夸克干酪添加植物甾醇酯微膠囊的工藝研究

文/胡姝敏 宮春穎 李曉東 曲佳林 劉 璐

（1 黑龍江省完達(dá)山乳業(yè)股份有限公司；2 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院）

血脂濃度與心腦血管疾病有直接關(guān)系[1，2]。與藥物相比，研發(fā)降膽固醇功能性食品具有更安全、 便捷的優(yōu)勢(shì)， 是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。 植物甾醇酯具有降 膽 固 醇 的 功 效[3，4]，K a t a n等[5]研究表明每天攝入植物甾醇酯1.3 g 或植物甾烷醇酯3.4 g就可起到降膽固醇效果[4，5]。N y u g e n 等[6]研究指出，每天攝食含2.0 ～3.0 g 植物甾烷醇酯可使血清膽固醇濃度降低約6.5 0%；植物甾醇還可預(yù)防大腸癌[7]。Hepburn 等[8]通過喂養(yǎng)白鼠，連續(xù)喂養(yǎng)13 周，最大計(jì)量可達(dá)3 900 mg/kg·天，無(wú)副作用 ；在日常飲食中添加植物甾醇酯可有效減少血清總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-膽固醇）濃度[9，10]。

目前，已開發(fā)出含有植物甾醇酯的功能性蛋白飲料[11]，但植物甾醇酯在其他食品方面的應(yīng)用較少。夸克干酪的質(zhì)地介于酸奶與酶凝干酪之間，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[12～14]。由于植物甾醇酯不易溶于水，因此，本試驗(yàn)對(duì)植物甾醇酯進(jìn)行微膠囊化，添加于夸克干酪中，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

1 試驗(yàn)材料與儀器

1.1 材料與試劑

植物甾醇酯微膠囊，新鮮、無(wú)抗生素牛奶，發(fā)酵劑，凝乳酶，自制去離子水，6 mol/L鹽酸（體積分?jǐn)?shù)≥95.00%）。

1.2 儀器與設(shè)備

JD500-2電子天平，干酪槽，pH計(jì)，乳脂分離機(jī)，電磁爐。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 夸克干酪的制作

脫 脂 牛 奶 → 熱 殺 菌（63.00 ℃，30 min）→冷卻（28.00～32.00 ℃）→添加發(fā)酵劑（3.00%）→發(fā)酵（2 h）→添加CaCl2（0.02%）、凝乳酶（0.003%）→凝乳（32.00 ℃）→切割（0.5～1.0 cm3的小塊）→升溫?cái)嚢枧湃榍澹?～5 min升溫1 ℃，至升到38 ℃停止）→冷藏（4.00 ℃）。

1.3.2 發(fā)酵溫度的確定

在2 h發(fā)酵時(shí)間條件下，分別在28.00 ℃、30.00 ℃、32.00 ℃、34.00 ℃和36.00 ℃進(jìn)行發(fā)酵，根據(jù)干酪的粗產(chǎn)率，乳清吸光光度值和產(chǎn)品是否出現(xiàn)苦味確定發(fā)酵的最佳溫度。

1.3.3 優(yōu)化添加植物甾醇酯微膠囊配方

根 據(jù) 響 應(yīng) 面 法 中 的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選出3 個(gè)主要因素。A：植物甾醇酯膠囊牛奶殺菌前添加量，B：植物甾醇酯膠囊乳清排出后添加量，C：發(fā)酵溫度。本試驗(yàn)做兩次響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)來(lái)研究各因素對(duì)夸克干酪感官評(píng)價(jià)的影響，第一組中各影響因素取值范圍分別是0.00%～5.00%，0.00%～0.01%，28.00～36.00 ℃。第二組中各影響因素取值范圍分別是0.0 0%～0.0 1%，0.00%～5.00%，28.00～36.00 ℃。以夸克干酪感官評(píng)價(jià)分為響應(yīng)面Y值，試驗(yàn)因素以及水平設(shè)計(jì)如表1和表2所示。

1.3.4 各指標(biāo)測(cè)定方法

（1）干酪粗產(chǎn)率

干酪粗產(chǎn)率（%）=凝塊質(zhì)量/原料乳質(zhì)量×100%。

（2）乳清吸光光度（OD）值

乳清OD值測(cè)定采用721紫外分光光度計(jì)，測(cè)500 nm乳清的吸光值。

（3）感官評(píng)定

對(duì)成品夸克干酪進(jìn)行感官評(píng)分，采用5 分評(píng)定方法，評(píng)分項(xiàng)目為干酪滋氣味、 組織狀態(tài)和質(zhì)地。由6 人組成的感官評(píng)分小組對(duì)各處理的產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)定， 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)水平（I）

表2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)水平（II）

表3 干酪感官評(píng)分表

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

每組試驗(yàn)重復(fù)3 次，所得的數(shù)據(jù)均表示為平均數(shù)±S D。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Statistix 8.1（分析軟件，StPaul，MN）軟件包中Linear Models 程序進(jìn)行。 響應(yīng)面分析使用Design Expert8.0.6，采用sigmaplot11.0軟件作圖。

圖2 發(fā)酵溫度對(duì)粗產(chǎn)率的影響

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵溫度的確定

通過測(cè)定干酪的粗產(chǎn)率、乳清OD值來(lái)確定最佳的發(fā)酵溫度，結(jié)果如圖1和圖2所示。

由圖1可以看出，干酪乳清OD值隨發(fā)酵溫度逐漸升高呈逐漸上升趨勢(shì)。乳清OD值可以反映出乳清中蛋白質(zhì)含量，根據(jù)此特性可以看出，當(dāng)乳化溫度升高時(shí)，乳清中的蛋白質(zhì)含量會(huì)增加，這是因?yàn)楦邷貢r(shí)所形成的凝塊質(zhì)構(gòu)比較粗糙，在切割狀態(tài)下容易破碎。

由圖2可以看出，干酪粗產(chǎn)率值隨發(fā)酵溫度逐漸上升呈逐漸下降趨勢(shì)。此現(xiàn)象可能因?yàn)樗崮龎K是在酪蛋白在等電點(diǎn)pH值4.6左右形成的凝聚體，高溫條件下，可以在更高的pH值處凝集，高溫可以有助凝塊收縮并且伴隨有乳清析出[15]，所以當(dāng)乳清越多時(shí)，隨之排出的可溶性蛋白質(zhì)也就越多。此外，發(fā)酵溫度對(duì)干酪酸度也有影響，溫度高，可以縮短凝乳時(shí)間，但溫度太高會(huì)使干酪過度收縮，導(dǎo)致粗產(chǎn)率下降，口感較差。所以溫度選在32.00 ℃時(shí)最佳。

表5 回歸模型方差分析

2.2 夸克干酪配方

建立數(shù)學(xué)模型優(yōu)化生產(chǎn)夸克干酪工藝中植物甾醇酯微膠囊添加量。此方法通過試驗(yàn)測(cè)得的一些確定性結(jié)果模擬出真實(shí)的極限狀態(tài)曲面。此外，各因素對(duì)夸克干酪感官評(píng)價(jià)的影響可以一目了然，因此，對(duì)各因素條件進(jìn)行可靠性分析，得出的結(jié)果真實(shí)可靠。

2.2.1 模型建立及顯著性分析

根據(jù)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的3 因素3 水平，每次都設(shè)計(jì)了17 組夸克干酪試驗(yàn)，添加植物甾醇酯微膠囊的夸克干酪感官評(píng)分實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值如表4所示。

利用Design Expert8.0.6軟件對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到添加植物甾醇酯微膠囊的夸克干酪感官評(píng)分，植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量（A）、植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量（B），發(fā)酵溫度（C）的回歸方程為Y=4.75+0.30A+0.013B-0.043C-0.023AB-0.045AC-0.01BC-0.75A2-0.11B2-0.37C2。對(duì)該模型方差分析結(jié)果如表5、表6所示（P ＜0.0001表示差異極顯著，P＜0.05表示差異顯著）。

從表5可知，P ＜0.05表明所研究的回歸模型方程顯著。相關(guān)系數(shù)R2=0.9946，可以說(shuō)明預(yù)測(cè)值與真實(shí)值之間具有較高度的相關(guān)性，所得的回歸方程回歸性較好。失擬值P ＞0.05表明不顯著，可以充分說(shuō)明各因素之間的關(guān)系。系數(shù)RAdj=0.9876由模型的校正來(lái)決定，響應(yīng)值的變化可由該模型98.76%來(lái)解釋。綜上，該回歸方程的可信度和擬合度均可，可以用于植物甾醇酯微膠囊夸克干酪感官評(píng)分的預(yù)測(cè)。

表6中，P值是反應(yīng)生產(chǎn)夸克干酪過程中各因素對(duì)其感官評(píng)分值的影響程度。A因素P值小于0.0001，說(shuō)明A因素對(duì)夸克干酪感官評(píng)價(jià)值影響極顯著；B因素P值大于0.05，說(shuō)明B因素影響不顯著；C因素P值小于0.05，說(shuō)明C因素對(duì)感官評(píng)價(jià)值影響顯著。且一次項(xiàng)各因素對(duì)夸克干酪感官評(píng)價(jià)值大小方式為：植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量（A）＞發(fā)酵溫度（C）＞植物甾醇酯微膠囊乳清排除后添加量（B）。二次項(xiàng)A2和C2的P 值小于0.0001，說(shuō)明A2、C2兩因素對(duì)感官評(píng)價(jià)值影響極顯著，B2的P 值大于0.05，說(shuō)明B2對(duì)感官評(píng)價(jià)值影響不顯著。交錯(cuò)項(xiàng)AB、AC、BC的P 值均大于0.05，說(shuō)明對(duì)夸克干酪感官評(píng)價(jià)值均具有不顯著影響。

2.2.2 感官評(píng)分的響應(yīng)面分析一

通過統(tǒng)計(jì)分析軟件分析各因素對(duì)夸克干酪感官評(píng)價(jià)的影響，得到植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量、植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量、發(fā)酵溫度之間的響應(yīng)面和等高線如圖3～5所示。

本研究植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量（ B ）0.00%～0.01%，相對(duì)于植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量（A）是未添加。

由圖3可以看出，在所考察因素范圍內(nèi)，當(dāng)植物甾醇酯微膠囊后添加量恒定時(shí)，隨著植物甾醇酯前添加量的增加，夸克干酪感官評(píng)價(jià)值呈二次函數(shù)變化，先升高后降低的趨勢(shì)。大約在添加量3.00%時(shí)為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，曲面較陡。

由圖4可以看出，在所考察因素范圍內(nèi)，當(dāng)發(fā)酵溫度恒定時(shí)，隨著植物甾醇酯微膠囊前添加量的逐漸增加，夸克干酪感官評(píng)價(jià)值呈上升后下降趨勢(shì)，在3.00%～4.00%之間開始下降；當(dāng)植物甾醇酯微膠囊前添加量恒定時(shí)，隨著發(fā)酵溫度逐漸升高，夸克干酪感官評(píng)價(jià)值呈緩慢上升再下降趨勢(shì)，32.00 ℃時(shí)感官評(píng)價(jià)值達(dá)到最高。

如圖5可知，在所考察因素范圍內(nèi)，當(dāng)植物甾醇酯微膠囊后添加量恒定時(shí)，隨著發(fā)酵溫度的增加，夸克干酪感官評(píng)價(jià)值呈先上升后下降的趨勢(shì)，32.00 ℃時(shí)感官評(píng)價(jià)值達(dá)到最高，響應(yīng)面曲線較緩和。

表6 檢測(cè)回歸方程系數(shù)顯著性

圖3 Y=f（A，B，0）的響應(yīng)面和等高線

2.2.3 最優(yōu)條件的驗(yàn)證一

通過響應(yīng)面分析A、B、C三因素得到對(duì)夸克干酪感官評(píng)價(jià)最優(yōu)條件是：植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量3.01%，植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量0.00%，發(fā)酵溫度31.72 ℃，在此配方制作的夸克干酪感官評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)值為4.78 分。為了驗(yàn)證此響應(yīng)面法分析得出結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用此配方生產(chǎn)夸克干酪，進(jìn)行感官評(píng)分，評(píng)分值4.75分。預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值基本吻合，說(shuō)明兩者之間擬合性好，進(jìn)一步證實(shí)了模型的可靠性。

2.2.4 模型建立及顯著性分析二

利用Design Expert8.0.6軟件對(duì)表6 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到添加植物甾醇酯微膠囊的夸克干酪感官評(píng)分，植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量（A）、植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量（A），發(fā)酵溫度（C）的回歸方程為Y=4.45+0.009A+0.6-0.0 4 C+0.0 0 5 A B+0.0 2 5 A C-0.027BC-0.008A2-0.19B2-0.412。對(duì)該模型方差分析結(jié)果如表7～9所示（P＜0.0001 表示差異極顯著，P＜0.05 表示差異顯著）。

由表8 可以看出， F 值為297.65，P值小于0.0001，表示為極顯著，失擬項(xiàng)P 值大于0.05，表示為不顯著，說(shuō)明選擇的該模型正確。此模型回歸方程相關(guān)系數(shù)R2=0.9974，說(shuō)明添加植物甾醇酯微膠囊的夸克干酪感官分析值的實(shí)際值與預(yù)測(cè)值之間具有高度相關(guān)性，矯正相關(guān)系數(shù)=0.9940，說(shuō)明添加植物甾醇酯微膠囊的夸克干酪響應(yīng)值變化99.40%可以由該模型解釋。綜上，該回歸方程的可信度和擬合度均可，可以用于植物甾醇酯微膠囊夸克干酪感官評(píng)分的預(yù)測(cè)。

表7 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果

圖4 Y=f（A，0，C）的響應(yīng)面和等高線

圖5 Y=f（0，B，C）的響應(yīng)面和等高線

表8 回歸模型方差分析結(jié)果

表9 回歸方程系數(shù)顯著性檢測(cè)

圖6 Y=f（A，B，0）的響應(yīng)面和等高線

表9中，P值是反應(yīng)生產(chǎn)夸克干酪過程中各因素對(duì)其感官評(píng)分值的影響程度。A因素P值大于0.05，表示不顯著；B因素P值小于0.0001，表示極顯著；C因素P值小于0.05，表示顯著。且一次項(xiàng)各因素對(duì)夸克干酪感官評(píng)價(jià)值大小方式為：植物甾醇酯乳清排出后添加量（B）＞發(fā)酵溫度（C）＞植物甾醇酯牛奶殺菌前添加量（A）。二次項(xiàng)B2和C2兩個(gè)的P值都小于0.0001，表示為極顯著；二次項(xiàng)A2的P 值大于0.05，表示為不顯著。交錯(cuò)項(xiàng)AB，AC，BC的P 值均大于0.05，說(shuō)明對(duì)夸克干酪感官評(píng)價(jià)值均具有不顯著影響。

2.2.5 感官評(píng)分的響應(yīng)面分析二

通過統(tǒng)計(jì)分析軟件分析各因素對(duì)克干酪感官評(píng)價(jià)的影響，得到植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量、植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量、發(fā)酵溫度之間的響應(yīng)面和等高線如圖6～8。

本研究植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量（ A ）0.00%～0.01%，相對(duì)于植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量（B）是未添加。

由圖6可以看出，在所考察因素范圍內(nèi)，當(dāng)植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量恒定時(shí)，隨著植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量逐漸增加時(shí)，夸克干酪感官評(píng)價(jià)值呈下降趨勢(shì)。

由圖7可以看出，在所考察因素范圍內(nèi)，當(dāng)植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量恒定時(shí)，隨著發(fā)酵溫度逐漸升高，夸克干酪感官評(píng)價(jià)值呈先升高后下降趨勢(shì)，響應(yīng)面曲線坡度緩慢。

由圖8可以看出，在所考察因素范圍內(nèi)，當(dāng)植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量恒定時(shí)，隨著發(fā)酵溫度的增加，夸克干酪感官評(píng)價(jià)值呈先升高后下降趨勢(shì)；當(dāng)發(fā)酵溫度恒定時(shí)，隨著植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量逐漸增加，夸克干酪感官評(píng)價(jià)值呈逐漸上升趨勢(shì)。

圖7 Y=f（A，0，C）的響應(yīng)面和等高線

圖8 Y=f（0，B，C）的響應(yīng)面和等高線

2.2.6 最優(yōu)條件的驗(yàn)證二

通過響應(yīng)面分析A、B、C三因素得到對(duì)夸克干酪感官評(píng)價(jià)最優(yōu)條件是：植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量0.01%（相當(dāng)于0.0 0%），植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量5.00%，發(fā)酵溫度32.00 ℃，在此配方制作的夸克干酪感官評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)值為4.86分。為了驗(yàn)證此響應(yīng)面法分析得出結(jié)果的準(zhǔn)確定，采用此配方生產(chǎn)夸克干酪，進(jìn)行感官評(píng)分，評(píng)分值4.79 分。預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值基本吻合，說(shuō)明兩者之間擬合性好，進(jìn)一步證實(shí)了模型的可靠性。從而可以說(shuō)明產(chǎn)品達(dá)到了理想的效果，具有良好的質(zhì)量，符合人們的口味，具有很好的市場(chǎng)前景。

綜上兩次響應(yīng)面分析結(jié)果得出，植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加在夸克干酪中效果比前添加方法效果明顯，考慮到成本問題，綜合試驗(yàn)結(jié)果，植物甾醇酯微膠囊添加量為4.0 0%，此配方節(jié)省成本，口感良好，工藝簡(jiǎn)單。

3 結(jié)論

在分析影響夸克干酪感官評(píng)價(jià)值的3 個(gè)重要因素（植物甾醇酯微膠囊前添加量、植物甾醇酯微膠囊后添加量、發(fā)酵溫度）的基礎(chǔ)上，再結(jié)合這3 個(gè)因素的單因素試驗(yàn)結(jié)果以及響應(yīng)面模型的分析結(jié)果，得出結(jié)論。兩種添加方式中，植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加方式較牛奶脫脂后殺菌前添加方式感官評(píng)分效果更好，可能原因是在前添加組中，加工過程中植物甾醇酯微膠囊有所損失。在乳清排出后添加量中，通過響應(yīng)面分析A、B、C三個(gè)因素，夸克干酪感官評(píng)價(jià)最優(yōu)條件所得結(jié)果是：植物甾醇酯微膠囊牛奶殺菌前添加量0.01%（相當(dāng)于0.00%），植物甾醇酯微膠囊乳清排出后添加量5.00%，發(fā)酵溫度32.00 ℃時(shí)，按照此配方所生產(chǎn)的夸克干酪感官評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)值為4.86分。根據(jù)美國(guó)食品藥品管理局聲明內(nèi)容，考慮到成本問題，得出總結(jié)論是：植物甾醇酯微膠囊前添加量0.01%（相當(dāng)于0.00%），植物甾醇酯微膠囊后添加量4.00%，發(fā)酵溫度32.00 ℃，不僅可以操作簡(jiǎn)單，還可以節(jié)約成本。