食品级干酪素的研制

施娅楠,赵存朝,马丙慧,黄艾祥

(云南农业大学食品科学技术学院,昆明 650201)

食品级干酪素的研制

施娅楠,赵存朝,马丙慧,黄艾祥

(云南农业大学食品科学技术学院,昆明 650201)

以奶渣为原料,利用响应面试验对食品级柠檬酸干酪素的工艺进行优化,并分析其理化性质及主要蛋白质分子质量.结果表明,生产的干酪素水分质量分数10.24%,脂肪1.23%,灰分1.87%;蛋白质是干酪素的主要营养成分,质量分数高达96.16%;干酪素中矿物质含量丰富,钠、钾质量分数最高为(236.000±56.000)mg/kg和(146.000±72.000)mg/kg;SDS-PAGE显示分子量为30 ku的蛋白质含量较多,食品级干酪素的生产为奶渣的开发利用提供科学依据.

奶渣;食品级干酪素;响应面法;蛋白质分子量

0 引言

干酪素是从牛乳中提取精制而成的酪蛋白制品,白色或微黄色在碱中可溶,酸中难溶[1-3],具有高营养、低脂肪、低胆固醇等优点,起到乳化、增稠的作用[4-8].食品行业中可用于生产仿制干酪、焙烤制品、糖果制品等[9-10].干酪素的提取方法有酸沉淀法[9,13,14,18]和发酵法[15],但均存在不足,其中酸沉法均为工业级奶渣,发酵quot;奶渣quot;由于贮藏时间不同,酸度不一,其表面长有大量的霉斑,增大工艺成本.

奶渣是藏区牧民提取酥油后制成的副产品,价格相对低廉,为了提高牦牛奶的综合利用价值,充分利用藏区大量奶渣资源,奶渣生产干酪素是最佳举措.目前,柠檬酸法生产食品级干酪素鲜有报道,本文旨在对食品级干酪素进行工艺优化,分析主要蛋白质分子量,为干酪素的生产提供科学依据.

1 实验

1.1 材料

奶渣:云南香格里县康美乳业开发有限责任公司;柠檬酸、氢氧化钠、碳酸钠(食品级);考马斯亮蓝R-250、甘油、甲叉双丙烯酰胺、丙烯酰胺、TEMED、Tris、溴酚蓝.

1.2 仪器

TGL20M台式高速冷冻离心机,PHS-3E pH计,Bio-rad164-5052电泳仪,DHG-9070A真空冷冻干燥机,KDY-9810凯氏定氮仪,HYP-1008消化炉.

2 方法

2.1 柠檬酸法干酪素制作

原料→氢氧化钠溶解→过滤除杂→离心脱脂→高温杀菌→加柠檬酸→洗涤→造粒→干燥→成品

操作要点:

(1)原料处理:将在2~4℃条件下贮存的块状奶渣粉碎至粉末;

(2)溶解:称取5份奶渣样品,每份30 g分别置于500 mL烧杯中,加100 mL,40℃温水浸泡并进行搅拌,用浓度为7.5%的氢氧化钠溶液调节pH,于55℃水浴锅至完全溶解;

(3)过滤除杂:将料液经过2层滤布,滤除肉眼可见杂质;

(4)离心脱脂:在6 800 r/min条件下离心20 min,离心脱脂2次,除去脂肪及杂质;

(5)杀菌:将料液置于63~65℃水浴锅中恒温30 min,巴氏杀菌;

(6)加酸:杀菌后,使料液温度冷却至40~43℃,缓慢加入10%的柠檬酸调节pH,静置20~30 min,使酪蛋白充分凝聚沉淀;

(7)脱水:挤压滤布进行脱水;

(8)造粒:将洗涤好的酪蛋白物质过80目筛挤压造粒,便于后续干燥;

(9)干燥:将奶渣置于60℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥1.5 h,即为成品.

2.2 工艺参数的筛选单因素实验

(1)碱溶pH值.在干酪素生产碱溶工艺中,通过调至pH值为8.8,9.2,9.6,10.0,10.4;以干酪素干重为评价指标,确定最佳碱溶解pH值.

(2)酸析pH值.在干酪素生产酸析工艺中,通过调至pH值为3.6,4.0,4.4,4.8,5.2;以干酪素干重为评价指标,确定最佳酸析出pH值.

2.3 干酪素干重的测定

具体计算公式为:干酪素干重=M1-M2,式中:M1为干酪素质量;M2为干酪素水分.

2.4 响应面优化干酪素生产工艺

在干酪素生产过程中,碱溶工艺和酸析工艺对干酪素的干重具有重要影响,考察碱溶pH值、酸析pH值对干酪素干重的影响,采用2因素5水平中心组合试验设计方案,以碱溶pH(A)和酸析pH(B)为考察变量,干酪素干重(Y)为响应值,应用Design-Expert 8.0.6软件,建立数学回归模型确定奶渣干酪素的最佳提取工艺参数,响应面实验因素与水平如表1所示.

表1 响应面实验因素与水平

2.5 干酪素成品的感官评定

干酪素成品的感官评定参考陈炼红等[18]的评分标准.由10名专业同学组成评定小组,分别从外观、色泽、气味三项指标对成品干酪素进行打分,满分为100分,感官评价标准如表2所示.

2.6 干酪素成品的理化和卫生指标检验

水分的测定:参照GB 5009.3-2016;灰分的测定:采用灼烧重量法,参照GB 5009.4-2010;脂肪的测定:参照GB/T 5009.6-2003;蛋白质的测定:参照GB 5009.5-2010;矿物质的测定参照表6.

细菌总数的测定:参照GB 4789.2-2010;大肠菌群的测定:参照GB 4789.38-2012;酵母和霉菌的测定:参照GB 4789.15-2010;黄曲霉毒素的测定:参照GB/T 5009.22-2003.

表2 感官评分标准

2.7 干酪素蛋白质分析[20-21]

将干酪素成品与牛血清蛋白酶进行十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳,确定干酪素的组成及其相对分子质量.

样品制备:分别称取0.015 g样品粉末,加1.5 mL超纯水于2 mL离心管中,漩涡振荡3 min使之溶解,8 000 r/min离心2 min,取上清备用.参照LAEM⁃MLIUK等[20-21]方法配制5X电泳缓冲液、固定液(30%甲醇)、染色液(G-250)、脱色液等电泳相关溶液.

电泳样和凝胶的配制:将制备好的样品和上样缓冲液混合,按样品:缓冲液=0.8∶0.2的比例配制成1 mL的溶液后摇匀,沸水浴加热10 min制得电泳样,于4℃冰箱保存备用.制备12%分离胶和4%浓缩胶.

电泳条件:样品上样量为15 μL,150 V恒压大约30 min;分离胶电泳条件:120 V恒压大约1 h,等溴酚蓝跑至凝胶底部,关闭电源.

胶片处理:依次对电泳胶片进行固定、染色、脱色、利用凝胶成像系统对凝胶拍照分析.

3 结果与分析

3.1 工艺参数

3.1.1 碱溶pH值对干酪素干重的影响

加入氢氧化钠使奶渣溶解,调至pH值,考察不同pH值对干酪素干重的影响,结果如图1所示.

图1 碱溶pH值对干酪素干重的影响

由图1可以看出,碱溶pH值的增加,促进了奶渣的溶解率,干酪素干重呈上升趋势,当pH值为9.6,干酪素干重趋于平缓,这是由于氢氧化钠的溶解度降低,颗粒在奶渣表面包裹,影响奶渣的溶解,碱溶pH最佳值为9.6.

3.1.2 酸析pH值对干酪素干重的影响

加酸终点pH直接影响酪蛋白凝聚物出品率、纯度、疏松程度和后期工序的脱水及色泽[18],进而会影响干酪素干重.加入柠檬酸使蛋白凝聚,观察不同pH值对干酪素干重的影响,结果如图2所示.

图2 酸析pH对干酪素干重的影响

由图2可以看出,随酸析pH值的增加,干酪素干重呈上升后下降趋势,当pH值为4.4时,干酪素干重最高达9.1g.酪蛋白在pH值4.6时析出,高于等电点酸析不完全,而且品质较差,稍低于等电点能使酪蛋白能够更完全的析出,但pH过低又会导致析出的酪蛋白稀软,陈炼红[18]乳酸法制干酪素,以感官评分为指标,筛选酸析pH值为4.6,本研究以干重为指标加柠檬酸调pH值最佳值为4.4.

3.2 响应面试验结果

3.2.1 响应面设计及结果

在单因素试验结果的基础上,以碱溶pH值、酸析pH值为试验因素,进行响应面试验,优化食品级干酪素生产工艺条件,响应面实验设计及结果如表3所示.

表3 响应面试验设计及结果

3.2.2 模型建立及显著性检验

利用Design-Expert8.0.6软件对表3进行多元回归拟合,得到干酪素干重对碱溶pH值(A)、酸析pH值(B)的二次多项回归模型为

Y=9.64+0.14A+0.14B+0.048AB-0.25A2-0.15B2.

模型的方差分析结果如表4所示.

由表4可以看出,回归模型P=0.0003lt;0.01,说明二次多元回归模型极显著;失拟项P=0.456 3gt;0.05,模型失拟不显著,说明模型拟合程度比较好.回归表明,决定系数R2=0.944 9,信噪比12.166,这表明方程的拟合度和可信度均很高,可用于预测奶渣中干酪素的制备.变异系数(补充英文全称,C.V)表示实验本身的精确度,C.V值越小,实验的可靠性越高,本实验中C.V较低,为0.1%,说明实验操作可信度高,具有一定的实践指导意义.回归模型的两因素之间交互作用如图3所示.

表4 回归模型方差分析表

图3 碱溶pH与酸析pH交互作用对干酪素干重影响的响应面及等高线

由图3可以看出,当碱溶pH值一定时,干酪素干重随酸析pH值的增加先增大后降低,当酸析pH值为4.4时,干酪素干重达到最大;当酸析pH值一定时,干酪素干重随碱溶pH值的增加先增大后降低,当碱溶pH值为9.6时,干酪素干重有最大值.

3.3 干酪素产品感官与理化指标

在最佳条件下制得成品干酪素,对其感官、理化、微生物、矿物质和重金属指标进行测定,结果如表5和表6所示.

表5 干酪素成品理化指标和微生物指标检测结果

由表5可以看出,蛋白质是干酪素的主要成分,陈炼红等[19]用曲拉溶解、脱脂、酸析等几个关键环节进行正交实验生产的食品级干酪素蛋白质质量分数为92.30%;李进波等[8]用新鲜牦牛奶渣加工的工业级干酪素蛋白质质量分数为93.13%;柠檬酸法干酪素为食品级干酪素蛋白质质量分数达96.16%,相对较高.

表6 干酪素矿物质含量和检测方法 mg/kg

由表6可以看出,干酪素中主要矿物质包括磷、锌、铁、钙、镁、钾、钠、铜,为人体所必需的营养元素;干酪素中钠、钾、钙质量分数丰富,可达到(236.000±56.000),(146.000±72.000),(92.200±3.71)mg/kg,这些矿物质中的常量元素是构成机体组织的重要组分,能维持细胞内、外液渗透压和酸碱平衡.

3.4 干酪素蛋白质分子质量

由图4可以看出,化学级干酪素较食品级干酪素灰度值低,说明干酪素的溶解性差,可溶蛋白含量低,条带3显示香格里拉牦牛干酪素主成分在30 ku蛋白质,麦洼牦牛干酪素、九龙牦牛干酪素在14~20 ku之间[19],3种类型的干酪素均未检测到明显的低分子量(lt;14 ku)蛋白区带.图4中,左至右分别为蛋白Marker,化学级干酪素,食品级干酪素.

图4 SDS-PAGE凝胶电泳

4 结论

利用响应面法优化了柠檬酸干酪素生产的最优工艺,建立了干酪素干重与碱溶pH值(9.6)和酸析pH值(4.4)2个因素的二次多项式回归模型,实验证明该模型合理可靠.干酪素理化指标为蛋白质96.16%,脂肪1.23%,水分10.24%,灰分1.87%;干酪素中矿物质含量丰富,其中钠、钾质量分数最高,蛋白质分子量主要在30 ku.

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Development of edible casein

SHI Yanan,ZHAO Cunchao,MA Binghui,HUANG Aixiang
(College of Food Science and Technology,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China)

Using milk residue as raw material,in this paper,we optimized the process of edible citric acid casein by the response surface meth⁃od,developed edible casein,and analyzed its physicochemical indexes and main protein molecular weight.The best process is raw material,dissolve with sodium hydroxide(alkali soluble pH9.6),filter and remove impurity,centrifuge and degrease,sterilize with high temperature,add citric acid(acidification pH4.4),wash,prill,dry,product;Products'moisture is 10.24%,fat 1.23%,ash 1.87%,protein is the main nutri⁃ents and its content as high as 96.16%;the content of mineral in casein is rich,the content of sodium,potassium is up to 236.00±56.00 mg/kg,56.00±72.00 mg/kg;the content of 30 ku is more in casein.The production of edible casein will provide a scientific basis for the develop⁃ment.

milk residue;edible casein;response surface method;protein molecular weight

TS252.59

A

1001-2230(2017)10-0018-04

2017-03-29

云南省现代农业奶牛产业技术体系资助项目(2016KJTX008);云岭产业技术领军人才(云发改人事(2014)1782号).

施娅楠(1992-),女,硕士研究生,研究方向为食物新资源开发与乳品科学.

黄艾祥