不同发酵剂对牦牛乳硬质干酪品质的影响

刘 瑛,梁 琪,*,张 炎,宋雪梅,李学朋

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院,甘肃兰州 730070；2.甘肃省功能乳品工程实验室,甘肃兰州 730070)

不同发酵剂对牦牛乳硬质干酪品质的影响

刘 瑛1,2,梁 琪1,2,*,张 炎1,2,宋雪梅1,2,李学朋1,2

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院,甘肃兰州 730070；2.甘肃省功能乳品工程实验室,甘肃兰州 730070)

以新鲜牦牛乳为原料,分别添加嗜温、嗜热和混合(嗜温∶嗜热=1∶1)三种发酵剂制作硬质干酪,研究在1～180 d成熟过程中,不同类型发酵剂制作的干酪中蛋白降解和ACP(酸性磷酸酶)对其品质的影响。结果表明:牦牛乳硬质干酪成熟过程中发挥作用的ACP主要来自发酵剂,且干酪中蛋白降解受ACP影响显著,ACP与PPN(多肽氮)呈强正相关性(r=0.720),与CN(酪蛋白氮)和PN(蛋白氮)呈强负相关性。三种干酪PPN在60～120 d均保持稳定状态。不同类型的发酵剂对干酪蛋白降解强弱不同,过强或过弱均会影响到干酪的品质,嗜温发酵剂对干酪蛋白降解最弱,该干酪风味比较清淡;嗜热发酵剂对干酪蛋白降解能力最强,该发酵剂制作的干酪苦味较重,但组织状态较好;混合发酵剂对蛋白降解适中,该干酪发酵风味浓郁,组织状态较佳。

牦牛乳,硬质干酪,蛋白水解,酸性磷酸酶,发酵剂

蛋白降解是干酪成熟过程中的重要生化反应[1-2],它对硬质和半硬质干酪的风味及质地具有重要作用,风味化合物的平衡对干酪的品质影响显著[3-4]。干酪品质的影响因素很多,主要有乳的特性、发酵剂和凝乳酶的种类及其添加量、后处理工艺等。尤其是发酵剂的种类,它对干酪理化特性和成品感观特性及产率有很大的影响[5-6]。Rehman等研究表明,发酵剂的类型比干酪制作方法更能影响切达干酪风味的形成[7]。Hayaloglu等[8]研究表明,在Gokceada干酪中嗜热发酵剂对蛋白降解程度大于嗜温发酵剂干酪,且嗜温发酵剂制作的Gokceada干酪品质更好。而任娟等[9]研究表明,混合发酵剂生产的羊乳干酪的品质好于嗜热和嗜温发酵剂。由于不同发酵剂对不同品种干酪成熟过程中的影响不同,且发酵剂类型对牦牛乳硬质干酪成熟过程中蛋白质水解和品质形成及变化的相关文献报道甚少,因此,非常有必要深入研究不同发酵剂对牦牛乳硬质干酪的影响。

发酵剂中所用菌种一般为乳酸菌,乳酸菌含有广泛的酶系,ACP(酸性磷酸酶)便是其中之一[10],而ACP对牦牛乳干酪蛋白降解的有关研究鲜有报道,本研究以甘肃天祝新鲜牦牛乳为原料,一方面探究牦牛乳硬质干酪中ACP的主要来源,以了解ACP与蛋白氮、酪蛋白氮以及多肽氮的关系;另一方面研究不同类型发酵剂对牦牛乳硬质干酪中蛋白质降解深度和广度的影响,寻找蛋白水解差异与品质的形成关系,为牦牛乳硬质干酪品质研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

牦牛乳 甘肃省天祝藏族自治县抓喜秀龙乡,4 ℃左右运回实验室,其中,原料乳中蛋白含量5.00%～5.32%、乳脂6.50%～7.50%。

嗜温发酵剂(乳酸乳球菌乳酸亚种、乳酸乳球菌乳脂亚种);嗜热发酵剂(嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌);混合发酵剂由嗜热发酵剂和嗜温发酵剂以1∶1组成 丹麦丹尼斯克公司生产;精制小牛皱胃酶 酶活力为10万单位/g,兰州百灵生物技术有限公司;对硝基苯磷酸二钠 东京化成工业株式会社；实验所用试剂均为分析纯。

pHS-3C酸度计 上海仪电科学仪器股份有限公司;SXQ-DSX-280A灭菌锅 上海申安医疗器械厂;754PC紫外可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司;DZ-450A型真空包装机 温州市大江真空包装机械有限公司;TGL-20高速冷冻离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司;SKD-200凯氏定氮仪 上海沛欧分析仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 牦牛乳硬质干酪制作的技术要点 将新鲜牦牛乳经巴氏杀菌(63 ℃ 30 min)后,冷却至35 ℃,嗜热发酵剂添加量为0.625 g/L,嗜温发酵剂添加量为0.519 g/L,均由1%食盐水配置且在35 ℃水浴锅中活化30 min后添加,混合发酵剂由嗜温和嗜热按1∶1组成。添加发酵剂,搅拌均匀,35 ℃发酵40 min,添加0.03% CaCl2,搅拌均匀。然后添加1.0 g/L凝乳酶,静置待乳凝固后,切割成1 cm3的小块。然后进行轻微搅拌,使凝块颗粒悬浮在乳清中,分离乳清。待大部分乳清排出后,以1 ℃/min二次加热到45 ℃。当干酪粒收缩到适当硬度后,排出乳清。加入凝块2.0%的食盐,堆酿1 h。将经过堆酿的干酪凝块均匀地放在压榨槽中,在0.1 MPa压力下压榨6～7 h,干酪成品用低密度聚乙烯(LDPE)袋真空包装[11]。每块重26～30 g。经真空包装后的干酪置于10 ℃,分别测定成熟第1、30、60、90、120、150、180 d的各项指标。

1.2.2 干酪出品率测定 参照任娟[9]等(2010)的方法加以改进。将牦牛乳干酪压榨完后称其质量,根据干酪水分含量与干酪质量计算干酪出品率[12]。

考虑到批次间、处理间水分含量的差异,将实测出品率校正到水分含量为45%的出品率。

校正出品率(%)=[实测出品率×(100-水分百分含量)/100-45%]×100

1.2.3 干酪成熟过程中水分含量的测定 水分含量依照GB/T 5009.3-2010中的直接干燥法。

1.2.4 干酪成熟过程中NaCl含量测定 参照张秀梅等(2007)的方法测定[13]。

1.2.5 干酪成熟过程中蛋白质水解度的测定 本实验采用凯氏定氮法测定干酪中总氮的含量,测定依照GB/T5009.5-2010进行。pH4.6可溶性氮的测定采用Kuchroo和Fox等的方法[14]。12%三氯乙酸氮的测定采用Agboola等人的方法[15]。

蛋白氮(PN)、酪蛋白氮(CN)、多肽氮(PPN)的测定采用Tejada的方法计算[16]:

蛋白氮(PN)=总氮(TN)-非蛋白氮(NPN);

酪蛋白氮(CN)=总氮(TN)-可溶性氮(WSN);

多肽氮(PPN)=可溶性氮(WSN)-非蛋白氮(NPN)。

1.2.6 酸性磷酸酶的测定 参照Radovan等的方法[17]。

1.2.7 干酪成熟过程中的质量感官评定 感官评定方法参照GB5420-2010,随机抽取成熟第1、30、60、90、120、150、180 d的干酪样品,在25 ℃下放置1 h后,由经过培训筛选后的15人组成评定小组,采用100分制,从色泽(20%)、组织状态(30%)、滋味和气味(50%)进行质量感官评定。

1.3 数据的统计与分析

实验中每个处理重复三次,采用 SPSS17.0 软件对数据进行差异显著性分析和Pearson相关性分析,Orign7.0 软件作图。

2 结果与分析

2.1 发酵剂对牦牛乳硬质干酪产率的影响

干酪的出品率直接影响干酪的产量,也是衡量干酪品质的一个重要因素。三种发酵剂制作的牦牛乳硬质干酪的实测出品率及校正出品率见表1。

表1 发酵剂对干酪出品率的影响

注:字母a、b、c表示同一行中有相同小写字母的表示差异不显著,p>0.05。

在干酪生产中,干酪出品率除受杀菌条件、酸化条件、氯化钙添加量、发酵剂和凝乳酶等因素的影响外,还与干酪中水分含量密切相关,因此,为了更确切的考察发酵剂对牦牛乳干酪出品率的影响,将干酪中水分调整到同一含量,采用校正出品率进行比较。该实验将水分调整到45%,由表1可知:三种牦牛乳干酪校正出品率差异显著(p<0.05)。

2.2 发酵剂对干酪成熟过程中水分的影响

干酪中的水分有游离水和结合水两种存在形态。牦牛乳硬质干酪成熟过程中的水分含量变化如图1所示。

图1 发酵剂对干酪成熟过程中水分含量的影响Fig.1 Influences of starter culture on moisture content during cheese maturation

从图1可知,在1～180 d的成熟过程中,三种干酪的水分均呈降低趋势,嗜温发酵剂干酪中水分下降了4.1%,下降程度最大;嗜热发酵剂干酪中水分下降了3.0%;混合发酵剂干酪持水性较好,水分降低了2.5%。发酵剂和成熟时间对干酪水分的影响差异不显著(p>0.05)。本实验中,牦牛乳硬质干酪是真空包装,水分降低不受蒸发影响,水分降低的主要原因是由于残留凝乳酶和发酵剂蛋白酶将蛋白质分解,使干酪的网络结构受到破坏,游离水析出所引起[18]。水分对干酪品质的影响显著,尤其是对质构,不同发酵剂制作干酪时形成的凝块状态和组织结构不同,从而使其水分含量不同。

2.3 发酵剂对干酪成熟过程中盐含量的影响

干酪中添加盐可改善干酪的风味,抑制腐败微生物的生成,使干酪品质更好。三种牦牛乳硬质干酪成熟过程中盐含量的变化如图2所示。

图2 发酵剂对干酪成熟过程中盐含量的影响Fig.2 Influences of starter culture on salt content during cheese maturation

从图2可知,在1～180 d成熟过程中,嗜温发酵剂干酪盐含量上升了0.43%,嗜热和混合发酵剂干酪中的盐分含量中分别上升了0.40%和0.37%。数据分析表明,发酵剂和成熟时间对干酪盐含量影响存在极显著差异(p<0.01)。虽然三种干酪中添加盐的量相同,但因不同类型发酵剂制作的干酪持水性不同,使得新鲜干酪的盐含量不同,其中,嗜温发酵剂干酪中盐含量低于其他两种干酪且差异显著(p<0.05)。实验研究表明,盐含量上升幅度与水分降低程度基本一致。

2.4 发酵剂对牦牛乳硬质干酪成熟过程中蛋白降解的影响

2.4.1 发酵剂对干酪成熟过程中蛋白氮的影响 从总氮中减去非蛋白氮(NPN)以外的氮称作蛋白氮(PN),即PN=TN-NPN,其中,NPN为12%TCA-N。不同发酵剂制作的牦牛乳硬质干酪成熟过程中PN的变化如图3所示。

图3 发酵剂对干酪成熟期间PN的影响Fig.3 Influences of starter culture on PN during cheese maturation

从图3可知,在1～180 d成熟过程中,三种干酪中PN含量均呈逐渐降低趋势,嗜温发酵剂干酪PN降低了5.72%,降低程度最小;嗜热发酵剂干酪中PN降低了9.20%,降低程度最大;混合发酵剂干酪中PN降低了8.14%。发酵剂和成熟时间对干酪中PN含量的影响差异极显著(p<0.01)。PN降低主要是由于在干酪成熟的过程中蛋白质逐渐被降解成小分子的化合物,NPN含量增加,导致PN含量逐渐降低。在干酪成熟期间,嗜热发酵剂干酪PN含量最低,这是由于嗜热发酵剂中乳酸菌的蛋白质降解能力较强,生成的NPN相对较高所致,嗜温发酵剂嗜热发酵剂干酪PN含量最高,混合发酵剂干酪PN含量居中,这说明嗜温发酵剂对蛋白降解能力最弱,混合发酵剂对蛋白降解能力居中。

2.4.2 发酵剂对干酪成熟过程中酪蛋白氮的影响 乳中蛋白主要包括酪蛋白和乳清蛋白,由于乳清蛋白在干酪制造过程中大部分随水分排出,因而干酪中蛋白主要是酪蛋白(CN),CN=TN-WSN,WSN为pH4.6-SN。不同发酵剂制作的牦牛乳硬质干酪成熟过程中CN的变化如图4所示。

图4 发酵剂对干酪成熟期间CN的影响Fig.4 Influences of starter culture on CN during cheese maturation

由图4可知,在1～180 d成熟过程中,三种干酪中CN含量均逐渐降低,嗜温发酵剂干酪CN降低了9.29%,降低程度最小;嗜热发酵剂干酪中CN降低了12.79%,降低程度最大;混合发酵剂干酪中CN降低了11.08%。说明嗜温发酵剂蛋白降解能力最弱,混合发酵剂蛋白降解能力适中,嗜热发酵剂蛋白降解能力最强。数据分析表明,发酵剂和成熟时间对干酪中CN含量的影响差异极显著(p<0.01)。在干酪成熟期间,CN含量降低是由于酪蛋白被降解为多肽,多肽再被降解成小肽,最终被分解为游离氨基酸,然后氨基酸被分解生成氨、胺、乙醛、苯酚、吲哚和乙醇等无机物,而这些降解产物是干酪的主要风味物质。

2.4.3 发酵剂对干酪成熟过程中多肽氮的影响 多肽氮(NPN)是蛋白质降解的中间产物,可以更好的反映干酪成熟过程中蛋白质降解的具体情况,NPN=WSN-PNP。不同发酵剂制作的牦牛乳硬质干酪成熟过程中PPN的变化如图5所示。

图5 发酵剂对干酪成熟期间PPN的影响Fig.5 Influences of starter culture on PPN during cheese maturation

由图5可知,嗜温发酵剂干酪中PPN在1～120 d呈缓慢增加趋势,尤其是在60～120 d基本保持不变,在120～150 d降低,150 d之后又迅速升高;嗜热发酵剂干酪中PPN在整个成熟过程中呈现增加趋势,类似的,在60～120 d基本保持不变;混合发酵干酪中PPN在1～60 d呈快速增加趋势,在60～90 d降低,90 d之后缓慢增加。总之,三种干酪中PPN在1～60 d快速增加,60～120 d基本保持不变。这主要是由于干酪中蛋白质降解生成PPN不断积累的同时又进一步降解生成一些小肽和氨基酸,从而使得干酪成熟期间的PPN一直处于波动状态。数据分析表明,发酵剂和成熟时间对干酪中PPN含量的影响差异显著(p<0.05)。

2.5 发酵剂对牦牛乳硬质干酪成熟过程中酸性磷酸酶的影响

干酪中的ACP有来自牛乳的,也有来自发酵剂微生物的。不同发酵剂制作的牦牛乳硬质干酪成熟过程中ACP活性的变化如图6所示。

图6 发酵剂对干酪成熟过程中ACP活性的影响Fig.6 Influences of starter culture on ACP activity during cheese maturation

从图6可知,嗜温发酵剂干酪中ACP在1～60 d呈增大趋势,60～90 d呈降低趋势,90～120 d略有升高,120～180 d又逐渐降低;嗜热发酵剂干酪中ACP活性在1～120 d的变化趋势与嗜温发酵剂干酪类似,120～180 d呈逐渐增大趋势,在整个成熟期ACP活性均大于其他两种干酪;混合发酵剂干酪中ACP活性在1～120 d与其他两种干酪具有相同变化趋势,120～150 d继续增大,150～180 d又逐渐降低,且在120 d之后其活性高于嗜温发酵剂干酪的ACP活性。数据分析表明:发酵剂和成熟时间对干酪中ACP影响差异极显著(p<0.01)。由于该实验所用原料乳和干酪加工工艺相同,因此,三种干酪ACP的差异主要是由发酵剂不同引起,同时也说明,牦牛乳中的ACP在干酪中残留量很少。

2.6 发酵剂对牦牛乳干酪成熟过程中蛋白降解和ACP的综合分析

蛋白质的降解是形成干酪风味的主要途径,蛋白降解的快慢主要取决于干酪中残留凝乳酶和发酵剂中微生物释放酶的类型,ACP与蛋白降解相关性分析见表2。

表2 ACP与蛋白降解的相关性

注:*表示在0.05水平(双侧)上显著相关,**表示在0.01水平(双侧)上显著相关。

PPN是干酪中的主要风味物质和风味前体物质,由表2可知,ACP与PPN呈强正相关性(r=0.720),说明ACP对干酪风味的形成具有积极影响。CN和PN是蛋白降解的中间产物,对干酪风味化合物的平衡起着至关重要的作用,而ACP与CN和PN呈强负相关性。这与Dully 等认为ACP通过影响干酪蛋白水解来影响其风味的报道一致[19]。在干酪成熟期间,酪蛋白被残留凝乳酶、胞浆素和微生物蛋白酶降解成富含磷的多肽[20]。即干酪成熟过程中良好风味的形成需要留凝乳酶、胞浆素、微生物蛋白酶、肽酶、磷酸酶等的协同作用。

2.7 不同发酵剂对干酪成熟过程中感官评价的影响

感官评定值以色泽、组织状态、滋味和气味三项的总体接受性表示,总体接受性满分为100分,评分结果见表3。

表3 发酵剂对干酪成熟过程中感官品质的影响

注:字母a、b、c表示同一列中有相同小写字母的表示差异不显著,p>0.05。

从表3可知,三种干酪成熟过程中感官分值均呈先增大后减小的趋势。嗜温发酵剂干酪因其蛋白降解程度低,风味较淡,达到良好品质所需的成熟时间较其他两种干酪长,120 d后才具有较好的感官品质。嗜热发酵剂干酪的最佳成熟时间(感官分值最高)是90 d,该干酪质地柔和,滋气味较好,但因蛋白降解能力较强,在成熟过程中易产生较重苦味;混合发酵剂干酪成熟90 d后具有了较好感官品质,在最佳成熟期呈现均匀的乳黄色,组织细腻,光滑,硬度适中,滋气味良好,发酵风味明显,奶香味浓郁,主要是由于混合发酵剂蛋白降解能力适中;说明干酪在成熟期间,蛋白质降解过快过慢均会影响到干酪的品质,若蛋白降解适中,干酪风味良好、质地柔和;酪蛋白降解过慢,不易形成干酪的质地和风味;降解过快,易产生小分子的苦味肽,影响干酪风味,使其品质下降,这与Hayaloglu等的研究报道一致[8]。

3 结论

干酪成熟过程中水分和盐含量的改变,会影响到干酪的成熟环境,从而使干酪品质发生变化,尤其是水分对干酪质构影响比较显著,在成熟后期混合和嗜热发酵剂干酪水分相对较高,其质地较软,嗜温发酵剂干酪水分降低程度大,其质地较硬。

ACP通过影响干酪蛋白水解来影响其风味,在最佳成熟时间,嗜温、嗜热和混合发酵剂干酪中ACP活力分别为0.039、0.053和0.030 μmol/g·min且差异显著(p<0.05)。牦牛乳硬质干酪成熟期发挥作用的ACP主要来自发酵剂。ACP与PPN呈强正相关性,相关系数r=0.720。与CN和PN呈强负相关性,相关系数r分别为0.724和0.694。三种干酪在最佳成熟时间前后(60～120 d)PPN基本保持在稳定状态。不同类型的发酵剂对干酪蛋白降解强弱不同,过强或过弱均会影响到干酪的品质,嗜温发酵剂对干酪蛋白降解最弱,干酪风味比较清淡;嗜热发酵剂对干酪蛋白降解能力最强,该发酵剂制作的干酪因较重的苦味影响了它的感官品质;混合发酵剂对蛋白降解适中,该干酪发酵风味浓郁,组织状态较佳。

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Influences of different starter cultures on quality of yak milk hard cheese

LIU Ying1,2,LIANG Qi1,2,*,ZHANG Yan1,2,SONG Xue-mei1,2,LI Xue-peng1,2

(1.College of Food Science and Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China；2.Functional Dairy Product engineering Laboratory of Gansu,Lanzhou 730070,China)

Yak milk hard cheese were made with three kinds of starter cultures which were mesophilic starter culture,thermophilic starter culture and mixed starter culture(mesophilic∶thermophilic=1∶1).The influence of proteolysis and ACP on quality of yak milk hard cheese were investigated during 1～180 days maturation.The results showed that the main ACP came from starter culture during yak milk hard cheese,protein degradation of cheese were significant effected by ACP. ACP and PPN showed strong positive correlation(r=0.720),which had a strong negative correlation with the CN and PN. Three kinds of cheese stayed in a stable state during 60～120 days maturation.Different types of starter cultures were difference to degrade milk protein.The quality of cheese was affected by protein degradation. Mesophilic starter culture was the weakest for protein degradation of cheese,the cheese flavor was light. Thermophilic starter culture was the strongest for protein degradation of cheese,the cheese was bitter,but texture was better. Mixed starter culture was moderate for protein degradation of cheese,the cheese flavor was richness and texture was better.

yak milk;hard cheese;proteolysis;acid phosphatase;starter culture

2015-01-13

刘瑛(1989-),女,在读硕士,研究方向:食品工程，E-mail:1505872025@qq.com。

*通讯作者:梁琪(1969-),女,博士,教授，研究方向:食品品质、乳品科学，E-mail:liangqi@gsau.edu.cn。

国家自然科学基金(31260383)。

TS252.1

A

1002-0306(2015)21-0157-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.024