響應(yīng)面法優(yōu)化茶奶酪發(fā)酵工藝研究

徐振麗，郭孝敬，陳歡，黃倩，史學(xué)偉，陳計(jì)巒，鄭曉吉

(石河子大學(xué) 食品學(xué)院，新疆 石河子 832000)

茶葉起源于中國(guó)，在我國(guó)有悠久的飲用歷史，是世界上公認(rèn)的健康食品之一，富含多種對(duì)人體有益的營(yíng)養(yǎng)成分，主要包括茶多酚、氨基酸、咖啡堿、多糖、維生素和礦物質(zhì)[1]。除此之外，茶葉的醫(yī)療保健作用也尤為顯著，具有清腦明目、消食化痰、利尿解毒、防輻射、抗衰老和預(yù)防腫瘤等作用[2]。

奶酪是一種風(fēng)味獨(dú)特的發(fā)酵乳制品，具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，不僅富含蛋白質(zhì)、脂肪，還含有豐富的礦物質(zhì)和微量元素[3]。我國(guó)奶酪的食用歷史較早，但主要集中在少數(shù)民族地區(qū)，造成了奶酪品種單一的局面[4]。隨著人們生活水平的提高，奶酪在我國(guó)的消費(fèi)市場(chǎng)日漸增大，對(duì)奶酪的加工生產(chǎn)和品質(zhì)要求也逐步提升，因此研制出風(fēng)味良好的奶酪對(duì)于奶酪的工業(yè)化發(fā)展具有重要意義[5]。

茶葉中含有多種呈味物質(zhì)，香氣醇厚，將中國(guó)傳統(tǒng)的茶葉加入至奶酪中將會(huì)對(duì)奶酪的品質(zhì)產(chǎn)生重要的影響。目前，對(duì)于茶奶酪的研究報(bào)道較少，本研究通過響應(yīng)面法優(yōu)化茶奶酪的最優(yōu)發(fā)酵條件，為茶葉風(fēng)味奶酪的研發(fā)與創(chuàng)新提供了理論依據(jù)與參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料乳：新疆石河子花園乳液有限公司；茯磚茶葉、白砂糖、發(fā)酵劑(保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌)：北京川秀科技有限公司；凝乳酶(小牛皺胃酶)：Sigma公司；食鹽。

1.2 儀器與設(shè)備

電熱恒溫培養(yǎng)箱、水浴鍋、分析天平、高速多功能粉碎機(jī) 永康市久品工貿(mào)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 奶酪樣品的制作及取樣[6]

茯磚茶→烘干(80 ℃，20 min)→粉粹→水浴浸泡(茶∶牛奶)→過濾→茶葉提取物→新鮮牛乳→混合并加入白砂糖→巴氏殺菌(63 ℃，30 min)→冷卻至37 ℃→添加發(fā)酵劑→發(fā)酵→添加凝乳酶→凝乳→切割→靜置→攪拌→排乳清→堆釀→加鹽→壓榨成型→真空包裝→成品茶奶酪。

1.3.2 pH的測(cè)定[7]

取1 g奶酪加入10 mL蒸餾水，磨成漿狀，用pH計(jì)測(cè)定，進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果為平均值。

1.3.3 水分含量的測(cè)定[8]

奶酪水分含量的測(cè)定采用GB 5009.3-2016第一法。

1.3.4 乳酸菌數(shù)的測(cè)定[9]

使用MRS培養(yǎng)基，樣品經(jīng)過梯度稀釋，采用傾倒平板計(jì)數(shù)，讓平皿倒置于40 ℃恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)24～48 h，觀察長(zhǎng)出的細(xì)小菌落，計(jì)算菌落數(shù)目，按照常規(guī)的方法選擇30～300 CFU平皿進(jìn)行計(jì)算。酸奶中乳酸菌活菌數(shù)用CFU/mL表示。

1.3.5 感官評(píng)分[10-12]

感官評(píng)分小組由5名男性和5名女性評(píng)價(jià)人員組成，在室溫20 ℃的條件下，對(duì)制得的奶酪進(jìn)行感官評(píng)定，對(duì)氣味、滋味、色澤、組織狀態(tài)、總體可接受性5個(gè)評(píng)定項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)分，檢驗(yàn)總分為100分。

表1 奶酪感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sesory evaluation of cheese

1.3.6 茶奶酪單因素試驗(yàn)

分別以茶葉添加量、發(fā)酵時(shí)間、凝乳酶添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵劑添加量為變量進(jìn)行單因素試驗(yàn)，依據(jù)pH、水分含量、乳酸菌活菌數(shù)和感官評(píng)分對(duì)奶酪品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.6.1 茶葉添加量對(duì)奶酪感官品質(zhì)的影響

在發(fā)酵劑添加量3%、發(fā)酵時(shí)間7 h、凝乳酶添加量2 mg/L和發(fā)酵溫度40 ℃條件下，判斷茶葉添加量為0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%時(shí)的奶酪品質(zhì)。

1.3.6.2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)奶酪感官品質(zhì)的影響

在發(fā)酵劑添加量3%、茶葉添加量1%、凝乳酶添加量2 mg/L和發(fā)酵溫度40 ℃條件下，判斷發(fā)酵時(shí)間為5，6，7，8，9 h時(shí)奶酪品質(zhì)。

1.3.6.3 凝乳酶添加量對(duì)奶酪感官品質(zhì)的影響

在發(fā)酵劑添加量3%、茶葉添加量1%、發(fā)酵時(shí)間7 h和發(fā)酵溫度40 ℃條件下，判斷凝乳酶添加量為0.5%、1%、2%、3%、4%時(shí)奶酪品質(zhì)。

1.3.6.4 發(fā)酵溫度對(duì)奶酪感官品質(zhì)的影響

在發(fā)酵劑添加量3%、茶葉添加量1%、發(fā)酵時(shí)間7 h和凝乳酶添加量2 mg/L條件下，判斷發(fā)酵溫度為36，38，40，42，44 ℃時(shí)奶酪品質(zhì)。

1.3.6.5 發(fā)酵劑添加量對(duì)奶酪感官品質(zhì)的影響

在茶葉添加量1%、發(fā)酵時(shí)間7 h、發(fā)酵溫度40 ℃和凝乳酶添加量2 mg/L條件下，判斷發(fā)酵劑添加量為0.5%、1%、3%、5%、7%時(shí)奶酪品質(zhì)。

1.3.7 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

結(jié)合參考文獻(xiàn)和單因素試驗(yàn)，以茶葉添加量0.5%、1%、1.5%，發(fā)酵時(shí)間6，7，8 h，凝乳酶添加量1，2，3 mg/L，發(fā)酵溫度38，40，42 ℃，發(fā)酵劑添加量1%、3%、5%的五因素三水平進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)，根據(jù)感官評(píng)分和水分含量確定最佳工藝參數(shù)。

2 結(jié)果分析

2.1 奶酪單因素試驗(yàn)

2.1.1 茶葉添加量對(duì)奶酪品質(zhì)的影響

將不同質(zhì)量的茶葉添加到奶酪中，測(cè)定奶酪的pH、水分含量和乳酸菌活菌數(shù)并對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)分，結(jié)果見表2。

表2 茶葉添加量對(duì)奶酪品質(zhì)的影響Table 2 Effect of the additive amount of tea on cheese quality

由表2可知，當(dāng)茶葉添加量為0.1%～1.0%時(shí)，乳酸菌活菌數(shù)一直呈上升趨勢(shì)，并在茶葉添加量為1.0%時(shí)，達(dá)到最高值(7.9±0.01)×107CFU/g，茶葉添加量繼續(xù)增加，奶酪中乳酸菌活菌數(shù)有下降趨勢(shì)，說(shuō)明茶葉添加量對(duì)奶酪中乳酸菌的生長(zhǎng)具有刺激作用，在一定程度上可以促進(jìn)乳酸菌生長(zhǎng)，但其濃度過高，不利于乳酸菌生長(zhǎng)[13]。奶酪的pH也隨著茶葉添加量的增加而顯著降低(P<0.05)，當(dāng)茶葉添加量為1.0%時(shí)，奶酪的pH達(dá)到最低值3.82±0.01，可能是由于乳酸菌產(chǎn)酸降低了奶酪的pH。隨著茶葉添加量的增加，奶酪中的水分含量和感官評(píng)分具有顯著性變化(P<0.05)，當(dāng)茶葉添加量為1.5%時(shí)，奶酪的感官評(píng)分達(dá)到最高值79.52±2.56；當(dāng)茶葉添加量為2.0%時(shí)，奶酪中的水分含量達(dá)到最高值(29.40±0.20)%。

2.1.2 發(fā)酵溫度對(duì)奶酪品質(zhì)影響

隨著發(fā)酵溫度的升高，奶酪的pH、水分含量、乳酸菌活菌數(shù)和感官評(píng)分具有顯著性變化(P<0.05)，見表3。

表3 發(fā)酵溫度對(duì)奶酪品質(zhì)的影響Table 3 Effect of fermentation temperature on cheese quality

由表3可知，發(fā)酵溫度為40 ℃，奶酪的pH出現(xiàn)最低值3.85±0.03，乳酸菌活菌數(shù)出現(xiàn)最高值(7.9±0.01)×107CFU/g，發(fā)酵溫度繼續(xù)升高，乳酸菌活菌數(shù)下降，pH升高，可能是發(fā)酵溫度過高，不利于乳酸菌生長(zhǎng)[14]。隨著發(fā)酵溫度的增加，奶酪的水分含量和感官評(píng)分也隨之升高，當(dāng)發(fā)酵溫度為44 ℃時(shí)，奶酪的水分含量達(dá)最高值(25.28±0.17)%，當(dāng)發(fā)酵溫度為40 ℃時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高值80.97±2.01。

2.1.3 發(fā)酵劑添加量對(duì)奶酪品質(zhì)的影響

將不同質(zhì)量的發(fā)酵劑用于制作奶酪，隨著發(fā)酵劑添加量的增加，奶酪的pH、水分含量、乳酸菌活菌數(shù)和感官評(píng)分具有顯著性變化(P<0.05)，見表4。

表4 發(fā)酵劑添加量對(duì)奶酪品質(zhì)的影響Table 4 Effect of the additive amount of starter on cheese quality

由表4可知，當(dāng)發(fā)酵劑添加量為0.5%～3.0%時(shí)，奶酪的pH呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，乳酸菌活菌數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在添加量為3.0%時(shí)，pH降至最低值3.57±0.01，乳酸菌活菌數(shù)為(8.9±0.04)×107CFU/g，可能是由于發(fā)酵劑添加過量，使得乳酸菌的數(shù)量降低。奶酪水分含量隨著發(fā)酵劑添加量的增加而顯著增加。當(dāng)發(fā)酵劑添加量為3.0%時(shí)，奶酪的感官評(píng)分達(dá)到最大值81.03±1.61。

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)奶酪品質(zhì)的影響

延長(zhǎng)奶酪的發(fā)酵時(shí)間，可以使奶酪的pH、水分含量、乳酸菌活菌數(shù)和感官評(píng)分發(fā)生顯著性變化(P<0.05)，見表5。

表5 發(fā)酵時(shí)間對(duì)奶酪品質(zhì)的影響Table 5 Effect of fermentation time on cheese quality

由表5可知，隨著奶酪發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，奶酪的pH一直呈下降趨勢(shì)，水分含量呈上升趨勢(shì)，發(fā)酵9 h時(shí)pH達(dá)最低值3.69±0.01，水分含量達(dá)最高值(26.13±0.17)%，奶酪的酸度得到了增加。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為5～7 h時(shí)，乳酸菌活菌數(shù)和感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)，發(fā)酵7 h達(dá)到最高值，分別為(9.0±0.01)×107CFU/g和80.58±2.12，發(fā)酵時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，奶酪的乳酸菌活菌數(shù)和感官評(píng)分降低。結(jié)果表明延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間可以增加奶酪的感官品質(zhì)，但發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng)，可能會(huì)對(duì)奶酪的品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。

2.1.5 凝乳酶添加量對(duì)奶酪品質(zhì)的影響

不同凝乳酶的添加量會(huì)對(duì)奶酪的pH、水分含量、乳酸菌活菌數(shù)和感官評(píng)分產(chǎn)生顯著性影響(P<0.05)，見表6。

表6 凝乳酶添加量對(duì)奶酪品質(zhì)的影響Table 6 Effect of the additive amount of chymosin on cheese quality

當(dāng)凝乳酶添加量為5.0%時(shí)，奶酪的pH達(dá)到最低值4.06±0.01。隨著凝乳酶添加量的增加，奶酪的水分含量一直呈下降趨勢(shì)，添加量為7.0%時(shí)，達(dá)到最低值(25.38±0.20)%。當(dāng)凝乳酶添加量為0.5%～3.0%時(shí)，奶酪的乳酸菌活菌數(shù)和感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)，并且在添加量為3.0%時(shí)，奶酪的乳酸菌活菌數(shù)和感官評(píng)分均達(dá)到最高值，分別為(7.8±0.05)×107CFU/g和82.79±0.75。

2.2 奶酪工藝參數(shù)響應(yīng)面試驗(yàn)

基于單因素試驗(yàn)，選用茶葉添加量(A)、發(fā)酵劑添加量(B)、凝乳酶添加量(C)、發(fā)酵溫度(D)和發(fā)酵時(shí)間(E)5個(gè)因素作為自變量，感官評(píng)分和水分含量作為因變量，采用Box-Behnken對(duì)茶奶酪工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見表7。

表7 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 7 Design and results of response surface

續(xù) 表

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到感官評(píng)分(Y1)和水分含量(Y2)響應(yīng)面回模擬方程為：

Y1=94.78-0.075A+0.67B+0.61C+0.025D-0.58E+0.10AB+0.55AC-0.80AD-1.05AE-0.93BC-0.65BD-1.77BE+1.95CD-1.93CE-0.85DE-17.29A2-5.70B2-3.87C2-6.12D2-3.20E2。

Y2=29.20-0.17A+0.19B+0.28C-0.21D-1.250E-003E-0.72AD+1.35CD-0.80CE-0.63DE-5.44A2-1.94B2-1.01C2-2.19D2-0.54E2。

對(duì)感官評(píng)分和水分含量模擬方程進(jìn)行顯著性分析，見表8。建立感官評(píng)分和水分含量數(shù)學(xué)模型P<0.0001，此數(shù)據(jù)模型非常顯著，失擬項(xiàng)P=0.1437/0.7245>0.05，均不顯著，表明試驗(yàn)?zāi)軌蜉^好擬合真實(shí)情況，可用于茶奶酪工藝參數(shù)的優(yōu)化。此外，在感官評(píng)分模擬方程方差分析中AE和BE顯著，CD和CE極顯著，說(shuō)明發(fā)酵劑添加量與發(fā)酵時(shí)間、茶葉添加量與發(fā)酵時(shí)間、凝乳酶添加量與發(fā)酵溫度、凝乳酶添加量與發(fā)酵時(shí)間對(duì)奶酪感官評(píng)分的影響存在交互作用。在水分含量模擬方程方差分析中AD、CE顯著，CD極顯著，說(shuō)明茶葉添加量與發(fā)酵溫度、凝乳酶添加量與發(fā)酵時(shí)間、凝乳酶添加量與發(fā)酵溫度對(duì)奶酪水分含量的影響存在交互作用。

表8 方差分析表Table 8 Analysis of variance

續(xù) 表

注：“*”表示顯著性差異，P<0.05；“**”表示極其顯著性差異，P<0.01。

2.3 各因素之間的交互作用

圖1 兩因素交互作用對(duì)茶奶酪感官評(píng)分影響的響應(yīng)面Fig.1 Response surface figures of interaction of two factors on sensory scores of tea cheese

由圖1中d可知，當(dāng)發(fā)酵劑添加量為3%、凝乳酶添加量為2%和發(fā)酵溫度為40 ℃時(shí)，隨著茶葉添加量的增加，茶奶酪的感官評(píng)分逐漸升高，在茶葉添加量為1%左右時(shí)達(dá)到最大，之后又逐漸下降。隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，感官評(píng)分逐漸增大，在發(fā)酵時(shí)間為7 h左右，感官評(píng)分達(dá)到最大，之后又逐漸下降。由圖1中g(shù)可知，在茶葉添加量為1%、凝乳酶添加量為2%和發(fā)酵溫度為40 ℃時(shí)，隨著發(fā)酵劑添加量和發(fā)酵時(shí)間的增加，奶酪的感官評(píng)分顯著提高，在發(fā)酵劑添加量和發(fā)酵時(shí)間分別為0.31%和7 h時(shí)，感官評(píng)分最高，之后又逐漸降低。由圖1中h可知，在茶葉添加量為1%、發(fā)酵劑添加量為3%和發(fā)酵時(shí)間為7 h時(shí)，隨著凝乳酶添加量的增加，茶奶酪的感官評(píng)分逐漸升高，當(dāng)凝乳酶添加量為2.2%左右時(shí)達(dá)到最高值，之后又逐漸下降。由圖1中i可知，在茶葉添加量為1%、發(fā)酵劑添加量為3%和發(fā)酵溫度為40 ℃時(shí)，隨著凝乳酶添加量和發(fā)酵時(shí)間的增加，奶酪的感官評(píng)分升高，當(dāng)凝乳酶添加量和發(fā)酵時(shí)間分別為2.3%和7.2 h左右時(shí)，感官評(píng)分最高，之后又逐漸下降。

圖2 兩因素交互作用對(duì)茶奶酪水分含量影響的響應(yīng)面Fig.2 Response surface figures of interaction of two factors on water content of tea cheese

由圖2中c可知，當(dāng)發(fā)酵劑添加量為3%、凝乳酶添加量為2%和發(fā)酵時(shí)間為7 h時(shí)，隨著茶葉添加量的增加，茶奶酪的水分含量逐漸升高，在茶葉添加量為1.1%左右時(shí)達(dá)到最大，之后又逐漸下降。隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，水分含量逐漸增大，在發(fā)酵時(shí)間為7.3 h左右時(shí)水分含量最高，之后逐漸降低。由圖2中i可知，在茶葉添加量為1%、發(fā)酵劑添加量為3%和發(fā)酵溫度為40 ℃時(shí)，隨著凝乳酶添加量和發(fā)酵時(shí)間的增加，茶奶酪的水分含量逐漸提升，當(dāng)凝乳酶添加量和發(fā)酵時(shí)間分別為2.2%和7.3 h左右時(shí)，茶奶酪的水分含量最高，之后逐漸降低。由圖2中h可知，當(dāng)茶葉添加量為1%、發(fā)酵劑添加量為3%和發(fā)酵時(shí)間為7 h時(shí)，隨著凝乳酶添加量和發(fā)酵溫度的增加，茶奶酪的水分含量逐漸提升，當(dāng)凝乳酶添加量和發(fā)酵溫度分別為1.7%和39 ℃左右時(shí)，茶奶酪的水分含量最高，之后逐漸降低。

3 結(jié)論

以茶葉和牛奶為原料，基于單因素試驗(yàn)，以響應(yīng)面分析法對(duì)茶奶酪的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳生產(chǎn)工藝條件為：茶葉量1%、發(fā)酵劑0.3%、發(fā)酵溫度40 ℃、發(fā)酵時(shí)間7 h和凝乳酶2 mg/L，在此條件下奶酪的感官評(píng)分和水分含量分別為94.78分和29.20%。