响应面法优化低脂新鲜干酪加工工艺_李彤.pdf

食品工业 2023 年第44卷第 4 期 62 工艺技术响应面法优化低脂新鲜干酪加工工艺李彤，崔利敏，李玲玉，任敏，宗学醒*内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司（呼和浩特 011500）摘要利用响应面分析法对以辛烯基琥珀酸淀粉酯为脂肪替代物的低脂新鲜干酪生产工艺进行了优化。在单因素试验的基础上优化因素选取水平,采用四因素三水平响应面法进行分析,得到最佳生产工艺:脂肪替代物添加量2.4%、氯化钙添加量0.02%、一级均质压力30 MPa、二级均质压力5 MPa、切割pH 4.6。关键词低脂干酪;脂肪替代物;响应面法The Optimization of Low-Fat Cheese Process by Response Surface MethodLI Tong,CUI Limin,LI Lingyu,REN Min,ZONG Xuexing*Inner Mongolia Mengniu Dairy Industry(Group)Co.,Ltd.(Hohhot 011500)Abstract The production process of low-fat fresh cheese with octenyl succiniate anhydrate starch as fat replacer was optimized using response surface method.The factors were optimized on the basis of single-factor test,and the four-factor and three-level response surface test was used for the analysis.The optimal production process was obtained as follows:fat replacer addition of 2.4%,calcium chloride addition of 0.02%,1st homogenization pressure of 30 MPa,2nd homogenization pressure of 5 MPa,and cutting pH of 4.6.Keywords low-fat cheese;fat replacer;response surface method干酪，英文称“Cheese”，是一种发明及食用历史均非常悠久的食品，不仅在中亚、欧洲各国有着广泛的食用基础，也是蒙古族、哈萨克族等许多边疆少数民族的传统食品。近年来，干酪产品的国内市场规模日渐扩大，2022年全球及中国奶酪行业生产消费现状及奶酪行业发展趋势分析显示，2021年我国干酪产品的表观需求量达到32.93万 t1。随着健康意识的增强，干酪含有的较高脂肪又让消费者望而生畏。然而，单纯依靠使用低脂乳作为原料会导致低脂干酪存在质地干硬、风味不足等缺点2-3。添加适宜的脂肪替代物有助于低脂干酪品质的改善。1材料与方法1.1材料原料乳（内蒙古蒙牛奶酪有限责任公司）。要求无抗、煮沸无结块、有纯正乳香味、酒精试验呈阴性，26 冷藏储运。CHY-MAX M凝乳酶（丹麦科汉森有限公司）。26 冷藏储运。FD-DVS R-704直投式干酪发酵剂（丹麦科汉森有限公司），由乳酸乳球菌乳酸亚种和乳酸乳球菌乳脂亚种组成。-18 及以下冷冻储运。3)通过对产品的感官检验、理化检验和微生物检验，证明该产品对人体安全、可靠，在质量上不存在问题。4)目前国内市场大都是传统特色的辣椒酱，研制多口味调味辣椒酱很有必要，调味花生辣酱的研制符合大众口味，从消费者考虑，使其具有选择的多样性，从企业经济效益考虑，节约了成本，也开阔了市场。参考文献：1 聂相珍,申丽媛,皇甫秋霞.营养豆豉牛肉香菇辣椒酱制作工艺J.中国调味品,2016,41(9):88-91.2 王莹钰,王雨生,陈海华,等.麻辣香菇酱制作工艺和配方的研究J.青岛农业大学学报,2013,30(1):46-52.3 袁传祯,崔波,魏英勤,等.海带辣椒酱的研制J.中国酿造,2008,22:97-99.4 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.食品安全国家标准-食品pH的测定:GB 5009.2372016S.北京:中国标准出版社,2017.5 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.食品中总酸的测定:GB/T 124562008S.北京:中国标准出版社,2009.6 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.食品安全国家标准-食品微生物学检验-菌落总数测定:GB 4789.22016S.北京:中国标准出版社,2017.7 中华人民共和国国家卫生健康委员会.食品安全国家标准-食品微生物学检验-大肠菌群计测定:GB 4789.32016S.北京:中国标准出版社,2017.8 谢玮,王宁,葛胜菊,等.秋葵牛肉辣酱加工工艺研究J.中国调味品,2020,45(1):137-139.63 工艺技术 食品工业 2023 年第44卷第 4 期HI-CAP100辛烯基琥珀酸淀粉酯国民淀粉工业（上海）有限公司，由蜡质玉米淀粉制得。1.2仪器与设备高剪切分散机（上海欧河机械设备有限公司，型号OuHo A30）；干酪槽及干酪网刀（实验室自制）；真空包装机（苏州康鸣包装设备有限公司，型号260B）；数显pH计（梅特勒-托利多仪器有限公司，型号Seven Excellence S400-Micro）；物性分析仪（英国Stable Micro Systems公司，型号TA-XT2）；紫外可见光分光光度仪（上海天美科学仪器有限公司，型号UV1000）。1.3试验方法1.3.1新鲜干酪制备工艺流程1)工艺流程：生牛乳脱脂标准化加入脂肪替代物均质杀菌降温加入发酵剂恒温发酵加入凝乳酶加入氯化钙恒温凝乳切割、升温排乳清冲洗包装冷藏保存。2)工艺要点：生牛乳使用净乳机进行预处理后升温，使用离心分离设备分离稀奶油，将试验用低脂生牛乳的脂肪含量标准化至1.5%（w/w）。标准化后的原料乳升温至45 左右，在高剪切条件下加入脂肪替代物，搅拌混匀10 min后升温至65 进行均质。之后对料液进行杀菌。杀菌后立即冷却，加入直投式发酵剂，搅拌混匀后于32 恒温发酵，进行预酸化。发酵20 min后，将凝乳酶和氯化钙分别使用无菌水稀释至10%溶液后加入料液中。搅拌混匀后继续恒温凝乳，期间避免振动干酪槽以免影响凝乳效果。待料液pH降至切割点终时使用干酪刀将凝乳切割成1 cm3左右的立方体小块，静置30 min后在1 h内缓慢匀速升温至5357，期间缓慢搅拌促进乳清排出。之后分别使用22，4 无菌水清洗15 min以除去残留的乳糖避免产品过度酸化。成品低脂新鲜干酪真空包装后置于26 下冷藏保存。1.3.2感官评定1)测定标准：参照行业标准NY 4782002软质干酪4设置评价指标，见表1。2)环境及人员要求：由10位评价员组成的感官评价小组进行。应在无异常气味、无噪音、有正常自然光的评价室内进行。评价员应具有乳制品相关的专业知识背景并通过感官评价能力测试，应身体健康、客观公正。3)分数计算方式：在全部评分中去除一个最高分和一个最低分后取平均分作为单项最终得分。单项分数出具后，以不同权重计算加权后作为总体感官分数，满分为10分。1.3.3凝乳特性测定1.3.3.1凝乳效果评分对各项凝乳特性指标按表2所示的细则分别评分，计算总和作为总体的凝乳效果评分。评分在60分以下视为不可接受；80分以上视为优秀。表1新鲜干酪感官评价细则项目评价标准得分滋味和气味(30%)有新鲜干酪特有的香气,奶香味突出、温和,稍有发酵的酸味710滋味、气味不足,奶香味较淡46有明显异味,如蒸煮味、酸败味或脂肪氧化味03组织状态(30%)切开后断面清晰,组织均匀、细腻70组织基本均匀,切开后断面较为模糊,有少量气泡46组织状态呈脆性,切开后有碎奶渣,有明显乳清析出,有较大气泡03色泽(20%)色泽呈均匀一致的乳白色或乳黄色,光滑有光泽710色泽稍有不均,暗淡无光泽46色泽存在明显异常03口感(20%)口感细腻、柔润,软硬适中710口感基本细腻,有轻微砂砾感,偏软或偏硬46口感粗糙,软而不成型或硬而脆03表2凝乳效果评分细则项目指标分数凝乳状态评价(30分)口感粗糙有颗粒感,凝乳松散、易碎、无弹性,切开断面有明显的碎奶渣,有明显的异味或异常颜色010凝乳结构较为松散,有一定弹性,切开断面较为模糊,有轻微析水现象,乳香味较弱1120凝乳外表光滑、口感细腻、有一定的可塑性,组织均匀,切开后断面清晰无碎奶渣,无明显析水现象;有典型的新鲜干酪风味2130凝乳强度(20分)14 kPa或23 kPa071418 kPa或23 27 kPa71518 23 kPa1520乳清OD值(20分)1.2071.20.87150.81520凝乳时间(15分)20 min或100 min062040 min或80100 min6114080 min1115凝乳得率(15分)6%066%11%61111%11151.3.3.2凝乳状态评价1)环境及人员要求：见1.3.2小节。2)分数计算方式：在全部评分中去除一个最高分和一个最低分后取平均分作为最终得分。1.3.3.3凝乳强度的测定51)测试方法：采用单轴压缩法使用物性分析仪检测干酪的断裂应力f以表示凝乳强度。使用直径20 mm、高25 mm的中空不锈钢圆柱形模具从干酪上取样，每次取样从同一块干酪的不同位置留取5个样品，取样部位应随机分散；取样后的样品应在26*通信作者食品工业 2023 年第44卷第 4 期 64 工艺技术冰箱中至少冷藏60 min后再进行检测。2)测试条件：测试探头为平底柱型，直径35 mm；下降速度1 mm/s；压缩程度80%。由于在测试过程中有少量乳清析出，能够降低干酪与测试平台间的摩擦力，故不需要额外涂抹润滑剂。应力t、Hencky应变H分别按式（1）和（2）计算。t=H （1）F(t)A(t)F(t)H(t)A0H0H=ln （2）H(t)H0cc式中：F(t)为下压过程中施加的力；A(t)为样品截面面积；A0为初始截面面积；H(t)为样品下压过程中的高度；H0为样品初始高度。断裂应力由Hencky应变-应力曲线（如图1所示）得到，即为曲线最高点的应力。图1Hencky应变-应力曲线图1.3.3.4乳清吸光度（A）的测定6使用可见分光光度仪在=500 nm处测定干酪制作过程中排除乳清的吸光度，即为乳清吸光度（A）。1.3.3.5凝乳时间的测定从向料液中加入凝乳酶起开始计时，至检测到凝乳的pH达到可进行切割为止的时间即为凝乳时间。使用计时器进行测定。1.3.3.6凝乳得率的测定以成品新鲜干酪质量与完成配料后料液总质量的比值作为凝乳得率，按式（3）计算。凝乳得率=100%（3）成品新鲜干酪质量所有原料质量和1.3.4单因素试验选取辛烯基琥珀酸淀粉酯作为脂肪替代物，分别以脂肪替代物添加量、氯化钙添加量、一级均质压力（二级均质压力固定为5 MPa）、切割pH为变量进行单因素试验，依据感官评分对低脂奶酪品质进行评价。1.3.5响应面曲线试验采用Design-Expert 12软件依据Box-Behnken设计原理，以低脂新鲜干酪的凝乳效果评分为响应值进行四因素三水平响应曲面试验。2结果及分析2.1单因素试验试验结果如图2所示。注：同组不通过字母标号代表数据间有显著差异（P0.05）。图2单因素试验结果加入脂肪替代物后低脂干酪的感官评分显著上升（P0.05），且感官评分与辛烯基琥珀酸淀粉酯的添加量呈正相关。辛烯基琥珀酸淀粉酯（Octenyl 65 工艺技术 食品工业 2023 年第44卷第 4 期Succiniate anhydrate starch，OSAS）是一种既包含亲水性基团又包含亲油性基团的“两亲物质”，加入干酪后能够起到类似稳定剂的作用。Tesch等7研究了OSAS稳定乳化液的机理，结果发现淀粉的亲水端与亲油端能分别深入水相和油相中，淀粉的多糖长链在两相界面形成韧性很大的界面膜，提供强大的内聚力，从而提升干酪的硬度及整体口感。还有研究表明，OSAS的微观结构大小比较接近脂肪球，能够嵌入酪蛋白网络的间隙当中，在排乳清时得以留存下来，使整个体系获得较高的稳定性。张建强8研究发现，OSAS在干酪凝乳块中的留存利用率高达92%左右。低脂干酪的感官评分随氯化钙添加量的增加呈先上升后下降的趋势，并在添加量为0.02%时达到最大值。当氯化钙添加量增加至0.03%时评分员普遍反映干酪偏硬，且有异常的苦味，感官评分显著降低。这与Rashid等9研究氯化钙对Ricotta干酪的影响时观察的现象相同。李小华等10在研究中还发现，当氯化钙添加量较多时干酪外层还会出现一层硬皮，使得含水量提升。随一级均质压力的增加，低脂干酪的感官评分同样呈先增加后降低的趋势，并在均质压力35 MPa时达到最大值。Rowney等11研究发现，均质后酪蛋白能够在吸附于脂肪球表面后形成原蛋白蛋白键，从而增加蛋白基质的强度，使低脂干酪的组织状态得到提升。随凝乳pH上升，感官评分呈现先上升后下降的趋势，并在pH为4.6时达到最大值。酪蛋白的等电点为4.64.7。切割pH过低会导致干酪偏酸，同时酪蛋白胶束会发生水解并随乳清排出，使得低脂干酪的结构稳定性不佳，蛋白质含量下降12。2.2响应面试验2.2.1响应面试验因素水平选取根据单因素试验结果进行响应面试验因素水平选取，编码及选取水平如表3所示。表3响应面试验因素编码及水平因素单位代码编码-101脂肪替代物添加量%A22.53氯化钙添加量%B0.0150.0200.025一级均质压力MPaC253035切割pH%D4.64.74.82.2.2回归方程拟合响应面试验设计及试验结果如表4所示。进行AONVA分析，建立响应值凝乳效果评分与A、B、C、D四因素的数学回归模型，得到的回归方程：Y=79.81-3.01A+4.08B+2.17C-2.04D-2.70AB-2.59AC+3.05AD+1.97BC-1.03BD+0.162 5CD-9.56A2-0.087 1B2-3.71C2-0.167 1D2表4响应面试验设计及试验结果序号ABCDY凝乳状态评分/分1101062.752-101074.823000079.14400-1171.725000079.106000078.5270-1-1071.258001-179.639100-165.0210-100168.36110-10-176.831200-1-175.0713000082.0114010-186.8115010181.0916-1-10064.32171-10067.4718100165.5519011084.0320000080.2821-110078.0622-10-1066.03230-11071.8524110070.4125-100-180.032610-1064.32270-10175.252801-1075.5629001176.932.2.3各因素间交互作用分析表5响应面试验方差分析项目平方和自由度均方F值P值显著性回归模型 1 193.251485.2331.370.000 1*A108.601108.6039.970.000 1*B200.001200.0073.600.000 1*C56.59156.5920.830.000 4*D49.98149.9818.390.000 7*AB29.16129.1610.730.005 5*AC26.83126.839.870.007 2*AD37.21137.2113.690.002 4*BC15.48115.485.700.031 6*BD4.2814.281.580.229 8 不显著CD0.105 610.110.040.846 5 不显著A2592.931592.93218.200.000 1*B20.049 210.050.020.894 9 不显著C289.20189.2032.830.000 1*D20.181 110.180.070.800 0 不显著残差38.04142.72失拟项30.36103.041.580.349 1 不显著净误差7.6841.92总离差1 231.3028注:星号标注代表数据具有显著性,*表示显著(P0.05),*表示极显著(P0.01);R2=0.969 1,R2adj=0.938 2。由整体方差分析可知，模型的F值为20.12且P 食品工业 2023 年第44卷第 4 期 66 工艺技术0.01，说明建立的模型具有统计学意义。失拟项的F值为1.58且P0.05，说明模型的拟合效果较好。模型的R2值为0.969 1，代表相应值变化的96%以上来源于试验设计选定的A、B、C、D四因素。因素A、B、C、D、AB、AC、AD、A2、C2对响应值凝乳效果评分在0.01水平显著，因素BC在水平0.05显著，说明选定的试验因素对凝乳效果评分既有一次的线性影响，也有二次方影响，且部分因素间存在交互效应。A、B、C、D四因素间两两交互作用的响应面曲线图如图3所示。图3两两交互响应面曲线图2.2.4响应面法优化低脂新鲜干酪加工工艺对拟合方程求解，得到理论的最佳凝乳条件：脂肪替代物添加量2.43%、氯化钙添加量0.02%、一级均质压力31.07 MPa、切割pH 4.6，此时的理论凝乳效果评分为87.60分。采用修正条件（脂肪替代物添加量2.4%、氧化钙添加量0.02%、一级均质压力30 MPa、切割pH 4.6）进行验证试验，测得低脂干酪的凝乳效果评分87.170.73分，与理论值基本一致，且符合产品要求。3结论以辛烯基琥珀酸淀粉酯质作为脂肪替代物生产低脂新鲜干酪的最佳工艺：脂肪替代物添加量2.4%、氯化钙添加量0.02%、一级均质压力30 MPa、二级均质压力5 MPa、切割pH 4.6。参考文献：1 智研咨询.2022年全球及中国奶酪行业生产消费现状及奶酪行业发展趋势分析EB/OL.2022-10-20.https:/ IBEZ R A,WALDRON D S,MCSWEENEY P L H.Effect of pectin on the composition,microbiology,texture,and functionality of reduced-fat Cheddar cheeseJ.Dairy Science&Technology,2016,96:297-316.3 ZAHRA S,MOHAMMAD H,SAHEL S,et al.The influence of malt extraction adding to UF fresh low fat cheese on its textural propertiesJ.International Journal of Science and Engineering,2013,6(1):52-55.4 中华人民共和国农业部.NY 478-2002软质干酪S.北京:中国标准出版社,2002.5 FELICIO T L,ESMERINO E A,VIDAL V A S,et al.Physico-chemical changes during storage and sensory acceptance of low sodium probiotic Minas cheese added with arginineJ.Food Chemistry,2016,196:628-637.6 HWANG D C,DAMODARAN S.Selective precipitation and removal of lopids from cheese whey using chitosanJ.Journal of Agricultural and Food 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