氯化鈉添加量對Cheddar干酪品質和介電特性的影響

范貴生，高攀雲(yún)，朱思捷

（1.內蒙古農業(yè)大學食品科學與工程學院，內蒙古 呼和浩特 010018；2.內蒙古蒙元寬食品有限公司，內蒙古 巴彥淖爾 015000）

氯化鈉添加量對Cheddar干酪品質和介電特性的影響

范貴生1，高攀雲(yún)2，朱思捷1

（1.內蒙古農業(yè)大學食品科學與工程學院，內蒙古 呼和浩特 010018；2.內蒙古蒙元寬食品有限公司，內蒙古 巴彥淖爾 015000）

以不同氯化鈉（NaCl）添加量（0%、1%、2%、3%）的切達干酪（Cheddar cheese）為材料，對其90 d成熟期內的理化指標和成熟變化進行質構特性分析和介電特性測試，研究NaCl添加量對切達干酪成熟發(fā)育的影響。結果表明，NaCl添加量對干酪的理化指標有顯著影響。NaCl添加量增加，干酪水分含量和水分活度下降、脂肪含量增加，并具有顯著的相關性。低添加量NaCl對干酪成熟度的促進作用明顯高于高添加量， NaCl添加量為1%、2%對干酪蛋白水解為指標的成熟度有顯著加速作用；高NaCl添加量（3%）對干酪成熟過程的蛋白質水解有顯著的抑制作用；切達干酪相對介電常數(shù)與NaCl的添加量無顯著的相關性，而干酪介電損耗因子隨NaCl添加量的增加而上升。并且，NaCl添加量對切達干酪成熟期內的硬度、咀嚼性有顯著影響。

Cheddar干酪；NaCl添加量；品質；介電特性

范貴生, 高攀雲(yún), 朱思捷. 氯化鈉添加量對Cheddar干酪品質和介電特性的影響[J]. 食品科學, 2017, 38(11): 40-45. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711007. http://www.spkx.net.cn

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Cheddar干酪屬于質構干酪的一種。其加工工藝與其他干酪最大的不同在于乳清排除之后，干酪凝塊經過質構化這一特殊工藝來賦予干酪特定的結構和質地。

Cheddar干酪中添加無機鹽的目的是改善風味，有掩蓋干酪成熟中蛋白質分解產生的苦味肽的作用，還能影響干酪凝塊的脫水作用、促進乳清的排放、控制干酪的水分含量和最終硬度、抑制微生物生長、調節(jié)乳酸菌的和酶的活力[1]。故在干酪中添加適量的NaCl可以調節(jié)乳酸菌分解乳糖、控制干酪成熟時的酸度，從而影響蛋白質的水解及其結構、蛋白質網(wǎng)絡的水合作用和酪蛋白中鈣-副酪蛋白-磷酸鹽的相互作用[2-4]，最終影響Cheddar干酪的品質特征。

本實驗采用凝塊加鹽的方法，將干酪凝塊徹底打碎后添加不同質量分數(shù)（0%、1%、2%、3%）的NaCl，使得干酪凝塊與無機鹽混合充分，避免干酪局部NaCl含量不均的問題。

國內關于干酪及其他食品介電特性的研究多集中在頻率、溫度，對食品質構特性的研究多集中于農產品方面，而對干酪介電和質構特性的研究仍然處于起步階段。例如在實際生產中，利用水分在農產品中的變化與介電特性參數(shù)的相關性來表達物料的物理特性、控制生產加工過程、檢測果蔬內部品質等。本實驗通過對干酪介電特性與質構特性的研究，分析NaCl添加量與介電特性參數(shù)和質構特性參數(shù)之間的關系，為干酪快速無損的品質評價、基礎成分預測技術開發(fā)提供新思路和方法，為干酪品質的快速監(jiān)控及無損檢測基礎成分提供技術與理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮原料乳購于內蒙古益得神牛乳業(yè)公司，具體成分及物理指標為：蛋白質含量3.04%、脂肪含量2.98%、非脂乳固體含量8.32%、乳糖含量4.76%，比重1.0308，冰點－0.509，酸度1.6°T。

直投式發(fā)酵劑（R-704）、凝乳酶（活力1∶10 000）丹麥科漢森公司；NaCl（無碘天然湖鹽） 中國鹽業(yè)總公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

DAK-12介電特性測試儀 施比雅克貿易（上海）有限公司；DHG-9013A鼓風干燥箱、FA2104A電子天平（精度0.000 1 g） 上海精密科學儀器公司；TMS-Pro質構儀 北京盈盛恒泰科技有限責任公司；KyD-9830半自動凱氏定氮儀 北京通潤源機電技術有限責任公司；Hygrolab2/3四通道臺式水分活度儀 東競市塘廈精工儀器廠；PHS-3B酸度計 上海雷磁儀器廠；電子天平海天平儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 Cheddar干酪制作工藝

[5-6]的方法。新鮮原料乳→巴氏殺菌（63 ℃、30 min）→冷卻至30～35 ℃→添加直投式發(fā)酵劑→添加氯化鈣（質量分數(shù)0.02%）→添加直投式凝乳酶→凝乳→切割→靜置→加溫攪拌（每3～5 min升高1 ℃直至40 ℃）→保持熱攪拌（45 min）→排除乳清→堆釀（每隔15 min翻轉一次，共7 次）→切割→加NaCl （干酪成品質量的0%、1%、2%、3%）→裝?！鷫赫ァ婵瞻b→成熟（4 ℃冰箱貯藏，成熟90 d）。

1.3.2 指標測定

干酪水分測定：參考GB/T 5009.3—2010《食品安全國家標準 食品中水分的測定》。水分活度（aw）測定：準確稱取1.00 g待測干酪樣品，均勻切碎，用水分活度儀測定干酪的水分活度。

干酪鹽分測定：采用硝酸銀溶液、硫氰酸銨溶液滴定法[6]。

干酪成熟期間pH值測定：取10 g待測干酪樣品，充分研磨后用蒸餾水定容至100 mL的容量瓶內，用pH計測定干酪pH值。

可溶性氮含量測定（pH 4.6）：準確稱取0.75 g 待測干酪樣品，充分研磨加入50 mL（pH 4.6）的醋酸鹽緩沖溶液，懸浮液4 000 r/min離心20 min，取上層清液定量移入凱氏消化瓶，進行微量凱氏定氮[7-8]實驗，以最終占干酪總氮量百分比表示?？扇苄缘繙y定（采用12%三氯乙酸（trichlorid acetic acid，TCA））：準確稱取1.5 g待測干酪樣品，充分研磨后加入50 mL質量分數(shù)12%的TCA溶液，將懸浮液4 000 r/min離心20 min，取上清液定量移入凱氏消化瓶，進行微量凱氏定氮實驗，以占干酪總氮量的百分比表示。

介電特性參數(shù)測定：將Cheddar干酪樣品，切成3.0 cm×3.0 cm×0.5 cm的長方體，放入干燥器，保持水分恒定。實驗時，將樣品與介電測試儀探頭直接接觸，測試介電特性參數(shù)。

質構特性測定參考文獻[9-12]，采用質構特性分析（texture profile analysis，TPA）法對干酪的質地特性進行測定分析。用特制取樣器將干酪樣品切割為直徑2.0 cm、高3 cm的圓柱形樣品，至于探頭正中心下方，供TPA用。選用P100探頭，測前、測中、測后速率分別為1.0、0.5、0.5 mm/s，應變25%。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

采用Excel軟件繪制圖表，SPSS軟件進行相關性、方差分析。

2 結果與分析

2.1 NaCl添加量對Cheddar干酪理化指標的影響

表1 NaCl添加量對Cheddar干酪理化指標的影響（x±s）Table 1 Effect of NaCl addition on physicochemical indexes of Cheddar cheese (x±s)

表2 NaCl添加量與Cheddar干酪理化指標的相關性分析Table 2 Correlation analysis between NaCl addition and Cheddar cheese physicochemical parameters

由表1、2可知，NaCl添加量與干酪中NaCl含量顯著相關，隨著NaCl添加量的增多，干酪中NaCl含量從0.061%上升到0.282%；與干酪中水分含量有顯著相關性，隨著NaCl添加量的增大，干酪中水分含量從40.058%下降到35.680%；與干酪中的脂肪含量極顯著相關，隨著NaCl添加量的增加，干酪中脂肪含量從21.543%上升到29.962%，有資料顯示Cheddar干酪中脂肪含量與水分含量呈反比[5]；與干酪中的蛋白質含量無顯著相關性，其中蛋白質的質量分數(shù)穩(wěn)定在25%左右。這是由于干酪中的NaCl的擴散系數(shù)與其添加量有關，但是隨著NaCl添加量的增加，NaCl吸收率下降而含量增加，但并不會呈線性關系增加。干酪中NaCl含量越高，乳清排出越快，排出量也越多，而大量乳清排出的同時會帶走更多的鹽分和水分。這就導致隨著NaCl添加量的增加，干酪中NaCl的含量呈非線性關系增加，水分含量下降。而水分含量的下降也會影響NaCl的吸收和擴散，使得其他成分的含量升高[13]。NaCl添加量對干酪的pH值影響顯著，在干酪的鹽化過程中，Na＋會取代干酪中的H＋，故隨著干酪中NaCl添加量的升高，干酪的pH值會隨之變化。一般Cheddar干酪的成熟pH值應該保持在5.2～5.6之間，確保足夠的Ca＋和H＋交換鍵連接足夠多的Na＋，使得干酪在成熟期內組織狀態(tài)良好。pH值過低，會導致干酪過硬、過脆，pH值過高，會導致干酪過軟、失形。NaCl添加量對干酪aw的影響顯著，由于干酪的aw受其水分含量的影響而逐漸下降[14-15]。

2.2 NaCl添加量對干酪成熟度的影響

Cheddar干酪在成熟期間發(fā)生的化學反應中，蛋白質的水解是最復雜也是最重要的。它主要影響干酪的質構，包括硬度、黏度、彈性等[16]。干酪成熟度的測定方法有很多，本實驗采用pH 4.6水溶性氮和12% TCA兩種方法。在pH 4.6的緩沖溶液中，可溶性氮主要是由凝乳酶的作用而產生的，而乳清蛋白和 胨也可以溶解，但產量很少。質量分數(shù)為12%的TCA溶液可以沉淀幾乎所有的縮氨酸。而NaCl通過對干酪中發(fā)酵劑、乳酸菌等的生長進行調節(jié)，進而控制蛋白酶水解活性來影響干酪成熟過程中蛋白質等的水解[17]。

分別取成熟0、15、30、45、60、90 d不同NaCl添加量的干酪樣品，測其pH 4.6和12% TCA條件下的可溶性氮含量，并作方差分析，結果見表3。

表3 NaCl添加量對不同成熟度Cheddar干酪蛋白水解影響的方差分析Table 3 Analysis of variance (ANOVA) for the effect of NaCl addition on Cheddar cheese protolysis

由表3可知，在90 d的成熟期中NaCl添加量對干酪的pH 4.6和12% TCA條件下的可溶性氮含量有顯著影響。由圖1可知，在成熟前期蛋白質水解速率較快，后期速率較緩慢。與未添加NaCl的干酪相比，NaCl添加量為1%、2%時干酪中蛋白質水解的速率顯著提高（P＜0.05），而NaCl添加量為3%時，干酪中蛋白質水解的程度受到抑制。這主要由于Cheddar干酪在成熟期中，蛋白水解主要由于殘存的凝乳酶、發(fā)酵劑和乳酸菌的共同作用完成的。凝乳酶、根霉蛋白酶和胃蛋白酶易在溶液中水解成β-酪蛋白，而該蛋白由于C-末端區(qū)域的疏水性，導致其對凝結劑的敏感性較低，在高離子濃度作用下這種疏水性加強。血纖維蛋白酶是牛乳中主要的天然蛋白酶，對所有的干酪進行蛋白質水解，低濃度的NaCl促進其活性，而高濃度的NaCl會抑制活性。低NaCl濃度可刺激乳酸菌的生長，干酪成熟期中乳酸菌數(shù)量增加，釋放出更多的胞內蛋白酶，促進干酪中蛋白質的水解，但當NaCl濃度高時，則會抑制乳酸菌的生長。而隨著干酪成熟期的增加，蛋白酶的活性下降、乳酸菌的數(shù)量減少，蛋白的水解速度緩慢增加，趨于平穩(wěn)[18-20]。這與任星環(huán)等[21]研究NaCl含量對Mozzarella干酪品質的影響的結論一致。

2.3 NaCl添加量對干酪TPA的影響

表4 NaCl添加量對Cheddar干酪TPA參數(shù)的影響（±s）Table 4 Effect of NaCl addition on TPA parameters of Cheddar cheeses)

表4 NaCl添加量對Cheddar干酪TPA參數(shù)的影響（±s）Table 4 Effect of NaCl addition on TPA parameters of Cheddar cheeses)

添加量/%硬度/g彈性咀嚼性/g回復性01 144.334±85.366a0.841±0.014a761.472±22.797a0.491±0.019ad11 348.950±17.533b0.883±0..034b971.164±57.560b0.465±0.020a22 338.854±24.269c0.849±0.059ab1 560.375±33.811c0.415±0.005c32 441.580±27.632d0.875±0.010ab1 849.478±34.519d0.516±0.005d

由表4可知，干酪的硬度隨NaCl添加量的增加而增加。影響干酪硬度的因素很多，水分含量、蛋白質含量、蛋白水解程度等都會對硬度有影響。隨著NaCl添加量的增加，水分含量下降，蛋白水解程度下降，硬度也隨之顯著升高。

干酪的彈性是指變形樣品在去除壓力后恢復到變形前的高度比率。干酪不能完全恢復原來高度，有永久變形，這是黏性流動表現(xiàn)。研究干酪的流變性質很復雜，由表4可以看出，在不同的NaCl添加量下，彈性的變化趨勢呈現(xiàn)波動變化。因此，TPA不適用于干酪的彈性指標測試，建議對于黏彈性體的流變性質，采用應力松弛實驗和蠕變實驗較好[22-23]。

干酪的咀嚼性與硬度、彈性等有顯著相關性，咀嚼性在數(shù)值上也與硬度、彈性值的乘積相關[24]。所以，影響到上述二者的因素都會對干酪樣品的咀嚼性產生影響。由表4可知，咀嚼性受NaCl添加量影響的變化趨勢與硬度基本一致，即隨著NaCl添加量的增大而增大。

干酪回復性反映了干酪以彈性變形保存的能量，是第一次壓縮循環(huán)過程中返回樣品所釋放的彈性能與壓縮時探頭的耗能之比。由表4可知，回復性隨著NaCl添加量的增加先下降后上升。添加量為1%、2%的干酪的回復性數(shù)值小于未添加NaCl的干酪，添加量為3%干酪的回復性數(shù)值高于未添加NaCl的干酪。這主要由于添加量為1%、2%的干酪的水解程度高于未添加NaCl的干酪，其蛋白的三維網(wǎng)絡結構破壞程度較高，導致干酪的回復性數(shù)值較低；而3%的添加量干酪的水解程度低，其蛋白的三維網(wǎng)絡結構破壞程度較低，干酪的回復性數(shù)值較高。

對NaCl的添加量與4 個指標做相關性分析，結果如表5所示。

表5 NaCl添加量與Cheddar干酪TPA測試參數(shù)的相關性分析Table 5 Correlational analysis between NaCl addition and TPA parameters of Cheddar cheese

由表5可知，NaCl添加量與干酪的硬度呈顯著相關，R2（Pearson相關性）和P（顯著性（雙側））分別為0.966和0.034，與干酪的咀嚼性呈極顯著相關，R2和P分別為0.992、0.008。NaCl添加量與其他3 個指標相關性不顯著。干酪的硬度與咀嚼性顯著相關。

2.4 NaCl添加量對干酪介電特性的影響

Cheddar干酪是介于導體與絕緣體之間的電介質。在對其施加外加電磁場的情況下，會發(fā)生電子位移極化、原子極化、取向極化等現(xiàn)象，故干酪會呈現(xiàn)出一定的介電特性[25]。介電特性主要受到干酪成熟溫度[26]、測試頻率[27-28]和基礎成分[29]的影響，是其共同作用的結果。

選取成熟期為90 d，不同NaCl添加量干酪樣品的相對介電常數(shù)（εr’）平均值和介電損耗因子（εr”）平均值隨測試頻率（50～1 000 MHz）的變化見圖1。

（B）的影響Fig. 1 Effect of NaCl addition on relative dielectric constant (A) and dielectric loss factor (B) of Cheddar cheese圖1 不同NaCl的添加量對ε’r（A）和ε”r

由圖1可知，添加NaCl后明顯改變了干酪的介電參數(shù)。在同頻率下，未添加NaCl干酪的εr’值接近于添加量為2%的干酪，而NaCl添加量為1%、3%干酪的εr’值較為接近。例如，在頻率為200 MHz時，未添加NaCl的干酪εr’為25.58，分別添加1%、2%、3% NaCl后干酪的εr’為28.12、25.79、28.77。而添加NaCl后εr”明顯增大。例如，在頻率為200 MHz時，未加NaCl干酪的εr”為14.620，分別添加1%、2%、3% NaCl后干酪的εr”明顯上升，分別為35.871、42.911、70.337。這是由于添加NaCl后，明顯改變了干酪中離子濃度、水分、蛋白質、脂肪等組分含量，干酪中的離子濃度增大，增加了干酪的導電性能，其貯電能力下降，而耗電能力上升，干酪的成分變化也會影響其貯電和耗電性能。干酪的相對介電常數(shù)反映其貯電能力，介電損耗因子反映其耗電能力，主要由這些參數(shù)共同決定的[29-30]?？梢婝}分對于促進介電特性變化具有明顯的效果。

本實驗選擇在測試頻率為200、500、915 MHz條件下研究NaCl添加量對干酪介電特性的影響，其中915 MHz為工業(yè)上通用的頻率。NaCl添加量與干酪的εr’和εr”的方差分析見表6。

表6 不同頻率條件下NaCl添加量與εr’和εr”的方差顯著性分析Table 6 ANOVA for the effect of NaCl addition on dielectric parameters of Cheddar cheese at three frequencies

由表6可知，NaCl添加量顯著影響干酪的εr’和εr”，對干酪εr”的影響比對εr’的影響更為顯著。NaCl添加量與干酪的εr’和εr”的相關系數(shù)顯著性分析見表7。

參數(shù)εr’εr”200 MHz 500 MHz 915 MHz200 MHz 500 MHz 915 MHz R20.5770.2130.0680.978*0.979*0.981* P0.4230.7870.9320.0220.0210.019

由表7可知，在200、500、915 MHz條件下，干酪的εr’與NaCl添加量無顯著相關性，而干酪的εr”與NaCl添加量呈顯著相關性。故在該特定頻率下討論干酪的εr”與NaCl添加量的關系，結果見表8。

表8 不同頻率條件下干酪εr”與NaCl添加量的擬合關系式Table 8 Fitted equations for the correlation between NaCl addition and dielectric loss factor of cheese at three frequencies

由表8可知，在此3 個頻率下，干酪εr”隨NaCl添加量的增加而上升。其中，NaCl添加量對低頻率下干酪εr”的影響較為明顯。

3 結論

不同NaCl添加量（0%、1%、2%、3%）對干酪的NaCl含量、水分含量、脂肪含量、pH值、水分活度有顯著影響，但只與NaCl含量、水分含量、脂肪含量和水分活度顯著相關性。不同NaCl添加量對干酪的成熟度有顯著的影響，其中1%和2%的添加量促進干酪蛋白質的水解，3%的添加量抑制干酪蛋白質水解。不同NaCl添加量對干酪的硬度、咀嚼性影響顯著，呈顯著相關，對彈性和回復性的影響顯著性較低。NaCl添加量與干酪的硬度、咀嚼性呈顯著相關。在測試頻率為200、500、915 MHz條件下，不同NaCl添加量與干酪εr”顯著相關。

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Effect of NaCl Addition on Quality and Dielectric Properties of Cheddar Cheese

FAN Guisheng1, GAO Panyun2, ZHU Sijie1
(1. College of Food Science and Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China；2. Inner Mongolia MONRAK Food Co. Ltd., Bayan Nur 015000, China)

The physicochemical parameters, maturity, textural property analysis (TPA) parameters and dielectric properties of Cheddar cheese with different NaCl contents (0%、1%、2%、3%) during 90-day ripening period were evaluated in an effort to investigate the effect of NaCl addition on the ripening of Cheddar cheese. Results indicated that NaCl addition had a significant impact on physicochemical parameters. Moisture content and water activity descended, while fat content ascended with the addition of NaCl, which was significantly correlated with each of the three parameters. Cheese maturity was promoted more significantly with NaCl addition at low content than at high content. The addition of 1% or 2% NaCl markedly expedited the proteolysis reflecting cheese maturity, which, however, was evidently inhibited with the addition of 3% NaCl. NaCl addition had no impact on the relative dielectric constant. But a significantly positive correlation existed between NaCl addition and dielectric loss factor of Cheddar cheese. NaCl addition had a significant impact on hardness, chewiness and chewiness.

Cheddar cheese; NaCl addition; quality; dielectric property

10.7506/spkx1002-6630-201711007

TS252.53

A

1002-6630（2017）11-0040-06引文格式：

2016-05-03

國家自然科學基金地區(qū)科學基金項目（31260382）

范貴生（1957—），男，教授，博士，研究方向為農產品加工與貯藏。E-mail：1213373821@qq.com