由钠基和钾基乳化盐组成的二元混合物对加工奶酪酱的物理化学性质、质地、粘弹性能以及感官特性的影响

《International Dairy Journal》：The impact of binary mixtures composed of sodium- and potassium-based emulsifying salts on the physicochemical, textural, viscoelastic and organoleptic properties of processed cheese spreads

　　

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  乳化盐的二元混合物类型会影响加工奶酪的质地。
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  粘弹性模量证实了加工奶酪具有弱凝胶行为。
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  机械性能与感官分析的结果相关。
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  所有配方的加工奶酪的涂抹性保持相似。
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  乳化盐混合物的类型对颜色属性有轻微影响。

引言

加工奶酪（PC）和加工奶酪涂抹酱（PCS）是复杂的多组分乳制品，也可以定义为水包油乳液，它们是通过将天然奶酪（不同类型和成熟度）与乳化盐（ES）、水、乳脂以及其他可选的乳制品或非乳制品原料加热和搅拌制成的。在制造PC和PCS的过程中，可以使用从奶酪切片切割过程中产生的边角料（在形状、重量方面不符合特定商业要求）。因此，乳制品行业通过这种方式显著减少了食品损失和/或浪费，不仅降低了乳制品行业的环境足迹，还确保了生产出经济上可承受的商品。因此，PC和PCS的制造可以作为资源效率和循环经济的战略工具（Guinee等人，2004；Salek等人，2020；El-Bakry和Mehta，2022）。

在PC和PCS的制造过程中，原材料混合物会持续搅拌并加热（通常在90–100°C范围内），由于乳化盐的存在，形成了均匀光滑的基质。最常用的乳化盐是磷酸盐或柠檬酸盐（磷酸酯或柠檬酸酯），由于它们的化学性质，添加这些盐也可以改变产品的pH值，理想的pH值应在5.6到6.0之间（Glass和Doyle，2013；Kapoor和Metzger，2008）。混合物的pH值影响蛋白质的分布、水合情况、溶解度以及钙的螯合过程，在此过程中，钠离子（或钾离子；取决于所使用的乳化盐类型）与天然奶酪中的钙离子交换，从而形成最终的产品结构（Buňka等人，2024；Fox等人，2017）。然而，如果选择了不合适的乳化盐，其缓冲能力可能会导致较高的pH值，最终产品可能会具有不良的质地（Buňka等人，2024；Guinee等人，2004）。乳化盐通过破坏酪蛋白胶束上的磷酸钙纳米簇中的钙键来防止形成不均匀的结构。通过上述机制，天然溶解度较低的羧甲基酪蛋白被转化为钠羧甲基酪蛋白（或钾羧甲基酪蛋白），这是一种溶解度更高且乳化性能更强的形式（Fox等人，2017；Lucey等人，2011）。这种转变使得乳化过程成为可能，该过程包括脂肪乳化和蛋白质水合（Buňka等人，2024；Lenze等人，2019）。在乳化过程中，会形成新的钙键、二硫键和氢键，以及钙和磷酸盐的复合物，这些共同增强了产品的质地。因此，成功的乳化过程依赖于优化的搅拌速度和处理温度以及控制冷却（Lucey等人，2011；Vollmer等人，2021）。

最终产品的具体性质在很大程度上取决于所使用的乳化盐的分子结构。线性链的磷酸酸衍生物因其高溶解度和离子交换能力而常见。磷酸钠盐常用于混合物中，因为它们的性质会随着链长的变化而显著变化（Buňka等人，2024；Lucey等人，2011）。短链磷酸盐主要用于调节混合物的pH值，尽管它们的离子交换能力较低（Lu等人，2008）。相反，多磷酸盐的缓冲能力较低，但离子交换潜力较高，这改善了脂肪的乳化和水分的稳定性，最终使得产品的质地更加坚固（Deshwal等人，2023）。

基于钾的乳化盐与基于钠的盐类似，通过促进钙的螯合和必要的离子交换来帮助乳化（Hoffman等人，2012；Johnson等人，2009；?antová等人，2024）。然而，当使用钾时，最终产品可能会表现出不同的功能特性——这主要取决于替代的程度。部分替代钠通常不会导致最终性质的显著变化，但在较高替代水平下，产品可能会表现出较低的粘度，这在PC（Mozuraityte等人，2019；Nogueira等人，2018）及其类似产品（El-Bakry等人，2011）中观察到。非常高的替代比例或完全替代钠乳化盐也会导致PC的硬度和凝聚力显著降低（El-Bakry等人，2011；Johnson等人，2009）。当替代比例保持在一定范围内（通常在25%到50%之间）时，最终产品的外观接受度与使用钠基乳化盐的产品相当（Buňka等人，2024；Nogueira等人，2018）。然而，较高的钾含量可能会对感官特性产生负面影响，可能导致酸味或金属味的异常 taste（Chavhan等人，2015；Ferr?o等人，2018）。另一方面，最近的研究表明，基于钾的乳化盐可以成功替代基于钠的乳化盐，尽管最终产品的质地取决于其类型和浓度（?antová等人，2024，2026）。

虽然之前的研究已经考察了仅由钠盐或钾盐组成的不同乳化盐系统的性能（?antová等人，2024，2026），但钠盐和钾盐组合在PC系统中的行为仍有待研究。当前研究的新颖之处在于评估含有钠盐和钾盐的二元混合物（四钠二磷酸盐 – TSPP，Na₄P₂O₇；一钠磷酸盐 – MSP，NaH₂PO₄；一钾磷酸盐 – MKP，KH₂PO₄；四钾二磷酸盐 – KTPP，K₄P₂O₇）在不同比例下的效果。本研究的目标是确定这些二元混合物如何影响模型PCS的物理化学、粘弹性、质地和感官特性，从而为逐步减少钠的使用提供实际见解。

部分摘要

用于制造加工奶酪涂抹酱样本的成分

用于制造模型PCS样本的成分包括：Edam奶酪块[干物质含量（DM占w/w的50%]，脂肪含量（FDM占w/w的30%）；Lacrum s.r.o.，Velké Mezi?í?í，捷克共和国；黄油（w/w FDM占82%，w/w DM占85%）；Madeta a.s，?eské Budějovice，捷克共和国；水，以及以不同比例添加的乳化盐混合物。所选的乳化盐包括两种钠基盐（TSPP，Na₄P₂O₇；MSP，NaH₂PO₄）和两种钾基盐（MKP，KH₂PO₄；KTPP，K₄P₂O₇）。所有乳化盐

干物质、水分活度和pH值的测定

使用TSPP/MKP制备的样本的干物质（w/w）含量范围为38.87%至39.97%，而MSP/KTPP混合物的干物质含量在38.73%至40.06%之间。轻微的波动和偏离目标40%w/w的干物质含量可能是由于所用原材料的差异所致（Buňka等人，2024；Nagyová等人，2014）。尽管干物质含量的范围较窄，表明对宏观性质的影响可以忽略不计，但这些变化可能会影响产品的粘弹性

结论

当前工作强调了乳化盐组成在确定PCS技术性能方面的重要性。尽管所有测试的PCS样本在物理化学特性和乳液稳定性方面相似，但在机械特性方面存在显著差异。使用较高水平二磷酸盐制造的PCS表现出更硬、更有弹性的网络结构，而较高比例的单磷酸盐则导致了更软、更黏稠的基质。

CRediT作者贡献声明

Magdaléna Zvonková：撰写 – 初稿，方法论，研究。Richardos Nikolaos Salek：撰写 – 审稿与编辑，可视化，监督，软件，项目管理，方法论，研究，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。Martin Adámek：撰写 – 审稿与编辑，可视化，方法论。Zuzana Lazárková：撰写 – 审稿与编辑，可视化，方法论，正式分析。Ji?í Ml?ek：撰写 – 审稿与编辑，

伦理声明

本研究在Zlín的Tomas Bata大学进行，该校没有正式的感官分析伦理委员会。然而，所有研究均遵循《赫尔辛基宣言》中规定的伦理原则进行。此外，所有参与者都被告知研究的目的和潜在风险，并在参与前提供了书面同意。所有参与者都清楚他们可以在任何时候退出研究

资助

本研究得到了Zlín的Tomas Bata大学内部资助机构（资助编号IGA/FT/2026/007 和 IGA/FT/2026/005）以及Brno技术大学的内部项目（资助编号FEKT-S-26-8969）的财政支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能会影响本文报告的工作。

Magdaléna Zvonková|Richardos Nikolaos Salek|Martin Adámek|Zuzana Lazárková|Ji?í Ml?ek|Eva Lorencová|Tereza Pakhofferová|Vendula K?rová|Tomá? Gryger|Anna Adámková