基于玻璃化转变理论的Mozzarella干酪流变学特性变化机制研究

Mozzarella is one of the most popular cheeses. Rheological properties are the most important processing quality for Mozzarella. Currently there is no systematic study of changes in the rheological properties of Mozzarella cheese under the change mechanism of different rheological state and the intramolecular structure. This project use the glass transition theory to research the rheological properties of Mozzarella. We use DSC detect the thermal characteristics combined with thermodynamic models and equations to get the state diagram of Mozzarella. The Mozzarella cheese was divided into three states: glassy, rubbery and viscous flow state. We detected the rheological properties in different state, use fluorescence spectroscopy to study the hydrophobic interaction changes, use Fourier Transform Infrared Spectroscopy to study the secondary structure changes of cheese protein, analysis the structure and intermolecular forces changes. Through all this methods, we aimed to explain the reason of the rheological changing properties of Mozzarella. This study has a very important guiding significance and practical value in cheese storage stability, processing and consumption quality.

Mozzarella干酪是目前市场消费量最高的干酪之一，其流变学特性是其最重要的加工品质，目前对Mozzarella干酪流变学特性变化机制及不同流变学状态下分子内部结构变化研究较少。本项目借助聚合物科学中玻璃化转变理论，将Mozzarella干酪作为聚合物进行研究，利用差示扫描量热仪分析其热特性，结合热力学模型及方程，绘制Mozzarella干酪转化状态图，将Mozzarella干酪分为玻璃态、橡胶态和粘流态三个状态，测定不同状态下其流变学特性变化规律，利用荧光光谱法研究干酪状态改变后疏水作用变化；利用傅里叶红外光谱法研究干酪蛋白质二级结构的变化，结合玻璃转化理论分析干酪分子间作用力变化方式，阐明Mozzarella干酪流变学变化机制，此研究对干酪贮藏稳定性、加工过程以及消费品质等都具有极为重要的意义和实际应用价值。

项目背景：Mozzarella干酪是目前市场消费量最高的干酪之一，其流变学特性(主要为黏弹性)是其最重要的加工品质，目前对Mozzarella干酪流变学特性变化机制及不同流变学状态下分子内部结构变化研究较少。研究内容：本项目借助聚合物科学中玻璃化转变理论，将Mozzarella干酪作为聚合物进行研究，利用差示扫描量热仪分析其热特性，结合热力学模型及方程，绘制Mozzarella干酪转化状态图，测定不同状态下其流变学特性变化规律，利用荧光光谱法研究干酪状态改变后疏水作用的变化；利用傅里叶红外光谱法研究干酪蛋白质二级结构的变化，分析干酪中蛋白二级结构及分子间作用力的变化，结合玻璃转化理论分析干酪分子间作用力变化方式，阐明Mozzarella干酪流变学变化机制。重要结果：本课题测量了含非冻结水及冻结水干酪样品的玻璃化转变,利用GAB模型、GT方程、Clausius-Clapeyron方程对水分活度、玻璃化转变温度以及冻结温度进行拟合，绘制出状态图。干酪的冻结终点温度为-19℃，最大冻结浓缩状态的玻璃化转变温度（Tg’）为-35.5℃，在此状态下的固形物湿基质量分数为79%；不同状态下干酪流变特性研究发现，热烫拉伸过程会造成部分脂肪损失，蛋白结构由三维网状结构转变为纤维状结构，结构更加致密，持水力提高，融化性下降。随着热烫、拉伸、融化等工艺的进行，分子间氢键逐渐减少。通过测定干酪玻璃转化温度，发现经过热烫拉丝的干酪的Tg值明显升高，说明热处理导致蛋白分子运动性下降，蛋白分子链更加紧密，分子间作用力增强；干酪中加入交联剂后蛋白矩阵更加稳定，分子运动性降低，干酪的融化性和拉丝性变差。去除部分脂肪会导致干酪的硬度增加，融化性和拉丝性降低。麦芽糖醇作为脂肪替代物替代脂肪的效果最好，能提高分子疏水作用，干酪的功能特性也有所提升。科学意义：本研究建立Mozzarella干酪状态图，对Mozzarella干酪质构、功能特性及流变学特性进行了深入分析研究。同时在研究中发现此基础理论同样可以应用于其他类型干酪的加工及质构改良中。本部分实验为低脂干酪、常温贮藏原制\再制干酪开发提供了非常有价值的指导。