氯化钠添加量对Cheddar干酪品质和介电特性的影响

（1.内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古呼和浩特 010018；2.内蒙古蒙元宽食品有限公司，内蒙古巴彦淖尔 015000）

摘要：以不同氯化钠（NaCl）添加量（0%、1%、2%、3%）的切达干酪（Cheddar cheese）为材料，对其90 d成熟期内的理化指标和成熟变化进行质构特性分析和介电特性测试，研究NaCl添加量对切达干酪成熟发育的影响。结果表明，NaCl添加量对干酪的理化指标有显著影响。NaCl添加量增加，干酪水分含量和水分活度下降、脂肪含量增加，并具有显著的相关性。低添加量NaCl对干酪成熟度的促进作用明显高于高添加量， NaCl添加量为1%、2%对干酪蛋白水解为指标的成熟度有显著加速作用；高NaCl添加量（3%）对干酪成熟过程的蛋白质水解有显著的抑制作用；切达干酪相对介电常数与NaCl的添加量无显著的相关性，而干酪介电损耗因子随NaCl添加量的增加而上升。并且，NaCl添加量对切达干酪成熟期内的硬度、咀嚼性有显著影响。

范贵生, 高攀雲, 朱思捷. 氯化钠添加量对Cheddar干酪品质和介电特性的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(11): 40-45. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711007. http://www.spkx.net.cn

FAN Guisheng, GAO Panyun, ZHU Sijie. Effect of NaCl addition on quality and dielectric properties of Cheddar cheese[J]. Food Science, 2017, 38(11): 40-45. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711007. http://www.spkx.net.cn

Cheddar干酪属于质构干酪的一种。其加工工艺与其他干酪最大的不同在于乳清排除之后，干酪凝块经过质构化这一特殊工艺来赋予干酪特定的结构和质地。

Cheddar干酪中添加无机盐的目的是改善风味，有掩盖干酪成熟中蛋白质分解产生的苦味肽的作用，还能影响干酪凝块的脱水作用、促进乳清的排放、控制干酪的水分含量和最终硬度、抑制微生物生长、调节乳酸菌的和酶的活力[1]。故在干酪中添加适量的NaCl可以调节乳酸菌分解乳糖、控制干酪成熟时的酸度，从而影响蛋白质的水解及其结构、蛋白质网络的水合作用和酪蛋白中钙-副酪蛋白-磷酸盐的相互作用[2-4]，最终影响Cheddar干酪的品质特征。

本实验采用凝块加盐的方法，将干酪凝块彻底打碎后添加不同质量分数（0%、1%、2%、3%）的NaCl，使得干酪凝块与无机盐混合充分，避免干酪局部NaCl含量不均的问题。

国内关于干酪及其他食品介电特性的研究多集中在频率、温度，对食品质构特性的研究多集中于农产品方面，而对干酪介电和质构特性的研究仍然处于起步阶段。例如在实际生产中，利用水分在农产品中的变化与介电特性参数的相关性来表达物料的物理特性、控制生产加工过程、检测果蔬内部品质等。本实验通过对干酪介电特性与质构特性的研究，分析NaCl添加量与介电特性参数和质构特性参数之间的关系，为干酪快速无损的品质评价、基础成分预测技术开发提供新思路和方法，为干酪品质的快速监控及无损检测基础成分提供技术与理论支持。

1 材料与方法

新鲜原料乳购于内蒙古益得神牛乳业公司，具体成分及物理指标为：蛋白质含量3.04%、脂肪含量2.98%、非脂乳固体含量8.32%、乳糖含量4.76%，比重1.0308，冰点－0.509，酸度1.6°T。

直投式发酵剂（R-704）、凝乳酶（活力1∶10 000）丹麦科汉森公司；NaCl（无碘天然湖盐）中国盐业总公司；其他试剂均为分析纯。

DAK-12介电特性测试仪施比雅克贸易（上海）有限公司；DHG-9013A鼓风干燥箱、FA2104A电子天平（精度0.000 1 g）上海精密科学仪器公司；TMS-Pro质构仪北京盈盛恒泰科技有限责任公司；KyD-9830半自动凯氏定氮仪北京通润源机电技术有限责任公司；Hygrolab2/3四通道台式水分活度仪东竞市塘厦精工仪器厂；PHS-3B酸度计上海雷磁仪器厂；电子天平海天平仪器厂。

参考文献：[5-6]的方法。新鲜原料乳→巴氏杀菌（63 ℃、30 min）→冷却至30～35 ℃→添加直投式发酵剂→添加氯化钙（质量分数0.02%）→添加直投式凝乳酶→凝乳→切割→静置→加温搅拌（每3～5 min升高1 ℃直至40 ℃）→保持热搅拌（45 min）→排除乳清→堆酿（每隔15 min翻转一次，共7 次）→切割→加NaCl （干酪成品质量的0%、1%、2%、3%）→装模→压榨→真空包装→成熟（4 ℃冰箱贮藏，成熟90 d）。

干酪水分测定：参考GB/T 5009.3—2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》。水分活度（aw）测定：准确称取1.00 g待测干酪样品，均匀切碎，用水分活度仪测定干酪的水分活度。

干酪成熟期间pH值测定：取10 g待测干酪样品，充分研磨后用蒸馏水定容至100 mL的容量瓶内，用pH计测定干酪pH值。

可溶性氮含量测定（pH 4.6）：准确称取0.75 g 待测干酪样品，充分研磨加入50 mL（pH 4.6）的醋酸盐缓冲溶液，悬浮液4 000 r/min离心20 min，取上层清液定量移入凯氏消化瓶，进行微量凯氏定氮[7-8]实验，以最终占干酪总氮量百分比表示。可溶性氮含量测定（采用12%三氯乙酸（trichlorid acetic acid，TCA））：准确称取1.5 g待测干酪样品，充分研磨后加入50 mL质量分数12%的TCA溶液，将悬浮液4 000 r/min离心20 min，取上清液定量移入凯氏消化瓶，进行微量凯氏定氮实验，以占干酪总氮量的百分比表示。

介电特性参数测定：将Cheddar干酪样品，切成3.0 cm×3.0 cm×0.5 cm的长方体，放入干燥器，保持水分恒定。实验时，将样品与介电测试仪探头直接接触，测试介电特性参数。

质构特性测定参考文献[9-12]，采用质构特性分析（texture profile analysis，TPA）法对干酪的质地特性进行测定分析。用特制取样器将干酪样品切割为直径2.0 cm、高3 cm的圆柱形样品，至于探头正中心下方，供TPA用。选用P100探头，测前、测中、测后速率分别为1.0、0.5、0.5 mm/s，应变25%。

2 结果与分析

表1 NaCl添加量对Cheddar干酪理化指标的影响（x±s）
Table 1 Effect of NaCl addition on physicochemical indexes of Cheddar cheese (x±s)

注：含量测定结果均为质量分数。同列肩标小写字母不同表示差异显著（P＜0.05），表3、4、6同。

表2 NaCl添加量与Cheddar干酪理化指标的相关性分析
Table 2 Correlation analysis between NaCl addition and Cheddar cheese physicochemical parameters

注：*.显著相关；**.极显著相关。表5同。

由表1、2可知，NaCl添加量与干酪中NaCl含量显著相关，随着NaCl添加量的增多，干酪中NaCl含量从0.061%上升到0.282%；与干酪中水分含量有显著相关性，随着NaCl添加量的增大，干酪中水分含量从40.058%下降到35.680%；与干酪中的脂肪含量极显著相关，随着NaCl添加量的增加，干酪中脂肪含量从21.543%上升到29.962%，有资料显示Cheddar干酪中脂肪含量与水分含量呈反比[5]；与干酪中的蛋白质含量无显著相关性，其中蛋白质的质量分数稳定在25%左右。这是由于干酪中的NaCl的扩散系数与其添加量有关，但是随着NaCl添加量的增加，NaCl吸收率下降而含量增加，但并不会呈线性关系增加。干酪中NaCl含量越高，乳清排出越快，排出量也越多，而大量乳清排出的同时会带走更多的盐分和水分。这就导致随着NaCl添加量的增加，干酪中NaCl的含量呈非线性关系增加，水分含量下降。而水分含量的下降也会影响NaCl的吸收和扩散，使得其他成分的含量升高[13]。NaCl添加量对干酪的pH值影响显著，在干酪的盐化过程中，Na＋会取代干酪中的H＋，故随着干酪中NaCl添加量的升高，干酪的pH值会随之变化。一般Cheddar干酪的成熟pH值应该保持在5.2～5.6之间，确保足够的Ca＋和H＋交换键连接足够多的Na＋，使得干酪在成熟期内组织状态良好。pH值过低，会导致干酪过硬、过脆，pH值过高，会导致干酪过软、失形。NaCl添加量对干酪aw的影响显著，由于干酪的aw受其水分含量的影响而逐渐下降[14-15]。

Cheddar干酪在成熟期间发生的化学反应中，蛋白质的水解是最复杂也是最重要的。它主要影响干酪的质构，包括硬度、黏度、弹性等[16]。干酪成熟度的测定方法有很多，本实验采用pH 4.6水溶性氮和12% TCA两种方法。在pH 4.6的缓冲溶液中，可溶性氮主要是由凝乳酶的作用而产生的，而乳清蛋白和胨也可以溶解，但产量很少。质量分数为12%的TCA溶液可以沉淀几乎所有的缩氨酸。而NaCl通过对干酪中发酵剂、乳酸菌等的生长进行调节，进而控制蛋白酶水解活性来影响干酪成熟过程中蛋白质等的水解[17]。

分别取成熟0、15、30、45、60、90 d不同NaCl添加量的干酪样品，测其pH 4.6和12% TCA条件下的可溶性氮含量，并作方差分析，结果见表3。

表3 NaCl添加量对不同成熟度Cheddar干酪蛋白水解影响的方差分析
Table 3 Analysis of variance (ANOVA) for the effect of NaCl addition on Cheddar cheese protolysis

由表3可知，在90 d的成熟期中NaCl添加量对干酪的pH 4.6和12% TCA条件下的可溶性氮含量有显著影响。由图1可知，在成熟前期蛋白质水解速率较快，后期速率较缓慢。与未添加NaCl的干酪相比，NaCl添加量为1%、2%时干酪中蛋白质水解的速率显著提高（P＜0.05），而NaCl添加量为3%时，干酪中蛋白质水解的程度受到抑制。这主要由于Cheddar干酪在成熟期中，蛋白水解主要由于残存的凝乳酶、发酵剂和乳酸菌的共同作用完成的。凝乳酶、根霉蛋白酶和胃蛋白酶易在溶液中水解成β-酪蛋白，而该蛋白由于C-末端区域的疏水性，导致其对凝结剂的敏感性较低，在高离子浓度作用下这种疏水性加强。血纤维蛋白酶是牛乳中主要的天然蛋白酶，对所有的干酪进行蛋白质水解，低浓度的NaCl促进其活性，而高浓度的NaCl会抑制活性。低NaCl浓度可刺激乳酸菌的生长，干酪成熟期中乳酸菌数量增加，释放出更多的胞内蛋白酶，促进干酪中蛋白质的水解，但当NaCl浓度高时，则会抑制乳酸菌的生长。而随着干酪成熟期的增加，蛋白酶的活性下降、乳酸菌的数量减少，蛋白的水解速度缓慢增加，趋于平稳[18-20]。这与任星环等[21]研究NaCl含量对Mozzarella干酪品质的影响的结论一致。

表4 NaCl添加量对Cheddar干酪TPA参数的影响（±s）
Table 4 Effect of NaCl addition on TPA parameters of Cheddar cheeses)

由表4可知，干酪的硬度随NaCl添加量的增加而增加。影响干酪硬度的因素很多，水分含量、蛋白质含量、蛋白水解程度等都会对硬度有影响。随着NaCl添加量的增加，水分含量下降，蛋白水解程度下降，硬度也随之显著升高。

干酪的弹性是指变形样品在去除压力后恢复到变形前的高度比率。干酪不能完全恢复原来高度，有永久变形，这是黏性流动表现。研究干酪的流变性质很复杂，由表4可以看出，在不同的NaCl添加量下，弹性的变化趋势呈现波动变化。因此，TPA不适用于干酪的弹性指标测试，建议对于黏弹性体的流变性质，采用应力松弛实验和蠕变实验较好[22-23]。

干酪的咀嚼性与硬度、弹性等有显著相关性，咀嚼性在数值上也与硬度、弹性值的乘积相关[24]。所以，影响到上述二者的因素都会对干酪样品的咀嚼性产生影响。由表4可知，咀嚼性受NaCl添加量影响的变化趋势与硬度基本一致，即随着NaCl添加量的增大而增大。

干酪回复性反映了干酪以弹性变形保存的能量，是第一次压缩循环过程中返回样品所释放的弹性能与压缩时探头的耗能之比。由表4可知，回复性随着NaCl添加量的增加先下降后上升。添加量为1%、2%的干酪的回复性数值小于未添加NaCl的干酪，添加量为3%干酪的回复性数值高于未添加NaCl的干酪。这主要由于添加量为1%、2%的干酪的水解程度高于未添加NaCl的干酪，其蛋白的三维网络结构破坏程度较高，导致干酪的回复性数值较低；而3%的添加量干酪的水解程度低，其蛋白的三维网络结构破坏程度较低，干酪的回复性数值较高。

表5 NaCl添加量与Cheddar干酪TPA测试参数的相关性分析
Table 5 Correlational analysis between NaCl addition and TPA parameters of Cheddar cheese

由表5可知，NaCl添加量与干酪的硬度呈显著相关，R2（Pearson相关性）和P（显著性（双侧））分别为0.966和0.034，与干酪的咀嚼性呈极显著相关，R2和P分别为0.992、0.008。NaCl添加量与其他3 个指标相关性不显著。干酪的硬度与咀嚼性显著相关。

Cheddar干酪是介于导体与绝缘体之间的电介质。在对其施加外加电磁场的情况下，会发生电子位移极化、原子极化、取向极化等现象，故干酪会呈现出一定的介电特性[25]。介电特性主要受到干酪成熟温度[26]、测试频率[27-28]和基础成分[29]的影响，是其共同作用的结果。

选取成熟期为90 d，不同NaCl添加量干酪样品的相对介电常数（εr’）平均值和介电损耗因子（εr”）平均值随测试频率（50～1 000 MHz）的变化见图1。

（B）的影响
Fig. 1 Effect of NaCl addition on relative dielectric constant (A) and dielectric loss factor (B) of Cheddar cheese
图1 不同NaCl的添加量对ε’r（A）和ε”r

由图1可知，添加NaCl后明显改变了干酪的介电参数。在同频率下，未添加NaCl干酪的εr’值接近于添加量为2%的干酪，而NaCl添加量为1%、3%干酪的εr’值较为接近。例如，在频率为200 MHz时，未添加NaCl的干酪εr’为25.58，分别添加1%、2%、3% NaCl后干酪的εr’为28.12、25.79、28.77。而添加NaCl后εr”明显增大。例如，在频率为200 MHz时，未加NaCl干酪的εr”为14.620，分别添加1%、2%、3% NaCl后干酪的εr”明显上升，分别为35.871、42.911、70.337。这是由于添加NaCl后，明显改变了干酪中离子浓度、水分、蛋白质、脂肪等组分含量，干酪中的离子浓度增大，增加了干酪的导电性能，其贮电能力下降，而耗电能力上升，干酪的成分变化也会影响其贮电和耗电性能。干酪的相对介电常数反映其贮电能力，介电损耗因子反映其耗电能力，主要由这些参数共同决定的[29-30]。可见盐分对于促进介电特性变化具有明显的效果。

本实验选择在测试频率为200、500、915 MHz条件下研究NaCl添加量对干酪介电特性的影响，其中915 MHz为工业上通用的频率。NaCl添加量与干酪的εr’和εr”的方差分析见表6。

表6 不同频率条件下NaCl添加量与εr’和εr”的方差显著性分析
Table 6 ANOVA for the effect of NaCl addition on dielectric parameters of Cheddar cheese at three frequencies

由表6可知，NaCl添加量显著影响干酪的εr’和εr”，对干酪εr”的影响比对εr’的影响更为显著。NaCl添加量与干酪的εr’和εr”的相关系数显著性分析见表7。

由表7可知，在200、500、915 MHz条件下，干酪的εr’与NaCl添加量无显著相关性，而干酪的εr”与NaCl添加量呈显著相关性。故在该特定频率下讨论干酪的εr”与NaCl添加量的关系，结果见表8。

表8 不同频率条件下干酪εr”与NaCl添加量的拟合关系式
Table 8 Fitted equations for the correlation between NaCl addition and dielectric loss factor of cheese at three frequencies

注：S表示NaCl添加量。

由表8可知，在此3 个频率下，干酪εr”随NaCl添加量的增加而上升。其中，NaCl添加量对低频率下干酪εr”的影响较为明显。

3 结论

不同NaCl添加量（0%、1%、2%、3%）对干酪的NaCl含量、水分含量、脂肪含量、pH值、水分活度有显著影响，但只与NaCl含量、水分含量、脂肪含量和水分活度显著相关性。不同NaCl添加量对干酪的成熟度有显著的影响，其中1%和2%的添加量促进干酪蛋白质的水解，3%的添加量抑制干酪蛋白质水解。不同NaCl添加量对干酪的硬度、咀嚼性影响显著，呈显著相关，对弹性和回复性的影响显著性较低。NaCl添加量与干酪的硬度、咀嚼性呈显著相关。在测试频率为200、500、915 MHz条件下，不同NaCl添加量与干酪εr”显著相关。

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FAN Guisheng1, GAO Panyun2, ZHU Sijie1
(1. College of Food Science and Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China；2. Inner Mongolia MONRAK Food Co. Ltd., Bayan Nur 015000, China)

Abstract：The physicochemical parameters, maturity, textural property analysis (TPA) parameters and dielectric properties of Cheddar cheese with different NaCl contents (0%、1%、2%、3%) during 90-day ripening period were evaluated in an effort to investigate the effect of NaCl addition on the ripening of Cheddar cheese. Results indicated that NaCl addition had a significant impact on physicochemical parameters. Moisture content and water activity descended, while fat content ascended with the addition of NaCl, which was significantly correlated with each of the three parameters. Cheese maturity was promoted more significantly with NaCl addition at low content than at high content. The addition of 1% or 2% NaCl markedly expedited the proteolysis reflecting cheese maturity, which, however, was evidently inhibited with the addition of 3% NaCl. NaCl addition had no impact on the relative dielectric constant. But a significantly positive correlation existed between NaCl addition and dielectric loss factor of Cheddar cheese. NaCl addition had a significant impact on hardness, chewiness and chewiness.

基金项目：国家自然科学基金地区科学基金项目（31260382）

作者简介：范贵生（1957—），男，教授，博士，研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail：1213373821@qq.com