夸克芝士風味發酵乳的制備

文/羅冠儀 周 潔 劉振民

（上海乳業生物技術國家重點實驗室；上海乳業生物工程技術研究中心；上海光明乳業股份有限公司乳業研究院）

酸奶作為一種發酵產品，由乳酸菌發酵而成，是全球傳統食品不可或缺的一部分[1～3]，為廣大消費者所喜愛。也正因為酸奶風味獨特、質構細膩，并具有一定的營養保健功能，越來越引起人們的關注[4]。近幾年，酸奶市場銷售增速明顯，且國內市場上酸奶品種越發豐富，消費群體細分明顯，只有差異化的產品創新和品類創新才能滿足消費者對酸奶產品的不同訴求[5]。

芝士（Cheese），又名干酪，也是一種發酵乳制品，其性質與常見的酸牛奶有相似之處，都是通過發酵制作而成的，且都含有對人體有益的乳酸菌。芝士常被譽為奶黃金，是因為其豐富的蛋白質含量，且含有鈣、脂肪、磷和維生素等營養成分，營養成分經過發酵、分解，更易被人體消化、吸收，不致肥胖，因此被營養學家奉為理想的食品[6，7]。

夸克芝士（Quarg，也拼為Quark）是一類非常重要的新鮮酸凝軟質干酪。它起源于東歐和中歐，在歐洲國家頗為流行。夸克芝士質地柔軟，口感比較溫和、清淡，是介于酸奶和新鮮干酪之間的一種產品，口感清爽，低脂肪、高蛋白，容易被我國消費者接受[8～11]。

本研究將夸克芝士與發酵乳相結合，研制一款配以全脂牛乳發酵、制備的夸克芝士風味發酵乳[12]，同時采用單因素試驗并用響應面法對其配方工藝條件進行優化[13]，目的是為開發一款國內新型干酪風味酸奶，以滿足消費者對新鮮和營養的需求。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

全脂巴氏殺菌乳（蛋白質含量≥2.9%）：光明乳業股份有限公司；白砂糖、檸檬酸鈉：市購；夸克芝士：德國DMK公司；菌種F-DVS Premium1.0（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌）：丹麥科漢森股份有限公司。

硫酸：國藥集團化學試劑有限公司；硼酸（AR）、鹽酸（AR）：廣州化學試劑廠；厭氧產氣袋、厭氧盒：日本三菱化學株式會社；體積分數為95%乙醇（AR）、氫氧化鈉（AR）：天津市百世化工有限公司；定氮片：瑞士FOSS公司；酚酞（指示劑）：天津市天新精細化工開發中心；異戊醇（AR）：天津市大茂化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

HWS-28恒溫水浴鍋：上海一恒科學儀器有限公司；JJ2000B電子天平：江蘇常熟市雙杰測試儀器廠；MIR-262培養箱：SANYO；APV1000均質機：APV（中國）有限公司；RW20數顯電動攪拌機：德國IKA公司；FUNCE GERBER蓋博乳脂計，FUNCE GERBER離心機：德國GERBER公司；8200凱氏定氮儀：瑞士FOSS公司；酸度計：瑞士萬通中國有限公司；R180旋轉黏度計：德國prpRheo Rheomat。

1.3 方法

1.3.1 夸克芝士風味發酵乳的工藝流程及操作要點

夸克芝士風味發酵乳的工藝流程如下。

操作要點：一是原輔料混料水合。先將全脂牛奶預熱至45～50℃，加入白砂糖和夸克芝士，并使用高速攪拌器（550 r/min）攪拌20～30 min，確保物料均勻、分散。二是調節pH值。加入檸檬酸鈉并使其充分溶解，確保奶液pH值在6.30～6.40。三是均質。均質條件為溫度63～65 ℃，壓力為18～20 MPa；此工藝目的為使乳脂肪球破碎，避免出現脂肪上浮的現象。四是滅菌。在90～95 ℃恒溫保溫5 min。五是冷卻。使奶液冷卻至合適溫度。六是接種。取90.5 mL純凈水，加熱至50 ℃時加入9.5 g脫脂乳粉，充分溶解后加熱煮沸，放涼即制成接種液；在接種液中添加20 U的發酵菌種，制成發酵劑，根據試驗設計要求接種。七是恒溫發酵。根據具體試驗設計的發酵時間及發酵溫度進行。八是冷卻灌裝。發酵至終點的酸奶冷卻至20 ℃，灌裝至100 g規格的塑杯中。九是后熟冷藏。在2～6 ℃條件下后熟冷藏24 h。

1.3.2 夸克芝士風味發酵乳的工藝條件優化

（1）單因素試驗

確定白砂糖的添加量：全脂牛乳添加量≥80%（最終定容至總量100%），分別固定夸克芝士（添加量6.0%）、發酵劑（添加量1.0%）、發酵時間（5.5 h）和發酵溫度（43 ℃），調整白砂糖的添加量為7.0%、7.5%、8.0%、8.5%、9.0%，并調節奶液pH值為6.30～6.40，測定成品酸度，并對其進行感官評價。

確定夸克芝士的添加量：全脂牛乳添加量≥80%（最終定容至總量100%），分別固定白砂糖（添加量8.0%）、發酵劑（添加量1.0%）、發酵時間（5.5 h）和發酵溫度（43 ℃），調整夸克芝士的添加量分別為4%、5%、6%、7%、8%，并調節奶液pH值為6.30～6.40。測定成品酸度，并對其進行感官評價。

確定發酵劑的接種量：全脂牛乳添加量≥80%（最終定容至總量100%），分別固定夸克芝士（添加量6.0%）、白砂糖（添加量8.0%）、發酵時間（5.5 h）和發酵溫度（43 ℃），調整發酵劑接種量為0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、1.50%。測定成品酸度，并對其進行感官評價。

確定發酵溫度：全脂牛乳添加量≥80%（最終定容至總量100%），分別固定夸克芝士（添加量6.0%）、白砂糖（添加量8.0%）、發酵劑（添加量1.0%）和發酵時間（5.5 h），調整發酵溫度37 ℃、39 ℃、41 ℃、43 ℃、45 ℃，測定成品酸度，并對其進行感官評價。

確定發酵時間：全脂牛乳添加量≥80%（最終定容至總量100%），分別固定夸克芝士（添加量6.0%）、白砂糖（添加量8.0%）、發酵劑（添加量1.0%）和發酵溫度（43 ℃），調整發酵時間4.5 h、5.0 h、5.5 h、6.0 h、6.5 h。測定成品酸度并對其進行感官評價。

（2）Box-Behnken試驗設計

在單因素試驗的基礎上繼續優化，以白砂糖添加量、夸克芝士添加量及發酵時間為研究對象，以感官評分為響應值，利用Design-Expert 8.0.6軟件進行Box-Behnken試驗設計[14，15]，試驗的因素水平見表1。

1.3.3 分析測定

（1）感官評價

參考中國乳制品工業行業規范RHB 103《酸牛乳感官質量評鑒細則》[16]，并根據該產品風味特點制定相應的感官評價標準[17],見表2。

（2）理化指標的測定

按照《GB 19302—2010食品安全國家標準 發酵乳》中理化指標的要求，檢測該產品蛋白質、脂肪含量和酸度。其中蛋白質含量的測定采用凱氏定氮法[18]，脂肪含量的測定采用蓋博法[19]，酸度的測定采用酚酞指示劑法[20]。同時采用旋轉黏度計測定黏度：發酵乳發酵結束并后熟24 h后，在樣品處于9～10 ℃時，采用2#轉子，固定轉速64 r/min，測定樣品黏度[21]。

（3）微生物指標的測定

按照《GB 19302—2010食品安全國家標準 發酵乳》中微生物限量的要求，檢測產品微生物指標，包括大腸菌群、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、霉菌和酵母，其中大腸菌群采用平板計數法[22]，金黃色葡萄球菌的檢測為定性檢驗[23]，沙門氏菌的檢測參考《 GB 4789.4—2016食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 沙門氏菌檢驗》[24]，霉菌和酵母的檢測參考《GB 4789.15—2016食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母計數》[25]。

表1 夸克芝士風味發酵乳工藝條件優化響應面試驗因素與水平

表2 夸克芝士風味發酵乳感官評價標準

乳酸菌數的檢測按照《GB 4789.35—2016食品安全國家標準食品微生物學檢驗 乳酸菌檢驗》[26]中的要求。

2 結果與分析

2.1 工藝條件優化單因素試驗結果

2.1.1 白砂糖添加量對產品品質的影響

由圖1可知，隨著白砂糖添加量在7.0%～8.0%范圍內的上升，感官評分隨之增高；感官評分在白砂糖添加量為8.0%時最高，為89.4分，此時產品風味最佳；白砂糖添加量＞8.0%后，感官評分隨即下降。白砂糖的添加量對產品酸度的影響不明顯。因此，確定白砂糖添加量的最佳值為8.0%。

2.1.2 夸克芝士添加量對產品品質的影響

由圖2可知，隨著夸克芝士添加量在4.0%～6.0%的變化，感官評分隨之增高；感官評分在夸克芝士添加量為6.0%時最高，為87.9 分，產品夸克芝士香味最佳；夸克芝士添加量＞6.0%后，感官評分隨即下降。而夸克芝士的添加量越高，奶液總蛋白含量越高，其酸度也越高。因此，夸克芝士添加量的最佳值為6.0%。

2.1.3 發酵劑接種量對產品品質的影響

圖1 白砂糖添加量對產品酸度和感官的影響

發酵劑的選擇直接影響著酸奶成品的品質[27]，發酵劑中菌株的種類和含量差異則最終影響著酸奶的風味和口感。由圖3可知，產品的感官評分隨著接種量的增加呈先升后降的趨勢，而酸度則呈上升趨勢；當發酵劑接種量為1%時，產品的感官評分最高，為88.6 分，此時產品酸甜適中，風味柔和，組織狀態細膩；當接種量繼續上升，產品的酸度升高，整體口感變差。因此發酵劑接種量的最佳值為1%。

2.1.4 發酵溫度對產品品質的影響

由圖4可知，在37～43 ℃范圍內，發酵溫度的升高與感官評分成正相關；發酵溫度為43 ℃時感官評分最高，為88.5分，產品風味最佳；發酵溫度＞43℃之后，感官評分隨即下降。隨著發酵溫度的升高，產品酸度也越來越高，最終也會影響產品感官評分。因此，最佳發酵溫度確定為43 ℃。

2.1.5 發酵時間對產品品質的影響

由圖5可知，在4.5～5.5 h范圍內發酵時間與感官評分成正相關；發酵時間在5.5 h時感官評分最高，為87.1 分，產品風味最佳，酸甜可口；發酵時間＞5.5 h后，感官評分隨即下降。隨著發酵時間不斷增加，酸度隨之增高，達到某一最適酸度后，酸度的繼續升高會降低產品感官評分。因此，最佳發酵時間為5.5 h。

2.2 響應面法優化工藝條件

2.2.1 響應面試驗設計與結果

圖2 夸克芝士的添加量對產品酸度和感官的影響

圖3 接種量對產品酸度和感官的影響

圖4 發酵溫度對產品酸度和感官的影響

表3 響應面法試驗設計與結果

圖5 發酵時間對產品酸度和感官的影響

在單因素試驗基礎上，使用Design-Expert 8.0.6軟件優化配方，設定感官評分（R1）為響應值，以白砂糖的添加量（A）、夸克芝士的添加量（B）和發酵時間（C）為自變量，設計3因素、3水平響應面試驗組的正交試驗[28]，試驗設計與結果見表3，方差分析結果見表4。

2.2.2 模型的建立及方差分析

用Design-Expert 8.0.6軟件對模型進行分析，得到夸克芝士風味發酵乳的感官評分及所選3 個因素編碼值的回歸方程為：

R1=89.00-1.25A+0.87B+2.62C-0.25AB+6.25AC+2.00BC-8.25A2-8.50B2-5.00C2

由表4方差分析可知，夸克芝士風味發酵乳的感官評分回歸模型顯著性檢驗P＜0.0001，模型極顯著；夸克芝士風味發酵乳的感官評分回歸模型失擬性檢驗P=0.0666＞0.05，夸克芝士風味發酵乳的感官評分回歸模型失擬相不顯著；夸克芝士風味發酵乳的感官評分回歸診斷決定系數R2=0.9900，說明該模型99.00%的數據可用此方程解釋。模型的變異系數CV相對較低（1.54%），說明該模型精確度較高。

該回歸模型的擬合程度良好，試驗的誤差較小，試驗操作的可信度高，具有一定的實用指導意義。各因素的F值越大，說明其影響越顯著[29]。以上模型可以看出，各因素對夸克芝士風味發酵乳的感官評分影響順序為：發酵時間（C）＞白砂糖添加量（A）＞夸克芝士添加量（B）。

2.2.3 響應面優化分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件，對數據進行多元回歸擬合，得到以感官評分為響應值的各因素的響應面曲面圖和等高線圖，并分析各因素的交互作用[30]，結果見圖6。由圖6可知，兩兩因素之間對酸奶感官評分影響的響應面圖和等高線圖均存在最大值。其中白砂糖添加量與發酵時間的交互作用強，對夸克芝士酸奶感官評分的影響極顯著；夸克芝士添加量與發酵時間的交互作用較強，對夸克芝士酸奶感官評分的影響顯著。白砂糖添加量與夸克芝士添加量的交互作用較弱，但存在最大響應值，對夸克芝士酸奶感官評分影響不顯著。

表4 響應面試驗結果方差分析

圖6 白砂糖添加量、夸克芝士添加量、發酵時間的交互作用對夸克芝士風味發酵乳感官評分影響的響應面與等高線

由軟件分析得出夸克芝士風味發酵乳的最優配方工藝為白砂糖添加量8.02%，夸克芝士添加量6.09%，發酵時間5.65 h，夸克芝士風味發酵乳感官評分理論值為89.41 分。考慮到實際操作情況，將最優配方工藝參數調整為白砂糖添加量8.0%，夸克芝士添加量6.0%，發酵時間5.5 h。按優化的方案進行3 次重復試驗，結果取平均值，取得發酵乳的感官評分實際值為90.21 分，說明最優配方工藝條件可靠。

2.3 產品品質指標的分析

2.3.1 感官指標

產品在最佳組合下制得的夸克芝士風味發酵乳，色澤柔和、均勻，表面光滑。口感細膩嫩滑、酸甜適中、芝士風味突出。組織狀態良好，無乳清水析出，質地細膩、均勻，且軟硬適中。成品感官評分為90.21 分。

2.3.2 理化指標

產品在最佳組合下制得的夸克芝士風味發酵乳，其蛋白質含量為3.53%，脂肪含量為3.26%，酸度78.2oT。

2.3.3 微生物指標

在最佳組合下制得的夸克芝士風味發酵乳，其乳酸菌總數為5.9×107CFU/g，霉菌、酵母菌、大腸菌群、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌均未檢出。

3 小結

通過單因素試驗并使用響應面試驗優化，確定夸克芝士風味發酵乳的最佳工藝配方條件為白砂糖添加量8.0%，夸克芝士添加量6.0%，檸檬酸鈉添加量0.15%，發酵溫度為43 ℃，發酵時間為5.5 h。在此條件下，產品組織細膩、均勻，無乳清水析出，酸甜適中，口感嫩滑，芝士風味突出。感官評分為90.21 分，酸度為78.2oT，理化指標和微生物指標均符合《GB 19302—2010食品安全國家標準 發酵乳》中的要求。