聚合乳清蛋白对低脂切达干酪理化性质的影响

迟 涛，王 欢，姜 楠，刘力钰，王一凡，张铁华，刘 鹏,*

（1.东北农业大学 国家乳业工程技术研究中心，黑龙江省绿色食品科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150028；2.吉林大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130062）

切达干酪是世界上销量最高的一种干酪，因其独特的风味特征而广受消费者喜爱，但其高达30%的脂肪含量在倡导低脂健康的趋势下成为推广切达干酪的一大阻碍，因此低脂切达干酪的研发成为必然趋势。但脂肪含量的减少又会影响干酪的质地和风味，如质地干硬、难以咀嚼、风味不佳，失去切达干酪的特色，目前，常以添加脂肪替代物的方式改善这些缺陷。Rahimi等[1]使用黄蓍胶作为脂肪替代物制作低脂干酪，成熟初期可非常接近全脂干酪，但最终成品硬度过低，与全脂干酪差距过大；Volikakis等[2]使用燕麦β-葡聚糖作为脂肪替代物制作低脂干酪，但制成的干酪外观不佳；吕新等[3]使用壳聚糖作为脂肪替代物制作低脂干酪，壳聚糖替代脂肪对干酪质地及流变性无显著影响；王芳[4]使用卡拉胶作为脂肪替代物制作低脂干酪，卡拉胶能够影响酪蛋白网状结构，从而软化干酪。

本研究以聚合乳清蛋白（polymerized whey protein，PWP）作为脂肪替代物，瑞士乳杆菌为附属发酵剂制作低脂切达干酪，通过对其理化指标（出品率、水分含量、蛋白质含量、脂肪含量、pH值）、微生物指标（乳酸菌总数）、蛋白质水解程度（pH 4.6-可溶性氮（soluble nitrogen，SN）（pH 4.6-SN）含量和12 g/100 mL三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）-SN含量）、游离氨基酸含量、挥发性风味成分及感官指标进行测定和评价，以期开发出一种特性优良、风味理想、营养价值更高的低脂切达干酪。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

生牛乳 长春市绿园区周边农场。

凝乳酶（FROMASE 750 XLG）、直投式发酵剂R-704 丹麦科汉森股份有限公司；瑞士乳杆菌（LH）RE-88 安徽锦乔生物科技有限公司；氯化钙、氯化钠（均为食品级） 山东海化股份有限公司；MRS琼脂培养基、二甲基亚砜（生物试剂） 美国Sigma-Aldrich试剂公司；石油醚、无水碳酸钠、无水乙醇、盐酸、硼酸、硫酸、氢氧化钠、乙酸、醋酸钠、TCA、柠檬酸钠、苯酚（均为分析纯） 北京化学试剂公司；甲基红、溴甲酚绿（指示剂）、乙酸锂、茚三酮（分析纯）国药集团化学试剂有限公司；氨基酸混合标准液 日本日立公司。

1.2 仪器与设备

DZ-500/2真空包装机 诸城市润发食品机械有限公司；DSY干酪槽、压榨机 黑龙江大三源乳品机械有限公司；MJ-33水分测定仪 瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；SOX406粗脂肪测定仪、K1100消化炉、K1100凯氏定氮仪 济南海能仪器股份有限公司；Avanti J-E高速离心机 美国Beckman仪器有限公司；L-8900全自动氨基酸分析仪 日本Hitachi公司；5975-6890N气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 切达干酪分组

对照组：全脂切达干酪（FFC）、半脱脂切达干酪（SSC）（以体积比1∶1的全脂乳与脱脂乳制成）。实验组：1）SSC+附属发酵剂瑞士乳杆菌（SSC+A）；2）SSC+PWPC（以PWP替代FFC中50%的脂肪含量）；3）SSC+PWPC+A。

1.3.2 切达干酪制备

使用纱布对料液进行过滤处理并分组，进行巴氏杀菌（65 ℃，30 min），先冷却至32 ℃左右，后投入0.005 5%（以料液质量计，下同）的直投式干酪发酵剂R-704及0.002 5%附属发酵剂（1.3.1节料液制备时已加入PWP），搅匀后发酵；待pH值降至6.5左右，加入0.02% 10 g/100 mL氯化钙溶液（无菌水配制）及0.003%2 g/100 mL凝乳酶溶液（无菌食盐水配制），混匀后静置40 min左右；将凝乳切成12 mm左右的小块，缓慢搅拌10 min后升温搅拌至38～40 ℃（每3 min升高1 ℃），静置15 min，排出乳清；切成10 cm×15 cm左右的小块，堆积在一起，每隔10～15 min重复堆积1 次，直至pH值达5.4～5.5；然后将凝乳切成2 cm×5 cm的条状并称质量，添加凝乳质量2%的食盐并搅至均匀，在模具中以0.5 MPa压力压制14～16 h，压制完成后称质量并使用真空包装机包装，于10 ℃成熟6 个月。

1.3.3 干酪水分含量测定

空样品盘去皮，将干酪切块置于样品盘上，采用水分测定仪测定。

1.3.4 干酪脂肪含量测定

参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》[5]。

1.3.5 干酪蛋白质含量测定

参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[6]。

1.3.6 干酪出品率测定

干酪出品率按下式计算。

1.3.7 干酪pH值测定

参照GB 5009.239—2016《食品安全国家标准 食品酸度的测定》[7]。

1.3.8 干酪pH 4.6-SN含量测定

称取1.5 g干酪，磨碎后加入100 mL pH 4.6的醋酸盐缓冲溶液，匀浆处理1 min，使用高速离心机4 ℃、4 000 r/min离心20 min，取上清液，使用凯氏定氮法测定pH 4.6-SN含量，以占每克样品中总氮含量的百分比表示[8]。

1.3.9 干酪TCA-SN含量测定

称取1.5 g干酪，磨碎后加入50 mL 12 g/100 mL TCA溶液，匀浆处理1 min，使用高速离心机4 ℃、4 000 r/min离心20 min，取上清液，使用凯氏定氮法测定TCA-SN含量，以占每克样品中总氮含量的百分比表示[9]。

1.3.10 干酪中游离氨基酸含量测定

参照GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》[10]。

1.3.11 干酪挥发性风味物质测定

采用固相微萃取[11]、色谱法[12]、质谱法[13]进行挥发性风味物质测定。各物质含量以响应值表示。

1.3.12 干酪乳酸菌总数测定

参照GB 4789.35—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 乳酸菌检验》[14]。

1.3.13 干酪感官评价

邀请20 名感官评价人员按照表1的评价标准[15]对5 种切达干酪样品进行感官评价。

表1 切达干酪感官评价标准[15]Table 1 Criteria for sensory evaluation of cheese[15]

1.4 数据处理

采用Excel及SPSS 17.0软件对实验结果进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 切达干酪的化学组成

2.1.1 水分含量

图1 切达干酪成熟期间水分含量变化Fig. 1 Change in moisture content of Cheddar cheese during ripening

由图1可知，5 组切达干酪6 个月成熟期间的水分含量整体呈下降趋势，由于PWP的持水性，使得SSC+PWPC与SSC+PWPC+A组切达干酪的水分含量与其他3 组相比较高。

2.1.2 蛋白质含量

图2 切达干酪成熟期间蛋白质含量变化Fig. 2 Change in protein content of Cheddar cheese during ripening

由图2可知：5 组切达干酪6 个月成熟期间蛋白质含量整体呈下降趋势，但下降幅度较小，添加附属发酵剂会由于菌株分解蛋白质导致干酪中蛋白质含量下降；SSC组切达干酪的脂肪含量只有FFC组的一半，使得酪蛋白结合更加紧密，不易被蛋白酶分解；PWP的添加不会导致蛋白质含量有太大变化。

图3 切达干酪成熟期间脂肪含量变化Fig. 3 Change in fat content of Cheddar cheese during ripening

2.1.3 脂肪含量由图3可知，5 组切达干酪6 个月成熟期间脂肪含量整体呈下降趋势，但下降幅度不大，除FFC组以外，其他4 组脂肪含量差异不大。

2.2 切达干酪出品率

图4 切达干酪的出品率Fig. 4 Yield of Cheddar cheeses

由图4可知，FFC、SSC+PWPC和SSC+PWC+A组切达干酪的出品率没有显著差异，SSC+A组的出品率最小，为（7.85±0.51）%，显著低于其他各组（P＜0.05），SSC+PWC+A组为（10.58±0.51）%，SSC组出品率最高，为（11.88±0.41）%，显著高于其他各组（P＜0.05）。

2.3 切达干酪pH值

图5 切达干酪成熟期间的pH值Fig. 5 Change in pH value of Cheddar cheese during ripening

由图5可知，5 组切达干酪6 个月成熟期间pH值整体呈先下降后上升的趋势。在成熟初期，发酵剂发酵干酪中的乳糖产生乳酸，导致干酪pH值下降，使凝乳酶活性提高并有利于钙的溶解，以便于凝块的形成；成熟中后期乳酸菌受自身代谢产物影响，产酸速率下降[16]，而游离氨基酸脱氨基和脱羧，生成氨和胺，又使pH值升高[17]；PWP中碱性物质较多，使得SSC+PWPC与SSC+PWPC+A组切达干酪的pH值相对较高。

2.4 切达干酪蛋白质水解程度

由于凝乳剂、发酵剂、附属发酵剂和乳本身所含的酶，干酪成熟期间发生蛋白质水解，使干酪质地变软，更富风味，而干酪中水解的蛋白质大部分为酪蛋白，酪蛋白水解主要产生pH 4.6-SN和TCA-SN 2 种可溶性氮，对干酪风味形成和质地改变起着关键性作用。

2.4.1 pH 4.6-SN含量

图6 切达干酪成熟期间pH 4.6-SN含量Fig. 6 Change in pH 4.6-SN content of Cheddar cheese during ripening

干酪成熟过程中pH 4.6-SN的形成反映了蛋白水解速率和程度，一般被认为是蛋白“水解广度”的一种指标，是干酪成熟程度的一种标志[18]。由图6可知，5 组切达干酪6 个月成熟期间pH 4.6-SN含量整体呈上升趋势。脂肪的减少对乳酸菌的生长起促进作用，PWP的添加对乳酸菌的生长起抑制作用，而乳酸菌数量对pH 4.6-SN含量起决定性作用；附属发酵剂有助于酪蛋白水解生成pH 4.6-SN。

2.4.2 TCA-SN含量

图7 切达干酪成熟期间TCA-SN含量Fig. 7 Change in TCA-SN content of Cheddar cheese during ripening

TCA-SN组分传统上被认为是干酪“成熟深度”的指标[19]。由图7可知，5 组切达干酪6 个月成熟期间TCA-SN含量整体呈上升趋势。5 组切达干酪TCA-SN含量的变化并不同步，SSC+A组初期变化迅速后期变化缓慢，SSC+PWPC+A组初期变化缓慢后期变化迅速，虽然6 个月内不同种类干酪TCA-SN含量均随成熟时间增加而增加，但是速率存在差异。

2.5 切达干酪的游离氨基酸含量

干酪中的风味物质主要来源于氨基酸代谢，代谢中间产物和最终产物由于具有风味和较低风味阈值，将最终形成干酪的特征风味。

表2 切达干酪成熟期间游离氨基酸含量Table 2 Free amino acid composition of Cheddar cheese ripened for 6 months mg/g

由表2可知：5 组切达干酪中游离氨基酸含量由高到低依次为SSC+A组＞SSC+PWPC+A组＞FFC组＞SSC组＞SSC+PWPC组；含量最多的5 种游离氨基酸依次为亮氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、丝氨酸和缬氨酸。添加附属发酵剂有助于蛋白质水解生成游离氨基酸；脂肪的减少与PWP的添加都不利于蛋白质水解成氨基酸；亮氨酸在细菌作用下可分解为3-甲基丁醇，使干酪产生麦芽臭味，也可在芳香族氨基转化酶作用下转化为芳香族化合物，赋予切达干酪浓郁风味；苯丙氨酸可与糖类发生氨基-羧基反应，改善干酪香味；组氨酸通过组氨酸-组胺转运生成组胺，可能会引起食物中毒；丝氨酸被乳杆菌分解产生乙酸，被乳球菌分解产生丙酸、异丁酸和己酸，这些氨基酸均参与干酪风味的形成；缬氨酸经过代谢可转变成2-甲基丙醛，产生麦芽香[20]。

2.6 切达干酪中挥发性风味物质组成

表3 切达干酪中挥发性风味物质种类及数量Table 3 Types and quantities of volatile compounds in Cheddar cheeses

由表3可知，切达干酪中的风味物质主要包括烷烃类、酸类、酮类、醛类、酯类及醇类六大类，且酸类物质种类最多，醇类物质种类最少，SSC组切达干酪中挥发性风味物质种类最多。

由表4可知，SSC+PWPC组切达干酪中2-壬酮含量最高，能赋予干酪水果香味[21]。此外，SSC+A组切达干酪中也含有较高含量的醛、酮类等挥发性风味物质，这意味着添加瑞士乳杆菌可改善低脂切达干酪风味，提高其可接受性。

酯类化合物可间接影响切达干酪的风味，切达干酪中的醇类化合物与脂肪酸发生酯化反应，使切达干酪富有风味[22-23]。5 种切达干酪的醇类物质种类均较少。可能是由于附属发酵剂代谢，使得SSC+A组切达干酪检测到丙醇；蛋白酶分解PWP，使得SSC+PWPC组检测到3-甲基-1-丁醇、2-己基-1-辛醇和苯乙醇，可见添加PWP和附属发酵剂使低脂切达干酪更具风味。

对切达干酪风味影响最大的是丁酸[24]，切达干酪中强烈的奶油气味及脂肪腐败气味就来源于此类短链脂肪酸[25-26]，SSC+A、SSC+PWPC和SSC+PWPC+A组切达干酪中丁酸、己酸、辛酸、壬酸等含量较低。由此可见，添加附属发酵剂可有效降低这些造成干酪劣质气味的脂肪酸含量，提高干酪可接受性。

2.7 切达干酪的乳酸菌总数

图8 切达干酪成熟期间的乳酸菌总数Fig. 8 Change in lactic acid bacterial count of Cheddar cheese during ripening

由图8可知，5 组切达干酪6 个月成熟期间乳酸菌总数整体呈下降趋势，这是由于脂肪与PWP均不利于乳酸菌生长繁殖，而SSC+A和SSC+PWPC+A组切达干酪中由于加入了附属发酵剂，因此乳酸菌总数较高，但与SSC组差别不大。

表4 切达干酪成熟期间产生的挥发性风味物质及含量Table 4 Composition of volatile compounds of Cheddar cheeses after ripening for 6 months AU

续表4 AU

2.8 切达干酪的感官评价结果

图9 切达干酪感官评价结果主成分分析图Fig. 9 Principal component analysis of sensory evaluation of Cheddar cheeses

通过主成分分析法将5 组干酪样品与感官属性的对应关系绘制成主成分分析图。由图9可知，第1主成分的累积贡献率为37.16%，第2主成分的累积贡献率为25.69%。FFC组突出的感官属性包括颜色均匀性、咸味、酸味；SSC组突出的感官属性包括硬度和弹性；SSC+A和SSC+PWPC+A组具有相似的感官属性，如气味强度、黏性、湿润度、甜味、滑腻感；SSC+PWPC组突出的感官属性包括苦味、坚果味和乳香味等。

3 结 论

将PWP作为脂肪替代物，与附属发酵剂结合使用制作低脂切达干酪，以全脂切达干酪和半脱脂切达干酪作为对照。结果表明：添加PWP和附属发酵剂对切达干酪出品率无显著影响，PWP能提高低脂切达干酪的水分含量，附属发酵剂能提高低脂切达干酪的蛋白质水解程度，二者均对低脂切达干酪的质构特征有改善作用；将PWP作为脂肪替代物，结合附属发酵剂制作的低脂切达干酪与全脂切达干酪的各项指标最为接近，PWP的加入明显改善了切达干酪风味，提高了低脂切达干酪的可接受性。PWP作为脂肪替代物结合附属发酵剂制作的低脂切达干酪具有替代全脂切达干酪的潜力。