《Journal of Dairy Science》：Impact of moisture content and age on the properties of microwaved shelf-stable puffed snacks made from Cheddar cheese
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为破解天然干酪加热时易熔化而非膨化的难题，研究者们聚焦切达干酪，系统探究了其水分含量（MC）、成熟时间对微波膨化零食特性的影响。研究揭示，通过干燥调控干酪组分（提升蛋白质（PN）与水分比例）可成功制备出耐储膨化零食，且膨化率随PN:MC比率升高及成熟时间延长而降低。这项研究为开发新型全干酪基膨化食品提供了创新路径。
想象一下，你拿出一袋零食，酥脆可口，浓郁的奶酪风味在口中绽放，但配料表里却不见淀粉或面粉的影子——它完全由真正的奶酪制成。这听起来像是美食爱好者的梦想，但在现实中却面临巨大挑战。市面上的奶酪风味膨化零食大多以玉米粉或小麦粉等淀粉为主料，奶酪仅仅作为调味剂添加。而那些宣称由奶酪制成的膨化产品，在市场上却寥寥无几，例如美国的“Moon Cheese”。这背后的原因主要在于，大多数天然奶酪在加热时倾向于熔化和流动，而不是像爆米花那样膨胀起来，难以形成稳定酥脆的结构。这种“只融不膨”的特性，限制了全奶酪基膨化零食的开发。因此，能否通过改变奶酪的组成和状态，使其在微波加热这种简便的方法下实现稳定膨化，并探究其膨化机理，成为了一个既有科学趣味又有商业潜力的课题。
为了解决这一难题，来自美国威斯康星大学麦迪逊分校食品科学系的J.M. Pronschinske、S. Govindasamy-Lucey、J.J. Jaeggi、R.A. Ibá?ez、M.E. Johnson和J.A. Lucey研究团队展开了一项系统性研究。他们选取切达干酪（Cheddar cheese）作为模型，深入探究了干酪的成熟时间（老化）和干燥后水分含量对其微波膨化行为及最终膨化零食（puffs）特性的影响。他们的研究成果发表在食品科学领域权威期刊《Journal of Dairy Science》上。
研究者们采用了多项关键技术方法来构建和表征这一新型膨化干酪体系。首先，由持证奶酪师制作了四批切达干酪，并在4°C下成熟7至180天。在特定时间点，将干酪切割成圆柱体，置于帕马森干燥室（15.5°C，70%相对湿度）中进行部分干燥（PDC），目标水分含量为20%、16%和12%，从而改变蛋白质与水分（PN:MC）的比率。然后，使用900W家用微波炉对PDC圆柱体进行加热（35-75秒，100%功率），使其膨化为水分约1.4%、水活度（aw）约0.2的耐储膨化零食。研究设计采用了裂区设计，以分析干酪成熟时间、组成及其交互作用对膨化零食特性的影响。表征手段包括：使用小应变振荡流变学测量干酪和PDC在加热过程中的粘弹性；通过种子置换法计算膨化体积和膨化率；利用质构分析仪配合声学探测器同时测量膨化零食在压缩过程中的质地和声学特性；通过扫描电子显微镜（SEM）观察膨化零食的微观结构；并训练有素的感官评价小组（n=8-10）对膨化零食的质构属性进行定量描述分析。
研究结果揭示了干酪组成与处理条件对膨化行为的深刻影响：
干酪与膨化零食的成分及化学分析
基础切达干酪的成分典型，pH值约5.0，在成熟过程中几乎无变化。干燥过程显著提高了PDC中的PN:MC比率，从原始干酪的小于0.65提高到20% PDC的约1.5，16% PDC的约2.1，12% PDC的约2.8。微波加热后，膨化零食达到了约1.5%的极低水分和约0.2的低水活度，这是获得酥脆质地的关键。同时，研究发现膨化过程中有少量脂肪损失，导致膨化零食的蛋白质与脂肪（PN:fat）比率略有上升，且该比率随PDC水分降低和干酪成熟时间增加而轻微上升。
切达干酪与部分干燥干酪（PDC）的流变学
研究通过流变学测量发现，切达干酪在加热至40°C以上时，其储能模量（G′，代表固体样特性）显著下降（约100倍），表明其结构在加热时迅速软化、趋于流动。随着成熟时间延长，这种下降更为明显，这与蛋白水解增加和胶体磷酸钙（CCP）部分溶解有关。然而，所有PDC样品在加热过程中G′值仅下降约10倍，且在85°C时其G′值与未加热（5°C）的切达干酪相当。更重要的是，所有PDC样品的损耗角正切（LT）最大值均小于1，这意味着在测试条件下它们并未“熔化”。这表明，通过干燥提高PN浓度，显著增强了干酪网络在高温下的结构保持能力（弹性），这是其能够膨化而非熔化的流变学基础。
干酪膨化零食的膨化与结构
所有处理组的PDC在微波加热后均成功膨化。膨化体积和高度受到干酪成熟时间、PDC水分含量及其交互作用的显著影响。具体而言，对于干燥至20%水分的PDC，用7天成熟干酪制成的膨化零食膨化率最高，而用12%水分PDC制成的膨化零食膨化率最低。对于20%水分的PDC，随着用于膨化的干酪成熟时间增加，膨化率（%）下降。宏观上，膨化零食呈现出多孔结构，扫描电镜图像显示，由干燥至16%和12%水分的干酪制成的膨化零食中，可以观察到清晰定义的蛋白质丝状结构。
膨化零食的质地与感官特性
通过仪器分析和感官评价，研究发现膨化零食的质地受PDC水分含量显著影响。感官硬度和脆度随着干燥干酪的水分含量从20%降至12%而增加。同时，质构分析测得的力/声峰值数量减少，但由12%水分干酪制成的膨化零食达到了更高的声学峰值（约90 dB），高于20%水分干酪制成的膨化零食（约80 dB）。这表明，更低水分的起始材料产生了更硬、更脆、声音更响亮的膨化质地。
归纳研究结论与讨论部分，本研究的重要意义在于：
本研究成功展示了一种利用切达干酪制作膨化零食的新方法。关键在于，通过部分干燥改变干酪中水分、脂肪和蛋白质的比例，特别是大幅提高蛋白质与水分（PN:MC）的比率，可以将干酪从加热时易于熔化的体系，转变为能够抵抗流动、在微波加热下形成并稳定气泡（即膨化）的体系。流变学数据证实，部分干燥干酪（PDC）在加热时保持高弹性和低损耗角正切值（LT <1），这是其能够膨化而非熔化的内在原因。
研究系统性地揭示了干酪成熟时间和干燥后水分含量对膨化特性的影响规律。在实验体系中，增加干酪的成熟时间和降低干燥干酪的水分含量（这导致蛋白质含量相应增加）都会降低膨化零食的膨化率。长时间的成熟伴随的蛋白水解削弱了蛋白质基质的结构完整性，不利于稳定气泡的形成和维持。而尽管降低水分（提高PN浓度）增强了体系抵抗流动的能力，但过高的蛋白质浓度和可能过强的蛋白质间相互作用（如疏水作用、CCP交联）也可能限制了蒸汽膨胀时结构的充分延展，从而导致膨化率下降。因此，存在一个最优的PN:MC比率窗口，以实现最佳的膨化效果。
这项研究的创新之处在于，它首次系统地将天然干酪（切达干酪）通过简单的干燥和微波加热工艺，转化为货架稳定的全干酪基膨化零食，并深入阐明了其组分（水分、蛋白质、脂肪）和成熟状态（蛋白水解、钙状态）影响膨化行为的机理。它不仅为开发新型高价值乳制品零食提供了可行的技术路线，而且增进了我们对干酪组成、流变学性质与膨化功能之间关系的科学理解。未来，通过优化干酪类型、干燥条件和微波参数，有望生产出具有不同质地、风味和营养特性的多样化干酪膨化产品，满足市场需求。
