響應面法優(yōu)化核桃鮮奶酪發(fā)酵工藝

摘要：以去皮核桃仁和鮮牛乳為原料制備核桃鮮奶酪，通過單因素試驗和響應面法優(yōu)化發(fā)酵工藝，同時對鮮奶酪的質(zhì)構(gòu)、理化指標和微生物指標進行測定。研究結(jié)果表明最優(yōu)工藝條件為核桃漿添加量30%、蔗糖添加量6%、菌種添加量0.86%、凝乳酶添加量1.69%、發(fā)酵溫度35 ℃、發(fā)酵時間4 h，在此條件下制備的核桃鮮奶酪的感官評分最高，核桃鮮奶酪組織狀態(tài)較好，質(zhì)地均勻，核桃與牛奶香味濃郁，口感較好；產(chǎn)品的微生物指標均符合國標，具有較好的食用品質(zhì)，對豐富核桃加工產(chǎn)品具有積極的促進作用。

關(guān)鍵詞：核桃；鮮奶酪；響應面；質(zhì)構(gòu)

中圖分類號：TS201.1""""" 文獻標志碼：A"""" 文章編號：1000-9973（2024）12-0105-06

Optimization of Fermentation Process of Walnut Fresh Cheese by Response Surface Methodology

LI Xi-ming1，2，3， LI Ling-fei1，2，3*， WEN Yan-long1，2，3， ZHANG Chao1，

YANG Xue-ying1， MA Shu-yun1，2，3， TIAN Yang1，2，3，4

（1.College of Food Science and Technology， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201，

China; 2.Engineering Research Center for the Development and Utilization of Food and

Medicine Homologous Resources，" Ministry of Education， Yunnan Agricultural

University， Kunming 650201， China; 3.Yunnan Key Laboratory of Precision

Nutrition and Personalized Food Manufacturing， Yunnan Agricultural

University， Kunming 650201， China; 4.Pu'er University，

Pu'er 665000， China）

Abstract： Peeled walnut kernels and fresh milk are used as the raw materials to prepare walnut fresh cheese. The fermentation process is optimized through single factor test and response surface methodology. At the same time， the texture， physicochemical indexes and microbiological indexes of fresh cheese are determined. The results show that the optimal process conditions are walnut pulp addition amount of 30%， sucrose addition amount of 6%， strain addition amount of 0.86%， chymosin addition amount of 1.69%， fermentation temperature of 35 ℃ and fermentation time of 4 h. Under these conditions， the prepared walnut fresh cheese has the highest sensory score， good tissue state， uniform texture， rich flavor of walnut and milk and good taste. The microbiological indexes of the product are all in line with the national standard， indicating that the product has good edible quality. This study has a positive promoting effect on enriching walnut processing products.

Key words： walnut; fresh cheese; response surface; texture

收稿日期：2024-05-17

基金項目：云南省省市一體化專項（202302AN360002）;云南省重大科技專項計劃項目（202102AE090027-2）；云南科技特派團項目（202204BI090014）

作者簡介：李曦明（1998—），男，碩士，研究方向：園藝產(chǎn)品貯藏與加工。

*通信作者：李凌飛（1979—），女，教授，博士，研究方向：食品微生物資源與利用、食品成分功效評價。

奶酪也稱干酪、乳酪，是動物鮮乳在發(fā)酵劑與凝乳酶的作用下凝固，再排去乳清壓榨成型，發(fā)酵成熟的乳制品。奶酪中富含蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸等營養(yǎng)成分，營養(yǎng)價值極高［1-3］。制作1 kg奶酪大約需要10 kg生乳［2］，因此，奶酪又被稱為“奶黃金”［4］。現(xiàn)在市場上的奶酪類型可以根據(jù)所使用的動物奶、制造方法、硬度、脂肪含量、發(fā)酵方式的不同分為牛奶奶酪、羊奶奶酪、新鮮奶酪、乳清奶酪、拉伸型奶酪、軟奶酪、中軟奶酪、中硬奶酪、硬質(zhì)奶酪等類型［5-9］。近年來，我國消費者對奶酪制品的需求量也逐年提高。

核桃又稱胡桃、羌桃，屬胡桃科核桃屬植物［10］。核桃風味獨特、營養(yǎng)豐富，核桃仁中含有人體所需的8種必需氨基酸［11-13］，且富含鉀、鈣、鎂等礦物質(zhì)和鋅、錳、鐵等微量元素及維生素E，具有很好的醫(yī)療保健作用［14-19］。如今，我國核桃主要分布在云南、新疆、河北、陜西等地，其中云南省的核桃種植面積和總產(chǎn)量均最高［10，20］，核桃產(chǎn)業(yè)具有廣闊的市場前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?。然而，目前國?nèi)外關(guān)于發(fā)酵型核桃鮮奶酪、核桃特色鮮奶酪的研究較少，市場上核桃鮮奶酪的種類單一，品質(zhì)有待提高。因此，本研究以核桃仁和鮮牛乳為原料，研究核桃鮮奶酪的最佳制備工藝，以期豐富市場上奶酪的種類，提高云南特色農(nóng)副產(chǎn)品深加工的深度。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

核桃（無機械傷、無霉爛）：市售;牛乳：內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司;發(fā)酵劑（保加利亞乳桿菌Lactobacillus bulgaricus、嗜熱鏈球菌Streptococcus thermophilus、干酪乳桿菌Lactobacillus casei、羅伊氏乳桿菌Lactobacillus reuteri）：中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心（China Center of Industrial Culture Collection，CICC）;凝乳酶：上海楓未實業(yè)有限公司;蔗糖：昆明裕泰興商貿(mào)有限責任公司。

1.2 儀器與設備

400Y粉碎機 永康市鉑歐五金制品有限公司;KG-SX-700高壓滅菌鍋 日本Tomy Digital Biology公司;JYL-Y6磨漿機 九陽股份有限公司;GYB60-6SX高壓均質(zhì)機 上海東華高壓均質(zhì)機廠;LRH-250智能生化培養(yǎng)箱 鄭州生元儀器有限公司;TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國超技儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 核桃鮮奶酪工藝流程及操作要點

1.3.1.1 工藝流程

干核桃仁→清洗去皮→磨漿→核桃乳→添加鮮牛乳→配料（添加蔗糖）→均質(zhì)→殺菌→接種發(fā)酵→添加凝乳酶→靜置凝乳→排乳清→冷藏→成品。

1.3.1.2 操作要點

核桃漿制備：將去皮的核桃仁倒入磨漿機中進行磨漿，料液比1∶3；均質(zhì)：在20 MPa 均質(zhì)壓力下均質(zhì)20 min；接種發(fā)酵：均質(zhì)冷卻后，將保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、干酪乳桿菌、羅伊氏乳桿菌按1∶1∶1∶1的比例復配后進行發(fā)酵；添加凝乳酶：接種完后按一定比例添加凝乳酶，攪拌均勻。

1.3.2 單因素試驗

固定蔗糖添加量為6%、發(fā)酵劑添加量為0.6%、發(fā)酵溫度為40 ℃、發(fā)酵時間為6 h、凝乳酶添加量為1.5%，分別測定核桃漿添加量為10%、20%、30%、40%、50%時對制備的核桃鮮奶酪感官評分的影響。在此基礎(chǔ)上，以感官評分為評價指標，依次考察蔗糖添加量（2%、4%、6%、8%、10%）、菌種添加量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、發(fā)酵溫度（30，35，40，45，50 ℃）、發(fā)酵時間（2，4，6，8，10 h）、凝乳酶添加量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）對核桃鮮奶酪感官評分的影響。

1.3.3 響應面法優(yōu)化

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，固定核桃漿添加量為30%、蔗糖添加量為6%、發(fā)酵溫度為35 ℃，選取菌種添加量、發(fā)酵時間、凝乳酶添加量為考察因素，以感官評分為響應值，采用Box-Behnken中心組合設計原理進行三因素三水平試驗，以獲得最佳發(fā)酵工藝條件，核桃鮮奶酪優(yōu)化試驗因素與水平見表1。

1.3.4 感官評價

由10名食品專業(yè)人員組成感官評價小組對核桃鮮奶酪的色澤、氣味、口感、組織狀態(tài)進行評價，評價標準見表2。

1.3.5 核桃鮮奶酪質(zhì)構(gòu)分析

用質(zhì)構(gòu)儀對分割成1 cm3的核桃鮮奶酪的硬度、彈性、黏著性、凝聚性和咀嚼性進行測定；探頭測試速率為1 mm/s，下降速率為2.0 mm/s，壓縮比為50%，觸發(fā)力為0.2 N，探頭回程速率為2.0 mm/s，探頭類型為P/36R［21-23］。

1.3.6 核桃鮮奶酪理化指標和微生物指標的測定

核桃鮮奶酪中蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、水分含量和灰分含量分別參照國標GB 5009.5—2016中凱氏定氮法、GB 5009.6—2016中索氏抽提法、GB 5009.3—2016中直接干燥法、GB 5009.4—2016中食品中灰分的測定方法進行測定。

菌落總數(shù)、霉菌、酵母菌、大腸菌群、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌和單核細胞增生李斯特氏菌分別參照GB 4789.2—2022《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定》、GB 4789.15—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母計數(shù)》、GB 4789.3—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸菌群計數(shù)》中大腸菌群平板計數(shù)法、GB 4789.4—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 沙門氏菌檢驗》、GB 4789.10—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 金黃色葡萄球菌檢驗》、GB 4789.30—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 單核細胞增生李斯特氏菌檢驗》進行測定。

1.3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析，使用GraphPad Prism 9軟件進行制圖，P＜0.05表示具有顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

核桃漿添加量、蔗糖添加量、菌種添加量、凝乳酶添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間各單因素的試驗結(jié)果見圖1。

由圖1中A可知，感官評分隨著核桃漿添加量的增加先逐漸上升后下降，當核桃漿添加量為30%時，核桃鮮奶酪的口感更豐富，核桃的香味更濃郁，感官評分最高，故將30%確定為最佳的核桃漿添加量。由圖1中B可知，當蔗糖添加量為6%時感官評分最高。由圖1中C可知，隨著菌種添加量的增加，核桃鮮奶酪的凝乳效果更好，質(zhì)構(gòu)緊密，當菌種添加量為0.8%時感官評分達到最高。凝乳酶的添加對核桃鮮奶酪的感官評分影響較大，凝乳酶添加量太少會導致凝乳強度差。蛋白和脂肪等成分隨著乳清排出，產(chǎn)率降低。由圖1中D可知，當凝乳酶添加量為1.5%時核桃鮮奶酪的質(zhì)構(gòu)緊密、軟硬適中、口感較好。由圖1中E和F可知，當發(fā)酵溫度為35 ℃、發(fā)酵時間為4 h時核桃鮮奶酪整體感官品質(zhì)較好，因此，選擇核桃漿添加量30%、蔗糖添加量6%、菌種添加量0.8%、凝乳酶添加量1.5%、發(fā)酵溫度35 ℃、發(fā)酵時間4 h作為最佳條件。

2.2 響應面優(yōu)化試驗結(jié)果

2.2.1 響應面試驗設計方案和結(jié)果

優(yōu)化試驗共17組，每組試驗重復3次，試驗設計方案和結(jié)果見表3。

2.2.2 回歸模型的方差分析

回歸模型的方差分析見表4。

由表4可知，回歸模型的F值為7.58，P值為0.007 1（＜0.01），說明回歸模型極顯著；失擬項的F值為0.1，P值為0.953 4（＞0.05），說明未知因素對結(jié)果的影響非常小，此模型的準確性較高。模型的決定系數(shù)R2=0.906 9，表明該模型能較好地反映各因素與感官評分之間的關(guān)系。通過回歸系數(shù)的絕對值分析了各因素對感官評分的影響，一次項C、二次項B2、C2對感官評分的影響極顯著（P＜0.01）。由F值可知，各因素對感官評分的影響大小為C（凝乳酶添加量）＞B（發(fā)酵時間）＞A（菌種添加量）。采用Design-Expert 8.0.6.1軟件對數(shù)據(jù)進行二次多項式回歸擬合，得到感官評分對A（菌種添加量）、B（發(fā)酵時間）、C（凝乳酶添加量）的回歸模型方程：Y=86.40+0.38A+0.63B+1C－0.25AB－0.53AC－0.76BC－0.58A2－1.58B2－1.32C2。

2.2.3 響應面分析

運用Design-Expert 8.0.6.1軟件得到響應值的3D曲面圖，分析各因素對感官評分的影響及各因素間的交互作用，見圖2。響應面圖能直觀反映各因素與響應值之間的關(guān)系，響應曲面坡度代表了響應值對處理條件變化的敏感度。

由圖2可知，凝乳酶添加量的變化對感官評分的影響比發(fā)酵時間和菌種添加量的影響大。等高線的形狀反映各因素交互作用是否顯著，當?shù)雀呔€呈橢圓形時，表明兩個因素之間的交互作用顯著；當?shù)雀呔€呈圓形時，表明兩個因素之間的交互作用不顯著。

凝乳酶添加量、發(fā)酵時間、菌種添加量三者之間存在顯著的交互作用，其等高線表現(xiàn)為明顯的橢圓形。綜上所述，各變量交互作用對感官評分影響的主次順序為C（凝乳酶添加量）gt;B（發(fā)酵時間）＞A（菌種添加量）。

2.2.4 最優(yōu)工藝條件的確定

根據(jù)模型的預測值，通過響應面優(yōu)化得到核桃鮮奶酪制備的最佳工藝條件為菌種添加量0.86%、發(fā)酵時間4.35 h、凝乳酶添加量1.69%，此時感官評分為86.60分?？紤]到試驗的可行性，將工藝條件調(diào)整為菌種添加量0.86%、發(fā)酵時間4 h、凝乳酶添加量1.69%，在該條件下進行3組平行試驗，結(jié)果表明，3次驗證試驗測得核桃鮮奶酪的感官評分平均值為86.51分，與預測值相差0.10%，表明基于響應面優(yōu)化得到的核桃鮮奶酪的最佳工藝條件是可行的，具有實用價值［22］。

2.3 核桃鮮奶酪的感官評價

核桃鮮奶酪的感官評價結(jié)果見表5。

由表5可知，在最優(yōu)工藝條件下制備的核桃鮮奶酪的感官評價總分為（86.60±3.06）分，呈均勻的乳白色，具有濃郁的核桃和牛奶的香氣與滋味，組織狀態(tài)較好，質(zhì)地軟硬適中。

2.4 核桃鮮奶酪的質(zhì)構(gòu)分析

采用質(zhì)構(gòu)剖面分析模擬牙齒運動，分析奶酪的質(zhì)構(gòu)特性。通過往復兩次壓縮咬切食品形成的曲線，實現(xiàn)對奶酪質(zhì)構(gòu)指標準確和快速量化［24-25］。核桃鮮奶酪的質(zhì)構(gòu)分析見表6。

由表6可知，核桃鮮奶酪的質(zhì)構(gòu)較好、軟硬適中，具有較好的咀嚼性，能滿足不同消費者的口感需求。

2.5 核桃鮮奶酪的理化和微生物指標測定

由表7可知，核桃鮮奶酪的蛋白質(zhì)含量為10.73%，脂肪含量為7.43%，水分和灰分含量分別為79.41%、1.28%，菌落總數(shù)為2.35×108 CFU/g，霉菌、酵母菌、大腸菌群、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、單核細胞增生李斯特氏菌均未檢出，產(chǎn)品符合國家標準。

3 結(jié)論

本研究通過單因素試驗和響應面試驗優(yōu)化核桃鮮奶酪的工藝條件：核桃漿添加量為30%，蔗糖添加量為6%，菌種添加量為0.86%，凝乳酶添加量為1.69%，發(fā)酵溫度為35 ℃，發(fā)酵時間為4 h。在該條件下制備的核桃鮮奶酪凝乳色澤和氣味佳，質(zhì)地均勻，感官品質(zhì)佳；產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量為10.73%，脂肪含量為7.43%，菌落總數(shù)為2.35×108 CFU/g，理化和微生物指標均符合國標，食用品質(zhì)較好。該研究制備的核桃鮮奶酪是由核桃與鮮牛奶制成的一款特色鮮奶酪，具有核桃的清香和牛奶的乳香，口感佳，營養(yǎng)豐富，符合消費者的需求，具有較好的市場前景，可以豐富核桃系列產(chǎn)品，對核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有一定的促進作用。

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