聚合乳清蛋白對低脂切達干酪理化性質的影響

遲 濤，王 歡，姜 楠，劉力鈺，王一凡，張鐵華，劉 鵬,*

（1.東北農業(yè)大學 國家乳業(yè)工程技術研究中心，黑龍江省綠色食品科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150028；2.吉林大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130062）

切達干酪是世界上銷量最高的一種干酪，因其獨特的風味特征而廣受消費者喜愛，但其高達30%的脂肪含量在倡導低脂健康的趨勢下成為推廣切達干酪的一大阻礙，因此低脂切達干酪的研發(fā)成為必然趨勢。但脂肪含量的減少又會影響干酪的質地和風味，如質地干硬、難以咀嚼、風味不佳，失去切達干酪的特色，目前，常以添加脂肪替代物的方式改善這些缺陷。Rahimi等[1]使用黃蓍膠作為脂肪替代物制作低脂干酪，成熟初期可非常接近全脂干酪，但最終成品硬度過低，與全脂干酪差距過大；Volikakis等[2]使用燕麥β-葡聚糖作為脂肪替代物制作低脂干酪，但制成的干酪外觀不佳；呂新等[3]使用殼聚糖作為脂肪替代物制作低脂干酪，殼聚糖替代脂肪對干酪質地及流變性無顯著影響；王芳[4]使用卡拉膠作為脂肪替代物制作低脂干酪，卡拉膠能夠影響酪蛋白網狀結構，從而軟化干酪。

本研究以聚合乳清蛋白（polymerized whey protein，PWP）作為脂肪替代物，瑞士乳桿菌為附屬發(fā)酵劑制作低脂切達干酪，通過對其理化指標（出品率、水分含量、蛋白質含量、脂肪含量、pH值）、微生物指標（乳酸菌總數）、蛋白質水解程度（pH 4.6-可溶性氮（soluble nitrogen，SN）（pH 4.6-SN）含量和12 g/100 mL三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）-SN含量）、游離氨基酸含量、揮發(fā)性風味成分及感官指標進行測定和評價，以期開發(fā)出一種特性優(yōu)良、風味理想、營養(yǎng)價值更高的低脂切達干酪。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

生牛乳 長春市綠園區(qū)周邊農場。

凝乳酶（FROMASE 750 XLG）、直投式發(fā)酵劑R-704 丹麥科漢森股份有限公司；瑞士乳桿菌（LH）RE-88 安徽錦喬生物科技有限公司；氯化鈣、氯化鈉（均為食品級） 山東?；煞萦邢薰?；MRS瓊脂培養(yǎng)基、二甲基亞砜（生物試劑） 美國Sigma-Aldrich試劑公司；石油醚、無水碳酸鈉、無水乙醇、鹽酸、硼酸、硫酸、氫氧化鈉、乙酸、醋酸鈉、TCA、檸檬酸鈉、苯酚（均為分析純） 北京化學試劑公司；甲基紅、溴甲酚綠（指示劑）、乙酸鋰、茚三酮（分析純）國藥集團化學試劑有限公司；氨基酸混合標準液 日本日立公司。

1.2 儀器與設備

DZ-500/2真空包裝機 諸城市潤發(fā)食品機械有限公司；DSY干酪槽、壓榨機 黑龍江大三源乳品機械有限公司；MJ-33水分測定儀 瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司；SOX406粗脂肪測定儀、K1100消化爐、K1100凱氏定氮儀 濟南海能儀器股份有限公司；Avanti J-E高速離心機 美國Beckman儀器有限公司；L-8900全自動氨基酸分析儀 日本Hitachi公司；5975-6890N氣相色譜-質譜聯(lián)用儀 美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 切達干酪分組

對照組：全脂切達干酪（FFC）、半脫脂切達干酪（SSC）（以體積比1∶1的全脂乳與脫脂乳制成）。實驗組：1）SSC+附屬發(fā)酵劑瑞士乳桿菌（SSC+A）；2）SSC+PWPC（以PWP替代FFC中50%的脂肪含量）；3）SSC+PWPC+A。

1.3.2 切達干酪制備

使用紗布對料液進行過濾處理并分組，進行巴氏殺菌（65 ℃，30 min），先冷卻至32 ℃左右，后投入0.005 5%（以料液質量計，下同）的直投式干酪發(fā)酵劑R-704及0.002 5%附屬發(fā)酵劑（1.3.1節(jié)料液制備時已加入PWP），攪勻后發(fā)酵；待pH值降至6.5左右，加入0.02% 10 g/100 mL氯化鈣溶液（無菌水配制）及0.003%2 g/100 mL凝乳酶溶液（無菌食鹽水配制），混勻后靜置40 min左右；將凝乳切成12 mm左右的小塊，緩慢攪拌10 min后升溫攪拌至38～40 ℃（每3 min升高1 ℃），靜置15 min，排出乳清；切成10 cm×15 cm左右的小塊，堆積在一起，每隔10～15 min重復堆積1 次，直至pH值達5.4～5.5；然后將凝乳切成2 cm×5 cm的條狀并稱質量，添加凝乳質量2%的食鹽并攪至均勻，在模具中以0.5 MPa壓力壓制14～16 h，壓制完成后稱質量并使用真空包裝機包裝，于10 ℃成熟6 個月。

1.3.3 干酪水分含量測定

空樣品盤去皮，將干酪切塊置于樣品盤上，采用水分測定儀測定。

1.3.4 干酪脂肪含量測定

參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》[5]。

1.3.5 干酪蛋白質含量測定

參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》[6]。

1.3.6 干酪出品率測定

干酪出品率按下式計算。

1.3.7 干酪pH值測定

參照GB 5009.239—2016《食品安全國家標準 食品酸度的測定》[7]。

1.3.8 干酪pH 4.6-SN含量測定

稱取1.5 g干酪，磨碎后加入100 mL pH 4.6的醋酸鹽緩沖溶液，勻漿處理1 min，使用高速離心機4 ℃、4 000 r/min離心20 min，取上清液，使用凱氏定氮法測定pH 4.6-SN含量，以占每克樣品中總氮含量的百分比表示[8]。

1.3.9 干酪TCA-SN含量測定

稱取1.5 g干酪，磨碎后加入50 mL 12 g/100 mL TCA溶液，勻漿處理1 min，使用高速離心機4 ℃、4 000 r/min離心20 min，取上清液，使用凱氏定氮法測定TCA-SN含量，以占每克樣品中總氮含量的百分比表示[9]。

1.3.10 干酪中游離氨基酸含量測定

參照GB 5009.124—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》[10]。

1.3.11 干酪揮發(fā)性風味物質測定

采用固相微萃取[11]、色譜法[12]、質譜法[13]進行揮發(fā)性風味物質測定。各物質含量以響應值表示。

1.3.12 干酪乳酸菌總數測定

參照GB 4789.35—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 乳酸菌檢驗》[14]。

1.3.13 干酪感官評價

邀請20 名感官評價人員按照表1的評價標準[15]對5 種切達干酪樣品進行感官評價。

表1 切達干酪感官評價標準[15]Table 1 Criteria for sensory evaluation of cheese[15]

1.4 數據處理

采用Excel及SPSS 17.0軟件對實驗結果進行處理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 切達干酪的化學組成

2.1.1 水分含量

圖1 切達干酪成熟期間水分含量變化Fig. 1 Change in moisture content of Cheddar cheese during ripening

由圖1可知，5 組切達干酪6 個月成熟期間的水分含量整體呈下降趨勢，由于PWP的持水性，使得SSC+PWPC與SSC+PWPC+A組切達干酪的水分含量與其他3 組相比較高。

2.1.2 蛋白質含量

圖2 切達干酪成熟期間蛋白質含量變化Fig. 2 Change in protein content of Cheddar cheese during ripening

由圖2可知：5 組切達干酪6 個月成熟期間蛋白質含量整體呈下降趨勢，但下降幅度較小，添加附屬發(fā)酵劑會由于菌株分解蛋白質導致干酪中蛋白質含量下降；SSC組切達干酪的脂肪含量只有FFC組的一半，使得酪蛋白結合更加緊密，不易被蛋白酶分解；PWP的添加不會導致蛋白質含量有太大變化。

圖3 切達干酪成熟期間脂肪含量變化Fig. 3 Change in fat content of Cheddar cheese during ripening

2.1.3 脂肪含量由圖3可知，5 組切達干酪6 個月成熟期間脂肪含量整體呈下降趨勢，但下降幅度不大，除FFC組以外，其他4 組脂肪含量差異不大。

2.2 切達干酪出品率

圖4 切達干酪的出品率Fig. 4 Yield of Cheddar cheeses

由圖4可知，F(xiàn)FC、SSC+PWPC和SSC+PWC+A組切達干酪的出品率沒有顯著差異，SSC+A組的出品率最小，為（7.85±0.51）%，顯著低于其他各組（P＜0.05），SSC+PWC+A組為（10.58±0.51）%，SSC組出品率最高，為（11.88±0.41）%，顯著高于其他各組（P＜0.05）。

2.3 切達干酪pH值

圖5 切達干酪成熟期間的pH值Fig. 5 Change in pH value of Cheddar cheese during ripening

由圖5可知，5 組切達干酪6 個月成熟期間pH值整體呈先下降后上升的趨勢。在成熟初期，發(fā)酵劑發(fā)酵干酪中的乳糖產生乳酸，導致干酪pH值下降，使凝乳酶活性提高并有利于鈣的溶解，以便于凝塊的形成；成熟中后期乳酸菌受自身代謝產物影響，產酸速率下降[16]，而游離氨基酸脫氨基和脫羧，生成氨和胺，又使pH值升高[17]；PWP中堿性物質較多，使得SSC+PWPC與SSC+PWPC+A組切達干酪的pH值相對較高。

2.4 切達干酪蛋白質水解程度

由于凝乳劑、發(fā)酵劑、附屬發(fā)酵劑和乳本身所含的酶，干酪成熟期間發(fā)生蛋白質水解，使干酪質地變軟，更富風味，而干酪中水解的蛋白質大部分為酪蛋白，酪蛋白水解主要產生pH 4.6-SN和TCA-SN 2 種可溶性氮，對干酪風味形成和質地改變起著關鍵性作用。

2.4.1 pH 4.6-SN含量

圖6 切達干酪成熟期間pH 4.6-SN含量Fig. 6 Change in pH 4.6-SN content of Cheddar cheese during ripening

干酪成熟過程中pH 4.6-SN的形成反映了蛋白水解速率和程度，一般被認為是蛋白“水解廣度”的一種指標，是干酪成熟程度的一種標志[18]。由圖6可知，5 組切達干酪6 個月成熟期間pH 4.6-SN含量整體呈上升趨勢。脂肪的減少對乳酸菌的生長起促進作用，PWP的添加對乳酸菌的生長起抑制作用，而乳酸菌數量對pH 4.6-SN含量起決定性作用；附屬發(fā)酵劑有助于酪蛋白水解生成pH 4.6-SN。

2.4.2 TCA-SN含量

圖7 切達干酪成熟期間TCA-SN含量Fig. 7 Change in TCA-SN content of Cheddar cheese during ripening

TCA-SN組分傳統(tǒng)上被認為是干酪“成熟深度”的指標[19]。由圖7可知，5 組切達干酪6 個月成熟期間TCA-SN含量整體呈上升趨勢。5 組切達干酪TCA-SN含量的變化并不同步，SSC+A組初期變化迅速后期變化緩慢，SSC+PWPC+A組初期變化緩慢后期變化迅速，雖然6 個月內不同種類干酪TCA-SN含量均隨成熟時間增加而增加，但是速率存在差異。

2.5 切達干酪的游離氨基酸含量

干酪中的風味物質主要來源于氨基酸代謝，代謝中間產物和最終產物由于具有風味和較低風味閾值，將最終形成干酪的特征風味。

表2 切達干酪成熟期間游離氨基酸含量Table 2 Free amino acid composition of Cheddar cheese ripened for 6 months mg/g

由表2可知：5 組切達干酪中游離氨基酸含量由高到低依次為SSC+A組＞SSC+PWPC+A組＞FFC組＞SSC組＞SSC+PWPC組；含量最多的5 種游離氨基酸依次為亮氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、絲氨酸和纈氨酸。添加附屬發(fā)酵劑有助于蛋白質水解生成游離氨基酸；脂肪的減少與PWP的添加都不利于蛋白質水解成氨基酸；亮氨酸在細菌作用下可分解為3-甲基丁醇，使干酪產生麥芽臭味，也可在芳香族氨基轉化酶作用下轉化為芳香族化合物，賦予切達干酪濃郁風味；苯丙氨酸可與糖類發(fā)生氨基-羧基反應，改善干酪香味；組氨酸通過組氨酸-組胺轉運生成組胺，可能會引起食物中毒；絲氨酸被乳桿菌分解產生乙酸，被乳球菌分解產生丙酸、異丁酸和己酸，這些氨基酸均參與干酪風味的形成；纈氨酸經過代謝可轉變成2-甲基丙醛，產生麥芽香[20]。

2.6 切達干酪中揮發(fā)性風味物質組成

表3 切達干酪中揮發(fā)性風味物質種類及數量Table 3 Types and quantities of volatile compounds in Cheddar cheeses

由表3可知，切達干酪中的風味物質主要包括烷烴類、酸類、酮類、醛類、酯類及醇類六大類，且酸類物質種類最多，醇類物質種類最少，SSC組切達干酪中揮發(fā)性風味物質種類最多。

由表4可知，SSC+PWPC組切達干酪中2-壬酮含量最高，能賦予干酪水果香味[21]。此外，SSC+A組切達干酪中也含有較高含量的醛、酮類等揮發(fā)性風味物質，這意味著添加瑞士乳桿菌可改善低脂切達干酪風味，提高其可接受性。

酯類化合物可間接影響切達干酪的風味，切達干酪中的醇類化合物與脂肪酸發(fā)生酯化反應，使切達干酪富有風味[22-23]。5 種切達干酪的醇類物質種類均較少?？赡苁怯捎诟綄侔l(fā)酵劑代謝，使得SSC+A組切達干酪檢測到丙醇；蛋白酶分解PWP，使得SSC+PWPC組檢測到3-甲基-1-丁醇、2-己基-1-辛醇和苯乙醇，可見添加PWP和附屬發(fā)酵劑使低脂切達干酪更具風味。

對切達干酪風味影響最大的是丁酸[24]，切達干酪中強烈的奶油氣味及脂肪腐敗氣味就來源于此類短鏈脂肪酸[25-26]，SSC+A、SSC+PWPC和SSC+PWPC+A組切達干酪中丁酸、己酸、辛酸、壬酸等含量較低。由此可見，添加附屬發(fā)酵劑可有效降低這些造成干酪劣質氣味的脂肪酸含量，提高干酪可接受性。

2.7 切達干酪的乳酸菌總數

圖8 切達干酪成熟期間的乳酸菌總數Fig. 8 Change in lactic acid bacterial count of Cheddar cheese during ripening

由圖8可知，5 組切達干酪6 個月成熟期間乳酸菌總數整體呈下降趨勢，這是由于脂肪與PWP均不利于乳酸菌生長繁殖，而SSC+A和SSC+PWPC+A組切達干酪中由于加入了附屬發(fā)酵劑，因此乳酸菌總數較高，但與SSC組差別不大。

表4 切達干酪成熟期間產生的揮發(fā)性風味物質及含量Table 4 Composition of volatile compounds of Cheddar cheeses after ripening for 6 months AU

續(xù)表4 AU

2.8 切達干酪的感官評價結果

圖9 切達干酪感官評價結果主成分分析圖Fig. 9 Principal component analysis of sensory evaluation of Cheddar cheeses

通過主成分分析法將5 組干酪樣品與感官屬性的對應關系繪制成主成分分析圖。由圖9可知，第1主成分的累積貢獻率為37.16%，第2主成分的累積貢獻率為25.69%。FFC組突出的感官屬性包括顏色均勻性、咸味、酸味；SSC組突出的感官屬性包括硬度和彈性；SSC+A和SSC+PWPC+A組具有相似的感官屬性，如氣味強度、黏性、濕潤度、甜味、滑膩感；SSC+PWPC組突出的感官屬性包括苦味、堅果味和乳香味等。

3 結 論

將PWP作為脂肪替代物，與附屬發(fā)酵劑結合使用制作低脂切達干酪，以全脂切達干酪和半脫脂切達干酪作為對照。結果表明：添加PWP和附屬發(fā)酵劑對切達干酪出品率無顯著影響，PWP能提高低脂切達干酪的水分含量，附屬發(fā)酵劑能提高低脂切達干酪的蛋白質水解程度，二者均對低脂切達干酪的質構特征有改善作用；將PWP作為脂肪替代物，結合附屬發(fā)酵劑制作的低脂切達干酪與全脂切達干酪的各項指標最為接近，PWP的加入明顯改善了切達干酪風味，提高了低脂切達干酪的可接受性。PWP作為脂肪替代物結合附屬發(fā)酵劑制作的低脂切達干酪具有替代全脂切達干酪的潛力。