玉米醇溶蛋白基马苏里拉干酪的研制

邵之晓，顾丰颖，刘昊，杨婷婷，张巧真，王锋

（中国农业科学院农产品加工研究所/农业农村部农产品加工综合性重点试验室，北京 100193）

干酪是一种营养价值较高的乳制品，全球消费量与日俱增[1-2]。随着消费者饮食理念向“健康、低卡、环保”的转变，植物基干酪受到广大素食主义者和爱尝鲜消费者的青睐，同时也是乳糖不耐症人群的新选择[3-5]。目前市售植物基干酪的主要成分是水、植物脂肪和碳水化合物（淀粉、亲水性胶体等），蛋白质含量较低（＜5%），其拉伸性和质构特性与天然马苏里拉干酪相比均有待改进[6-7]。天然马苏里拉干酪特有的纤维状酪蛋白网络结构使其具有良好的拉伸性和熔化性，在披萨、焗饭等饮食中广泛应用，深受消费者喜爱[7-9]。因此，植物基马苏里拉干酪的研制成为了当下的研究热点，亟需寻找可模拟酪蛋白行为的植物蛋白。

玉米醇溶蛋白是玉米淀粉加工过程中的衍生品，来源广泛，价格低廉[10]。玉米醇溶蛋白富含疏水性氨基酸，具有自组装特性，水合后在玻璃化转变温度以上能形成具有良好黏弹性和延展性的纤维网络，因此被广泛用于成膜、包埋、纳米运载、无麸质面团体系[11-15]。水合玉米醇溶蛋白随温度升高软化度和黏性增加，流变特性与市售天然切达干酪相似[11-16]。玉米醇溶蛋白作为一种有独特黏弹性的植物蛋白，具有开发植物马苏里拉干酪的潜力。Mattice等[7]尝试用玉米醇溶蛋白制作干酪，发现玉米醇溶蛋白基植物干酪的熔融特性与市售天然切达干酪相似，质构特性、流变特性和拉伸性都超越了市售植物基切达干酪。

本研究通过分析玉米醇溶蛋白、水和椰子油添加量对玉米醇溶蛋白基马苏里拉干酪（Z干酪）功能特性（拉伸性、熔化性和油脂析出性）的影响，进行功能特性综合评分，得到了各组分的适宜添加量。通过正交试验，获得Z干酪最佳配方，比较最佳配方与天然马苏里拉干酪（M干酪）和植物基马苏里拉干酪（PBM干酪）的功能特性和质构特性。旨在研制出一种品质接近M干酪的Z干酪，为植物基马苏里拉干酪的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米醇溶蛋白：美国西格玛公司；纯净水：杭州娃哈哈集团有限公司；冷榨椰子油：上海枫未实业有限公司；天然马苏里拉干酪（M干酪）：上海贝世盛实业有限公司；植物基马苏里拉干酪（PBM干酪）：冰岛Bute食品公司。

1.2 仪器与设备

DZ2000电子天平：常熟市嘉衡天平仪器有限公司；T1-108B电烤箱：广东美的厨房电器制造有限公司；TA-XT2i质构分析仪：英国Stable Micro Systems公司；新星定性滤纸（φ12.5 cm）：杭州特种纸业有限公司。

1.3 Z干酪加工工艺

1.3.1 工艺流程

玉米醇溶蛋白与水混合→加入打发的椰子油→搅拌→冷藏→成型→成品→冷藏。

1.3.2 操作要点

玉米醇溶蛋白过120目筛，与水混合后快速搅拌均匀，选择熔点为24℃的椰子油，使用时将其打发至无结块状态，用模具使样品成型，冷藏条件为4℃。

1.4 单因素试验设计

分别考察玉米醇溶蛋白添加量（1.5、2、3、4、5 g）、水添加量（2、3、4、5、6 g）、椰子油添加量（0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 g）对Z干酪功能特性的影响。除考察因素外，其他的组分添加量保持基本配方（玉米醇溶蛋白3 g、水3 g、椰子油2.0 g）数值不变。

1.5 正交试验设计

以单因素试验结果为基础，按照工艺流程，进行三因素三水平的正交试验，以功能特性评分为指标，优化Z干酪配方。试验因素和水平见表1。

表1 正交试验因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.6 干酪功能特性测定

1.6.1 拉伸性测定

参考文献[17]并稍作改动：用特制模具取长×宽×高为1.8 cm×1.8 cm×0.5 cm的均匀样品，放置在直径为12.5 cm的滤纸上；将其放入到已预热的150℃烘箱内，加热2 min后取出；立即将测试钩插入熔化的干酪中，固定滤纸；点击拉伸仪控制上升的按钮，测试钩以500 mm/min的速度向上拉伸，直到干酪断裂为止；记录电脑上显示的拉伸杆向上移动的距离即拉伸长度，精确至0.1 cm，以此表示干酪的拉伸性。每个样品重复测定5次。

1.6.2 熔化性和油脂析出性测定

参考文献[18]并稍作改动：用特制模具取长×宽×高为1 cm×1 cm×0.5 cm的均匀样品，放置在直径为12.5 cm的滤纸上；将其放入到已预热的150℃烘箱内，加热7 min后取出；在滤纸上勾勒出干酪样品的熔化区域（封闭曲线）和油圈区域（封闭曲线），分别测定干酪的熔化面积和油脂析出面积（精确到0.01 cm2），以此表示干酪的熔化性和油脂析出性。每个样品重复测定3次。

1.7 干酪功能特性评分标准

参考RHB 507—2015《匹萨用拉丝性干酪感官评鉴细则》，结合Z干酪的功能特性，略作改动，对拉丝性干酪的功能特性进行评分。详细评分标准见表2。

表2 拉丝性干酪功能特性评分标准Table 2 Functional properties scoring criteria for stretchability of cheese

1.8 干酪质构特性测定

参考文献[19]并稍作改动，用特制模具取直径为1 cm，高为1.4 cm的均匀圆柱体块。取出样品，放置在直径为12.5 cm的滤纸上；之后将其放入到已预热的150℃烘箱内，加热3 min后取出；将样品置于质构仪平板上，进行质构测定。

具体参数为探针P36R，测试前探头行进速度2 mm/s，测试中探头行进速度1 mm/s，探头返回的行进速度2 mm/s，压缩比30%，两次压缩时间间隔5 s，触发力10 g。每个样品重复测定7次。

1.9 数据处理

采用Excel软件进行数据处理与作图，SPSS软件进行单因素方差分析，结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 组分对Z干酪功能特性的影响

2.1.1 玉米醇溶蛋白添加量对Z干酪功能特性的影响

玉米醇溶蛋白添加量对Z干酪功能特性的影响见图1，功能特性评分见图2。

图1 玉米醇溶蛋白添加量对Z干酪功能特性的影响Fig.1 Effect of zein addition on functional properties of Z cheese

图2 不同玉米醇溶蛋白添加量的Z干酪功能特性评分Fig.2 Scores of functional properties of Z cheese with different zein addition

由图1可知，在拉伸长度上，玉米醇溶蛋白添加量为1.5 g时，拉伸长度达到35.7 cm；玉米醇溶蛋白从2 g～5 g的添加量对拉伸长度的影响不大（P＞0.05），均超过25 cm。Z干酪可以被拉伸的原因在于水合玉米醇溶蛋白在高于其玻璃化转变温度的条件下，通过分子间相互作用彼此联结，可形成具有延展性和黏弹性的蛋白质网络结构。与天然马苏里拉干酪中的酪蛋白相似，随着温度的升高，玉米醇溶蛋白分子间的非共价相互作用只是减弱并没有完全消失，高温下玉米醇溶蛋白网络软化但仍具有延展性和黏弹性，使Z干酪可以被拉伸[7,20]。加热过程中油脂的熔化会破坏蛋白质网络结构，干酪的熔化面积与蛋白质体系被破坏的程度相关[21]。随着玉米醇溶蛋白添加量的增加，Z干酪的熔化面积先略微增大，添加量超过3 g（Z干酪中蛋白质质量分数为37.5%）后，Z干酪熔化面积显著减小。这可能是因为Z干酪中蛋白质质量分数超过37.5%后，会形成更紧密的蛋白质网络，加热过程中网络结构被破坏的程度较小，蛋白质体系发生的移动幅度小，干酪的流动性变差[22]。Z干酪的油脂析出面积随着玉米醇溶蛋白添加量的增加而递减。玉米醇溶蛋白添加量为1.5 g时Z干酪烘焙后出油严重，有研究认为可能是蛋白质含量低，易崩塌的蛋白质网络结构占比较大，油脂易从崩塌的蛋白质网络结构中释放[19]。根据拉丝性干酪功能特性评分标准，对Z干酪进行打分，可知玉米醇溶蛋白添加量为3 g时的Z干酪功能特性评分最高，因此选择玉米醇溶蛋白添加量2、3、4 g为正交试验因素水平。

2.1.2 水添加量对Z干酪功能特性的影响

水添加量对Z干酪功能特性的影响见图3，功能特性评分见图4。

图3 水添加量对Z干酪功能特性的影响Fig.3 Effect of water addition on functional properties of Z cheese

图4 不同水添加量的Z干酪功能特性评分Fig.4 Scores of functional properties of Z cheese with different water addition

由图3可知，随着水添加量的增加，拉伸长度先增加后下降，水添加量为5 g时，拉伸长度达到37 cm。玉米醇溶蛋白网络随含水量的增大会发生一定的塑化，促进拉伸能力增强，但含水量过高Z干酪中蛋白质的质量分数降低，蛋白网络结构的形成受到影响，进而影响拉伸长度[7-22]。随着水添加量的增加，熔化面积呈现先增大后减小的趋势，添加量为3 g或4 g时的熔化面积都较大（Z干酪中蛋白质质量分数分别为37.5%、33.3%），两者之间无显著性差异（P＞0.05）。这说明Z干酪中的蛋白质质量分数在33.3%至37.5%左右时，加热过程中蛋白质之间的网络结构较易被破坏，使体系发生移动，赋予干酪良好的流动性。油脂析出面积随着水添加量的增加而递减，这可能是由于水添加量的增大使Z干酪中油脂的质量分数降低。根据拉丝性干酪功能特性评分标准（表2），对Z干酪进行打分，可知水添加量为4 g时的Z干酪功能特性评分最高（见图4），因此选择水添加量3、4、5 g为正交试验因素水平。

2.1.3 椰子油添加量对Z干酪功能特性的影响

椰子油添加量对Z干酪功能特性的影响见图5，功能特性评分见图6。

图5 椰子油添加量对Z干酪功能特性的影响Fig.5 Effect of coconut oil addition on functional properties of Z cheese

图6 不同椰子油添加量的Z干酪功能特性评分Fig.6 Scores of functional properties of Z cheese with different coconut oil addition

由图5可知，拉伸长度随着椰子油添加量的增加而递减，椰子油添加量为0.5g时，拉伸长度最大为35.9cm，添加量为4.0g时的拉伸长度最小，但超过21cm。这可能是因为Z干酪中油脂质量分数较低时，玉米醇溶蛋白分子间的相互作用较强，对抗拉伸的能力较强，因此干酪在拉伸过程中不易断裂，拉伸性能高[19]；而油脂质量分数较高时，在加热过程中油脂对蛋白质网络结构的破坏变大，不利于拉伸[23]。熔化面积和油脂析出面积随着椰子油添加量的增加递增。这可能是由于油脂含量高，加热过程中脂肪球趋向于发生合并，油脂易从崩塌的蛋白质网络结构中释放、合并、并迁移到Z干酪的表面[17]，因此含油量过高会造成油脂的大量析出；而油脂含量过低，又会导致Z干酪的熔化性、成型性变差，表面被烧焦[24]。根据拉丝性干酪功能特性评分标准，对Z干酪进行打分，由图6可知，椰子油添加量为1.0 g时的Z干酪功能特性评分最高，因此选择椰子油添加量0.5、1.0、2.0 g为正交试验因素水平。

2.2 Z干酪配方的优化

Z干酪配方的优化试验结果如表3所示。

表3 正交试验设计及试验结果Table 3 Design and results of orthogonal test

采用极差分析法对正交表中的试验结果进行分析，极差（R）大小反映该因素的水平变化对试验影响大小[25]。由表3可知，以Z干酪的功能特性评分为考察指标时，各因素作用主次为C>A>B。所以C椰子油添加量是影响Z干酪最重要的因素，其次是玉米醇溶蛋白添加量。通过各因素水平均值可以看出影响功能特性的最佳水平，得到最佳配方组合为A2B1C3。按A2B1C3最佳组合进行验证试验，3次平行试验可得Z干酪的烘焙后功能特性评分为87.4分，与表3中的正交试验结果相符，即优化后的最佳配方为玉米醇溶蛋白3 g，水3 g，椰子油2.0 g。

2.3 Z干酪与马苏里拉干酪的对比分析

根据正交试验结果，用优化后的配方制作Z干酪（记为Z0干酪）。两组对照市售干酪分别为天然马苏里拉干酪（M干酪）和植物基马苏里拉干酪（PBM干酪）。

2.3.1 功能特性

Z0干酪与M干酪和PBM干酪功能特性的比较见图7，功能特性评分见图8。

图7 Z0干酪与市售干酪功能特性的比较Fig.7 Comparison of functional properties between Z0 cheese and commercial cheeses

图8 Z0干酪与市售干酪功能特性评分Fig.8 Scores of functional properties of Z0 cheese and commercial cheeses

由图7可知，在拉伸长度上，Z0干酪与两组市售干酪有显著性差异（P＜0.05），Z0干酪、M 干酪、PBM 干酪的拉伸长度分别为27、18、2.5 cm。PBM干酪的拉伸长度最小，因为它几乎不含蛋白质，不能为干酪基质提供用以拉伸的蛋白质网络结构。在熔化面积上，Z0干酪与M干酪、PBM干酪也有显著性差异（P＜0.05），Z0干酪的熔化面积最大，而M干酪因为脂肪球小且在酪蛋白网络结构中分布的更加均匀，与Z0干酪相比，加热过程中脂肪破坏酪蛋白网络结构的能力低，因此熔化面积较小。PBM干酪加热后淀粉糊化，因此具有一定的熔化性。M干酪具有最小的油脂析出面积，因其脂肪与酪蛋白网络结合的更加紧密，脂肪分布均匀，加热过程中脂肪球合并的倾向小[19]。Z0干酪与PBM干酪的油脂析出面积较大，两者之间无显著性差异（P＞0.05）。Z0干酪是因为玉米醇溶蛋白的持油性较差，加热后油脂易合并和析出，PBM干酪则是因为含油量较高。在马苏里拉干酪最重要的拉伸性和熔化性上，Z0干酪的性能更好。由图8可知，Z0干酪的功能特性评分高于两组市售马苏里拉干酪。

2.3.2 质构特性

Z0干酪与M干酪和PBM干酪质构特性的比较见表4。

表4 Z0干酪与市售干酪质构特性的比较Table 4 Comparison of texture properties between Z0 cheese and commercial cheese

干酪的硬度指使干酪变形所需要的力，由干酪中的非脂干物质决定，主要由蛋白质构建的网络结构体现[23]。M干酪具有最高的硬度；Z0干酪的硬度更接近M干酪，这与Mattice等[16]的研究结果一致，即玉米醇溶蛋白能形成硬度和韧性较强的网络；PBM干酪具有最低的硬度，这是因为它的主要成分是植物油和碳水化合物，几乎不含蛋白质，淀粉糊化形成的凝胶网络比较柔软。干酪的黏着性指干酪表面和其它物体（舌、牙、口腔等）相互接触后剥离它们所需要的力，其负号代表测试探头受到的作用力方向向下，与大小无关[26]。Z0干酪与M干酪的黏着性无显著性差异（P＞0.05）。干酪的内聚性指形成干酪形态结构所需的内部结合力的大小，其外在表现是抗拉强度[26-27]。Z0具有最高的内聚性，表明与M干酪相比Z0干酪形成的蛋白质网络结构更加紧密，使干酪保持完整性的能力更强。干酪的弹性指干酪在外力作用后其形状的恢复能力。PBM干酪因淀粉糊化形成凝胶网络，因此具有高的弹性。干酪的胶黏性是干酪的整体属性，是硬度与内聚性的乘积。如上所述，Z0干酪的硬度和内聚性都与M干酪接近，故二者胶黏性相近。干酪的咀嚼性指将干酪咀嚼成能够吞咽的状态所需要的能量，表示咀嚼过程中能量的整体消耗，与干酪的硬度和弹性有关[28]。Z0干酪与M干酪的咀嚼性较高，PBM干酪虽有很高的弹性，但因其硬度很低，所以咀嚼所消耗的能量很小。

Z0干酪与M干酪和PBM干酪质构特性的蛛网图见图9。

图9 Z0干酪与市售干酪质构特性的蛛网图Fig.9 Cobweb diagram of texture properties of Z0 cheese and commercial cheeses

由图9可知，Z0干酪与M干酪的质构特性相近。PBM干酪与M干酪和Z0干酪没有相似之处，PBM干酪除具有高弹性外，其他各项质构参数值均最低，正是这种质地使PBM干酪柔软易咀嚼。

3 结论

以玉米醇溶蛋白为主要原料研究开发一种创新型植物基马苏里拉干酪，在单因素试验的基础上，利用正交试验确定了最佳配方为玉米醇溶蛋白3 g，水3 g，椰子油2.0 g即最优配比为玉米醇溶蛋白∶水∶椰子油=3∶3∶2（质量比）。结果表明，此配方生产的玉米醇溶蛋白基马苏里拉干酪拉伸长度为27 cm，分别是天然马苏里拉干酪和植物基马苏里拉干酪的1.4倍和10.8倍。玉米醇溶蛋白基马苏里拉干酪的功能特性得分为84.6，高于两组市售马苏里拉干酪。玉米醇溶蛋白基马苏里拉干酪与天然马苏里拉干酪的质构特性相近，性能优良。玉米醇溶蛋白基马苏里拉干酪制作无需发酵，生产周期短，利于工业化生产，是一种具有广阔前景的新型素食拉丝干酪。