乳制品及特殊膳食中营养成分检测方案

食品科学※工艺技术2012， Vol.33， No. 0665 谷氨酰胺转胺酶在奶酪制作中的应用 马玲1，徐静2，刘会平 (1.山西农业大学食品科学与工程学院，山西太谷 030801；2.山西农业大学农学院，山西太谷 030801；3.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津 300457) 摘 要：通过Box- Behnken 设计和响应面法研究谷氨酰胺转胺酶(transglutaminase， TG)添加量、作用温度和作用时间对奶酪的凝胶硬度、弹性以及产率的影响，各自建立相应的回归模型。在试验选定的因素水平范围内，随着TG 添加量的增加和作用温度的升高，奶酪的产率、硬度均增加，弹性先降低后增加。而作用时间对产率和硬度的影响较小，弹性随作用时间的延长先降低后增加。利用软件进行寻优分析，得到最佳工艺条件为TG添加量0.59g/100mL、作用温度45℃、作用时间22.88min，此时奶酪产率理论最大值为12.27%。在此条件下经过验证实验得到奶酪实际产率为11.93%，与理论预测值接近。 关键词：谷氨酰胺转胺酶；奶酪；应用；数学模型；响应面 Optimization of Transglutaminase Hydrolysis in the Preparation of Cheese MA Ling'， XU Jing'， LIU Hui-ping (1.College of Food Science and Technology， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， China ；2. College ofAgriculture， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， China ； 3. College of Food Engineering and Biotechnology， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300457，China) Abstract： In order to develop an optimal application condition of transglutaminase (TG) in the preparation of cheese， TGaddition amount， reaction temperature and reaction time were selected as the major factors to explore their effects on the yield，hardness and elasticity of cheese by response surface methodology. Results indicated that increased TG addition amount andtemperature could result in the increase of the yield and hardness of cheese as well as an initial decrease and final increase in elasticity.However， reaction time revealed less effect on the yield and hardness of cheese； the elasticity of cheese revealed a first decrease anda following increase due to the extension of reaction time. The optimal process parameters were TG addition amount of0.59 g/100 mL， reaction temperature of 45℃ and reaction time of 22.88 min. Under the optimal process conditions， the yield of cheesewas up to 119.25%， which was greatly agreement with the predicted value (122.70%) from the regression model. Key words： transglutaminase； cheese； application； mathematical model； response surface methodology 中图分类号：TS252 文献标识码： A 文章编号：1002-6630(2012)06-0065-04 谷氨酰胺转胺酶(EC 2.3.2.13 Transglutaminase， TG)是一种催化蛋白质中赖氨酸上的e-氨基和谷氨酸上y -羟酰胺基之间的结合反应，通过转谷氨酰胺作用形成共价化合物的聚合酶。该酶能提高蛋白质的功能特性和改善其结构，并能通过引入赖氨酸而提高蛋白质的营养效价，而被其处理过的食品具有良好的外观和质构，TG 形成的凝胶强度大，其剪切力比通常的酸凝胶高几倍，形成的凝胶具有良好弹性和持水性I2-5]。由于经过TG 处理的蛋白质有良好的特性，现已广泛被应用到肉制品、乳制品等食品行业中[6]。对 TG催化乳清蛋白合成耐热性聚合蛋白以及TG催化大豆蛋白和乳清蛋白合成 耐热性聚合蛋白， TG在酪蛋白改性方面的应用以及在提高蛋白成膜性能方面的研究均有报道17-9]。凝乳酶是奶酪制作过程中起凝乳作用的关键性酶，同时凝乳酶对奶酪的质构形成及奶酪特有风味的形成有非常重要的作用110-13]。凝乳酶的种类和添加量都会影响奶酪的最终品质。凝乳酶加入过多会带来后期奶酪产品的不良风味，同时由于凝乳酶较昂贵，会增加奶酪的成本，为减少凝乳酶的用量同时改善奶酪的质构特性，提高产率[10-14]，本实验研究TG 添加量、作用温度和作用时间对奶酪的质构特性以及产率的影响，探讨合适的作用条件。 ( 收稿日期：2011-04-10 ) ( 作者简介：马 玲 (1980一)，男，讲 师 ，硕士，研究方向为乳品与肉品科学。E-mail： m10359@163.com ) 材料与方法 1.1 材料与试剂 原料乳 山西农业大学牧站；保加利亚乳乳菌、嗜热链球菌 山西农业大学食品科学与工程学院畜产品加工实验室；凝乳酶 丹麦 Chr Hansen公司；谷氨酰胺转胺酶(100U/g) 日本味之素公司。 1.2 仪器与设备 HPP-9272型电热恒温培养箱、DL-CJ-2F医疗型洁净工作台 北京东联哈尔仪器制造公司； HH型恒温水浴锅 江苏金坛市仪器制造公司；ALC-210.2型电子分析天平 上海精密科学仪器有限公司；pHS22型数显酸度计德国Sartorius公司； TMS-Pro 型质构仪美国FTC公司；干酪槽 自制。 1.3 方法 1.3.1 奶酪加工工艺流程 原料乳→标准化(酪蛋白：脂肪=0.7：1)→杀菌(63℃，30min)→冷却(37℃)→加发酵剂(体积分数0.05%、由嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌组合酶活配比1：1的混合发酵剂)→发酵→加谷氨酰胺转胺酶(每个试验组合按照试验工艺设计进行)→加凝乳酶(体积分数0.3%)→凝乳(30min)→凝乳切割→搅拌→乳清排出→压榨成型→盐渍→拉伸→真空包装十成熟→产品 1.3.2 工艺条件优化试验 选择 Box-Behnken 设计[15-16]进行工艺条件优化试验，指标为产率、硬度和弹性，水平编码见表1。 表1 Box-Behnken 设计因素水平编码表 Table 1 Factors，levels and codes of central combination rotation tests 因素 一1 0 1 X TG添加量/(g/100mL) 1.41 1.00 0.59 X作用温度/℃ 30 37.5 45 Xs作用时间/min 30 60 90 1.3.3 指标测定 产率：每个处理组合为1000mL原料乳，测定乳的密度，计算质量mi/g，同时加上每个处理组合所加入的发酵剂和酶溶液的质量 m2/g， 最后每个处理组合奶酪的质量为m3/g，计算产率： 硬度和弹性：利用质构仪对干酪进行结构数据分析(texture profile analysis， TPA)测定，测前设定参数：形变量为50%、检测时运行速度10mm/min、力量感应元量程500N， 起始力0.2N，所用探头型号为直径10mm 的圆柱形探头。 1.3.4 数据处理及分析 采用SAS 软件进行数据分析同时用 Matlab 软件作图。 2 结果与分析 2.1 TG对奶酪各响应值影响的回归方程的建立与检验 表2 Box-Behnken 设计方案及结果 Table 2 Design and results of Box-Behnken tests 试验 设计 Y产 Y硬 Y弹 号 Xi X2 X3 率/% 度/N 性/mm -1 -1 0 10.26 9.8 6.37 2 -1 1 0 10.14 12.0 6.55 3 1 -1 0 10.94 24.6 7.44 4 11 1 0 12.19 29.7 8.87 5 0 -1 -1 10.23 15.0 6.64 6 0 -1 1 9.75 16.4 6.67 7 0 1 -1 10.27 19.8 6.78 8 0 1 1 11.12 19.0 6.99 9 -1 0 一1 9.93 6.8 6.26 10 1 0 -1 11.82 25.2 7.92 11 -1 0 1 9.79 8.3 6.58 12 1 0 1 10.30 20.7 7.57 13 0 0 0 10.12 14.7 5.97 14 0 0 0 10.16 15.2 5.82 15 0 0 0 10.08 14.9 6.08 表3响应值产率的回归模型方差分析 Table 3 Variance analysis of the regression model for the responsevalue of the yield of cheese 方差来源 自由度 平方和 均方 F值 P值 X1 3.29 3.29 30.36 0.0027 X2 1 0.81 0.81 7.44 0.041 X3 1 0.21 0.21 1.92 0.22 X 1 0.71 0.71 6.60 0.050 X 1 0.38 0.38 3.54 0.12 1 0.037 0.037 0.34 0.58 XLX2 1 0.47 0.47 4.33 0.092 XX 1 0.48 0.48 4.39 0.090 X2X3 1 0.44 0.44 4.08 0.099 模型 9 6.81 0.76 6.98 0.023 误差 0.54 0.11 总和 14 7.35 R2=0.93 注：P<0.01为影响极显著；P<0.05为影响显著。 由表3可知，回归方程的模型检验达到显著(P<0.05)，说明产率的回归模型的预测值与实际值非常吻合，模型成立。决定系数 R²=0.93，表明所研究的因素对响应值产率的影响达到93%。X对产率的影响达到极显著(P<0.01)，Xz对产率的影响达到显著(P<0.05)，其余均不显著(P>0.05)。 同样对响应值硬度回归模型的方差分析表明：回归 方程的模型检验达到极显著(P<0.01)，说明硬度的回归模型的预测值与实际值非常吻合，模型成立。决定系数R2=0.99，表明受所研究的因素可以对响应值硬度的影响达到99%。Xi、X2、X22、XiX3对硬度的影响达到极显著(P<0.01)，X²对硬度的影响达到显著(P<0.05)，且Xi对硬度的影响大于X2c 对响应值弹性回归模型的方差分析表明：回归方程的模型检验达到极显著(P<0.01)，说明弹性的回归模型的预测值与实际值非常吻合，模型成立。决定系数R?=0.97，表明受所研究的因素可以对响应值弹性的影响达到97%。Xi、X2、X2²对弹性的影响达到极显著(P<0.01)， X2、XX2对硬度的影响达到显著(P<0.05)。 分别以硬度、弹性、产率为响应值， TG添加量、作用温度和作用时间为3个因子编码值的数学回归模型： 0.34XLX2-0.35XLX3+0.32X22+0.33X2X3-0.10X3² 2.2 因素间交互作用对响应值的影响 a.产率(固定水平： TG 添加量1.00g/100mL；作用温度37.5℃；作用时间60min。) 作用温度37.5℃；作用时间60min。) c.弹性(固定水平： TG添加量1.00g/100mL； 作用温度37.5℃；作用时间60min。) 图1 各因素交互作用与响应值之间的响应面图和等高线图 Fig.1 Response surface and contour plots for the effects of cross-interaction among factors on the yield， hardness and elasticity of cheese 由图1a可知，产率随 TG 添加量的增加和作用温度的升高而增加，这与文献[4]报道一致。且 TG 添加量对其的影响大于作用温度。在确定的 TG 添加量和作用温度的情况下，作用时间对产率的影响不大。 由图1b可知，随着 TG 添加量和作用温度的增加，硬度呈增加的趋势， 且TG添加量对硬度的影响大于作用温度，与文献报道一致。 TG 添加量和作用时间之间交互作用对硬度的影响较大，硬度随 TG 添加量的增加和作用时间的延长而增大，同样TG 添加量对硬度的影响大于作用时间[17-191。在TG 添加量确定的情况下，硬度随作用温度的升高先降低后增加，而作用时间变化对硬度的影响较小。从图1b比较可知，因素之间交互作用的大小顺序为 XLXs>XiX2>X2X3，与回归模型系数显著性检验结果一致。 由图1c可知，弹性都随着各因素水平的增加而先降低后增加，与文献[20]报道 TG 会提高凝胶的弹性相一致。从图1c等高线可得，因素之间交互作用的大小顺序为XiX2>XX3>X2X3， 与回归模型系数显著性检验结果一致。 2.3 工艺参数的优化 由于硬度和弹性的响应值在实际中应该是适中为好，所以前面的分析对各因素变化对硬度、弹性之间的影响作了分析。利用软件进行寻优分析时以产率为响应值，得到要使产率达到最大值的各因素的取值为X=1、X2=1、X3=-0.92949，此时产率理论最大值为12.27%。即最佳工艺参数为 TG 添加量 0.59g/100mL、作用温度45℃、作用时间22.88min。经过验证实验在最佳条件下得到奶酪的实际产率为11.93%，与理论预测值接近。 3 结 论 通过响应面法试验，建立了响应值产率、硬度、弹性与各因素之间的数学回归模型，同时对回归模型进行了方差分析、确定了要使产率达最大值的最佳条件。结果表明：TG添加量对奶酪的硬度、弹性和产率的影响都达到极显著，作用温度对奶酪硬度的影响达到极显著，对奶酪弹性和产率的影响都达到显著。TG 添加量与作用时间的交互作用对奶酪硬度的影响达到极显著，TG添加量与作用温度的交互作用对奶酪弹性的影响达到显著。在TG添加量为0.59g/mL、作用温度45℃、作用时间 22.88min 的工艺条件下，奶酪的产率理论最大值达 到12.27%，经过验证实验得到奶酪的实际产率为11.93%。建立的数学模型能很好地预测各因素与产率之间的关系。 ( 参考文献： ) ( [1] N IELSEN P M. 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