)得分影響的兩兩交互作用。響應(yīng)面坡度越陡峭，表明響應(yīng)值對于操作條件的改變越敏感，該因素對感官評價(jià)得分的影響越大；反之則表明因素對感官評價(jià)得分的影響越小。在交互項(xiàng)對感官評價(jià)得分的影響中，4 個(gè)因素之間交互作用不明顯，這與方差分析的結(jié)果一致。

圖1 乳化溫度和乳化鹽的響應(yīng)面立體圖和等高線Fig.1 Response surface and contour plots for the emulsifying temperature and melting salts

圖2 乳化溫度和穩(wěn)定劑的響應(yīng)面立體圖和等高線Fig.2 Response surface and contour plots for the emulsifying temperature and stabilizing agent

圖3 乳化溫度和乳清粉的響應(yīng)面立體圖和等高線Fig.3 Response surface and contour plots for the emulsifying temperature and whey powder

圖4 乳化鹽和穩(wěn)定劑的響應(yīng)面立體圖和等高線Fig.4 Response surface and contour plots for the emulsifying salts and stabilizing agent

響應(yīng)面規(guī)范分析獲得最優(yōu)的工藝條件，分別為乳化溫度69.554 75 ℃、乳化鹽1.614 19、穩(wěn)定劑2.003 685和乳清粉17.649 3%。綜合評分為23.373 09。為了驗(yàn)證響應(yīng)面法的可行性，采用得到的最優(yōu)工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，考慮到實(shí)際情況，乳化鹽和穩(wěn)定劑的添加不是單一種類的連續(xù)性變化。故選擇乳化溫度70 ℃、2 號穩(wěn)定劑、1 號乳化鹽與2 號乳化鹽、乳清粉17.7%。驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見表10。

圖5 乳化鹽和乳清粉的響應(yīng)面立體圖和等高線Fig.5 Response surface and contour plots for the emulsifying salts and whey powder

圖6 乳清粉和穩(wěn)定劑的響應(yīng)面立體圖和等高線Fig.6 Response surface and contour plots for the whey powder and stabilizing agent

表10 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 10 The results of proof test

驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果與回歸方程的所得的最佳水平值最為接近，說明回歸方程能夠比較真實(shí)地反映各因素對再制干酪感官評定的影響。因此，優(yōu)化后的再制干酪的工藝條件為檸檬酸鈉1.5%、焦磷酸鈉0.5%，黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%，乳化溫度70 ℃，乳清粉20%。感官綜合評分為23.4。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)主要研究了乳化溫度、乳化鹽、穩(wěn)定劑、乳清粉等對再制干酪工藝的影響。再制干酪優(yōu)化的工藝條件為檸檬酸鈉1.5%、焦磷酸鈉0.5%，黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%，乳化溫度70 ℃，乳清粉20%，感官綜合評分為23.4。優(yōu)化條件能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)需要，縮短工業(yè)生產(chǎn)時(shí)間，提高再制干酪的營養(yǎng)價(jià)值。