切达干酪的成熟与影响因素

切达干酪的成熟与影响因素

0保障切达干酪成熟质量干菜是由牛奶、浓缩油、各种脱脂乳、啤酒乳或其他产品的混合物组成的。经凝乳并分离出乳清而制得的新鲜或成熟的乳制品。干酪中的切达干酪(Cheddarcheese)是一种牛乳酶凝乳的酸性半硬质成熟干酪,切达干酪制作中特殊的堆积工艺可以赋予这类干酪独特的质地和功能性。堆积是指对凝块进行渐近的加压处理,它将在很大程度上促进干酪微观颗粒之间的凝聚和融合。传统上,堆积是将乳凝块反复压成片状并聚堆的过程。切达干酪是世界干酪生产的主要品种之一,也是欧美国家民众喜爱的品种。切达干酪的风味与其他许多干酪品种相比较为温和,容易被中国消费者所接受。在国内市场上所卖的大部分干酪均属于此品种。对于成熟或过于成熟的切达干酪,其水分质量分数通常在33%~35%之间,NaCl为1.6%~1.8%,脂肪占干物质总量的52%~54%,pH值在4.95~5.25之间。干酪的成熟是一个缓慢的过程,主要包括糖代谢、蛋白水解和脂肪水解,从而形成干酪特殊的风味物质。成熟时间依干酪品种不同而不同,切达干酪一般要成熟6~9个月。干酪的成熟也是一个昂贵的过程,在这样长的成熟时间内要控制成熟室内的大气条件,并且防止污染,就需要较高费用,估计1t干酪成熟期间的花费约为100美元。因此,在保证成熟产品的风味和流变学特性与传统产品相同的基础上,加速干酪成熟可以从经济利益和工艺技术两方面使生产者获利。自20世纪50年代以来,人们就开始不断寻求加速干酪成熟的方法。由于糖代谢对干酪加速成熟的作用比较小,因此,对切达干酪的加速成熟主要采用各种物理与化学方法加速其蛋白质与脂肪的分解,缩短成熟时间,同时增强干酪风味,保证风味平衡,感官良好。从而带来更高的经济效益,促进经济的发展。1干酪成熟时间的确定切达干酪的加速成熟主要是采用物理、化学、生物等方法加快蛋白质降解成长短各异的肽链及各种氨基酸、脂肪分解成短链脂肪酸和挥发性脂肪酸,使干酪质地变的细腻光滑,并赋予干酪特殊的风味,缩短成熟时间。目前在国内外主要的方法有提高温度、高压处理、添加促熟酶、修饰发酵剂细胞等。1.1成熟温度对干酪品质的影响切达干酪的成熟温度为6~8℃。成熟温度影响蛋白的水解速度,提高成熟温度可以加速干酪的生化反应,产生风味物质和风味物质前体。在温度≤15℃时被认为是加速干酪成熟的最好温度,并具有较好的化学与微生物质量。1946年Senders首次用提高温度法促熟干酪。1985年Aston报道,切达干酪在32周的成熟期内不影响其品质的最高成熟温度为15℃,此温度成熟12周的蛋白水解程度与8℃下成熟32周的蛋白水解程度相当;在15℃成熟20周与8℃成熟32周风味、组织状态相当。Fedrick报道随温度的升高持续、时间的延长,蛋白水解程度加深,在8℃成熟12周后于20℃成熟4周再于13℃成熟16周的条件下蛋白水解程度最高,并且在成熟前期提高温度比后期效果更明显,对干酪的质量也无影响。并且他还对成熟温度对干酪质地的影响进行了研究,发现随着温度的升高与时间的延长,干酪的弹性下降,易碎性上升。2001年Law指出,在12℃下切达干酪的风味与组织状态的成熟时间与8℃相比可提高60%~75%。在提高温度加速切达干酪成熟方面,其方法操作简单,节省费用,该法在近20年的研究较多,但是对其促熟干酪的加工机理方面研究的不是很深入,并且在提高温度时有可能会导致微生物腐败,使干酪品质下降。由于提高温度促熟干酪的卫生条件要求太高,阻碍了其在多数厂家的大规模运用。1.2干酪、综合酶系统在切达干酪的生产中酶是蛋白质降解和脂肪分解反应中重要的生物催化剂,通过添加适量的酶可促熟干酪。促熟酶主要有三大类:一类是干酪生产中人为添加的酶,即外源酶,如蛋白酶、脂酶、肽酶、酯酶等;第二类是各种发酵剂微生物中的所含的酶,即内源性酶,如细菌蛋白酶、肽酶、脂酶;第三类是乳中固有的酶类,如血纤维溶酶。这些酶的主要作用是促使蛋白质和脂肪分解,使干酪形成特有的风味和质地。1.2.1酶与肽酶来源在切达干酪中添加的蛋白酶和肽酶主要是从微生物中提取的蛋白水解酶,他们与干酪中残留的凝乳酶、发酵剂细胞中的蛋白酶以及乳中固有的血纤维蛋白溶酶之间的协同作用使蛋白质进一步降解产生短肽和各种氨基酸,形成干酪特有的风味和口感。Dumont总结了蛋白酶和肽酶对蛋白质降解产生的风味化合物。如图1所示。加速干酪成熟应用的蛋白酶与肽酶来源有动物源性蛋白酶与肽酶及真菌的蛋白酶与肽酶。通常使用从微生物中提取的蛋白水解酶。在干酪成熟过程中,蛋白质降解越快,则成熟时间越短。但蛋白质过度降解时,易使干酪产生苦味。干酪的苦味主要是由于干酪成熟期间苦味肽慢慢积累引起的,这些苦味肽大多是由残留凝乳酶和微生物蛋白酶对β-酪蛋白作用形成的。TonyaConner报道,添加中性蛋白酶成熟2个月后,小分子肽和氨基酸水平增至正常的4倍,但αs1-CN的降解受蛋白酶添加量的影响,中性蛋白酶添加量过大会形成苦味肽,产生苦味;添加量过小,可溶性氮含量增加较少,风味不足。Law和Wigmoer报道由Bacillussubtilis制得的中性蛋白酶加速切达干酪的成熟,添加量为0.0125mg/kg,能加速干酪的风味产生,使成熟期缩短1个月,但添加量不易过高,否则有苦味产生,添加A.oryzae制得的酸性蛋白酶使得干酪脆性升高、弹性下降、硬度下降。由于酸性蛋白酶对芳香族及亲水侧链专一性较强,特别是在干酪成熟早期尤为明显。Law报道酸性蛋白酶不能提高干酪的典型风味,易使干酪产生苦味。1.2.2水分状态的变化血纤维蛋白溶酶是乳中固有的一种蛋白酶,在干酪成熟过程中降解β-酪蛋白形成γ-酪蛋白。在乳中,血纤维蛋白溶酶是以血纤维蛋白溶酶原的形式存在,这种酶原实质上是丝氨酸蛋白酶。应用血纤维蛋白溶酶促熟干酪的方法是近年来才采用的。虽然添加血纤维溶酶对干酪成熟具有明显的促熟作用,但因价格昂贵不能大规模使用。FionaM等利用添加外源性尿激酶使血纤维溶酶原转化为血纤维溶酶,在干酪成熟中β-酪蛋白的水解度,水溶性氮及游离氨基酸的含量明显增加。Farky等研究发现,在乳中添加血纤维蛋白溶酶,在干酪排除乳清后大部分滞留在凝乳中,在成熟期间可溶氮质量分数增加20%,且产品的感官良好,无苦味。Hayashi等从Brevibacceriumlinens中提取的丝氨酸蛋白酶促熟干酪,结果发现从丝氨酸蛋白酶产生的两个片断(Pro-C,Pro-D-E),这两个片断在酸性缓冲液中不稳定,但在干酪中稳定,可加速干酪成熟不带苦味。1.2.3酶促熟ld脂酶,即甘油酸水解酶,存在几乎所有含脂肪的动物、植物和微生物组织中。目前加速干酪成熟应用的脂酶来源,一是从天然组织中提取脂酶或直接利用天然组织,另一来源是用霉菌分离培养后提取脂酶。乳中甘油三脂是干酪中脂质的主要来源,脂酶对脂肪中脂肪酸残基及酯键的位置具有很高的专一性,因此一种脂酶的反应产物是相对恒定的。在干酪生产中通过使用不同的脂肪酸组成,以使干酪的典型风味形成影响最大。Dumont通过大量研究总结出脂肪分解产生风味化合物的途径,如图2所示。在干酪促熟中,脂酶可改善干酪的风味、质构,并缩短成熟时间。Jouy报道了将霉菌(青霉)的脂酶加入赛达干酪凝乳中,成熟时间可从6~9个月缩短到30~45d。但是到目前为止,脂酶能否应用于切达,脂解对这些干酪风味的形成所起的作用还不十分清楚。特定的酶只能促熟某种类型干酪并形成良好的风味,蛋白质和脂肪降解过度会导致风味缺陷,易产生苦味和酸味。Soda提出,蛋白酶、脂酶均能促熟干酪,但蛋白酶易产生苦味,脂酶可产生辣味,只有几种酶配合使用才能取得较为理想的效果。在切达干酪中添加不同的酶(凝乳酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶、肽酶、脂酶、脱羧酶)在20~30℃下水解干酪发现脂酶与蛋白酶或肽酶可产生良好风味,在切达干酪中添加脂酶与蛋白酶的混合物可以缩短成熟期。Law指出在添加酶时采用直接加入法有95%的酶损失至乳清中,将酶装入微胶囊中,使用脂质体做成内含酶的微胶囊,可以解决浪费问题。在切达干酪成熟过程中添加酶时,将酶在切达干酪加盐时加入,但因大分子(如蛋白酶和酯酶)在干酪基质中扩散很慢或根本不能进行,甚至酶在切达干酪小块表面也会浓缩形成蛋白过度水解的“热点”可能导致不良风味。将酶的微胶囊化可以作为干酪添加外源酶的一种很好的方法,微胶囊化是将有效成分包裹在某种膜中使其在特殊的环境中不受破坏,当到达靶目标时膜溶解,释放出内溶物。通常将酶包裹在脂肪膜或磷脂中添加到牛乳中,在形成凝乳时有效的保留下来而存在凝块中,在加热时脂肪膜融解释放出其中的酶。目前研究的酶包裹的效率较低,成本相对提高。随着酶分离技术和酶工程学的发展,采用酶法促熟干酪能有效控制蛋白质和脂肪降解,优化风味形成可以鉴定风味成分。目前人们已经成功地利用微生物蛋白酶,动物脂酶,真菌脂酶,肽酶促熟制剂促熟切达干酪,其中研究较多的是微胶囊复合酶系(蛋白酶/肽酶/脂酶),以提高酶的稳定性,控制酶释放速度,并保持干酪风味、质地、缩短成熟周期。1.3干酪、酵母、活性胞内酶修饰发酵剂细胞是采用各种物理、化学、或基因修饰等方法使发酵剂(主要是乳酸菌)不能生长,又不致产生过量乳酸。同时在干酪添加时细胞完整存在,在成熟期间释放出活性胞内酶,通过热休克、冻休克、冷冻或溶菌酶、溶剂和基因修饰等处理实现。1975年Pettesson和Sjstrorm最早用修饰发酵剂细胞促熟干酪,加速蛋白质降解,缩短成熟时间1.3.1热休克瑞士乳杆菌1975年,Pettersson和Sjstrom提出了热休克修饰发酵剂细胞,它是修饰发酵剂细胞最常用的方法之一。热休克修饰发酵剂一方面可抑制或延迟发酵剂产酸,不影响干酪乳的酸度;另一方面可加速细胞溶解,使细胞中大量的活性酶释放到干酪乳中,加速其中蛋白质和肽的进一步降解,产生良好的促熟效果。Vafopoulou等用热休克修饰嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌,在63℃水浴中处理;加入干酪乳前迅速冷却至32℃,可使干酪的成熟时间缩短一半。Ardo报道在67℃(10h)条件下热休克瑞士乳杆菌后,虽然降低了活菌总数,但细胞中肽酶的活性不受影响,从而消除了蛋白质降解后的苦肽产生的苦味。热休克修饰发酵剂细胞过程的关键是确定热休克处理时温度-时间的最佳组合参数,不致产酸过多及引起潜在的胞内酶(蛋白酶、肽酶、脂酶)变性,Pettersson首次报道,如能抑制发酵剂细胞产酸,使其加入10h后有活性则可用于促熟cheddar干酪,嗜热菌的热休克温度69℃,嗜温菌的热休克温度59℃效果较好。M.EI.Abboudi等也认为,在切达干酪加工中的关键时期是加入乳酸菌不影响干酪乳的起始酸度,并持续10h左右。实验结果表明67℃(22s)可抑制乳酸菌产酸,细胞热致死率97.7%,延迟产酸24h,抑制了蛋白质水解。67℃(70℃)与65℃(70℃)相比更能抑制乳酸菌产酸且对蛋白水解影响不大。Exterkate等报道热休克乳酸链球菌最佳条件为56.5℃(17s),可减少93%~97%的产酸能力,降低蛋白酶和氨肽酶活性15%~30%。用巴氏杀菌的热休克乳酸链球菌细胞的最佳条件是64℃(18s)。Peffersson用LaxtococcusLeuconoston和瑞士乳杆菌的混合菌株,用热击处理(59℃(69℃),15s)添加至干酪中不会影响干酪的pH值,蛋白质的水解能力提高10%~30%,成熟时间缩短50%。在cheddarcheese中加入热击的嗜热乳杆菌和热击的嗜热乳球菌(70℃,18s)可以加强干酪风味,明显去除苦味,加速蛋白水解。把热击的混合菌种发酵剂(56.5℃,17s),接种量为5%接种至原料乳中,可使成熟缩短25%。1.3.2冷休克细胞修饰1975年,Pettersson首次提出冷休克修饰发酵剂,1987年Johnson开始实验,将巴特乐(Bartels)细胞液浓缩10倍后,-20℃冷冻过夜并在加入乳前40℃下融化细胞。实验表明,加入冷休克修饰发酵剂细胞后,可溶性氮和游离氨基酸含量明显增加,而且风味浓郁,没有苦味产生。冷冻解冻处理细胞后,胞内许多成分流失于悬浮液中。冷休克细胞经复水后在适宜的培养条件下增殖,这样损伤较轻的菌体会逐渐修复损伤,从而进行正常的增殖和生长。这是冷休克细胞延迟产酸的重要原因。一般来说,杆菌比球菌的体积大,易受损伤,因此冷休克后杆菌的存活率较低,而球菌的存活率较高。杆菌的肽酶含量较高,蛋白水解能力较强,尤其是L.helveticus在冷休克修饰发酵剂中应用广泛。L.casei,L.bulgaricus或S.thermophillus相比L.helveticus具有较高的蛋白水解能力和提高风味产生的能力。修饰后用于干酪中明显增强了蛋白水解活性和脂解活性,但会出现甜味和轻微硫磺味。风味的提高是由于冷休克细胞中的不饱和脂肪酸比饱和脂肪酸多的原因,尤其是挥发性脂肪酸含量增大。1988年Johnson通过添加冷休克的瑞士乳杆菌来使干酪成熟缩短50%。冷休克对胞内酶活性的破坏性比热休克低的多。添加冷休克细胞可使磷钨酸可溶性氮明显增加,同时胞内酶释放到干酪中说明有自溶现象的发生。冷冻是加强细胞自溶的有效且易操作的方法,对促熟干酪效果好。1.3.3发酵剂细胞的制备和用量测量到分离的可能性见表1,Law等用质量浓度为0.1~2g/L溶菌酶(最适量为0.5g/L)处理去离子水中的乳球菌细胞,对溶菌酶敏感的细胞(LSC)在脱脂乳中推迟产酸6h,细胞能保留完整,但蛋白水解活性减少了36%,这是由于细胞壁上部分蛋白酶溶解的原因。在切达干酪的加盐阶段,LSC通过释放活性二肽酶和DNA在干酪乳中溶解,添加3×109LSC(每克中)会使游离氨基酸含量增加1.8倍,添加量增大7倍(2×1010LSC(每克中))会使游离氨基酸含量增加2.5倍,溶解物中的二肽酶和DNA的量也升高2倍。溶菌酶处理比热休克有利于保护发酵剂中的酶活性,但添加LSC对干酪的风味质量影响不大。这是因为发酵剂的胞内酶对蛋白质的次级降解起作用,而对切达干酪风味不直接起作用。溶菌酶处理细胞需通过实验其他的干酪种类研究其对干酪风味的作用。用溶剂处理的发酵剂细胞,可改变细胞膜的脂质结构,抑制细胞产酸。该法提高成熟的作用较显著,但是对人体的健康危害及合法性方面的问题仍在研究中。基因修饰发酵剂是从发酵剂中分离或通过处理引起质粒DNA丢失的因子得到的细胞,使其不能产酸并增加发酵剂数量。近年来的有关研究工作集中在用被修饰的缺乏负-蛋白酶或乳糖代谢酶的发酵剂来促熟干酪,缺乏乳糖代谢酶的发酵剂加入干酪,即使浓度很大也不会增大干酪酸度,但这能增强蛋白水解活力。现在大量研究集中在与干酪生产相关的微生物缺氨肽酶和缺双肽氨肽酶突变。目前还有研究用X-射线或紫外线突变体来增加胞内酶的水解和脂解能力。在修饰发酵剂细胞中,对其机理的研究还尚不是很深入,主要靠经验,并且对干酪添加剂的知识不足。但是,随着人们对此种类型的发酵剂的进一步深入认识,以上各种发酵剂修饰发酵剂细胞将逐步运用到干酪中去。1.4高压对干酪抗氧化酶活性的影响高压处理是将食品放入压媒如水中,在100~1000MPa压力下,常温或低温对物料作用一段时间。从而达到灭菌、物料改性和改变食品某些物化反应速度的效果。近几年来,有关高压处理促熟干酪的研究开始深入。Yokoyama在干酪生产中添加适量的酯酶和蛋白酶促熟时,施以10~250MPa的压力,干酪的成熟时间可由6个月缩短到3个月。DrakeM.A用商业乳杆菌做同样的处理,在200MPa的压力下成熟也仅需3个月。1991年Yokoyama申请高压处理促熟干酪的专利,在研究了0~300MPa高压条件下,发现50MPa的压力最适当。在此条件下处理的干酪成熟3个月能达到传统干酪成熟6个月的风味强度。Saldo等研究认为,高压对蛋白质的降解作用实际上是对微生物肽酶的影响。高压400MPa,5min处理Cheddarcheese增强了其中的肽酶活性,主要加速了蛋白质的二级降解。Reps发现:干酪经高压处理后,pH值为4.6可溶性氮增加32.4%,磷钨酸可溶性氮增加27.8%,肽和氨基酸氮分别增加40.2%和31.5%。尤其是表面的pH值为4.6可溶性氮(较大的肽)增加显著,是因为这些较大的肽不能或仅少量从干酪表面进入中心,而TCA可溶性氮(较小的肽)可以从表面迁移到中心,使得高压处理干酪内部的TCA可溶性氮浓度大于未经高压处理的干酪。经高压处理的干酪在成熟过程中蛋白质疏水相互作用减弱,导致敏感键暴露、易被微生物酶切断,使高压处理干酪比未经处理的蛋白质降解速度快。高压处理(100~1000MPa)促熟干酪,还能减少微生物污染,从而延长保质期。Chung等发现:在高压下,随着细胞膜磷脂分子的横切面减少,细胞膜双层结构的体积也随之降低,改变了细胞膜的通透性。他认为,高压对微生物的致死作用主要是通过破坏其细胞膜,抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制来实现。一般地,120MPa以上的静水压能显著降低牛乳中的细菌的生理活性,使细菌的生长繁殖能力在一定时间内受到强烈抑制,而且是一种卸压后仍