钙添加对切达奶酪品质的影响

王默谊，殷俊玲，刘小鸣，赵建新，张灏，陈卫

(江南大学 食品学院，江苏 无锡，214122)

钙添加对切达奶酪品质的影响

王默谊，殷俊玲，刘小鸣*，赵建新，张灏，陈卫

(江南大学 食品学院，江苏 无锡，214122)

研究了钙添加(100、200、500 mg/L)对切达奶酪成熟特性及感观品质的影响。测定了切达奶酪在成熟中不可溶钙、pH 4.6-可溶性氮、12%三氯乙酸(TCA)-可溶性氮、质构及挥发性风味物质的变化，对产品进行气味、滋味及质构的感观评价。结果表明：钙添加能显著降低蛋白质水解程度，增大奶酪硬度及弹性，降低切达奶酪苦味。0～200 mg/L钙添加对质构的感官无显著性影响，500 mg/L钙添加能显著降低奶酪粘性和凝聚性，并导致奶酪呈现易碎性和粉质特性。

切达奶酪；钙；蛋白质水解；质构；风味

奶酪是一种营养价值高的乳制品，其钙含量为牛乳中的5～7倍[1]，常作为食物补钙的来源之一。牛乳中的钙含量在1.02～1.28 g/L，其中68%在酪蛋白胶束中以胶体磷酸钙形式存在，这部分胶体磷酸钙通常与酪蛋白的磷酸丝氨酸残基结合，对酪蛋白的稳定性起着重要的作用[2]。奶酪的制作过程中牛乳蛋白在凝乳酶的作用下凝聚形成网络状结构，在奶酪的后熟过程中该结构在残余凝乳酶的作用下不断瓦解，胶束中的不可溶钙也随着蛋白质的水解而释放出来成为可溶性钙。LUCE[3]等人提出胶体磷酸钙的溶出与蛋白质水解共同决定了奶酪的后熟过程中质地的形成。

奶酪的生产中添加CaCl2可减少凝乳时间、增加凝胶硬度[3]与产品中的钙含量[4]，因此目前工业上CaCl2的添加量为0～500 mg/L牛乳[5-6]。虽然近几年国内外学者对CaCl2添加的研究较多，但大多集中于对奶酪蛋白质水解、凝乳及质构方面，而钙添加对切达奶酪产品品质的综合评价研究较少。本研究旨在讨论钙添加对切达奶酪从组分、钙平衡、蛋白质水解、质构、风味等方面的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

牛乳(pH 6.7，脂肪2.7 %～2.9 %，蛋白3.2 %～3.3 %)，无锡天资乳业；发酵剂：(CHOOZITTM RA 21 LYO 50 DCU)，丹尼斯克(上海)食品配料公司；凝乳酶：(MARZYME 150)，丹尼斯克(上海)食品配料公司。

1.2 试剂

无水CuSO4、K2SO4、H2SO4、pH 4.6 醋酸盐缓冲溶液、12%三氯乙酸溶液(TCA)溶液、2% H3BO3等。

1.3 设备

20 L奶酪槽，温州市强光轻了工机械有限公司；pH计，梅特勒-托利多(上海)有限公司；凯氏定氮仪，丹麦FOSS公司；气相色谱-质谱联用仪，日本岛津GC-MC-QP2100；85 umCAR/PDMS萃取头，sigma公司。

1.4 方法

1.4.1 切达奶酪制作工艺

采取单因素试验设计，实验组包括对照组(C组)和钙添加组(T1、T2、T3)，钙添加组钙添加量分别为100、200、500 mg/L。切达奶酪制作工艺[7]如下：

原料乳经过巴氏杀菌(63 ℃, 30 min)后冷却至32℃，随后加入0.07 g发酵剂，发酵30 min后加入CaCl2并缓慢搅匀，同时加入凝乳酶(0.002%)并缓慢搅拌，静置发酵30～45 min。待凝乳完成用切刀切成1.0 cm的方块并愈合5 min，然后缓慢搅拌并升温至39 ℃，保温30 min后排乳清和堆酿，直至乳清酸度降至45～55°T进行加盐，最后装模压榨过夜，真空包装并放置于12 ℃成熟箱中在湿度为85%条件下成熟。

1.4.2 基本成分测定

水分、脂肪、蛋白质、盐分及钙含量测定采用国标法。可溶钙测定参照SWEARINGEN[8]等人的方法并作适当调整，取1 g奶酪样品加入99 mL MilliQ水，乳化，冷冻离心后取上清硝化后使用原子吸收测可溶钙含量。不可溶性钙含量为总钙除去可溶性钙的部分。

1.4.3 蛋白质水解测定

蛋白质水解的测定参照BYNUM[9]及FOX[10]等的方法。

1.4.4 质构分析

样品测试前切割成1 cm×1 cm×1 cm的正方体并在冷库中放置1 h待测。测试方法参照INNOCENTE[11]等的方法并作适当修改。采用TA.XTPlus型质构仪对样品进行全质构分析，探头型号P/35，测量指标包括硬度、弹性、凝聚性、黏性及咀嚼性，所有样品重复测试6次。

1.4.5 挥发性风味物质测定

参照FRANK[12]等的方法，调整后对挥发性风味物质进行测定。取3.00 g磨碎的奶酪样品于20 mL的萃取小瓶中，采用固相微萃取(SPME)方法对各奶酪进行风味成分的提取。自动进样装置将萃取头CAR/PDMS(涂抹厚度为85 μm)插入密封的萃取瓶中，萃取头暴露在样品上部的空气中，于60℃萃取40 min。气谱条件为：毛细管柱为HP Innowax。柱长及口径选择：30 m×0.25 mm×0.25 mm，载气为氦气，进口温度为250 ℃，分流比为5，柱流速为1 mL/min；采用2阶段程序升温，初始温度为40 ℃，以5 ℃/min速度升温至230 ℃，并在此温度下保持15 min。质谱条件为：离子化方式为EI，发射电流为200 μA，发射能量为70 eV，接口温度为280℃，离子源温度为200 ℃，质量扫描范围为40～650。化合物检索结果与美国国家科学院出版的NIST标准谱库进行匹配，相似度达到80%以上确认为目的化合物。各物质含量以面积表示，并采用峰面积归一化法计算奶酪中主要挥发性化合物百分含量。

1.4.6 感官评定方法

感官评定小组由经过筛选的15人组成，评定前参照DRAKE[13]等的方法对小组成员进行多次气味、滋味、质构描述一致性及等级强度培训。气味感官样品评定前使用粉碎机磨碎后称取20 g置于感官瓶内，2 h后进行评定。滋味及质构感官样品评定前切成1 cm×1 cm×3 cm方块。评定标准采用15分制：1～3分为微弱；4～7分为中等；8～11分为较强；12～15为强烈。

1.5 数据分析

采用Origin8.5对实验数据进行绘图，SPSS17.0对实验结果进行显著性分析，其中P<0.05表示差异显著，P>0.05表示差异不显著。同时使用SPSS17.0对实验结果进行Pearson相关性分析，其中P<0.001为高度相关，P<0.01为中度相关，P<0.05为弱相关。

2 结果与分析

2.1 基本成分分析

各处理组牛乳、乳清及奶酪中钙含量如表1所示。

由表1可知，在牛乳中添加CaCl2，原料乳中的总钙含量随着钙添加而增加。可溶钙含量与不可溶性钙含量也随着钙添加而增加，说明添加到牛乳中的钙在胶束态和游离态进行了分配，这与KOUTINA[5]等的研究结果一致，认为当牛乳pH值在6.0～6.6，添加入牛乳中的钙会在胶束相和乳清相分配，而当牛乳pH值在5.4～5.7时添加的钙则会以游离态存在。在奶酪制作过程中收集乳清并检测乳清中钙含量，结果显示，随着钙添加量的增加，乳清中的总钙显著增加，说明在奶酪制作过程中有一部分钙会在排乳清的过程中随着乳清排出。根据最终奶酪产品的总钙计算出在整个切达奶酪的制作过程中钙的损失率，结果显示钙损失率在3.16%～6.69%，这说明添加入牛乳中的钙大部分留在了奶酪中。在奶酪后熟第1天对奶酪产品的基本组成进行分析，结果显示,5组奶酪在蛋白质、脂肪、水分、NaCl、pH上均无显著性差异(如表2所示)。

表1 不同处理组切达奶酪原料乳及乳清的钙含量

注：表1中数据为平均值±标准偏差，不同字母表示同一行之间存在显著性差异(P<0.05)。表2、表4～表7同。

表2 切达奶酪基本成分

2.2 钙含量对切达奶酪钙平衡的影响

在奶酪成熟的6周内测定其可溶性钙，并计算不可溶性钙占总钙的比例，结果如表3所示。在0～4周内，各处理组不可溶性钙含量/总钙迅速降低，5～6周变化缓慢。这是因为酪蛋白在凝乳酶和发酵剂的共同作用下发生水解，释放出游离钙，使得体系中的可溶性钙含量升高，不可溶性钙含量下降。对比各处理组不可溶性钙/总钙可发现，随着CaCl2的添加，体系中的不可溶性钙含量有所上升。MÜLLER[14]等发现,在牛乳中添加CaCl2可导致酪蛋白质微胶束颗粒变大，这是因为随着钙的添加，更多的胶体磷酸钙与酪蛋白质的磷酸丝氨酸残基结合，从而导致了不可溶性钙含量的增加。

表3 不同处理组切达奶酪成熟期不可溶性钙/总钙变化

注：表3中数据为平均值±标准偏差，大写字母表示成熟期内纵向比较，小写字母表示各组间横向比较，不同字母表示同一行之间存在显著性差异(P<0.05)。

2.3 钙含量对切达奶酪蛋白质水解的影响

图1 钙添加对切达奶酪pH4.6-SN的影响Fig.1 Effect of calcium on pH 4.6-SN of cheddar cheese samples

酪蛋白降解程度关系着奶酪成熟中风味和质构的改变[15-16]。通常，pH 4.6-可溶性氮(SN)、12%TCA-SN被用来表征奶酪中酪蛋白的降解水平。(见图1、图2)。奶酪的pH 4.6-SN和12%TCA-SN随着成熟时间的增加显著增加，在0到4周快速升高，4周后变化逐渐平缓，这与可溶钙的变化趋势相同。随着钙添加量的增加，pH 4.6-SN和12%TCA-SN逐渐下降，并显著低于对照组，说明钙添加能显著降低切达奶酪的蛋白质水解程度，这是因为钙的添加能在奶酪的酪蛋白结构中形成钙桥，增加酪蛋白的交联结构，不易被残余凝乳酶所分解。

图2 钙添加对切达奶酪12%TCA-SN的影响Fig.2 Effect of calcium on 12%TCA-SN of cheddar cheese samples

2.4 钙含量对切达奶酪质构的影响

质地是切达奶酪最重要的指标之一。在成熟的过程中，切达奶酪的质地由最初的粗糙坚硬转变为柔软细腻[17]。通过测定成熟0、3、6周实验组和对照组的奶酪样品，得出其质构变化情况如表4所示。随着成熟时间的增加C、T1、T2、T3组奶酪的硬度、弹性、黏性及凝聚性均逐渐减小，这与MAHONY[18]等人的研究结果相一致。随着CaCl2的添加，硬度、弹性及凝聚性逐渐增加，这与CHOI[19]等的结论一致。而黏性随着钙添加而逐渐减少。当钙添加在0～200 mg/L时,其黏性与对照组无显著性差异，这与SOODAM[20]等的研究结果相一致，但是当钙添加增加到500 mg/L其黏性显著低于对照组。

表4 不同处理组切达奶酪全质构分析

2.5 GC-MS分析结果

通过SPME-GC/MS对各处理组奶酪的挥发性风味物质进行检测，检测结果总离子图见图3。通过软件分析，4组奶酪样品共检测出44种挥发性化合物,其中最主要的挥发性化合物为羧酸类化合物，共检测出13种，主要为乙酸、已酸、丁酸、辛酸；酯类化合物13种，主要为乙酸丙酯和丁酸乙酯；酮类化合物6种，主要为2,3-丁二酮和乙偶姻；醇类化合物5种，主要为乙醇；烷烃类化合物7种及1种酚类化合物。对比各处理组总离子图可知，与对照组相比，100～200 mg/L钙添加组检测出的挥发性化合物大于对照组，而500 mg/L钙添加组检测出的挥发性化合物较少，这可能是由于其蛋白质水解程度缓慢，分解产生的挥发性物质较少。

(A)C组；(B)T1组；(C)T2组；(D)T3组图3 钙添加对切达奶酪挥发性风味物质的影响Fig.3 Effect of calcium on the volatile flavor ofcheddar cheese samples

2.6 钙含量对切达奶酪感官评价

切达奶酪成熟六周后按照方法1.4.4对4组切达奶酪进行气味、滋味和质构的感官评定。测定指标按照小组成员描述性一致分析结果进行。4组切达奶酪的气味感官分析结果如表5所示。由表5可知，钙添加组奶酪在鲜味、硫味、肉汤味、坚果味、酸味上无显著性差异。在蒸煮味和奶香味上低于对照组，说明钙添加对切达奶酪的气味感官的影响主要在蒸煮味和奶香味上，T1组奶酪其酸味、腐臭味均显著低于其他组。各组奶酪的喜好性分析显示T3组与空白对照组喜好性相当，气味感官良好。

表5 切达奶酪气味感官评价结果

4组奶酪滋味感官评价结果见表6。由表6可知，钙添加对切达奶酪奶香味、肉汤味、坚果味、酸味、咸味、甜味、鲜味、涩味腐臭味和滋味强度无显著性影响，却显著降低了切达奶酪的苦味。苦味主要来自于疏水性氨基酸，如亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸和缬氨酸等。在完整的酪蛋白分子中，大部分疏水性侧链藏在内部，它们不接触味蕾，感觉不到苦味。当蛋白质水解时，肽链含有的疏水性氨基酸充分暴露出来，接触味蕾产生苦味[21]。这可能是由于蛋白质水解程度的降低，导致具有苦味的氨基酸或者多肽并未得到水解从而未释放出苦味。

表6 切达奶酪滋味感官评价结果

4组切达奶酪质构感官评价结果见表7。由表7可知，钙添加组在弹性、黏性和咀嚼胶黏性上无显著性差异，硬度、粉质特性随着钙添加量的增加而增加，咀嚼胶黏性随着钙添而减少。其中硬度的变化趋势与TPA数据一致，随着氯化钙的添加呈现增加的趋势。弹性和黏性未表现出显著性，这可能是机器与人的感受力之间的差异。当钙添加量达到500 mg/L时样品则表现出易碎、粉状和咀嚼滑腻感差等特点。T1组奶酪则表现出较大的硬度、弹性、黏性和咀嚼滑腻感等特点。

表7 切达奶酪质构感官

2.7 Pearson相关性分析

根据以上实验可知，钙添加对切达奶酪钙平衡、蛋白质水解及质构产生显著性影响，将各参数进行Pearson相关性分析，结果如表8。由Pearson相关性分析可知，钙含量与凝聚性及粉质特性呈现中度相关，与不可溶钙占总钙比例、pH 4.6-SN、及12%TCA-SN相关。这说明通过添加钙能显著影响切达奶酪的成熟参数。质构参数如硬度、凝聚性和粉质特性与pH 4.6-SN及12%TCA-SN均呈现相关性。说明质构参数的变化与蛋白质水解程度显著相关，而与不可溶钙占总钙的比例的相关性只有在粉质特性中表现出来。

表8 各参数间Pearson相关性分析

注：***代表P<0.001; **代表P<0.01; *代表P<0.0.05。

3 结论

通过给牛乳中添加CaCl2研究其对切达奶酪品质的影响，并通过6周的加速成熟模型验证。CaCl2添加可显著增加酪蛋白体系中的胶束钙，使得酪蛋白的结合更加致密，不易被残余凝乳酶所分解，因此蛋白质水解程度降低，并最终导致硬度和弹性的增加。钙添加能显著降低切达奶酪中的苦味，当添加量在100～200 mg/L时，产品的质构在感官上无显著性差异，但是当钙的添加量为500 mg/L时，奶酪产品呈现易碎性和粉质特性。因此在工艺上推荐100～200 mg/L的钙添加量。

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Effect of calcium chloride on the characteristics of cheddar cheese

WANG Mo-yi, YIN Jun-ling, LIU Xiao-ming*, ZHAO Jian-xin, ZHANG Hao, CHEN Wei

(School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

A range of 0-500 mg/L CaCl2was added to cheddar cheese to determine the effect on the ripening and quality of the cheese. The insoluble Ca、pH4.6-soluble nitrogen、12%TCA- soluble nitrogen and volatile flavor were measured during the ripening of cheddar cheese. The sensory evaluation of odor, taste and texture were also tested. The result indicated that CaCl2efficiently reduced proteolysis and bitter taste, improved hardness and springiness of the samples. Adding 0 to 200 mg/L CaCl2had no significant influence on the texture. But a higher concentration of 500 mg/L could lower the adhesiveness and cohesiveness, and increase the crumbly and pulverous of the cheese product.

cheddar cheese; calcium; proteolysis; texture; flavor

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201703026

硕士研究生(刘小鸣教授为通讯作者,E-mail：liuxm@jiangnan.edu.cn)。

国家自然科学基金(31371803)

2016-03-08，改回日期：2016-08-18