脂肪含量對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪質(zhì)構(gòu)、流變和微觀結(jié)構(gòu)的影響

石永祺，梁 琪，宋雪梅，張 炎

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅省功能乳品工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070）

牦牛（Bos grunniensL.）屬于一種特殊的牛亞科，主要生活在低溫、低氧的青藏高原地區(qū)[1]，牦牛乳是藏區(qū)牧民的主要收入來源[2]。與牛乳相比，牦牛乳的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5.5%～7.2%之間[3]，是牛乳的2 倍以上，被認(rèn)為是一種天然的濃縮乳。奶酪又叫干酪，是一種發(fā)酵乳產(chǎn)品，在西方國(guó)家是一種非常普遍的食品。在我國(guó)主要以民族傳統(tǒng)奶酪的形式存在，主要有蒙古族的酪蛋子、西藏的曲拉、哈薩克族的奶疙瘩、白族的乳餅以及乳扇[4-5]，其中絕大多數(shù)我國(guó)的傳統(tǒng)奶酪屬于硬質(zhì)干酪。牦牛乳硬質(zhì)干酪以我國(guó)青藏高原的特色乳資源為原料制作，其脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在40%～50%之間，質(zhì)地軟硬適中，水分含量低，發(fā)酵時(shí)間較長(zhǎng)，易于貯藏[6]。干酪中的脂肪不僅具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且對(duì)干酪的質(zhì)地、口感發(fā)揮作用，對(duì)其感官和功能特征有著重要影響[7]。有研究表明，脂肪含量對(duì)干酪的理化指標(biāo)、質(zhì)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)和流變學(xué)特性都有影響。Cernikova等[8]研究表明，隨著再制干酪中脂肪與干物質(zhì)比例的增加，脂肪球的尺寸增大，干酪質(zhì)構(gòu)中硬度降低。Khanal等[9]利用共聚焦激光掃描顯微鏡發(fā)現(xiàn)全脂和低脂荷斯坦乳切達(dá)干酪中脂肪粒徑和脂肪面積的區(qū)別。Ningtyas等[10]研究了脂肪含量對(duì)荷斯坦奶油干酪在剪切力變化下的流變學(xué)特性和微觀結(jié)構(gòu)等的影響。莫蓓紅等[11]對(duì)低脂、全脂和高脂夸克干酪的質(zhì)構(gòu)、流變、持水性和感官進(jìn)行測(cè)定分析，得出全脂夸克干酪最佳。綜上，脂肪含量對(duì)干酪的質(zhì)地組織及微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。由于牦牛乳本身的高脂肪含量及其乳源的特殊性，脂肪對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪的影響大于荷斯乳干酪，且脂肪含量對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪的影響至今鮮見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)不同脂肪含量牦牛乳硬質(zhì)干酪的理化指標(biāo)、質(zhì)構(gòu)和流變學(xué)特性進(jìn)行研究，旨在揭示脂肪含量對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪的影響并解釋其影響機(jī)制，為干酪產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮牦牛乳采自甘肅甘南藏族自治州；發(fā)酵劑（乳酸乳球菌乳脂亞種、乳酸乳球菌乳酸亞種）；凝乳酶（皺胃酶、牛胃蛋白酶）。

氯化鈉、氯化鈣、尼羅紅、固綠、無水乙醚、石油醚、沸石、鹽酸、無水碳酸鈉、甲基紅、溴甲酚綠均為分析純，尼羅紅為超級(jí)純。

1.2 儀器與設(shè)備

干酪槽（38 cm×38 cm×6.2 cm）由本實(shí)驗(yàn)室自制；牛奶分離器 青?？灯教柲茈妱?dòng)牛奶分離器廠；TA.XTPlus物性分析儀 英國(guó)Stevens公司；MCR301流變儀 奧地利Anton Paar公司；LSM 800激光掃描共聚焦顯微鏡 德國(guó)Zeiss公司。

1.3 方法

1.3.1 牦牛乳硬質(zhì)干酪加工工藝流程

原料乳→檢驗(yàn)→巴氏殺菌→冷卻→添加發(fā)酵劑→添加CaCl2（0.3 g/L）→添加凝乳酶→凝乳→切割、排乳清→加鹽、攪拌→二次加熱→排乳清→堆釀→壓榨成型→真空包裝→成熟

1.3.2 牦牛乳硬質(zhì)干酪理化指標(biāo)的測(cè)定

牦牛乳硬質(zhì)干酪出品率測(cè)定[12]：將牦牛乳硬質(zhì)干酪壓榨完后稱其質(zhì)量，根據(jù)干酪水分含量與質(zhì)量計(jì)算干酪出品率，如式（1）所示：

為更準(zhǔn)確地比較3 種脂肪含量牦牛乳硬質(zhì)干酪的出品率，將干酪的實(shí)測(cè)出品率校正到水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%時(shí)再進(jìn)行計(jì)算，如式（2）所示：

1.3.3 干酪脂肪含量的測(cè)定

參考GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測(cè)定》中的堿水解法進(jìn)行。

1.3.4 水分含量的測(cè)定

參考GB 5009.3—2016《食品中水分的測(cè)定》中的直接干燥法進(jìn)行。

1.3.5 干酪質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

采用Chavhan等[13]的方法作適當(dāng)修改，測(cè)定牦牛乳硬質(zhì)干酪硬度、彈性等指標(biāo)。取邊長(zhǎng)（1.00±0.06）cm的正方體樣品，測(cè)前樣品室溫下放置1 h，進(jìn)行3 次實(shí)驗(yàn)，取其平均值。參數(shù)設(shè)置：探頭型號(hào)P25，滿負(fù)荷壓力25 kg，測(cè)試前探頭下降速率5.0 mm/s，測(cè)試速率1.0 mm/s，測(cè)試后探頭回程速率5.0 mm/s，壓縮比50%，進(jìn)行2 次壓縮。

1.3.6 干酪微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定

采用激光共聚焦顯微鏡進(jìn)行牦牛乳硬質(zhì)干酪微觀結(jié)構(gòu)的觀測(cè)[14]。從干酪樣品切下5 mm×5 mm×2 mm薄片，將薄片置于帶凹槽的載玻片。吸取1.0 g/L的固綠溶液滴至樣品薄片，在暗盒中染色5 min后，吸取0.1 g/L的尼羅紅-乙醇溶液滴至樣品薄片，繼續(xù)在暗盒染色5 min。染色完成后用蒸餾水從樣品一角緩緩沖洗3 次以洗凈染料，清洗后覆蓋0.17 mm蓋玻片，倒置于63 倍油鏡下觀察。尼羅紅與固綠激發(fā)波長(zhǎng)分別為488 nm與633 nm。調(diào)整至視野清晰后采集圖片。

1.3.7 干酪流變的測(cè)定

參考Mizuno等[15]方法并進(jìn)行修改。干酪樣品取出后在室溫平衡30 min，從干酪中心采樣，樣品直徑40 mm，厚度1 mm。樣品置于流變儀托盤中心。流變儀程序設(shè)置：剪切應(yīng)變0.002、角頻率1 Hz、升溫速率5 ℃/min、溫度變化范圍25～80 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

每個(gè)處理重復(fù)3 次，采用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析和Pearson相關(guān)性分析，用Origin 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 牦牛乳硬質(zhì)干酪的理化指標(biāo)

以脫脂牦牛乳和全脂牦牛乳為原料，按0∶1、1∶1、2∶1的體積比，制得全脂、半脫脂、低脂3 種脂肪含量的牦牛乳，將其制成牦牛乳硬質(zhì)干酪，對(duì)其脂肪含量、水分含量和出品率進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表1所示。

表1 不同脂肪含量牦牛乳硬質(zhì)干酪的理化指標(biāo)Table 1 Physicochemical indicators of yak milk hard cheeses with different fat contents

由表1可知，全脂牦牛乳硬質(zhì)干酪的脂肪含量分別是半脫脂和低脂干酪的2.06 倍和2.94 倍，有極顯著差異（P＜0.01）。全脂牦牛乳干酪的出品率最高，全脂和半脫脂干酪的校正出品率分別比低脂干酪高44.04%和20.31%。決定干酪出品率的主要成分是牦牛乳中酪蛋白和脂肪的總和，低脂干酪中脂肪的移除不等于水分添加量[16]，低脂干酪的出品率較低。

2.3 牦牛乳硬質(zhì)干酪的質(zhì)構(gòu)特性

脂肪作為蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的填料，賦予干酪潤(rùn)滑性和柔軟性，而蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)給干酪提供有彈性的質(zhì)地[17]。干酪質(zhì)構(gòu)取決于蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和脂肪填充顆粒的性質(zhì)。由表2可得，低脂干酪硬度高于半脫脂和全脂干酪硬度，分別比全脂和半脫脂干酪高50.31 g和35.70 g。較高的脂肪含量使得干酪質(zhì)地更加柔軟，而半脫脂和低脂干酪脂肪含量較少，脂肪含量降低，蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變得更致密，導(dǎo)致干酪的硬度更大[18]。干酪彈性和咀嚼性隨脂肪含量降低而增加，呈負(fù)相關(guān)。3 種脂肪含量干酪硬度、彈性和咀嚼性均表現(xiàn)出極顯著差異。干酪黏聚性隨脂肪含量減少而降低，呈正相關(guān)。在牦牛乳硬質(zhì)干酪中，脂肪含量越多，脂肪滴破壞蛋白質(zhì)基質(zhì)，軟化全脂干酪質(zhì)地，降低了硬度和黏性。結(jié)果表明，對(duì)比其他兩種脂肪含量的干酪，全脂干酪的黏聚性最大。低脂干酪中蛋白質(zhì)含量高，酪蛋白分子間的交聯(lián)增加，形成更高的彈性和內(nèi)聚性[19]。

表2 不同脂肪含量牦牛乳硬質(zhì)干酪的質(zhì)構(gòu)Table 2 Texture properties of yak milk hard cheeses with different fat contents

表3 參數(shù)間的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between tested parameters

表3為理化指標(biāo)和質(zhì)構(gòu)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)，8 個(gè)指標(biāo)間均存在顯著正相關(guān)或負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中脂肪含量與水分含量、硬度、彈性和咀嚼性顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為－0.909、－0.851、－0.795和－0.768；脂肪含量與實(shí)測(cè)出品率、校正出品率和黏聚性極顯著正相關(guān)。說明脂肪含量對(duì)干酪的理化指標(biāo)和質(zhì)構(gòu)有著重要影響。

2.3 牦牛乳硬質(zhì)干酪的微觀結(jié)構(gòu)

共聚焦激光掃描顯微鏡是研究食品微觀結(jié)構(gòu)的良好技術(shù)[20]。該技術(shù)源自生物和醫(yī)學(xué)，現(xiàn)已經(jīng)成功應(yīng)用于食品[21]。如圖1所示，激光共聚焦顯微鏡圖像清楚地表明干酪結(jié)構(gòu)隨脂肪含量的變化。干酪基質(zhì)表現(xiàn)為蛋白質(zhì)-水基質(zhì)的聚集體[22]，圖中不均勻分布的脂肪球像填充物一樣，填充在蛋白質(zhì)基質(zhì)中。蛋白質(zhì)基質(zhì)（紅色）中散布有各種尺寸和形狀的脂肪球（綠色）。41.85%脂肪含量的牦牛乳硬質(zhì)干酪微觀結(jié)構(gòu)與20.31%和14.25%脂肪含量的牦牛乳硬質(zhì)干酪微觀結(jié)構(gòu)明顯不同。全脂干酪中脂肪球數(shù)量大于半脫脂和低脂干酪中脂肪球數(shù)量，脂肪含量減少導(dǎo)致脂肪球數(shù)量較少，Kumar[23]也觀察到相似的結(jié)果。圖2為經(jīng)軟件統(tǒng)計(jì)圖1中脂肪球的面積，3 種硬質(zhì)干酪中，全脂干酪脂肪球面積較大，脂肪球密集。全脂、半脫脂和低脂干酪中脂肪顆粒面積分別為1 800.20、1 317.59、792.02 μm2，且脂肪面積分別占總面積的10.0%、7.3%和4.4%。低脂和半脫脂干酪（圖1B、C）中脂肪以較為分散的形式出現(xiàn)，結(jié)塊現(xiàn)象較少，而全脂干酪（圖1A），脂肪球結(jié)塊較多。低脂干酪具有更少的開放空間被乳脂肪球占據(jù)，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)更致密。

全脂干酪中脂肪顆粒分布的較密集，低脂干酪中脂肪顆粒分布較分散。牦牛乳硬質(zhì)干酪會(huì)隨著成熟時(shí)間的增加，脂肪顆粒有聚集趨勢(shì)。全脂干酪的脂肪顆粒之間間距小，成熟過程中脂肪顆粒更易聚集到一起，形成條狀的脂肪“干酪槽”。Ningtyas等[10]研究發(fā)現(xiàn)低脂干酪中，脂肪呈分散狀態(tài)，幾乎沒有結(jié)塊現(xiàn)象，而高脂奶油芝士干酪的乳脂球總是聚集在一起。這是由于脂肪顆粒分布的變化，引起質(zhì)構(gòu)特性的差異。

圖1 不同脂肪含量牦牛乳硬質(zhì)干酪的微觀結(jié)構(gòu)Fig.1 Microstructures of yak milk cheeses with different fat contents

圖2 脂肪顆粒覆蓋的面積Fig.2 Areas covered with fat particles

2.4 牦牛乳硬質(zhì)干酪的流變學(xué)特性

流變學(xué)決定了半固態(tài)干酪制品的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，如黏彈性、屈服應(yīng)力和流動(dòng)行為。干酪本質(zhì)上也屬于黏彈性材料，具有黏彈性材料特性，即干酪同時(shí)具有黏性材料和彈性材料的雙重特性[24]。研究者根據(jù)流變學(xué)測(cè)量結(jié)果表征干酪功能特性并改變其結(jié)構(gòu)[25]。動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)包括頻率掃描、應(yīng)變掃描、溫度掃描和時(shí)間掃描這幾種基本掃描模式。干酪的流變性對(duì)評(píng)價(jià)干酪品質(zhì)有重要意義，溫度掃描可了解材料熔化特性，反映加熱過程中溫度變化對(duì)干酪脂肪和蛋白結(jié)構(gòu)的影響，衡量干酪顆粒在加熱時(shí)流動(dòng)或擴(kuò)散的能力[17]。對(duì)于不同脂肪含量的牦牛乳硬質(zhì)干酪，測(cè)定其在溫度條件下的形變，對(duì)比溫度對(duì)不同脂肪含量干酪熔化性和流動(dòng)性的影響在生產(chǎn)和應(yīng)用中都更有意義。

圖3 不同脂肪含量牦牛乳硬質(zhì)干酪的G’的影響Fig.3 Effect of fat content on elastic modulus of yak milk hard cheeses

在高溫狀態(tài)下，脂肪受熱融化，隨溫度升高流動(dòng)性越大。在干酪質(zhì)地中，影響其相變溫度的重要因素包括酪蛋白膠束之間作用力及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與脂肪球之間的作用力[26]。干酪在融化過程中彈性模量（G’）的變化如圖3所示，3 種脂肪含量干酪G’與溫度呈負(fù)相關(guān)，隨溫度升高G’下降。在初始溫度25 ℃條件下，全脂、半脫脂和低脂干酪G’分別為19 930、29 250、34 360 Pa。升溫過程中，干酪逐漸開始呈現(xiàn)坍塌狀態(tài)，3 種脂肪含量干酪均從類固相轉(zhuǎn)化為類液相，到結(jié)束溫度80 ℃時(shí)，3 種脂肪含量干酪G’差異逐漸縮小。開始升溫時(shí)全脂、半脫脂和低脂干酪G’是結(jié)束時(shí)的12.69、10.17 倍和8.93 倍，全脂干酪G’隨溫度的升高下降速率更快。對(duì)G’的3 條曲線進(jìn)行擬合后，全脂擬合曲線為：y=－0.070 8x3＋17.503x2－1 538.7x＋48 686，R2=0.999 0；半脫脂擬合曲線為：y=－0.322 1x3＋61.248x2－4 011.6x＋96 200，R2=0.998 2；低脂擬合曲線為：y=－0.41x3＋76.834x2－4 950.2x＋117 311，R2=0.997 1。在升溫過程中，3 種樣品G’下降，是由于熔化過程中酪蛋白膠束收縮和酪蛋白間的相互作用減弱[27]。低脂和半脫脂干酪G’均高于全脂干酪，較低的脂肪含量增加了G’，脂肪含量對(duì)干酪結(jié)構(gòu)影響非常顯著。可能由于干酪脂肪含量越少，酪蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中無脂肪填充，結(jié)構(gòu)更加緊密。此結(jié)果與質(zhì)構(gòu)（表2）的結(jié)果對(duì)應(yīng)。

圖4 脂肪含量對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪tanδ值的影響Fig.4 Effect of fat content on tanδ value of yak milk hard cheeses

tanδ值是黏性模量（G”）和G’比值，測(cè)定干酪黏彈特性（tanδ）可反映干酪熔化性[28]。tanδ值越大，表明黏彈性材料流動(dòng)性越大，越趨近液體特性[29]。3 種脂肪含量干酪在20～85 ℃升溫過程中tanδ值的變化如圖4所示。3 種脂肪含量干酪樣品tanδ值隨溫度升高而變化，其數(shù)值先增加，當(dāng)全脂、半脫脂和低脂干酪的溫度分別達(dá)70.98、76.49 ℃和76.49 ℃時(shí)，tanδ值達(dá)最大，分別為0.910 7、0.788 7和0.734 5，隨后數(shù)值隨溫度持續(xù)上升而逐漸減小。對(duì)tanδ值的3 條G”曲線進(jìn)行擬合后，全脂干酪擬合曲線為：y=－1×10－5x3＋0.002 3x2－0.104 1x＋1.788 5，R2=0.986 3；半脫脂干酪擬合曲線為：y=－6×10－6x3＋0.001 1x2－0.048 5x＋0.994 9，R2=0.982 3；低脂干酪擬合曲線為：y=－1×10－6x3＋0.000 4x2－0.018 5x＋0.574 1，R2=0.982 5。3 種樣品的tanδ值均小于1，說明干酪樣品的G”始終小于G’，即干酪樣品的流變學(xué)特征中彈性占主導(dǎo)地位。全脂干酪tanδ值大于半脫脂和低脂干酪，由于酪蛋白之間相互作用決定干酪熔化性，被蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)束縛的脂肪容易流動(dòng)[30]。所以，脂肪含量較高的全脂干酪中，填充在其蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的脂肪減弱了酪蛋白膠束之間的相互作用力，使得全脂干酪流動(dòng)性更好。干酪的G’和tanδ值與其脂肪含量相關(guān)[31]，這兩個(gè)值越小，說明干酪越富有彈性。綜合可得出，脂肪含量對(duì)干酪的熔化性和流動(dòng)性有很明顯的影響，含量越少?gòu)椥栽酱蟆?/p>

3 結(jié) 論

本研究將干酪的3 種脂肪含量與質(zhì)構(gòu)各參數(shù)間進(jìn)行了相關(guān)性分析，使用共聚焦激光掃描顯微鏡對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。結(jié)果表明：脂肪含量影響牦牛乳硬質(zhì)干酪的出品率，全脂干酪＞半脫脂干酪＞低脂干酪。脂肪含量對(duì)水分含量、硬度、彈性和咀嚼性顯著負(fù)相關(guān)，對(duì)黏聚性顯著正相關(guān)。分析微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，干酪中脂肪含量越少，脂肪顆粒覆蓋面積越小。對(duì)干酪進(jìn)行流變學(xué)溫度掃描，表明3 種脂肪含量干酪G’與溫度呈負(fù)相關(guān)，隨溫度升高G’下降。脂肪含量越高，其tanδ值越大，干酪流動(dòng)性越好。綜上，脂肪含量對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪的理化指標(biāo)、質(zhì)構(gòu)特性、流變特性和微觀結(jié)構(gòu)均有影響，本研究對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪的機(jī)制研究以及干酪產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供重要依據(jù)。