加工參數(shù)對涂抹型再制干酪物理性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)的影響

楊 宇

（潤盈生物工程（上海）有限公司，上海 201700）

再制干酪是以不同成熟度的天然干酪為原料，添加乳化鹽、其他乳品成分和非乳成分，經(jīng)高溫加熱和攪拌形成結(jié)構(gòu)均一并具有較長貨架期的乳制品[1]，可以使用的配料包括牛乳、煉乳、脫脂乳、脫脂乳粉、乳清、脫脂干酪等，允許添加乳化劑、色素等，由于經(jīng)過加熱融化、乳化、殺菌等工序制得，因此風(fēng)味得到改善[2]。涂抹型再制干酪水分含量高于其他再制干酪，美國食品藥品監(jiān)督管理局標準規(guī)定為44%～60%，脂肪含量能夠達到20%，天然干酪含量不少于51%即可，因為允許添加多種配料，所以大大降低了成本，價格能夠為大眾接受[3]。涂抹型再制干酪的感官特性、融化性、質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)受到乳化鹽和加工參數(shù)等因素的影響。不同的融化溫度、融化時間和剪切速率使天然干酪的融化過程有所不同，進而影響到產(chǎn)品的硬度、表觀黏度和融化性等功能特性。但是，由于不同實驗室加工條件的差異和實際生產(chǎn)條件的限制，再制干酪的融化溫度、融化時間和剪切速率等加工參數(shù)各不相同，最輕度的有效加工條件為65.5 ℃、30 s，生產(chǎn)商可以用各種型號的設(shè)備和加工條件生產(chǎn)再制干酪[4]。

本研究分析融化溫度、融化時間和剪切速率等加工參數(shù)對涂抹型再制干酪的質(zhì)構(gòu)特性、表觀黏度和融化性的影響，用快速黏度測定儀模仿斯蒂芬融化鍋制作樣品，研究加工過程中樣品表觀黏度的變化，確定加工參數(shù)與產(chǎn)品物性間的關(guān)系，為生產(chǎn)實踐提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮切達干酪、成熟8 個月的切達干酪 北京三元食品有限公司；檸檬酸三鈉 濰坊英軒實業(yè)有限公司；磷酸氫二鈉 天津光復(fù)試劑研究所；瓜兒豆膠 丹尼斯克（中國）有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Super 3快速黏度測定儀及TCW（Thermal Cycle for Windows）配套軟件 澳大利亞Newport Scientific儀器公司；DHP-9082恒溫干燥箱 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；TA-XT 2i質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司；S-3400N掃描電子顯微鏡、E-1010離子濺射儀、ES-2030冷凍干燥儀 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 涂抹型再制干酪加工工藝及操作要點

加工工藝流程：干酪預(yù)處理→按比例混合→加水、乳化鹽、穩(wěn)定劑→加熱融化、高速剪切→包裝、冷卻

操作要點：將所用的天然干酪切成0.5 cm3大小的方塊，備用；將原料（低成熟度干酪、高成熟度干酪質(zhì)量比1∶1）、水（56%）、檸檬酸三鈉（2%）放入實驗容器中，保持融化溫度（分別為65、75、85、95 ℃），攪拌（攪拌速率分別為500、800、1 100、1 400 r/min），并保持一定時間（融化時間分別為2、7、12、17 min）；包裝后，冷卻至室溫，4 ℃貯藏待測。其中，分別對融化溫度、攪拌速率和融化時間進行單因素試驗。

1.3.2 涂抹型再制干酪水分含量測定

采用GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》直接干燥法[5]。

1.3.3 涂抹型再制干酪融化性測定

取10 g干酪樣品，放入38 mm×200 mm的玻璃管中，4 ℃保持30 min，再將管的一端換用帶孔膠塞封住，將管水平放置10 min，取出融化管，為防止干酪繼續(xù)流動，在室溫下保持30 min后，量取干酪流動的長度（融化距離）。

1.3.4 涂抹型再制干酪質(zhì)構(gòu)分析

利用質(zhì)構(gòu)分析儀對涂抹型再制干酪進行質(zhì)地剖面分析測試，確定產(chǎn)品的涂抹功、硬度和黏著性等指標。測定參數(shù)：測試前速率2 mm/s，測試速率0.5 mm/s，測試后速率2 mm/s，下壓距離10 mm，間隔時間10 s，感應(yīng)力

1.0 g，探頭型號P0.5[6]。

1.3.5 涂抹型再制干酪表觀黏度測定

快速黏度測定儀可以用于再制干酪的制備，并且表觀黏度、硬度等指標具有良好的重復(fù)性，在加工過程中可以觀察到樣品的表觀黏度（圖1），通常在快速黏度測定儀所得圖譜中黏度最大值被稱為峰值黏度，之后的最低黏度被稱為表觀黏度[7]。

圖 1 快速黏度測試儀獲得的表觀黏度曲線Fig. 1 Apparent viscosity curve obtained by rapid visco analyzer

本研究中設(shè)定轉(zhuǎn)速為800 r/min，溫度為85 ℃，原料在樣品桶里預(yù)熱4 min后開始攪拌，加熱期間溫度由50 ℃以12 ℃/min的速率升至85 ℃[8]，加熱攪拌時間持續(xù)17 min。用TCW配套軟件分析。

1.3.6 涂抹型再制干酪微觀結(jié)構(gòu)觀察

參考徐紅華等[9]的方法：取樣：將涂抹型再制干酪切成5 mm3的小塊；液氮處理：液氮冷凍后敲碎，取有自然斷面、厚度不大于2 mm的小薄片；固定：放入2.0%戊二醛中，4 ℃固定2 h；清洗：用與涂抹型再制干酪pH值相近的0.05 mol/L磷酸鹽緩沖液清洗；脫水：將涂抹型再制干酪用不同體積分數(shù)（25%、50%、70%、80%、95%、100%）乙醇溶液脫水3 次，每次15 min；脫脂：將涂抹型再制干酪放入氯仿中，脫脂3 次，每次30 min；干燥：脫脂后的樣品放置在乙醇、叔丁醇體積比1∶1的溶液中，保持10 min，再放置于100%叔丁醇中，用干燥儀干燥；鍍膜：用離子濺射儀鍍膜；掃描電子顯微鏡觀察。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 23.0軟件對單因素實驗數(shù)據(jù)進行方差分析（ANOVA），用S-N-K法進行多重比較。所有圖片均由儀器配套軟件直接得到。

2 結(jié)果與分析

2.1 剪切速率對涂抹型再制干酪物性的影響

表 1 剪切速率對涂抹型再制干酪質(zhì)構(gòu)的影響Table 1 Effect of shearing speed on texture of processed cheese spreads

由表1可知，剪切速率對涂抹型再制干酪的硬度和黏著性影響顯著（P＜0.05），剪切速率由800 r/min升高到1 400 r/min的過程中，硬度、涂抹功和黏著性沒有顯著升高，但500 r/min與其他3 組間的硬度和黏著性差異顯著（P＜0.05）。

感官上4 種剪切條件對樣品影響不明顯，說明在500～1 400 r/min剪切速率范圍內(nèi)，剪切速率的變化不會對樣品的感官造成很大的影響。綜合考慮剪切效果和能量消耗等因素，在本研究中選擇800 r/min為涂抹型再制干酪的剪切速率。

再制干酪生產(chǎn)過程中，高速剪切是促使酪蛋白展開和脂肪分散的一個重要過程。在涂抹型再制干酪中，交聯(lián)的酪蛋白和可溶性酪蛋白將脂肪球包裹在其中。在加熱過程中，剪切速率對產(chǎn)品質(zhì)地的影響與產(chǎn)品中脂肪球大小密切相關(guān)，剪切作用使脂肪球減小[10]，脂肪球變小使得水與脂肪界面上吸附更多的蛋白，增強了體系的乳化性和穩(wěn)定性。被乳化的脂肪鑲嵌在酪蛋白形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，相互融合，與酪蛋白形成的矩陣一體化[11]。增加剪切速率可以使硬度增大，這種現(xiàn)象緣于脂肪球總體上顯著減小，這些減小的脂肪球與蛋白相聯(lián)系抑制了脂肪球的擴大[12]。

2.2 融化溫度和融化時間對涂抹型再制干酪物性的影響

表 2 融化溫度對涂抹型再制干酪質(zhì)構(gòu)和融化距離的影響Table 2 Effect of heating temperature on texture and meltability of processed cheese spreads

通過單因素試驗確定融化溫度和融化時間對物性指標的影響，其他因素不變。由表2可知，當融化溫度升高時，除黏著性外，涂抹型再制干酪的涂抹功、硬度和融化距離均發(fā)生顯著變化（P＜0.05）。65 ℃時融化距離73.5 mm左右，75～85 ℃沒有顯著變化，95 ℃時顯著降低至67.2 mm左右；85～95 ℃硬度沒有顯著變化，與65 ℃時存在顯著差異；不同溫度下涂抹功差異顯著。即在2 min融化時間內(nèi)，較低溫度下生產(chǎn)的涂抹型再制干酪質(zhì)地較軟，更容易融化。這可能是由于較短的加工時間與較低的加工溫度下，酪蛋白沒有在乳化鹽作用下充分交聯(lián)，并乳化脂肪球，高溫加熱生產(chǎn)的再制干酪形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，疏水鍵是維持其結(jié)構(gòu)的最主要作用力[13]。低溫短時加熱沒有使蛋白質(zhì)內(nèi)部的疏水基團充分暴露出來，而原來維系蛋白膠束的作用力又被加熱和高速剪切所破壞，所以65 ℃時酪蛋白沒有形成牢固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，質(zhì)構(gòu)指標最小；85 ℃和95 ℃時由于蛋白間的疏水作用力充分發(fā)揮作用，導(dǎo)致樣品硬度較高。

綜合考慮融化性和質(zhì)構(gòu)性質(zhì)，由于95 ℃時融化性較差，選擇85 ℃作為融化溫度繼續(xù)實驗。

利用快速黏度測試儀作為加工器具，記錄85 ℃條件下融化過程中表觀黏度的變化，如圖2所示。

圖 2 85 ℃融化過程中表觀黏度的變化Fig. 2 Change in apparent viscosity during melting at 85 ℃

由圖2可知，原料在樣品桶中靜止預(yù)熱4 min，然后在800 r/min、85 ℃條件下開始剪切，初始表觀黏度快速上升，剪切2.9 min時達到峰值黏度1 320 cP之后緩慢下降至表觀黏度1 207 cP，之后可能由于水分的散失等因素緩慢上升至1 258 cP。

這種表觀黏度的增加被作為乳化狀態(tài)形成的標志，表觀黏度增大至峰值黏度的時間點為乳化時間[14]。在加工過程中，乳化鹽的添加通過打破天然干酪中鈣-磷鍵連接的蛋白網(wǎng)絡(luò)，提高了酪蛋白的乳化性能[15]。由于天然蛋白網(wǎng)絡(luò)的打破導(dǎo)致酪蛋白親水基團和疏水基團的暴露[16]，當剪切和加熱開始時，分散的酪蛋白由于親水基團和水相間的作用力而出現(xiàn)水合現(xiàn)象，并通過疏水作用力和脂肪相聯(lián)系，引起再制干酪表觀黏度的突然增大[17]。在融化過程中達到峰值黏度后表觀黏度的變化相對較為平緩。

表 3 融化時間對涂抹型再制干酪質(zhì)構(gòu)、表觀黏度和融化距離的影響Table 3 Effect of heating time on texture, apparent viscosity and melting distance of processed cheese spreads

將水分含量穩(wěn)定在54%～55%，從開始剪切時計時。由表3可知，不同融化時間的樣品硬度、涂抹功、黏著性、表觀黏度和融化距離總體上存在顯著差異（P＜0.05）。除融化距離外，其他指標均隨融化時間的延長而增大。

2.3 融化溫度和融化時間對涂抹型再制干酪微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖 3 融化溫度和時間對樣品微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig. 3 Effect of melting temperature and time on microstructure ofprocessed cheese spreads

圖3A體現(xiàn)的是低溫短時的融化效果，樣品中蛋白基質(zhì)沒有充分展開，部分蛋白緊密地凝聚在一起，蛋白水合程度較低，沒有成功地乳化脂肪，脂肪球孔洞大小不一，且差距較明顯。圖3B是高溫短時融化時的樣品，未發(fā)現(xiàn)蛋白展開分散在脂肪周圍，但脂肪球較圖3A明顯變小，出現(xiàn)再制干酪典型的均勻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，脂肪球直徑大小相似，且分布均勻。圖3C是高溫長時融化條件下形成的再制干酪內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當融化溫度較高、融化時間較長時，原來緊密聚集的酪蛋白充分水合并展開，分散在細小的脂肪球周圍，蛋白交聯(lián)作用增強[18-19]。

通過比較圖3A和圖3B發(fā)現(xiàn)，融化溫度升高使脂肪球縮小、蛋白基質(zhì)更分散；通過比較圖3B和圖3C發(fā)現(xiàn)，融化時間延長使緊密交聯(lián)的酪蛋白進一步分散開，脂肪球直徑變化不明顯。說明適當升高融化溫度、延長融化時間會使酪蛋白水合性增強，產(chǎn)生更強的乳化性。

3 結(jié) 論

加工參數(shù)，如融化溫度、融化時間、剪切速率及冷卻速率均對再制干酪乳化體系的形成和產(chǎn)品功能性有重要影響[16]。

在加工中較高的剪切速率有助于增強酪蛋白的乳化性。融化過程中，如果以蛋白質(zhì)為外殼的脂肪球連接更多的蛋白質(zhì)，則有利于膠體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，較高的剪切速率有利于較大的脂肪球分散并均勻分布，脂肪球的表面積更大，所以與蛋白間的作用位點增多。當加工時間延長，再制干酪的硬度和涂抹功均顯著增大，而融化性均顯著降低，說明時間對產(chǎn)品凝膠結(jié)構(gòu)的影響具有普遍性。利用快速黏度測定儀對加熱融化過程中樣品表觀黏度的變化進行跟蹤，發(fā)現(xiàn)在85 ℃時加工6.9 min（預(yù)熱4 min，剪切2.9 min）達到峰值黏度1 320 cP，并緩慢下降至1 207 cP，之后可能由于水分的散失而有微小升高。說明剪切速率800 r/min、融化溫度85 ℃條件下，體系的乳化狀態(tài)形成時間在近6.9 min時，表觀黏度隨繼續(xù)剪切而降低并基本保持穩(wěn)定。