再制奶酪加工与配料.docx
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再制奶酪加工与配料
再制奶酪的配料与加工
天津科技大学干酪科学与工程研究室编译
摘要：
本文对再制奶酪在科学和技术问题进行综述。
本文阐述再制奶酪的理化特性、微观结构及其功能特性，影响再制奶酪功能特性的原料配比、组成成分和各种加工条件。
本文可供再制奶酪制造技术人员和乳品和食品科学专业的师生参考。
1引言
再制奶酪是由不同成熟期的天然奶酪混合，添加乳化盐、其他乳和非乳成分，通过加热和持续搅拌而成，具有一定的货架期的产品（Meyer1973；Thomas1973；Caricandothers
1985；Guineeandothers2004）。
再制奶酪的起源可以追溯到20世纪早期（Meyer1973）。
制造再制奶酪最初的目的是延长天然奶酪的货架期，替代天然奶酪，解决天然奶酪滞销的问题。
1911年，瑞士Gerber公司的WalTerGerber和FritzStettler发明了再制奶酪，他们融化瑞士奶酪并添加乳化盐柠檬酸钠制造出了光滑均一的再制奶酪。
1916年，美国人J.L.Kraft把
天然奶酪保存在罐头里，通过加热和搅拌延长其货架期。
美国PHenix奶酪公司的工人和J.L.Kraft把磷酸盐作为乳化盐应用到再制奶酪加工之中，促进了再制奶酪的进一步发展。
从1916
年到1938年美国PHenix奶酪公司获得了大量与再制奶酪相关的专利。
1.1法律定义
再制奶酪是美国联邦条例法典（CFR）定义的奶酪分类CFR规定，再制奶酪分为三大类，即巴氏杀菌再制奶酪（PC）、巴氏杀菌再制奶酪食品（PCF）和巴氏杀菌涂抹型再制奶酪（PCS）。
表1概述了这三大类再制奶酪的成分及其含量。
除了CFR描述的三大类之外，还
有一类再制奶酪未下定义即再制奶酪产品。
这种再制奶酪含有的成分与其他再制奶酪类似，但是不允许在PC、PCF和PCS的配方中使用某些成分，如牛乳蛋白浓缩物。
1.2产量和市场趋势
美国再制奶酪2005年的全部产量约为1014万吨（IDFA2006）。
天然奶酪2005年的产量大约为4149万吨。
再制奶酪在超市奶酪销售额中居于首位，达到243万吨，其次是chedda（r240万吨），其后是mozzarella（120万吨）（IDFA2006）。
切片是超市销售的再制奶酪的主要产品，占销售量的74%。
2004到2005年间，低脂再制奶酪产量大幅增长（IDFA2006）。
尽
管低脂再制奶酪目前还是一个小类别，但具有巨大的增长潜力。
表1美国CFR定义再制奶酪的三个类别
类别
主要成分和辅助成分（允许添加量）
水分含量（%W/W）
脂肪含量（%W/W）
pH
再制奶酪
奶酪（成品含量≥51%（W/W））乳化剂、酸化剂奶油，无水乳脂肪，无水奶油（成品中脂肪含量≤5%
（W/W））
水，盐，色素，调味香精，酶改性奶酪霉菌抑制剂（成品含量≤0.2%或≤0.3%（W/W））防粘剂（成品含量≤0.03%（W/W））
≤40
≥30
≥5.3
再制奶酪食品
奶酪（成品含量≥51%（W/W））其他成分及允需添加量同再制奶酪牛乳，脱脂乳，酪乳，奶酪乳清
≤44
≥23
≥5.0
涂抹型再制奶酪
奶酪（成品含量≥51%（W/W））其他成分及允需添加量同再制奶酪食品食用胶，甜味剂，乳酸链球菌素（成品含量≤250mg/kg）
40-60
≥20
≥4.0
1.3再制奶酪的应用和功能特性
再制奶酪以片状、块状、碎片状和涂抹型等形式制造和销售，还作为其他产品的配料（图
1）。
Guinee（2002）根据再制奶酪的最终用途，将其功能特性分为不可融性和可融性两大类别。
表2和表3分别介绍了再制奶酪不可融和可融特性。
某些再制奶酪的应用需要可融特性和不可融特性的最佳结合，例如，用于面包上的再制奶酪不仅要具有较高硬度和粘结性，（高硬度和粘结性可以使其在低温下易于切割），具有正常的可融性和拉伸性能，通过加热可使其软化，还要具有较高的融化粘度，在食用或烹制的时候奶酪不会从面包中流出。
用于三明治的再制奶酪不仅要具有硬度、粘性和一定的附着性使其在制作的时候具有适当的机械加工性能，烤制过程中具有正常的熔融性能。
因此，不同的产品需要再制奶酪不同的功能特性。
图12005年不同形式再制奶酪在美国超市中的销售份额图
2再制奶酪的制造
图2为再制奶酪加工的工艺流程图。
Meyer（1973）、Zehren和Nusbaum（2000）已经详细描述了再制奶酪加工的步骤及所应用的设备。
再制奶酪的制造主要分为两个阶段：
2.1原料的选择和配比天然奶酪的选择和破碎（天然奶酪的选择要注意其成熟期、pH、风味和完整酪蛋白的
含量）；乳化盐的选择；其他成分的配比和估算（要符合政府法规中规定的成品水分含量、脂肪含量、盐的含量和pH值）；加热和混合；包装、冷却和贮藏。
再制奶酪制造的第一阶段包括原料的选择和配方的优化。
按表1所述，再制奶酪的配方中除了天然奶酪和乳化盐之外，还有其他乳和非乳成分（色素、调味料、香精、食用胶和霉菌抑制剂等）。
不同成分影响再制奶酪的理化性质、风味和功能特性。
恰当的选择天然奶酪和乳化盐很重要，因为它们对成品的性质有很大影响。
Guinee等（2004）总结了某些成分对再制奶酪最终特性的影响。
在“配方和成分”部分中讨论成分和配比对再制奶酪性质的影响。
图2再制奶酪加工工艺流程图
2.2再制奶酪的工艺和贮藏
根据设计的配方，通过加热和搅拌把各组分混合均匀，然后进行包装和冷却。
尽管CFR规定再制奶酪加工的最低温度和时间是65.5℃，30s（FDA2006），但是制造着采用熔融锅
和操作条件不同。
熔融锅产量、类型（有间歇式和连续式之分），搅拌和混合方式，加热方式（有间接加热或蒸汽直接喷射）均有不同（Meyer1973；Berger等1998；Zehren和Nusbaum2000）。
应用普遍的是单/双螺旋熔融锅（BlentechCooker，BlentechCorp.，RohnertPark，Calif.，U.S.A.）或者带高速切刀的间歇式熔融锅（StepHanCooker，SympakInc.，Mundelein，Ill.，U.S.A.）。
低速单/双螺旋熔融锅的操作条件为：
搅拌速度50~150r/min，产品温度范围
70~90℃，操作时间3~7min。
高转速熔融锅的转速为1500~3000r/min，温度95-100℃，时间2~5min。
最近，一种名为RotaTherm的连续式蒸汽喷射熔融锅（GoldPegIntl.PtyLtd.，Victoria，澳大利亚），用于再制奶酪的大批量生产。
这种熔融锅的转速较高（600~1000r/min），温度达到90℃以上，融化时间30~40s。
最近，生产再制奶酪时将混料加热到130~145℃维
持2~3s（Berger等1998），这种UHT工序得到了广泛的应用。
大多数熔融锅加热为蒸汽直接喷射式。
研究人员已经证明，加工条件如熔融时间、熔融温度、搅拌速度及再制奶酪的冷却速度对再制奶酪的功能性质有重要的影响，在后面的“工艺条件”一节中将详细讨论这些影响。
再制奶酪加工中又一重要的程序是使用在线快速检测法检测再制奶酪中脂肪和水分的含量。
两者的检测是为了使再制奶酪成分符合CFR标准，其中最常使用的是近红外光谱技术
和微波技术。
表2再制奶酪非融化性的定义，加工中的重要性和常用的测定方法
项目
定义
重要性
测定方法
硬度
再制奶酪（在室温和低温情况下）遭受外力抵制变性的能力。
1.切片过程中机械加工性能（低温冷藏环境）。
2.为了零售和其他产品制作制备碎奶酪时保持完整性的能力。
3.冷三明治加工过程中保持切片完整性的能力。
1.“指纹”试验
2.切片能力测试
3.单轴压缩试验（质构图分析，拉伸强度测试）：
可承受最大挤压力。
4.穿透力测定：
可承受最大穿透力。
5.低温动应力流变试验：
弹性模量。
脆度
再制奶酪遭受外力时的破碎程度。
1.奶酪加工工过程中搓碎时保持完整性的能力。
2.沙拉制作过程中保持最佳脆性的能力。
1.单轴压缩试验（质构图分析，拉伸强度测试）：
压缩过程中第一个峰（断裂点）出现时所受的力。
弹性
再制奶酪在外力去除时恢复原型的程度。
1.切片过程中机械加工性能（低温冷藏环境）。
2.为了零售和其他产品制作制备碎奶酪时保持完整性的能力。
1.单轴压缩试验（质构图分析，拉伸强度测试）。
2.滚动试验：
从压延辊和冷冻区出来的切片样品立即沿与冷藏区垂直和平行方向运动，注意其断裂点。
粘结性
再制奶酪抵制与它接触的原料分离的能力。
1.切片过程中机械加工性能（低温冷藏环境）。
2.在“片叠片”产品和单独片状包装产品中分离的能力。
3.在冷奶酪和涂抹奶酪食品中的黏着性。
1.单轴压缩试验（质构图分析）。
2.切片分离试验：
用手分离每张切片（“片叠片”产品和单独片状包装产品），同时评价切片粘性。
表3再制奶酪熔融性质、定义、加工中的重要性及测量方法
性质
定义
重要性
测量方法
融化性
再制奶酪在加热条件下
1.
吐司三明治、汉堡
1.
Arnott测量方法
的软化趋势
等。
能够保持均一的
2.
Schreiber融化方法
软化过程，使油脂析
3.
动态应力流变测试
出降低到最小程度，
（DSR）
适用于吐司三明治
4.
融化高度测试（UW
和其他加热备用食
MeltmeTer）
品。
5.
黏度快速分析仪
2.
比萨饼上的奶酪丝，焙烤奶酪棒，香肠奶酪，汉堡馅饼
（RVA）
粘性/流动性
再制奶酪在完全融化后
1.
从熔融锅中倾倒出
1.
Arnott测量方法
延伸和流动的趋势
时的粘性
2.
Schreiber融化方法
2.
生产过程中泵输送
3.
融化管测试
能力
4.
动态应力流变测试
3.
包装期间奶酪棒的
（DSR）
最佳热形成能力
5.
融化高度测试（UW
4.
烘焙过程中的流动
MeltmeTer）
性
6.
黏度快速分析仪
（RVA）
拉伸能力
加热后的再制奶酪所能
1.比萨饼上的奶酪丝
1.
比萨“叉子”测试：
再
拉伸的长度
焙烤奶酪棒
制奶酪撕碎后放于
焙烤的比萨表面，待
奶酪融化后用叉子垂直挑起比萨上层的奶酪，测量奶酪被挑起的高度。
3再制奶酪特性因素与配料
CFR规定，再制奶酪的成分主要包括天然奶酪和其他成分，如乳化盐。
大部分制造着调
整配料以满足再制奶酪的品质需求。
一般情况下，再制奶酪的配料主要取决于再制奶酪的类型和最终的用途。
不同的化学成分和配料影响再制奶酪成品的功能特性。
由于所选用的天然奶酪（类型和成熟时间）、成本、其它成分的有效性，是否返工，这些参数每天都不相同。
制造者必须改变产品的配料以保证每批产品功能特性的一致。
相同的再制奶酪所使用的配料却有所不同。
再制奶酪的制作者通常会根据他们的经验选择适当的配料混入特定的配方中。
传统的再制奶酪制作者们靠经验决定原料的配比。
近年来，制作者们开始应用各种计算机软件来帮助计算最低成本配方的原料配比，他们只需输入想要的再制奶酪品质参数即可得到以成本和原料比例作为参数的最低成本配方。
例如，再制奶酪生产使用不同乳清和乳脂肪含量的原料（乳清粉、乳清蛋白浓缩物、乳脂肪、奶油粉等），它们的化学组成和市场价格不同，最低成本配方应用各种可用原料的成本和化学组成数据，基于它们对总成本的影响优选最低成本配方。
目前，作者实验室使用程序是Owl软件公司的“TichwizardTM”（Metzger2003;KapoorandMetzger2004）。
如前所述，不同的化学成分影响再制奶酪的性质，这些指标包括脂肪含量、水分含量、pH值、总钙含量、酪蛋白含量、乳糖含量、乳清蛋白含量等。
FDA于2006年对再制奶酪、
再制奶酪食品和涂抹型再制奶酪中的脂肪和水分含量做出了明确规定，由于每天制造再制奶
酪所用的天然奶酪的来源和成熟期有所不同，使再制奶酪的钙含量、pH值和酪蛋白含量也
有所不同，进而使再制奶酪的功能性也有所不同。
再制奶酪产品的品质除了受天然奶酪的影响外，添加的乳化盐的种类和量影响再制奶酪中钙的存在状态和再制奶酪pH值；其他的原料（脱脂乳粉、乳清粉、乳清蛋白浓缩物等）影响产品中乳清蛋白和乳糖的含量；再制奶酪化学成分的变化会对其功能性造成重大影响；再制奶酪配方中参数种类、量的重新设置同样会影响产品的最终品质。
因此，控制配方参数达到稳定的产品性质是非常重要的。
3.1总钙含量
再制奶酪中的钙总量不仅在加工过程中起重要作用，而且影响产品的功能性质。
较高的钙含量提高再制奶酪的制造难度，因此需要添加乳化盐将钙从天然奶酪中除去（Soodandothers1979;Caricandothers1985;Cavalier-SalouandCheftel1991;ZehrenandNusbaum2000）。
Cavalier-Salou和Cheftel（1991）在奶酪类似物，即酪蛋白酸钠的研究中发现随着奶酪类似物中钙含量的增加，奶酪的硬度增加，而融化性下降。
天然奶酪引起总钙含量变化中起主要作用。
总钙含量较高的天然奶酪制成的再制奶酪，其硬度较大且融化性较差（Olsonandothers1958;ZehrenandNusbaum2000）。
3.2pH值
再制奶酪的终pH值对其品质、微观机构和蛋白交互作用都有重要影响（PalmerandSly1943;Meyer1973;Marchesseauandothers1997）。
不同的研究者都证明了保证再制奶酪品质良好的pH值范围为5.4～5.8（PalmerandSly1943;Marchesseauandothers1997）。
根据Palmer和Sly（1943）的研究，当再制奶酪的pH值低于5.4或高于5.8时，其稳定性下降。
Marchesseau和其他人（1997）的研究检测了不同终pH再制奶酪的微观结构，发现低pH值（5.2）下，由于接近蛋白的等电点，再制奶酪的蛋白交互作用增强、更易聚合，对脂肪相的乳化作用减弱；而在较高pH值（6.1）下，再制奶酪的蛋白结构打开，因而乳化效果较好。
pH值为5.7的再制
奶酪具有均一的脂肪乳化状态和紧密的蛋白网络。
所以再制奶酪的终pH值是控制其结构和功能性的重要因素。
较早的一项研究证明了再制奶酪pH值对其硬度的影响（Templetonand
Sommer1932b），当再制奶酪终pH值的从5.0提高至6.2的过程中，其硬度开始一直提高，至大约pH值为5.8时达到最大硬度，之后随着pH值的提高，硬度下降。
与其相反，另有研究表明再制奶酪pH值与其融化特性间的相关性很小（Arnottandothers1957）。
乳化盐的种类和含量（见“乳化盐”）（Guptaandothers1984;Shirashojiandothers2006a）和天然奶酪的种类和成熟期（见“天然奶酪”）都对最后的再制奶酪pH值有明显影响。
上述这些研究没有进行各因素综合效果的研究，也没有强调这些因素影响了再制奶酪品质的程度和机理。
目前，作者实验室正在研究这些因素对再制奶酪品质综合作用。
3.3乳化盐
乳化盐是由单价阳离子和多价阴离子组成的离子化合物，它在再制奶酪生产中的两个重要作用是脱钙——即切断天然奶酪中的酪蛋白磷酸钙的蛋白网络和调节pH值。
这两个作用促进天然奶酪中的酪蛋白水合，形成再制奶酪均一的乳化结构（Ellinger1972;Meyer1973;Caricandothers1985;Guineeandothers2004;MizunoandLucey2005）。
CFR允许13种乳化盐单独或复合用于再制奶酪生产（21CFR133.169to133.180），它们包括磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、磷酸氢二钾、六聚偏磷酸钠，焦磷酸钠，焦磷酸四钠，磷酸钠铝，柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸钙、酒石酸钠、和酒石酸钾钠。
美国奶酪加工业中最常用的乳化盐为柠檬酸钠和磷酸氢二钠。
在片状再制奶酪加工中首选柠檬酸钠，反之，长方块状再制奶酪及涂抹型再制奶酪则选用磷酸氢二钠。
六偏磷酸钠有时也作为乳化盐使用。
另外磷酸铝钠是近来十分流行的乳化盐，磷酸铝钠在以凝乳酶酪蛋白为原料的类莫扎里拉再制奶酪制造发挥了优异的加工效果。
表4为乳化盐的物理化学性质及对奶酪加工的影响
钙离子的螯合能力和钙从酪蛋白中的去除能力是选择乳化盐中最常见的问题。
目前已经建立了各种不同的模型体系（Cavalier-SalouandCheftel1991;Guineeandothers2004;MizunoandLucey2005），研究乳化盐的重要性质以及乳化盐种类、乳化盐的不同添加量对再制奶酪的影响。
然而，再制奶酪中对于乳化盐与钙和酪蛋白之间的交互作用还未得到充分的解释。
表4-乳化盐的物理化学性质及对奶酪加工的影响
物理化学性质对奶酪加工的影响
乳化盐
化学式
分子量
融化性
pH
奶酪pH
硬度
融化性
柠檬酸钠
NaH2C6H5O7.2H2O
294
75
8.6
5.9
32
131
磷酸二氢钠
NaH2PO4.H2O
138
85b
4.5
5.1
27
NMd
磷酸氢二钠
Na2HPO4.2H2O
178
80
9.1
5.8
32
70
磷酸三钠
Na3PO4.12H2O
380
11b
11.9
7.3
26
70
磷酸氢二钾
K2HPO4
174
160
8.9
5.9
29
76
六偏磷酸钠
（NaPO3）n
（102）n
157
6.6
5.2
33
NM
磷酸铝钠
9.2
5.9
33
101
3.4乳糖含量再制奶酪中乳糖的含量需要在再制奶酪制作中加以控制，因为在再制奶酪中，如果乳糖含量过高会导致形成乳糖晶体或者美拉德褐变。
脱脂奶粉和乳清粉是再制奶酪中两种主要成分。
在再制奶酪中由于脱脂奶粉或乳清粉的添加而出现乳糖晶体问题已有研究（Templeton
andSommer1932a，1934;Thomas1973;Berger等1998）。
再制奶酪中乳糖结晶取决于乳糖的最大浓度，乳糖在再制奶酪的水相中可溶解（TempletonandSommer1932a;Thomas1973）。
在20℃时乳糖的最大浓度为17%（TempletonandSommer1932a;Harper1992）。
所以要保持再制奶酪的水相中乳糖的总量低于17％，避免乳糖结晶。
因此，在制定再制奶酪的配方时，对于再制奶酪食品（44%水分产品）和涂抹型再制奶酪（60％水分产品）而言，制造着应确保再制奶酪中的最终乳糖含量不超过7.48%。
由于乳糖的添加及美拉德褐变，导致变色泽和异味（Thomas1969）。
Thomas（1969）指出生产后的贮存温度和时间以及再制奶酪中pH
值对再制奶酪的褐变均有显著影响。
他建议再制奶酪的储存温度不高于35℃，时间不超过6
周。
3.5乳清蛋白含量
乳清蛋白约占牛奶中总蛋白含量的20％（Eigel等1984）。
牛奶中约80％的乳清蛋白由β-乳球蛋白和α-乳清蛋白组成。
从加工角度看，β-乳球蛋白的重要特征之一是其结构中存在自由巯基（Wong等1996）。
乳清蛋白对热处理非常敏感，在60～70℃时变性，β-乳球蛋白变性的温度可以使自由巯基暴露出来，使之与其他β-乳球蛋白和κ-酪蛋白分子通过二硫键相互交联（Sawyer等1963;Wong等1996）。
在再制奶酪配方中使用的脱脂奶粉和乳清粉会增加再制奶酪中乳清蛋白量。
由于乳清蛋白可以相互交联，并可以在高温下与酪蛋白交联，所以再制奶酪中乳清蛋白较高含量不仅会影响其感官特性，而且也可导致最终再制奶酪硬度提高和融化性下降。
（GuptaandReuTer1992;ThapaandGupta1992a;Ido等1993;AbdEl-Salam等1996;Al-Khamy等1997;FayedandMetwally1999;MlekoandFoegeding2000，2001;Laye等2004）。
CFR明确定义了再制奶酪生产中各种乳基原料的标准（表1）。
脱脂乳粉及乳清、乳清粉、
乳清浓缩蛋白等以乳清为基础的乳原料可用于生产再制奶酪食品和涂抹型再制奶酪。
由于再制奶酪的配方中加入这些原料有助于降低产品成本，制造着经常在他们的产品中最大限度的加入脱脂乳粉和乳清类原料。
这些通常用于再制奶酪生产的原料的添加量不会引起再制奶酪品质的显著变化。
然而由于商业脱脂乳粉以及甜乳清粉中的乳糖含量分别约为50%和75%，
商业脱脂乳粉和乳清浓缩蛋白中含有大量乳清蛋白，当使用脱脂乳粉和其他以乳清为基础的原料用于再制奶酪食品和涂抹型再制奶酪的生产时，需要考虑这两个重要的配方因素。
也就是这些原料中乳糖含量和乳清蛋白含量对最终再制奶酪的影响。
3.6返工物料
“返工”是一个专业术语，指工厂中生产的再制奶酪由于各种原因不能出售的再制奶酪重新加工利用。
返工的物料包括生产线转换时损失的再制奶酪，切片运转时刮下的及边缘的物料，熔融锅、生产线上、料斗中和包装机器中残留的再制奶酪（Kalabandothers1987）；以
及那些经过质检后，由于重量、包装不合格或有质量缺陷等问题被拒收的奶酪（Kichlineand
Scharpf1969;ZehrenandNusbaum2000）。
返工的物料被加入新加工的奶酪中混合并再制。
Lauck（1972）指出，生产再制奶酪时产生返工奶酪的量占总产量的2%～15%。
由于返工
的奶酪已经过乳化过程并含有乳化盐，因此在新鲜奶酪中加入返工奶酪给生产带来一定困难，影响再制奶酪最终的功能特性。
一般而言，加入返工的奶酪会降低产品的融化性，使产品更为坚实。
Kichline和Sharpf
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