《Journal of Dairy Science》：The effect of sodium- or potassium-based emulsifying salts on the physicochemical, mechanical, thermal, and sensory properties of processed cheese: A comparative study
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本研究针对再制干酪高钠问题，探讨了以钾基乳化盐（ES）替代传统钠基ES的可行性。研究人员系统比较了不同链长（磷酸氢盐、焦磷酸盐、三聚磷酸盐）的钾/钠基ES在不同添加量（2.0%-3.0%）下对再制干酪流变、质构、色泽、矿物组成及感官特性的影响。结果表明，钾基ES可显著降低产品钠含量（如2.0% DKP样品钠含量为4,495.1 mg·kg-1），同时获得与钠基ES相当甚至更优的质构和功能特性，为开发低钠健康乳制品提供了重要技术路径。
再制干酪作为一种广受欢迎的乳制品，因其风味多样、保质期长且便于涂抹而备受消费者青睐。然而，传统再制干酪在生产过程中通常需要添加相当比例的钠基乳化盐（Emulsifying Salts, ES），如磷酸钠、焦磷酸钠等，以实现脂肪乳化、蛋白质分散和形成稳定的凝胶结构。这导致最终产品中的钠含量居高不下，与当前全球倡导的低钠健康饮食趋势相悖。过量摄入钠是高血压、心血管疾病等慢性病的重要风险因素，因此，食品工业面临着开发低钠替代品的迫切需求。其中，一个颇具潜力的策略是使用钾盐部分或全部替代钠盐。然而，这种替代并非简单的等量替换，钾离子（K+）和钠离子（Na+）在离子半径、水合能力以及与食品组分（如蛋白质）的相互作用上存在差异，可能显著影响再制干酪的最终品质，包括质地、熔化性、风味和储存稳定性。因此，系统评估不同种类钾基乳化盐对再制干酪综合品质的影响，并与传统的钠基乳化盐进行对比，对于成功开发消费者接受的低钠再制干酪产品至关重要。
本研究旨在填补这一知识空白，全面探究了三种不同链长的钾基乳化盐（磷酸氢二钾，DKP；焦磷酸钾，TKPP；三聚磷酸钾，KTPP）及其对应的钠基同系物（磷酸氢二钠，DSP；焦磷酸钠，TSPP；三聚磷酸钠，STPP），在三种添加浓度（2.0%, 2.5%, 3.0%， wt/wt）下，对再制干酪在60天储存期（6°C ± 2°C）内各项理化指标和感官特性的影响。该研究论文发表在乳品科学领域权威期刊《Journal of Dairy Science》上。
为开展此项研究，研究人员采用了多种关键技术方法。研究以切达干酪为主要原料，严格按照标准化配方和工艺（包括剪切乳化、加热熔融、灌装和冷却步骤）制备了所有再制干酪样品。样本队列为实验室制备的模型再制干酪。分析手段包括：使用流变仪测定样品的粘弹性模量（G', G''）以评估其流变行为；利用质构分析仪测量硬度等参数；通过色差计测定产品色泽（L, a, b*值）；采用原子发射光谱法精确量化样品中的钾、钠、钙、镁等矿物质含量；运用差示扫描量热法（DSC）分析样品中水分的状态（自由水和结合水含量）；并通过机械振动阻尼测试评估样品的动态力学性能。此外，还组织了经过培训的感官评价小组对产品的外观、硬度、涂抹性、苦味、异味和总体可接受性进行评分。
流变特性
研究结果表明，乳化盐的类型和浓度对再制干酪的流变性质有显著影响。所有样品均表现为典型的弱凝胶行为，储能模量（G'）高于损耗模量（G''），且两者在测试频率范围内对频率的依赖性较小。随着乳化盐浓度的增加，无论是钾基还是钠基盐，样品的G'和G''值均呈现上升趋势，表明网络结构增强，产品变得更坚硬。在相同浓度下，含有三聚磷酸盐（KTPP和STPP）的样品通常显示出最高的G'和G''值，其次是焦磷酸盐（TKPP和TSPP），而磷酸氢盐（DKP和DSP）样品的模量值相对最低。这表明乳化盐的聚合度（链长）越长，其整合钙离子、促进酪蛋白溶解和形成更强凝胶网络的能力越强。比较钾基和钠基盐，在多数情况下，尤其是使用三聚磷酸盐时，钾基盐（KTPP）制备的样品其G'值高于对应的钠基盐（STPP）样品，表明钾基盐可能形成了更刚硬的网络结构。
质构特性
质构分析（硬度测定）的结果与流变学结果高度一致。样品的硬度随乳化盐浓度的增加而增加，也随储存时间的延长（从第1天到第60天）而显著增加（P < 0.05）。在各类乳化盐中，三聚磷酸盐（KTPP, STPP）赋予产品的硬度最大，焦磷酸盐次之，磷酸氢盐的硬度最低。同样，在相同类型和浓度下，钾基乳化盐样品（如KTPP）的硬度普遍高于对应的钠基样品（如STPP）。例如，在储存60天后，添加3.0% KTPP的样品硬度达到14.07 N，而添加3.0% KTPP的钠基样品硬度相对较低。这种差异可能与钾、钠离子对蛋白质水合和交联作用的不同影响有关。
仪器测色分析
产品的色泽是重要的感官指标。所有再制干酪样品均呈现亮黄色并略带红色调（L值接近100，a和b值为正）。研究表明，乳化盐的类型（钾基或钠基）和浓度对产品的L（亮度）、a（红/绿值）、b（黄/蓝值）等颜色参数均无显著影响（P > 0.05）。所有产品均具有消费者预期的、与再制干酪相符的色泽。
钾、钠、钙、镁含量
元素分析结果清晰地显示了用钾基盐替代钠基盐在降低钠含量方面的直接效果。使用钾基乳化盐显著提高了产品中的钾含量，同时大幅降低了钠含量。例如，添加2.0% DKP的样品，其钠含量仅为4,495.1 mg·kg-1，钾含量为20,603.5 mg·kg-1；而使用对应钠基盐DSP的样品，钠含量高达16,214.7 mg·kg-1。随着钾基乳化盐浓度的增加，产品钾含量进一步上升，钠含量维持在较低水平。钙含量的结果则反映了不同乳化盐整合钙离子的效率，通常三聚磷酸盐的整合能力更强。这些数据证实，通过选择钾基乳化盐，可以有效生产出“低钠”或“减钠”的再制干酪产品。
差示扫描量热法
DSC分析用于探测样品中水分的状态。结果表明，随着乳化盐浓度的增加，特别是使用链长更长的盐（如三聚磷酸盐），样品中可冻结水（包括自由水和部分结合水）的含量（Wf,s）减少，熔化焓（ΔHfus）降低。这意味着更多的水被紧密结合在蛋白质凝胶网络结构中，不易冻结。例如，添加3.0% KTPP的样品Wf,s为9.59%，而添加3.0% STPP的样品为13.96%。钾基盐样品（如KTPP）的冰晶熔化起始温度（Tonset）和峰值温度（Tp,m）倾向于比钠基盐样品（如STPP）更低，表明钾离子可能影响了水分子间的相互作用，形成了稳定性稍差的冰晶。这反映了钾、钠离子作为离液剂（chaotrope）和亲液剂（kosmotrope）对水结构的不同影响。
机械振动阻尼特性
通过测量位移传递率（Td）可以评估样品对机械振动的阻尼能力。所有样品在低频区出现共振峰（Td> 1），在高频区则表现出阻尼效应（Td< 1）。第一共振频率（fR1）越高，表明样品的动态力学刚度越大。研究发现，fR1随乳化盐浓度的增加而向高频移动，表明样品刚度增加。同样，三聚磷酸盐样品的fR1最高，磷酸氢盐样品最低。钾基盐样品的fR1普遍高于对应钠基盐样品，这与硬度测试结果相呼应，再次证实了钾基盐能形成更坚硬的质构。
感官分析
经过培训的感官评价小组在储存期内对不同样品进行了评估。令人鼓舞的是，使用钾基乳化盐并未对产品的整体外观产生负面影响，也未引起明显的苦味或化学金属味（P > 0.05），这是钾盐应用中最常担忧的问题。随着储存时间延长，所有样品硬度均有所增加。在涂抹性方面，钠基盐样品普遍被评价为具有最佳硬度和涂抹性。而部分钾基盐样品（特别是高浓度添加时）在储存末期表现出涂抹略困难的趋势。个别钠基盐样品（如TSPP）中发现了微小晶体，可能与不溶性磷酸钙的形成或盐溶解不完全有关。总体而言，钾基乳化盐制备的再制干酪获得了“非常好”到“优秀”的感官评分，其中DKP的表现最佳，其次是TKPP和KTPP。
本研究通过系统的实验分析，得出了明确结论：使用钾基乳化盐（包括DKP、TKPP、KTPP）部分或全部替代传统的钠基乳化盐，是生产低钠/减钠再制干酪的一种有效且可行的技术策略。这种替代能够显著降低最终产品的钠含量（降幅可达50%以上），同时基本保持或甚至在某些功能特性（如硬度和凝胶强度）上优于传统钠基产品。钾基盐的适用性与其类型和浓度密切相关，三聚磷酸钾（KTPP）在形成坚硬质构方面表现突出，而磷酸氢二钾（DKP）则有助于获得更柔软的产品。重要的是，在恰当的用量下，钾基盐的添加并未引入消费者所不接受的异味（如苦味），保证了产品的感官可接受性。
该研究的重要意义在于为乳制品工业，特别是再制干酪生产商，提供了具体且科学的数据支持，以应对日益增长的低钠健康食品需求。研究结果指出，通过精心选择和复配不同链长的钾基乳化盐，可以灵活调整最终产品的质构和功能属性，从而开发出满足不同市场需求的低钠再制干酪产品。这不仅有助于公共健康目标的实现（降低人群钠摄入量），也为乳制品行业提供了产品创新和增值的方向。然而，研究也提示未来需要关注长期储存中质构变化的控制以及在大规模生产中的工艺优化。此外，针对不同基础干酪原料和脂肪含量的配方进行更广泛的研究，将有助于该技术的推广应用。
