不同發酵劑對牦牛乳硬質干酪品質的影響

劉 瑛,梁 琪,*,張 炎,宋雪梅,李學朋

(1.甘肅農業大學食品科學與工程學院,甘肅蘭州 730070；2.甘肅省功能乳品工程實驗室,甘肅蘭州 730070)

不同發酵劑對牦牛乳硬質干酪品質的影響

劉 瑛1,2,梁 琪1,2,*,張 炎1,2,宋雪梅1,2,李學朋1,2

(1.甘肅農業大學食品科學與工程學院,甘肅蘭州 730070；2.甘肅省功能乳品工程實驗室,甘肅蘭州 730070)

以新鮮牦牛乳為原料,分別添加嗜溫、嗜熱和混合(嗜溫∶嗜熱=1∶1)三種發酵劑制作硬質干酪,研究在1～180 d成熟過程中,不同類型發酵劑制作的干酪中蛋白降解和ACP(酸性磷酸酶)對其品質的影響。結果表明:牦牛乳硬質干酪成熟過程中發揮作用的ACP主要來自發酵劑,且干酪中蛋白降解受ACP影響顯著,ACP與PPN(多肽氮)呈強正相關性(r=0.720),與CN(酪蛋白氮)和PN(蛋白氮)呈強負相關性。三種干酪PPN在60～120 d均保持穩定狀態。不同類型的發酵劑對干酪蛋白降解強弱不同,過強或過弱均會影響到干酪的品質,嗜溫發酵劑對干酪蛋白降解最弱,該干酪風味比較清淡;嗜熱發酵劑對干酪蛋白降解能力最強,該發酵劑制作的干酪苦味較重,但組織狀態較好;混合發酵劑對蛋白降解適中,該干酪發酵風味濃郁,組織狀態較佳。

牦牛乳,硬質干酪,蛋白水解,酸性磷酸酶,發酵劑

蛋白降解是干酪成熟過程中的重要生化反應[1-2],它對硬質和半硬質干酪的風味及質地具有重要作用,風味化合物的平衡對干酪的品質影響顯著[3-4]。干酪品質的影響因素很多,主要有乳的特性、發酵劑和凝乳酶的種類及其添加量、后處理工藝等。尤其是發酵劑的種類,它對干酪理化特性和成品感觀特性及產率有很大的影響[5-6]。Rehman等研究表明,發酵劑的類型比干酪制作方法更能影響切達干酪風味的形成[7]。Hayaloglu等[8]研究表明,在Gokceada干酪中嗜熱發酵劑對蛋白降解程度大于嗜溫發酵劑干酪,且嗜溫發酵劑制作的Gokceada干酪品質更好。而任娟等[9]研究表明,混合發酵劑生產的羊乳干酪的品質好于嗜熱和嗜溫發酵劑。由于不同發酵劑對不同品種干酪成熟過程中的影響不同,且發酵劑類型對牦牛乳硬質干酪成熟過程中蛋白質水解和品質形成及變化的相關文獻報道甚少,因此,非常有必要深入研究不同發酵劑對牦牛乳硬質干酪的影響。

發酵劑中所用菌種一般為乳酸菌,乳酸菌含有廣泛的酶系,ACP(酸性磷酸酶)便是其中之一[10],而ACP對牦牛乳干酪蛋白降解的有關研究鮮有報道,本研究以甘肅天祝新鮮牦牛乳為原料,一方面探究牦牛乳硬質干酪中ACP的主要來源,以了解ACP與蛋白氮、酪蛋白氮以及多肽氮的關系;另一方面研究不同類型發酵劑對牦牛乳硬質干酪中蛋白質降解深度和廣度的影響,尋找蛋白水解差異與品質的形成關系,為牦牛乳硬質干酪品質研究提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牦牛乳 甘肅省天祝藏族自治縣抓喜秀龍鄉,4 ℃左右運回實驗室,其中,原料乳中蛋白含量5.00%～5.32%、乳脂6.50%～7.50%。

嗜溫發酵劑(乳酸乳球菌乳酸亞種、乳酸乳球菌乳脂亞種);嗜熱發酵劑(嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌);混合發酵劑由嗜熱發酵劑和嗜溫發酵劑以1∶1組成 丹麥丹尼斯克公司生產;精制小牛皺胃酶 酶活力為10萬單位/g,蘭州百靈生物技術有限公司;對硝基苯磷酸二鈉 東京化成工業株式會社；實驗所用試劑均為分析純。

pHS-3C酸度計 上海儀電科學儀器股份有限公司;SXQ-DSX-280A滅菌鍋 上海申安醫療器械廠;754PC紫外可見分光光度計 上海光譜儀器有限公司;DZ-450A型真空包裝機 溫州市大江真空包裝機械有限公司;TGL-20高速冷凍離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司;SKD-200凱氏定氮儀 上海沛歐分析儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 牦牛乳硬質干酪制作的技術要點 將新鮮牦牛乳經巴氏殺菌(63 ℃ 30 min)后,冷卻至35 ℃,嗜熱發酵劑添加量為0.625 g/L,嗜溫發酵劑添加量為0.519 g/L,均由1%食鹽水配置且在35 ℃水浴鍋中活化30 min后添加,混合發酵劑由嗜溫和嗜熱按1∶1組成。添加發酵劑,攪拌均勻,35 ℃發酵40 min,添加0.03% CaCl2,攪拌均勻。然后添加1.0 g/L凝乳酶,靜置待乳凝固后,切割成1 cm3的小塊。然后進行輕微攪拌,使凝塊顆粒懸浮在乳清中,分離乳清。待大部分乳清排出后,以1 ℃/min二次加熱到45 ℃。當干酪粒收縮到適當硬度后,排出乳清。加入凝塊2.0%的食鹽,堆釀1 h。將經過堆釀的干酪凝塊均勻地放在壓榨槽中,在0.1 MPa壓力下壓榨6～7 h,干酪成品用低密度聚乙烯(LDPE)袋真空包裝[11]。每塊重26～30 g。經真空包裝后的干酪置于10 ℃,分別測定成熟第1、30、60、90、120、150、180 d的各項指標。

1.2.2 干酪出品率測定 參照任娟[9]等(2010)的方法加以改進。將牦牛乳干酪壓榨完后稱其質量,根據干酪水分含量與干酪質量計算干酪出品率[12]。

考慮到批次間、處理間水分含量的差異,將實測出品率校正到水分含量為45%的出品率。

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

1.2.3 干酪成熟過程中水分含量的測定 水分含量依照GB/T 5009.3-2010中的直接干燥法。

1.2.4 干酪成熟過程中NaCl含量測定 參照張秀梅等(2007)的方法測定[13]。

1.2.5 干酪成熟過程中蛋白質水解度的測定 本實驗采用凱氏定氮法測定干酪中總氮的含量,測定依照GB/T5009.5-2010進行。pH4.6可溶性氮的測定采用Kuchroo和Fox等的方法[14]。12%三氯乙酸氮的測定采用Agboola等人的方法[15]。

蛋白氮(PN)、酪蛋白氮(CN)、多肽氮(PPN)的測定采用Tejada的方法計算[16]:

蛋白氮(PN)=總氮(TN)-非蛋白氮(NPN);

酪蛋白氮(CN)=總氮(TN)-可溶性氮(WSN);

多肽氮(PPN)=可溶性氮(WSN)-非蛋白氮(NPN)。

1.2.6 酸性磷酸酶的測定 參照Radovan等的方法[17]。

1.2.7 干酪成熟過程中的質量感官評定 感官評定方法參照GB5420-2010,隨機抽取成熟第1、30、60、90、120、150、180 d的干酪樣品,在25 ℃下放置1 h后,由經過培訓篩選后的15人組成評定小組,采用100分制,從色澤(20%)、組織狀態(30%)、滋味和氣味(50%)進行質量感官評定。

1.3 數據的統計與分析

實驗中每個處理重復三次,采用 SPSS17.0 軟件對數據進行差異顯著性分析和Pearson相關性分析,Orign7.0 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 發酵劑對牦牛乳硬質干酪產率的影響

干酪的出品率直接影響干酪的產量,也是衡量干酪品質的一個重要因素。三種發酵劑制作的牦牛乳硬質干酪的實測出品率及校正出品率見表1。

表1 發酵劑對干酪出品率的影響

注:字母a、b、c表示同一行中有相同小寫字母的表示差異不顯著,p>0.05。

在干酪生產中,干酪出品率除受殺菌條件、酸化條件、氯化鈣添加量、發酵劑和凝乳酶等因素的影響外,還與干酪中水分含量密切相關,因此,為了更確切的考察發酵劑對牦牛乳干酪出品率的影響,將干酪中水分調整到同一含量,采用校正出品率進行比較。該實驗將水分調整到45%,由表1可知:三種牦牛乳干酪校正出品率差異顯著(p<0.05)。

2.2 發酵劑對干酪成熟過程中水分的影響

干酪中的水分有游離水和結合水兩種存在形態。牦牛乳硬質干酪成熟過程中的水分含量變化如圖1所示。

圖1 發酵劑對干酪成熟過程中水分含量的影響Fig.1 Influences of starter culture on moisture content during cheese maturation

從圖1可知,在1～180 d的成熟過程中,三種干酪的水分均呈降低趨勢,嗜溫發酵劑干酪中水分下降了4.1%,下降程度最大;嗜熱發酵劑干酪中水分下降了3.0%;混合發酵劑干酪持水性較好,水分降低了2.5%。發酵劑和成熟時間對干酪水分的影響差異不顯著(p>0.05)。本實驗中,牦牛乳硬質干酪是真空包裝,水分降低不受蒸發影響,水分降低的主要原因是由于殘留凝乳酶和發酵劑蛋白酶將蛋白質分解,使干酪的網絡結構受到破壞,游離水析出所引起[18]。水分對干酪品質的影響顯著,尤其是對質構,不同發酵劑制作干酪時形成的凝塊狀態和組織結構不同,從而使其水分含量不同。

2.3 發酵劑對干酪成熟過程中鹽含量的影響

干酪中添加鹽可改善干酪的風味,抑制腐敗微生物的生成,使干酪品質更好。三種牦牛乳硬質干酪成熟過程中鹽含量的變化如圖2所示。

圖2 發酵劑對干酪成熟過程中鹽含量的影響Fig.2 Influences of starter culture on salt content during cheese maturation

從圖2可知,在1～180 d成熟過程中,嗜溫發酵劑干酪鹽含量上升了0.43%,嗜熱和混合發酵劑干酪中的鹽分含量中分別上升了0.40%和0.37%。數據分析表明,發酵劑和成熟時間對干酪鹽含量影響存在極顯著差異(p<0.01)。雖然三種干酪中添加鹽的量相同,但因不同類型發酵劑制作的干酪持水性不同,使得新鮮干酪的鹽含量不同,其中,嗜溫發酵劑干酪中鹽含量低于其他兩種干酪且差異顯著(p<0.05)。實驗研究表明,鹽含量上升幅度與水分降低程度基本一致。

2.4 發酵劑對牦牛乳硬質干酪成熟過程中蛋白降解的影響

2.4.1 發酵劑對干酪成熟過程中蛋白氮的影響 從總氮中減去非蛋白氮(NPN)以外的氮稱作蛋白氮(PN),即PN=TN-NPN,其中,NPN為12%TCA-N。不同發酵劑制作的牦牛乳硬質干酪成熟過程中PN的變化如圖3所示。

圖3 發酵劑對干酪成熟期間PN的影響Fig.3 Influences of starter culture on PN during cheese maturation

從圖3可知,在1～180 d成熟過程中,三種干酪中PN含量均呈逐漸降低趨勢,嗜溫發酵劑干酪PN降低了5.72%,降低程度最小;嗜熱發酵劑干酪中PN降低了9.20%,降低程度最大;混合發酵劑干酪中PN降低了8.14%。發酵劑和成熟時間對干酪中PN含量的影響差異極顯著(p<0.01)。PN降低主要是由于在干酪成熟的過程中蛋白質逐漸被降解成小分子的化合物,NPN含量增加,導致PN含量逐漸降低。在干酪成熟期間,嗜熱發酵劑干酪PN含量最低,這是由于嗜熱發酵劑中乳酸菌的蛋白質降解能力較強,生成的NPN相對較高所致,嗜溫發酵劑嗜熱發酵劑干酪PN含量最高,混合發酵劑干酪PN含量居中,這說明嗜溫發酵劑對蛋白降解能力最弱,混合發酵劑對蛋白降解能力居中。

2.4.2 發酵劑對干酪成熟過程中酪蛋白氮的影響 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過程中大部分隨水分排出,因而干酪中蛋白主要是酪蛋白(CN),CN=TN-WSN,WSN為pH4.6-SN。不同發酵劑制作的牦牛乳硬質干酪成熟過程中CN的變化如圖4所示。

圖4 發酵劑對干酪成熟期間CN的影響Fig.4 Influences of starter culture on CN during cheese maturation

由圖4可知,在1～180 d成熟過程中,三種干酪中CN含量均逐漸降低,嗜溫發酵劑干酪CN降低了9.29%,降低程度最小;嗜熱發酵劑干酪中CN降低了12.79%,降低程度最大;混合發酵劑干酪中CN降低了11.08%。說明嗜溫發酵劑蛋白降解能力最弱,混合發酵劑蛋白降解能力適中,嗜熱發酵劑蛋白降解能力最強。數據分析表明,發酵劑和成熟時間對干酪中CN含量的影響差異極顯著(p<0.01)。在干酪成熟期間,CN含量降低是由于酪蛋白被降解為多肽,多肽再被降解成小肽,最終被分解為游離氨基酸,然后氨基酸被分解生成氨、胺、乙醛、苯酚、吲哚和乙醇等無機物,而這些降解產物是干酪的主要風味物質。

2.4.3 發酵劑對干酪成熟過程中多肽氮的影響 多肽氮(NPN)是蛋白質降解的中間產物,可以更好的反映干酪成熟過程中蛋白質降解的具體情況,NPN=WSN-PNP。不同發酵劑制作的牦牛乳硬質干酪成熟過程中PPN的變化如圖5所示。

圖5 發酵劑對干酪成熟期間PPN的影響Fig.5 Influences of starter culture on PPN during cheese maturation

由圖5可知,嗜溫發酵劑干酪中PPN在1～120 d呈緩慢增加趨勢,尤其是在60～120 d基本保持不變,在120～150 d降低,150 d之后又迅速升高;嗜熱發酵劑干酪中PPN在整個成熟過程中呈現增加趨勢,類似的,在60～120 d基本保持不變;混合發酵干酪中PPN在1～60 d呈快速增加趨勢,在60～90 d降低,90 d之后緩慢增加?？傊?三種干酪中PPN在1～60 d快速增加,60～120 d基本保持不變。這主要是由于干酪中蛋白質降解生成PPN不斷積累的同時又進一步降解生成一些小肽和氨基酸,從而使得干酪成熟期間的PPN一直處于波動狀態。數據分析表明,發酵劑和成熟時間對干酪中PPN含量的影響差異顯著(p<0.05)。

2.5 發酵劑對牦牛乳硬質干酪成熟過程中酸性磷酸酶的影響

干酪中的ACP有來自牛乳的,也有來自發酵劑微生物的。不同發酵劑制作的牦牛乳硬質干酪成熟過程中ACP活性的變化如圖6所示。

圖6 發酵劑對干酪成熟過程中ACP活性的影響Fig.6 Influences of starter culture on ACP activity during cheese maturation

從圖6可知,嗜溫發酵劑干酪中ACP在1～60 d呈增大趨勢,60～90 d呈降低趨勢,90～120 d略有升高,120～180 d又逐漸降低;嗜熱發酵劑干酪中ACP活性在1～120 d的變化趨勢與嗜溫發酵劑干酪類似,120～180 d呈逐漸增大趨勢,在整個成熟期ACP活性均大于其他兩種干酪;混合發酵劑干酪中ACP活性在1～120 d與其他兩種干酪具有相同變化趨勢,120～150 d繼續增大,150～180 d又逐漸降低,且在120 d之后其活性高于嗜溫發酵劑干酪的ACP活性。數據分析表明:發酵劑和成熟時間對干酪中ACP影響差異極顯著(p<0.01)。由于該實驗所用原料乳和干酪加工工藝相同,因此,三種干酪ACP的差異主要是由發酵劑不同引起,同時也說明,牦牛乳中的ACP在干酪中殘留量很少。

2.6 發酵劑對牦牛乳干酪成熟過程中蛋白降解和ACP的綜合分析

蛋白質的降解是形成干酪風味的主要途徑,蛋白降解的快慢主要取決于干酪中殘留凝乳酶和發酵劑中微生物釋放酶的類型,ACP與蛋白降解相關性分析見表2。

表2 ACP與蛋白降解的相關性

注:*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關,**表示在0.01水平(雙側)上顯著相關。

PPN是干酪中的主要風味物質和風味前體物質,由表2可知,ACP與PPN呈強正相關性(r=0.720),說明ACP對干酪風味的形成具有積極影響。CN和PN是蛋白降解的中間產物,對干酪風味化合物的平衡起著至關重要的作用,而ACP與CN和PN呈強負相關性。這與Dully 等認為ACP通過影響干酪蛋白水解來影響其風味的報道一致[19]。在干酪成熟期間,酪蛋白被殘留凝乳酶、胞漿素和微生物蛋白酶降解成富含磷的多肽[20]。即干酪成熟過程中良好風味的形成需要留凝乳酶、胞漿素、微生物蛋白酶、肽酶、磷酸酶等的協同作用。

2.7 不同發酵劑對干酪成熟過程中感官評價的影響

感官評定值以色澤、組織狀態、滋味和氣味三項的總體接受性表示,總體接受性滿分為100分,評分結果見表3。

表3 發酵劑對干酪成熟過程中感官品質的影響

注:字母a、b、c表示同一列中有相同小寫字母的表示差異不顯著,p>0.05。

從表3可知,三種干酪成熟過程中感官分值均呈先增大后減小的趨勢。嗜溫發酵劑干酪因其蛋白降解程度低,風味較淡,達到良好品質所需的成熟時間較其他兩種干酪長,120 d后才具有較好的感官品質。嗜熱發酵劑干酪的最佳成熟時間(感官分值最高)是90 d,該干酪質地柔和,滋氣味較好,但因蛋白降解能力較強,在成熟過程中易產生較重苦味;混合發酵劑干酪成熟90 d后具有了較好感官品質,在最佳成熟期呈現均勻的乳黃色,組織細膩,光滑,硬度適中,滋氣味良好,發酵風味明顯,奶香味濃郁,主要是由于混合發酵劑蛋白降解能力適中;說明干酪在成熟期間,蛋白質降解過快過慢均會影響到干酪的品質,若蛋白降解適中,干酪風味良好、質地柔和;酪蛋白降解過慢,不易形成干酪的質地和風味;降解過快,易產生小分子的苦味肽,影響干酪風味,使其品質下降,這與Hayaloglu等的研究報道一致[8]。

3 結論

干酪成熟過程中水分和鹽含量的改變,會影響到干酪的成熟環境,從而使干酪品質發生變化,尤其是水分對干酪質構影響比較顯著,在成熟后期混合和嗜熱發酵劑干酪水分相對較高,其質地較軟,嗜溫發酵劑干酪水分降低程度大,其質地較硬。

ACP通過影響干酪蛋白水解來影響其風味,在最佳成熟時間,嗜溫、嗜熱和混合發酵劑干酪中ACP活力分別為0.039、0.053和0.030 μmol/g·min且差異顯著(p<0.05)。牦牛乳硬質干酪成熟期發揮作用的ACP主要來自發酵劑。ACP與PPN呈強正相關性,相關系數r=0.720。與CN和PN呈強負相關性,相關系數r分別為0.724和0.694。三種干酪在最佳成熟時間前后(60～120 d)PPN基本保持在穩定狀態。不同類型的發酵劑對干酪蛋白降解強弱不同,過強或過弱均會影響到干酪的品質,嗜溫發酵劑對干酪蛋白降解最弱,干酪風味比較清淡;嗜熱發酵劑對干酪蛋白降解能力最強,該發酵劑制作的干酪因較重的苦味影響了它的感官品質;混合發酵劑對蛋白降解適中,該干酪發酵風味濃郁,組織狀態較佳。

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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

劉瑛(1989-),女,在讀碩士,研究方向:食品工程，E-mail:1505872025@qq.com。

*通訊作者:梁琪(1969-),女,博士,教授，研究方向:食品品質、乳品科學，E-mail:liangqi@gsau.edu.cn。

國家自然科學基金(31260383)。

TS252.1

A

1002-0306(2015)21-0157-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.024