常温奶酪加工技术及货架期稳定性研究进展

2023-01-02朱盼盼剧柠张书文吕加平逄晓阳芦晶

中国乳品工业 2022年1期

朱盼盼，剧柠，张书文，吕加平，逄晓阳，芦晶

（1.宁夏大学食品与葡萄酒学院，银川 750000；2.中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100193）

0 引言

奶酪（cheese）又称干酪、芝士，是一种在牛奶或羊奶中加入适量乳酸菌发酵剂和凝乳酶，使奶中的蛋白质（主要是酪蛋白）凝固，排除乳清，并经一定时间的成熟或不成熟而制成的乳制品[1]。奶酪富含钙、蛋白质和其他营养物质。在成熟过程中，蛋白质、脂肪和乳糖等大分子分解生成活性多肽等小分子物质，易被人体吸收，有效缓解了乳糖不耐症[2]。并且具有预防龋齿、强健骨骼、控制体重、降低慢性疾病发病率的作用，被誉为“奶黄金”[3]。

目前，乳制品主要以低温乳制品和高温乳制品为主，而高温乳制品一般需要经过115℃以上的高温杀菌过程。而高温热处理在杀灭微生物的同时，也会使产品发生一系列物理化学变化，如美拉德反应、乳糖异构化等，这些变化会对产品的颜色、风味、营养价值和贮藏质量等产生影响[4-5]。而低温乳制品(≤90℃)杀菌不彻底，需要全程冷链，货架期短，流通成本较高。近年来，随着生活节奏不断加快以及对食品营养、安全的高度关注，我国现有的高温和低温乳制品已无法满足人们的需求，人们对高品质、长货架期的常温乳制品越来越青睐。

因此，需要开发新的非热杀菌技术来保证乳制品的感官品质及营养价值，延长其货架期，进而满足人们的需求。近年来，食品杀菌新技术不断涌现，食品工业界对新型热杀菌和非热杀菌相继探索了超高压、脉冲电场、强磁场、微波、真空干燥、盐渍和气调包装等技术。这些杀菌技术具有与传统热杀菌不同的原理，通过电、声、光、磁等技术进行食品杀菌，称为现代杀菌技术[6]。然而，由于自身的局限性，在食品中的商业化应用受到限制。

本文对不同加工技术如热杀菌、真空干燥、超高压、盐渍、气调包装等在延长奶酪货架期中的应用进行综述，探讨了目前常温奶酪加工技术研究中存在的问题和局限，综述了不同加工技术条件对产品货架期内的微生物含量、理化指标、风味的影响，以期为常温奶酪的研究开发提供依据。

1 常温奶酪加工技术的研究进展

1.1 热杀菌技术

通过热杀菌的方式延长奶酪货架期。牛乳因其营养全面、pH接近中性、较高的水分含量为微生物的生长提供了良好的环境[7]，因此，控制奶酪加工中的微生物指标对产品货架期尤为关键。奶酪加工过程中的灭菌工艺，尤其是热杀菌是保证乳制品货架期最为常用的方法。热杀菌技术主要包括巴氏杀菌和超高温（ultra high temperature，UHT）灭菌技术。

巴氏杀菌作为传统的热杀菌技术采用外部加热的方式对食品进行杀菌，具有杀菌效果好，适用范围广的优点，与超高温灭菌(UHT)相比具有加工过程简单、能耗、水耗低、易操作和加工成本低等显著优势[8]。但同时也存在一些弊端，如热处理条件不易控制，且加热使生物活性物质的活力受到损伤，导致产品营养价值降低，风味、色泽等受到很大影响，所得的产品必须有冷链保证，且保质期较短[9]。

随着科技的快速发展，新型热杀菌技术已逐渐成熟，超高温杀菌（UHT）技术在食品工业中已广泛应用。奶酪的超高温杀菌一般是利用直喷式蒸汽将奶酪加热到135～150℃，维持1～10 s后冷却至室温，然后进行无菌灌装，这种处理方法和传统杀菌处理办法相比杀菌温度要高出20～40℃，因此这种方法被称为超高温杀菌技术[10]。超高温杀菌技术能够在较短的时间内杀死食物中的有害微生物，并且不会对食品品质造成影响，使奶酪具有良好的保藏质量并在常温下可长时间贮藏。刘中生等[11]研究了UHT杀菌技术在再制干酪中的应用。发现95℃巴氏杀菌不能有效杀灭奶酪中的芽孢菌，产品货架期内易出现微生物超标的现象，而UHT杀菌温度和杀菌时间组合能够使再制奶酪产品达到商业无菌水平，更能保证产品质量、营养成分和口感。

1.2 真空干燥技术

干燥是食品最重要、最容易应用的保存方法之一。长期以来，人们广泛使用干燥来保存不同的农产品，该工艺在乳品工业中也得到了广泛的应用[12]。奶酪中微生物和生化过程的强度取决于挤压后的初始水分含量，干燥是通过降低产品的水分含量与水分活度以抑制微生物的生长繁殖，延长食品货架期，便于贮藏、运输和销售[13]。真空干燥作为一种新型干燥技术，具有传热均匀、热效率高、干燥温度低、杀菌、绿色节能环保、低排放等优点，目前的应用相对较于广泛，但设备投入、运行和维护成本较高[14-15]，因此，它也被认为是一种昂贵的干燥技术。

Ermolaev等[16]通过对奶酪的热物理特性进行分析，研究了奶酪真空干燥的动力学，发现奶酪的真空干燥分为两个阶段：第一阶段干燥速率恒定，第二阶段干燥速率降低。通过建立奶酪的干燥速率曲线，研究确定了奶酪的最大干燥速率和平衡含水率。研究发现奶酪在真空干燥的两个阶段的缩水都是均匀进行的，奶酪缩水率决于奶酪块的形状和大小，奶酪中水分含量越高，奶酪的缩水率越大，将干燥温度提高到一定温度以上会降低收缩率。吴政等[17]研究了不同温度下真空干燥对奶酪的水分状态和内部水分迁移变化规律及37℃、7 d货架期加速试验时的品质变化。结果发现在真空干燥过程中，提高温度可显著提高奶酪干燥速率，加快结合水、不易流动水以及自由水的迁移。干燥的温度越高，干燥速率越高，干燥速率曲线出现的拐点时间越早，达到干燥平衡的时间越早；在37℃、7 d货架期加速试验中，随干燥的进行，奶酪的硬度明显增加（P＜0.05）。

Gamze等[18]通过对Cokelek奶酪进行不同温度(40、50、60℃)的干燥，测定了奶酪的感官特性、化学特性、酚类含量和抗氧化活性。研究发现不同干燥温度对奶酪的综合感官品质有显著影响(P＜0.05)，不同温度对其抗氧化活性和酚类物质含量的影响差异不显著(P＞0.05)。当干燥温度从40℃提高到60℃时，干燥时间从255 min缩短到150 min，样品的最终含水率在0.559～0.682水/千克干物质之间。感官评价结果显示，在60℃干燥温度下，奶酪气味得分最高，在50℃干燥的奶酪总体评价分数最高。

1.3 超高压技术

超高压（ultra high pressure，UHP）是一种将100 MPa以上的压力作用于液体介质中密封完全的食物物料的新型非热杀菌技术[19]。通过将食品物料放入超高压装置中，采用压力介质(水或矿物油等)作为压力传递介质，施加100～1 000 MPa的超高静压，压力通过改变或破坏物料分子中氢键、离子键等非共价键的结构和形态，改变了食物中酶、蛋白质、核酸等大分子物质的活性，但不会影响共价键，在常温或较低温度下保压一定时间后，使之达到杀菌或灭菌要求的目的[20]。

超高压杀菌可以在保证产品微生物安全性的前提下，最大限度地保留其营养特性、感官特性和生物活性物质。同时对奶酪品质、感官等方面也具有优化作用，可以满足消费者对奶酪新鲜、安全、营养的需求，而且耗能低、能源利用率高也十分符合我国绿色发展的理念[21-22]。但超高压处理不能连续生产，只能批量使用，同时，由于其机械压力的存在，也可能导致产品在极限压力下变形或状态明显变化。因此，超高压技术主要应用于没有固定形状的食品，并且设备投资成本高、设备耗材寿命短也限制了超高压技术的大规模工业化应用[23]。

近年来，超高压技术在世界范围内得到了越来越多的研究和应用。日本和美国等国家在超高压食品的研发上走在了前列，并已实现了超高压食品的生产和供应[24]。Danto等[25]采用不同时期高压处理的方法，对卡门培尔奶酪成熟过程中质量和安全性进行了研究。结果发现对完全成熟的奶酪进行高压处理(45 d)会导致表面霉菌的破坏，从而导致奶酪的褐变和黄化；在成熟过程中较早进行高压处理会导致奶酪外观出现类似的退化，但随着成熟时间的延长，这种情况并不会得到改善；生产后即刻进行高压处理可延缓奶酪果皮发育和质构成熟。无论在何时对奶酪进行高压处理(550 MPa、10 min和25℃)都会导致不可接受的产品质量劣化。在找到减少奶酪中单核细胞增多性李斯特菌的替代加工方法之前，在奶酪生产前对牛奶进行巴氏杀菌、卫生和环境监测仍然是控制微生物危害的有效措施。张园园等[26]研究了不同压力的超高压处理对奶酪质构的影响。发现200 MPa处理对奶酪的质构影响并不大，与其它特性相比，奶酪的硬度和耐咀性在超高压处理下变化最显著，平均降低31%；600 MPa处理使奶酪的硬度和耐咀性平均降低40 %，奶酪的水分含量越高，其质构受超高压处理的变化越显著。因此，将适宜条件的UHP技术应用于一定水分含量奶酪的加工中对于研究开发常温奶酪具有重要意义。

1.4 盐渍

盐作为食品防腐剂与发酵和脱水是食品防腐的经典方法之一。盐渍是奶酪加工中不可或缺的一步。盐渍的浓度决定着奶酪中的水分活度[27]，并且在奶酪后期成熟过程中控制着奶酪中微生物的生长、酶活性的变化以及各种生化反应的变化。盐渍主要是通过影响奶酪成熟期间的各种酶的活性，从而抑制起始微生物的活性，特别是各种腐败菌，进而有益于改善奶酪的质地和风味。除此之外，氯化钠在食品中还有个重要的作用。人类每天需要2.4 g钠，即6 g氯化钠。然而，钠摄入过多会导致体内水分滞留，加剧高血压等心脑血管疾病的病症，对人体健康造成不利影响[28]。目前最常见的方法是用氯化钾取代部分或全部氯化钠，但除了成本外，这种做法还会对奶酪的味道造成不利影响，因为氯化钠的味道与氯化钠明显不同，而氯化钠的特征味道存在于钠部分，盐的味道被许多人高度欣赏，咸味是四大基本口味之一[29]。

Hamad等[30]对比了埃及传统的常温盐渍Domiati奶酪和菲达奶酪，在埃及传统Domiati奶酪加工中直接添加添加(10%～14%)盐到鲜奶中，再然后加凝乳酶凝乳，凝乳后脱除乳清，凝块成型切割后装瓶，将含盐乳清倒入乳瓶中盐渍凝块，常温下贮藏。对传统的Domiati奶酪与菲塔进行了对比研究。结果发现与传统Domiati奶酪相比，菲达奶酪的蛋白质和盐分含量较低，脂肪含量较高。成熟时间对家庭奶酪的水分、pH值、蛋白质、脂肪、总挥发性脂肪酸、灰分和盐分均有极显著影响(P＜0.001)，可溶性氮含量差异不显著(P=0.061)。成熟时间对Domiati奶酪的水分、pH值、蛋白质、脂肪、总挥发性脂肪酸、灰分和盐分均有极显著影响(P＜0.001)，可溶性氮含量差异不显著(P=0.061)。高攀雲等[31]研究了室温下钠盐和钙盐的添加量对切达奶酪的质构、成熟度和理化指标的影响。结果发现在奶酪成熟阶段，不同种类盐的添加量对奶酪的氯离子、水分含量、酸碱度、成熟度和质构有显著的影响（P＜0.05），奶酪的硬度和咀嚼性随着盐的添加量增加而上升，同一添加水平下，添加Na盐的奶酪的硬度和咀嚼性高于添加Ca盐的奶酪。

1.5 气调包装

通过气调包装延长奶酪货架期。气调包装是通过控制包装袋中气体比例，降低食品在物理、化学、生物等下降速度，从而达到延长货架期的目的[32]。

Conte等[33]研究了溶菌酶、乙二胺四乙酸（EDTA）和气调包装结合在8℃储藏下对延长奶酪货架期的作用，将3种浓度的酶分别与空气中包装和MAP下包装(95%CO2∶5%N2)相结合。通过监测微生物和感官质量、pH值和顶空成分，评价溶菌酶和乙二胺四乙酸二钠盐(Na2-EDTA)在气调包装(MAP)条件下的效果，研究发现溶菌酶和Na2-EDTA结合MAP封口可以提高微生物的稳定性，延长奶酪的货架期。肖杨等[34]研究了不同气调包装方式对马苏里拉奶酪中微生物的影响，结果发现真空包装和100%N2包装对微生物生长繁殖有明显的抑制作用，而97%N2+3%O2气调包装的抑制作用较弱。在8℃冷藏条件下，包装袋中O2的完全去除可以有效抑制微生物的生长，延长奶酪的货架期。

Solomakos等[35]研究了气调包装对奶酪冷藏过程中理化和微生物变化的影响。发现与常压包装条件相比，MAP(50%N2:50%CO2)在冷藏4℃和10℃条件下能有效地抑制奶酪中酵母菌、霉菌和嗜冷菌的生长。无论在MAP还是大气条件下，大肠杆菌、单核细胞增多性大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的数量均有所下降，但金黄色葡萄球菌在MAP条件下的下降速度快于大气条件。

2 常温奶酪货架期稳定性

2.1 不同加工技术对常温奶酪微生物含量的影响

通过奶酪的不同加工技术延长产品货架期，主要是利用不同的灭菌工艺降低产品中微生物的含量，而微生物是奶酪货架期的决定因素之一[36]。Brown等[37]研究气调包装(modified atmosphere packaging)条件对无发酵剂生产的新鲜奶酪在贮藏过程中腐败微生物和李斯特菌存活和生长的影响。研究发现MAP除了提高奶酪质量和延长货架期外，还被用来控制产品中病原微生物的生长，MAP对腐败微生物的抑菌效果随着CO2含量的增加而增加，而100%N2、真空或空气的抑菌效果较差。结果表明将新鲜奶酪包装在含有CO2的环境下可能是一种很有前途的方法，可以延长货架期，同时限制冷藏期间李斯特菌的生长。

Rossi等[38]以超滤牛奶为原料，用重组凝乳酶或牛凝乳酶生产超滤奶酪，在600 MPa/5 min/25℃的条件下加工，在7℃下保存56 d，研究了超高压处理对奶酪的理化、流变学、微生物学和微观结构特性的影响。结果发现超高压工艺生产出的奶酪硬度更高，结构更致密，颜色也没有明显变化，另外，可以使嗜冷菌数量减少，进而改善了奶酪的微生物质量。另外，超高压处理会使超滤奶酪的蛋白质水解，可以保持新鲜奶酪的特性，延长产品的货架期。

2.2 不同加工技术对常温奶酪理化指标的影响

奶酪热杀菌的过程中分子剧烈运动，不仅破坏了非共价键，使蛋白质等高分子物质变性，还破坏了共价键，改变了维生素、色素、风味物质和低分子物质，大大破坏了产品的色、香、味[39]。牛乳中酪蛋白对热较为稳定，基本不受热处理的影响，但加热对其物理性能有明显影响。磷酸钙在100℃热处理后沉淀在牛乳中，使牛乳难以凝结，形成破凝块，同时，由于乳清蛋白比酪蛋白具有更高的持水性，所以奶酪中的水分含量过高。Miloradovic等[40]以加热到80℃/5 min和90℃/5 min的牛奶为原料，采用相同的奶酪制作工艺生产山羊奶酪，并与普通巴氏杀菌(65℃/30 min)的对照奶酪进行比较。研究发现山羊奶酪乳经高热处理后，奶酪出品率显著提高。高热处理显著影响了山羊奶酪的组成、质构特性和感官品质，对酪蛋白的降解有抑制作用，但对β-酪蛋白的降解和次生蛋白水解没有影响。

高压处理对奶酪的氢键、离子键和疏水键等非共价键发生作用，不对共价键发生作用，从而使蛋白质等变性、酶失活、腐败微生物被抑制或杀死[41]，而对形成蛋白质分子、维生素和风味物质等的低分子化合物的影响较小，使奶酪能够保持其原有的色泽、风味和营养价值。Bibiana等[42]研究了羊奶超高压均质(200 MPa，30℃)对奶酪蛋白水解谱的影响，结果发现超高压处理显著提高了乳清可溶性氮、疏水性和亲水性多肽的含量，但由于氨基肽酶活性的降低，在成熟的最初几天，游离氨基酸的含量降低。主成分分析表明，不同奶酪的游离氨基酸组成没有显著差异，使用超高压处理的牛奶不会对奶酪蛋白水解的发展产生不利影响。Olaia等[43]研究了生羊乳奶酪成熟过程中盐的分布及其对蛋白水解和脂解的影响，结果发现整个奶酪在成熟180 d时盐分分布均匀，盐渍条件(时间和盐度)对渗透速率没有影响，但对最终氯化钠(NaCl)含量有影响，含盐量较高(3.0%)的奶酪与含盐量较低(2.2%)的奶酪相比，蛋白质分解和脂解作用增强。蛋白水解指数和总游离脂肪酸在奶酪内外区之间差异不显著(p＞0.05)，无论是在奶酪的内部还是外部区域，蛋白水解和脂解都是均匀演变的。

2.3 不同加工技术对常温奶酪风味的影响

奶酪作为一种高营养的食品，其风味一直是人们研究的热点。因原料、加工技术、凝乳条件等不同，不同国家、不同地区生产的奶酪风味也各有不同。Kohama-kubouchi等[44]研究了温度对奶油奶酪风味的影响，通过顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用仪分析表明，甲基酮、脂肪酸和d-癸内酯的释放与“酸干香气”、“醋酸香气”和“酸度”的得分呈负相关，这些指标随着基质中浓度的增加而增加。在较高的温度下，乙醛的释放量与“醋酸香气”得分呈正相关。结果发现，较高的温度会导致奶油奶酪样品的质地变硬，并降低“整体风味强度”、“酸干香气”、“醋酸味”和“酸度”得分；温度越高，“总体风味强度”得分越低，经过加工的干油奶酪的风味表现可以通过调整加热处理来控制，以控制奶酪的质地和香气成分的生成，这些描述通过对“整体风味强度”、“酸干香气”、“醋酸香气”和“酸度”的描述来反映。

李博等[45]对超高压处理对低脂半硬质奶酪质构和风味的影响进行了研究。发现超高压处理能增加奶酪中的水分并降低硬度；通过固相萃取-气相色谱-质谱方法对奶酪中的风味化合物进行分析，酯类化合物较多，但对风味的改善作用有限。经过超高压处理后的低脂奶酪入口后细腻爽滑，有轻微的颗粒感，由于脂肪的缺失造成风味不足依旧没有改善。因此，使用附属发酵剂和寻找脂肪替代物结合超高压处理奶酪是今后研究方向之一。