不同乳酸菌组合的新鲜干酪的开发与品质研究

陈森怡，刘振民，焦晶凯，包怡，庞佳坤，党慧杰

1(乳业生物技术国家重点实验室，上海乳业生物工程技术研究中心，光明乳业股份有限公司乳业研究院，上海，200436) 2(上海海洋大学 食品学院，上海，201306)

干酪，又称奶酪、芝士，通过向牛奶中加入发酵剂、凝乳酶使其凝结，并切割成1 cm×1 cm×1 cm小块，沥干乳清，灌模成型后包装。不同类型的干酪因其发酵剂、成分、工艺等不同，而在感官和质地结构方面表现差异。新鲜干酪因质地柔软(有或没有孔隙)，乳白色或淡黄色，轻微的酸味和淡淡的香味等特性而受到消费者的喜爱[1]。

欧美国家对于干酪的研究要远远早于中国[2]，近年来研究集中于在干酪生产中添加特色的乳酸菌，使其具备特色风味[3-4]或者功能性[5]。在中国，干酪普遍存在于云南、新疆、西藏等地，很多学者从这些地区的干酪中筛选特色乳酸菌进行性能的研究[6-7]，但对于乳酸菌回补在干酪产品中的应用研究较少。

乳酸菌是一类可将碳水化合物发酵成乳酸的革兰氏阳性、无运动性和无芽孢形成细菌[8]。乳酸菌是细菌中具有多样性的菌群，包括杆状细菌，如瑞士乳杆菌，以及球菌，如乳球菌、肠球菌等[9]。这些乳酸菌对于干酪的风味、感官、质地等贡献重大[10]。通常单一乳酸菌菌株不能满足干酪生产的需求，为了生产优质的干酪产品，一般将具有不同发酵性能和作用的菌株进行组合，实现菌株之间性能上的取长补短，尽可能满足生产的需要[6]。根据前期对单菌株的发酵性能的确定，本文将7株单菌株复配成6组不同的组合菌株，以期筛选出具备工业化生产潜力的菌株组合。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验菌种

乳酸乳球菌(Lactococcuslactis)E11，C44、瑞士乳杆菌(Lactobacillushelveticus)G12、干酪乳杆菌(Lactobacilluscasei)D41、副干酪乳杆菌(Lactobacillusparacasei)B1、肠球菌(Enterococcusfaecium)F22，N，来源于光明乳业股份有限公司国家重点实验室菌种库；CHOOZITMMA14发酵剂，Danisco公司。

1.1.2 主要实验材料

脱脂乳粉，新西兰恒天然公司；凝乳酶，科汉森公司；生牛乳，光明乳业牧场。

1.1.3 主要仪器与设备

HVE-50高压蒸汽灭菌锅，日本 HIRAYAMA 公司；奶酪槽，英国Armfiled公司；高压均质机，丹麦 APV 公司；METTLER TOLEDO 320 pH计，瑞士梅特勒-托利多集团；Brookfield-DVⅡ+黏度计，美国博勒飞公司；Mb45 水分测量仪，美国 Ohous 公司；5417R 离心机，德国 Eppendorf 公司；ARES-G2流变仪，美国 TA 仪器；TA-Plus质构分析仪器，英国Stable Micro Systems公司；Color Flex EZ台式色差仪，美国Hunter Lab公司。

1.2 实验方法

1.2.1 菌株的活化及组合

取少量冻存管的菌粉接种于质量分数12%无菌脱脂乳中，进行活化，30 ℃培养16～18 h，按3%～5%的接种量重新接种于新鲜无菌脱脂乳培养基中，传代2～3次。

1.2.2 组合菌株产酸性能

将已活化的单菌株按照表1中的比例进行组合，放置于30 ℃恒温培养，每隔3 h取1次样，测定其pH值，以发酵时间为横坐标，pH值为纵坐标绘制发酵时间pH曲线。

表1 菌株组合以及组合比例Table 1 Combination of strain and ratio

1.2.3 组合菌株产黏性能

重复1.2.2的接种操作，待发酵乳产生凝乳后，取等量凝乳进行表观黏度测定，测定参数为：转子LV 2、转速64 r/min、测定时间为10 s，平行测定3次取其平均值。绘制黏度-菌株组合曲线，对比不同菌株组合黏度的大小。

1.2.4 发酵乳持水性测定

取1.2.3中等量发酵乳，在4 ℃、6 000 r/min下离心20 min，弃去上清液后立即称重。每个样品平行测定3次，结果取其平均值。按公式(1)计算持水力：

(1)

式中：m1，离心后沉淀的质量，g；m，样品的质量,g。

1.2.5 新鲜干酪的制作

1.2.6 新鲜干酪基本理化指标的测定

添加CHOOZITTMMA14发酵剂发酵的产品作为对照组进行以下特性对比。

水分含量测定：使用水分含量仪测定。称取干酪样品3 g，采用STEP模式，初级阶段180 ℃、7 min;第二阶段150 ℃、6 min。

水分活度的测定：采用水分活度仪测定，测试温度：室温。

色度测定：采用台式色差仪测定，依次用黑板和白板进行初次校正，取相同样品量装入容器中进行测定。

干酪得率(出品率)测定：为从每升生产的牛奶中获得的干酪的鲜重(g/L)[11]。

1.2.7 新鲜干酪感官评价

取4 ℃储存的样品，召集10名有感官评价经验的志愿者进行如表2所示项的评价。

表2 干酪感官评价[6]Table 2 Sensory evaluation of cheeses

1.2.8 新鲜干酪质构的测定

借助TA-Plus质构仪进行测定。取样品均匀涂抹于测试模具中，4 ℃下冷藏30 min，取出样品5 min内测试完毕，每个样品平行测定5次取其平均值。测定参数:模式RETURN TO START;下降速度1 mm/s;测试速度3 mm/s;回程速度10 mm/s;触发力1 g;探头类型HDP/SR。

1.2.9 新鲜干酪动态流变的测定

1.2.9.1 振幅扫描-应变值的确定

振幅扫描，可用于测定线性黏弹区以及对样品分散度的评估。通过扫描点处曲线的拟合(振荡波形)确定所采取的应变值大小。根据ROSENBERG等[12]和TUNICK等[13]的方法进行修改，干酪的流变使用 ARES-G2流变仪进行测试，测试的夹具类型为 50 mm 的不锈钢圆形平板，平板与测试台的距离设置为1 mm，温度为 20 ℃，应变扫描范围为 0.01～10%，通过对数扫描确定恒定的振荡应变区为线性黏弹区。

1.2.9.2 振荡频率的扫描

振荡频率的扫描，可用于观察随振荡角频率的变化干酪特征值的变化情况。根据CERNIKOVA等[14]的方法进行了部分修改。在20 ℃下，根据以上线性黏弹区所确定的应变值为0.025%，Gap设置为1 mm，在 0.1～100 rad/s范围内进行频率扫描。绘制以扫描频率的对数刻度为横坐标，损耗/黏性模量G″、贮能/弹性模量G′、复合黏度η*为纵坐标的流动曲线。

1.2.10 实验数据分析

为了进行统计比较，采用IBM SPSS 22软件对结果进行单因素ANOVA分析(P<0.05)，并进行了Waller-Duncan的多范围检验，用EXCEL进行制图分析。

2 结果与分析

2.1 产酸性能测定结果分析

产酸速率是筛选乳酸菌的重要指标。pH值会影响矿物质的溶解度、水分含量、蛋白质水解的程度和模式及其相互作用，从而影响干酪的质地[1]与感官。图1为各组合产酸速率的情况。由曲线可看出，随着发酵时间的延长，pH值逐渐降低，18 h 后各组合的pH值降低趋势逐渐趋于平缓，其中组合1、3、5在15 h时pH值达到4.6左右，且显著高于单菌株作用时的pH值变化速率，达到复配的效果。但部分组合，如组合6，经过复配后产酸速率未得到显著提升，可能组合菌株内部间存在一定的竞争作用。6个组合产酸速率的排序为：组合1>组合5>组合3>组合4>组合2>组合6。

图1 发酵过程中发酵乳的pH变化Fig.1 pH of fermented milk during fermentation

2.2 产黏性能测定结果分析

菌株的产黏特性是评价干酪用乳酸菌的一个重要的指标。黏度的大小对干酪成品的质地、感官特性有很大影响[15]。乳酸菌胞外多糖(exopolysaccharide,EPS)与黏性的产生有关，并呈现一定的正相关[16]，且对干酪的产率以及质地起到一定改善的效果[17]。由图2可知，组合1、2、4、5的黏度处在(366±6.08)～(481±1.53)mPa·s，其中组合1的黏度值最大，其次是组合4、2、5，且3组之间无显著性差异(P>0.05)；另外复配菌株的黏度显著高于单菌株的(125±2)～(351±2.3)mPa·s；组合3和6的黏度与其他4组黏度呈现显著性差异(P<0.05)，黏度较低。根据不同的产品特性要求可选择不同的菌株组合使用。

图2 各组合发酵乳黏度的对比Fig.2 Comparison of fermented milk viscosity注：不同小写字母表示组间显著性差异(P<0.05)(下同)

2.3 持水性分析

在产品运输储藏中，持水性决定了乳清析出的程度，在生产和货架期间，若持水性差，产品凝胶结构容易破碎而较易析出乳清，直接影响产品质量和品质。由图3可知，组合6持水性最小，(31.64±1.24)%，这可能与发酵乳最小黏度值有关，与徐显睿[6]提出观点一致。组合1、2的持水性较高，其次是组合3、4、5，且3个组合间无显著性差异(P>0.05)。为了干酪产品稳定性的考虑，一般选择持水性较好的菌株或菌株组合。

图3 各组合发酵乳持水性的对比Fig.3 Comparison of water-holding capacity of fermented milk

2.4 干酪的基本理化数据分析

水分含量和水分活度是评价干酪在贮藏期间的稳定性的重要依据，水分含量是干酪尤其是新鲜干酪贮藏的一个至关重要的特征，它与干酪的硬度有极大的相关性，直接决定了产品的质地。水分含量较高的干酪，质地较软，但是储存期较短。生产中根据产品类型的不同控制水分含量，以达到产品品质的要求。由表3可知，干酪的水分含量基本维持在60%～70%之间，其中组合6的干酪水分含量最低，与除组合4外其他组呈现显著性差异(P<0.05)，在硬度上

表3 不同菌株组合干酪基本指标分析Table 3 Analysis of basic indicators of products with different strains

注：数字不同的上标小写字母表示组间的差异性(P<0.05)；L*值(亮度)，从黑色(-)到白色(+)的阴影；a*值(红色)，从绿色(-)到红色(+)的色调；b*值(黄色)，色调从蓝色(-)到黄色(+)

可能表现出比其他组更大的硬度值，因而贮藏期较其他组长。除组合4、6外，其他各组干酪的水分含量与对照组相比均无显著性差异(P>0.05)。

水分活度是控制食品腐败的重要因素,水分活度越小的产品越稳定，较少出现腐败的现象。各组干酪的水分活度均在0.99左右，符合细菌生长的水分活度的范围。其中组合4的水分活度值最小0.986 9±0.000 2，对照组的水分活度值最高0.997 2±0.001 1，与其他组干酪呈现显著性差异(P<0.05)。其中组合2、3、5之间的水分活度差异较小，组合4、6之间无显著性差异(P>0.05)。

开发新产品时，视觉呈现对于消费者的接受度而言至关重要。光度值(L*)从大到小说明干酪光度值在不断减小，a*从大到小说明绿度值在不断增加，而红度值在减小，b*从大到小说明黄度值在不断减小，蓝度值在增加[18]。从表3可以看出，组合1、4的干酪L*位于前2名，且显著高于对照组(P<0.05)；组合2、3、5干酪的L*与对照组相比无显著性差异(P>0.05)。组合5绿度值a*为-0.87，黄度值b*为8.65，都显著高于对照组(P<0.05)，组合1次之，a*-0.76，b*8.14；组合3的a*与对照组无显著性差异，但b*显著高于对照组。组合6光度值与其他组合及对照组相比，都呈现较显著差异(P<0.05)，光度值处于最低水平，且a*、b*都与其他组相差甚远，处于低视觉水平。

干酪得率是在相同质量原材料下，可获取的产品质量的多少，它在产品评估中是重要指标之一。从表3可知，组合2的得率最大为31.42%，组合6处于最低水平20.65%；组合1、2、5得率分别高于对照组0.87%、2.3%、0.25%，组合3、4低于对照组1.6%、0.95%。其中组合6除在色泽方面表现较差外，得率也处于最低水平，该结果为感官、质地的测定提供了信息基础。

2.5 感官分析

由表4可知，组合1与对照组相比，除组织状态外，外观、色泽、滋气味、纹理均无显著性差异(P<0.05),且组合1的组织状态评分高于对照组。组合6的滋气味处于较高水平，但在其他方面均表现较差。从总分来看，与对照组相比，组合1、2、3的感官评分较高，可为产品筛选提供基本参考。

表4 不同菌株组合干酪感官评分Table 4 The sensory rating of products with different strains

注：同一行不同小写字母表示组间显著差异(P<0.05)

2.6 干酪质构分析

质地是食品感官接受性的重要属性，已有研究表明干酪的水分含量会影响其质地特征。干酪样品较低的水分含量显示较高的抗变形能力，同时呈现较高的硬度，而较高的水分含量在组织状态上以及储藏上也存在弊端，即使水分含量的微小变化也会对新鲜奶酪的质地产生重大影响[19-21]。从表5可以看出，水分含量较低的组合6，显示较高的硬度值，对于新鲜干酪而言，质地可能不满足要求，不予考虑后续流变测定分析。组合1、2、3在硬度以及涂抹性上无显著性差异(P<0.05)，略高于对照组；组合5和对照组之间在硬度以及涂抹性方面无显著差异(P<0.05)。从数据分析看，组合1、2、3在硬度以及涂抹性方面接近对照组。

表5 不同组合菌株干酪质构分析对比Table 5 Comparison of texture of different strains

注：同一列不同小写字母表示组间显著差异(P<0.05)

2.7 干酪流变分析

流变学可以简单地定义为物体在受到应力或应变时的变形和流动。干酪的流变特性是干酪在相应的压力或应变条件下的响应特性，例如在压缩，剪切或切割过程中所表现的特性。在规定的实验条件下施加相应的应力或应变，并对测得的流变学数据进行弹性、黏性定量分析[22]，其中G′代表储能/弹性模量，G″代表损耗/黏性模量。如图4所示,随着0.1～100 rad/s角频率的动态扫描下，G′、G″随着角频率的增加而增加；复合黏度η*在0.1～1 rad/s频率下呈现迅速下降的趋势，在1～100 rad/s区间内逐渐趋于稳定。tanδ(G″/G′)可用于解释干酪的流变行为，当tanδ>0,1干酪表现为弱凝胶，当tanδ<0.1时为弹性凝胶[23]。根据G″/G′计算知tanδ为0.2～0.3，故随着扫描频率的增加，G′和G″始终未出现任何相交点，所有干酪G′的值都显著高于G″，且η*呈逐渐下降趋势，tanδ>0.1，因此所有干酪呈现出弱凝胶性质。

综合图4-a、图4-b所示，组合干酪相对于对照组在黏弹性上有很大的提升，但是黏弹性要处于适中水平，满足新鲜干酪软质的特性，组合4的G′、G″均处于最高水平，这与质构分析中组合4较高的硬度相呼应，验证了水分含量对于干酪的硬度、涂抹性、黏弹性的重大的影响。各组合G′和G″在各扫描频率下的排序如下：组合4>组合5>组合3>组合1>组合2>对照组。

3 结论

通过对6个组合菌株在脱脂发酵乳中基本特性的研究发现,组合1产酸、产黏性能、持水特均表现较优异;对其色泽、感官、质地、流变进行分析，发现应用发酵特性优异的组合1的新鲜干酪各方面均优于对照组，有开发使用潜力；组合2在发酵性能以及产品品质方面均略低于组合1；组合3在产酸方面具有优势，但是持水性以及干酪产率较低；组合4在发酵性能、色泽感官方面均低于组合1。综上分析，组合1菌株可用于新鲜干酪的开发使用，组合2可以考虑应用。

a-储能/弹性模量G′；b-损耗/黏性模型G″;c-复合黏度η*图4 不同组合的新鲜干酪在20 ℃下的储能/弹性模量G′(a)、损耗/黏性模量G″(b)和复合黏度η*(c)Fig.4 Storage/elastic modulus G′(a), loss/viscosity modulus G″(b)and composite viscosity η*(c) of fresh cheese atdifferent strain combinations