超高壓技術(shù)對(duì)干酪貯藏期的影響及研究進(jìn)展

吳政，閆清泉，司闊林，崔利敏，李志國(guó)，宗學(xué)醒

內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司（呼和浩特 011500）

干酪也稱奶酪，干酪指原料乳殺菌或不殺菌，添加發(fā)酵劑使原料乳酸化，加凝乳酶、加鈣等使乳凝固，切割、升溫、攪拌、排乳清、凝乳粒堆釀、粉碎、壓榨或煮燙拉伸、包裝、成熟或不成熟等一系列工序制作而成的固態(tài)乳制品。通常10 t原料乳可以制成1 t干酪，因此干酪營(yíng)養(yǎng)豐富，富含鈣、磷、鎂等礦物質(zhì)，還有維生素A、維生素B族、維生素D、葉酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，被譽(yù)為“奶黃金”。現(xiàn)代干酪生產(chǎn)加工中，最常用的加工方式為熱處理，雖然熱處理技術(shù)可以有效殺滅微生物與延長(zhǎng)產(chǎn)品儲(chǔ)藏期，但是傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)會(huì)引起共價(jià)鍵的形成或?qū)е率称分猩?、維生素、風(fēng)味物質(zhì)等結(jié)構(gòu)遭到破壞，造成食品的營(yíng)養(yǎng)損失和感官品質(zhì)下降[1]。作為新型非熱加工技術(shù)，超高壓技術(shù)可以極大地保護(hù)食品的品質(zhì)和安全性，對(duì)于促進(jìn)干酪產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和推廣具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 超高壓技術(shù)

超高壓是一種將完全密封的食品浸沒(méi)在以水或油為傳壓介質(zhì)進(jìn)行100 MPa以上壓力處理的新型殺菌技術(shù)，其基本原理是利用壓力對(duì)形成蛋白質(zhì)等高分子的非共價(jià)鍵產(chǎn)生作用，在中低溫下使蛋白質(zhì)變性、酶失活、微生物死亡，而對(duì)共價(jià)鍵幾乎無(wú)影響，因此有效殺滅微生物同時(shí)能夠極大程度使食品中營(yíng)養(yǎng)特性、色澤、風(fēng)味物質(zhì)得到保留，延長(zhǎng)食品的儲(chǔ)藏時(shí)間[2]。

19世紀(jì)末，超高壓技術(shù)首先用于食品殺菌；1899年，美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)牛奶被高壓處理后能延長(zhǎng)儲(chǔ)藏期。此后，大量科學(xué)家對(duì)超高壓技術(shù)進(jìn)行了研究。在20世紀(jì)80年代，日本科學(xué)家將超高壓技術(shù)應(yīng)用于食品工業(yè)，并且研制出第一種超高壓食品-果醬，隨后越來(lái)越多國(guó)家開(kāi)展了超高壓技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用的研究。如今，超高壓技術(shù)應(yīng)用于蔬菜、果汁、肉類(lèi)、海鮮、速凍食品、調(diào)味料等產(chǎn)品中[3]，同時(shí)它也被譽(yù)為“食品工業(yè)的一場(chǎng)革命”。作為新型非熱加工技術(shù)，超高壓具有以下特點(diǎn)：1）超高壓是純物理過(guò)程，對(duì)食品中風(fēng)味、色素等小分子物質(zhì)無(wú)影響，保證食品營(yíng)養(yǎng)特性、風(fēng)味等不受到破壞；2）殺菌條件易于控制，外界環(huán)境影響??；3）超高壓能夠瞬間將壓力傳遞到食品中心，不受到食品大小、形態(tài)、體積等影響；4）超高壓耗能低、操作安全、污染小；5）超高壓使食品加工過(guò)程多樣化，可以開(kāi)發(fā)新的食品及工藝。

2 超高壓技術(shù)對(duì)干酪儲(chǔ)藏期間品質(zhì)的影響

超高壓處理干酪可以極大程度延長(zhǎng)產(chǎn)品的儲(chǔ)藏期，同時(shí)改善干酪成熟過(guò)程，但也可能導(dǎo)致產(chǎn)微生物特性、質(zhì)構(gòu)特性、理化特性和感官特性以及蛋白質(zhì)水解特性發(fā)生改變[4]。然而，我國(guó)對(duì)于超高壓處理干酪的研究較少，現(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)外超高壓對(duì)干酪品質(zhì)影響進(jìn)行分析和總結(jié)，主要從微生物生長(zhǎng)、流變學(xué)特性、干酪成熟、揮發(fā)性化合物、色澤五方面進(jìn)行探討。

2.1 超高壓對(duì)干酪中微生物影響

作為發(fā)酵乳制品，在干酪生產(chǎn)中添加的乳酸菌及其代謝產(chǎn)物有助于維持腸道菌群平衡，增強(qiáng)人體免疫力，促進(jìn)消化，防止腹瀉與便秘[5]。由于干酪營(yíng)養(yǎng)豐富，易受到微生物侵染使產(chǎn)品腐敗變質(zhì)，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失。超高壓可以使細(xì)胞形狀發(fā)生變化，并破壞細(xì)胞壁以及改變細(xì)胞膜通透性，瓦解乳品中的大分子的立體結(jié)構(gòu)，抑制酶的活性和DNA等遺傳物質(zhì)的復(fù)制等，從而達(dá)到殺滅微生物[6-7]。Evert-Arriagada等[8]研究發(fā)現(xiàn)，新鮮干酪經(jīng)過(guò)300和400 MPa壓力處理5 min，明顯減少了霉菌、酵母等微生物數(shù)量，并且保質(zhì)期由原來(lái)7 d分別延長(zhǎng)至14和21 d。相關(guān)研究表明，當(dāng)壓力越大時(shí)，殺菌效果顯著。Yaman等[9]分別采用300和450 MPa下保持5 min的超高壓處理土耳其白干酪，結(jié)果表明干酪中的好氧菌、乳酸菌、乳球菌數(shù)量顯著下降，對(duì)照組中牛乳與山羊干酪需氧嗜溫菌的數(shù)量分別為9.13和9.6 log CFU/g，超高壓處理的牛乳和山羊干酪樣品在300 MPa壓力下平均降低了2～3 log CFU/g，450 MPa壓力下降低了4～6 log CFU/g。干酪中的水分活度越高，細(xì)菌的致死率就越高。Ozturk等[10]對(duì)4種不同鹽含量的切達(dá)干酪（鹽/水依次為5.3%，2.5%，1.9%和0.2%）進(jìn)行超高壓處理，結(jié)果表明，高壓處理組相對(duì)于對(duì)照組，微生物數(shù)量依次減少了1，2.5，3和4 log CFU/g，據(jù)相關(guān)報(bào)道，在較低的水活度下，細(xì)菌細(xì)胞的存活率提高可能是因?yàn)樗鼈冇屑?xì)胞收縮的趨勢(shì)，導(dǎo)致細(xì)胞膜增厚。

2.2 超高壓對(duì)干酪流變學(xué)特性影響

干酪的流變學(xué)特性非常重要，幾乎所有的干酪都有獨(dú)特的特征而被賦予不同的商業(yè)特征。張園園等[11]在研究超高壓對(duì)5種市售干酪的硬度、黏著性、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性和回復(fù)性等功能性影響時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力較低時(shí)對(duì)干酪的質(zhì)構(gòu)無(wú)顯著影響，但是經(jīng)過(guò)超高壓處理，干酪的硬度和耐咀性分別降低31%和39%，且壓力越大降低效果越顯著。Ozturk等[12]對(duì)低脂切達(dá)干酪進(jìn)行超高壓處理，在≤100 MPa壓力下，對(duì)照組與處理后的干酪之間沒(méi)有顯著差異（p＞0.05）。在整個(gè)成熟過(guò)程中，壓力≥225 MPa的干酪比對(duì)照干酪更加柔軟，超高壓的增加降低了干酪的硬度。綜上所述，超高壓對(duì)干酪的硬度和耐咀性的影響較大。相關(guān)研究表明，超高壓處理會(huì)引起奶酪蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，形成新的更加緊湊的蛋白結(jié)構(gòu)。對(duì)干酪進(jìn)行超高壓處理時(shí)，水分子間的距離減小，滲透進(jìn)入并且黏附在酪蛋白內(nèi)部的氨基酸周?chē)瑥亩估业鞍仔再|(zhì)改變。當(dāng)壓力降到常壓時(shí)，酪蛋白膠粒直徑會(huì)變小，而乳清蛋白會(huì)變性，使其黏度、持水性、乳化性等性能提高，干酪中水分增加，從而硬度和耐咀性下降[13-14]。

2.3 超高壓對(duì)干酪成熟性影響

干酪成熟是一種復(fù)雜且漫長(zhǎng)的過(guò)程，涉及到很多生化反應(yīng)，主要的是蛋白質(zhì)水解，還有脂肪水解、糖酵解，因此干酪的成熟需要成本非常高。研究表明，超高壓技術(shù)加速發(fā)酵劑中細(xì)菌裂解，釋放出胞內(nèi)酶到干酪中，并且誘導(dǎo)蛋白質(zhì)構(gòu)象變化，使蛋白質(zhì)能夠更容易被酶水解變成氨基酸，還可以改變酶結(jié)構(gòu)，影響酶的調(diào)節(jié)位點(diǎn)或活性位點(diǎn)，促進(jìn)干酪的成熟，節(jié)約成熟資本。但是，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，會(huì)抑制酶的活性，影響干酪的成熟[15]。Costabel[16]在研究中發(fā)現(xiàn)，400 MPa處理?xiàng)l件下，蛋白質(zhì)水解和肽解被加速，促進(jìn)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顯著較高，可溶性肽和游離氨基酸的產(chǎn)量也較高，說(shuō)明增加了蛋白質(zhì)的水解速度，促進(jìn)了干酪的成熟。而Ozturk[17]在研究中發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，500 MPa和600 MPa處理的干酪在12周后αS1CN的降解顯著降低，600 MPa處理的干酪中完整的αS1顯著高于500 MPa處理的干酪，與水溶性氮分析的趨勢(shì)一致，說(shuō)明高壓處理也能夠抑制蛋白質(zhì)水解。超高壓處理影響干酪的蛋白水解程度取決于干酪的種類(lèi)、成熟期以及超高壓處理強(qiáng)度。Evert-Arriagada[18]在研究新鮮干酪中發(fā)現(xiàn)10種FFA，在對(duì)照奶酪的保質(zhì)期中，F(xiàn)FA水平上升，而在經(jīng)過(guò)超高壓處理的奶酪中，F(xiàn)FA水平從第14天開(kāi)始下降。然而，在第1和第7天，超高壓處理奶酪中總游離脂肪酸濃度最高。ávil等[19]也得到類(lèi)似的結(jié)果，這是由于超高壓產(chǎn)生的微生物裂解所導(dǎo)致的微生物脂肪酶的作用。超高壓在脂解中的應(yīng)用引起的主要變化是微生物的失活和伴隨酶釋放的裂解，以及蛋白質(zhì)構(gòu)象的修飾，這些修飾會(huì)影響酶活性、對(duì)底物的可及性和凝乳網(wǎng)絡(luò)的修飾。

2.4 超高壓對(duì)干酪揮發(fā)性化合物影響

與傳統(tǒng)加工方法相比，超高壓的優(yōu)勢(shì)是確保微生物的同時(shí)又能保持食物的感官特性。超高壓可以抑制微生物生長(zhǎng)或酶活性，導(dǎo)致一些揮發(fā)性物質(zhì)的合成受阻，從而使干酪的揮發(fā)性成分出現(xiàn)差異。Delgado-Martínez等[20]在對(duì)羊乳干酪Torta del Casar研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)揮發(fā)性化合物和感官特性受冷藏的影響很大，而超高壓處理的影響較小。600 MPa HPP處理在120 d和180 d時(shí)降低了最豐富的揮發(fā)性化合物（酸和酯）的含量，并降低了苦味評(píng)分。600 MPa處理干酪，可以防止過(guò)苦、過(guò)熟，使其具有較長(zhǎng)的保質(zhì)期和較好的感官品質(zhì)。Calzada等[21]采用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)羊乳藍(lán)紋干酪揮發(fā)性成分進(jìn)行了鑒定，共鑒定出102種化合物，其中醛類(lèi)5種，酮類(lèi)12種，醇類(lèi)17種，酸類(lèi)12種，酯類(lèi)35種，烴類(lèi)9種，芳香族化合物5種，含氮化合物3種，萜烯類(lèi)3種，硫類(lèi)1種。各揮發(fā)性化合物的總濃度均受超高壓影響，但酮類(lèi)、酸類(lèi)、酯類(lèi)和硫類(lèi)化合物在冷藏過(guò)程中變化不大。Alonso等[22]對(duì)新鮮牛乳快進(jìn)行400和500 MPa、10 min的超高壓處理，冷凍儲(chǔ)藏。解凍后，將超高壓處理過(guò)的凝塊和新鮮凝塊混合制作干酪。結(jié)果顯示，使用在400 MPa下加壓的凝乳制得的奶酪酯酶活性高，總游離脂肪酸、2-丙醇、2-丁醇、2-戊醇和己酸乙酯含量最高。由于細(xì)胞裂解作用，因此酶活力較高。

2.5 超高壓對(duì)干酪色澤的影響

食品的色澤是人的感官評(píng)價(jià)食品品質(zhì)的一個(gè)重要因素。干酪的顏色直接影響消費(fèi)者對(duì)商品的印象，是評(píng)價(jià)干酪品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，并且，顏色是干酪受超高壓處理變化的一個(gè)重要因素。Delgado等[23]對(duì)Torta del Casar干酪分別進(jìn)行壓力200和600 MPa，時(shí)間5和20 min的處理。結(jié)果表明，對(duì)照組和高壓處理組干酪之間顏色沒(méi)有顯著差異。但是，干酪成熟過(guò)程中進(jìn)行高壓處理，顏色發(fā)生了改變。所有高壓處理的干酪在冷藏過(guò)程中的a*降低，某些高壓處理（200 MPa/20 min和600 MPa/5 min）的b*降低。Calzada等[24]在研究中發(fā)現(xiàn)，布里干酪在第120天時(shí)，對(duì)照組的L*值為75.92，顯著低于高壓處理組（82.1～84.60）（p＜0.05）。對(duì)照組干酪的a*值為2.73，顯著（p＜0.05）高于高壓處理干酪的a*值（范圍為0.64～1.65）。同樣，對(duì)照組（22.63）的b*值顯著（p＜0.05）高于高壓處理組（19.00～20.96）。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，處理?xiàng)l件（壓力強(qiáng)度、保溫時(shí)間和加工溫度）對(duì)干酪的色澤影響較大，然而，奶酪的成熟時(shí)間也是一個(gè)重要的因素。相關(guān)研究人員將超高壓對(duì)奶酪顏色的影響與加壓后奶酪微觀結(jié)構(gòu)的變化聯(lián)系起來(lái)[25]。在這種情況下，水分含量的改變或蛋白質(zhì)基質(zhì)構(gòu)象的改變和蛋白質(zhì)基質(zhì)上產(chǎn)生的蛋白水解變化可能與這些變化有關(guān)。

3 展望

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，西餐消費(fèi)習(xí)慣的影響和老百姓對(duì)更健康飲食的追求，干酪逐步走進(jìn)人們的餐桌。超高壓食品不僅能夠保證微生物方面安全，還能保持減少食品的營(yíng)養(yǎng)、風(fēng)味、新鮮度方面的損失，并且還能消除熱殺菌帶來(lái)的變色以及加熱過(guò)程中產(chǎn)生的不愉快氣味等，符合了我國(guó)消費(fèi)者對(duì)安全、營(yíng)養(yǎng)食品的需求，具有良好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)超高壓技術(shù)在干酪方面的研究仍處于初級(jí)階段，隨著超高壓技術(shù)在干酪的基礎(chǔ)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面不斷的深入研究，將逐步縮小我國(guó)與歐洲、美國(guó)、日本等地區(qū)國(guó)家的差距，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)食品工業(yè)的發(fā)展，滿足當(dāng)前消費(fèi)者對(duì)高品質(zhì)食品的需求，加快超高壓技術(shù)在干酪實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。單獨(dú)使用超高壓時(shí)耗能比較大，在干酪中可以結(jié)合熱處理、抗菌劑、酶處理等方式加工處理，可以拓展干酪的使用范圍，使超高壓技術(shù)投入到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中。