乳扇拉伸成型最佳工藝參數(shù)的研究

廖紫玉，王鈺潭，魏光強，毛興菊，黃艾祥

（云南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，昆明650201）

0 引言

乳扇是云南大理、洱源地區(qū)白族人民的一種歷史悠久、民族特色濃郁的傳統(tǒng)乳制品，早在明朝楊升庵所編著的《南詔野史》中就有記載[1]，屬于工藝獨特的酸凝拉伸型干酪。傳統(tǒng)乳扇工藝是將酸木瓜熬制的酸漿或經(jīng)發(fā)酵后的酸乳清加熱后，倒入牛奶使酪蛋白酸凝拉伸而成[2]。乳扇營養(yǎng)價值高，蛋白質(zhì)含量高達30%以上[3]。近年來云南本地市場對乳扇的需求量日益增大，據(jù)不完全統(tǒng)計，大理州每天乳扇加工所消耗的生鮮乳就達120 t，旺季可達200 t以上[4]。乳扇拉伸成型是加工的關(guān)鍵、難點環(huán)節(jié)，目前乳扇生產(chǎn)加工工藝關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)尚未明確規(guī)定，因而至今未能研發(fā)出成型機，乳扇仍基本為傳統(tǒng)手工作坊式生產(chǎn)[5]，制作時完全憑借制個人經(jīng)驗，致使生鮮乳品質(zhì)及生產(chǎn)環(huán)節(jié)的標準無法真正落實，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制[6]。因此乳扇生產(chǎn)效率較低、產(chǎn)量有限，乳扇品質(zhì)參差不齊，多局限于地方農(nóng)貿(mào)市場銷售[7]。為提高乳扇的產(chǎn)量與品質(zhì)，國內(nèi)一些專家對乳扇的加工工藝[8-9]、凝團特性[10-11]、營養(yǎng)成分[3]、酸乳清[12]等方面進行了研究，但對乳扇拉伸成型這一關(guān)鍵工藝參數(shù)的研究相對較少。南慶賢[5]認為，在乳扇的生產(chǎn)過程中，熱燙拉伸時凝塊的pH值與溫度等條件對產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)、產(chǎn)量及風味有著重要的影響。黃艾祥[9]等人研究了不同凝乳條件對傳統(tǒng)乳扇品質(zhì)的影響，得出風味的變化主要受凝乳方式的影響，而色澤、質(zhì)構(gòu)的變化則受凝乳方式和凝乳pH值的控制。所以，乳扇拉伸成型過程中，pH值和溫度對拉伸至關(guān)重要，尤其是酸凝pH值決定了乳扇成型的成功與否，熱燙溫度的高低及熱燙時間的長短都會影響凝團的拉伸性及乳扇質(zhì)量[13]。本研究篩選乳扇拉伸成型的最佳酸凝pH值和溫度，為乳扇的標準化生產(chǎn)及酸凝拉伸型機的研發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 實驗材料

荷斯坦牛奶由云南德摩菲爾有限公司提供，其主要成分含量為蛋白質(zhì)3.1%、脂肪3.4%、總固體含量11.84、乳糖4.88、酸度13.38oT。

酸乳清以自主篩選的發(fā)酵乳桿菌與德氏乳桿菌保加利亞亞種發(fā)酵乳清而成，酸乳清pH值為3.17。

1.1.2 主要試劑

無水硫酸銅、硫酸鉀（均為分析純），天津市瑞金特化學品有限公司；濃硫酸（分析純），重慶川東化工有限公司；氫氧化鈉、無水乙醇（均為分析純），天津市風船化學試劑科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱，上海中友儀器設(shè)備有限公司；HYP-308消化爐，上海纖檢儀器有限公司；EL20 pH計，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；SE206索氏提取機，濟南阿爾瓦儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳扇工藝設(shè)計

酸乳清→加熱至80℃→添加牛奶→加熱調(diào)酸凝乳（篩選酸凝pH值）→熱燙拉伸（篩選溫度、時間）→上架成型→晾曬風干→成品

在調(diào)整pH值步驟中通過添加酸乳清分別調(diào)整酸凝pH至4.4、4.6、4.8、5.0、5.2，然后進行加熱凝乳，制得乳扇。

1.3.2 單因素實驗

以乳扇的校正出品率及感官評分為指標，考察酸凝pH值、熱燙拉伸溫度、熱燙時間3個因素對乳扇脂肪、蛋白質(zhì)、水分、校正出品率及感官評分的影響，確定乳扇制作工藝的最佳因素水平。

（1）校正出品率[14]

式中：C1為實際出品率（%）；m1為乳扇質(zhì)量（g）;m2為原料奶質(zhì)量（g）。

將乳扇的校正含水量設(shè)置為20%時計算其校正出品率：

式中：C為乳扇校正出品率（%）；C1為實際出品率（%）；W1乳扇實際含水量（%）；W2為乳扇的校正含水量（%）。

（2）感官評定[11]

本實驗由10位評價人員組成的小組進行感官評定，在通風良好，寬敞明亮，無異味的實驗室內(nèi)進行。評定過程中將制作好的乳扇放入小杯中，供每位評定員進行評定。主要的評定指標是乳扇成品的色澤、滋味、質(zhì)地和口感，其評分標準詳見表1。

表1 感官評定標準

1.3.2.1 酸凝乳pH值對乳扇品質(zhì)的影響

設(shè)置酸凝乳pH值為4.4、4.6、4.8、5.0、5.2，固定熱燙拉伸溫度70℃和熱燙拉伸時間120 s，研究不同酸凝乳pH值對乳扇品質(zhì)的影響。

1.3.2.2 熱燙拉伸溫度對乳扇品質(zhì)的影響

設(shè)置熱燙拉伸溫度分別為60、65、70、75、80℃，固定酸凝pH值4.8和熱燙拉伸時間120 s，研究不同熱燙拉伸溫度對乳扇品質(zhì)的影響。

1.3.2.3 熱燙拉伸時間對乳扇品質(zhì)的影響

設(shè)置熱燙拉伸時間分別為60、90、120、150、180 s，固定酸凝pH值4.8和熱燙拉伸溫度70℃，研究不同熱燙拉伸時間對乳扇品質(zhì)的影響。

1.3.3 響應面試驗設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，使用Design Expert 8.0.6軟件中的Box-Behnken中心組合試驗進行3因素3水平的響應面試驗設(shè)計。分別選取乳扇酸凝pH值、熱燙拉伸溫度以及熱燙時間3個因素，優(yōu)化乳扇制作過程的工藝參數(shù)，并加以驗證。響應面分析水平及因素見表2。

表2 響應面試驗因素與水平設(shè)計表

1.3.4 理化成分檢測

對乳扇成品進行基本理化成分試驗；水分、蛋白質(zhì)及脂肪含量的測定：分別參見GB 5009.3-2016、GB 5009.5-2016、GB5009.6-2016。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

本次試驗所有數(shù)據(jù)均重復3次，結(jié)果表示均以實驗數(shù)據(jù)的平均值±標準偏差的形式呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理軟件主要采用Microsoft Excel 2007、Box-Behnken 8.0.6、SPSS 23.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 酸凝pH值對乳扇品質(zhì)的影響

不同的酸凝pH值對乳扇的各理化組分影響較大，由表3可知，乳扇出品率和感官評分都隨著酸凝乳pH值的升高呈先上升后下降的變化趨勢，在pH值達到4.8時乳扇出品率達到最高值為8.36%±0.18%。在制作過程中乳扇凝團表面光滑，有較好的彈性，易于拉伸成薄片，制得的乳扇厚薄適中有嚼勁、色澤乳白、有濃郁的乳扇香味；當pH值在蛋白質(zhì)等電點（4.6）條件下，酪蛋白得到充分的沉淀[15]，但相對于pH4.8組其水分及脂肪含量相對較少，因此影響其出品率，在此條件下乳扇凝團較硬，制作過程中難以拉薄、凝團表面有粗糙的纖維狀，其成品口感下降、酸味較重；更低的pH值（pH=4.4）使得乳扇凝團過度變性，其對水分的控制力減弱，此時乳扇凝團硬且難以拉伸，易斷且粗糙，成品不易咀嚼，酸味重色澤較黃。而pH值過高使得牛奶中酪蛋白凝乳不夠充分，因此同樣降低了其出品率，當pH在5.0～5.2時，乳扇凝團較軟，可拉伸成薄片，但乳扇易塌陷，定型能力差，形態(tài)厚薄不夠均勻，成品量少沒有韌性。出品率與感官評分同時表明選取酸凝pH值4.8為最佳酸凝pH值。

2.1.2 熱燙拉伸溫度對乳扇品質(zhì)的影響

由表4可知，乳扇的校正出品率隨著熱燙拉伸溫度的升高到65℃后呈現(xiàn)下降趨勢，其中熱燙拉伸溫度65℃時出品率最高達8.39 %±0.29%，但此時乳扇凝團硬度較高，制作出的乳扇表面略粗糙且厚度較大，這與Renda[16]等人在馬蘇里拉奶酪的研究中相似，當較低溫度下高程度的拉伸處理會撕裂蛋白纖維，造成微觀結(jié)構(gòu)的改變，從而影響其表面的組織形態(tài)；當熱燙拉伸溫度到達80℃時出品率降低至7.37%±0.41%，而基本理化成分在70℃以下組間變化不明顯，主要在70℃以上的組別間略有變化。其變化主要原因在于，當熱燙溫度過高后，乳扇凝團在制作過程中出現(xiàn)融化拉絲狀態(tài)，而脂肪與水分會隨著溫度升高有一定的流失，Skelte[17]的研究表明當熱燙溫度高于70℃時，酪蛋白膠束表面的κ-酪蛋白與β-乳球蛋白形成二硫鍵并發(fā)生聚合作用附在膠束表面，使蛋白質(zhì)凝膠結(jié)構(gòu)更加牢固[10]。乳扇的基本成分變化同Ma[18]等人對馬蘇里拉奶酪的熱處理相似，熱燙拉伸溫度越高，馬蘇里拉奶酪中的水分含量降低、蛋白質(zhì)含量越高，但脂肪含量變化不顯著。乳扇雖然與奶酪的凝乳方式不同，但主要物質(zhì)酪蛋白的基本性質(zhì)相似，因此過高的熱燙拉伸溫度對乳扇的出品率有著顯著的影響作用。熱燙溫度高于70℃后乳扇成品的形態(tài)厚薄不均勻，口感有所下降；乳扇成品感官評分最高的組為70℃組，在此條件下乳扇凝團相對柔軟且有一定的可塑性，易于拉伸成型。結(jié)合出品率與感官雙重指標，選取70℃為最佳熱燙拉伸溫度。

表3 酸凝pH值確定

表4 熱燙拉伸溫度確定

2.1.3 熱燙拉伸時間對乳扇品質(zhì)的影響

由表5可知，乳扇的校正出品率隨著熱燙拉伸時間的上升逐漸下降，熱燙拉伸時間越短出品率越高，各組間基本成分中水分含量同樣隨著時間的上升逐漸遞減，脂肪含量隨熱燙時間的延長到120 s后呈現(xiàn)下降趨勢，而蛋白質(zhì)含量由于水分與脂肪相對含量的降低隨之增高。類似于奶酪，乳扇的這種現(xiàn)象同各組分的分布及性質(zhì)密切相關(guān)，因為整個乳扇體系中的“骨架結(jié)構(gòu)”是由酪蛋白之間相互聚集連接而成，脂肪和水分是被各種作用力鑲嵌在酪蛋白組成的骨架空隙之中[19]。另外由于水分和脂肪相對于蛋白之間的作用力較小，且脂肪的熔點低、水分的流動性較強，因此當乳扇結(jié)構(gòu)受到熱能或機械能等影響時，水分與脂肪的流失率較高于蛋白質(zhì)[20]。而乳扇的感官評分則隨熱燙拉伸時間的延長呈先上升后下降的變化趨勢，在熱燙拉伸120 s時達到感官評分最高值為91.7±2.7分。同Dave[21]等人對馬蘇里拉奶酪的研究相似，熱燙拉伸同樣是乳扇成型的關(guān)鍵過程之一，在制作過程中隨著乳扇凝團熱燙拉伸時間的增長，乳扇凝團從粗糙且不規(guī)則的形態(tài)逐漸變得柔軟光滑，并促進凝團中酪蛋白更為徹底的凝乳，同時增強了乳扇凝團的拉伸性與可塑性；但當拉伸時間過長，乳扇凝團中的脂肪與水分隨之流失，改變了乳扇凝團的物理性質(zhì)，使其變硬且表面有纖維狀細紋產(chǎn)生，從而影響了乳扇成品的口感。因此，結(jié)合出品率與感官評分，確定乳扇最佳熱燙拉伸時間為120 s。

2.2 響應面優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 響應面試驗設(shè)計及結(jié)果

根據(jù)單因素實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過Design Expert 8.0.6軟件建立3因素3水平試驗模型，通過擬合二次回歸方程計算最優(yōu)感官與出品率工藝組合。選擇酸凝pH值（X1）、熱燙拉伸溫度（X2）、熱燙拉伸時間（X3）3因素，以校正出品率與感官評分為指標進行響應面優(yōu)化試驗，試驗結(jié)果見表6。

表5 熱燙拉伸時間確定

表6 響應面分析方案及結(jié)果

2.2.2 模型建立及顯著性檢驗

使用Design Expert 8.0.6軟件對表6所得的試驗數(shù)據(jù)進行二次多項式擬合，得到各因素對應各響應值的二次回歸編碼方程為：Y1=8.33+0.16X1-0.099X2-0.21X3-0.085X1X2+0.011X1X3+0.29X2X3-0.74X12-0.20X22-0.098X32；Y2=92.77+1.84X1+0.71X2+1.20X3+1.98X1X2+0.032X1X3+2.21X2X3-9.85X12-4.55X22-2.30X32。回歸模型的方差分析結(jié)果見表7。

由表7可知：乳扇校正出品率回歸模型顯著性檢驗P＜0.01，乳扇感官評分回歸模型顯著性檢驗P＜0.01，說明兩者二次多元回歸模型極顯著；乳扇校正出品率回歸模型失擬性檢驗P=0.4481＞0.05，乳扇感官評分回歸模型失擬性檢驗P=0.7517＞0.05，可以認為所選出品率及感官評分二次回歸模型與實際試驗擬合性充分模型失擬不顯著。校正出品率回歸診斷表明，決定系數(shù)R2=0.9839，信噪比Adeq precisior=72.556，感官評分回歸診斷表明，決定系數(shù)R2=0.922，信噪比Adeq precisior=47.923。這表明方程的擬合度和可信度均很高，可用于預測乳扇校正出品率及感官評分。離散系數(shù)C.V（Y的變異系數(shù)）表示實驗本身的精確度，C.V值越小，實驗的可靠性越高[22]，校正出品率擬合C.V值為0.39%，感官評分C.V值為0.68%。綜上所述，回歸模型擬合程度良好，試驗誤差小，能夠準確的分析和預測乳扇校正出品率及感官評分，說明實驗操作可信度高，具有一定的實踐指導意義。由回歸系數(shù)顯著性表明，在所取因素水平范圍內(nèi)，各因素對乳扇校正出品率及感官評分影響的順序為：酸凝pH值大于熱燙拉伸時間大于熱燙拉伸溫度。

2.2.3 響應面分析

圖1 、圖2是通過二次回歸模型擬合的響應面變化三維曲面圖。響應面和等高線的稀疏程度可直觀地反映酸凝pH值、熱燙溫度（℃）、熱燙時間（s）之間交互作用對乳扇校正出品率及感官評分的影響，當?shù)雀呔€呈圓形時表示兩因素交互作用不顯著，而呈橢圓形或馬鞍形時則表示兩因素交互作用顯著[23-24]。

由表7響應面方差分析可知：酸凝pH值與熱燙拉伸溫度對乳扇校正出品率交互作用影響顯著，P＜0.05；熱燙拉伸溫度與拉伸時間對乳扇校正出品率交互作用影響顯著，P＜0.01。圖1可知隨著酸凝pH值的升高，乳扇校正出品率呈先上升后下降的趨勢；隨著熱燙拉伸時間的延長乳扇校正出品率呈下降的變化趨勢，這與單因素實驗結(jié)果一致；且等高線變化密集，說明各因素對乳扇出品率影響顯著。

表7 出品率及感官評分回歸模型方差分析表

圖1 各因素交互作用對乳扇出品率影響的響應面

圖2 各因素交互作用對乳扇感官評分影響的響應面

由表7響應面方差分析可知：酸凝pH值與熱燙溫度對乳扇感官評分交互作用影響極顯著，P＜0.01；熱燙溫度與熱燙時間對乳扇感官評分交互作用影響極顯著，P＜0.01。圖2可看出，隨著乳扇酸凝pH值與熱燙拉伸溫度的提升乳扇感官評分呈先上升后下降的趨勢；隨著熱燙拉伸溫度與時間的延長乳扇感官評分同樣呈先上升后下降趨勢；乳扇酸凝pH值與熱燙拉伸溫度、熱燙拉伸溫度與時間響應曲面陡峭，說明各因素對乳扇感官評分交互作用影響顯著，與方差分析結(jié)果一致。

2.2.4 回歸模型的驗證和最佳條件的確定

回歸模型通過響應面法得到最優(yōu)乳扇出品率與感官評分的工藝條件為乳扇酸凝pH值4.82、熱燙拉伸溫度69.25℃、熱燙拉伸時間111.05 s，乳扇校正出品率為8.42 %、乳扇感官評分為92.158；為驗證該模型的預測是否準確，考慮實際操作情況的方便性與設(shè)備參數(shù)狀況，確定乳扇制作過程的最佳工藝參數(shù)為：酸凝pH值4.80、熱燙拉伸溫度70℃、熱燙拉伸時間110 s，在此條件下進行6次重復實驗，結(jié)果表明乳扇校正出品率為8.38 %±0.46 %，蛋白34.76 %±0.32 %、脂肪37.85 %±0.72 %、水分18.61 %±0.35 %，乳扇色澤乳白、具有濃郁的乳香味、硬度適中、厚薄均勻有韌性感官評分為93.7±2.7。結(jié)果與預測值接近，說明該模型準確可靠。乳扇的出品率較高且形態(tài)口感等感官評分良好。

3 結(jié)論

通過對乳扇制作過程中酸凝pH值、熱燙拉伸溫度、熱燙拉伸時間對乳扇品質(zhì)的影響進行探究，得出各因素對乳扇出品率及感官評分影響顯著，影響順序為：酸凝pH值＞熱燙拉伸時間＞熱燙拉伸溫度，酸凝pH值對乳扇成型影響最大，一定的熱燙拉伸可以改善乳扇的口感與質(zhì)地，但強度過高會造成成品質(zhì)量的損失；經(jīng)響應面優(yōu)化，乳扇的出品率及感官評分有較高的提升。最終得到乳扇拉伸成型的最佳工藝參數(shù)為：酸凝pH值4.8、熱燙拉伸溫度70℃、熱燙拉伸時間110 s，在此條件下乳扇出品率達8.38 %±0.46 %，感官評分高。研究針對目前由于乳扇暫無具體制作標準且無機械化生產(chǎn)的現(xiàn)狀，為乳扇標準化工藝參數(shù)的選擇提供了參考。