組合賦權法結合響應面分析法優化娟姍牛奶Mozzarella干酪制作工藝

蔡　　達，劉　　燕，伍國杰，蘇海雁，袁世龍，劉小玲，2，李全陽，2，*

（1.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧530004；2.廣西高校特色農產品精深加工與安全控制重點實驗室，廣西南寧530005）

組合賦權法結合響應面分析法優化娟姍牛奶Mozzarella干酪制作工藝

蔡達1，劉燕1，伍國杰1，蘇海雁1，袁世龍1，劉小玲1，2，李全陽1，2，*

（1.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧530004；2.廣西高校特色農產品精深加工與安全控制重點實驗室，廣西南寧530005）

以娟姍牛奶為原料乳，制作Mozzarella干酪，采用組合賦權法綜合評價娟姍牛奶Mozzarella干酪的質量品質，并通過響應面分析法優化娟姍牛奶Mozzarella干酪的制作工藝。結果表明，Mozzarella干酪的色澤、風味、質構、特征結構的組合權重分別為0.052、0.427、0.351、0.170，質構指標中的硬度、彈性、凝聚性的組合權重分別為0.742、0.095、0.163，特征結構指標中的拉伸性、融化性、油脂析出性的組合權重分別為0.372、0.334、0.294。響應面分析法優化發現娟姍牛奶Mozzarella干酪的最佳工藝參數為：發酵劑添加量0.020%，拉伸溫度76℃，拉伸時間3min，在此條件下娟姍牛奶Mozzarella干酪的理論綜合值為15.97，實驗驗證綜合值為15.99，模型擬合程度較高。

娟姍牛奶，Mozzarella干酪，組合賦權法，響應面分析，工藝

Mozzarella干酪起源于意大利南部，是典型的Pasta filate干酪（stretched-curd）［1］。其風味清淡幽香，受到中國人的青睞。娟姍牛繁殖能力和耐熱性很好，在我國南方發展優勢明顯，其乳汁的基礎營養成分如脂肪、蛋白質含量均高于荷斯坦牛奶［2］，因此在干酪的加工產率上具有優勢，發展潛力巨大。

Mozzarella干酪的制作工藝影響其化學組成、微觀結構、質構，進而影響Mozzarella干酪的功能特性［3］。Renda A等［4］研究了拉伸過程中螺桿轉速對低水分部分脫脂Mozzarella干酪的化學組成、蛋白質降解情況、功能特性的影響。Yazici F等［5］探討了排乳清pH對水牛奶Mozzarella干酪的理化特性、感官特性、功能特性的影響。Moynihan AC等［6］比較了小牛皺胃酶和駱駝凝乳酶對低水分部分脫脂Mozzarella干酪的質構特性、功能特性、感官特性的影響。陳丹等［7］研究了原料乳預酸化pH對Mozzarella干酪功能特性的影響。就原料而言，目前，國外對Mozzarella干酪的研究多數采用水牛奶，國內則多以荷斯坦牛奶為原料乳，然而，尚未發現關于以娟姍牛奶為原料乳制作Mozzarella干酪的報道。

在Mozzarella干酪產品品質的評價方面，應考慮到各種指標對干酪質量品質的影響程度不同。利用統計學手段科學合理地確定各指標的權重，從而更加綜合全面地評價干酪的質量品質，則更能全面體現其品質特性。為此我們［8］建立了一套酸乳質量綜合評價方法，即組合賦權法。姚春杰等［9］利用組合賦權法綜合評價了水牛酸凝乳的質量。然而，尚未發現關于利用組合賦權法綜合評價Mozzarella干酪質量品質的報道。

本研究以娟姍牛奶為原料乳制作Mozzarella干酪，采用組合賦權法，將感官評價與客觀測定指標包括質構指標（硬度、彈性、凝聚性）、功能指標（拉伸性、融化性、油脂析出性）相結合，綜合評價娟姍牛奶Mozzarella干酪的質量品質，并通過響應面分析法優化娟姍牛奶Mozzarella干酪的制作工藝，擬為娟姍牛奶Mozzarella干酪的開發提供理論指導，為該新資源的深度開發提供技術支撐。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

新鮮娟姍牛奶由廣西畜牧研究所黃牛研究室提供；發酵劑（STI-14，活菌數≥1×1010CFU/g）、凝乳酶（Stamix 1150NB，酶活力為28571SU/g） 由丹麥科漢森有限公司北京代表處提供。

干酪槽、干酪切割刀均由本實驗室自制；TAXT plus物性測定儀英國Stable Micro System公司；PB-10酸度計德國賽多利斯公司；FA1104A電子天平上海精天電子儀器有限公司；HSS型電熱恒溫水浴鍋上海博迅實業有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1Mozzarella干酪的制作工藝［10］原料乳過濾→殺菌（63℃，30min）→冷卻至36℃→添加發酵劑（發酵40min）→添加凝乳酶（凝乳45min）→切割成約1cm見方小塊→攪拌升溫（以1℃/5min的速率升溫至40℃）→至pH5.5時排乳清→堆釀（至pH5.25）→粉碎加鹽（加鹽量為凝乳質量的2%）→熱燙拉伸→冷卻成型→真空包裝冷藏。

1.2.2干酪產率的測定計算公式如下所示：

干酪產率（%）=［干酪產品的質量/（原料乳的質量+發酵劑的質量+凝乳酶的質量+鹽的質量）］×100

1.2.3干酪質構的測定參照Zisu B等［11］的方法。將干酪樣品切成邊長2cm的正方體，用保鮮膜包裹在室溫放置10min。采用物性測定儀，以TPA二次下壓法測定，具體參數如下：測試前探頭下降的速度：5.0mm/s，測試中探頭下降的速度：1.0mm/s，測試后探頭回程速度為：5.0mm/s，下壓變形：50%，間隔時間：8s，觸發力：0.10N，探頭類型：P/0.5。進行三次平行實驗，取其平均值。

1.2.4干酪拉伸性的測定參照Fife RL等［12］的方法。將干酪樣品切成邊長2cm的正方體，置于預先鋪有直徑為9cm濾紙的培養皿中，室溫下放置30min，再將其置于100℃烘箱內，加熱1h后取出，取出立即用玻璃棒或筷子挑起干酪，一直向上拉伸，直至干酪斷裂為止，立刻用游標卡尺測量干酪拉伸的長度。進行3次平行實驗，取其平均值作為干酪的拉伸性指標。實驗中每次拉伸操作的速度盡量保持一致。

1.2.5干酪融化性的測定參照Muthukumarappan K等［13］的方法。用圓形取樣器取直徑1cm、高1cm的干酪，將其放置于口徑1.8cm的試管中，室溫下放置30min，再將其置于100℃烘箱內，加熱1h后取出，在室溫下冷卻30min，用游標卡尺測定融化干酪的長度。進行3次平行實驗取其平均值。

1.2.6干酪油脂析出性的測定參照Bertola NC等［14］的方法。使用圓形取樣器取直徑1cm、高1cm的干酪，將其放置于鋪有直徑為9cm濾紙的培養皿中，室溫下放置30min，再將其置于100℃烘箱內，加熱1h后取出，在室溫下冷卻30min，用游標卡尺測定油圈的直徑。平行實驗3次，取平均值作為干酪的油脂析出性指標。

1.2.7干酪感官評價將干酪從冰箱取出，在室溫下放置1h后，將其切成1cm3的小塊。邀請10名食品專業的研究生組成評定小組，進行培訓，根據RHB 502-2004莫扎雷拉干酪感官質量評鑒細則［15］對樣品進行感官評分（總分100分，其中色澤6分，風味55分，質構28分，特征結構11分）。

1.2.8單因素實驗在前期實驗的基礎上，選擇對干酪產品質量具有重要影響作用的工藝參數發酵劑添加量、拉伸溫度、拉伸時間進行單因素實驗。

1.2.8.1發酵劑添加量的單因素實驗在發酵劑添加量分別為0.012%、0.016%、0.020%、0.024%、0.028%，拉伸溫度為80℃，拉伸時間為5min的條件下，研究發酵劑的添加量對干酪感官特性及產率的影響。

1.2.8.2拉伸溫度的單因素實驗控制拉伸溫度分別為70、75、80、85℃，在發酵劑添加量為0.020%，拉伸時間為5min的條件下，研究拉伸溫度對干酪感官特性及產率的影響。

1.2.8.3拉伸時間的單因素實驗控制拉伸時間分別為3、5、7、9min，在發酵劑添加量為0.020%，拉伸溫度為80℃的條件下，研究拉伸時間對干酪感官特性及產率的影響。

表1　娟姍牛奶Mozzarella干酪制作工藝的響應面因素與水平Table 1　The factors and levels of response surface analysis

1.2.9響應面優化實驗設計在單因素實驗結果的基礎上，根據Box-Behnken中心組合實驗設計原理［16］，進行三因素三水平的響應面優化分析，實驗設計如表1所示。采用組合賦權法［8］得出干酪質量的綜合評分，并以綜合評分和產率的綜合值作為響應值，對結果采用響應面分析，從而確定娟姍牛奶Mozzarella干酪的最佳工藝參數。

1.3數據處理

采用Excel 2010進行數據處理。利用Design-Expert 8.0軟件進行響應面分析。

2　結果與分析

2.1單因素實驗

2.1.1發酵劑添加量對干酪感官特性及產率的影響發酵劑的添加量對干酪感官特性及產率的影響如圖1所示。由圖1可知，干酪的感官評分與產率隨發酵劑添加量的增加先升高后降低，在加入0.016%的發酵劑時，產率與感官評分最高。因此，確定發酵劑的添加量為0.016%。發酵劑的主要作用是產生乳酸，降低

pH，使酪蛋白凝塊脫水，排除乳清［17］。由于發酵劑的活性受多種因素的影響而在不斷變化，因此本研究進行了實驗，該添加量較低，說明發酵劑的活性很好。

圖1　發酵劑添加量對干酪感官特性及產率的影響Fig.1　Effect of starter addition on the sensory quality and yield of the cheese

2.1.2拉伸溫度對干酪感官特性及產率的影響拉伸溫度對干酪感官特性及產率的影響如圖2所示。由圖2可知，干酪的感官評分隨著拉伸溫度的升高呈現出先增加后減少的趨勢，在75℃時評分最高。而干酪的產率則隨著拉伸溫度的升高而逐漸降低。在美國，Mozzarella干酪的商業化生產中，拉伸溫度一般在65～85℃不等［4］。拉伸溫度過低，凝塊不能充分受熱以形成良好的塑性，無法形成光滑的可拉伸的質構［18］，產品硬度過大。然而拉伸溫度過高，干酪的脂肪和蛋白質大量流失在拉伸水中，導致干酪的產率降低［18］，此外，拉伸溫度越高，Ca2+損失程度越大，使酪蛋白膠束的結構變得松散，從而使干酪的硬度和彈性降低［19］。綜合考慮，選擇拉伸溫度為75℃。

2.1.3拉伸時間對干酪感官特性及產率的影響拉伸時間對干酪感官特性及產率的影響如圖3所示。由圖3可知，隨著拉伸時間的增加，干酪的產率逐漸下降，而感官評分先增加后減少，在拉伸時間為5min時，感官評分最高。拉伸時間過長，干酪的脂肪和蛋白質大量流失在拉伸水中，導致干酪的產率降低［18］。因此，綜合考慮，選擇拉伸時間為5min。

圖2　拉伸溫度對干酪感官特性及產率的影響Fig.2　Effect of stretching temperature on the sensory quality and yield of the cheese

圖3　拉伸時間對干酪感官特性及產率的影響Fig.3　Effect of stretching time on the sensory quality and yield of the cheese

2.2Mozzarella干酪主客觀指標權重的確定與質量量化

主觀權重是評分值歸一化后的均值，客觀權重則是評分值變異系數的歸一化值，兩者結合所得到的權重更具有代表性，這種將主觀權重與客觀權重進行綜合分析統計的方法即為組合賦權法。

一般認為，若品評人對某個指標的評價結果差異很小，則該指標在反映干酪質量優劣方面的貢獻率就較小，反之則較大，基于以上原理可以通過評分值的變異系數求得客觀權重。變異系數Vi和客觀權重Ki公式為計算15個樣品的客觀權重的均值，得出Mozzarella干酪的色澤、風味、質構與特征結構的客觀權重分別為0.177、0.183、0.284、0.356。

Mozzarella干酪的色澤、風味、質構、特征結構的權重是通過主觀權重結合客觀權重綜合分析得出的。設指標i的主觀權重為Ai，客觀權重為Bi，則主客觀賦權結果即為AiBi，經過歸一化處理，得出Mozzarella干酪色澤、風味、質構、特征結構的組合權重分別為0.052、0.427、0.351、0.170。結果表明，Mozzarella干酪的感官指標中，風味最重要，其次為質構，而色澤權重最低。

為了對干酪樣品進行質量量化，測定了15個干酪樣品的質構指標（硬度、彈性、凝聚性）以及功能指標（拉伸性、融化性、油脂析出性）。將質構指標和功能指標作為干酪的客觀評價指標，感官評定中的色澤和風味作為主觀評價指標。主客觀指標結合，綜合評價干酪的質量品質。各指標測定或評分結果如表2所示。

表2　干酪樣品各指標的測定或評分結果Table 2　The determination or score of the indexes of the Mozzarella cheese

為了確定各個樣品質量的優劣，對各指標進行正向化和無量綱化處理后，再對每個指標賦予權重。硬度、彈性、凝聚性屬于干酪的質構指標。功能指標包括拉伸性、融化性和油脂析出性，這三個指標實際上也屬于干酪的特征結構指標。按照上述方法求出質構指標中的硬度、彈性、凝聚性的組合權重分別為0.742、0.095、0.163，特征結構指標中的拉伸性、融化性和油脂析出性的組合權重分別為0.372、0.334、0.294，而由上述結果可知，質構指標與特征結構指標的總權重分別為0.351、0.170，因此，這6個指標的權重應依次為0.742×0.351、0.095×0.351、0.163×0.351、0.372×0.170、0.334×0.170、0.294×0.170。根據求得的權重，利用線性綜合法對干酪的色澤、風味、質構、特征結構進行綜合評分，線性綜合法公式為式中Z為干酪的綜合評分值，ωi為第i個指標的歸一化權重值；xi為第i個指標的測定值或評價值。干酪樣品的綜合評分如表3所示。

表3　干酪樣品的綜合評分結果Table 3　The total score results of the Mozzarella cheese

2.3響應面法優化娟姍牛奶Mozzarella干酪的制作工藝

2.3.1Box-Behnken設計方案按照Box-Behnken中心組合設計方案，以Mozzarella干酪的綜合值作為響應指標，綜合值為干酪指標的綜合評分與產率之和，對干酪制作工藝中的發酵劑添加量、拉伸溫度及拉伸時間進行三因素三水平響應面分析實驗。具體實驗設計及結果如表4所示。

表4　響應面實驗設計及其結果Table 4　The results of response surface experiments

2.3.2模型的建立與顯著性檢驗對表4的數據進行響應面分析，建立回歸模型，結果如表5所示。

對干酪的綜合值進行多元回歸擬合分析得出回歸模型，二次回歸方程式為：

Y=－38.399－107.553A+1.635B－1.335C+0.333AB－3.709AC+0.017BC+310.290A2－0.011B2+0.055C2

表5　回歸模型方差分析表Table 5　Variance analysis of regression model

由表5可看出，干酪綜合值的回歸模型的p= 0.0071＜0.01，說明回歸模型極顯著，該模型有意義；模型的決定系數R2=0.9552，表明該模型與實際實驗擬合較好；失擬項p=0.5298＞0.05，表明檢驗結果與計算結果差異不顯著。B、A2對響應值影響極顯著（p＜0.01），C、AC對響應值影響顯著（p＜0.05）。

模型回歸系數的顯著性檢驗表明，在α=0.05的水平上，拉伸溫度與拉伸時間的線性效應顯著，發酵劑的線性效應不顯著，發酵劑添加量與拉伸時間的交互作用對干酪的綜合值影響顯著。各因素對干酪綜合值的影響依次為：拉伸溫度＞拉伸時間＞發酵劑添加量。

2.3.3最佳工藝條件的確定及驗證根據軟件分析得到娟姍牛奶Mozzarella干酪的最佳制作工藝條件為：發酵劑添加量為0.020%，拉伸溫度75.85℃，拉伸時間3.01min，在此條件下娟姍牛奶Mozzarella干酪的理論綜合值為15.97。為便于實際操作，選擇發酵劑添加量0.020%，拉伸溫度76℃，拉伸時間3min為條件，進行3次驗證實驗，結果采用組合賦權法進行計算得到干酪的實際綜合值的均值為15.99，比理論值稍大，因此，采用響應面法優化得到的制作工藝準確可靠，具有實用價值。

3　結論

采用組合賦權法綜合評價Mozzarella干酪的質量品質，得到Mozzarella干酪的色澤、風味、質構、特征結構的組合權重分別為0.052、0.427、0.351、0.170，質構指標中的硬度、彈性、凝聚性的組合權重分別為0.742、0.095、0.163，特征結構指標中的拉伸性、融化性、油脂析出性的組合權重分別為0.372、0.334、0.294。

利用響應面分析法，發現了以娟姍牛奶為原料乳制作Mozzarella干酪的優化工藝，最佳工藝參數為：發酵劑添加量0.020%，拉伸溫度76℃，拉伸時間3min，在此條件下娟姍牛奶Mozzarella干酪的綜合值為15.97，進一步進行了驗證實驗，得到干酪的實際綜合值為15.99，模型擬合程度較高。

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Optimization of production technology of Mozzarella cheese made from Jersey milk by combination weighting method and response surface analysis

CAI Da1，LIU Yan1，WU Guo-jie1，SU Hai-yan1，YUAN Shi-long1，LIU Xiao-ling1，2，LI Quan-yang1，2，*
（1.College of Light Industry and Food Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China；2.Key Laboratory of Guangxi Characteristic Agricultural Product Processing and Safety Control，Nanning 530005，China）

Jersey milk was used as raw material to produce Mozzarella cheese.The quality of Mozzarella cheese made from Jersey milk was evaluated by combination weighting method.The production technology of Mozzarella cheese made from Jersey milk was optimized by response surface analysis.The results showed that the combination weights of color，flavor，texture and feature structure of the Mozzarella cheese were 0.052，0.427，0.351 and 0.170，respectively.The combination weights of hardness，springiness and cohesiveness were 0.742，0.095 and 0.163，respectively.The combination weights of stretchability，meltability and free oil formation were 0.372，0.334 and 0.294，respectively.Response surface analysis showed that the optimum technology parameters were starter addition 0.020%，stretching temperature 76℃ and stretching time 3min.Under these conditions，the theoretical total score of Mozzarella cheese was 15.97.The practical total score by experimental verification was 15.99.The fitting degree of the mathematical model was satisfactory.

Jersey milk；Mozzarella cheese；combination weighting method；response surface analysis；technology

TS201.1

B

1002-0306（2015）12-0239-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.12.042

2014－08－26

蔡達（1989-），女，碩士研究生，研究方向：乳品科學。

李全陽（1964-），男，博士，教授，研究方向：乳品科學。

國家自然科學基金面上項目（31371762）。