再制涂抹干酪生產(chǎn)用復配乳化鹽的優(yōu)化

蘇燕玲，劉 鷺，陳建行，孫顏君,2，張書文，蔣士龍，李健美，呂加平,*

(1.中國農業(yè)科學院農產(chǎn)品加工研究所，北京 100193；2.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100；3.黑龍江飛鶴乳業(yè)有限公司，北京 100016)

再制涂抹干酪生產(chǎn)用復配乳化鹽的優(yōu)化

蘇燕玲1，劉 鷺1，陳建行1，孫顏君1,2，張書文1，蔣士龍3，李健美3，呂加平1,*

(1.中國農業(yè)科學院農產(chǎn)品加工研究所，北京 100193；2.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100；3.黑龍江飛鶴乳業(yè)有限公司，北京 100016)

采用四分量二階單純形格子設計對檸檬酸三鈉、磷酸氫二鈉、三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉4種乳化鹽進行再制涂抹干酪復配優(yōu)化研究，探討各樣品的特性指標與混料因子之間的內在規(guī)律，得到再制涂抹干酪中乳化鹽的最佳配方為：檸檬酸三鈉、磷酸氫二鈉、三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉的質量比1:2:0:0；總添加量3.0%(m/m)，此時再制涂抹干酪的黏度達到最低，可溶性氮含量和pH值最高。

再制涂抹干酪；乳化鹽；單純形格子設計；黏度；可溶性氮；pH值

再制干酪(processed cheese)是以一種或者多種天然干酪為主要原料，經(jīng)過切割、粉碎、添加乳化鹽、加熱攪拌乳化、熱灌裝或成型而制成的產(chǎn)品。根據(jù)食品和藥品管理局的法規(guī)，再制干酪分為巴氏殺菌的再制干酪(pasteurized process cheese)、巴氏殺菌的再制干酪食品(pasteurized processed cheese food)和再制涂抹干酪(pasteurized process cheese spread)3類[1]。再制涂抹干酪具有含水量較高(40%～60%)，組織狀態(tài)呈流體狀等特點，而市售產(chǎn)品水分含量最高可達到73%，脂肪含量在10%～24%[2]。由于其具有氣味溫和，保藏性好及組織狀態(tài)均勻、細膩等優(yōu)點，再制涂抹干酪具有廣泛的應用領域。除了直接應用于涂抹食品佐餐外，再制涂抹干酪還可以作為干酪基料用于生產(chǎn)干酪粉或者其他干酪產(chǎn)品；而對于風味不足的再制涂抹干酪可加入外源蛋白酶和脂肪酶，進行酶改性干酪的制備[3]。因此，本研究的開展將為再制涂抹干酪和干酪粉的配方設計和開發(fā)提供參考。

再制涂抹干酪的穩(wěn)定性受很多因素影響，如天然干酪的種類及成熟期、融化pH值、乳化鹽的種類及添加量、工藝條件、固形物的含量和脂肪含量等。乳化鹽在再制涂抹干酪的生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。其主要作用為為：螯合天然干酪網(wǎng)狀結構中鈣，從而提高了酪蛋白的溶解性；使酪蛋白含有的極性(κ-酪蛋白)和非極性(疏水基團)部分可以同時與水相及油相相互作用、乳化，而實現(xiàn)蛋白與水和脂肪的結合；可以調節(jié)產(chǎn)品pH值[4]。常用的乳化鹽有磷酸鈉鹽和檸檬酸鈉鹽，單一乳化鹽易造成乳化不均一、用量大等缺點，因此在實際生產(chǎn)中，一般使用復配乳化鹽[5-6]。目前有關再制涂抹干酪中乳化鹽研究，往往是先通過單因素試驗確定各種乳化鹽的使用量，然后組合乳化鹽種類及其比例進行研究。實驗繁瑣且考察不全面。而單純形格子設計是混料設計中早先出現(xiàn)的、最基本的一種設計方案，主要應用于配方實驗設計。在組分之和為1的約束條件下，它可以保證實驗點分布均勻，而且計算簡單、準確，回歸系數(shù)只是相應格子點的響應值的簡單函數(shù)，具有設計模型簡單和方便等優(yōu)點，因而廣泛用于果凍、果茶、糕點、混配葡萄酒、飲料、巧克力等食品工業(yè)配料方面的研究[7-8]?；诖?，本研究通過單純形格子設計方法對再制涂抹干酪乳化鹽配方進行優(yōu)化，以期生產(chǎn)出所需要的再制涂抹干酪產(chǎn)品，從而為相關產(chǎn)品的開發(fā)提供一定的技術基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

Cheddar干酪(成熟期為7d，蛋白質25.64%、脂肪33.7%、水分37.0%) 北京三元食品股份有限公司。

乳化鹽(食品級)：檸檬酸三鈉、磷酸氫二鈉、三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉 大連科信化工有限公司；鹽酸、醋酸(分析純) 北京市化學試劑公司；五水合硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸(分析純) 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

RHG-10型干酪融化鍋 北京格美雙佳科技發(fā)展有限公司；LXJ-IIB型低速大容量多管離心機 上海安亭科學儀器廠；DELTA 320精密pH計 瑞士梅特勒-托利多股份有限公司；2300型全自動凱氏定氮儀 丹麥FOSS公司；MCR301安東帕高級旋轉流變儀 奧地利安東帕公司；DK-S24電熱恒溫水浴鍋 上海森信實驗儀器有限公司；YP2001電子天平 上海精密科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 物理化學特性分析

1.3.1.1 黏度測定

量取20mL樣品于流變儀的測定量筒中，設定測定溫度為80℃，剪切速率為5/s，開始以5s間隔讀數(shù)，共30次。取前20個點的平均值，作為樣品的黏度。

1.3.1.2 pH值測定

在常溫條件下，將樣品與蒸餾水按1:1比例混合，用精密pH計測定。

1.3.1.3 可溶性氮含量的測定

準確稱取樣品0.75g，加入25mL醋酸鹽緩沖液(pH4.6)，將樣品充分研磨，再用25mL緩沖液充分沖洗，懸浮液在4000r/min條件下離心20min，取上清液定量移入凱氏消化瓶中消化，進行凱氏定氮，并以占總氮的質量分數(shù)(%)表示。

1.3.2 試驗設計

1.3.2.1 單純形格子設計

采用四分量二階單純形格子設計對檸檬酸三鈉(TSC)、磷酸氫二鈉(DSP)、三聚磷酸鈉(STPP)和焦磷酸鈉(TSPP)4種乳化鹽進行優(yōu)化復配，考察不同乳化鹽配比組合對物料黏度、可溶性氮含量和pH值的影響見表1。再制涂抹干酪加工工藝參數(shù)為：乳化鹽比例3.0%(m/m)、加水量100mL/100g、乳化溫度80℃、乳化速率2000r/min、乳化時間20min。

表1 {4,2}單純形格子法混料試驗設計表Table1 {4,2} simplex lattice method for mixture experimental design

1.3.2.2 乳化鹽添加量設計

在混料單純形格子設計得出乳化鹽配比的基礎上，進行復配乳化鹽添加量研究。國外乳化鹽的最大添加量一般為3%，因此研究中選取3%作為乳化鹽添加量的上限[9]，進行5個水平復配乳化鹽添加量的研究。實驗點分別為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%，并考察了不同添加量對物料黏度、可溶性氮含量和pH值的影響。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用DPS 3.01進行Scheffe混料回歸分析，并作圖。用SPSS 15.0版ANOVA系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析(每個樣品重復3次)。

2 結果與分析

2.1 乳化鹽對再制涂抹干酪特性的影響

以黏度、可溶性氮含量和pH值作為考察指標，對檸檬酸三鈉、磷酸氫二鈉、三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉四因素通過單純形格子設計的10個配方組合進行試驗。結果表明乳化鹽的組成對黏度影響最為顯著。黏度是反映物料加工特性的一個指標，它表示非牛頓流體的流變特性[10]。為了簡化試驗，以黏度為指標，用DPS處理平臺對試驗結果進行Scheffe混料回歸分析方法，最終得到的回歸模型為：Y=0.7157X1＋0.2091X2＋0.6637X3＋0.6627X4-1.6084X1X2＋2.5172X1X3-1.6992X1X4＋9.6224X2X3-0.7X2X4＋4.2584X3X4(R2=0.9996)，且X1＋X2＋X3＋X4=1，X1≥0，X2≥0，X3≥0，X4≥0。

回歸模型的相關系數(shù)R=1，決定系數(shù)R2=0.9996，說明模型擬合良好。從表2可以看出，方程的擬和值與實際值很接近，說明回歸方程具有較好的預測性。

表2 單純形格子設計的試驗結果Table2 Results of simplex lattice experiments

由圖1各因素三維響應面圖可以看出，當檸檬酸鈉的所占比例一定時，黏度隨三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉所占比例增大而增加，但隨磷酸氫二鈉的變化趨勢不固定；當磷酸氫二鈉的所占比例一定時，黏度隨檸檬酸三鈉、三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉的比例增大而增加，且變化大小程度與磷酸氫二鈉所占的比例大小有關；當三聚磷酸鈉所占比例一定時，黏度隨檸檬酸三鈉和磷酸氫二鈉的比例增大而減小，隨焦磷酸鈉的變化不明顯；當焦磷酸鈉所占比例一定時，黏度隨三聚磷酸鈉比例增大而增加，隨檸檬酸三鈉和磷酸氫二鈉比例增大而減小，且變化程度與焦磷酸鈉所占比例有關?？傮w來說，三聚磷酸鈉的添加會使再制涂抹干酪的黏度呈上升趨勢，且所占比例越大，黏度越大。焦磷酸鈉對于黏度的影響不是很顯著，而檸檬酸三鈉和磷酸氫二鈉具有降低黏度的作用。由回歸模型及響應面直觀圖可以得到黏度最低時的優(yōu)化組合為：X1=0.3377，X2=0.6310，X3=0，X4=0.0313。參考國外文獻[11]報道及簡化工藝，將乳化鹽的復配比例調整為X1:X2:X3:X4=1:2:0:0，其模型黏度的預測值為0.0198Pa·s，實測值為0.0205Pa·s。

圖1 檸檬酸三鈉、磷酸氫二鈉、三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉交互作用對黏度的影響Fig.1 Interactive effects of TSC, DSP, STPP and TSPP on viscosity

2.2 復配乳化鹽添加量對再制涂抹干酪物化特性的影響

復配乳化鹽添加量為1.0%和1.5%，乳化效果較差。產(chǎn)品呈現(xiàn)油水分層，且有小顆粒存在。Marchesseau等[12]曾報道低pH值(4.8～5.2)往往會形成顆粒狀，不均一的再制干酪，且油脂易分離。因此上述現(xiàn)象可能由于乳化鹽的添加量降低，物料的pH值有可能接近酪蛋白的等電點，加劇蛋白聚合，從而使脂肪沒有較好的乳化導致乳化失敗[13]。另一方面也有可能由于所用原料為新鮮干酪，其完整酪蛋白含量很高，較低含量的乳化鹽不足以使酪蛋白分散從而形成均勻狀態(tài)?；诖私Y果，繼續(xù)考察2.0%、2.5%和3.0%共3個水平復配乳化鹽添加量對物料黏度、可溶性氮含量和pH值的影響。

2.2.1 復配乳化鹽添加量對黏度的影響

圖2 復配乳化鹽添加量對黏度的影響Fig.2 Effect of ES addition on viscosity

再制干酪的黏度大小與蛋白交聯(lián)程度及蛋白和脂肪的交聯(lián)度呈正相關。蛋白的水合作用越高，會減弱蛋白之間的交聯(lián)度。由圖2可知，隨著復配乳化鹽添加量升高，物料的黏度降低，反映出物料中蛋白的水合作用增加，從而使再制涂抹干酪具有更加均一的狀態(tài)。Purna等[14]研究了不同檸檬酸鈉的添加量(2.0%、2.5%、3.0%)對再制干酪食品黏度的影響，結果顯示，以成熟期短(2～6周)天然干酪制備的物料黏度隨著檸檬酸鈉添加量增加呈下降趨勢。由圖2可知，復配乳化鹽添加量為3.0%，其黏度最低，且差異顯著(P＜0.05)。因此選用復配乳化鹽添加量為3.0%。

2.2.2 復配乳化鹽添加量對可溶性氮含量的影響

圖3 復配乳化鹽添加量對可溶性氮含量的影響Fig.3 Effect of ES addition on soluble nitrogen

乳化鹽中的鈉離子通過與酪蛋白中的鈣離子交換，使蛋白的溶解性提高，因此由可溶性氮含量可以反映出乳化鹽的分離鈣的能力[15]。由圖3可知，可溶性氮含量隨著復配乳化鹽添加量升高而增加，其中復配乳化鹽添加量為3.0%時，可溶性氮含量達到3.78%，比添加量為2.0%的可溶性氮高出2倍，與2.5%添加量相比差異顯著(P＜0.05)。因此選擇復配乳化鹽的添加量為3.0%。

2.2.3 復配乳化鹽添加量對pH值的影響

圖4 復配乳化鹽添加量對pH值影響Fig.4 Effect of ES addition on pH

乳化鹽通過調整料液pH值，有助于料液中離子的交換，從而促進酪蛋白水合, 提高乳化性。Fox等[16]認為混料的pH值影響乳蛋白水合乳化進程，pH值越高越有利于水合乳化一致。由圖4可知，再制涂抹干酪的pH值隨著復配乳化鹽的添加量升高而增大，與可溶性氮含量趨勢相同，而與黏度的趨勢相反。在一定范圍內pH值增加時，未加熱的再制干酪的硬度和彈性隨之下降，但是加熱的再制干酪的流變性相應的增加，這些變化與蛋白水合度增加關[17]。通過多重比較分析，添加量為2.5%和3.0%對pH值影響差異不顯著(P＞0.05)。但是添加量為3.0%時，對黏度和可溶性氮含量影響較大，綜合考慮選擇復配乳化鹽的添加量為3.0%。

3 討 論

乳化鹽的種類有很多，主要包括檸檬酸鈉鹽和磷酸鈉鹽(正鹽、多聚磷酸鹽)。通常將檸檬酸鈉和磷酸鈉鹽結合使用，除了它們能形成理想的功能特性外，磷酸鹽還具有一定的抑菌特性。在美國，用于再制干酪生產(chǎn)的乳化鹽主要是檸檬酸三鈉和磷酸氫二鈉。它們屬于與鈣結合較弱的乳化鹽，從而提供較弱的乳化，可以產(chǎn)生非常柔軟、易熔化的干酪和干酪醬[18]。實際生產(chǎn)中一般都不是使用的單一乳化鹽，而是幾種乳化鹽按照一定比例組合，才能達到最終產(chǎn)品所需要的效果。而所選乳化鹽的種類及其配比與產(chǎn)品組成及性能要求密切相關。Sádlíková等[19]考察了幾種磷酸鈉鹽及多聚磷酸鈉和磷酸氫二鈉組合及多聚磷酸鈉和焦磷酸鈉組合對再制干酪流變性的影響，結果表明了正磷酸鈉制備的再制干酪質地較軟，而多聚磷酸鈉制備的再制干酪質地較硬。陳歷水等[20]研究了幾種乳化鹽及復合鹽對干酪漿黏度、可溶性氮和pH值及干酪粉品質的影響，結果表明三聚磷酸鈉和檸檬酸鈉(1:1)組合效果最佳。El-Bakry等[11]研究了不同配比的檸檬酸鈉和磷酸氫二鈉對仿制干酪蛋白水合和脂肪乳化的影響，結果顯示，磷酸氫二鈉在加工初期(2min內)具有較低的蛋白分散性，但是在較高溫度條件下(＞70℃)，其乳化效果要優(yōu)于檸檬酸鈉；并且隨著磷酸氫二鈉的比例增加，脂肪球變大，而硬度降低。

乳化鹽的添加量受多方面的影響，如產(chǎn)品組成成分(干酪的成熟度、水分含量、脂肪含量)、加工工藝及產(chǎn)品的要求等。一般來說所用干酪的成熟期越短，含有完整酪蛋白含量越高，所需乳化鹽的添加量越高。Thomas等[15]在混合鹽的研究中，添加磷酸二鈉、二磷酸四鈉、三磷酸五鈉、磷酸三鈉或等量的鏈式磷酸鈉和磷酸四鈉生產(chǎn)再制干酪，添加比例為3%。這些再制涂抹干酪的可接受性大致相同。與本實驗的結果相符。謝躍杰[21]在研究再制切片干酪加工過程中的參數(shù)模型時，結果表明新鮮干酪添加比例、乳化鹽添加比例、乳化溫度和乳化速率分別為：60%、1.5%、90℃、1200r/min，此時切片再制干酪達到最好狀態(tài)。其乳化鹽添加量較低，一方面由于所選天然干酪中既有新鮮干酪又有成熟干酪；另一方面，其產(chǎn)品為需要一定硬度要求切片干酪。

不同的乳化鹽配比及添加量(2%～3%)條件下的再制涂抹干酪都具有均一的組織狀態(tài)，但是其物化特性有差異。因此，在實際生產(chǎn)中，可以通過優(yōu)化乳化鹽配方的方法來改善最終產(chǎn)品的性狀。

4 結 論

通過單純形格子設計對檸檬酸三鈉、磷酸氫二鈉、三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉4種乳化鹽進行配比優(yōu)化，確定檸檬酸三鈉、磷酸氫二鈉、三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉的質量比為1:2:0:0，復配乳化鹽添加量為3.0%，黏度較低，可溶性氮和pH值較高，乳化效果理想。但在后續(xù)的再制干酪乳化鹽的配方優(yōu)化的研究中，應從產(chǎn)品的需求和人體健康兩方面出發(fā)，在確定的復配乳化鹽配方的基礎上，盡可能減少總鈉鹽的添加量。

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Optimization of Mixed Emulsifying Salts in Processed Cheese Spreads

SU Yan-ling1，LIU Lu1，CHEN Jian-hang1，SUN Yan-jun1,2，ZHANG Shu-wen1，JIANG Shi-long3，LI Jian-mei3，L? Jia-ping1,*
(1. Institute of Agro-food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China；2. College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China；3. Heilongjiang Feihe International Inc., Beijing 100016, China)

The {4,2} simplex lattice method was used to optimize mixed emulsifying salts of trisodium citrate, disodium hydrogen phosphate, sodium tripolyphosphate and tetrasodium pyrophosphate in processed cheese spreads, and the relationship between product properties and mixed factors was discussed. The results indicated that the ingredient proportion of trisodium citrate, disodium hydrogen phosphate, sodium tripolyphosphate and tetrasodium pyrophosphate in mixed emulsifying salts was 1:2:0:0, and the total amount of mixed emulsifying salts was 3.0%. Under the optimal conditions, the viscosity of the resulting product reached the lowest level, but the soluble nitrogen and pH revealed the highest level.

processed cheese spread；emulsifying salt (ES)；simplex lattice method；viscosity；soluble nitrogen；pH

TS252.53

A

1002-6630(2013)18-0001-05

10.7506/spkx1002-6630-201318001

2012-08-18

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2011BAD09B02)；國家國際科技合作與交流專項(010S2012ZR0302)

蘇燕玲(1988—)，女，碩士研究生，研究方向為乳品微生物。E-mail：suyanling504387617@126.com

*通信作者：呂加平(1963—)，男，研究員，博士，研究方向為食品微生物與發(fā)酵和乳品科學。E-mail：lvjp586@vip.sina.com