玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪的研制

邵之曉，顧豐穎，劉昊，楊婷婷，張巧真，王鋒

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點試驗室，北京 100193）

干酪是一種營養(yǎng)價值較高的乳制品，全球消費量與日俱增[1-2]。隨著消費者飲食理念向“健康、低卡、環(huán)?！钡霓D(zhuǎn)變，植物基干酪受到廣大素食主義者和愛嘗鮮消費者的青睞，同時也是乳糖不耐癥人群的新選擇[3-5]。目前市售植物基干酪的主要成分是水、植物脂肪和碳水化合物（淀粉、親水性膠體等），蛋白質(zhì)含量較低（＜5%），其拉伸性和質(zhì)構(gòu)特性與天然馬蘇里拉干酪相比均有待改進[6-7]。天然馬蘇里拉干酪特有的纖維狀酪蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其具有良好的拉伸性和熔化性，在披薩、焗飯等飲食中廣泛應(yīng)用，深受消費者喜愛[7-9]。因此，植物基馬蘇里拉干酪的研制成為了當下的研究熱點，亟需尋找可模擬酪蛋白行為的植物蛋白。

玉米醇溶蛋白是玉米淀粉加工過程中的衍生品，來源廣泛，價格低廉[10]。玉米醇溶蛋白富含疏水性氨基酸，具有自組裝特性，水合后在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上能形成具有良好黏彈性和延展性的纖維網(wǎng)絡(luò)，因此被廣泛用于成膜、包埋、納米運載、無麩質(zhì)面團體系[11-15]。水合玉米醇溶蛋白隨溫度升高軟化度和黏性增加，流變特性與市售天然切達干酪相似[11-16]。玉米醇溶蛋白作為一種有獨特黏彈性的植物蛋白，具有開發(fā)植物馬蘇里拉干酪的潛力。Mattice等[7]嘗試用玉米醇溶蛋白制作干酪，發(fā)現(xiàn)玉米醇溶蛋白基植物干酪的熔融特性與市售天然切達干酪相似，質(zhì)構(gòu)特性、流變特性和拉伸性都超越了市售植物基切達干酪。

本研究通過分析玉米醇溶蛋白、水和椰子油添加量對玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪（Z干酪）功能特性（拉伸性、熔化性和油脂析出性）的影響，進行功能特性綜合評分，得到了各組分的適宜添加量。通過正交試驗，獲得Z干酪最佳配方，比較最佳配方與天然馬蘇里拉干酪（M干酪）和植物基馬蘇里拉干酪（PBM干酪）的功能特性和質(zhì)構(gòu)特性。旨在研制出一種品質(zhì)接近M干酪的Z干酪，為植物基馬蘇里拉干酪的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米醇溶蛋白：美國西格瑪公司；純凈水：杭州娃哈哈集團有限公司；冷榨椰子油：上海楓未實業(yè)有限公司；天然馬蘇里拉干酪（M干酪）：上海貝世盛實業(yè)有限公司；植物基馬蘇里拉干酪（PBM干酪）：冰島Bute食品公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DZ2000電子天平：常熟市嘉衡天平儀器有限公司；T1-108B電烤箱：廣東美的廚房電器制造有限公司；TA-XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀：英國Stable Micro Systems公司；新星定性濾紙（φ12.5 cm）：杭州特種紙業(yè)有限公司。

1.3 Z干酪加工工藝

1.3.1 工藝流程

玉米醇溶蛋白與水混合→加入打發(fā)的椰子油→攪拌→冷藏→成型→成品→冷藏。

1.3.2 操作要點

玉米醇溶蛋白過120目篩，與水混合后快速攪拌均勻，選擇熔點為24℃的椰子油，使用時將其打發(fā)至無結(jié)塊狀態(tài)，用模具使樣品成型，冷藏條件為4℃。

1.4 單因素試驗設(shè)計

分別考察玉米醇溶蛋白添加量（1.5、2、3、4、5 g）、水添加量（2、3、4、5、6 g）、椰子油添加量（0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 g）對Z干酪功能特性的影響。除考察因素外，其他的組分添加量保持基本配方（玉米醇溶蛋白3 g、水3 g、椰子油2.0 g）數(shù)值不變。

1.5 正交試驗設(shè)計

以單因素試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，按照工藝流程，進行三因素三水平的正交試驗，以功能特性評分為指標，優(yōu)化Z干酪配方。試驗因素和水平見表1。

表1 正交試驗因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.6 干酪功能特性測定

1.6.1 拉伸性測定

參考文獻[17]并稍作改動：用特制模具取長×寬×高為1.8 cm×1.8 cm×0.5 cm的均勻樣品，放置在直徑為12.5 cm的濾紙上；將其放入到已預(yù)熱的150℃烘箱內(nèi)，加熱2 min后取出；立即將測試鉤插入熔化的干酪中，固定濾紙；點擊拉伸儀控制上升的按鈕，測試鉤以500 mm/min的速度向上拉伸，直到干酪斷裂為止；記錄電腦上顯示的拉伸桿向上移動的距離即拉伸長度，精確至0.1 cm，以此表示干酪的拉伸性。每個樣品重復(fù)測定5次。

1.6.2 熔化性和油脂析出性測定

參考文獻[18]并稍作改動：用特制模具取長×寬×高為1 cm×1 cm×0.5 cm的均勻樣品，放置在直徑為12.5 cm的濾紙上；將其放入到已預(yù)熱的150℃烘箱內(nèi)，加熱7 min后取出；在濾紙上勾勒出干酪樣品的熔化區(qū)域（封閉曲線）和油圈區(qū)域（封閉曲線），分別測定干酪的熔化面積和油脂析出面積（精確到0.01 cm2），以此表示干酪的熔化性和油脂析出性。每個樣品重復(fù)測定3次。

1.7 干酪功能特性評分標準

參考RHB 507—2015《匹薩用拉絲性干酪感官評鑒細則》，結(jié)合Z干酪的功能特性，略作改動，對拉絲性干酪的功能特性進行評分。詳細評分標準見表2。

表2 拉絲性干酪功能特性評分標準Table 2 Functional properties scoring criteria for stretchability of cheese

1.8 干酪質(zhì)構(gòu)特性測定

參考文獻[19]并稍作改動，用特制模具取直徑為1 cm，高為1.4 cm的均勻圓柱體塊。取出樣品，放置在直徑為12.5 cm的濾紙上；之后將其放入到已預(yù)熱的150℃烘箱內(nèi)，加熱3 min后取出；將樣品置于質(zhì)構(gòu)儀平板上，進行質(zhì)構(gòu)測定。

具體參數(shù)為探針P36R，測試前探頭行進速度2 mm/s，測試中探頭行進速度1 mm/s，探頭返回的行進速度2 mm/s，壓縮比30%，兩次壓縮時間間隔5 s，觸發(fā)力10 g。每個樣品重復(fù)測定7次。

1.9 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理與作圖，SPSS軟件進行單因素方差分析，結(jié)果以平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 組分對Z干酪功能特性的影響

2.1.1 玉米醇溶蛋白添加量對Z干酪功能特性的影響

玉米醇溶蛋白添加量對Z干酪功能特性的影響見圖1，功能特性評分見圖2。

圖1 玉米醇溶蛋白添加量對Z干酪功能特性的影響Fig.1 Effect of zein addition on functional properties of Z cheese

圖2 不同玉米醇溶蛋白添加量的Z干酪功能特性評分Fig.2 Scores of functional properties of Z cheese with different zein addition

由圖1可知，在拉伸長度上，玉米醇溶蛋白添加量為1.5 g時，拉伸長度達到35.7 cm；玉米醇溶蛋白從2 g～5 g的添加量對拉伸長度的影響不大（P＞0.05），均超過25 cm。Z干酪可以被拉伸的原因在于水合玉米醇溶蛋白在高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的條件下，通過分子間相互作用彼此聯(lián)結(jié)，可形成具有延展性和黏彈性的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與天然馬蘇里拉干酪中的酪蛋白相似，隨著溫度的升高，玉米醇溶蛋白分子間的非共價相互作用只是減弱并沒有完全消失，高溫下玉米醇溶蛋白網(wǎng)絡(luò)軟化但仍具有延展性和黏彈性，使Z干酪可以被拉伸[7,20]。加熱過程中油脂的熔化會破壞蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，干酪的熔化面積與蛋白質(zhì)體系被破壞的程度相關(guān)[21]。隨著玉米醇溶蛋白添加量的增加，Z干酪的熔化面積先略微增大，添加量超過3 g（Z干酪中蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為37.5%）后，Z干酪熔化面積顯著減小。這可能是因為Z干酪中蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)超過37.5%后，會形成更緊密的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，加熱過程中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞的程度較小，蛋白質(zhì)體系發(fā)生的移動幅度小，干酪的流動性變差[22]。Z干酪的油脂析出面積隨著玉米醇溶蛋白添加量的增加而遞減。玉米醇溶蛋白添加量為1.5 g時Z干酪烘焙后出油嚴重，有研究認為可能是蛋白質(zhì)含量低，易崩塌的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)占比較大，油脂易從崩塌的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中釋放[19]。根據(jù)拉絲性干酪功能特性評分標準，對Z干酪進行打分，可知玉米醇溶蛋白添加量為3 g時的Z干酪功能特性評分最高，因此選擇玉米醇溶蛋白添加量2、3、4 g為正交試驗因素水平。

2.1.2 水添加量對Z干酪功能特性的影響

水添加量對Z干酪功能特性的影響見圖3，功能特性評分見圖4。

圖3 水添加量對Z干酪功能特性的影響Fig.3 Effect of water addition on functional properties of Z cheese

圖4 不同水添加量的Z干酪功能特性評分Fig.4 Scores of functional properties of Z cheese with different water addition

由圖3可知，隨著水添加量的增加，拉伸長度先增加后下降，水添加量為5 g時，拉伸長度達到37 cm。玉米醇溶蛋白網(wǎng)絡(luò)隨含水量的增大會發(fā)生一定的塑化，促進拉伸能力增強，但含水量過高Z干酪中蛋白質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)降低，蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成受到影響，進而影響拉伸長度[7-22]。隨著水添加量的增加，熔化面積呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，添加量為3 g或4 g時的熔化面積都較大（Z干酪中蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)分別為37.5%、33.3%），兩者之間無顯著性差異（P＞0.05）。這說明Z干酪中的蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)在33.3%至37.5%左右時，加熱過程中蛋白質(zhì)之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較易被破壞，使體系發(fā)生移動，賦予干酪良好的流動性。油脂析出面積隨著水添加量的增加而遞減，這可能是由于水添加量的增大使Z干酪中油脂的質(zhì)量分數(shù)降低。根據(jù)拉絲性干酪功能特性評分標準（表2），對Z干酪進行打分，可知水添加量為4 g時的Z干酪功能特性評分最高（見圖4），因此選擇水添加量3、4、5 g為正交試驗因素水平。

2.1.3 椰子油添加量對Z干酪功能特性的影響

椰子油添加量對Z干酪功能特性的影響見圖5，功能特性評分見圖6。

圖5 椰子油添加量對Z干酪功能特性的影響Fig.5 Effect of coconut oil addition on functional properties of Z cheese

圖6 不同椰子油添加量的Z干酪功能特性評分Fig.6 Scores of functional properties of Z cheese with different coconut oil addition

由圖5可知，拉伸長度隨著椰子油添加量的增加而遞減，椰子油添加量為0.5g時，拉伸長度最大為35.9cm，添加量為4.0g時的拉伸長度最小，但超過21cm。這可能是因為Z干酪中油脂質(zhì)量分數(shù)較低時，玉米醇溶蛋白分子間的相互作用較強，對抗拉伸的能力較強，因此干酪在拉伸過程中不易斷裂，拉伸性能高[19]；而油脂質(zhì)量分數(shù)較高時，在加熱過程中油脂對蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞變大，不利于拉伸[23]。熔化面積和油脂析出面積隨著椰子油添加量的增加遞增。這可能是由于油脂含量高，加熱過程中脂肪球趨向于發(fā)生合并，油脂易從崩塌的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中釋放、合并、并遷移到Z干酪的表面[17]，因此含油量過高會造成油脂的大量析出；而油脂含量過低，又會導(dǎo)致Z干酪的熔化性、成型性變差，表面被燒焦[24]。根據(jù)拉絲性干酪功能特性評分標準，對Z干酪進行打分，由圖6可知，椰子油添加量為1.0 g時的Z干酪功能特性評分最高，因此選擇椰子油添加量0.5、1.0、2.0 g為正交試驗因素水平。

2.2 Z干酪配方的優(yōu)化

Z干酪配方的優(yōu)化試驗結(jié)果如表3所示。

表3 正交試驗設(shè)計及試驗結(jié)果Table 3 Design and results of orthogonal test

采用極差分析法對正交表中的試驗結(jié)果進行分析，極差（R）大小反映該因素的水平變化對試驗影響大小[25]。由表3可知，以Z干酪的功能特性評分為考察指標時，各因素作用主次為C>A>B。所以C椰子油添加量是影響Z干酪最重要的因素，其次是玉米醇溶蛋白添加量。通過各因素水平均值可以看出影響功能特性的最佳水平，得到最佳配方組合為A2B1C3。按A2B1C3最佳組合進行驗證試驗，3次平行試驗可得Z干酪的烘焙后功能特性評分為87.4分，與表3中的正交試驗結(jié)果相符，即優(yōu)化后的最佳配方為玉米醇溶蛋白3 g，水3 g，椰子油2.0 g。

2.3 Z干酪與馬蘇里拉干酪的對比分析

根據(jù)正交試驗結(jié)果，用優(yōu)化后的配方制作Z干酪（記為Z0干酪）。兩組對照市售干酪分別為天然馬蘇里拉干酪（M干酪）和植物基馬蘇里拉干酪（PBM干酪）。

2.3.1 功能特性

Z0干酪與M干酪和PBM干酪功能特性的比較見圖7，功能特性評分見圖8。

圖7 Z0干酪與市售干酪功能特性的比較Fig.7 Comparison of functional properties between Z0 cheese and commercial cheeses

圖8 Z0干酪與市售干酪功能特性評分Fig.8 Scores of functional properties of Z0 cheese and commercial cheeses

由圖7可知，在拉伸長度上，Z0干酪與兩組市售干酪有顯著性差異（P＜0.05），Z0干酪、M 干酪、PBM 干酪的拉伸長度分別為27、18、2.5 cm。PBM干酪的拉伸長度最小，因為它幾乎不含蛋白質(zhì)，不能為干酪基質(zhì)提供用以拉伸的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在熔化面積上，Z0干酪與M干酪、PBM干酪也有顯著性差異（P＜0.05），Z0干酪的熔化面積最大，而M干酪因為脂肪球小且在酪蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中分布的更加均勻，與Z0干酪相比，加熱過程中脂肪破壞酪蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力低，因此熔化面積較小。PBM干酪加熱后淀粉糊化，因此具有一定的熔化性。M干酪具有最小的油脂析出面積，因其脂肪與酪蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的更加緊密，脂肪分布均勻，加熱過程中脂肪球合并的傾向小[19]。Z0干酪與PBM干酪的油脂析出面積較大，兩者之間無顯著性差異（P＞0.05）。Z0干酪是因為玉米醇溶蛋白的持油性較差，加熱后油脂易合并和析出，PBM干酪則是因為含油量較高。在馬蘇里拉干酪最重要的拉伸性和熔化性上，Z0干酪的性能更好。由圖8可知，Z0干酪的功能特性評分高于兩組市售馬蘇里拉干酪。

2.3.2 質(zhì)構(gòu)特性

Z0干酪與M干酪和PBM干酪質(zhì)構(gòu)特性的比較見表4。

表4 Z0干酪與市售干酪質(zhì)構(gòu)特性的比較Table 4 Comparison of texture properties between Z0 cheese and commercial cheese

干酪的硬度指使干酪變形所需要的力，由干酪中的非脂干物質(zhì)決定，主要由蛋白質(zhì)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)[23]。M干酪具有最高的硬度；Z0干酪的硬度更接近M干酪，這與Mattice等[16]的研究結(jié)果一致，即玉米醇溶蛋白能形成硬度和韌性較強的網(wǎng)絡(luò)；PBM干酪具有最低的硬度，這是因為它的主要成分是植物油和碳水化合物，幾乎不含蛋白質(zhì)，淀粉糊化形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)比較柔軟。干酪的黏著性指干酪表面和其它物體（舌、牙、口腔等）相互接觸后剝離它們所需要的力，其負號代表測試探頭受到的作用力方向向下，與大小無關(guān)[26]。Z0干酪與M干酪的黏著性無顯著性差異（P＞0.05）。干酪的內(nèi)聚性指形成干酪形態(tài)結(jié)構(gòu)所需的內(nèi)部結(jié)合力的大小，其外在表現(xiàn)是抗拉強度[26-27]。Z0具有最高的內(nèi)聚性，表明與M干酪相比Z0干酪形成的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密，使干酪保持完整性的能力更強。干酪的彈性指干酪在外力作用后其形狀的恢復(fù)能力。PBM干酪因淀粉糊化形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，因此具有高的彈性。干酪的膠黏性是干酪的整體屬性，是硬度與內(nèi)聚性的乘積。如上所述，Z0干酪的硬度和內(nèi)聚性都與M干酪接近，故二者膠黏性相近。干酪的咀嚼性指將干酪咀嚼成能夠吞咽的狀態(tài)所需要的能量，表示咀嚼過程中能量的整體消耗，與干酪的硬度和彈性有關(guān)[28]。Z0干酪與M干酪的咀嚼性較高，PBM干酪雖有很高的彈性，但因其硬度很低，所以咀嚼所消耗的能量很小。

Z0干酪與M干酪和PBM干酪質(zhì)構(gòu)特性的蛛網(wǎng)圖見圖9。

圖9 Z0干酪與市售干酪質(zhì)構(gòu)特性的蛛網(wǎng)圖Fig.9 Cobweb diagram of texture properties of Z0 cheese and commercial cheeses

由圖9可知，Z0干酪與M干酪的質(zhì)構(gòu)特性相近。PBM干酪與M干酪和Z0干酪沒有相似之處，PBM干酪除具有高彈性外，其他各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)值均最低，正是這種質(zhì)地使PBM干酪柔軟易咀嚼。

3 結(jié)論

以玉米醇溶蛋白為主要原料研究開發(fā)一種創(chuàng)新型植物基馬蘇里拉干酪，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，利用正交試驗確定了最佳配方為玉米醇溶蛋白3 g，水3 g，椰子油2.0 g即最優(yōu)配比為玉米醇溶蛋白∶水∶椰子油=3∶3∶2（質(zhì)量比）。結(jié)果表明，此配方生產(chǎn)的玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪拉伸長度為27 cm，分別是天然馬蘇里拉干酪和植物基馬蘇里拉干酪的1.4倍和10.8倍。玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪的功能特性得分為84.6，高于兩組市售馬蘇里拉干酪。玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪與天然馬蘇里拉干酪的質(zhì)構(gòu)特性相近，性能優(yōu)良。玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪制作無需發(fā)酵，生產(chǎn)周期短，利于工業(yè)化生產(chǎn)，是一種具有廣闊前景的新型素食拉絲干酪。