配方成分對再制干酪品質影響的研究進展

文∕龐瑞鵬

（河北省秦皇島出入境檢驗檢疫局）

再制干酪是一種不同于天然干酪的乳制品。事實上，再制干酪并不是從牛乳直接制得的，而是以幾種不同成熟度的天然干酪作為原料，粉碎混合后添加乳化鹽及其它含乳或者不含乳的輔料，經加熱熔融并持續攪拌而制得的一種質地均勻的產品。圖1為干酪的微觀結構原理圖，從中可以看出天然干酪與再制干酪在微觀結構上的差別。

再制干酪的生產工序大致可以分為2 個階段。第一階段是輔料的選擇和配方參數的設計，第二階段是生產和保藏。第一階段的內容具體包括原料的選擇、乳化鹽的選擇和其它輔料的計算，其目的是使產品的各項指標能符合預期，進而保證所生產的再制干酪能擁有特定的性質。這些指標包括脂肪含量、水分含量、pH值、鈣含量、完整酪蛋白含量、乳糖含量以及乳清蛋白含量等。一般來說，再制干酪產品的水分和脂肪含量是相對穩定的，但其它指標卻不同。作為原料的天然干酪的變化將導致鈣含量、pH值以及完整酪蛋白含量的變化；所添加的乳化鹽的種類與劑量的不同將造成鈣含量與pH值的不同。此外，諸如脫脂乳粉、乳清蛋白濃縮液等添加物料將影響再制干酪乳清蛋白以及乳糖的含量。

圖1 天然干酪與再制干酪的微觀結構原理圖[1]

綜上所述，僅僅實現水分含量與脂肪含量的標準化，不足以保證所生產的再制干酪能夠擁有預期的性質，因此控制產品中的pH值、鈣含量、完整酪蛋白含量、乳糖含量以及乳清蛋白含量是十分必要的。本文將對這些指標對于再制干酪的影響做詳細的介紹。

1 pH值對再制干酪品質的影響

圖2 再制干酪中乳清蛋白變性比率與pH 值的關系

研究發現，再制干酪的pH值對終產品的品質、水分、乳化性以及蛋白質間的相互作用有著重要的影響。大量的研究成果表明，品質良好的再制干酪的pH值一般在5.4～5.8。根據Palmer和Sly的研究，當pH值低于5.4或高于5.8時，再制干酪的乳化穩定性會下降[2]。而根據Siew Kim Lee等人的研究，當pH值高于5.8時，再制干酪中乳清蛋白的變性率將顯著上升（圖2）[3]。Marchesseay等研究人員觀測了最終pH值不同的再制干酪的微觀結構，他們發現當再制干酪的最終pH值較低時，蛋白質之間的相互作用得到了增強。原因是pH值更接近于這些蛋白質的等電點，從而導致了蛋白質的聚集，進而弱化了脂肪的乳化作用。當最終pH值較高時，他們發現再制干酪獲得了一種開放的結構，但同時也因此造成了乳化的削弱。他們還發現，pH值為5.7的再制干酪的蛋白質形成了一種緊密的網狀結構，同時，這種再制干酪的乳化作用十分均衡。因此，再制干酪的最終pH值是影響最終結構和相應功能特性的重要因素[4]。

一些早期的研究揭示了pH值對于再制干酪硬度和融化性的影響。科學家發現，當再制干酪的pH值由5.0上升到5.8時，其硬度呈上升趨勢并在pH值為5.8時達到最大值。但是，當pH值從5.8升至6.2時，其硬度卻開始下降[5]。Arnottand等人之前的研究也表明，pH值和再制干酪的融化性有一定聯系[6]。值得一提的是，再制干酪生產過程中所添加乳化鹽的種類和數量以及作為原料的天然干酪類型和成熟度都會對再制干酪的最終pH值造成顯著影響。Olson等人的研究說明了天然干酪的pH值對于再制干酪的重要影響。研究人員制作了不同pH值的切達干酪，然后以其作為原料制作了不同成熟時間的涂抹型再制干酪并分析了它們質構特性及融化性。試驗結果表明，無論成熟時間如何，以較高pH值的切達干酪作為原料生產的再制干酪的硬度更高的同時融化性更差[7]。

2 鈣含量對再制干酪品質的影響

再制干酪的鈣含量不僅在生產過程中有著重要作用，而且對終產品的功能特性也有影響。再制干酪中鈣含量的主要影響因素是天然干酪。而美國食品藥品監督管理局（FDA）規定再制干酪中天然干酪的含量應在51%以上。由此可以推論出，作為原料的天然干酪的鈣含量對于再制干酪的性質有著巨大的影響。換句話說，為了得到品質符合預期的再制干酪，選擇合適的天然干酪是十分關鍵的。研究表明，當天然干酪的鈣含量偏高時，所生產的再制干酪將表現出高硬度和融化性差的特點。過高的鈣含量將對再制干酪的生產造成阻礙，因為這些過多的鈣元素需要通過在生產過程中添加乳化鹽來從天然干酪中除去[8]。一項關于干酪類似物的研究也表明，當鈣含量上升時，干酪類似物的硬度也隨之上升，而同時其融化性隨之下降[9]。

牛乳的濃縮方法以及濃縮的程度都會影響所產天然干酪的鈣含量，進而影響到以這種天然干酪作為原料生產的再制干酪的諸多性質。Acharya等人使用5 種切達干酪作為原料，分別為非濃縮乳對照組、超濾濃縮乳1.5 倍組、超濾濃縮乳2.0 倍組、真空濃縮乳1.5 倍組以及真空濃縮乳2.0 倍組。研究表明，當濃縮程度達到1.5 倍時，超濾濃縮組切達干酪的鈣含量增加了10%而真空濃縮組增加了4%；當濃縮程度達到2 倍時，超濾濃縮組的切達干酪鈣含量增加18%，而真空濃縮組增加13%[10，11]。

3 完整酪蛋白含量對再制干酪品質的影響

圖3 天然干酪中完整酪蛋白含量與成熟時間的關系[12]

完整的酪蛋白含量對于再制干酪的品質有著重要的影響。無獨有偶，對于完整酪蛋白的含量影響最大的同樣是作為原料的天然干酪。天然干酪中完整酪蛋白的含量同成熟度的關系呈負相關（圖3）。當天然干酪開始成熟，完整酪蛋白的含量便開始下降。其原因是隨著天然干酪的成熟，干酪中的酶和乳酸菌開始將蛋白質水解為多肽，因此減少了完整的酪蛋白[12]。在Garimella Purna等學者2006年的一項研究中，科學家利用成熟時間分別為2、4、6、12和18 周的切達干酪（乳化鹽為2.0%、2.5%、3.0%的檸檬酸三鈉）作為原料制作再制干酪。結果表明，隨著完整酪蛋白含量的下降，即成熟度的提高，再制干酪的硬度下降而融化性提高。但有趣的是，試驗表明，隨著切達干酪中完整酪蛋白含量的下降，所制得的再制干酪的流變性最初呈上升趨勢，但是以成熟度18 周的切達干酪制得的再制干酪其流變性卻低于12 周的那一組。研究人員認為這種變化應該是由于過度的乳化造成的。之前的研究也報道過當天然干酪成熟度過高時會發生過度乳化的現象。當天然干酪的成熟度偏高時，干酪中的酪蛋白被水解為小肽，而小肽在再制干酪的制作過程中極易水合并分散。同時，在正常的工藝條件下，由于蛋白質之間的相互作用，再制干酪內形成了強有力的網狀蛋白質結構，也因此削弱了再制干酪的流變性[12]。

4 乳糖含量對再制干酪品質的影響

再制干酪的乳糖含量也是一個需要掌控得當的關鍵指標，因為過高的乳糖含量會導致乳糖結晶化或者發生美拉德反應而褐變。再制干酪中的乳糖主要來自于添加的脫脂乳粉和乳清粉。乳糖的結晶化取決于它在再制干酪的水相中所能溶解的最大程度[13]。20 ℃時，乳糖溶液的最大濃度為17%。以此為參照，在設計一種再制干酪時，人們必須確保最終的乳糖含量不會超過7.48%（對于水分含量44%的再制干酪食品）或者10.20%（對于水分含量60%的涂抹型再制干酪）。乳糖過量的另一個壞處是容易發生美拉德反應，那將嚴重損害產品的外觀和風味。通過Thomos的研究我們了解到，生產后的儲藏溫度和時間會對再制干酪的褐變反應造成顯著的影響，他認為再制干酪的儲藏溫度應低于35 ℃同時不超過6 周的時間[14]。

5 乳清蛋白含量對再制干酪品質的影響

乳清蛋白大約占牛乳總蛋白含量的20%[15]，牛乳中大約80%的乳清蛋白由兩大類乳清蛋白組成，即α-乳球蛋白和β-乳球蛋白。β-乳球蛋白的一個重要特點是其一級結構中存在能夠自由反應的巰基。乳清蛋白也容易受到溫度的影響。當溫度達到60～70 ℃時，乳清蛋白將發生變性，而這一溫度導致的變性也說明了β-乳球蛋白中自由巰基的存在，因為自由巰基具有通過二硫鍵交聯其它β-乳球蛋白以及κ-酪蛋白分子的能力[16]。若將脫脂乳粉和乳清蛋白濃縮物用于制造再制干酪，便可以提高再制干酪中的乳清蛋白含量。由于乳清蛋白具有前文所述的交聯能力，再制干酪中過高的乳清蛋白含量不僅會影響干酪的感官品質，而且將導致硬度的增加以及融化性的下降。

乳清蛋白對于再制干酪功能特性和感官品質的影響如今已經得到了廣泛研究。Gupta 和Reuter利用超濾技術得到了固形物含量26%的乳清蛋白濃縮液，其中蛋白質為20%，乳糖為5.8%。這種濃縮液被作為一種添加物用于制造再制干酪食品。他們發現，在制作再制干酪食品（終產品水分含量47%）時添加的乳清蛋白若不超過8%，則不會對終產品的品質造成影響。然而他們在另一次試驗卻發現，添加了乳清蛋白濃縮液的再制干酪食品的硬度要高于沒有添加的對照組[17]。Abd-El-Salam等研究人員在1996年研究了乳清蛋白濃縮液（固形物含量28%，其中乳清蛋白為15%）的添加量對于涂抹型再制干酪（水分含量57%，乳化鹽3%）流變性和干酪組成的影響，其中添加量分別為0、20%和40%。通過試驗得知，相比不添加乳清蛋白的對照組，添加了40%乳清蛋白濃縮液的涂抹型再制干酪的水分含量高0.8 個百分點，乳糖含量高2.5 個百分點，而pH值高0.3。同時，研究人員發現，添加乳清蛋白濃縮液后，所生產的再制干酪食品的融化性、風味以及其它感官品質都有所改善[18]。另一項關于酶凝酪素再制干酪體系（酪蛋白17%，脂肪24%，乳化鹽2%）的研究中，Mleko和Foegeding發現，最多2%的酪蛋白可以被乳清蛋白替換，但是他們也發現，再制干酪的硬度出現小幅增加，融化性也出現了下降。因此研究人員認為，β-乳球蛋白中這種由加熱導致的二硫鍵的反應對于再制干酪的硬度與融化性有著顯著的影響[19]。

6 結語

在研發一種再制干酪產品時，需要考慮它的工藝類型以及最終的用途。再制干酪的諸多化學或質構的特性將通過各種方式影響到終產品的功能特性。因此，在制定再制干酪的配方時，研發人員常常通過添加適當的輔料來控制產品的各種指標，使生產出來的再制干酪能夠擁有預期的功能特性。但是事實上，諸如天然干酪的類型與成熟度等因素總會變化，面對這些不穩定因素，如何通過工藝和配方生產出穩定的產品正是需要食品工程師們運用智慧與經驗來解決的問題。

[1]Kapoor R，Metzger L E.Process cheese：scientific and technological aspects—a review.Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety，2008，7（2）：194-214.

[2]Marchesseau S，Gastaldi E，Lagaude A，et al.Influence of pH on protein interactions and microstructure of processed cheese.Journal of Dairy Science，1997，80（8）：1483-1489.

[3]Lee S K，Anema S G.The effect of the pH at cooking on the properties of processed cheese spreads containing whey proteins.Food Chemistry，2009，115（4）：1373-1380.

[4]Palmer H J，Sly W H.Oil separation in processed cheese.Dairy Industries，1943，8（8）：427-430.

[5]Templeton H L，Sommer H H.Factors affecting the body and texture of processed cheese.Journal of Dairy Science，1932，15（1）：29-41.

[6]Arnott D R，Morris H A，Combs W B.Effect of certain chemical factors on the melting quality of processed cheese.Journal of Dairy Science，1957，40（8）：957-963.

[7]Olson N F，Vakaleris D G，Price W V，et al.Acidity and age of natural cheese as factors affecting the body of pasteurized processed cheese spread.Journal of Dairy Science，1958，41（8）：1005-1016.

[8]Sood S M，Gaind D K，Dewan R K.Correlation between micelle solvation and calcium conten（milk products）.New Zealand Journal of Dairy Science and Technology，1979，14（1）：32-34.

[9]Cavalier S C，Cheftel J C.Emulsifying salts influence on characteristics of cheese analogs from calcium caseinate.Journal of Food Science，1991，56（6）：1542-1547.

[10]Acharya M R，Mistry V V.Comparison of effect of vacuumcondensed and ultrafiltered milk on Cheddar cheese.Journal of Dairy Science，2004，87（12）：4004-4012.

[11]Acharya M R，Mistry V V.Effect of vacuum-condensed or ultrafiltered milk on pasteurized processed cheese.Journal of Dairy Science，2005，88（9）：3037-3043.

[12]Purna S K，Pollard A，Metzger L E.Effect of formulation and manufacturing parameters on processed cheese food functionality-I Trisodium citrate.Journal of Dairy Science，2006，89（7）：2386-2396.

[13]Templeton H L，Sommer H H.Cheese spreads.Journal of Dairy Science，1932，15（2）：155-162.

[14]Thomas M A.Browning reaction in Cheddar cheese.Australian Journal of Dairy Technology，1969，24（4）：185-189.

[15]Eigel W N，Butler J E，Ernstrom C A，et al.Nomenclature of proteins of cow's milk：fifth revision.Journal of Dairy Science，1984，67（8）：1599-1631.

[16]Wong D W S，Camirand W M，Pavlath A E，et al.Structures and functionalities of milk proteins.Critical Reviews in Food Science &Nutrition，1996，36（8）：807-844.

[17]Gupta V K，Reuter H.Processed cheese foods with added whey protein concentrates.Le Lait，1992，72（2）：201-212.

[18]Abd-El-Salam M H，Khader A，Hamed A，et al.Effect of whey protein concentrate，emulsifying salts and storage on the apparent viscosity of processed cheese spreads.Egyptian Journal of Dairy Science，1997，25（2）：281-288.

[19]Mleko S，Foegeding E A.Physical properties of rennet casein gels and processed cheese analogs containing whey proteins.Milchwissenschaft，2000，55（9）：513-516.