瑞士乳杆菌对契达干酪成熟期间品质的影响

陈 洋,何 宁,穆易君,刘青云,秦选吉,马 云,邢 铖,白丽娟

(锦州医科大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121001)

干酪含有丰富的蛋白质、钙、脂肪、磷和维生素等营养成分,是纯天然高营养的健康食品。近年来,干酪在我国的消费量日渐增长,其中契达干酪由于其独特的风味和质地,深受国人青睐,是我国目前进口最多的干酪品种之一[1]。契达干酪是以牛乳为原料,经过添加发酵剂、凝乳酶等工艺程序,在温度8～10 ℃,相对湿度85%条件下，发酵成熟的天然硬质干酪。干酪成熟是指在一定条件下干酪中所含的脂肪、蛋白质及碳水化合物在微生物和酶的作下分解并发生一系列生化反应,形成干酪的特有风味、质地和组织状态的过程[2]。

现在,判定干酪的成熟期常用的方法是检测蛋白质、脂肪等理化指标,所需时间较长,费用也较高,因此,将电子鼻用于干酪成熟期的判定,可以快速、客观、准确地控制产品质量[3]。瑞士乳杆菌是一种常见的乳酸菌,常用于乳制品发酵。用于干酪时,作为非发酵性乳酸菌,主要分解蛋白质,产生风味,在干酪生产中能够加速干酪的成熟[4-5]。

本研究通过在契达干酪生产过程中添加瑞士乳杆菌作为非发酵剂乳酸菌,与未添加瑞士乳杆菌的干酪作对比,基于电子鼻技术、物性分析和理化检验等指标，考察瑞士乳杆菌在契达干酪成熟过程中对其品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

原料乳 购自锦州市鲜牛乳供应处(乳蛋白含量为(2.67±0.33) g/100 g,乳脂肪含量为(3.28±0.15) g/100 g；瑞士乳杆菌SMN2-1 分离自内蒙古呼和浩特牧民家庭自制奶豆腐,实验室保存；嗜热链球菌(1.6472)和德氏乳杆菌保加利亚亚种(1.2902) 购自中国微生物菌种保藏管理中心;凝乳酶 河南思远生物科技有限公司。

SW-CJ-2FD型双人单面净化工作台 上海苏净实业有限公司;DHP-9272型恒温培养箱 上海一恒科技有限公司;立式压力蒸汽灭菌锅 上海博讯实业有限公司医疗设备厂;PHS-3B 精密pH计 上海雷磁仪器厂;TMS-Pro物性分析仪 美国Food Technology Corporation公司;PEN3型便携式电子鼻系统 德国Airsense公司。

1.2 实验方法

1.2.1 契达干酪的制作 实验分为两组,对照组只添加2%主发酵剂(嗜热链球菌与德氏乳杆菌保加利亚亚种1∶1比例);实验组添加2%的发酵剂(其中主发酵剂1%,瑞士乳杆菌1%)。两组干酪同时制作,均采用相同鲜牛乳作为原料。具体工艺见图1。

图1 契达干酪制作工艺Fig.1 The manufacturing process of Cheddar cheese

1.2.2 理化成分检测 总蛋白质含量测定根据GB5009.5-2010;水分含量测定根据GB 5009.3-2010;脂肪含量测定根据GB 5009.6-2003;pH的测定[6]:精确称取10 g样品(精确到小数点后四位),与40 mL蒸馏水混合均匀,滤纸过滤得滤液,用pH计测定。

1.2.3 感官评定 感官评定在锦州医科大学实验室进行,邀请从事乳品加工和检验相关专业的教师、实验人员和研究生组成评定小组,男女比例1∶1,明确感官评定的指标及注意事项,对干酪的色泽,滋味气味和组织状态进行评价,评价过程每个人单独进行。在干酪成熟第90 d取样,评定前1 h从冰箱取出样品,切成1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的小正方体,随机放入三个编号小瓷盘中,评定员按编号顺序评分,评价下一个样品前用温水漱口。取10名成员平均分作为结果。干酪感官评分标准详见表1。

表1 感官评定评分标准Table 1 Standard for evaluation of sensory

1.2.4 电子鼻检测 在干酪成熟期间的第0、15、30、45、60 d时,分别取用密封袋封口的样品10 g,采用顶空吸气法将进样针头插入密封袋,进行电子鼻检测。测定条件设置如下:清洗传感器时间120 s、归零传感器时间5 s、准备样品时间5 s、进样流量200 mL/min,检测时间150 s。每次完成检测后系统自动进行清零和标准化,然后再进行第2次检测分析。通过电子鼻自带Winmuster分析软件对采集到的数据进行分析。按照上述方法,每组实验重复3次[6]。

1.2.5 物性分析仪检测 在干酪成熟期间的第0、15、30、45、60 d时,分别取样测定契达干酪的质构,比较添加瑞士乳杆菌对干酪结构的影响。具体做法如下:将干酪成品切割成2 cm×2 cm×2 cm的正方体,分别装入50 mL烧杯中,在室温(约23 ℃)条件下密封保存30 min待检,采用TA.XT Plus物性分析仪对契达干酪进行分析[7]。具体参数设置如下:压力25 N,形变量50%,探头上升高度20 mm,测前、测试、测后速度分别为 5.0、1.0、5.0 mm/s,触发力为0.20 N,探头类型为p/50。测定室温(23±2) ℃,测定三次取平均值。

1.2.6 数据处理 采用SPSS 16.0软件进行数据统计处理,结合自带Winmuster进行主成分分析法(principal component analysis,PCA)和线性判别分析法(linear discrimination analysis,LDA)。

2 结果与分析

2.1 契达干酪理化成分检测

表2 契达干酪第90 d的理化成分(n=3,x±s)Table 2 Composition of Cheddar cheese on 90 d(n=3,x±s)

2.2 契达干酪的感官评定

干酪成熟90 d时感官评价结果见表3。由表3可知，实验组干酪感官评分显著高于对照组干酪,说明实验组干酪组织状态和风味评价要略优于对照组干酪。实验组干酪色泽诱人,风味更加独特,口感更佳,香味也比对照组干酪更加浓郁。综合上述，说明添加瑞士乳杆菌SMN2-1能够促进干酪的成熟,同时也能改善干酪的风味。

表3 两组干酪的感官评定(n=3,x±s)Table 3 Sensory evaluation of the two groups of cheese(n=3,x±s)

2.3 电子鼻检测分析

2.3.1 气味对比分析 采用电子鼻对成熟期间的契达干酪每隔14 d进行气味检测,共检测90 d。通过对比分析不同时间的契达干酪气味发现对照组和样品组风味变化明显,但是趋势相同,因此选择第0 d和第90 d的干酪进行气味对比分析。

通过图2可以看出第0 d的对照组和样品组均呈现的特点是7号传感器(硫化氢类)(G/G0最高为1.508)和2号传感器(氮氧化合物类)信号(G/G0最高为1.268)稍高,其它八个传感器信号均在1.0附近,相差不大。第90 d的契达干酪各个传感器信号比第0 d均增加几十倍,其中最显著的7号传感器(G/G0最高为95.725)增加最显著。从气味成分看,第90 d的契达干酪风味主要由硫化氢(7)、氮氧化合物(2)、有机芳香硫化物(9)、醇类(8)和甲烷(6)等气味构成,这些气味主要来源于乳蛋白质在乳酸菌产生的蛋白酶和肽酶的作用下分解成多肽,进一步分解为氨基酸和小分子;乳糖在乳酸菌作用下先生成乳酸,进一步产生醇类,这些挥发性小分子共同形成了成熟干酪特有的风味。萨如拉等研究结果也得出类似结论[12]。

图2 电子鼻检测第0 d和第90 d的契达干酪的响应雷达图Fig.2 Polar plot of different sensors of Cheddar cheese on 0 d and 90 d注：1.芳香苯类；2.氮氧化合物；3.氨类；4.氢气；5.烷烃；6.甲烷；7.硫化氢；8.醇类；9.有机芳香硫化物；10.芳香烷烃。

2.3.2 主成分分析(PCA) 为了确定契达干酪成熟期间风味变化情况,采用主成分分析(PCA)对实验组和对照组契达干酪在0～90 d的挥发性成分进行分析。如图3所示,每个椭圆代表契达干酪对照组和实验组分别在成熟期不同阶段的同一时间数据采集点。通过PCA分析可知第一主成分区分贡献率为93.48%,第二主成分区分贡献率为4.11%,两个主成分贡献率的和为97.59%,超过95%,所以这两个主成分已经代表了样品的主要信息特征[7]。从PCA主成分图像看,电子鼻能够区分不同成熟度的契达干酪,而且对照组和实验组分别位于每个椭圆形的两边,数据点不能完全重合,说明添加瑞士乳杆菌能够影响契达干酪蛋白质的分解和风味的形成,这可能是由于瑞士乳杆菌能够产生更多的蛋白酶和肽酶,促进了干酪蛋白质和多肽的分解,从而加速干酪的成熟,改善干酪的风味。

图3 契达干酪成熟期间电子鼻检测的PCA分析Fig.3 PCA analysis for Cheddar cheese during cheese ripening

2.3.3 线性判别分析(LDA) 线性判别分析(LDA)主要利用了电子鼻所有传感器的信号,注重采集挥发性成分响应值在空间的分布状态及彼此之间的距离分析,以提高其分类的准确性,LDA可将组间的差距显著的表现出来。采用契达干酪样品在成熟期间的0～90 d进行测定,并进行LDA分析。从图4可知,第一主成分区分贡献率为97.59%,第二主成分区分贡献率为2.01%,总区分贡献率达99.60%,大于99%,所以这两个主成分代表了样品的主要信息特征。从LDA主成分图像看,随着干酪的成熟,实验样品和对照样品在成熟的不同时间气味变化都非常明显,通过气味能够区分不同成熟度的干酪。

图4 契达干酪成熟期间电子鼻检测的LDA分析 Fig.4 LDA analysis for Cheddar cheese during cheese ripening

2.4 物性分析仪检测分析

干酪的硬度、弹性、咀嚼性和内聚性与干酪的风味和口感有着重要的联系。应用物性分析仪对两组干酪样品在成熟期内进行检测和分析结果如图5所示,在90 d的成熟期内,契达干酪的硬度呈现持续下降的趋势,且实验组在成熟初期硬度下降的速度快于对照组,90 d后两者硬度相差不大。在内聚性方面,两组均呈现下降趋势,但是实验组下降的速度低于对照组,表明实验组干酪中蛋白结构更加致密,抗压能力和维持干酪完整性的能力更强。可能是由于添加瑞士乳杆菌SMN2-1使蛋白质水解到适当的程度,将干酪中的较大的网络结构破坏,形成了具有更多连接键的更小网络结构,有利于干酪保持一定的硬度和内聚性[6]。

图5 契达干酪的硬度、内聚性、咀嚼性和弹性分析(n=3,M±SD)Fig.5 Texture analysis of Cheddar cheese on hardness,cohesiveness,chewiness and elasticity(n=3,M±SD)

在弹性方面,实验组干酪明显优于对照组干酪,呈上升趋势,因为干酪成熟过程中,水分被酪蛋白吸收,酪蛋白网状结构发生膨胀,干酪弹性增强。实验组干酪的咀嚼性在成熟期内无显著变化,保持干酪原来的口感,而对照组干酪咀嚼性却明显下降。综上所述,添加瑞士乳杆菌的实验组干酪在硬度和内聚性方面有所下降,而在咀嚼性和弹性方面有所增加,改善了契达干酪的口感,但对质地没有不利影响。

3 结论

将瑞士乳杆菌SMN2-1添加到契达干酪的生产中,在90 d的成熟期间,进行了感官评定、理化指标和pH检测,通过电子鼻监测添加瑞士乳杆菌SMN2-1的契达干酪与对照组的气味变化;通过物性分析仪检测了硬度、弹性、内聚性和咀嚼性等指标,证明了添加瑞士乳杆菌不改变契达干酪的主要化学组成和咀嚼性,但能够促进干酪成熟期间的风味形成,降低契达干酪的硬度和内聚性,提高其弹性,改善契达干酪的口感。综上所述,添加瑞士乳杆菌SMN2-1作为非发酵性乳酸菌在契达干酪生产中,可以促进契达干酪的成熟,改善其风味,对干酪的组织状态无不利影响。

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