乳酸菌對發酵乳制品風味形成的影響

李良，馬鶯

(1.哈爾濱工業大學食品科學與工程學院，哈爾濱 150090；2.東北農業大學食品學院，哈爾濱 150030)

乳酸菌對發酵乳制品風味形成的影響

李良1，2，馬鶯1

(1.哈爾濱工業大學食品科學與工程學院，哈爾濱 150090；2.東北農業大學食品學院，哈爾濱 150030)

乳酸菌對發酵乳制品風味有決定性影響，發酵乳制品的風味物質主要是乳酸菌利用脂肪、碳水化合物和蛋白質等物質產生的。文章對乳酸菌代謝脂肪、糖、檸檬酸和氨基酸產生芳香物質的機理進行了綜述。

乳酸菌；風味；機理

0 引言

發酵乳制品是以鮮乳或還原乳為主要原料，添加適當蔗糖等配料后經乳酸菌發酵制成的乳制品[1]，包括酸乳、酸奶油和酸奶等產品。發酵乳制品具有增強機體免疫力、調節機體生理、預防疾病、促進健康等功能[2]，更重要的是產品具有特殊的風味。風味的優劣是人們選擇發酵乳制品的基本條件之一，因此發酵乳制品風味的研究對于產品風味的控制和開發新產品具有重要的理論和實踐意義。

1 風味形成的機制

食物所產生的氣味，一般都由許多種揮發性物質所組成。這些物質形成途徑十分復雜，許多反應的機制至今仍不清楚[3]。食品中風味的形成途徑大致可以分成生物合成、酶促作用、氧化分解和高溫分解作用4種機制（見表1）。

2 發酵乳品風味產生的機制

發酵乳制品的香氣成分包括包括從原料乳中移入的物質、加工中各種反應生成的物質以及由微生物制造出來的物質[3]。應用于發酵乳生產的微生物主要有乳酸菌、霉菌、酵母菌等。乳酸菌主要包括乳酸乳球菌（乳酸乳球菌乳亞種、乳酸乳球菌乳脂亞種、乳酸乳球菌雙乙酰亞種）、嗜熱鏈球菌、乳桿菌（德氏乳桿菌保加利亞亞種、植物乳桿菌、瑞士乳桿菌等）和明串珠菌屬(如腸膜明串珠菌乳脂亞種)等。這些乳酸菌對發酵乳制品風味有決定性的影響，近年來，科研工作人員對酸奶、發酵奶油、干酪等乳制品的風味進行了分析（見表2）。所檢測出的有機化合物包括有有機酸、酮、醛、酯、芳香族化合物、含硫化合物等，這些物質是由乳中乳糖、乳脂肪和乳蛋白通過微生物的發酵或酶促反應產生的[5]。

表1 食品香味形成機制的類型[4]

表2 關于發酵乳風味的研究

2.1 乳脂肪源風味物質的產生

乳脂肪是重要的風味物質前體[13]，但是有時也能形成異味[14]。乳脂肪水解產生游離脂肪酸，特別是短鏈、中鏈脂肪酸，是干酪的主要風味物質。游離脂肪酸還可以代謝產生其他的風味物質，如甲基酮、內酯、酯和仲醇[15]。乳脂肪的代謝途徑見圖1。

甲基酮是一種重要的風味物質，特別是干酪。甲基酮是由β-氧化途徑形成的：脂肪酸經過β-氧化形成β-酮脂酰，經過磷酯酶的作用形成β-酮酸，然后脫羧形成甲基酮[17-18]，其中起著分解作用的磷酯酶也叫脫酰酶，acyl-CoA水解酶，acyl-CoA磷酯水解酶和acyl-CoA磷脂酶[19]。磷酯酶存在于過氧化物酶體、線粒體和細胞質，通過調控脂肪酸和acyl-CoAs的濃度來調整脂肪代謝[20]。霉菌的β-氧化體系研究較多，如黑曲霉[21]、婁地青霉菌[22]、鎖擲孢酵母[23]、解脂耶氏酵母[24]。細菌的研究較少，如Staphylococcus carnosus[17]、新月柄桿菌[25]等，但是乳酸菌中的β-氧化體系機制還不是很清楚，這將是以后研究的重要內容。

在干酪的風味物質中，除了甲基酮外，還檢測到很多內酯，內酯類化合物的前體是羥基脂肪酸和酮酸等，Gouda干酪成熟過程中內酯的形成并不是由于酶的作用，而是一種化學反應，是酯化的羥基脂肪酸經過自身轉酯基（羥基攻擊酯鍵）作用釋放出內酯[26]。

酯類風味物質的產生主要通過酯化、醇解、酸解和酯交換四種途徑[27]：(a)酯化(R1-COOH+R2-OH→R1-COO-R2+H2O)；(b)醇解(R1-COO-R2+ R3-OH→R1-COO-R3+R2-OH)；(c)酸解(R1-COO-R2+R3-COOH→R3-COO-R2+R1-COOH)；(d)?；D移（酯交換）(R1-COO-R2+R3-COOR4→R1-COO-R4+R3-COO-R2)。乳酸菌通過酯酶催化的酯化和醇解兩種酯的合成機制已經在被證實，不過酸解和轉?；€未見報道。山羊和母羊及其干酪中分離的發酵乳桿菌，保加利亞桿菌，鼠李糖乳桿菌，干酪乳桿菌，植物乳桿菌有能力合成短鏈脂肪酸酯，產物主要是丁酸乙酯和己酸乙酯，合成的機制是酯化[28]。在乙醇存在的水性環境里，Streptococcus thermophilus能夠形成乙酸乙酯等短鏈酯，機制是醇解，乳酸菌酯酶是一種具有轉移酶活力的酶，可以選擇水（水解）或乙醇（醇解）作為?；邮掌鱗29]，并優先選擇甘油一酸酯和甘油二酸酯進行酯的合成。乳酸乳球菌在適宜的條件下，盡管可能存在其他的酯合成途徑，不過酯酶起主要作用[30]。乳酸菌酯酶存在著菌種及個體菌株的差異。因此選擇合適的發酵劑對于發酵乳制品風味的重要性[31]。

2.2 乳糖和檸檬酸源風味物質的形成

乳酸菌發酵糖產生乳酸、乙醇或者乙酸和二氧化碳等物質，乳酸菌代謝乳糖和檸檬酸的一般途徑見圖2。

明串株菌屬代謝葡萄糖路徑首先裂解產生一分子CO2和5P-核酮糖，5P-核酮糖轉化為5P-木酮糖之后，由磷酸轉酮酶裂解為3-p-甘油醛和乙酰磷酸，這種路徑在異型發酵乳桿菌也有[32]。

Lactobacillus helveticus能夠同時代謝檸檬酸和乳糖，檸檬酸能夠刺激乳糖的消耗和乳酸的產生，代謝方式由同型發酵轉變為混合酸模式，主要風味物質是乙酸，其次是琥珀酸，未檢測到乙偶姻、雙乙酰和丁二酮[33]。Leuconostoc oenos在檸檬酸和葡萄糖同時存在時，檸檬酸刺激了葡萄糖的代謝，細胞內6-p-glucose減少了10倍，同時NADP濃度和ATP的合成量增加[34]。Lactobasillus casei和Lactobacillus plantarum不能把檸檬酸作為能量來源，代謝主要產物是乙酸和乙偶姻，有時也能生成丙酮酸，當檸檬酸耗盡后，轉變為乙偶姻[35]。L.lactissubsp.lactis biovar diacetylactis可 以在檸檬酸是唯一碳源的培養條件下生長，代謝產物為丙酮酸、乙酸、乙偶姻和丁二酮[36]。

對于糖的代謝研究，一般常用13cNMP和31PNMR核磁共振光譜的方法，Hugenholtz(2000)對L.lactic糖的代謝和胞外多糖的產生進行了研究，結果表明31PNMR能夠察覺到在葡萄糖代謝期間L.lactic瞬間的生理變化[36]。Ramos對Leuconostoc oenos檸檬酸和糖代謝進行了研究，13CNMP可以清晰檢測到最終產品的代謝轉變，通過研究發現13CNMP和31PNMR核磁共振光譜是研究乳酸菌糖類代謝有效的辦法[34]。

2.3 氨基酸源風味物質的產生

乳酸乳球菌代謝氨基酸是通過轉氨作用產生α-酮酸，這一步是由轉氨酶催化的，主要有芳香族轉氨酶、支鏈轉氨酶和天冬氨酸轉氨酶[37]；α-酮酸進一步由酮酸脫羧酶轉化為乙醛，或是由酮酸脫氫酶轉化成羧酸，乳酸代謝氨基酸的一般途徑見圖3。

L.Lactis代謝亮氨酸和纈氨酸的產物主要是谷氨酸，說明α-酮戊二酸是氨基的主要接收物質[39]，但也有少數乳球菌把丙酮酸或草酰乙酸作為氨基的接收物質[40]。α-酮戊二酸是乳酸菌代謝氨基酸的限制性因素，形成主要有3種途徑：一是可以由谷氨酸在谷氨酸脫氫酶作用下脫氫生成；第二途徑是檸檬酸-草酰乙酸途徑，由檸檬酸和谷氨酸產生，需要檸檬酸鹽滲透酵素(CitP)，檸檬酸裂解酶(CitL)和天冬氨酸轉氨酶(Asp-AT)；第三途徑是檸檬酸-異檸檬酸途徑，利用三羧酸循環的氧化之路，由丙酮酸或檸檬酸氧化產生，需要異檸檬鹽脫氫酶和順烏頭酸酶。Tanous通過L. lactissubsp.Diacetylactis獲得了檸檬酸鹽滲透酵素，檸檬酸裂解酶和天冬氨酸轉氨酶，而沒有獲得異檸檬鹽脫氫酶和順烏頭酸酶，證明α-酮戊二酸第二種形成途徑是存在的[41]。

Williams對切達干酪中152株乳酸菌在酮戊二酸鹽存在的條件下分解蛋白質和氨基酸的能力進行了研究[42]。Liu對71株乳酸菌代謝氨基酸產生的風味物質進行了研究，精氨酸可以被乳酸乳球菌乳亞種代謝，也可被短乳桿菌、發酵乳桿菌等異型發酵桿菌代謝，絲氨酸只能被同型發酵的類干酪乳桿菌類干酪亞種、鼠李乳桿菌和植物乳桿菌代謝[29]。其中短乳桿菌和發酵乳桿菌代謝氨基酸能力強，可以利用絲氨酸、精氨酸、天門冬氨酸、谷氨酸和支鏈氨基酸，明串珠菌代謝氨基酸能力弱。乳酸菌代謝支鏈氨基酸能產生類似麥芽味，水果味和汗臭味，芳香族氨基酸產生花、化學試劑和排泄物的味道，天冬氨酸代謝產生類似黃油風味，含硫氨基酸代謝產生類似煮沸的卷心菜、肉和大蒜味道[38]。

3 乳酸菌調控和影響風味形成的途徑

3.1 改善乳酸菌的發酵條件

在乳球菌的發酵過程中，芳香物質的生成受到發酵條件的影響，如雙乙酰的生成量和穩定性受多方面外界因素的影響，如培養基中的碳、氮源的種類和比例，生長溫度，pH，是否存在氧氣等[43]。Lactococcus lactisssp.lactis在有氧條件下，雙乙酰的生成量遠遠高于無氧條件下的生成量，氧氣的壓力達到1×105Pa和2×105Pa時，雙乙酰的產生量的最大值分別達到0.39和0.45 mmol/L[44]。氧氣的壓力達到2×105Pa時，未添加檸檬酸時，雙乙酰和乙偶姻最大濃度分別為0.09和0.29 mmol/L，當檸檬酸的添加量由6.2，11.5，26 mmol/L，雙乙酰的最大濃度分別為0.45，0.53，0.85 mmol/L，乙偶姻為3.6，4.5，8.5 mmol/L，當檸檬酸的濃度增加時，由檸檬酸轉化的雙乙酰卻在減少[45]。

3.2 基因工程

近年來雙乙?；蛘{控主要集中在增強丙酮酸向α-乙酰乳酸代謝支路，失活α-乙酰乳酸脫羧酶以便切斷α-乙酰乳酸至乙偶姻的代謝支路和抑制雙乙酰還原酶的活性，以及這些策略的綜合[46]。Henriksen利用丙酮酸甲酸鹽裂解酶(PFL)，乳酸脫氫酶（LDH）和丙酮酸脫氫酶(PDH)缺陷性菌株對丙酮酸代謝路徑進行了調控[47]。Chaves等通過基因敲除技術來構建gtyA基因缺失的突變株，gtyA基因缺陷菌株的蘇氨酸醛縮酶活性幾乎完全喪失，乙醛的產量達不到檢測限[48]；而glyA基因過表達菌株的生長速率和產酸能力與其親本基本相同，乙醛的產量和蘇氨酸醛縮酶活性較其親本卻分別增加了86%和65%[49]。

4 展望

發酵乳制品的風味研究是如今的一個熱門話題，目前國內對于發酵乳制品的風味研究主要集中在糖和檸檬酸的代謝上，而對于脂肪酸的代謝研究較少，特別是脂肪酸代謝對于發酵乳風味的影響，將是今后的研究重點之一。

[1]駱承庠.乳與乳制品工藝學[M].北京:農業出版社,1992.

[2]李成濤，呂嘉櫪.乳酸菌及其發酵乳制品的發展趨勢[J].中國釀造, 2005（8）：5-7.

[3]丁耐克.食品風味化學[M].北京：中國輕工業出版社，1999:259.

[4]黃梅麗，王俊卿.食品色香味化學[M].北京：中國輕工業出版社，2008:262-263

[5]宋煥祿.食品風味化學[M].北京：化學工業出版社，2008:79-80

[6]王琴，朱小紅，任遠慶，等.不同乳酸菌及其組合發酵乳的產香特性分析[J].食品工業科技,2008（6)：73-76.

[7]王冰.應用復合乳酸菌開發天然酸奶香基[J].香料香精化妝品,2008 (3))：49-52

[8]汪薇,趙文紅,白衛東,等.乳酸菌發酵制備天然奶味香精的研究[J].食品與發酵工業,2010（10）：191-195.

[9]AWAD S,AHMED N,SODA M E.Evaluation of Isolated Starter Lactic Acid Bacteria in Ras Cheese Ripening and Flavour Development [J].Food Chemistry,2007,104(3)：1192-1199.

[10]AYAD E H E,VERHEUL A,BRUINENBERG P,et al.Starter Culture Development for Improving the Flavour of Proosdij-type Cheese[J].International Dairy Journal,2003,13(2-3)：159-168.

[11]ASTERI I A,ROBERTSON N,KAGKLI D M,et al.Technological and Flavour Potential of Cultures Isolated from Traditional Greek Cheeses–A pool of Novel Species and Starters[J].International Dairy Journal,2009,19(10)：595-604.

[12]MARILLEY L.Flavours of Cheese Products:Metabolic Pathways, Analytical Tools and Identification of Producing Strains[J].International Journal of Food Microbiology,2004,90(2)：139-159.

[13]FODA M S,KHAFAGY E Z,EL-DIN S M.Production of L-asparaginase by Pseudomonas ovalis[J].Zentralbl Bakteriol Parasitenkd Infektionskr Hyg,1974,129(6)：525-532.

[14]SURIYAPHAN O,DRAKE M A,CHEN X Q,et al.Characteristic Aroma Components of British Farmhouse Cheddar Cheese[J].J Agric Food Chem,2001,49(3)：1382-1387.

[15]FOX P F WALLACE J M.Formation of Flavor Compounds in Cheese[J].Adv Appl Microbiol,1997,45:17-85.

[16]MOLIMARD P,SPINNLER H E.Review:Compounds Involved in the Flavor of Surface Mold-ripened Cheeses:Origins and Properties [J].Journal of Dairy Science,1996,79(2)：169-184.

[17]ENGELVIN G,FERON G,PERRIN C,et al.Identification of Beta-oxidation and Thioesterase Activities in Staphylococcus carnosus 833 Strain[J].FEMS Microbiol Lett,2000,190(1)：115-120.

[18]MCSWEENEY F K,MURPHY E S.Criticisms of the Satiety Hypothesis as an Explanation for Within-session Decreases in Responding[J].J Exp Anal Behav,2000,74(3)：347-361.

[19]MARY P,CHIHIB N E,CHARAFEDDINE O,et al.Starvation Survival and Viable but Nonculturable States in Aeromonas hydrophila[J].Microb Ecol,2002,43(2)：250-258.

[20]VERONIKA P,HANA P,JIRI P,et al.Combined Exposure of Japanese Quails to Cyanotoxins,Newcastle Virus and Lead:Oxidative Stress Responses[J].Ecotoxicol Environ Saf,2011,74(7)：2082-2090.

[21]BALTAZAR M F,DICKINSON F M,RATLEDGE C.Oxidation of Medium-chain acyl-CoA Esters by Extracts of Aspergillus niger:Enzymology and Characterization of Intermediates by HPLC[J].Microbiology,1999,145(Pt 1):271-278.

[22]CHALIER P CROUZET J.Methyl Ketone Production from Copra Oil byPenicillium roquefortiSpores[J].Food Chemistry,1998,63(4)：447-451.

[23]GILLES F H,GOMEZ I G.Developmental Neuropathology of the Second Half of Gestation[J].Early Hum Dev,2005,81(3)：245-253.

[24]ANNE G,GRUBERG L.Platelet Glycoprotein IIb/IIIa Inhibitors during Percutaneous Coronary Interventions:A Pharmacological and Clinical Review[J].Expert Opin Pharmacother,2004,5(2)：335-348.

[25]O'CONNELL M H S,SHAPIRO L.Fatty Acid Degradation inCaulobacter crescentus[J].Journal of Bacteriology,1986,168(1)：49-54.

[26]ALEWIJóN M,SMIT B A,SLIWINSKI E L,et al.The Formation Mechanism of Lactones in Gouda Cheese[J].International Dairy Journal,2007,17(1)：59-66.

[27]HOLLAND R,LIU S Q,CROW V L,et al.Esterases of Lactic Acid Bacteria and Cheese Flavour:Milk Fat Hydrolysis,Alcoholysis and Esterification[J].International Dairy Journal,15(6-9)：711-718.

[28]ABEIJ N MUKDSI M C,MEDINA R B,ALVAREZ M D F,et al. Ester Synthesis by Lactic Acid Bacteria Isolated from Goat’s and Ewe’s Milk and Cheeses[J].Food Chemistry,2009,117(2)：241-247.

[29]LIU S Q,HOLLAND R,CROW V L.The Potential of Dairy Lactic Acid Bacteria to Metabolise Amino Acids via Non-transaminating Reactions and Endogenous Transamination[J].International Journal of Food Microbiology,2003,86(3)：257-269.

[30]NARDI M,FIEZ-VANDAL C,TAILLIEZ P,et al.The EstA Esterase is Responsible for the Main Capacity ofLactococcus lactisto Synthesize Short Chain Fatty Acid Esters invitro[J].J Appl Microbiol, 2002,93(6)：994-1002.

[31]OLISZEWSKI R,MEDINA R B,GONZALEZ S N,et al.Esterase Activities of Indigenous Lactic Acid Bacteria from Argentinean Goats’Milk and Cheeses[J].Food Chemistry,2007,101(4)：1446-1450.

[32]COGAN T M,JORDAN K N.Metabolism of Leuconostoc Bacteria [J].Journal of Dairy Science,1994,77(9)：2704-2717.

[33]TORINO M I,TARANTO M P,FONT DE VALDEZ G.Citrate Catabolism and Production of Acetate and Succinate byLactobacillus helveticusATCC 15807[J].Applied Microbiology and Biotechnology, 2005,69(1)：79-85.

[34]RAMOS A,SANTOS H.Citrate and Sugar Cofermentation in Leuconostoc oenos,a(sup13)C Nuclear Magnetic Resonance Study[J].Appl Environ Microbiol,1996,62(7)：2577-2585.

[35]MACCIOLA V,CANDELA G，DE LEONARDIS A.Rapid Gaschromatographic Method for the Determination of Diacetyl in Milk, Fermented Milk and Butter[J].Food Control,2008,19(9)：873-878.

[36]HUGENHOLTZ J,LOOIJESTEIJN E,STARRENBURG M,et al. Analysis of Sugar Metabolism in an EPS ProducingLactococcus lactisby 31P NMR[J].Journal of Biotechnology,2000,77(1)：17-23.

[37]YVON A M,GROSS D J，WADSWORTH P.Antagonistic Forces Generated by Myosin II and Cytoplasmic Dynein Regulate Microtubule Turnover,Movement,and Organization in Interphase Cells[J]. Proc Natl Acad Sci U S A,2001,98(15)：8656-8661.

[38]ARDO Y.Flavour Formation by Amino Acid Catabolism[J]. Biotechnology Advances,2006,24(2)：238-242.

[39]ZIADIM,BERGOTG,COURTINP,etal.AminoAcid Catabolism byLactococcus lactisduring Milk Fermentation[J].International Dairy Journal,2010,20(1)：25-31.

[40]ENGELS W J M,ALTING A C,ARNTZ M M T G,et al.Partial Purification and Characterization of Two Aminotransferases fromLactococcus lactissubsp.cremorisB78 Involved in the Catabolism of Methionine and Branched-chain Amino Acids[J].International Dairy Journal,2000,10(7)：443-452.

[41]TANOUS C,GORI A,RIJNEN L,et al.Pathways for-ketoglutarate Formation by Lactococcus lactis and Their Role in Amino Acid Catabolism[J].International Dairy Journal,2005,15(6-9)：759-770.

[42]WILLIAMS A G,NOBLE J BANKS J M.Catabolism of Amino Acids by Lactic Acid Bacteria Isolated from Cheddar Cheese[J].International Dairy Journal,2001,11(4-7)：203-215.

[43]楊麗杰，王俊滬.乳酸乳球菌中雙乙酰代謝支路的調控[J].中國乳品工業,2004（5)：24-29.

[44]BOUMERDASSI H,MONNET C,DESMAZEAUD M,et al.Effect of Citrate on Production of Diacetyl and Acetoin byLactococcus lactis ssp.lactisCNRZ 483 Cultivated in the Presence of Oxygen[J].Journal of Dairy Science,1997,80(4)：634-639.

[45]BOUMERDASSI H,MONNET C,DESMAZEAUD M,et al.Isolation and Properties ofLactococcus lactissubsp.lactisBiovar Diacetylactis CNRZ 483 Mutants Producing Diacetyl and Acetoin from Glucose [J].Appl Environ Microbiol,1997,63(6)：2293-2299.

[46]鄭應福,闞振榮，趙春海.高產雙乙酰乳球菌的研究進展[J].中國生物工程雜志,2005（1）：186-189.

[47]HENRIKSENCM，NILSSOND.RedirectionofPyruvate Catabolism inLactococcus lactisbySelection of Mutantswith Additional Growth Requirements[J].Applied Microbiology and Biotechnology, 2001,56(5-6)：767-775.

[48]CHAVES A,FERNANDEZ M,LERAYER A,et al.Metabolic Engineering of Acetaldehyde Production byStreptococcus thermophilus[J]. Applied and Environmental Microbiology,2002,68(11)：5656-5662.

[49]韓希妍,孫大慶,相麗,等.乳酸菌風味代謝物質的基因調控[J].微生物學報,2007（6）：1105-1109.

Effect of Lactic acid bacteria on flavor of fermented dairy products

LI Liang1，2，MA Ying1
（1.School of Food Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China;2.Food College, Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China)

Lactic acid bacteriahave a decisive influence on the flavor of fermented dairy products,Lactic acid bacteriametabolism of fats,carbohydrates and proteins produced flavor substances.This article summarized mechanism research thatLactic acid bacteriametabolism of fat,sugar,citric acid and amino acid to produce aromatic substances

Lactic acid bacteria；flavor；mechanism

Q939.11+7

B

1001-2230（2012）05-0042-04

2011-12-26

李良(1981-)，男，講師，研究方向為食品科學。

馬鶯