玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪的研制

邵之曉，顧豐穎，劉昊，楊婷婷，張巧真，王鋒

（中國農業科學院農產品加工研究所/農業農村部農產品加工綜合性重點試驗室，北京 100193）

干酪是一種營養價值較高的乳制品，全球消費量與日俱增[1-2]。隨著消費者飲食理念向“健康、低卡、環?！钡霓D變，植物基干酪受到廣大素食主義者和愛嘗鮮消費者的青睞，同時也是乳糖不耐癥人群的新選擇[3-5]。目前市售植物基干酪的主要成分是水、植物脂肪和碳水化合物（淀粉、親水性膠體等），蛋白質含量較低（＜5%），其拉伸性和質構特性與天然馬蘇里拉干酪相比均有待改進[6-7]。天然馬蘇里拉干酪特有的纖維狀酪蛋白網絡結構使其具有良好的拉伸性和熔化性，在披薩、焗飯等飲食中廣泛應用，深受消費者喜愛[7-9]。因此，植物基馬蘇里拉干酪的研制成為了當下的研究熱點，亟需尋找可模擬酪蛋白行為的植物蛋白。

玉米醇溶蛋白是玉米淀粉加工過程中的衍生品，來源廣泛，價格低廉[10]。玉米醇溶蛋白富含疏水性氨基酸，具有自組裝特性，水合后在玻璃化轉變溫度以上能形成具有良好黏彈性和延展性的纖維網絡，因此被廣泛用于成膜、包埋、納米運載、無麩質面團體系[11-15]。水合玉米醇溶蛋白隨溫度升高軟化度和黏性增加，流變特性與市售天然切達干酪相似[11-16]。玉米醇溶蛋白作為一種有獨特黏彈性的植物蛋白，具有開發植物馬蘇里拉干酪的潛力。Mattice等[7]嘗試用玉米醇溶蛋白制作干酪，發現玉米醇溶蛋白基植物干酪的熔融特性與市售天然切達干酪相似，質構特性、流變特性和拉伸性都超越了市售植物基切達干酪。

本研究通過分析玉米醇溶蛋白、水和椰子油添加量對玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪（Z干酪）功能特性（拉伸性、熔化性和油脂析出性）的影響，進行功能特性綜合評分，得到了各組分的適宜添加量。通過正交試驗，獲得Z干酪最佳配方，比較最佳配方與天然馬蘇里拉干酪（M干酪）和植物基馬蘇里拉干酪（PBM干酪）的功能特性和質構特性。旨在研制出一種品質接近M干酪的Z干酪，為植物基馬蘇里拉干酪的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米醇溶蛋白：美國西格瑪公司；純凈水：杭州娃哈哈集團有限公司；冷榨椰子油：上海楓未實業有限公司；天然馬蘇里拉干酪（M干酪）：上海貝世盛實業有限公司；植物基馬蘇里拉干酪（PBM干酪）：冰島Bute食品公司。

1.2 儀器與設備

DZ2000電子天平：常熟市嘉衡天平儀器有限公司；T1-108B電烤箱：廣東美的廚房電器制造有限公司；TA-XT2i質構分析儀：英國Stable Micro Systems公司；新星定性濾紙（φ12.5 cm）：杭州特種紙業有限公司。

1.3 Z干酪加工工藝

1.3.1 工藝流程

玉米醇溶蛋白與水混合→加入打發的椰子油→攪拌→冷藏→成型→成品→冷藏。

1.3.2 操作要點

玉米醇溶蛋白過120目篩，與水混合后快速攪拌均勻，選擇熔點為24℃的椰子油，使用時將其打發至無結塊狀態，用模具使樣品成型，冷藏條件為4℃。

1.4 單因素試驗設計

分別考察玉米醇溶蛋白添加量（1.5、2、3、4、5 g）、水添加量（2、3、4、5、6 g）、椰子油添加量（0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 g）對Z干酪功能特性的影響。除考察因素外，其他的組分添加量保持基本配方（玉米醇溶蛋白3 g、水3 g、椰子油2.0 g）數值不變。

1.5 正交試驗設計

以單因素試驗結果為基礎，按照工藝流程，進行三因素三水平的正交試驗，以功能特性評分為指標，優化Z干酪配方。試驗因素和水平見表1。

表1 正交試驗因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.6 干酪功能特性測定

1.6.1 拉伸性測定

參考文獻[17]并稍作改動：用特制模具取長×寬×高為1.8 cm×1.8 cm×0.5 cm的均勻樣品，放置在直徑為12.5 cm的濾紙上；將其放入到已預熱的150℃烘箱內，加熱2 min后取出；立即將測試鉤插入熔化的干酪中，固定濾紙；點擊拉伸儀控制上升的按鈕，測試鉤以500 mm/min的速度向上拉伸，直到干酪斷裂為止；記錄電腦上顯示的拉伸桿向上移動的距離即拉伸長度，精確至0.1 cm，以此表示干酪的拉伸性。每個樣品重復測定5次。

1.6.2 熔化性和油脂析出性測定

參考文獻[18]并稍作改動：用特制模具取長×寬×高為1 cm×1 cm×0.5 cm的均勻樣品，放置在直徑為12.5 cm的濾紙上；將其放入到已預熱的150℃烘箱內，加熱7 min后取出；在濾紙上勾勒出干酪樣品的熔化區域（封閉曲線）和油圈區域（封閉曲線），分別測定干酪的熔化面積和油脂析出面積（精確到0.01 cm2），以此表示干酪的熔化性和油脂析出性。每個樣品重復測定3次。

1.7 干酪功能特性評分標準

參考RHB 507—2015《匹薩用拉絲性干酪感官評鑒細則》，結合Z干酪的功能特性，略作改動，對拉絲性干酪的功能特性進行評分。詳細評分標準見表2。

表2 拉絲性干酪功能特性評分標準Table 2 Functional properties scoring criteria for stretchability of cheese

1.8 干酪質構特性測定

參考文獻[19]并稍作改動，用特制模具取直徑為1 cm，高為1.4 cm的均勻圓柱體塊。取出樣品，放置在直徑為12.5 cm的濾紙上；之后將其放入到已預熱的150℃烘箱內，加熱3 min后取出；將樣品置于質構儀平板上，進行質構測定。

具體參數為探針P36R，測試前探頭行進速度2 mm/s，測試中探頭行進速度1 mm/s，探頭返回的行進速度2 mm/s，壓縮比30%，兩次壓縮時間間隔5 s，觸發力10 g。每個樣品重復測定7次。

1.9 數據處理

采用Excel軟件進行數據處理與作圖，SPSS軟件進行單因素方差分析，結果以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 組分對Z干酪功能特性的影響

2.1.1 玉米醇溶蛋白添加量對Z干酪功能特性的影響

玉米醇溶蛋白添加量對Z干酪功能特性的影響見圖1，功能特性評分見圖2。

圖1 玉米醇溶蛋白添加量對Z干酪功能特性的影響Fig.1 Effect of zein addition on functional properties of Z cheese

圖2 不同玉米醇溶蛋白添加量的Z干酪功能特性評分Fig.2 Scores of functional properties of Z cheese with different zein addition

由圖1可知，在拉伸長度上，玉米醇溶蛋白添加量為1.5 g時，拉伸長度達到35.7 cm；玉米醇溶蛋白從2 g～5 g的添加量對拉伸長度的影響不大（P＞0.05），均超過25 cm。Z干酪可以被拉伸的原因在于水合玉米醇溶蛋白在高于其玻璃化轉變溫度的條件下，通過分子間相互作用彼此聯結，可形成具有延展性和黏彈性的蛋白質網絡結構。與天然馬蘇里拉干酪中的酪蛋白相似，隨著溫度的升高，玉米醇溶蛋白分子間的非共價相互作用只是減弱并沒有完全消失，高溫下玉米醇溶蛋白網絡軟化但仍具有延展性和黏彈性，使Z干酪可以被拉伸[7,20]。加熱過程中油脂的熔化會破壞蛋白質網絡結構，干酪的熔化面積與蛋白質體系被破壞的程度相關[21]。隨著玉米醇溶蛋白添加量的增加，Z干酪的熔化面積先略微增大，添加量超過3 g（Z干酪中蛋白質質量分數為37.5%）后，Z干酪熔化面積顯著減小。這可能是因為Z干酪中蛋白質質量分數超過37.5%后，會形成更緊密的蛋白質網絡，加熱過程中網絡結構被破壞的程度較小，蛋白質體系發生的移動幅度小，干酪的流動性變差[22]。Z干酪的油脂析出面積隨著玉米醇溶蛋白添加量的增加而遞減。玉米醇溶蛋白添加量為1.5 g時Z干酪烘焙后出油嚴重，有研究認為可能是蛋白質含量低，易崩塌的蛋白質網絡結構占比較大，油脂易從崩塌的蛋白質網絡結構中釋放[19]。根據拉絲性干酪功能特性評分標準，對Z干酪進行打分，可知玉米醇溶蛋白添加量為3 g時的Z干酪功能特性評分最高，因此選擇玉米醇溶蛋白添加量2、3、4 g為正交試驗因素水平。

2.1.2 水添加量對Z干酪功能特性的影響

水添加量對Z干酪功能特性的影響見圖3，功能特性評分見圖4。

圖3 水添加量對Z干酪功能特性的影響Fig.3 Effect of water addition on functional properties of Z cheese

圖4 不同水添加量的Z干酪功能特性評分Fig.4 Scores of functional properties of Z cheese with different water addition

由圖3可知，隨著水添加量的增加，拉伸長度先增加后下降，水添加量為5 g時，拉伸長度達到37 cm。玉米醇溶蛋白網絡隨含水量的增大會發生一定的塑化，促進拉伸能力增強，但含水量過高Z干酪中蛋白質的質量分數降低，蛋白網絡結構的形成受到影響，進而影響拉伸長度[7-22]。隨著水添加量的增加，熔化面積呈現先增大后減小的趨勢，添加量為3 g或4 g時的熔化面積都較大（Z干酪中蛋白質質量分數分別為37.5%、33.3%），兩者之間無顯著性差異（P＞0.05）。這說明Z干酪中的蛋白質質量分數在33.3%至37.5%左右時，加熱過程中蛋白質之間的網絡結構較易被破壞，使體系發生移動，賦予干酪良好的流動性。油脂析出面積隨著水添加量的增加而遞減，這可能是由于水添加量的增大使Z干酪中油脂的質量分數降低。根據拉絲性干酪功能特性評分標準（表2），對Z干酪進行打分，可知水添加量為4 g時的Z干酪功能特性評分最高（見圖4），因此選擇水添加量3、4、5 g為正交試驗因素水平。

2.1.3 椰子油添加量對Z干酪功能特性的影響

椰子油添加量對Z干酪功能特性的影響見圖5，功能特性評分見圖6。

圖5 椰子油添加量對Z干酪功能特性的影響Fig.5 Effect of coconut oil addition on functional properties of Z cheese

圖6 不同椰子油添加量的Z干酪功能特性評分Fig.6 Scores of functional properties of Z cheese with different coconut oil addition

由圖5可知，拉伸長度隨著椰子油添加量的增加而遞減，椰子油添加量為0.5g時，拉伸長度最大為35.9cm，添加量為4.0g時的拉伸長度最小，但超過21cm。這可能是因為Z干酪中油脂質量分數較低時，玉米醇溶蛋白分子間的相互作用較強，對抗拉伸的能力較強，因此干酪在拉伸過程中不易斷裂，拉伸性能高[19]；而油脂質量分數較高時，在加熱過程中油脂對蛋白質網絡結構的破壞變大，不利于拉伸[23]。熔化面積和油脂析出面積隨著椰子油添加量的增加遞增。這可能是由于油脂含量高，加熱過程中脂肪球趨向于發生合并，油脂易從崩塌的蛋白質網絡結構中釋放、合并、并遷移到Z干酪的表面[17]，因此含油量過高會造成油脂的大量析出；而油脂含量過低，又會導致Z干酪的熔化性、成型性變差，表面被燒焦[24]。根據拉絲性干酪功能特性評分標準，對Z干酪進行打分，由圖6可知，椰子油添加量為1.0 g時的Z干酪功能特性評分最高，因此選擇椰子油添加量0.5、1.0、2.0 g為正交試驗因素水平。

2.2 Z干酪配方的優化

Z干酪配方的優化試驗結果如表3所示。

表3 正交試驗設計及試驗結果Table 3 Design and results of orthogonal test

采用極差分析法對正交表中的試驗結果進行分析，極差（R）大小反映該因素的水平變化對試驗影響大小[25]。由表3可知，以Z干酪的功能特性評分為考察指標時，各因素作用主次為C>A>B。所以C椰子油添加量是影響Z干酪最重要的因素，其次是玉米醇溶蛋白添加量。通過各因素水平均值可以看出影響功能特性的最佳水平，得到最佳配方組合為A2B1C3。按A2B1C3最佳組合進行驗證試驗，3次平行試驗可得Z干酪的烘焙后功能特性評分為87.4分，與表3中的正交試驗結果相符，即優化后的最佳配方為玉米醇溶蛋白3 g，水3 g，椰子油2.0 g。

2.3 Z干酪與馬蘇里拉干酪的對比分析

根據正交試驗結果，用優化后的配方制作Z干酪（記為Z0干酪）。兩組對照市售干酪分別為天然馬蘇里拉干酪（M干酪）和植物基馬蘇里拉干酪（PBM干酪）。

2.3.1 功能特性

Z0干酪與M干酪和PBM干酪功能特性的比較見圖7，功能特性評分見圖8。

圖7 Z0干酪與市售干酪功能特性的比較Fig.7 Comparison of functional properties between Z0 cheese and commercial cheeses

圖8 Z0干酪與市售干酪功能特性評分Fig.8 Scores of functional properties of Z0 cheese and commercial cheeses

由圖7可知，在拉伸長度上，Z0干酪與兩組市售干酪有顯著性差異（P＜0.05），Z0干酪、M 干酪、PBM 干酪的拉伸長度分別為27、18、2.5 cm。PBM干酪的拉伸長度最小，因為它幾乎不含蛋白質，不能為干酪基質提供用以拉伸的蛋白質網絡結構。在熔化面積上，Z0干酪與M干酪、PBM干酪也有顯著性差異（P＜0.05），Z0干酪的熔化面積最大，而M干酪因為脂肪球小且在酪蛋白網絡結構中分布的更加均勻，與Z0干酪相比，加熱過程中脂肪破壞酪蛋白網絡結構的能力低，因此熔化面積較小。PBM干酪加熱后淀粉糊化，因此具有一定的熔化性。M干酪具有最小的油脂析出面積，因其脂肪與酪蛋白網絡結合的更加緊密，脂肪分布均勻，加熱過程中脂肪球合并的傾向小[19]。Z0干酪與PBM干酪的油脂析出面積較大，兩者之間無顯著性差異（P＞0.05）。Z0干酪是因為玉米醇溶蛋白的持油性較差，加熱后油脂易合并和析出，PBM干酪則是因為含油量較高。在馬蘇里拉干酪最重要的拉伸性和熔化性上，Z0干酪的性能更好。由圖8可知，Z0干酪的功能特性評分高于兩組市售馬蘇里拉干酪。

2.3.2 質構特性

Z0干酪與M干酪和PBM干酪質構特性的比較見表4。

表4 Z0干酪與市售干酪質構特性的比較Table 4 Comparison of texture properties between Z0 cheese and commercial cheese

干酪的硬度指使干酪變形所需要的力，由干酪中的非脂干物質決定，主要由蛋白質構建的網絡結構體現[23]。M干酪具有最高的硬度；Z0干酪的硬度更接近M干酪，這與Mattice等[16]的研究結果一致，即玉米醇溶蛋白能形成硬度和韌性較強的網絡；PBM干酪具有最低的硬度，這是因為它的主要成分是植物油和碳水化合物，幾乎不含蛋白質，淀粉糊化形成的凝膠網絡比較柔軟。干酪的黏著性指干酪表面和其它物體（舌、牙、口腔等）相互接觸后剝離它們所需要的力，其負號代表測試探頭受到的作用力方向向下，與大小無關[26]。Z0干酪與M干酪的黏著性無顯著性差異（P＞0.05）。干酪的內聚性指形成干酪形態結構所需的內部結合力的大小，其外在表現是抗拉強度[26-27]。Z0具有最高的內聚性，表明與M干酪相比Z0干酪形成的蛋白質網絡結構更加緊密，使干酪保持完整性的能力更強。干酪的彈性指干酪在外力作用后其形狀的恢復能力。PBM干酪因淀粉糊化形成凝膠網絡，因此具有高的彈性。干酪的膠黏性是干酪的整體屬性，是硬度與內聚性的乘積。如上所述，Z0干酪的硬度和內聚性都與M干酪接近，故二者膠黏性相近。干酪的咀嚼性指將干酪咀嚼成能夠吞咽的狀態所需要的能量，表示咀嚼過程中能量的整體消耗，與干酪的硬度和彈性有關[28]。Z0干酪與M干酪的咀嚼性較高，PBM干酪雖有很高的彈性，但因其硬度很低，所以咀嚼所消耗的能量很小。

Z0干酪與M干酪和PBM干酪質構特性的蛛網圖見圖9。

圖9 Z0干酪與市售干酪質構特性的蛛網圖Fig.9 Cobweb diagram of texture properties of Z0 cheese and commercial cheeses

由圖9可知，Z0干酪與M干酪的質構特性相近。PBM干酪與M干酪和Z0干酪沒有相似之處，PBM干酪除具有高彈性外，其他各項質構參數值均最低，正是這種質地使PBM干酪柔軟易咀嚼。

3 結論

以玉米醇溶蛋白為主要原料研究開發一種創新型植物基馬蘇里拉干酪，在單因素試驗的基礎上，利用正交試驗確定了最佳配方為玉米醇溶蛋白3 g，水3 g，椰子油2.0 g即最優配比為玉米醇溶蛋白∶水∶椰子油=3∶3∶2（質量比）。結果表明，此配方生產的玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪拉伸長度為27 cm，分別是天然馬蘇里拉干酪和植物基馬蘇里拉干酪的1.4倍和10.8倍。玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪的功能特性得分為84.6，高于兩組市售馬蘇里拉干酪。玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪與天然馬蘇里拉干酪的質構特性相近，性能優良。玉米醇溶蛋白基馬蘇里拉干酪制作無需發酵，生產周期短，利于工業化生產，是一種具有廣闊前景的新型素食拉絲干酪。