热处理及成熟温度对低脂牦牛乳硬质干酪理化性质及品质影响

陈庭轩,宋国顺,邱婷,梁琪*,宋雪梅*

1(甘肃农业大学 食品科学与工程学院,甘肃 兰州,730070)2(甘肃省功能乳品工程实验室,甘肃 兰州,730070)

高脂肪食物是诱发慢性疾病最危险的因素之一[1]。近年来,随着经济发展及人口老龄化程度加深,慢性病患者人数不断增加,2018年我国65岁以上老年人慢性病患病率高达62.3%,慢性病已成为当今重要的公共卫生问题[2]。研究表明,低脂食品的摄入能够预防肥胖以及一些食源性疾病[3]。因此,为了满足消费者对健康和营养日益增长的需求,生产低脂硬质干酪具有良好的市场吸引力。

乳脂肪是影响干酪品质的因素之一,其含量的减少将导致干酪风味缺失,质地变硬等[4]。为了改善减脂对干酪品质的影响,主要有添加脂肪替代物、辅助培养物以及调整工艺参数等方法[5]。然而,脂肪替代物等的添加一定程度上影响了干酪风味[6]。原料乳热处理及干酪成熟温度是生产工艺中较为重要的一步,且工艺参数的调整较为方便和经济,不同学者对此进行了研究。刘立鹏等[7]发现经过65 ℃ 30 min、75 ℃ 5 min、85 ℃ 1 min对原料乳热处理后,乳清蛋白的变性率分别达17.5%、35.1%和68.3%。ISMAIL等[8]发现乳清蛋白变性使得低脂Mozzarella干酪的感官品质得到改善。MILORADOVIC等[9]将山羊乳加热至80 ℃ 5 min和90 ℃ 5 min,干酪产量明显提高。CERUTI等[10]发现,在干酪成熟初期,应用高成熟温度能够提高酶活性。SHEEHAN等[11]发现成熟温度从4 ℃提高到12 ℃,减脂Mozzarella干酪的pH 4.6和5%磷钨酸可溶性氮含量增加。原料乳热处理能够影响乳清蛋白变性程度、钝化相关酶类,成熟温度的提高能够加快干酪成熟过程中蛋白质降解等,从而对干酪品质产生了重要影响。

牦牛是青藏高原上主要的哺乳动物,特殊的高原环境造就了牦牛乳特异性。以牦牛乳制作的干酪含有较高的乳脂[12],乳脂赋予干酪浓郁的风味以及良好的质地。但对低脂牦牛乳硬质干酪的生产带来了挑战。不同原料乳受热处理影响不同,GENENE等[13]发现热处理温度提高时,大部分骆驼乳清蛋白变性。杨楠等[14]发现脱脂牦牛乳经过不同温度(30～90 ℃)及不同时间(5～25 min)热处理后,随着加热温度的上升、时间的延长,热稳定性下降。因此,本试验以热处理及成熟温度为切入点,分析低脂牦牛乳硬质干酪成熟期间的一些指标变化,探究不同处理条件对干酪品质的影响,以期为改进品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜牦牛乳采自甘肃天祝藏族自治县抓喜秀龙乡,置于保温容器后,及时运输至实验室;凝乳酶、发酵剂(嗜温发酵剂和嗜热发酵剂1：1混合而成),北京多爱特生物科技有限公司。

亚铁氰化钾,大茂化学试剂厂;乙酸锌、冰乙酸、水合茚三酮,上海阿拉丁生化科技有限公司;硝酸、乙醇(纯度≥95%)、氢氧化钠、醋酸、盐酸、氯化镉,国药集团化学试剂有限公司;硝酸银,天津市祥瑞鑫化工科技有限公司;铬酸钾,烟台市双双化工有限公司;酚酞,比克曼生物科技有限公司;L-亮氨酸,上海原叶生物科技有限公司,上述试剂等均为分析纯。

1.2 仪器与设备

pHS-3C精密pH计,上海仪电科学仪器股份有限公司;GZX-GF101-Ⅱ电热恒温鼓风干燥箱,上海跃进医疗器械有限公司;AL204分析天平,上海一恒科学仪器有限公司;TA.XTPlus质构仪,英国Stevens公司;732型可见分光光度计,上海光谱仪器有限公司;TGL-20M冷冻离心机,长沙湘仪离心机仪器有限公司;脱脂机,青海康平太阳能电动牛奶分离器厂。

1.3 实验方法

1.3.1 干酪制作与取样

参考宋国顺等[15]方法,原料乳→检验→脱脂→将脱脂乳与未脱脂乳1：1混合→热处理(未热处理、65 ℃ 30 min、75 ℃ 1 min、85 ℃ 15 s)→室温冷却至35 ℃→添加发酵剂(0.006 25 g/L)→发酵约60 min→添加CaCl2(0.3 g/L, pH值6.2)→添加凝乳酶(酶活性为890 IMCU/g, 1 g/1.5 L)→凝乳(30 min)→切割(体积约为1 cm3的方块)→排乳清→二次加热(温度升至45 ℃)→排乳清(pH值5.6)→加盐搅拌(2%)→堆酿(2 h)→加压成型→真空包装→成熟。

成熟温度分别为4 ℃和12 ℃,成熟周期设置为0～6个月。将不同成熟期间的干酪贮藏在-80 ℃超低温冰箱中,开展后续实验。

1.3.2 干酪理化指标测定

1.3.2.1 出品率测定

参考王玲[16]方法,对低脂牦牛乳硬质干酪进行称重,实测出品率的计算如公式(1)所示:

(1)

为了更加准确的得到低脂牦牛乳硬质干酪的出品率,将水分含量校正到40%时,再进行计算,矫正出品率的计算如公式(2)所示:

(2)

1.3.2.2 水分含量测定

GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》,采用直接干燥法测定各成熟期干酪水分含量。

1.3.2.3 pH值测定

参考JIN等[17]方法,稍作修改。均匀称取5 g干酪,置于研磨皿中,加入10 mL的蒸馏水充分研磨,待精密pH计校准后进行pH值的测定。

1.3.2.4 NaCl含量测定

采用GB 5009.44—2016《食品安全国家标准 食品中氯化物的测定》,测定各成熟期干酪中氯的含量。

1.3.2.5 质构测定

参考石永祺等[18]方法并作适当修改。用不锈钢钻孔器在干酪上均匀取样3次,取出样品为圆柱体(半径为1 cm,高度为2.5 cm)。参数设定:P25型探头,满载压力为25 kg,5.0 mm/s的速度探头下降,测试中速度为3.0 mm/s,探头的返回速度为5.0 mm/s,压缩比为50%,压缩间隔15 s。

1.3.2.6 总游离氨基酸测定

参考FOLKERTSMA等[19],采用镉-茚三酮法,测定样品溶液在507 nm处的吸光值。以亮氨酸为标准品,计算干酪中总游离氨基酸含量。

1.3.2.7 感官品质评分

将干酪从冰箱取出后,冷却30 min后,均匀切出样品。10名经过培训的专业人员,从颜色(20分)、气味(20分)、滋味(20分)、质地(20分)、口感(20分)5个方面对各成熟期的干酪进行感官盲评,具体评分标准如表1所示[20],以平均值作为最终得分。

表1 感官评价标准Table 1 Criteria of sensory evaluation

1.4 数据统计与分析

结果以3次重复测定的平均值±标准差表示。采用SPSS 22.0进行单因素方差分析,采用Duncan法进行多重比较,以及独立样本t检验进行比较,差异显著性水平P=0.05。采用OriginPro 2021软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同处理的低脂牦牛乳硬质干酪出品率

为了使结果更加准确,将干酪水分含量矫正到40%后,比较各干酪矫正出品率。不同热处理原料乳所制作的低脂牦牛乳硬质干酪出品率如表2和表3所示。

表2 不同热处理的低脂牦牛乳硬质干酪出品率(用于4 ℃成熟)Table 2 The yield of low-fat yak milk hard cheese with different heat treatments (ripening at 4 ℃)

表3 不同热处理的低脂牦牛乳硬质干酪出品率(用于12 ℃成熟)Table 3 The yield of low-fat yak milk hard cheese with different heat treatments (ripening at 12 ℃)

由表2、表3可知,随着热处理温度的升高,矫正出品率均随之升高,3组经过热处理的干酪出品率显著高于未热处理组(P<0.05)。65 ℃处理组、75 ℃处理组、85 ℃处理组,矫正出品率平均比未热处理组高出0.77%、1.21%、1.31%。一方面,与其水分含量有关,原料乳的热处理导致乳清蛋白变性程度加深,变性乳清蛋白大量聚集在酪蛋白表面,阻碍了乳清的排出,影响了脱水收缩的过程,水分被保留。另一方面,变性的乳清蛋白形成大分子聚合物,当其尺寸大于酪蛋白的网络空间尺寸时,会被截留在酪蛋白网络结构中。二者的影响进而提高了干酪产量[21]。

2.2 低脂牦牛乳硬质干酪成熟期间水分的变化

由表4可知,同一成熟温度下,4组干酪成熟期间的水分含量均呈下降趋势。水分含量的减少一方面是由于乳清析出,另一方面是因为蛋白质水解,其结构发生破坏,产生了自由水。此外脂肪含量与蛋白质含量之间的比值增加也是影响因素之一[22]。成熟6个月时,4组干酪中水分差异显著(P<0.05),经过热处理的3组干酪中水分含量显著高于未热处理组;4 ℃成熟温度下,65 ℃处理组、75 ℃处理组、85 ℃处理组,分别高出了未热处理组1.44%、2.64%、3.65%,而12 ℃时,分别相应高出了1.49%、2.88%、3.90%。以上结果表明,原料乳热处理温度增加,其干酪水分含量随之增加。

表4 热处理及成熟温度对低脂牦牛乳硬质干酪成熟过程中水分含量的影响 单位:%Table 4 Effect of heat treatment and ripening temperature on moisture of low-fat yak milk hard cheese during ripening

原料乳经过同一热处理,但是不同成熟温度下成熟的干酪在成熟过程中,提高成熟温度,水分含量均略微下降,但总体下降趋势不明显。12 ℃成熟至 6个月时,3组经过热处理制作的干酪:65 ℃、75 ℃、85 ℃处理组的水分含量比4 ℃成熟的相应干酪分别降低了0.34%、0.15%和0.14%,但差异不显著,这是由于干酪中水分通常以游离水,与凝乳成分结合的水,受凝乳颗粒吸引力通过氢键结合的水等方式存在[23],且干酪经真空包装后密封贮存,因此,成熟温度的改变,对干酪中游离的水影响较小。

2.3 低脂牦牛乳硬质干酪成熟期间pH的变化

如表5所示,同一成熟温度下,在整个成熟过程中,不同热处理原料乳制作的干酪pH值总体上均呈现先下降后上升趋势。成熟初期,pH值较高,这是因为干酪中含较高的水分。随着干酪成熟,乳糖转化成乳酸,蛋白含量的减少降低了对乳酸的缓冲[24],干酪pH值逐渐下降。成熟中后期,干酪NaCl含量逐渐增加,盐对干酪中乳酸菌抑制作用增强,此外,蛋白质分解成各类氨基酸,一部分氨基酸转化成生物胺,因此,导致成熟后期,其pH值升高。SAIDI等[25]也得出了相同的变化趋势。

表5 热处理及成熟温度对低脂牦牛乳硬质干酪成熟过程中pH的影响Table 5 Effect of heat treatment and ripening temperature on pH of low-fat yak milk hard cheese during ripening

成熟温度为4 ℃的干酪,在0、1、3个月成熟过程中,其pH值呈下降趋势,3个月过后呈上升趋势。成熟温度为12 ℃的干酪,在0、1个月成熟过程中,其pH值呈下降趋势,1个月过后呈上升趋势。3、6个月时,85 ℃处理组均显著低于65 ℃、75 ℃处理组(P<0.05)。这主要是因为成熟温度升高之后,加速了干酪成熟,12 ℃成熟干酪的pH值提前升高。原料高强度热处理,乳酸缓冲力减弱,此外也破坏了乳中的天然酶以及一些微生物,从而导致原料乳经高强度热处理后,其pH值降低。

经过相同热处理原料乳制作的干酪,在1、3、6个月成熟过程中,75 ℃、85 ℃处理组在12 ℃成熟时的pH值显著低于4 ℃的pH值(P<0.05),这一主要是成熟温度改变了干酪介质的缓冲力,进而导致了不同成熟温度下pH不同。此外,高温导致干酪中胶体磷酸钙溶解性的降低,大量磷酸钙积累使得氢离子从中释放,氢离子的增加导致pH值降低[26]。

2.4 低脂牦牛乳硬质干酪成熟期间NaCl的变化

NaCl含量在一定程度上影响干酪中微生物生长,影响蛋白质水解酶活性和蛋白质的持水能力。由表6可知,同一成熟温度下,4组干酪的NaCl含量在成熟过程中均呈现上升趋势,这与水分减少、干物质增加有一定关系。未热处理组NaCl含量均显著高于其他热处理组(P<0.05),可能是由于β-乳球蛋白,κ-酪蛋白复合物的形成,导致经过热处理原料乳制作的干酪质地更加坚硬,而盐难以渗透到内部[27]。4 ℃下成熟至6个月时,各处理组NaCl含量差异显著(P<0.05),且85 ℃处理组的NaCl含量分别比未热处理组、65 ℃、75 ℃处理组低了0.37%、0.19%和0.09%。成熟温度升至12 ℃时,85 ℃处理组的NaCl含量与其他处理组相比,分别相应降低了0.36%、0.17%和0.08%。结果表明原料乳经过热处理后,其干酪中NaCl含量减少。

表6 热处理及成熟温度对低脂牦牛乳硬质干酪成熟过程中对NaCl的影响 单位:%Table 6 Effect of heat treatment and ripening temperature on NaCl of low-fat yak milk hard cheese during ripening

原料乳经同一处理后,在1、3、6个月成熟过程中,12 ℃成熟干酪中NaCl含量显著高于4 ℃成熟干酪中NaCl含量(P<0.05)。成熟6个月时,12 ℃成熟的未热处理组、65 ℃、75 ℃、85 ℃处理组干酪中NaCl含量比4 ℃成熟的相应干酪样品分别高出了0.14%、0.13%、0.14%和0.15%。

2.5 低脂牦牛乳硬质干酪成熟期间总游离氨基酸含量的变化

蛋白质水解被认为是干酪成熟过程中各种生化反应中最复杂的反应之一[28]。干酪在成熟过程中,蛋白质发生水解,产生的一些基团可以提高干酪的保水性,影响水分含量。此外,水解产生的游离氨基酸也有助于形成干酪良好的风味。由表7可知,不同热处理原料乳所制作的干酪,在整个成熟期间,总游离氨基酸的含量均呈上升趋势。在相同成熟期内,85 ℃处理组显著高于其他热处理组(P<0.05)。因此,热处理对干酪的总游离氨基酸含量产生一定影响。原料乳同一热处理但不同成熟温度下成熟的干酪,在成熟期间,12 ℃的总氨基酸含量显著高于4 ℃的含量(P<0.05)。成熟温度的提高导致干酪中游离氨基酸含量也相对提高。

表7 热处理及成熟温度对低脂牦牛乳硬质干酪成熟过程中总游离氨基酸含量的影响 单位:mg/kgTable 7 Effect of heat treatment and ripening temperature on total free amino acid content of low-fat yak milk hard cheese during ripening

2.6 低脂牦牛乳硬质干酪成熟期间质构的变化

2.6.1 硬度

由表8可知,同一成熟温度下,在成熟初期,4组低脂牦牛乳硬质干酪的硬度下降明显,后期逐渐呈现平缓趋势。4组新鲜干酪硬度差异显著(P<0.05)。在1、3、6个月时,3组经过热处理干酪其硬度显著高于未热处理的硬度(P<0.05)。65 ℃处理组干酪的硬度显著高于其他热处理组(P<0.05)。3组热处理组的干酪硬度随着原料乳热处理程度的增加,硬度下降,这是由于干酪中凝胶体系的变弱和水分含量的增加。

表8 热处理及成熟温度对低脂牦牛乳硬质干酪成熟过程中硬度的影响 单位:gTable 8 Effect of heat treatment and ripening temperature on hardness of low-fat yak milk hard cheese during ripening

原料乳同一热处理不同成熟温度,在1、3、6个月时,12 ℃成熟干酪的硬度始终低于4 ℃成熟干酪,这是因为原料乳中主要的蛋白质,一种是球状的乳清蛋白,另一种为以稳定胶体悬浮物存在的酪蛋白胶束。由于大部分乳清蛋白在干酪制作过程中随乳清排出,因此,酪蛋白胶束对干酪品质影响较大[29]。随着成熟温度的升高,酶活性增强,干酪成熟过程中酪蛋白的降解程度加强,逐渐降解成小分子多肽以及游离氨基酸,因此,酪蛋白胶束的破坏导致干酪硬度降低[30]。

2.6.2 弹性

如表9所示,同一成熟温度下,4组干酪的弹性均呈现逐渐降低的趋势。成熟期在1个月时,原料乳未热处理组的干酪弹性显著高于其他3组经过热处理的干酪(P<0.05)。65 ℃、75 ℃处理组干酪,在1、3、6个月时,无显著差异,而85 ℃与这两组热处理只有6个月时,均存在显著差异(P<0.05)。干酪弹性大小受多因素影响,并没有和硬度一样,表现与水分等相关因素存在密切关系,这和于华宁等[31]将干酪质构与流变特性对比的研究结果一致。6个月时,未热处理组的干酪弹性最高且显著高于75 ℃、85 ℃处理组(P<0.05)。

表9 热处理及成熟温度对低脂牦牛乳硬质干酪成熟过程中弹性的影响 单位:mmTable 9 Effect of heat treatment and ripening temperature on elasticity of low-fat yak milk hard cheese during ripening

4组干酪在不同成熟温度的情况下,其弹性在4 ℃和12 ℃成熟至1、3个月时,弹性相近,差异不显著,而成熟至6个月时,差异显著(P<0.05),说明在成熟3个月后,成熟提高温度可提高干酪中酶的活性,加速酪蛋白的水解,酪蛋白网络结构破坏严重,所以12 ℃的干酪弹性下降明显。

2.6.3 黏聚性

如表10所示,同一成熟温度下,4组干酪的黏聚性均呈下降趋势。65 ℃、75 ℃处理组除12 ℃成熟6个月时,其他时间内相近不存在显著差异。85 ℃处理组干酪的黏聚性在成熟3、6个月时,显著低于其他3组干酪(P<0.05)。黏聚性反映出干酪内部键构成的强度,结果表明较低强度热处理制作的干酪,其内部键与高强度热处理的干酪相比强度更高。

表10 热处理及成熟温度对低脂牦牛乳硬质干酪成熟过程中黏聚性的影响Table 10 Effect of heat treatment and ripening temperature on the cohesiveness of low-fat yak milk hard cheese during ripening

成熟温度的升高对不同处理的干酪黏聚性存在影响,干酪成熟至3、6个月时,12 ℃的黏聚性始终小于4 ℃,且差异显著(P<0.05)。成熟6个月时,未热处理组、65 ℃、75 ℃、85 ℃处理组在12 ℃成熟温度下分别比4 ℃低了0.12、0.13、0.15、0.16。由此可见,提高成熟温度影响干酪的黏聚性。

2.7 低脂牦牛乳硬质干酪成熟期间感官品质评分的变化

不同热处理原料乳制作的4组低脂牦牛乳硬质干酪,在4 ℃和12 ℃成熟过程中的感官品质评分情况分别见图1、图2。不同点线形状代表不同组别,面积大小代表总的评分高低。

a-0个月;b-1个月;c-3个月;d-6个月图1 4 ℃成熟时不同热处理原料乳制作的低脂牦牛乳硬质干酪成熟期间感官品质评分的变化Fig.1 Changes in sensory quality scores of low-fat yak hard cheese made from different heat treated raw milk at 4 ℃ during ripening

a-0个月;b-1个月;c-3个月;d-6个月图2 12 ℃成熟时不同热处理原料乳制作的低脂牦牛乳硬质干酪成熟期间感官品质评分的变化Fig.2 Changes in sensory quality scores of low-fat yak hard cheese made from different heat treated raw milk at 12 ℃ during ripening

由图1、图2可知,随着成熟时间的增加,感官评分增加。这是因为随着干酪成熟,蛋白质逐渐水解,蛋白质网络结构减弱,导致干酪质地变得更加光滑均匀。脂肪在成熟过程中逐渐分解产生酸、醛、醇、酯类等物质,赋予干酪特有的浓厚香气。12 ℃下成熟1、3个月的4组干酪的感官品质评分均高于4 ℃成熟干酪。这是因为成熟温度影响成熟过程中的生化反应速率,成熟温度的提高,将导致蛋白质水解、糖酵解和脂解速率增加,有助于增加干酪风味强度。然而,成熟至6个月时,12 ℃下成熟的4组干酪感官评分均下降且低于4 ℃成熟干酪。高温下延长成熟时间,可能因蛋白水解过度,产生苦味肽引起明显苦味,进而导致其风味失衡,干酪的感官评分下降。

就原料乳热处理影响而言,在整个成熟期间内,未热处理组干酪在各项指标上的得分均最低;65 ℃处理组干酪的质地评分较高,但4组干酪的总体感官品质评分排序为:未热处理组<65 ℃处理组<75 ℃处理组<85 ℃处理组。当成熟温度提高时,成熟1、3个月时,4组干酪感官品质评分,12 ℃成熟>4 ℃成熟;成熟6个月时,12 ℃成熟<4 ℃成熟。由此可见,成熟1、3个月时,85 ℃处理组在12 ℃成熟的品质较好。成熟6个月时,85 ℃处理组在4 ℃成熟的品质较好。因此,提高原料乳热处理温度和成熟温度,能够缩短成熟时间,改善其干酪品质,但高温下过长时间的成熟,将对干酪品质带来负面影响。

3 结论

本实验从生产工艺方面探究原料乳热处理及成熟温度的改变对低脂牦牛乳硬质干酪理化性质及品质的影响。结果表明,在同一温度成熟时,随着原料乳热处理强度的增加,干酪出品率、水分、游离氨基酸总量随之增加,但其NaCl含量呈现降低趋势。原料乳经过热处理的干酪,其pH值、硬度随热处理温度升高而下降。各组干酪之间的弹性差异不明显,85 ℃处理组的黏聚性在3、6个月时最低。85 ℃处理组在整个成熟期内,感官品质评分均高于其他处理组。经同一热处理原料乳制作的干酪,提高成熟温度时,干酪中NaCl和游离氨基酸含量升高,水分含量无明显差异。成熟温度升高对硬度以及黏聚性均存在影响,成熟3、6个月时,干酪硬度显著下降。但弹性除了成熟6个月时,其他时间段均无显著影响。成熟时间少于6个月时,12 ℃成熟干酪的感官品质好于4 ℃成熟干酪。原料乳热处理温度和成熟温度的提高能增加干酪中游离氨基酸含量,降低其硬度和黏聚性,缩短干酪成熟时间,改善其品质,但长时间处于高温环境可能导致干酪品质下降。后续需要进一步对其风味物质、脂肪降解等展开研究,全面评价低脂牦牛乳硬质干酪品质,综合优化工艺参数,以期生产出具有良好品质的低脂干酪。