再制干酪工艺条件的优化

霍建新，白彩艳，马晓丽，郭拥莉，薛洪，李明

（1.晋中学院，山西晋中030600；2.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

再制干酪是由不同成熟期的天然奶酪混合，添加乳化盐、乳清粉等成分，通过加热和持续搅拌而制成[1-2]。由于再制干酪的品种多，保质期长，风味多样，食用方便，比天然干酪容易被消费者接受，消费量越来越大[3]。再制干酪的生产中，乳化盐、乳清粉、稳定剂、乳化温度等是重要的影响因素。乳化盐使酪蛋白变成水合状态的一种凝胶体系，通过离子交换使天然干酪中的副酪蛋白酸钙转变成可溶性的钠盐，并相互交联形成紧密的结构让脂肪球包裹于其中，便形成了再制干酪的独特结构[4-5]。乳清粉适量加入干酪中，提高产品的营养价值，而且能使产品的生产成本降低。稳定剂改善食品的物理性质、增加食品的黏稠性、增强润滑适口的舌感，还有胶凝作用、稳定作用、保水作用等。乳化温度影响到再制干酪的硬度和微生物，温度太高再制干酪制品硬度高，太低微生物无法处理。

本试验研究再制干酪的影响因素，包括乳化温度、乳化盐、乳清粉、稳定剂等，采用单因素和响应面试验设计得到再制干酪生产工艺优化条件，以生产出所需要的再制干酪产品，为再制干酪工艺研究，生产设备的不断开发，提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜无抗牛乳：比重为1.030，脂肪为3.1%，蛋白质为2.9 %；嗜温性发酵剂、嗜热性发酵剂、凝乳酶（40 000 IU/g）：丹麦CHR.HANSEN 公司；磷酸二氢钠：天津市北方天医化学试剂厂；多聚磷酸钠：天津市化学试剂三厂；六偏磷酸钠、焦磷酸钠和磷酸氢二钠：天津市化学试剂六厂；柠檬酸钠：天津市北联精细化学品开发有限公司；以上试剂均为分析纯；黄原胶、卡拉胶（食品纯）：丹尼斯克有限公司。

超净工作台：苏净集团安泰公司；SJ-4A 数显pH计、AB204-N 分析天平：上海精密科学仪器有限公司；YS100 显微镜：前苏联进口；干酪槽：天津科技大学食品工程中心；95-1 磁力搅拌器：上海司乐仪器厂；RE-52AA 高压蒸汽消毒器：北京工农兵医疗器械厂。

1.2 方法

1.2.1 再制干酪工艺流程

原料乳→标准化→巴氏杀菌→冷却→添加发酵剂→调整酸度→加氯化钙→加凝乳酶→凝乳形成→凝块切割→搅拌→压榨→切碎→融化乳化（添加水、乳化盐）→均质→增稠（添加稳定剂）→杀菌→添加风味剂→冷却→包装→成品[6-7]

1.2.2 感官评定方法

五分制评分法：选定10 位从事干酪研究的相关人员对产品进行硬度、切片性、弹性、组织状态和风味口感几个方面的感官评分，每个单项满分5 分，总分25 分，评分细则见表1。

表1 产品感官评定细则Table 1 The sensory rules of the products

1.2.3 单因素试验

1.2.3.1 乳化温度的单因素试验

干酪融化乳化（添加水，焦磷酸钠0.5%、柠檬酸钠1.5%），进行均质，添加稳定剂（黄原胶1.0%、卡拉胶1.5%），选取60、65、70、75、80 ℃5 个水平温度熔融和真空脱气，添加风味剂（乳清粉20 %）制备再制干酪，冷却后进行感官评定。

1.2.3.2 乳化盐的复配试验

食品加工中常用的5 种乳化盐：柠檬酸钠、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠和磷酸氢二钠，前3 种乳化盐的添加量分别为1.0%、1.5%、2.0%，焦磷酸钠添加量为0.5%、磷酸二氢钠添加量为0.05%。冷却后进行感官评定并比较结果。若单一的乳化盐对再制干酪的乳化效果均不理想，进行两两复配试验，并保证两种乳化盐的总添加量小于3%。干酪融化乳化，选择（1.0%柠檬酸钠；0.05%磷酸氢二钠）、（1.5%柠檬酸钠；0.05%磷酸氢二钠）、（1.5%柠檬酸钠；0.5%焦磷酸钠）、（1.5%柠檬酸钠；1.5%多聚磷酸钠）、（1.5%柠檬酸钠；1.0%六偏磷酸钠）、（1.0%六偏磷酸钠；0.5%焦磷酸钠）5 种复配乳化盐，进行均质，添加稳定剂（黄原胶1.0%、卡拉胶1.5%），70 ℃温度熔融和真空脱气，20%乳清粉添加量，制备再制干酪，冷却后进行感官评定。

1.2.3.3 稳定剂的复配试验

干酪融化乳化（添加水，焦磷酸钠0.5%、柠檬酸钠1.5%），进行均质，选取稳定剂（黄原胶0.5%、卡拉胶1.0%）、（黄原胶0.5%、卡拉胶1.5%）、（黄原胶1.0%、卡拉胶1.0%）3 种复配稳定剂，70 ℃温度熔融和真空脱气，20%乳清粉添加量，制备再制干酪，冷却后进行感官评定。

1.2.3.4 乳清粉的添加量单因素试验

干酪融化乳化（添加水，焦磷酸钠0.5%、柠檬酸钠1.5%），进行均质，添加稳定剂（黄原胶1.0%、卡拉胶1.5%），70 ℃温度熔融和真空脱气，选取10%、15%、20%、25%、30%5 个水平的乳清粉添加量，制备再制干酪，冷却后进行感官评定。

1.2.4 响应面试验设计

响应面分析（response surface analysis，RSA）[8-10]寻找上述4 个因素（自变量）的最优试验水平，以综合评分（Y）为响应值。影响再制干酪感官综合评分的重要因素是乳化温度、乳化盐、稳定剂和乳清粉。因此把乳化温度、乳化盐、稳定剂和乳清粉作为试验考察的主要因素。乳化盐的3 个水平分别为：1 为柠檬酸钠1.5%、多聚磷酸钠1.5%；2 为柠檬酸钠1.5%、焦磷酸钠0.5%；3 为柠檬酸钠1.5%、六偏磷酸钠1%。稳定剂的3 个水平分别为：1 为黄原胶0.5%、卡拉胶1.5%；2 为黄原胶1.0%、卡拉胶1.5%；3 为黄原胶0.5%、卡拉胶1.0%。响应面分析因素水平见表2。

表2 试验因素水平表Table 2 Table of experimental factors and levels

1.3 数据分析

所有样品均重复测定3 次。方差分析分析借助SPSS17.0 统计分析软件完成分析；中心复合设计由Design-Expert 7.0.0 辅助设计。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 乳化温度对再制干酪品质的影响

乳化温度对干酪品质的影响见表3。

表3 乳化温度对干酪品质的影响Table 3 Effects of emulsifying temperature on cheese quality

由表3可知，乳化温度为70 ℃时，再制干酪的硬度适中、组织光滑无颗粒、口感风味良好、切片性较好。温度为60 ℃时凝乳融化不充分，乳化效果不明显，结构松散。温度为80 ℃时，硬度过高，蛋白质变性和脂肪氧化产生了不良气味，使得产品的口感欠佳和风味较差。因此，最好的乳化温度为70 ℃。

2.1.2 乳化盐种类及用量对再制干酪品质的影响

乳化盐的添加量从0.5%～3.0%，若添加量大于4.0%时，再制干酪就会有较浓的乳化盐的苦涩味道，并且组织结构粗糙。所以在乳化盐的优化实验中，乳化盐的添加量最大为3%。

单种乳化盐对再制干酪品质的影响见表4。

由表4的单因素试验结果表明：每种乳化盐在随着添加量的增加，各项目评分均发生了明显的变化，尤其是当乳化盐的添加量达到最大值时，产品有很浓郁的药味。柠檬酸钠的添加量为1.5%时，乳化状态良好，组织极为细腻柔软，但硬度低；多聚磷酸钠添加量为1.5%时组织致密，黏度大，切片性差，硬度大；磷酸氢二钠缓冲和熔融作用较强，乳化作用较差，产品发硬；焦磷酸钠的口感和风味有较强的苦味。因此，根据乳化盐对再制干酪的不同影响，选择2 种或者2 种以上的乳化盐混合使用。

表4 单种乳化盐的乳化效果Table 4 Emulsifying effects of single emulsifying salt

选择不同的乳化盐进行复配，结果见表5，其中A代表柠檬酸钠、B 代表多聚磷酸钠、C 代表六偏磷酸钠、D 代表焦磷酸钠、E 代表磷酸氢二钠。

由表5可以看出，乳化盐配比是柠檬酸钠1.5%、焦磷酸钠0.5%，得到的产品硬度适中，组织状态均一，切片性良好。柠檬酸钠1.5%、多聚磷酸钠1.5%复配所得的产品也有良好的切片性和硬度，但内部有小颗粒乳化不均匀。柠檬酸钠1.5%、磷酸氢二钠0.05%出现了明显的固液分离，切片性不好，黏刀。因此，乳化效果最好的复配为：柠檬酸钠1.5%、焦磷酸钠0.5%。

表5 乳化盐的复配Table 5 Combination of emulsifying salt

2.1.3 稳定剂种类及用量对再制干酪品质的影响

稳定剂具有很强的持水能力，可以改善高水分产品的口感与组织状态，提高加工过程中的乳化特性，并对制品风味的释放起着较大作用。本试验的种类及添加量：A 黄原胶，B 卡拉胶；进行复配试验，感官评定结果见表6。

表6 稳定剂的复配Table 6 Combination of stabilizing agent

由表6可知，再制干酪中添加黄原胶1.0%、卡拉胶1.5%，产品的切片性良好，不黏刀，切面光滑平整、组织状态均一、口感细腻。而黄原胶0.5%、卡拉胶1.5 %与黄原胶0.5%、卡拉胶1.0%的产品，口感略有粗糙感，干酪特有的香味不够浓郁。因此，稳定剂最好的复配为：黄原胶1.0%、卡拉胶1.5%。

2.1.4 乳清粉的添加量对再制干酪品质的影响

再制干酪的制作过程中添加乳清粉，其目的是控制再制干酪的水分含量、降低再制干酪的生产成本，试验选取10%、15%、20%、25%、30%5 个水平的乳清粉添加量，其产品感官评分见表7。

由表7可知，乳清粉添加量为20%时，再制干酪在品质都达到较好的水平，因此，选择添加20%的乳清粉。

表7 乳清粉添加量对干酪品质的影响Table 7 Effects of whey powder content on cheese quality

2.2 响应面分析优化再制干酪工艺条件

2.2.1 中心组合设计及结果

影响再制干酪感官综合评分的重要因素是乳化温度、乳化盐、稳定剂和乳清粉。因此把乳化温度、乳化盐、稳定剂和乳清粉作为试验考察的主要因素。根据Box-Behnken 的中心组合设计原理，设计了四因素三水平共27 个试验点的响应面分析试验，在中心值重复3 次。中心组合设计因素水平及结果分别见表8。

表8 中心组合设计及结果Table 8 Central composite design and results

对表8 的数据进行响应面回归分析可得到二阶拟合方程：

Y=22.733 33-0.916 667X1-1.958 333X2-1.225X3-0.633 333X4-6.125X12+0.375X1X2+0.025X1X3+0.1X1X4-2.487 5X22-0.4X2X3+0.1X2X4-2.337 5X32+0.2X3X4-1.55X42

2.2.2 模型方差分析

方差分析结果见表9。

由表9可知，二次回归模型的F 值为23.793 01，P＜0.000 1，表明模型达到了极显著水平；失拟项是模型中数据的变异，失拟项P=0.114 645＞0.05，说明失拟项差异不显著，试验无失拟因素存在，能充分反映实际情况，回归模型是适合的；试验模型的决定系数R2=0.924 324，说明感官评价的结果与模型预测结果有着良好的一致性，试验模型的校正系数R2Adj=0.924 7，说明试验结果有92.47%受试验因素的影响；试验模型的变异系数（CV%）为5.380 9296，说明模型方程能够较好地反应真实值。因此，结果可靠，此模型可以对感官评价结果进行分析和预测。

表9 回归方程模型方差分析Table 9 Analysis of Variance for regression model

续表9 回归方程模型方差分析Continue table 9 Analysis of Variance for regression model

由表9可见一次项中X1的偏回归系数高度显著，说明乳化温度对再制干酪的感官综合评分有高度显著影响；X2、X3的偏回归系数极显著，说明乳化盐和稳定剂的添加对再制干酪的综合感官评分有极显著的影响；X4的偏回归系数显著，说明乳清粉的添加量对再制干酪的感官评分有显著的影响。所有的二次项对Y都有极显著影响，交叉项对Y有影响但不显著；数据中没有异常点，不需引入更高次的项，模型恰当。4 个因素一次项偏回归系数Pr＞F，X2＞X3＞X1＞X4，则得到4个因素对再制干酪感官评定影响度为：乳化盐种类＞稳定剂种类＞乳化温度＞乳清粉添加量。

2.2.3 响应面分析

再制干酪工艺条件中乳化温度、乳化盐、稳定剂和乳清粉4 个因素间的交互作用对感官评价得分的影响如图1～图6。

通过Box-Behnken 试验得到的多元二次回归模型所作的响应面图，响应面图形是响应值对各试验因素X1、X2、X3、X4所构成的三维空间的曲面图。在其他试验因素固定不变的情况下，考察交互项对感官评价得分的影响，响应面分析图可用于评价试验因素对感官评价得分影响的两两交互作用。响应面坡度越陡峭，表明响应值对于操作条件的改变越敏感，该因素对感官评价得分的影响越大；反之则表明因素对感官评价得分的影响越小。在交互项对感官评价得分的影响中，4 个因素之间交互作用不明显，这与方差分析的结果一致。

图1 乳化温度和乳化盐的响应面立体图和等高线Fig.1 Response surface and contour plots for the emulsifying temperature and melting salts

图2 乳化温度和稳定剂的响应面立体图和等高线Fig.2 Response surface and contour plots for the emulsifying temperature and stabilizing agent

图3 乳化温度和乳清粉的响应面立体图和等高线Fig.3 Response surface and contour plots for the emulsifying temperature and whey powder

图4 乳化盐和稳定剂的响应面立体图和等高线Fig.4 Response surface and contour plots for the emulsifying salts and stabilizing agent

响应面规范分析获得最优的工艺条件，分别为乳化温度69.554 75 ℃、乳化盐1.614 19、稳定剂2.003 685和乳清粉17.649 3%。综合评分为23.373 09。为了验证响应面法的可行性，采用得到的最优工艺条件进行验证试验，考虑到实际情况，乳化盐和稳定剂的添加不是单一种类的连续性变化。故选择乳化温度70 ℃、2 号稳定剂、1 号乳化盐与2 号乳化盐、乳清粉17.7%。验证试验结果见表10。

图5 乳化盐和乳清粉的响应面立体图和等高线Fig.5 Response surface and contour plots for the emulsifying salts and whey powder

图6 乳清粉和稳定剂的响应面立体图和等高线Fig.6 Response surface and contour plots for the whey powder and stabilizing agent

表10 验证试验结果Table 10 The results of proof test

验证试验的结果与回归方程的所得的最佳水平值最为接近，说明回归方程能够比较真实地反映各因素对再制干酪感官评定的影响。因此，优化后的再制干酪的工艺条件为柠檬酸钠1.5%、焦磷酸钠0.5%，黄原胶1.0%、卡拉胶1.5%，乳化温度70 ℃，乳清粉20%。感官综合评分为23.4。

3 结论

本试验主要研究了乳化温度、乳化盐、稳定剂、乳清粉等对再制干酪工艺的影响。再制干酪优化的工艺条件为柠檬酸钠1.5%、焦磷酸钠0.5%，黄原胶1.0%、卡拉胶1.5%，乳化温度70 ℃，乳清粉20%，感官综合评分为23.4。优化条件能够满足工业生产需要，缩短工业生产时间，提高再制干酪的营养价值。