巴氏殺菌、CaCl2的添加量及壓榨壓強對牛乳Halloumi干酪得率及品質的影響

趙賽楠,冷友斌,肖光輝,蔣世龍,謝慶剛,張蘭威,韓 雪,*

(1.哈爾濱工業大學,黑龍江哈爾濱150001;2.黑龍江飛鶴乳業有限公司,北京100015;3.中國海洋大學,山東青島 266000)

我國的奶酪生產水平較低,大多依賴進口[1],但據凱度消費的數據顯示[2],中國奶酪消費近年來年均增長率保持在20%左右,并且奶酪產業已被列入國家中長期食品發展規劃[3],因此,越來越多的乳品企業和研發人員正在致力于開拓中國的奶酪市場。目前,國內學者對奶酪的研究多集中在對硬質奶酪如切達奶酪及軟質奶酪的工藝探究。王默誼[4]探究了不同的氯化鈣的添加量對切達奶酪凝乳時間、蛋白水解、質構及感官品質等的影響,發現氯化鈣的含量對奶酪凝乳及質構品質具有重要影響,并最終確定氯化鈣的最適添加量為200 mg/L。范金波等[5]探究了壓榨工藝對切達干酪品質的影響,發現壓榨壓強影響硬質干酪的水分含量、硬度、彈性、咀嚼性等,同時影響蛋白含量和蛋白網絡結構。

Halloumi干酪是起源于塞浦路斯島的一種傳統的半硬質干酪[6-7],具有特殊的香氣,質地富有彈性,結構緊湊無空隙,容易切片[8],營養價值極高[9],目前已成為塞浦路斯島重要的經濟來源,深受地中海及大部歐洲地區消費者的喜愛[10-11]。Halloumi區別于其他干酪的制作工藝是僅利用凝乳酶進行凝乳而不添加任何發酵劑,因此不需要較長的成熟期;另外,壓榨后的凝塊需要在93～95 ℃的乳清溶液中燙漂20～30 min[12],經過燙漂后的Halloumi具有較高的熔點,在煎炸或燒烤時,會明顯軟化但不會熔化[13],因此是一種很好的燒烤原料。正是由于這兩個特性,Halloumi目前已成為各個奶酪制造商亟待引進的產品。

目前,針對Halloumi半硬質干酪殺菌方式、氯化鈣添加量和壓榨方式的研究,國內尚未見報道。而在國外,由于Halloumi干酪已形成連續的工業化生產,研究學者對Halloumi干酪的研究多集中在用部分牛乳替代羊乳時Halloumi質構及功能性質的改變[14],以及鹽漬貯藏期間Halloumi品質的變化[15],而關于加工工藝的參數探究鮮有報道。本研究通過探究巴氏殺菌方式、CaCl2的添加量及壓榨壓強對Halloumi奶酪的得率、質地及感官品質,旨在為Halloumi奶酪在中國的工業化生產的起步提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮生牛乳(pH6.39,蛋白含量3.12%,脂肪含量3.55%,干物質含量11.38%) 黑龍江飛鶴乳業有限公司;無水氯化鈣、濃硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、硼酸 分析純,天津市博迪化學試劑有限公司;氯化鈉 食品級,中鹽(宏博)集團有限公司;凝乳酶 活力890 IMCU/g,北京多愛特生物科技有限公司;硫酸銅、硫酸鉀 分析純,天津市科密歐化學試劑有限公司。

ELECTRONIC BALANCE電子天平 上海浦春計量儀器有限公司;ALC-210.4電子分析天平 德國Sartorius科技有限公司;PB-10酸度計 德國Sartorius科技有限公司;202-3AB電熱恒溫干燥箱 余姚市東方電工儀器廠;K1301半自動定氮儀 上海晟聲自動化分析儀器有限公司;90GK(F)100RT自控干酪槽 哈爾濱大三元乳品機械有限公司;TA XT plus質構儀 Stable Micro System(UK)。

1.2 實驗方法

1.2.1 Halloumi天然干酪生產工藝流程 原料乳→巴氏殺菌→冷卻(33～34 ℃)→添加氯化鈣→添加0.01%(w/v)凝乳酶→凝乳(20～40 min)→凝塊切割→靜置5 min→加熱排乳清→壓榨成型→在乳清溶液中燙漂→鹽漬→真空包裝→4 ℃貯藏[16]。

1.2.2 巴氏殺菌條件對Halloumi干酪的得率、理化、質構及感官品質的影響 在氯化鈣的添加量為0.015%,壓榨條件為先0.2 MPa預壓20 min,后0.6 MPa壓榨40 min時,探究兩種巴氏殺菌條件(65 ℃,30 min和75 ℃,15 s)對Halloumi干酪的得率、理化、質構及感官品質的影響。

1.2.3 CaCl2添加量對Halloumi干酪的得率、理化、質構及感官品質的影響 在巴氏殺菌溫度為65 ℃,30 min,壓榨條件為先0.2 MPa預壓20 min,后0.6 MPa壓榨40 min時,探究氯化鈣的添加量為0、0.01%、0.015%、0.02%條件下,對Halloumi干酪得率、理化、質構及感官品質的影響。

1.2.4 壓榨壓強對Halloumi干酪的得率、理化、質構及感官品質的影響 在巴氏殺菌溫度為65 ℃,30 min,氯化鈣的添加量為0.015%,探究壓榨條件為0.2 MPa(1 h)、0.4 MPa(1 h)、0.6 MPa(1h)、先0.2 MPa預壓20 min,后0.6 MPa壓榨40 min時,對Halloumi干酪得率、理化、質構及感官品質的影響。

1.2.5 指標測定

1.2.5.1 Halloumi得率的測定 Halloumi得率的測定按照以下公式:

得率(%)=成品干酪質量(g)/[原料奶質量(g)+氯化鈣的質量(g)+凝乳酶的質量(g)+鹽漬食鹽用量(g)]×100

1.2.5.2 Halloumi基本理化成分測定 Halloumi的水分測定采用常壓干燥法((103±2) ℃,4 h),具體參照GB5009.3-2010食品中水分的測定方法[17];Halloumi蛋白質的測定采用凱氏定氮法,蛋白質系數6.38,具體步驟參照GB 5009.5-2010食品中蛋白質的測定方法[17];pH:將1 g磨碎的干酪溶于1 mL去離子水中,靜置3 h,用pH計探頭插入直接測定[18]。

1.2.5.3 Halloumi質構(TPA)測定 測試前將奶酪樣品切為331 cm的立方體,取樣后至測試前將樣品統一放置于4 ℃的冰箱中以防溫度對產品質地產生影響,每組樣品取3個平行樣[19]。測試時,選取圓柱型探頭 P/25在室溫下進行 TPA(質構剖面分析)實驗,質構儀參數設置:測量前探頭下降速率為5.0 mm/s,測試速率為1.0 mm/s,測試后探頭回程速率為5.0 mm/s,觸發力為0.5 N,形變量為50%。

1.2.5.4 Halloumi感官評定 感官評定人員是由有品嘗乳制品經驗的30名試驗員(8名本科生,12名碩士研究生,10名博士研究生)組成,年齡均在20～28歲之間,男女人數相等。評定過程在光照條件良好的獨立房間進行以排除互相干擾。在正式測試之前不到5 min進行樣品的制備,每個樣品大小一致,放置在用數字編碼的塑料容器中[10]。在品嘗過程中樣品出現的順序隨機,要求試驗員每品嘗完一個樣品后用清水漱口,按照以下標準分別進行外觀(0～20分),質地(0～40分)和風味(0～40分)評定,最后的分值取平均值,結果保留2位小數。

1.3 數據處理

每個樣品設置3個平行樣,實驗結果以平均值±標準差表示,采用SPASS 20.0進行方差分析(Duncan新復極差法),以p<0.05為差異顯著,采用Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 巴氏殺菌條件對Halloumi得率及品質的影響

2.1.1 巴氏殺菌條件對Halloumi得率、理化和質構品質的影響 由表2可以看出,兩種巴氏殺菌條件對干酪的得率,蛋白含量和水分含量具有顯著性影響(p<0.05),而對Halloumi的pH沒有顯著性影響(p>0.05)。Morales-Celaya等也指出巴氏殺菌條件主要對干酪中蛋白質和水分含量的變化產生影響,進而影響干酪的產量[20]。在實踐生產中,干酪的得率通常為10%,即10 kg奶可大約可生產1 kg奶酪[21]。本實驗中,在65 ℃,30 min的巴氏殺菌條件下,干酪的得率可達11.67%,蛋白含量為21.20%,水分含量為48.12%,顯著高于75 ℃,15 s條件下的結果(p<0.05)。牛乳經65 ℃巴氏殺菌后,乳清蛋白會因其多肽鏈的展開而變性,從而暴露了初始掩埋在天然結構內的側鏈基團。展開的乳清蛋白,特別是β-乳球蛋白與酪蛋白膠束表面上的k-酪蛋白或其他乳清蛋白通過熱誘導相互作用形成聚集體[22]從而將乳清蛋白轉移到凝乳中[23],由此提高了蛋白的回收率[24]。而當溫度升高至75 ℃左右,膠體磷酸鈣中鈣離子流失加速,減弱了其沉淀酪蛋白以及截留水分的能力[25],因此75 ℃,15 s條件下的蛋白和水分含量顯著低于65 ℃,30 min(p<0.05)。

表2 巴氏殺菌條件對Halloumi的得率、理化和質構品質的影響Table 2 Effects of pasteurization methods on the yield,physicochemical and textural quality of Halloumi cheese

在質構方面,從表1可以看出,兩種巴氏殺菌方式對Halloumi的硬度、咀嚼性、彈性以及凝聚性都有顯著影響(p<0.05)。在65 ℃,30 min的殺菌條件下,Halloumi的硬度、彈性、凝聚性和咀嚼性顯著強于75 ℃,15 s條件下(p<0.05)。Halloumi的質構特性主要取決于其酪蛋白基質的結構[26],鈣離子在酪蛋白膠束的結構維持中起著至關重要的作用。隨著殺菌溫度的升高,鈣離子的流失加速,而低鈣時酪蛋白膠束結構不夠穩定和致密,即表現為奶酪的硬度、彈性、凝聚性以及咀嚼性的減弱。因此,采用65 ℃,30 min的巴氏殺菌方式,干酪的得率較高,且理化和質構品質相對較好。

表1 牛乳Halloumi干酪評分表Table 1 Halloumi cheese sensory scoring standard

2.1.2 巴氏殺菌條件對Halloumi感官品質的影響 從圖1可以看出,兩種巴氏殺菌條件主要影響Halloumi的質地評價,65 ℃,30 min殺菌條件顯著優于75 ℃,15 s。結合2.1.1中的質構特性分析可知,在65 ℃,30 min 條件下,Halloumi的硬度、彈性、咀嚼性和凝聚性相對較強,因此其質地口感更佳。在氣味方面,65 ℃,30 min相較于75 ℃,15 s,其揮發性風味物質喪失較少,因此其奶香味相對更強。綜合外觀、質地和氣味三項指標,最終,Halloumi感官評價得分最高的為65 ℃,30 min巴氏殺菌處理組。綜合2.1.1和2.1.2的分析,可確定最優的巴氏殺菌方式為65 ℃,30 min。

圖1 巴氏殺菌條件對Halloumi感官品質的影響

2.2 氯化鈣的添加量對Halloumi得率及品質的影響

2.2.1 氯化鈣的添加量對Halloumi得率及理化品質的影響 從圖2可以看出,氯化鈣的添加量對Halloimi干酪的得率、水分含量和蛋白含量具有顯著影響(p<0.05)。隨著氯化鈣添加量的增加,Halloumi干酪中的水分含量逐漸降低,而蛋白含量和最終得率卻顯著升高(p<0.05)。當CaCl2的添加量為0.015%時,Halloumi的水分含量為45.4%,蛋白含量為23.61%,最終得率達到最高,為11.80%。據馮昆等[27]報道,鈣離子在凝乳過程中不但可使酪蛋白沉淀,還能使乳清蛋白沉淀,所以用鈣試劑凝乳可以大大提高蛋白質的利用率,進而提高干酪的得率。干酪生產氯化鈣的添加量通常在0～0.03%,但在預實驗過程中發現當添加量超過0.02%時,Halloumi干酪出現凝乳過快,硬度過硬且出現明顯的苦味,因此便選擇0.02%以下的氯化鈣添加量。0.015%和0.02%的添加量相比,Halloumi的水分含量、蛋白含量、最終得率以及pH間不存在顯著性差異(p>0.05),因此氯化鈣添加量為0.015%時,Halloumi的得率及理化品質綜合最佳。

圖2 氯化鈣的添加量對牛乳Halloumi得率及理化品質的影響.

2.2.2 氯化鈣的添加量對Halloumi質構特性的影響 從圖3可以看出,氯化鈣的添加量對Halloumi的各項質構特性均有顯著性影響(p<0.05),氯化鈣的添加量越高,干酪的硬度越高。另外,Halloumi的彈性、凝聚性和咀嚼性在添加量為0.015%時達到最高,繼續添加氯化鈣,其凝聚性、咀嚼性及彈性反而會降低。鈣的含量主要影響凝乳作用,原料乳殺菌后可溶性鈣有所下降,影響凝乳效果,添加的鈣離子能夠與磷酸絲氨酸殘基或羧基結合,中和酪蛋白體系中的負電荷,加強蛋白質的相互作用,最終增加凝膠強度[4],表現為干酪的硬度、彈性、凝聚性和咀嚼性增強。然而鈣的含量過高時,形成的凝塊過硬,同時多余的鈣將增加酪蛋白膠束表面的正電荷,從而增加靜電斥力,使得酪蛋白形成的凝膠變弱或根本不能形成凝膠[4],具體表現為干酪凝聚性及咀嚼性以及彈性的下降,因此氯化鈣的添加量并非越多越好。綜合質構特性,確定氯化鈣為最佳添加量為0.015%。

圖3 氯化鈣的添加量對牛乳Halloumi質構的影響

2.2.3 氯化鈣的添加量對Halloumi感官品質的影響 從圖4可以看出,氯化鈣的添加量對于Halloumi干酪外觀、質地和氣味都具有顯著影響(p<0.05)。結合以上質構特性的討論可知,氯化鈣的添加量越高,Halloumi表現為越硬,咀嚼性及凝聚性也有一定程度的增強,但是添加量過高,干酪的凝聚性反而下降。通過感官評定,發現氯化鈣的添加量為0.02%和0.01%時,干酪因過硬或較軟而品質得分相對較低,當添加量達到0.015%時,干酪的質地得分最高,并且其最終的感官得分也最高。綜合2.2.1、2.2.2和2.2.3的分析可知,氯化鈣的最佳添加量為0.015%。

圖4 氯化鈣的添加量對Halloumi感官品質的影響

2.3 壓榨壓強對Halloumi得率及品質的影響

2.3.1 壓榨壓強對Halloumi得率及理化品質的影響 從圖5可以看出,壓榨壓強對Halloumi的pH沒有顯著影響(p>0.05),而對Halloumi的得率、水分含量和蛋白含量具有顯著影響(p<0.05)。在預實驗中通過單因素實驗分析壓榨壓強對Halloumi含水量的影響時,發現當壓榨壓強低于0.2 MPa時,干酪中的水分排出速度過慢,最終干酪的含水量過高,而壓榨壓強高于0.6 MPa時,干酪從模具孔中濺出過多,損失率過高,因此,選擇0.2～0.6 MPa,并開創性提出先預壓再壓榨的方法,既保證了得率又確保干酪具有合適的水分含量及硬度。圖5中的數據顯示,當壓榨總時間確定為1 h,隨著壓榨壓強由0.2 MPa升高至0.6 MPa,Halloumi的水分含量由51.02%降至49.41%,同時蛋白含量也由19.84%降至18.44%。但當采用分級壓榨的方式,即壓榨條件為先0.2 MPa預壓20 min,再0.6 MPa壓榨40 min時,Halloumi的水分含量保持較低水平,而蛋白含量顯著升高(p<0.05),達到21.46%。并且,采用分級壓榨方式的得率顯著高于其他壓榨條件(p<0.05),能夠達到11.96%。該現象表明,壓榨過程中在初始階段便對凝塊施加較大壓強反而不利于Halloumi中乳清或水分的排除,同時還會使Halloumi的蛋白結構遭到破壞,使奶酪中大量的蛋白流失,從而嚴重影響Halloumi的得率。而采用分級壓榨的方式可以在排除奶酪中乳清和水分的同時保護Halloumi的結構完整,因此采用先0.2 MPa預壓20 min,后0.6 MPa壓榨40 min時,Halloumi的得率和理化品質最佳。

圖5 壓榨壓強對Halloumi得率及理化品質的影響

2.3.2 壓榨壓強對Halloumi質構特性的影響 從圖6可以看出,壓榨壓強對Halloumi的硬度和咀嚼性影響較為顯著(p<0.05)。當壓榨壓強從0.2 MPa升高至0.6 MPa,Halloumi的硬度和咀嚼性不斷增強,并在0.6 MPa時達到最大值,然而彈性和凝聚性卻有所下降。另外,0.6 MPa的壓榨條件與分級壓榨條件(先0.2 MPa預壓20 min,后0.6 MPa壓榨40 min)相比,Halloumi的彈性、凝聚性和咀嚼性均無顯著性差異(p>0.05)。表明隨著壓榨壓強的增大,Halloumi中乳清及水分的大量排出使得蛋白質的結構更為致密,從而表現為對外界更強的抵抗力,即更強的硬度和咀嚼性[28]。然而過高的壓強使Halloumi中水分及乳清急速排出的同時也會破壞原有的蛋白網絡結構,甚至改變酪蛋白顆粒的狀態,從而影響Halloumi的彈性和凝聚性[29]。

圖6 壓榨壓強對Halloumi質構特性的影響

2.3.3 壓榨壓強對Halloumi感官品質的影響 從圖7可以看出,當壓榨壓強從0.2 MPa升高至0.6 MPa,Halloumi感官品質的差別主要體現在外觀和質地兩個方面。在0.2 MPa壓榨條件下,Halloumi的外觀和質地得分最低,而采用0.6 MPa和分級壓榨方式得分較高。總體來看,分級壓榨(先0.2 MPa預壓20 min,后0.6 MPa壓榨40 min)方式略優于0.6 MPa壓榨方式。結合2.3.1中Halloumi的得率和理化品質分析及2.3.2中Halloumi的質構特性分析可知,在0.2 MPa壓榨條件下,Halloumi中水分含量較高,硬度及凝聚性較差,在外觀上表現為質地松散柔軟,Halloumi表面可見較大的裂縫和空隙,因此影響了其外觀和質地得分。隨著壓榨壓強的升高,Haloumi的蛋白網絡結構更加致密,表面平整光滑,且硬度、咀嚼性、彈性和凝聚性都有所增強,因此其得分顯著較高。綜合2.3.1、2.3.2和2.3.3的分析可知,最優的壓榨工藝為分級壓榨方式,即先0.2 MPa預壓20 min,后0.6 MPa壓榨40 min。

圖7 壓榨壓強對Halloumi感官品質的影響

3 結論

殺菌方式對Halloumi干酪的蛋白含量及水分含量影響較大,65 ℃,30 min的殺菌條件相較于75 ℃,15 s,Halloumi的得率更高,硬度、彈性、咀嚼性和凝聚性更強;氯化鈣的添加量主要影響Halloumi的硬度和咀嚼性,氯化鈣的添加量越高,Halloumi的硬度和咀嚼性越強,氯化鈣的添加量為0.015%時,其得率、理化及質構品質最佳;隨著壓榨壓強的增大,Halloumi的水分含量和蛋白含量降低,硬度和咀嚼性增強,采用分級壓榨的方式(0.2 MPa預壓20 min,后0.6 MPa壓榨40 min),Halloumi的得率和蛋白含量達到最高,且硬度和咀嚼性及感官品質也達到最佳。最終確定采用65 ℃,30 min的巴氏殺菌條件,0.015%的氯化鈣添加量以及分級壓榨方式(先0.2 MPa預壓20 min,后0.6 MPa壓榨40 min),Halloumi的得率,理化,質構及感官品質可達最佳。