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红曲霉对干酪成熟期质构和风味的影响(二)

发布时间:2021-04-07 17:34 作者:北纳生物编辑-陈丹
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2 结果与分析

2.1 原料乳品质分析结果

表 1 原料乳成分及新鲜度测定结果

查阅GB 19301ü2010《食品安全国家标准生乳》,该原料乳成分及新鲜度符合该标准的要求,可用于干酪加工。

2.2 两种干酪成熟期水分质量分数和蛋白水解度分析结果


图 1 两种干酪不同成熟时间的水分质量分数的变化

图 2 两种干酪不同成熟时间的ASN/TN的变化

图 3 两种干酪不同成熟时间的NPN/TN的变化

由图1可知,在成熟期间两种干酪的水分质量分数都在不断降低,且前16 d下降速率较快,16 d后用蜡纸包装干酪并放入4 ℃冰箱成熟保存,水分质量分数仅有少量降低。干酪在刚脱离模具时,水分质量分数较高,其内部还有少部分乳清没有完全排出,在表面进行盐渍后,表面渗透压较高,也促进内部的残余乳清在表面析出,在成熟期的前2 d,培养箱相对湿度设定为80%~85%,使干酪表面逐渐干燥,从而有益于霉菌孢子的快速生长。由图1可知,加入红曲霉发酵液后干酪的水分质量分数有一定的提高,这是因为红曲霉在发酵液中分解淀粉产生大量的糖类物质,而糖类物质大多具有很强的吸水性,故红曲干酪的水分质量分数高于白霉干酪。

蛋白水解对于干酪成熟期质地和风味有着重要作用,因此,蛋白水解程度被认为是干酪成熟的一个指标。一般来说,蛋白水解指数通常用pH 4.6 ASN和NPN占干酪TN的比例来表示。干酪中蛋白的水解主要由发酵剂中微生物代谢产生的蛋白酶、牛乳自身微生物产生的蛋白酶以及干酪中残余的凝乳酶催化进行的。ASN/TN是蛋白初级水解的指标,pH 4.6环境下的ASN主要由干酪内部残余的凝乳酶催化蛋白水解产生的,也有部分来源于微生物产生的蛋白酶催化产生;NPN/TN是蛋白次级水解的指标,NPN含量与干酪中的霉菌和细菌产生的蛋白酶有关[15]。由图2、3可知,随着成熟时间的延长,两种干酪的ASN/TN和NPN/TN不断增加,说明蛋白的初级和次级水解程度都在不断加剧。成熟初期微生物尤其是霉菌不断生长产生大量蛋白酶,加速蛋白水解,成熟16 d之后干酪在4 ℃环境下微生物生长受到一定的抑制,蛋白酶活力也有一定的下降,蛋白水解速率逐渐下降。加入红曲霉后在一定程度上提高了蛋白的初级和次级水解度,这可能是由于加入的红曲霉不仅自身可以产生一些蛋白酶促进蛋白水解,而且其发酵液中含有的糖类氨基酸能营养物质也可以促进其他霉菌和细菌的生长。

2.3 两种干酪成熟期质构的分析

表 2 两种干酪成熟期间质地特性的变化

注:同列相同干酪不同成熟时期肩标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。

从表2可知,在干酪刚脱离模具时,红曲干酪的硬度、弹性、胶性和咀嚼性均小于白霉干酪而黏着性则大于白霉干酪,这是由于红曲干酪在凝乳前加入了红曲霉发酵液,发酵液中红曲霉生长到一定阶段其菌丝相互缠绕形成球状,在凝乳过程中对蛋白胶束的形成产生一定的阻碍,使得其初期的硬度、弹性及相关指标低于白霉干酪。发酵液中含有大量的淀粉类物质,经过一段时间的发酵淀粉被水解产生一部分糖类,使其黏着性较高。随着成熟期延长,两种干酪的硬度在0~8 d不断增加,8 d后呈下降的趋势。牛乳的酶凝过程可以分为两个阶段:首先是凝乳酶水解稳定酪蛋白结构的κ-酪蛋白,形成副酪蛋白和糖巨肽,当足够的κ-酪蛋白被水解后,就会发生非酶二级反应即酪蛋白凝聚;酪蛋白通过凝集形成蛋白质三维空间网络结构,并通过脱水收缩使结构变得更加致密,形成一定硬度及弹性的干酪粒[16-17]。干酪在刚脱离模具的时候水分质量分数较高,硬度也较小。由水分质量分数结果可知,在前8 d的成熟期内,干酪的水分质量分数降低较快而硬度增加;在成熟期的第6天,开始有白霉在干酪表面生长,再经过2~3 d,干酪表面会被一层致密的白色绒毛状的菌丝包裹,霉菌生长到一定阶段会代谢产生蛋白酶使干酪中的酪蛋白胶束发生水解,蛋白空间网络结构强度和刚度降低,因此其硬度开始减小[18-19]。弹性表征干酪受到外力作用后恢复其原有形状的能力,干酪的弹性在0~8 d有一定的增加,在成熟期的第8~40天随成熟时间的延长呈下降趋势,后期下降速率趋于平缓。引起这一变化的原因是在成熟初期干酪内部有较多的孔洞,蛋白质的结构完整,酪蛋白胶束高度交联,使干酪表现出较好的弹性,而伴随成熟时间的延长,霉菌产生的蛋白酶使部分蛋白水解,孔洞逐渐消失,干酪的弹性也在逐渐下降[20]。黏着性中的负号代表测试探头受到的作用力方向向下,与大小无关。从表2中可以看出,两种干酪黏着性随成熟时间的延长逐渐增大,因为随着成熟时间的延长,霉菌产生的蛋白酶和脂肪酶使蛋白质不断水解,大分子分解形成小分子物质,二者形成的小分子物质不断融合,发生交联现象,导致干酪的黏着性随着成熟期的延长逐渐增加[15]。

胶性是干酪的整体属性,咀嚼性表征咀嚼过程中能量的整体消耗,胶性和咀嚼性是二次特性,二者均与硬度成正比,因此变化趋势和硬度相似,这与于华宁等的实验结果一致[16]。成熟初期(0~8 d)胶性和咀嚼性由于水分质量分数减少,硬度增大而增大,随着成熟期延长,蛋白质水解和脂肪降解的程度越来越高,干酪质地变得柔软,其咀嚼性和胶性都呈下降趋势。回复性表示干酪受压后迅速恢复形变的能力,随着成熟时间的延长,酪蛋白水解过程持续进行,干酪的组织逐渐被破坏,因此回复性呈下降趋势。

将两种干酪各项质构数据对比分析发现,在相同的成熟时间,红曲干酪的硬度、弹性、胶性、咀嚼性和回复性要低于白霉干酪,产生这种差异的原因可能是红曲霉发酵液中含有一些淀粉等大分子物质,这些物质加入牛乳后在干酪凝乳过程对酪蛋白胶束的聚集产生一定阻碍,影响了酪蛋白空间网状结构的形成,使孔洞数量减少,进而造成其硬度、弹性、胶性、咀嚼性和回复性一定程度减小,干酪总体呈现柔软质地。对比两种干酪的黏着性参数,在相同的成熟时间,红曲干酪的黏着性高于白霉干酪,这可能是由于红曲霉在以马铃薯为碳源的培养基中会产生很多的糖化酶,从而分解淀粉产生糖类物质,糖类物质具有较高的黏性,所以发酵液加入到干酪中会提高干酪的黏着性,而高黏着性对产品光滑、均匀的质地更加有利。因此,与白霉干酪相比,红曲干酪口感更柔软、质地更加均匀,表现出更优良的质构特性。

2.4 电子鼻分析两种干酪成熟期的整体风味特性变化


图 4 两种干酪不同成熟时间(0~40 d)的电子鼻主成分分析图

电子鼻通过模拟人类和动物嗅觉工作原理对检测气味进行分析,与其他分析方法不同的是,电子鼻得到的不是样品中某一种或几种组分的定性定量结果,而是能捕捉到样品中挥发性成分的整体信息[21]。将电子鼻对两种干酪在40 d成熟期内6 个时间点检测的风味参数进行主成分分析,结果如图4所示。PC1和PC2贡献率和为92.33%,大于90%,说明这两个主成分已经代表了样品的主要信息特征。从图4中可以看出,白霉干酪风味变化主要在第一主成分轴上,而红曲干酪风味在第二主成分轴上有较大变化。从成熟期的变化来看,白霉干酪和红曲干酪未开始成熟的风味及其成熟期风味变化的方向都存在着明显差异。此外可以看出两种干酪在成熟中期(16~24 d)的风味较为相似,随成熟时间进一步延长,两种干酪风味向不同的方向变化,因此成熟后期两种干酪的风味存在较大差异。

2.5 两种干酪不同成熟期风味物质分析结果

对两种霉菌干酪不同成熟期的挥发性风味物质进行了气相色谱-质谱分析。由表3~6可知,白霉干酪共检出44 种化合物,包括11 种酸、9 种酮、10 种醇、8 种酯和6 种其他化合物;红曲干酪共检出47 种化合物,包括12 种酸、10 种酮、10 种醇、8 种酯和7 种其他化合物。随成熟时间延长,两种干酪各类物质总量的变化趋势相似,但在种类和含量上均存在不同程度的差异。

2.5.1 酸类化合物

酸类干酪中的酸类化合物主要有3 种来源,包括脂肪水解、蛋白水解和乳糖发酵[7]。直链脂肪酸(碳原子数大于4)是脂肪水解的产物,而支链酸(如2-甲基丙酸或3-甲基丁酸)主要是蛋白水解产生的氨基酸通过去氨基作用形成的化合物,醋酸和丙酸是乳糖发酵过程中的代谢产物[21]。鉴定出的酸类化合物主要是一些短链和中链脂肪酸,这些有机酸都曾被报道为干酪中的重要气味物质[22],大多数酸类化合物含量在成熟过程中存在统计学差异(P<0.05)。由表3可知,来源于脂肪水解的羧酸(丁酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十四酸月桂酸)含量最丰富,占酸类化合物总含量的90%以上,由此可以看出白霉干酪和红曲干酪的酸类化合物主要来自脂肪水解所产生的脂肪酸。羧酸本身不仅是香气化合物,而且还是其他重要风味化合物的前体,如甲基酮、醇、内酯、醛和酯[23]。由图5可知,在成熟期前16 d,羧酸类物质的含量一直增加,16 d之后逐渐开始下降。因为在成熟前期,微生物快速增长,大分子物质水解生成脂肪酸的速率加快,脂肪酸含量上升,随着成熟时间延长,部分脂肪酸作为前体物质被消耗,且12 d后成熟温度降低为4 ℃,脂肪酶活性下降,脂肪酸代谢速率低于生成速率,因此出现降低趋势。短链和中间链羧酸被认为是风味形成的关键因素,而且每种脂肪酸都有其特有的风味,其中偶数脂肪酸因其较低的感知阈值对干酪整体气味有更大的贡献,其中乙酸、己酸、丁酸、甲基丁酸和辛酸是Camembert干酪最有效的气味剂。甲基丁酸与丁酸具有典型的汗味、奶酪味,己酸是一种脂肪分解产生的短链羧酸,具有辛辣和酸味,辛酸具有酸味和汗味,是山羊奶酪的典型的香气物质[24-25]。乙酸和丙酸含量在成熟期24 d一直增长,之后开始有少量的降低,说明在干酪成熟过程中负责乳酸代谢的微生物在成熟期前期的活性可能更强,成熟期后期温度降低为4 ℃且霉菌大量生长,乳酸代谢受到一定的抑制,且后期乙酸和丙酸作为前体合成其他风味物质。乙酸和丙酸在白霉干酪中的含量明显高于红曲干酪,可能是红曲霉代谢产物的存在一定程度上抵制了乳酸菌的生长。红曲干酪中的2-甲基丁酸、3-甲基丁酸含量显著高于白霉干酪,由蛋白水解度的测定结果可知,红曲干酪中红曲霉的加入促进了干酪中的蛋白水解。红曲干酪中丁酸、己酸、月桂酸含量显著高于白霉干酪,而辛酸、癸酸含量却低于白霉干酪。红曲霉在干酪中的应用研究较少,根据以上结果,结合相关文献分析,红曲酶的加入对有机酸的影响可能主要有3 个方面:第一是其存在对干酪中的产乙酸和丙酸的细菌可能具有一定的抑制作用,有研究报道红曲霉可以产生一些抑菌物质[10];第二是红曲霉自身产生蛋白酶和脂肪酶可能加速干酪中蛋白和脂肪的水解,有关红曲霉代谢酶类的研究主要是针对糖化酶和酯化酶,对于蛋白酶和脂肪酶的研究较少,尤其是其应用于干酪中的代谢途经还有待进一步研究;第三是红曲发酵液中的一些红曲代谢产物,如红曲色素、红曲多糖、莫纳卡琳-K等物质的存在对Camembert青霉的生长和代谢以及脂肪水解的环境具有一定的影响,这些因素都会影响最终脂肪酸产物的含量。且随成熟期的延长,有机酸逐渐被用于合成为甲基酮、酯类等物质,脂肪酸含量的差异也可能与其在酯化反应中的利用率有关。

表 3 两种干酪不同成熟时间的有机酸类挥发性风味物质

注:ND.化合物未检出。同行肩标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。下同。


图 5 两种干酪不同成熟时间的酸类化合物的含量变化

相关链接:霉菌孢子干酪红曲霉蛋白酶氨基酸淀粉丁酸十四酸月桂酸2-甲基丁酸北纳生物

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