再制干酪工藝條件的優化

霍建新，白彩艷，馬曉麗，郭擁莉，薛洪，李明

（1.晉中學院，山西晉中030600；2.天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

再制干酪是由不同成熟期的天然奶酪混合，添加乳化鹽、乳清粉等成分，通過加熱和持續攪拌而制成[1-2]。由于再制干酪的品種多，保質期長，風味多樣，食用方便，比天然干酪容易被消費者接受，消費量越來越大[3]。再制干酪的生產中，乳化鹽、乳清粉、穩定劑、乳化溫度等是重要的影響因素。乳化鹽使酪蛋白變成水合狀態的一種凝膠體系，通過離子交換使天然干酪中的副酪蛋白酸鈣轉變成可溶性的鈉鹽，并相互交聯形成緊密的結構讓脂肪球包裹于其中，便形成了再制干酪的獨特結構[4-5]。乳清粉適量加入干酪中，提高產品的營養價值，而且能使產品的生產成本降低。穩定劑改善食品的物理性質、增加食品的黏稠性、增強潤滑適口的舌感，還有膠凝作用、穩定作用、保水作用等。乳化溫度影響到再制干酪的硬度和微生物，溫度太高再制干酪制品硬度高，太低微生物無法處理。

本試驗研究再制干酪的影響因素，包括乳化溫度、乳化鹽、乳清粉、穩定劑等，采用單因素和響應面試驗設計得到再制干酪生產工藝優化條件，以生產出所需要的再制干酪產品，為再制干酪工藝研究，生產設備的不斷開發，提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮無抗牛乳：比重為1.030，脂肪為3.1%，蛋白質為2.9 %；嗜溫性發酵劑、嗜熱性發酵劑、凝乳酶（40 000 IU/g）：丹麥CHR.HANSEN 公司；磷酸二氫鈉：天津市北方天醫化學試劑廠；多聚磷酸鈉：天津市化學試劑三廠；六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉和磷酸氫二鈉：天津市化學試劑六廠；檸檬酸鈉：天津市北聯精細化學品開發有限公司；以上試劑均為分析純；黃原膠、卡拉膠（食品純）：丹尼斯克有限公司。

超凈工作臺：蘇凈集團安泰公司；SJ-4A 數顯pH計、AB204-N 分析天平：上海精密科學儀器有限公司；YS100 顯微鏡：前蘇聯進口；干酪槽：天津科技大學食品工程中心；95-1 磁力攪拌器：上海司樂儀器廠；RE-52AA 高壓蒸汽消毒器：北京工農兵醫療器械廠。

1.2 方法

1.2.1 再制干酪工藝流程

原料乳→標準化→巴氏殺菌→冷卻→添加發酵劑→調整酸度→加氯化鈣→加凝乳酶→凝乳形成→凝塊切割→攪拌→壓榨→切碎→融化乳化（添加水、乳化鹽）→均質→增稠（添加穩定劑）→殺菌→添加風味劑→冷卻→包裝→成品[6-7]

1.2.2 感官評定方法

五分制評分法：選定10 位從事干酪研究的相關人員對產品進行硬度、切片性、彈性、組織狀態和風味口感幾個方面的感官評分，每個單項滿分5 分，總分25 分，評分細則見表1。

表1 產品感官評定細則Table 1 The sensory rules of the products

1.2.3 單因素試驗

1.2.3.1 乳化溫度的單因素試驗

干酪融化乳化（添加水，焦磷酸鈉0.5%、檸檬酸鈉1.5%），進行均質，添加穩定劑（黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%），選取60、65、70、75、80 ℃5 個水平溫度熔融和真空脫氣，添加風味劑（乳清粉20 %）制備再制干酪，冷卻后進行感官評定。

1.2.3.2 乳化鹽的復配試驗

食品加工中常用的5 種乳化鹽：檸檬酸鈉、多聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉和磷酸氫二鈉，前3 種乳化鹽的添加量分別為1.0%、1.5%、2.0%，焦磷酸鈉添加量為0.5%、磷酸二氫鈉添加量為0.05%。冷卻后進行感官評定并比較結果。若單一的乳化鹽對再制干酪的乳化效果均不理想，進行兩兩復配試驗，并保證兩種乳化鹽的總添加量小于3%。干酪融化乳化，選擇（1.0%檸檬酸鈉；0.05%磷酸氫二鈉）、（1.5%檸檬酸鈉；0.05%磷酸氫二鈉）、（1.5%檸檬酸鈉；0.5%焦磷酸鈉）、（1.5%檸檬酸鈉；1.5%多聚磷酸鈉）、（1.5%檸檬酸鈉；1.0%六偏磷酸鈉）、（1.0%六偏磷酸鈉；0.5%焦磷酸鈉）5 種復配乳化鹽，進行均質，添加穩定劑（黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%），70 ℃溫度熔融和真空脫氣，20%乳清粉添加量，制備再制干酪，冷卻后進行感官評定。

1.2.3.3 穩定劑的復配試驗

干酪融化乳化（添加水，焦磷酸鈉0.5%、檸檬酸鈉1.5%），進行均質，選取穩定劑（黃原膠0.5%、卡拉膠1.0%）、（黃原膠0.5%、卡拉膠1.5%）、（黃原膠1.0%、卡拉膠1.0%）3 種復配穩定劑，70 ℃溫度熔融和真空脫氣，20%乳清粉添加量，制備再制干酪，冷卻后進行感官評定。

1.2.3.4 乳清粉的添加量單因素試驗

干酪融化乳化（添加水，焦磷酸鈉0.5%、檸檬酸鈉1.5%），進行均質，添加穩定劑（黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%），70 ℃溫度熔融和真空脫氣，選取10%、15%、20%、25%、30%5 個水平的乳清粉添加量，制備再制干酪，冷卻后進行感官評定。

1.2.4 響應面試驗設計

響應面分析（response surface analysis，RSA）[8-10]尋找上述4 個因素（自變量）的最優試驗水平，以綜合評分（Y）為響應值。影響再制干酪感官綜合評分的重要因素是乳化溫度、乳化鹽、穩定劑和乳清粉。因此把乳化溫度、乳化鹽、穩定劑和乳清粉作為試驗考察的主要因素。乳化鹽的3 個水平分別為：1 為檸檬酸鈉1.5%、多聚磷酸鈉1.5%；2 為檸檬酸鈉1.5%、焦磷酸鈉0.5%；3 為檸檬酸鈉1.5%、六偏磷酸鈉1%。穩定劑的3 個水平分別為：1 為黃原膠0.5%、卡拉膠1.5%；2 為黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%；3 為黃原膠0.5%、卡拉膠1.0%。響應面分析因素水平見表2。

表2 試驗因素水平表Table 2 Table of experimental factors and levels

1.3 數據分析

所有樣品均重復測定3 次。方差分析分析借助SPSS17.0 統計分析軟件完成分析；中心復合設計由Design-Expert 7.0.0 輔助設計。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 乳化溫度對再制干酪品質的影響

乳化溫度對干酪品質的影響見表3。

表3 乳化溫度對干酪品質的影響Table 3 Effects of emulsifying temperature on cheese quality

由表3可知，乳化溫度為70 ℃時，再制干酪的硬度適中、組織光滑無顆粒、口感風味良好、切片性較好。溫度為60 ℃時凝乳融化不充分，乳化效果不明顯，結構松散。溫度為80 ℃時，硬度過高，蛋白質變性和脂肪氧化產生了不良氣味，使得產品的口感欠佳和風味較差。因此，最好的乳化溫度為70 ℃。

2.1.2 乳化鹽種類及用量對再制干酪品質的影響

乳化鹽的添加量從0.5%～3.0%，若添加量大于4.0%時，再制干酪就會有較濃的乳化鹽的苦澀味道，并且組織結構粗糙。所以在乳化鹽的優化實驗中，乳化鹽的添加量最大為3%。

單種乳化鹽對再制干酪品質的影響見表4。

由表4的單因素試驗結果表明：每種乳化鹽在隨著添加量的增加，各項目評分均發生了明顯的變化，尤其是當乳化鹽的添加量達到最大值時，產品有很濃郁的藥味。檸檬酸鈉的添加量為1.5%時，乳化狀態良好，組織極為細膩柔軟，但硬度低；多聚磷酸鈉添加量為1.5%時組織致密，黏度大，切片性差，硬度大；磷酸氫二鈉緩沖和熔融作用較強，乳化作用較差，產品發硬；焦磷酸鈉的口感和風味有較強的苦味。因此，根據乳化鹽對再制干酪的不同影響，選擇2 種或者2 種以上的乳化鹽混合使用。

表4 單種乳化鹽的乳化效果Table 4 Emulsifying effects of single emulsifying salt

選擇不同的乳化鹽進行復配，結果見表5，其中A代表檸檬酸鈉、B 代表多聚磷酸鈉、C 代表六偏磷酸鈉、D 代表焦磷酸鈉、E 代表磷酸氫二鈉。

由表5可以看出，乳化鹽配比是檸檬酸鈉1.5%、焦磷酸鈉0.5%，得到的產品硬度適中，組織狀態均一，切片性良好。檸檬酸鈉1.5%、多聚磷酸鈉1.5%復配所得的產品也有良好的切片性和硬度，但內部有小顆粒乳化不均勻。檸檬酸鈉1.5%、磷酸氫二鈉0.05%出現了明顯的固液分離，切片性不好，黏刀。因此，乳化效果最好的復配為：檸檬酸鈉1.5%、焦磷酸鈉0.5%。

表5 乳化鹽的復配Table 5 Combination of emulsifying salt

2.1.3 穩定劑種類及用量對再制干酪品質的影響

穩定劑具有很強的持水能力，可以改善高水分產品的口感與組織狀態，提高加工過程中的乳化特性，并對制品風味的釋放起著較大作用。本試驗的種類及添加量：A 黃原膠，B 卡拉膠；進行復配試驗，感官評定結果見表6。

表6 穩定劑的復配Table 6 Combination of stabilizing agent

由表6可知，再制干酪中添加黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%，產品的切片性良好，不黏刀，切面光滑平整、組織狀態均一、口感細膩。而黃原膠0.5%、卡拉膠1.5 %與黃原膠0.5%、卡拉膠1.0%的產品，口感略有粗糙感，干酪特有的香味不夠濃郁。因此，穩定劑最好的復配為：黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%。

2.1.4 乳清粉的添加量對再制干酪品質的影響

再制干酪的制作過程中添加乳清粉，其目的是控制再制干酪的水分含量、降低再制干酪的生產成本，試驗選取10%、15%、20%、25%、30%5 個水平的乳清粉添加量，其產品感官評分見表7。

由表7可知，乳清粉添加量為20%時，再制干酪在品質都達到較好的水平，因此，選擇添加20%的乳清粉。

表7 乳清粉添加量對干酪品質的影響Table 7 Effects of whey powder content on cheese quality

2.2 響應面分析優化再制干酪工藝條件

2.2.1 中心組合設計及結果

影響再制干酪感官綜合評分的重要因素是乳化溫度、乳化鹽、穩定劑和乳清粉。因此把乳化溫度、乳化鹽、穩定劑和乳清粉作為試驗考察的主要因素。根據Box-Behnken 的中心組合設計原理，設計了四因素三水平共27 個試驗點的響應面分析試驗，在中心值重復3 次。中心組合設計因素水平及結果分別見表8。

表8 中心組合設計及結果Table 8 Central composite design and results

對表8 的數據進行響應面回歸分析可得到二階擬合方程：

Y=22.733 33-0.916 667X1-1.958 333X2-1.225X3-0.633 333X4-6.125X12+0.375X1X2+0.025X1X3+0.1X1X4-2.487 5X22-0.4X2X3+0.1X2X4-2.337 5X32+0.2X3X4-1.55X42

2.2.2 模型方差分析

方差分析結果見表9。

由表9可知，二次回歸模型的F 值為23.793 01，P＜0.000 1，表明模型達到了極顯著水平；失擬項是模型中數據的變異，失擬項P=0.114 645＞0.05，說明失擬項差異不顯著，試驗無失擬因素存在，能充分反映實際情況，回歸模型是適合的；試驗模型的決定系數R2=0.924 324，說明感官評價的結果與模型預測結果有著良好的一致性，試驗模型的校正系數R2Adj=0.924 7，說明試驗結果有92.47%受試驗因素的影響；試驗模型的變異系數（CV%）為5.380 9296，說明模型方程能夠較好地反應真實值。因此，結果可靠，此模型可以對感官評價結果進行分析和預測。

表9 回歸方程模型方差分析Table 9 Analysis of Variance for regression model

續表9 回歸方程模型方差分析Continue table 9 Analysis of Variance for regression model

由表9可見一次項中X1的偏回歸系數高度顯著，說明乳化溫度對再制干酪的感官綜合評分有高度顯著影響；X2、X3的偏回歸系數極顯著，說明乳化鹽和穩定劑的添加對再制干酪的綜合感官評分有極顯著的影響；X4的偏回歸系數顯著，說明乳清粉的添加量對再制干酪的感官評分有顯著的影響。所有的二次項對Y都有極顯著影響，交叉項對Y有影響但不顯著；數據中沒有異常點，不需引入更高次的項，模型恰當。4 個因素一次項偏回歸系數Pr＞F，X2＞X3＞X1＞X4，則得到4個因素對再制干酪感官評定影響度為：乳化鹽種類＞穩定劑種類＞乳化溫度＞乳清粉添加量。

2.2.3 響應面分析

再制干酪工藝條件中乳化溫度、乳化鹽、穩定劑和乳清粉4 個因素間的交互作用對感官評價得分的影響如圖1～圖6。

通過Box-Behnken 試驗得到的多元二次回歸模型所作的響應面圖，響應面圖形是響應值對各試驗因素X1、X2、X3、X4所構成的三維空間的曲面圖。在其他試驗因素固定不變的情況下，考察交互項對感官評價得分的影響，響應面分析圖可用于評價試驗因素對感官評價得分影響的兩兩交互作用。響應面坡度越陡峭，表明響應值對于操作條件的改變越敏感，該因素對感官評價得分的影響越大；反之則表明因素對感官評價得分的影響越小。在交互項對感官評價得分的影響中，4 個因素之間交互作用不明顯，這與方差分析的結果一致。

圖1 乳化溫度和乳化鹽的響應面立體圖和等高線Fig.1 Response surface and contour plots for the emulsifying temperature and melting salts

圖2 乳化溫度和穩定劑的響應面立體圖和等高線Fig.2 Response surface and contour plots for the emulsifying temperature and stabilizing agent

圖3 乳化溫度和乳清粉的響應面立體圖和等高線Fig.3 Response surface and contour plots for the emulsifying temperature and whey powder

圖4 乳化鹽和穩定劑的響應面立體圖和等高線Fig.4 Response surface and contour plots for the emulsifying salts and stabilizing agent

響應面規范分析獲得最優的工藝條件，分別為乳化溫度69.554 75 ℃、乳化鹽1.614 19、穩定劑2.003 685和乳清粉17.649 3%。綜合評分為23.373 09。為了驗證響應面法的可行性，采用得到的最優工藝條件進行驗證試驗，考慮到實際情況，乳化鹽和穩定劑的添加不是單一種類的連續性變化。故選擇乳化溫度70 ℃、2 號穩定劑、1 號乳化鹽與2 號乳化鹽、乳清粉17.7%。驗證試驗結果見表10。

圖5 乳化鹽和乳清粉的響應面立體圖和等高線Fig.5 Response surface and contour plots for the emulsifying salts and whey powder

圖6 乳清粉和穩定劑的響應面立體圖和等高線Fig.6 Response surface and contour plots for the whey powder and stabilizing agent

表10 驗證試驗結果Table 10 The results of proof test

驗證試驗的結果與回歸方程的所得的最佳水平值最為接近，說明回歸方程能夠比較真實地反映各因素對再制干酪感官評定的影響。因此，優化后的再制干酪的工藝條件為檸檬酸鈉1.5%、焦磷酸鈉0.5%，黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%，乳化溫度70 ℃，乳清粉20%。感官綜合評分為23.4。

3 結論

本試驗主要研究了乳化溫度、乳化鹽、穩定劑、乳清粉等對再制干酪工藝的影響。再制干酪優化的工藝條件為檸檬酸鈉1.5%、焦磷酸鈉0.5%，黃原膠1.0%、卡拉膠1.5%，乳化溫度70 ℃，乳清粉20%，感官綜合評分為23.4。優化條件能夠滿足工業生產需要，縮短工業生產時間，提高再制干酪的營養價值。