超高壓處理對再制奶油干酪質(zhì)構(gòu)、流變學(xué)特性及微觀結(jié)構(gòu)的影響

姜 姝，騰軍偉，劉振民，張 娟

（1.光明乳業(yè)股份有限公司乳業(yè)研究院，乳業(yè)生物技術(shù)國家重點實驗室，上海乳業(yè)生物工程技術(shù)研究中心，上海 200436；2.上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，上海 200444）

海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國進(jìn)口干酪總量為10.84萬 t，其中奶油干酪是進(jìn)口量最大的干酪[1]。奶油干酪是一種新鮮、酸凝的軟質(zhì)干酪，營養(yǎng)價值高，且具有食用口感佳、生產(chǎn)周期短及生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢，但工藝繁瑣、設(shè)備投資大[2]。再制奶油干酪是以奶油干酪為主要原料，經(jīng)加熱熔融、攪拌、均質(zhì)后制得的一種產(chǎn)品，它保留了奶油干酪的營養(yǎng)價值，且工藝簡單、貨架期長，適合國內(nèi)的銷售環(huán)境及消費需求。但在干酪生產(chǎn)期間，營養(yǎng)成分被干酪中的菌株代謝為乙酸鹽、丁酸鹽、二氧化碳和氫氣，導(dǎo)致干酪溶脹、酸敗，出現(xiàn)裂痕[3-4]。然而，常規(guī)的滅菌保鮮技術(shù)對干酪的品質(zhì)和風(fēng)味會造成不利影響[5]。因此，需要一種更好的加工保鮮處理技術(shù)來提高產(chǎn)品品質(zhì)，這對我國干酪產(chǎn)業(yè)發(fā)展及升級具有重大意義。

超高壓處理（high hydrostatic pressure，HHP）是一種較新興的食品加工技術(shù)，通過一定的液體介質(zhì)（一般為水），在一定溫度下對樣品進(jìn)行100～1 000 MPa處理[6]，其操作過程簡單無殘留，可以滅活病原性和導(dǎo)致變質(zhì)的食源性微生物。該技術(shù)利用高擠壓、高滲透及卸壓時的膨脹作用殺滅食品中的微生物，鈍化酶或使其部分失活，使蛋白質(zhì)變性，從而延長食品的保質(zhì)期[7]，保持食品原有的營養(yǎng)成分和風(fēng)味[8]。根據(jù)微生物的特性、加工條件和產(chǎn)品參數(shù)的不同，其滅活效果也不同[9]。研究表明，200～800 MPa的壓力處理能夠殺死干酪中的乳酸菌、病原微生物和腐敗微生物[10]。

關(guān)于HHP在干酪中的應(yīng)用，國內(nèi)外已有部分相關(guān)研究。dos Santos Gouvea等[11]將HHP加工技術(shù)應(yīng)用于新鮮干酪中，并測定其抗李斯特菌活性和感官特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)500 MPa/10 min組的新鮮干酪中李斯特菌數(shù)量降低了7（lg（CFU/g））以上，且對感官無顯著影響。Devi等[12]研究了高壓加工對牛奶明膠混合物流變和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，經(jīng)300 MPa HPP處理后，黏度顯著增加，而在600 MPa下，黏度下降。Koca等[13]研究了高壓對干酪的微觀結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和顏色的影響，結(jié)果表明，未經(jīng)加壓處理的干酪和經(jīng)50、100 MPa加壓處理的干酪獲得了相似的微觀結(jié)構(gòu)，而經(jīng)200、400 MPa加壓處理的干酪獲得了更致密和連續(xù)的結(jié)構(gòu)。這些微觀結(jié)構(gòu)變化與質(zhì)地變化表現(xiàn)出良好的相關(guān)性，200、400 MPa的加壓處理使干酪顯著變軟，彈性降低。張園園等[14]研究了200、600 MPa/10 min兩個處理條件對5 種市售干酪質(zhì)地特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高的干酪質(zhì)地受HHP處理變化的影響越顯著。目前，歐洲市場上已有一些經(jīng)HHP處理的干酪或其相關(guān)產(chǎn)品出現(xiàn)，包括三明治餡餅、稀奶油干酪、切達(dá)干酪點心和干酪牛肉干等[15]。但國內(nèi)還鮮有產(chǎn)業(yè)化的超高壓干酪，且將HHP技術(shù)應(yīng)用于再制奶油干酪中的報告也鮮有報道。

本研究分別以150、300、450 MPa/10 min為條件，考察HHP處理對低飽和脂肪酸的再制奶油干酪水分、pH值、質(zhì)構(gòu)特性、流變特性及微觀結(jié)構(gòu)5 個指標(biāo)進(jìn)行研究，并解釋HHP處理的影響機(jī)制，旨在為超高壓技術(shù)在干酪加工中的應(yīng)用提供理論支撐，進(jìn)一步拓寬干酪及其相關(guān)產(chǎn)品的研究思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

奶油干酪、黃油 恒天然商貿(mào)（上海）有限公司；蓓琳娜橄欖油上海思諾索拉貿(mào)易有限公司；牛奶蛋白粉、全脂乳粉、乳化鹽、刺槐豆膠、卡拉膠、乳酸及食鹽均為國產(chǎn)食品級。所有實驗均采用同一批次原料制得的樣品。

1.2 儀器與設(shè)備

UM/SK 5融化鍋 德國Stephan公司；LAB 1000均質(zhì)機(jī) 丹麥APV公司；ME3002 TE/02電子天平梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；TA.XT plus質(zhì)構(gòu)分析儀 英國Stable Micro Systems公司；便攜式pH 計瑞士METTLER 公司；FPG 7100 型超高壓 英國Stansted公司；LaB6掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM） 捷克TESCAN公司；MB 45水分測量儀 美國Ohous公司；AquaLab 4TE DUO水分活度儀 上海燦孚機(jī)電有限公司；ARES-G 2流變儀 美國TA儀器；FreeZone 12型冷凍干燥機(jī) 美國LABCONCO公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

參考本課題組前期研究[16-17]，低飽和脂肪酸再制奶油干酪的實驗配料量約為2 kg，其中黃油27.04%（以實驗配料量質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，下同）、奶油干酪15%、蛋白粉11%、橄欖油6.76%、水37.29%、乳化鹽0.3%、刺槐豆膠0.06%、卡拉膠0.2%、乳酸0.3%、食鹽0.55%。

制備工藝： 將奶油干酪和黃油切成3 cm×3 cm×3 cm的小塊后倒入融化鍋，然后加橄欖油、水，邊攪拌邊加入刺槐豆膠、乳化鹽、卡拉膠及食鹽等輔料。采用蒸汽夾套式間接加熱的方式，將剪切速率緩慢提高到900 r/min，50 ℃保溫5 min，保證原料間充分融合、乳化完全。測定干酪pH值，均勻加入乳酸，防止局部過酸導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌，將干酪pH值調(diào)至4.8左右停止。升溫至90 ℃，保持5 min，殺菌后，趁熱均質(zhì)（200 MPa）、罐裝，溫度降低會造成樣品流動性低，品質(zhì)不均勻。封合時注意氣密性，擠壓罐身，出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象立即重新封合，直至氣密性完好，防止微生物污染。罐裝后樣品置于4 ℃冰箱中冷藏。

1.3.2 HHP預(yù)處理

本實驗所用的HHP設(shè)備示意圖如圖1所示，將干酪放入HHP設(shè)備處理室中，以水作為傳遞壓力的介質(zhì)，在控制臺設(shè)置壓力及保壓時間，本實驗中，稱取樣品100 g于聚乙烯袋中，真空密封包裝（避免水分散失）后，分別施加150、300、450 MPa的超高靜壓，25 ℃下保壓10 min后，使之達(dá)到殺菌的目的。本實驗對照組、150、300、450 MPa的干酪分別標(biāo)記為F0、F1、F2、F3。

圖 1 HHP設(shè)備流程簡圖Fig. 1 Schematic of the high hydrostatic pressure equipment

1.3.3 干酪水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定

用MB45水分測量儀測定干酪的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，準(zhǔn)確稱取3 g樣品于鋁制培養(yǎng)皿，100 ℃下測定30 min，每組干酪平行測定3 次取平均值。

1.3.4 干酪水分活度的測定

用AquaLab 4TE DUO水分活度儀測定樣品的水分活度，按照儀器說明書將樣品均勻涂抹于檢測容器內(nèi)，讀取測定結(jié)果，每組干酪平行測定3 次后取平均值。

1.3.5 干酪pH值測定

準(zhǔn)確稱取1 g干酪樣品置于2 mL水中制成溶液，用pH計測定，每組干酪平行測定3 次后取平均值。

1.3.6 干酪質(zhì)地的測定

取樣品中心部分均勻涂抹于錐面容器中，用干酪切割板將容器表面輕輕刮平后，放入冰箱，4 ℃冷藏30 min。樣品需在5 min內(nèi)測完，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。TA.XT plus質(zhì)構(gòu)分析儀的參數(shù)設(shè)置如下，測量模式：下壓；參數(shù)設(shè)置：測量前探頭下降速率為10.0 mm/s，測試速率為3.0 mm/s，測試距離為30.0 mm，觸發(fā)模式為Button，探頭類型為HDP/SR-C。每組干酪平行測定3 次取平均值。

1.3.7 干酪流變特性的測定

使用ARES-G2型旋轉(zhuǎn)流變儀測定不同壓力條件下干酪的流變曲線。對Macdougall等[2]測定奶油干酪流變性的方法進(jìn)行改良。在室溫下平衡30 min后從干酪中心采樣，樣品直徑50 mm，厚度1 mm。樣品置于流變儀托盤中心。流變儀程序設(shè)置如下：1）應(yīng)力掃描參數(shù)：剪切應(yīng)變0.25%，角頻率0.1～100 Hz，溫度20 ℃；2）變溫實驗參數(shù)：角頻率1 Hz，升溫速率5 ℃/min，溫度變化范圍10～50 ℃。

1.3.8 干酪微觀結(jié)構(gòu)的測定

分別取干酪中心部位，用滅菌刀切成小塊（4～5 mm3），將其放入戊二醛溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%、pH 6.8）中固定（3～4 h）。固定完全后用液氮冷凍，待液氮揮發(fā)盡，將干酪取出，用滅菌刀切斷其橫截面，并用磷酸鹽緩沖液（pH 6.8）沖洗3 次（每次約10 min）。再分別用體積分?jǐn)?shù)30%、50%、70%、90%乙醇溶液及無水乙醇進(jìn)行梯度脫水，其中無水乙醇沖洗3 次，其他梯度分?jǐn)?shù)沖洗1 次（每次10～15 min）。用氯仿脫脂3 h（脫脂間隔不斷振蕩），加入適量叔丁醇處理10 min，經(jīng)冷凍干燥機(jī)干燥48 h后，選擇要觀察的面進(jìn)行固定。采用離子濺射（30 s）鍍金，使用SEM進(jìn)行觀察。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用TA.XT plus質(zhì)構(gòu)分析儀中Exponent 5.0軟件對得到的質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS 23.0軟件對水分、pH值、質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析和單因素方差分析，采用Tukey法進(jìn)行多重比較檢驗。采用Excel和Origin軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 HHP對干酪水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)及水分活度的影響

取不同HHP處理條件的干酪樣品，測定其水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和水分活度，結(jié)果見圖2。

圖 2 不同HHP處理條件下干酪的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和水分活度變化Fig. 2 Changes in water content and water activity of cheese under different HHP treatment conditions

由圖2 可以看出，隨著壓力的增加，干酪的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)先減少后增加，數(shù)值上比對照組相差0.51%～0.71%，且差異不顯著（P＞0.05），實驗結(jié)果與Koca等[13]的結(jié)果一致。但水分的分布情況發(fā)生了較大改變，干酪中的水分活度即自由水含量隨著壓力的增大呈先增加后降低的趨勢，干酪F1、F2的水分活度分別比對照組的水分活度增加了1.45%、0.39%，F(xiàn)3的水分活度比對照組的水分活度減少了0.34%。水分活度增加的原因可能是HHP處理時，隨著壓力的增加，蛋白質(zhì)發(fā)生變性使得干酪中的部分結(jié)合水轉(zhuǎn)化為自由水[18]，增強(qiáng)了干酪基質(zhì)的順應(yīng)性。其中150 MPa下，干酪樣品的自由水含量最高，但壓力的持續(xù)增加,引起溫度升高（處理壓力每增加100 MPa，被處理物質(zhì)的溫度上升3 ℃左右[19]），導(dǎo)致酪蛋白顆粒重新聚集[20]，顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致干酪基質(zhì)順應(yīng)性降低，自由水向結(jié)合水轉(zhuǎn)化，即水分活度降低而水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的結(jié)果。

此外，研究發(fā)現(xiàn)，在水分活度較低的環(huán)境中，微生物通過細(xì)胞收縮增加細(xì)胞膜的厚度、降低細(xì)胞膜的滲透性，以增強(qiáng)自身的耐壓性，然而，經(jīng)HHP處理受損的微生物通常對低水分活度更敏感[19]。Morales等[21]研究了干酪水分活度和碳水化合物含量對單核細(xì)胞增生李斯特菌Scott A的耐壓性影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干酪的水分活度越高，細(xì)菌的致死率就越高。由此推測，150 MPa壓力水平下得到的干酪更易保存。

2.2 HHP對干酪pH值的影響

由表1可知，對照組（F0）的pH值為5.330，在HHP處理后的pH值逐漸升高至5.510，其中處理組F1、F2、F3依次比F0增加了0.75%、3.00%、3.38%。Martínez-Rodríguez等[22]研究表明，HPP處理會在一定程度上改變pH值，其影響取決于處理條件和應(yīng)用HHP處理時干酪的成熟時間。由表1可知，隨著處理壓力不斷增加，干酪pH值上升。研究表明，干酪中的酪蛋白一般以多個酪蛋白單體聚集而成的膠束形態(tài)存在[23]。Little等[24]通過酪蛋白膠束結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，酪蛋白是由酪蛋白分子和磷酸鈣一起構(gòu)成的球狀膠粒，酪蛋白單體之間對于維持酪蛋白粒子的穩(wěn)定性主要依靠磷酸鈣提供的靜電相互作用或電荷。隨著壓力水平的不斷增加，干酪中膠質(zhì)磷酸鈣釋放至水相，導(dǎo)致干酪pH值增加，但隨著壓力的不斷增大，干酪之間的pH值差異變小，這可能是由于磷酸鈣的釋放水平達(dá)到了一個動態(tài)平衡。與水分活度相似，pH值也對微生物對HHP處理的耐壓能力有影響[19]。細(xì)菌對低pH值很敏感，在經(jīng)HHP處理后對較低pH值更為敏感，低pH值不僅能提高HHP處理的殺菌效果，而且能夠抑制微生物的生長[25]。當(dāng)壓力為150 MPa時，干酪pH值為5.370，與對照組最接近，擁有更好的HHP殺菌效果。

表 1 不同HHP處理條件對干酪pH值的影響Table 1 Effect of different HHP treatment conditions on pH of cheese

2.3 HHP對干酪質(zhì)構(gòu)特性的影響

在干酪結(jié)構(gòu)中，脂肪懸浮于蛋白質(zhì)的水相中，支撐酪蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而賦予干酪潤滑性和柔軟性，而蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為干酪提供彈性質(zhì)地[26]。

表 2 不同HHP處理條件對干酪質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2 Effect of different HHP treatment conditions on textural characteristics of cheese

由表2可知，與F0相比，HHP處理后F1、F2、F3的硬度、涂抹性、黏聚力及黏合性均呈上升趨勢，且隨著壓力增加，干酪樣品硬度依次增加了6.26%、9.59%、25.13%，涂抹性依次增加了7.33%、12.78%、31.54%，黏聚力依次增加了5.91%、7.74%、18.96%，黏合性增加了2.59%、4.80%、12.03%，且4 項指標(biāo)差異均顯著（P＜0.05），150 MPa壓力水平下的干酪質(zhì)地與對照組質(zhì)地較接近。干酪的質(zhì)地取決于蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和脂肪填充顆粒的性質(zhì)[27]，說明隨著壓力的增加，干酪內(nèi)部蛋白質(zhì)-脂肪間的相互作用增強(qiáng)，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。同時，干酪在壓力的作用下，物料粒徑減小[28-29]，蛋白結(jié)構(gòu)舒展，蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化也會影響干酪的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)。張登科等[30]研究發(fā)現(xiàn)超高壓處理后，壓力越大，蛋白質(zhì)構(gòu)象變化越大，這種改變主要是蛋白質(zhì)二級、三級結(jié)構(gòu)的改變造成的。這與本實驗研究結(jié)果一致，壓力越大，質(zhì)構(gòu)指標(biāo)水平越高。另外，HHP處理可以改變干酪中水鹽的分布，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)生變化從而影響干酪的質(zhì)構(gòu)，干酪F2、F3的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于對照組，它們的硬度相對高于對照組，這與質(zhì)地分析儀測得的結(jié)果一致，即干酪F2、F3的質(zhì)構(gòu)特性的水平高于F0。因此，通過對HHP壓力條件的調(diào)整可在一定程度上有效控制再制奶油干酪的目標(biāo)質(zhì)地水平。

表 3 參數(shù)間的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between pressure and chemical and textural properties of cheese

表3為不同壓力水平下，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水分活度、pH值和質(zhì)構(gòu)參數(shù)間的相關(guān)系數(shù)，7 個指標(biāo)間均存在正相關(guān)或者負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中壓力與水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.646，與水分活度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.346，壓力與pH值、涂抹性、硬度、黏合性、黏聚力顯著正相關(guān)，說明壓力對干酪水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水分活度、pH值及質(zhì)構(gòu)特性有重要影響。

2.4 HHP對干酪流變性的影響

再制奶油干酪屬于半固態(tài)的軟質(zhì)干酪，流變特性能體現(xiàn)了其結(jié)構(gòu)性質(zhì)，如黏彈性、流動性和應(yīng)力。干酪本質(zhì)上也屬于黏彈性材料，研究者們會根據(jù)流變學(xué)測量結(jié)果表征干酪功能特性并改變其結(jié)構(gòu)[31]。

奶油干酪被廣泛用作調(diào)味醬和芝士蛋糕等產(chǎn)品的成分，這些應(yīng)用需要其具有特殊質(zhì)地和流變特性。本實驗通過測定各組干酪在不同溫度下的黏度來表征不同HHP處理對干酪脂肪-蛋白質(zhì)間相互作用的影響程度。

在變溫實驗中，溫度變化范圍為10～50 ℃，在高溫狀態(tài)下，脂肪受熱融化，隨溫度升高流動性增強(qiáng)。在干酪質(zhì)地方面，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[32]。黏度（η）是指物質(zhì)阻止流動、消耗能量的能力。研究黏度與溫度的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)黏度對溫度具有依賴性，通過控制條件，最終實現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。干酪在融化過程中η的變化如圖3所示，3 種HHP處理條件下，干酪η與溫度成負(fù)相關(guān)，隨溫度升高η下降。在初始溫度10 ℃下，F(xiàn)0、F1、F2和F3下干酪η分別為7 062.51、3 532.86、2 524.6、4 083.04 Pa·s。在溫度在20～30 ℃之間，各干酪的η大小順序發(fā)生了改變，且在升溫過程中，干酪逐漸開始呈現(xiàn)坍塌狀態(tài)，各樣品均從半固體轉(zhuǎn)化為半液態(tài)，到結(jié)束溫度50 ℃時，F(xiàn)0與F1、F2、F3干酪的η差異逐漸縮小，且曲線趨于平緩。開始升溫時，樣品F0、F1、F3和F2的黏度是結(jié)束時的26.01、8.75、6.99、2.44 倍，F(xiàn)0的η隨溫度的升高下降速率更快，150 MPa壓力水平下的干酪η受溫度變化的影響最小。對η的4 條曲線進(jìn)行擬合后，對照組F0的擬合曲線為：y＝0.006 5x4-1.071 4x3+66.412x2-1 851x+20 314，R2＝0.997；處理組F1的擬合曲線為：y＝-0.000 5x5+0.071 8x4-4.143 4x3+114.65x2-1 616.3x+1 175，R2＝0.994 9；處理組F2的擬合曲線為：y＝-0.000 2x5+0.028 6x4- 1.543 9x3+40.041x2-547.06x+5 178.6，R2＝0.991 1；處理組F3的擬合曲線為：y＝0.001 1x4-0.190 8x3+13.184x2-461.54x+7 467.5，R2＝0.998 3。初始溫度時，HHP處理的干酪黏度均低于對照組的黏度，可能源于疏水作用的增強(qiáng)[33]。隨著壓力的增加，干酪受到的擠壓作用變大，酪蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)塌陷，內(nèi)部疏水基團(tuán)暴露，最終導(dǎo)致疏水作用發(fā)生變化。同時，隨著壓力的增加，氫鍵被破壞，分子間的纏繞或聚集減少，流動阻力降低，導(dǎo)致黏度下降[34]。因此，HHP處理在變溫實驗中對干酪黏度影響非常明顯，處理組干酪的黏度受溫度影響情況較小，更加穩(wěn)定。

圖 3 不同溫度下HHP對干酪黏度的影響Fig. 3 Effect of HHP on the viscosity of cheese at different temperatures

模量是指物質(zhì)阻止變形、儲存能量的能力，分為彈性模量（G’）和黏性模量（G”）[35]，其與酪蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)直接相關(guān)[36]。結(jié)合圖4和圖5可知，在0.1～100Hz的頻率掃描范圍內(nèi)，所測樣品的G’值均高于G”，表示彈性模量占優(yōu)勢，且所有樣品的G’和G”都隨掃描頻率的增加而增大，樣品具有類固體特征。

圖 4 不同掃描頻率下HHP處理對干酪彈性模量的影響Fig. 4 Effect of HHP treatment on the elastic modulus of cheese at different scanning frequencies

圖 5 不同掃描頻率下HHP處理對干酪黏性模量的影響Fig. 5 Effect of HHP treatment on the viscosity modulus of cheese at different scanning frequencies

由圖4可知，在應(yīng)力掃描（20 ℃）實驗中，當(dāng)掃描頻率為0.1 Hz時，4 種樣品的G’大小順序為F3＞F1＞F0＞F2，分別為6 297.60、5 358.44、3 590.5、2 825.69 Pa，且當(dāng)掃描頻率從0.1 Hz增加到100 Hz時，樣品間G’的大小順序不變，干酪在壓力為450 MPa下的G’達(dá)到最大，當(dāng)掃描頻率升高至100 Hz時，干酪F3、F1、F0、F2的G’分別為13 156.3、12 014.30、8 126.69、6 146.81 Pa，但是各樣品自身的G’變化程度不同，可見HHP處理對干酪G’的變化是有重要影響的。其中，樣品F0、F1、F2、F3在100 Hz下的G′分別是0.1 Hz時的2.26、2.24、2.17、2.09 倍，F(xiàn)0的變化最大，但變化差異不明顯，HHP處理降低了再制奶油干酪在應(yīng)力掃描過程中的變化程度。對G’的4 條曲線進(jìn)行擬合后，F(xiàn)0的擬合曲線為：y＝664.2lnx+4 821.4，R2＝0.989 3；F1的擬合曲線為：y＝988.32lnx+7 207，R2＝0.991 7；F2的擬合曲線為：y＝490.92lnx+3 756.8，R2＝0.992 9；F3的擬合曲線為：y＝1 019.4lnx+8 244.1，R2＝0.993 4。F1、F2、F3擬合曲線R2均高于F0，且接近于1，擬合情況較好。這說明超高壓處理改變了酪蛋白膠束之間的相互作用力，進(jìn)而改變蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，隨著壓力的增加，干酪流動性發(fā)生變化。另外，HHP處理使實驗組干酪的蛋白粒徑減小，表面積增大，顆粒間通過氫鍵相互作用，同時壓力使得蛋白質(zhì)的多肽鏈展開，疏水作用增強(qiáng)，導(dǎo)致G’增大。隨著G’的增加，體系的屈服應(yīng)力增加，提高了體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[37]。當(dāng)壓力為300 MPa時，G’出現(xiàn)下降的原因可能是氫鍵被破壞，分子間的纏繞或聚集減少，流動阻力降低。

由圖5 可知，在應(yīng)力掃描（2 0 ℃）實驗中，4 種樣品的G”大小順序為F3＞F1＞F0＞F2，變化趨勢與G’相同，當(dāng)掃描頻率為0.1 Hz時，干酪F3、F1、F0、F2的G”分別為1 765.91、1 388.87、857.95、645.60 Pa，當(dāng)掃描頻率為100 Hz時，干酪F3、F1、F0、F2的G”分別為2 600.81、2 198.20、1 585.04、1 113.60 Pa。同樣的，樣品間的G”大小順序不變，且各樣品自身的G”變化程度不同，可見HHP處理對干酪G”的變化具有重要影響。其中，樣品F0、F1、F2、F3在100 Hz下的G’分別是0.1 Hz時的1.85、1.58、1.72、1.47 倍，F(xiàn)0的變化最大，HHP處理降低了再制奶油干酪在應(yīng)力掃描過程中的變化程度。對G”的4 條曲線進(jìn)行擬合后，對照組F0的擬合曲線為：y＝101.97lnx+1 012.3，R2＝0.958 2；F1的擬合曲線為：y＝116.59lnx+1 565.2，R2＝0.969 6；F2的擬合曲線為：y＝63.197lnx+750.26，R2＝0.967 4；F3的擬合曲線為：y＝118.14lnx+1 961.1，R2＝0.977 9。與G’擬合結(jié)果類似，F(xiàn)1、F2、F3均優(yōu)于F0，且各樣品的G’均高于G”。與G’類似，G”也與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有緊密聯(lián)系[38]，不同壓力水平下的干酪網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，HHP處理的干酪蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中空隙更少、更加細(xì)膩，這與微觀結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果一致。隨著壓力的增加，體系中大分子顆粒粒徑減小，蛋白質(zhì)伸展，暴露了更多化學(xué)鍵如氫鍵、二硫鍵等[39]，從而強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得干酪G”發(fā)生變化。其中，F(xiàn)3、F1流動性減弱，F(xiàn)2流動性增強(qiáng)。

綜合圖3～5可知，150 MPa壓力下的干酪黏度對溫度變化的依賴性最小，450 MPa次之。450 MPa和150 MPa下的干酪黏彈性優(yōu)于對照組，300 MPa壓力下的干酪黏彈性較差。

2.5 HHP對干酪微觀結(jié)構(gòu)的影響

經(jīng)過多年的發(fā)展，高分辨率顯微鏡已被廣泛確立為診斷和控制多種類型的低水分食品和食品成分的工具[40]。許多學(xué)者將SEM應(yīng)用于干酪微觀結(jié)構(gòu)分析中，當(dāng)高能電子束到達(dá)干酪的表面，被激發(fā)的區(qū)域會產(chǎn)生大量二次電子，通過檢測器的收集，生成圖像。SEM圖像可提供有關(guān)水和溶質(zhì)在整個樣品中的分布及其與結(jié)構(gòu)成分（如蛋白質(zhì)和脂肪）相互作用的信息。微觀結(jié)構(gòu)中脂肪和蛋白質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)會直接影響干酪的結(jié)構(gòu)狀況[41]。

由圖6A1可知，3 000 倍視野下觀察發(fā)現(xiàn)F0干酪結(jié)構(gòu)較松散且分布不均勻；而HHP處理組脂肪滴的粒徑范圍變窄，當(dāng)壓力從150 MPa增加到450 MPa，脂肪球變小且分布越來越均勻，結(jié)構(gòu)變得緊密，但在高壓力水平（450 MPa）下，膠束變得粗糙（圖6B1、C1、D1）。由圖6A2可知，F(xiàn)0的表面孔洞較大且大小不均一，150 MPa下的干酪表面孔洞變?。▓D6B2），但數(shù)量與對照組相差不大，300 MPa處理后的SEM圖像孔洞明顯減少（圖6C2），繼續(xù)增加壓力到450 MPa時，表面孔洞更小且數(shù)量極少（圖6D2）。

圖 6 HHP處理對干酪微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig. 6 Effect of HHP treatment on the microstructure of cheese

干酪在攪拌、熔融過程中摻入部分空氣導(dǎo)致樣品表面形成大小不一的孔洞，一個類似海綿的相對松散的干酪結(jié)構(gòu)，而隨著壓力的增加，空氣被排出，較大的孔洞數(shù)量減少、逐漸消失或形成了較小的孔洞，干酪結(jié)構(gòu)變得連續(xù)而緊密；另外，HHP處理可能誘導(dǎo)蛋白發(fā)生變性、蛋白結(jié)構(gòu)破壞及蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間作用力發(fā)生改變，二級結(jié)構(gòu)中主要是α-螺旋結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致其蛋白質(zhì)與脂肪間結(jié)構(gòu)邊界模糊，相互之間結(jié)合得更加緊密?？梢?，HHP處理的壓力水平對干酪的微觀結(jié)構(gòu)有重要影響，低壓時得到較均勻緊密的結(jié)構(gòu)，高壓水平下，膠束變得粗糙，類似變性蛋白的聚集體。因此，適度的HHP處理可以使得干酪的結(jié)構(gòu)得到一定改良。SEM觀察結(jié)果進(jìn)一步印證了HHP處理對再制奶油干酪質(zhì)構(gòu)和流變學(xué)特性的影響。

3 結(jié) 論

本研究將4 種干酪處理條件的壓力值與水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水分活度、pH值及質(zhì)構(gòu)特性（涂抹性、硬度、黏聚力、黏合性）進(jìn)行了相關(guān)性分析，采用SEM觀察干酪微觀結(jié)構(gòu)變化，采用流變儀分析干酪流變學(xué)特性變化。結(jié)果表明，HHP處理對干酪的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不大，但對水分活度有一定的影響；壓力越大，干酪pH值越高；HHP壓力對質(zhì)構(gòu)（涂抹性、硬度、黏合性、黏聚力）各參數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.959、0.951、0.956、0.956；對干酪進(jìn)行流變學(xué)變溫實驗、應(yīng)變掃描實驗后發(fā)現(xiàn)，在變溫實驗中，F(xiàn)0前后黏度的變化最大，HHP處理的干酪的黏度對溫度的依賴性減小，在應(yīng)變掃描實驗中，4 個樣品的G’和G”大小順序均為F3＞F1＞F0＞F2，且G’均高于G”，干酪彈性模量占主導(dǎo)且HHP處理對干酪的黏彈性和流動性有明顯影響，450 MPa和150 MPa處理的干酪黏彈性優(yōu)于對照組，流動性減弱；分析微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，處理壓力越大，干酪結(jié)構(gòu)越緊密，表面平滑均勻。

綜上，HHP處理與再制奶油干酪的質(zhì)構(gòu)、流變性和微觀結(jié)構(gòu)有著密切聯(lián)系，實驗結(jié)果可為超高壓干酪制備的工藝條件提供數(shù)據(jù)參考和技術(shù)支撐。此外，HHP干酪的應(yīng)用性能還有待進(jìn)一步研究。