保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌发酵夸克的工艺条件优化

2013-08-07朱秋劲

食品科学 2013年5期

胡颖，蒋纬，朱秋劲,2,3,*

(1.贵州大学生命科学学院，贵州贵阳 550025；2.贵州大学食品科学工程技术研究中心，贵州贵阳 550025；3.贵州省乳品工程技术研究中心，贵州贵阳 550018)

夸克(Quark cheese)起源于德国，是新鲜干酪的重要品种之一。夸克不经过成熟处理，直接将牛乳凝固后去除部分水分制成，风味柔和清爽，质地柔软湿润，具有浓郁乳香及淡淡的乳酸味，在欧洲非常流行[1-3]。发酵剂与凝乳酶共同作用的夸克质地介于酸乳与酶凝干酪之间，口感易于我国消费者接受。有研究[4]表明，夸克生产过程中凝乳酶添加量过少会造成凝乳强度差，导致蛋白和脂肪等成分随乳清排出，干酪产率低。但凝乳酶添加量过大则会影响干酪的风味和功能特性[5]。所以凝乳酶成为影响夸克品质的重要因素。生产夸克的传统发酵菌种一般是乳酸链球菌(S. lactis)、乳脂链球菌(S. cremoris)、添加或不添加丁二酮乳酸链球菌(S. diacetilactis)或蚀橙明串珠菌(Leuconostoc citrovorum)[6-7]。然而，利用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌共同发酵制备夸克的研究在国内还鲜有报道。嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌因具有良好的共生作用而被广泛应用于各类酸乳的研制中[8-10]，对两种菌种共生机理的研究已有较多报道[11-13]。

本实验利用嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合发酵制备夸克。对夸克制作过程中凝乳酶的添加量、CaCl2添加量、混合发酵剂配比以及切割pH值等因素进行研究，以夸克成品校正产率、乳清OD500nm值、感官品质等为评定指标，旨在获得以嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌为发酵剂制备夸克的较优工艺，为酸乳常用菌株在奶酪生产中的应用提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

脱脂乳粉伊利乳业集团。

微生物凝乳酶(5000IU) 甘肃省华羚集团有限公司；保加利亚乳杆菌(Lactobacillus debruechii ssp. bulgaricus，Lb.) 广东省微生物菌种保藏中心；嗜热链球菌(Streptococcus thermophilu，St.) 中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心；CaCl2、CuSO4均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TA.XT plus物性测试仪英国Stable Micro System有限公司；DK-98-11K电热恒温水浴锅天津泰斯特仪器有限公司；TU-1810紫外-可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司；pH100型笔式pH计上海三信仪表厂；SHP-250型智能生化培养箱上海光都仪器设备有限公司；SW-CJ-ZFD型单人单面净化工作台苏州净化设备有限公司；FA2004N电子天平上海民桥精密科学仪器有限公司；TDL-40B型台式离心机上海安亭科学仪器厂；MB35水分测定仪 Ohaus国际贸易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

脱脂乳→热杀菌(95℃、5min)→冷却至30℃左右→加入发酵剂→38℃预发酵2h→添加CaCl2、凝乳酶→32℃凝乳→切割→升温搅拌排乳清→3000r/min离心8min排乳清→成品置于4℃冷藏

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 夸克校正产率的测定

夸克的校正产率是以每100kg原料乳所能生产出的水分含量为80%的凝块的质量来计算[14]。

1.3.2.2 夸克乳清OD值的测定[15]

采用721紫外-可见分光光度计测定排除乳清在500nm波长处的光密度(OD500nm)值。

1.3.2.3 夸克水分含量的测定

采用水分快速测定仪进行测定。

1.3.2.4 夸克蛋白质的测定采用凯氏定氮法进行测定，参照GB 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》。

1.3.2.5 夸克固形物和蛋白回收率的测定[14]

原料乳及凝块固形物含量测定按照GB 5413.39—2010《乳和乳制品中非脂乳固体的测定》。夸克固形物回收率按式(3)计算，蛋白回收率按式(4)计算。

1.3.2.6 夸克质构测定

选用P/0.5型号探头，采用下压测力模式，测前速率1.0mm/s，测试速率1.5mm/s，测后速率10mm/s，感应力5g，下压距离15mm，每个样品测量3次，结果取平均值。

图 1 下压模式曲线分析图Fig.1 The analysis chart of compression curve with a press mode

将待测样品固定放置于探头正下方，开始穿刺实验。如图1所示，当探头感应到5g的触发力后，就继续穿刺样品至15mm深度，然后在这点返回起始点，随着穿刺深度的增加，所感应到的力也逐渐变大。当穿刺达到指定的深度时，所得的穿刺力值可以客观的反映奶酪的硬度，每个样品3次穿刺作功的测定可以反映出产品的品质均一性是否良好。曲线的负值区域表示探头撤回时，有部分样品黏在探头上，反映了样品的黏着性。测试完成后，宏程序会自动分析测试结果，获得所需数据。

1.3.3 夸克感官品质的评定

根据夸克的滋气味、组织状态及色泽等指标对夸克的感官品质进行综合评分，采取110分制，由10名食品专业人士分别打分，取其平均分为总感官评分。感官评分标准如表1所示。

表 1 感官评定评分标准Table 1 Standard of sensory evaluation

1.4 单因素及正交试验设计

1.4.1 夸克生产工艺单因素试验

根据预实验结果，固定预发酵温度38℃、预发酵时间为2h、凝乳温度32℃、发酵剂接种量5%(V/V)，对影响夸克品质的主要因素即凝乳酶添加量、CaCl2添加量、嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌配比、切割pH值进行分析。

1.4.1.1 凝乳酶添加量的影响

固定CaCl2添加量0.02%、嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌配比1：1、切割pH值为4.6，将凝乳酶的添加量设计为0.005%、0.01%、0.015%、0.02%、0.025%、0.03%共6个水平梯度，以夸克校正产率和乳清OD500nm值为评价指标，研究凝乳酶添加量对夸克的影响。

1.4.1.2 CaCl2添加量的影响

凝乳酶添加量参照前面实验结果，固定嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌配比1：1、切割pH值为4.6、CaCl2添加量设计0.00%、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%共6个水平梯度，以夸克校正产率和乳清OD500nm值为评价指标，研究CaCl2添加量对夸克的影响。

1.4.1.3 发酵剂配比的影响

凝乳酶和CaCl2添加量参照前面的实验结果，固定切割pH值为4.6、嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌配比设计1：3、1：1、3：2、2：1、3：1共5个水平梯度，以夸克校正产率和乳清OD500nm值为评价指标，研究发酵剂不同配比对夸克的影响。

1.4.1.4 切割pH值的影响

在前面试验基础上，设计3个切割pH值水平梯度(4.5、4.6、4.7)，以夸克校正产率和乳清OD500nm值为评价指标，研究切割pH值对夸克的影响。

1.4.2 夸克生产工艺条件优化试验

在预试验和单因素试验基础上，以感官评分为指标，进行凝乳酶添加量、CaCl2添加量、发酵剂配比以及切割pH值的四因素二水平的正交试验，确定最佳工艺参数。

1.5 数据分析

采用SPSS18.0对数据进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 凝乳酶添加量对夸克的影响

文献[16]报道，添加适当的凝乳酶，可使奶酪凝块的组织状态紧实，口感细腻柔和。乳清OD500nm值可间接反应奶酪凝乳状况，一般来说，乳清中所含凝乳流失成分越多，OD500nm值越高。由图2可知，在一定范围内适当增加凝乳酶用量有利于提高夸克的校正产率，减少蛋白质、脂肪等物质的损失从而降低乳清OD500nm值。然而，凝乳酶添加量进一步增加，夸克的水分含量却逐渐减少，产率逐渐降低，随乳清流失的蛋白质、脂肪等却不断增加，乳清OD500nm值呈现一定的上升趋势。

图 2 凝乳酶添加量对凝乳效果的影响Fig.2 Effect of chymosin addition amount on coagulation efficiency

表 2 凝乳酶添加量对感官品质的影响Table 2 Effect of chymosin addition amount on sensory quality

由表2可知，凝乳酶添加量适当增加可帮助夸克形成致密的组织结构，同时也能有效提升夸克的滋气味。但当凝乳酶的添加量大于0.020%以后，夸克表现水分含量少，组织较硬且易碎，并产生较为明显的苦味。综合各项指标，凝乳酶添加量在0.015%和0.020%时夸克的品质较好。

2.1.2 CaCl2添加量对夸克的影响

适量的CaCl2可以缩短凝乳时间，促进凝乳结构致密化。但是CaCl2添加量越大，奶酪苦涩的不良风味愈加明显，同时奶酪凝乳收缩紧密导致乳清析出较多，造成奶酪感官品质的下降[17]。研究CaCl2不同添加量对夸克的影响，结果如图3所示。

图 3 CaCl2添加量对凝乳效果的影响Fig.3 Effect of CaCl2 addition amount on coagulation efficiency

由图3可知，在一定范围内适当增加CaCl2用量，有利于夸克产率的提高，并且在一定程度下降低乳清OD500nm值。然而继续增加用量则使得产率迅速下降，乳清OD500nm值上升。这可能是由于CaCl2的添加在一定程度上缩短凝乳时间，当凝乳过快完成则使得乳中脂肪不能及时被酪蛋白结构包裹而随乳清排出，从而造成产率降低。

表3 CaCl2添加量对感官品质的影响Table 3 Effect of CaCl2 addition amount on sensory quality

对CaCl2不同添加量所制备的夸克进行了感官评定，评分见表3。可以看出，CaCl2对于夸克的滋气味、组织状态及色泽都有一定程度的影响。CaCl2添加量过大会产生苦味从而导致了滋气味变坏，加之夸克硬度随着CaCl2添加量增大而不断增大，当添加量到0.04%时，已有明显的颗粒感。继续添加至0.05%时，夸克就变得易碎且完全不具备涂抹性。综合各项指标分析，CaCl2加量在0.02%和0.03%时夸克品质较好。

2.1.3 嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌配比对夸克的影响

图 4 不同配比发酵剂对凝乳效果的影响Fig.4 Effect of starter culture ratio on coagulation efficiency

参照赵鑫等[18]的方法制备不同比例的嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合菌发酵剂，按照5%的接种量对夸克进行预发酵，研究两种菌按照不同比例制备的发酵剂对夸克的影响，结果如图4所示。随着嗜热链球菌在混合菌中所占比例的不断增加，夸克的校正产率在不断减小，而乳清OD500nm值却在不断上升。这可能是由嗜热链球菌产酸快使得凝乳时间缩短而造成的，这与秦南冰等[19]研究保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌的比例变化对酸乳品质的影响结果一致。在他们的研究结果中，嗜热链球菌较保加利亚乳杆菌而言，产酸速率更快。

表 4 发酵剂配比对感官品质的影响Table 4 Effect of starter culture ratio on sensory quality

对不同发酵剂配比所研制的夸克进行感官评分，结果见表4。对夸克的感官评定表明，随着嗜热链球菌比例的增加，夸克的酸味变得越来越为柔和，组织状态也越来越黏稠。李志成等[20]研究报道指出，保加利亚乳杆菌后酸化程度较高而嗜热链球菌产黏性较好。这就是随着嗜热链球菌比例升高夸克酸味变得柔和，组织状态越来越黏稠的原因。综合各项指标，当嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌比例为1：1和3：2时，所发酵夸克品质要优于其他配比。

2.1.4 切割pH值对夸克的影响

干酪的切割pH值过高，会使酪蛋白达不到凝聚等电点，从而造成大量的蛋白质随乳清析出，切割pH值过低则又会使酸味过重，使产品产生风味缺陷[3]。在pH值分别为4.5、4.6、4.7时对夸克进行切割，其成品校正产率及乳清OD500nm值变化结果如图5所示。

图 5 切割pH值对凝乳效果的影响Fig.5 Effect of pH on coagulation efficiency

表 5 切割pH值对感官品质的影响Table 5 Effect of pH on sensory quality

从图5和表5可以看出，pH值为4.7时，乳清OD500nm值最高达到2.753。这可能就是由于部分酪蛋白还未凝固从而随着乳清流失造成的。pH值为4.6时，夸克的组织状态最优。而pH值为4.5时，产率最高，说明低酸度有利于凝乳完全。综合各项指标，切割pH值为4.5和4.6时所得夸克品质要优于pH4.7切割的品质。

2.2 正交试验结果

在单因素试验基础上，以感官评分为考察指标，进行正交试验，试验设计与结果如表6所示。

表 6 正交试验结果及极差分析表Table 6 Range analysis of orthogonal tests

表 7 夸克理化、质构指标测定结果(±s)Table 7 Physio-chemical and textural parameters of Quark cheese(±s)

测定指标理化指标质构指标水分含量/% 固形物含量/%蛋白质含量/% 校正产率/% 蛋白回收率/%固形物回收率/%硬度/g黏着性/g穿刺作功/g测定结果78.15±0.11 19.22±0.05 12.77±0.07 23.01±0.10 81.08±0.0545.65±0.0699.71±0.12－(57.37±0.24) 651.16±0.12

由极差分析可以看出，所选各因素对夸克感官品质的影响主次排序为A＞B＞C＞D。即凝乳酶添加量＞ CaCl2添加量＞发酵剂配比＞切割pH值。而直观分析结果所得夸克感官品质最优的工艺组合为第1组：A1B1C2D1，即凝乳酶添加量为0.015%，CaCl2添加量为0.02%，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的配比为3：2，切割时pH值为4.5。该组合条件下所得夸克的感官评分为98.25。由正交试验所得最优组合为：A1B1C1D1，即凝乳酶添加量为0.015%，CaCl2添加量为0.02%，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的配比为1：1，切割时pH值为4.5。通过验证实验，该最优组合条件下夸克的感官评分仅为94.36，所以，最终确定夸克生产最优条件为A1B1C2D1。

2.3 夸克理化指标测定

对最佳工艺条件生产所得夸克，进行水分含量、固形物含量、蛋白质含量、粗产率、蛋白回收率、固形物回收率等理化指标的测定；并利用质构仪对夸克的硬度、黏着性及穿刺做功等质构指标进行测定，结果见表7。

测定得出夸克的蛋白质含量约为12.77%，凝块中蛋白质回收率较高，达到了81.08%，固形物回收率约为45.65%，符合NY487—2002《软质干酪》标准。夸克的硬度约为99.71g，与吴槟[14]利用有机酸生产的类夸克硬度相差不大。3个平行样穿刺做功偏差为0.12，表明终产品夸克具有良好均一性的特点。

3 结论

3.1 嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合发酵制备夸克，随着嗜热链球菌比例的增加，夸克的黏性增加，酸味越淡，而保加利亚乳杆菌所占比例越高，夸克硬度越低，且酸味越强烈。当嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌的比例达到为3：2时，夸克各项指标较好。说明嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌可以混合发酵用于夸克制作。

3.2 单因素试验中，得出凝乳酶添加量为0.015%和0.02%，CaCl2添加量为0.02%和0.03%，嗜热链球与保加利亚乳杆菌的比例达到为1：1和3：2，切割pH值为4.5和4.6时，夸克各项考察指标优于其他试验组。对正交试验进行极差分析可知，各因素对夸克品质的影响程度依次为凝乳酶添加量＞CaCl2添加量＞嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌配比＞切割pH值。

3.3 对最优工艺进行验证实验，得到凝乳酶添加量为0.015%，CaCl2添加量为0.02%，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的配比为3：2，切割时pH值为4.5时，夸克的感官评分为98.25。此时，夸克具有浓郁奶香、口感清爽酸味柔和、组织细腻、具有良好的硬度和黏性。

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