超高压技术对干酪贮藏期的影响及研究进展

吴政，闫清泉，司阔林，崔利敏，李志国，宗学醒

内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司（呼和浩特 011500）

干酪也称奶酪，干酪指原料乳杀菌或不杀菌，添加发酵剂使原料乳酸化，加凝乳酶、加钙等使乳凝固，切割、升温、搅拌、排乳清、凝乳粒堆酿、粉碎、压榨或煮烫拉伸、包装、成熟或不成熟等一系列工序制作而成的固态乳制品。通常10 t原料乳可以制成1 t干酪，因此干酪营养丰富，富含钙、磷、镁等矿物质，还有维生素A、维生素B族、维生素D、叶酸等营养物质，被誉为“奶黄金”。现代干酪生产加工中，最常用的加工方式为热处理，虽然热处理技术可以有效杀灭微生物与延长产品储藏期，但是传统的热处理技术会引起共价键的形成或导致食品中色素、维生素、风味物质等结构遭到破坏，造成食品的营养损失和感官品质下降[1]。作为新型非热加工技术，超高压技术可以极大地保护食品的品质和安全性，对于促进干酪产品的开发和推广具有重大的现实意义。

1 超高压技术

超高压是一种将完全密封的食品浸没在以水或油为传压介质进行100 MPa以上压力处理的新型杀菌技术，其基本原理是利用压力对形成蛋白质等高分子的非共价键产生作用，在中低温下使蛋白质变性、酶失活、微生物死亡，而对共价键几乎无影响，因此有效杀灭微生物同时能够极大程度使食品中营养特性、色泽、风味物质得到保留，延长食品的储藏时间[2]。

19世纪末，超高压技术首先用于食品杀菌；1899年，美国科学家发现牛奶被高压处理后能延长储藏期。此后，大量科学家对超高压技术进行了研究。在20世纪80年代，日本科学家将超高压技术应用于食品工业，并且研制出第一种超高压食品-果酱，随后越来越多国家开展了超高压技术在食品工业中应用的研究。如今，超高压技术应用于蔬菜、果汁、肉类、海鲜、速冻食品、调味料等产品中[3]，同时它也被誉为“食品工业的一场革命”。作为新型非热加工技术，超高压具有以下特点：1）超高压是纯物理过程，对食品中风味、色素等小分子物质无影响，保证食品营养特性、风味等不受到破坏；2）杀菌条件易于控制，外界环境影响小；3）超高压能够瞬间将压力传递到食品中心，不受到食品大小、形态、体积等影响；4）超高压耗能低、操作安全、污染小；5）超高压使食品加工过程多样化，可以开发新的食品及工艺。

2 超高压技术对干酪储藏期间品质的影响

超高压处理干酪可以极大程度延长产品的储藏期，同时改善干酪成熟过程，但也可能导致产微生物特性、质构特性、理化特性和感官特性以及蛋白质水解特性发生改变[4]。然而，我国对于超高压处理干酪的研究较少，现对国内外超高压对干酪品质影响进行分析和总结，主要从微生物生长、流变学特性、干酪成熟、挥发性化合物、色泽五方面进行探讨。

2.1 超高压对干酪中微生物影响

作为发酵乳制品，在干酪生产中添加的乳酸菌及其代谢产物有助于维持肠道菌群平衡，增强人体免疫力，促进消化，防止腹泻与便秘[5]。由于干酪营养丰富，易受到微生物侵染使产品腐败变质，产生经济损失。超高压可以使细胞形状发生变化，并破坏细胞壁以及改变细胞膜通透性，瓦解乳品中的大分子的立体结构，抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制等，从而达到杀灭微生物[6-7]。Evert-Arriagada等[8]研究发现，新鲜干酪经过300和400 MPa压力处理5 min，明显减少了霉菌、酵母等微生物数量，并且保质期由原来7 d分别延长至14和21 d。相关研究表明，当压力越大时，杀菌效果显著。Yaman等[9]分别采用300和450 MPa下保持5 min的超高压处理土耳其白干酪，结果表明干酪中的好氧菌、乳酸菌、乳球菌数量显著下降，对照组中牛乳与山羊干酪需氧嗜温菌的数量分别为9.13和9.6 log CFU/g，超高压处理的牛乳和山羊干酪样品在300 MPa压力下平均降低了2～3 log CFU/g，450 MPa压力下降低了4～6 log CFU/g。干酪中的水分活度越高，细菌的致死率就越高。Ozturk等[10]对4种不同盐含量的切达干酪（盐/水依次为5.3%，2.5%，1.9%和0.2%）进行超高压处理，结果表明，高压处理组相对于对照组，微生物数量依次减少了1，2.5，3和4 log CFU/g，据相关报道，在较低的水活度下，细菌细胞的存活率提高可能是因为它们有细胞收缩的趋势，导致细胞膜增厚。

2.2 超高压对干酪流变学特性影响

干酪的流变学特性非常重要，几乎所有的干酪都有独特的特征而被赋予不同的商业特征。张园园等[11]在研究超高压对5种市售干酪的硬度、黏着性、弹性、内聚性、咀嚼性和回复性等功能性影响时发现压力较低时对干酪的质构无显著影响，但是经过超高压处理，干酪的硬度和耐咀性分别降低31%和39%，且压力越大降低效果越显著。Ozturk等[12]对低脂切达干酪进行超高压处理，在≤100 MPa压力下，对照组与处理后的干酪之间没有显著差异（p＞0.05）。在整个成熟过程中，压力≥225 MPa的干酪比对照干酪更加柔软，超高压的增加降低了干酪的硬度。综上所述，超高压对干酪的硬度和耐咀性的影响较大。相关研究表明，超高压处理会引起奶酪蛋白网络结构的变化，形成新的更加紧凑的蛋白结构。对干酪进行超高压处理时，水分子间的距离减小，渗透进入并且黏附在酪蛋白内部的氨基酸周围，从而使酪蛋白性质改变。当压力降到常压时，酪蛋白胶粒直径会变小，而乳清蛋白会变性，使其黏度、持水性、乳化性等性能提高，干酪中水分增加，从而硬度和耐咀性下降[13-14]。

2.3 超高压对干酪成熟性影响

干酪成熟是一种复杂且漫长的过程，涉及到很多生化反应，主要的是蛋白质水解，还有脂肪水解、糖酵解，因此干酪的成熟需要成本非常高。研究表明，超高压技术加速发酵剂中细菌裂解，释放出胞内酶到干酪中，并且诱导蛋白质构象变化，使蛋白质能够更容易被酶水解变成氨基酸，还可以改变酶结构，影响酶的调节位点或活性位点，促进干酪的成熟，节约成熟资本。但是，当压力过大时，会抑制酶的活性，影响干酪的成熟[15]。Costabel[16]在研究中发现，400 MPa处理条件下，蛋白质水解和肽解被加速，促进干酪中αS1-I型酪蛋白和γ-酪蛋白水解，可溶性部分的氮含量显著较高，可溶性肽和游离氨基酸的产量也较高，说明增加了蛋白质的水解速度，促进了干酪的成熟。而Ozturk[17]在研究中发现，与对照组相比，500 MPa和600 MPa处理的干酪在12周后αS1CN的降解显著降低，600 MPa处理的干酪中完整的αS1显著高于500 MPa处理的干酪，与水溶性氮分析的趋势一致，说明高压处理也能够抑制蛋白质水解。超高压处理影响干酪的蛋白水解程度取决于干酪的种类、成熟期以及超高压处理强度。Evert-Arriagada[18]在研究新鲜干酪中发现10种FFA，在对照奶酪的保质期中，FFA水平上升，而在经过超高压处理的奶酪中，FFA水平从第14天开始下降。然而，在第1和第7天，超高压处理奶酪中总游离脂肪酸浓度最高。Ávil等[19]也得到类似的结果，这是由于超高压产生的微生物裂解所导致的微生物脂肪酶的作用。超高压在脂解中的应用引起的主要变化是微生物的失活和伴随酶释放的裂解，以及蛋白质构象的修饰，这些修饰会影响酶活性、对底物的可及性和凝乳网络的修饰。

2.4 超高压对干酪挥发性化合物影响

与传统加工方法相比，超高压的优势是确保微生物的同时又能保持食物的感官特性。超高压可以抑制微生物生长或酶活性，导致一些挥发性物质的合成受阻，从而使干酪的挥发性成分出现差异。Delgado-Martínez等[20]在对羊乳干酪Torta del Casar研究时发现，大多数挥发性化合物和感官特性受冷藏的影响很大，而超高压处理的影响较小。600 MPa HPP处理在120 d和180 d时降低了最丰富的挥发性化合物（酸和酯）的含量，并降低了苦味评分。600 MPa处理干酪，可以防止过苦、过熟，使其具有较长的保质期和较好的感官品质。Calzada等[21]采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术对羊乳蓝纹干酪挥发性成分进行了鉴定，共鉴定出102种化合物，其中醛类5种，酮类12种，醇类17种，酸类12种，酯类35种，烃类9种，芳香族化合物5种，含氮化合物3种，萜烯类3种，硫类1种。各挥发性化合物的总浓度均受超高压影响，但酮类、酸类、酯类和硫类化合物在冷藏过程中变化不大。Alonso等[22]对新鲜牛乳快进行400和500 MPa、10 min的超高压处理，冷冻储藏。解冻后，将超高压处理过的凝块和新鲜凝块混合制作干酪。结果显示，使用在400 MPa下加压的凝乳制得的奶酪酯酶活性高，总游离脂肪酸、2-丙醇、2-丁醇、2-戊醇和己酸乙酯含量最高。由于细胞裂解作用，因此酶活力较高。

2.5 超高压对干酪色泽的影响

食品的色泽是人的感官评价食品品质的一个重要因素。干酪的颜色直接影响消费者对商品的印象，是评价干酪品质的重要指标之一，并且，颜色是干酪受超高压处理变化的一个重要因素。Delgado等[23]对Torta del Casar干酪分别进行压力200和600 MPa，时间5和20 min的处理。结果表明，对照组和高压处理组干酪之间颜色没有显著差异。但是，干酪成熟过程中进行高压处理，颜色发生了改变。所有高压处理的干酪在冷藏过程中的a*降低，某些高压处理（200 MPa/20 min和600 MPa/5 min）的b*降低。Calzada等[24]在研究中发现，布里干酪在第120天时，对照组的L*值为75.92，显著低于高压处理组（82.1～84.60）（p＜0.05）。对照组干酪的a*值为2.73，显著（p＜0.05）高于高压处理干酪的a*值（范围为0.64～1.65）。同样，对照组（22.63）的b*值显著（p＜0.05）高于高压处理组（19.00～20.96）。根据相关文献报道，处理条件（压力强度、保温时间和加工温度）对干酪的色泽影响较大，然而，奶酪的成熟时间也是一个重要的因素。相关研究人员将超高压对奶酪颜色的影响与加压后奶酪微观结构的变化联系起来[25]。在这种情况下，水分含量的改变或蛋白质基质构象的改变和蛋白质基质上产生的蛋白水解变化可能与这些变化有关。

3 展望

随着经济的发展，西餐消费习惯的影响和老百姓对更健康饮食的追求，干酪逐步走进人们的餐桌。超高压食品不仅能够保证微生物方面安全，还能保持减少食品的营养、风味、新鲜度方面的损失，并且还能消除热杀菌带来的变色以及加热过程中产生的不愉快气味等，符合了我国消费者对安全、营养食品的需求，具有良好的应用前景。

4 结语

目前，我国超高压技术在干酪方面的研究仍处于初级阶段，随着超高压技术在干酪的基础研究与产品开发方面不断的深入研究，将逐步缩小我国与欧洲、美国、日本等地区国家的差距，进一步推动我国食品工业的发展，满足当前消费者对高品质食品的需求，加快超高压技术在干酪实际生产中的应用。单独使用超高压时耗能比较大，在干酪中可以结合热处理、抗菌剂、酶处理等方式加工处理，可以拓展干酪的使用范围，使超高压技术投入到产业化生产中。