牦牛是青藏高原特有的优势畜种,我国牦牛数量占世界总数的92%(1 500多万头),年产乳可达120万t。牦牛乳干物质含量为16.9%～17.7%,比黑白花牛乳(12.00%)高53%;蛋白质含量为4.9%～5.3%,显著高于黑白花牛乳(约3%),其中酪蛋白含量高达3.6 g/100 mL,是制作干酪的优质原料[1]。随着季节的变化,乳中的营养成分也会发生变化。LI等[2]研究发现,牦牛乳中营养成分的差异与该地区季节变化有关。
干酪是一种营养价值极高的食品,含20%～30%的蛋白质、20%～35%的脂肪、钙及维生素A、维生素B2、钠、钾等营养成分[3]。目前,我国干酪市场以每年30%以上的需求量增长[4]。马苏里拉干酪风味清淡容易被中国人接受,随着西餐和比萨饼的流行,马苏里拉干酪的销售量逐年上涨,成为仅次于切达干酪的第二大干酪品类[5]。马苏里拉干酪属于Pasta filata干酪,是一种典型的质构型干酪[6]。生产过程中将新鲜的酶促乳凝块置于热水中反复揉捏,使凝块具有独特的可塑性,最终呈现弹性纤维状结构和良好的拉伸特性[7]。马苏里拉干酪的品质特性,如未融化干酪的硬度、弹性和干酪融化后的融化性、拉伸性、油脂析出性,对于厂家和消费者而言十分重要。
任星环等[8]研究发现,随着原料乳蛋白质和脂肪比例的增加,马苏里拉干酪的油脂析出性减小、弹性增加。YOO等[9]研究了不同原料乳制作对马苏里拉干酪品质的差异,得出泽西牛乳的酪蛋白、脂肪含量高于荷斯坦牛乳,因此所制作的干酪品质要优于荷斯坦牛乳。季节不同会造成原料乳品质差异,而乳的品质会直接影响其所制作干酪的品质。本实验以不同季节牦牛乳所制作的马苏里拉干酪为研究对象,探究不同季节牦牛乳干酪在成熟过程中理化指标、质构特性、功能特性和感官品质差异,旨在为生产高品质牦牛乳马苏里拉干酪提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
牦牛乳,分别于2021年6月和12月采自甘肃省甘南藏族自治州合作市多河奶站,置于4 ℃采样箱中4 h内运回实验室;发酵剂,嗜热发酵剂(IDC 604):嗜温发酵剂(DOM 1)=1∶1,丹尼斯克中国有限公司;凝乳酶[牛胃蛋白酶∶小牛皱胃酶=3∶7(g∶g),酶活力:890 IMCU/g],北京多爱特生物科技有限公司。
CaCl2、NaCl、浓硫酸、NaOH、CuSO4、K2SO4、盐酸、无水乙醇、无水乙醚、石油醚等均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
BS223S型分析天平,北京赛多利斯仪器系统有限公司;HWS26型恒温水浴锅,上海一恒科学仪器有限公司;PHS-3C型pH计,上海精密科学仪器有限公司;SKD-200型凯氏定氮仪,上海沛欧分析仪器有限公司;DHG-9245A型电热鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;TX.XT express型质构仪,英国Stable Micro System公司;MCCWV1型乳成分分析仪,杭州麦力斯科科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 乳成分测定
取牦牛乳样50 mL,使用乳成分分析仪测定不同季节原料乳的理化指标。
1.3.2 牦牛乳马苏里拉干酪的制备
参照SETH等[10]的方法,具体流程如下:
原料乳→65 ℃巴氏杀菌30 min→冷却至32 ℃→添加0.24 g/L发酵剂、0.23 g/L CaCl2反应10 min→添加 0.04 g/L凝乳酶→凝乳→切割→搅拌升温→排乳清→堆酿2 h→切碎加盐(凝块质量0.5%)→89 ℃热烫拉伸5 min→5～10 ℃水中冷却成型→2%食盐水盐渍1 h→真空包装→4 ℃成熟0～6周
其中,发酵剂、CaCl2、凝乳酶添加前均用质量分数2%食盐水溶解,且发酵剂和凝乳酶添加前需在35 ℃水中活化30 min。
1.3.3 干酪理化指标测定
称取5 g牦牛乳马苏里拉干酪置于10 mL的去离子水中充分研磨,匀浆后使用pH计测定pH[11]。
参考GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》,采用直接干燥法对各成熟期的干酪进行水分含量的测定。
参考GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》,采用凯氏定氮法对各成熟期的干酪进行蛋白质含量的测定。
参考GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》,采用碱水解法对各成熟期的干酪进行脂肪含量的测定。
1.3.4 干酪质构特性的测定
参照张义全等[12]的方法并稍作修改,测定前先将冷藏的干酪置于室温下平衡1 h,使用特定打孔器取(2.00±0.05)cm正方体干酪样品。将切好的干酪样品放于质构仪压缩盘上,使得干酪纤维方向垂直于压缩盘。测定3次,求平均值。
参数设置:探头型号P25,满负荷压力25 kg,测前探头下降速度5.0 mm/s,测试速度1.0 mm/s,探头回程速度5.0 mm/s,压缩比50%,进行2次压缩。
1.3.5 干酪功能特性表征
1.3.5.1 拉伸性测定
制备直径和高均为2 cm的圆柱形干酪样品,室温下平衡30 min。将样品置于预热到200 ℃的烤箱内加热5 min,取出后,迅速用叉子将其垂直挑起,直到其拉丝断裂为止,用直尺测定拉丝断裂前的长度。每个样品平行测定3次,取平均值[13]。
1.3.5.2 融化性测定
采用改良Schreiber法[14],取直径18 mm,厚7 mm 的圆柱形干酪样品,室温下平衡30 min。将样品放置于预热到100～103 ℃的烤箱内加热1 h,取出后,室温放置30 min,测定干酪融化后直径。每个样品平行测定3次,取平均值。
1.3.5.3 油脂析出性测定
制备直径18 mm,厚7 mm的圆柱形干酪样品,室温下平衡30 min。将样品放置于预热到100～103 ℃的烤箱内加热1 h,取出后室温放置30 min,测定滤纸上形成油圈的直径。每个样品平行测定3次,取平均值[15]。
1.3.6 感官评价
参考GB 5420—2021《食品安全国家标准 干酪》的感官要求制定马苏里拉干酪感官评价表[16],总分100分。评定内容:色泽、组织状态、气味、滋味、口感,各项内容满分均为20分。感官评分细则表如表1所示。
表1 牦牛乳马苏里拉干酪感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation criteria for yak milk Mozzarella cheese
感官项目评分指标评分色泽(20分)黄色,有光泽,色泽均匀≥15淡黄色,略有光泽,色泽一般9～14黄白色,无光泽,色泽不均匀≤8组织状态(20分)软硬适中,有弹性,组织细腻≥15软硬较为适中,略有弹性,组织较细腻9～14较软,无弹性,组织粗糙≤8气味(20分)浓郁奶香味,没有杂质和异常味道≥15单薄的奶香味,没有异常味道,有酸味9～14奶香味极淡甚至没有奶香味,有异常味道,酸味浓郁≤8滋味(20分)奶酪特有风味,酸味较淡≥15略有奶味,稍有酸涩味9～14有牛奶味,但味道酸苦≤8口感(20分)软硬适中,口感细腻≥15样品较软,口感细嫩9～14样品过软,口感软黏≤8
1.3.7 数据分析
每个干酪样品至少平行测定3次,实验结果用平均值±标准差来表示。数据均使用SPSS 22.0软件(Duncan分析法)进行方差和显著性分析,P<0.05表明差异显著。使用Origin 2019软件进行绘图。
2 结果与分析
2.1 原料乳成分
如表2所示,不同季节牦牛乳理化指标存在差异。冬季牦牛乳蛋白质、脂肪、干物质含量均高于夏季牦牛乳,而乳糖含量和pH略低于夏季牦牛乳。这是由于夏季(6月)和冬季(12月)牧草正处于青草期和枯草期,夏季青草期牧草水分含量大,且天气炎热,牛的饮水量增大,因此牛乳产量大但是其中的营养成分略低,并且主要表现在蛋白质、脂肪和干物质含量低于冬季牦牛乳,这与崔雯[17]的研究结果相似。乳糖是由牦牛血液中的葡萄糖在乳腺中合成,冬季天气寒冷,牦牛体内需要较多能量来维持体温,因此对葡萄糖消耗大,乳糖合成来源减少从而导致乳糖含量降低,这与黄茹华等[18]的研究结果相反,造成两者差异的原因可能是地域差异,各季节具有一定的温差。
表2 不同季节牦牛乳成分
Table 2 The composition of yak milk in different seasons
样品蛋白质/%脂肪/%乳糖/%干物质/%灰分/%pH夏季4.70±0.10a6.97±0.26a4.41±0.02a18.45±0.39a0.8±0.01a6.47±0.03a冬季5.92±0.51b8.39±0.41b4.23±0.03b19.47±0.25b0.82±0.02a6.38±0.13a
注：小写字母代表不同季节牦牛乳成分间差异显著(P<0.05)。
2.2 不同季节牦牛乳马苏里拉干酪成熟过程中理化指标变化
由图1-a看出,牦牛乳马苏里拉干酪pH值在成熟过程中均呈现先降低后升高的趋势,分别在成熟期第5周(夏季)和第4周(冬季)下降到了最小值5.38和5.47。出现该趋势的原因是由于成熟前期干酪中残留的凝乳酶和微生物会将乳糖分解为乳酸,将脂肪分解为脂肪酸,从而引起干酪pH值的下降;后期随着成熟时间的延长,较低的pH体系不利于微生物分解代谢,且乳糖也随着干酪的成熟被消耗殆尽,剩余的乳酸和蛋白质水解产物NH3中和,从而使得pH值小幅上升[19]。从整体上看,冬季牦牛乳制作的干酪pH值在各个成熟周期均高于夏季牦牛乳制作的干酪,这可能是由于冬季牦牛乳乳糖含量低于夏季牦牛乳,微生物分解乳糖合成乳酸的原料减少,乳酸的生产量减少,从而导致干酪的pH相对较高。
a-pH;b-水分含量;c-蛋白质含量;d-脂肪含量
图1 不同季节牦牛乳马苏里拉干酪成熟过程中理化指标的变化
Fig.1 Changes of physicochemical indexes during ripening of yak milk Mozzarella cheese in different seasons
注:图中小写字母表示的是不同成熟时间差异显著性(P<0.05)(下同)。
在整个成熟过程中,马苏里拉干酪样品的水分含量均呈现缓慢下降的趋势(图1-b),这是由于干酪成熟过程是一个不断向外排乳清的过程,新鲜干酪在真空包装后水分会随着乳清析出残留于包装袋内。并且随着成熟期的延长,蛋白质水解,酪蛋白网络结构逐渐减弱,存在于网络结构内部的水分会以渗出物的形式释放出来[20],从而出现随着成熟时间延长水分含量逐渐下降的趋势。从整体上看,冬季牦牛乳所制作的马苏里拉干酪水分含量在各个成熟周期均低于夏季牦牛乳做制作的干酪,这与JOSHI等[21]研究结果相似,即干酪中水分含量与脂肪含量呈现出此消彼长的联系,脂肪含量增加时,水分含量反而会减小,这是由于干酪中的水分多是游离状态的自由水,只有少部分与蛋白质结合的结合水,而脂肪作为疏水性物质,二者的相容性不高。
由图1-c可以看出,在整个成熟过程中,干酪样品的蛋白质含量均呈现显著下降趋势(P<0.05)。夏季和冬季牦牛乳所制作的干酪蛋白质含量分别下降了8%和9%,两者下降幅度相近,此结果与TODARO等[22]研究结果一致。这是由于干酪成熟过程中,蛋白质被降解为更小的肽段,使得干酪形成独特的风味和质地,干酪中的部分氮会随着干酪乳清析出,因此所测定的干酪总蛋白质含量降低[23]。从整体上看,冬季牦牛乳所制作的马苏里拉干酪蛋白质含量在各个成熟周期均高于夏季牦牛乳,这可能是由于冬季牦牛乳中蛋白质含量高于夏季牦牛乳,因此所制作的干酪蛋白质含量更高。
由图1-d可以看出,在整个成熟过程中,干酪样品的脂肪含量均呈现显著下降趋势(P<0.05)。夏季和冬季牦牛乳所制作的干酪脂肪含量分别下降了15%和14%,两者下降幅度相近。干酪成熟过程中脂肪含量的降低主要是由于脂肪在微生物代谢产生的脂肪酶和残留的凝乳酶作用下分解,形成游离的脂肪酸、酯类、酮类等挥发性风味物质[24]。从整体上看,冬季牦牛乳所制作的马苏里拉干酪脂肪含量在各个成熟周期均高于夏季牦牛乳,这可能是因为冬季牦牛乳中脂肪含量高于夏季牦牛乳,因此所制作的干酪脂肪含量更高。
2.3 不同季节牦牛乳马苏里拉成熟过程中质构特性变化
干酪的质构特性包括硬度、弹性、凝聚性等指标,这些指标与干酪成分、结构和分子间作用力、成熟时间等密切相关。干酪质构变化受成熟期间水分损失、蛋白质降解、脂肪转化的影响,是表征干酪成熟过程中品质变化的重要指标[25]。表3反映了不同季节牦牛乳所制作的马苏里拉干酪在成熟过程中质构的变化。
表3 不同季节牦牛乳马苏里拉干酪成熟过程中质构特性的变化
Table 3 Changes of texture properties during ripening of yak milk Mozzarella cheese in different seasons
质构特性成熟时间/周0123456硬度/g夏230.12±23.38a201.99±24.56ab189.58±16.17bc161.55±11.45cd143.15±27.60de136.41±9.41ef111.13±7.48f冬262.31±21.83a233.09±10.93ab219.25±32.31abc203.76±24.30bc192.65±11.12bcd175.00±19.69cd136.73±13.77d弹性/mm夏0.93±0.02a0.81±0.06b0.63±0.05c0.56±0.03cd0.47±0.06de0.41±0.08e0.24±0.07f冬0.95±0.04a0.92±0.02a0.86±0.03ab0.78±0.02b0.66±0.04c0.49±0.09d0.29±0.12e凝聚性夏0.24±0.02d0.28±0.03cd0.34±0.05c0.43±0.03b0.46±0.04ab0.48±0.04ab0.52±0.07a冬0.23±0.02e0.27±0.03de0.33±0.05cd0.38±0.03c0.41±0.03bc0.47±0.03ab0.50±0.10a
注：不同小写字母代表不同成熟时间差异显著(P<0.05)。
由表3可以看出在成熟过程中干酪样品硬度、弹性均呈现显著下降的趋势(P<0.05)。在6周的成熟过程中,硬度分别下降了51%(夏季)和47%(冬季),弹性分别下降了74%(夏季)和69%(冬季)。干酪硬度反映了其凝胶体系强度,在成熟过程中随着蛋白质水解程度的加深,干酪微观结构改变,酪蛋白网络结构空隙变大稀疏,干酪内部凝胶强度减弱,从而使得干酪硬度下降,该结果与黄丽等[26]的研究结果一致。从总体上看,冬季牦牛乳制作的干酪硬度均高于夏季所制作的干酪,且在成熟过程中其干酪硬度下降幅度小于夏季牦牛乳制作的干酪。AYAD等[27]研究得出干酪的硬度和原料乳中干物质含量成正相关,冬季牦牛乳中干物质含量高,因此所制作而成的干酪硬度要比夏季牦牛乳制作的干酪硬度大。冬季牦牛乳马苏里拉干酪硬度下降幅度小于夏季,这可能是因为冬季马苏里拉干酪蛋白质含量高,酪蛋白网络结构更加紧密,蛋白质的降解对其结构硬度的影响小于夏季牦牛乳制作出的干酪。弹性指的是干酪被压缩后除去外力恢复到变形前形状的程度。KUMAR等[28]研究表明,干酪在成熟过程中随着蛋白质降解程度的加深会使干酪弹性下降,与本研究结果一致。从整体上看,冬季牦牛乳制作的干酪弹性在各个成熟时间内均大于夏季牦牛乳制作的干酪,并且弹性下降幅度小于夏季牦牛乳马苏里拉干酪。这可能是由于冬季牦牛乳中干物质含量高,所制作的干酪蛋白质网络结构更加紧实。
在成熟过程中干酪样品凝聚性均呈现显著上升的趋势(P<0.05),分别上升了1.1倍(夏季)、1.2倍(冬季)。干酪凝聚性指的是干酪内部化学键的形成和维持干酪外部形态的能力。随着干酪成熟时间的延长,酪蛋白网络结构逐渐崩塌,游离的自由水与干酪中一些蛋白质相互结合形成水合蛋白质,从而使得干酪的凝聚性逐渐增加。这也解释了干酪在成熟过程中水分含量降低的原因,该结果与 VOGT等[29]研究结果一致。从整体上看,夏季牦牛乳制作的干酪凝聚性要大于冬季牦牛乳制作的干酪,这可能是由于夏季牦牛乳制作的干酪水分含量较高,与酪蛋白结合的自由水越多其凝聚性越大。
2.4 不同季节牦牛乳马苏里拉干酪成熟过程中功能特性变化
2.4.1 干酪成熟过程中拉伸性的变化
拉伸性是指干酪能形成细长的纤维束而不发生断裂的能力,是马苏里拉干酪的重要品质特性。由图2看出,随着成熟时间的延长,干酪样品的拉伸性均呈现显著下降趋势(P<0.05),分别下降了28%(夏季)和33%(冬季)。LUCEY等[30]研究发现,酪蛋白分子之间的相互作用会对马苏里拉干酪拉伸性产生影响。因此,随着成熟时间的延长,蛋白质的水解程度加深,蛋白质网络结构受到破坏,酪蛋白之间的相互作用力减弱,马苏里拉干酪的拉伸长度逐渐减小。从整体上看,冬季牦牛乳制作的干酪拉伸性能要优于夏季牦牛乳制作的干酪,这可能是由于冬季牦牛乳蛋白质含量高,蛋白网络结构更加紧密,该结果与刘燕[31]的研究结果相似。
图2 不同季节牦牛乳马苏里拉干酪成熟过程中拉伸性的变化
Fig.2 Changes in stretchability of yak milk Mozzarella cheese during ripening in different seasons
2.4.2 干酪成熟过程中融化性的变化
融化性是测量干酪融化后的流动距离,因此不仅反映了干酪融化的难易程度,同时也反映出干酪流动性强弱。由图3可知,牦牛乳马苏里拉干酪融化性在成熟过程中均呈现先升高后降低的趋势,分别在第2周(夏季)和第3周(冬季)达到最大值。新鲜牦牛乳马苏里拉干酪蛋白网络结构坚韧,加热时不易流动,干酪的融化性较低,随着成熟时间的延长,蛋白质降解,干酪的硬度和弹性降低,融化性增加[32]。随着成熟时间的进一步延长,干酪的凝聚性增加,干酪流动的阻力增加,因此干酪虽然质地柔软易融化,但是流动距离却缩小,这与李丽丽[33]的研究结果一致。从整体上看,夏季牦牛乳制作的干酪融化性要优于冬季牦牛乳,这可能是因为冬季牦牛乳蛋白质和干物质含量高,所制作的干酪蛋白网络结构紧密,加热后流动性相对较弱。
图3 不同季节牦牛乳马苏里拉干酪成熟过程中融化性的变化
Fig.3 Variation of meltability during ripening of yak milk Mozzarella cheese in different seasons
2.4.3 马苏里拉干酪成熟过程中油脂析出性的变化
如图4所示,随着成熟时间的延长,干酪样品的油脂析出性均呈现显著上升趋势(P<0.05),分别增加了46%(夏季)和38%(冬季)。干酪加热后油脂析出,需要干酪内部脂肪从崩塌的酪蛋白网络结构中释放出来,迁移到干酪表面[5]。在成熟过程中,酪蛋白胶束结构变弱,胶束间的脂肪颗粒逐渐聚集,生成大的脂肪团,加热时,这部分脂肪从酪蛋白网络中释放出来,使得干酪油脂析出性增加,黄丽等[26]的研究也证实了这一点。从整体上看,冬季牦牛乳所制作的马苏里拉干酪油脂析出性要高于夏季干酪,且上升幅度要小于夏季干酪。这可能是由于冬季马苏里拉干酪脂肪含量高,加热时油脂析出量要大于夏季马苏里拉干酪,并且冬季牦牛乳马苏里拉干酪蛋白网络结构更加紧密,蛋白质降解程度小于夏季,因此其油脂析出性下降幅度小于夏季。
图4 不同季节牦牛乳马苏里拉干酪成熟过程中油脂吸出性的变化
Fig.4 Changes of free oil during ripening of yak milk Mozzarella cheese in different seasons
2.5 不同季节牦牛乳马苏里拉成熟过程中感官评价变化
干酪的感官评价是评定干酪品质好坏的直接依据,如图5所示,随着成熟时间的延长,干酪感官评价的整体评分呈现下降趋势,冬季和夏季牦牛乳制作的马苏里拉干酪均在成熟第1周感官评分最高,冬季牦牛乳制作的马苏里拉感官评分整体上要优于夏季,该结果与黄丽等[26]研究结果一致。在成熟过程中,随着成熟时间的延长,蛋白质、脂肪水解,以及在残留的微生物作用下,乳糖被分解为乳酸,干酪出现酸味,质地变软,整体评分下降。
a-冬季;b-夏季
图5 不同季节牦牛乳马苏里拉干酪成熟过程中感官评价
Fig.5 Sensory evaluation of yak milk Mozzarella cheese during ripening in different seasons
3 结论
本实验以不同季节牦牛乳为原料制作马苏里拉干酪,探究季节对牦牛乳马苏里拉干酪在成熟过程中品质的影响。结果表明,冬季牦牛乳所制作的干酪蛋白质、脂肪、干物质含量要高于夏季;与夏季牦牛乳干酪相比,冬季牦牛乳干酪硬度大、弹性好、凝聚性低,随着成熟时间的延长,硬度和弹性降低,凝聚性升高;冬季牦牛乳干酪拉伸性和油脂析出性优于夏季,更适用于比萨奶酪。冬季牦牛乳干酪感官品质也优于夏季牦牛乳干酪,并且随着贮藏期的延长,干酪感官品质逐渐下降。因此,冬季牦牛乳营养价值高于夏季牦牛乳,所制作的马苏里拉干酪品质也优于夏季牦牛乳,并且随着成熟时间的延长干酪品质逐渐下降。
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