超高壓技術對干酪貯藏期的影響及研究進展

吳政，閆清泉，司闊林，崔利敏，李志國，宗學醒

內蒙古蒙牛乳業（集團）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乳制品。通常10 t原料乳可以制成1 t干酪，因此干酪營養豐富，富含鈣、磷、鎂等礦物質，還有維生素A、維生素B族、維生素D、葉酸等營養物質，被譽為“奶黃金”。現代干酪生產加工中，最常用的加工方式為熱處理，雖然熱處理技術可以有效殺滅微生物與延長產品儲藏期，但是傳統的熱處理技術會引起共價鍵的形成或導致食品中色素、維生素、風味物質等結構遭到破壞，造成食品的營養損失和感官品質下降[1]。作為新型非熱加工技術，超高壓技術可以極大地保護食品的品質和安全性，對于促進干酪產品的開發和推廣具有重大的現實意義。

1 超高壓技術

超高壓是一種將完全密封的食品浸沒在以水或油為傳壓介質進行100 MPa以上壓力處理的新型殺菌技術，其基本原理是利用壓力對形成蛋白質等高分子的非共價鍵產生作用，在中低溫下使蛋白質變性、酶失活、微生物死亡，而對共價鍵幾乎無影響，因此有效殺滅微生物同時能夠極大程度使食品中營養特性、色澤、風味物質得到保留，延長食品的儲藏時間[2]。

19世紀末，超高壓技術首先用于食品殺菌；1899年，美國科學家發現牛奶被高壓處理后能延長儲藏期。此后，大量科學家對超高壓技術進行了研究。在20世紀80年代，日本科學家將超高壓技術應用于食品工業，并且研制出第一種超高壓食品-果醬，隨后越來越多國家開展了超高壓技術在食品工業中應用的研究。如今，超高壓技術應用于蔬菜、果汁、肉類、海鮮、速凍食品、調味料等產品中[3]，同時它也被譽為“食品工業的一場革命”。作為新型非熱加工技術，超高壓具有以下特點：1）超高壓是純物理過程，對食品中風味、色素等小分子物質無影響，保證食品營養特性、風味等不受到破壞；2）殺菌條件易于控制，外界環境影響小；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、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程多樣化，可以開發新的食品及工藝。

2 超高壓技術對干酪儲藏期間品質的影響

超高壓處理干酪可以極大程度延長產品的儲藏期，同時改善干酪成熟過程，但也可能導致產微生物特性、質構特性、理化特性和感官特性以及蛋白質水解特性發生改變[4]。然而，我國對于超高壓處理干酪的研究較少，現對國內外超高壓對干酪品質影響進行分析和總結，主要從微生物生長、流變學特性、干酪成熟、揮發性化合物、色澤五方面進行探討。

2.1 超高壓對干酪中微生物影響

作為發酵乳制品，在干酪生產中添加的乳酸菌及其代謝產物有助于維持腸道菌群平衡，增強人體免疫力，促進消化，防止腹瀉與便秘[5]。由于干酪營養豐富，易受到微生物侵染使產品腐敗變質，產生經濟損失。超高壓可以使細胞形狀發生變化，并破壞細胞壁以及改變細胞膜通透性，瓦解乳品中的大分子的立體結構，抑制酶的活性和DNA等遺傳物質的復制等，從而達到殺滅微生物[6-7]。Evert-Arriagada等[8]研究發現，新鮮干酪經過300和400 MPa壓力處理5 min，明顯減少了霉菌、酵母等微生物數量，并且保質期由原來7 d分別延長至14和21 d。相關研究表明，當壓力越大時，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，結果表明干酪中的好氧菌、乳酸菌、乳球菌數量顯著下降，對照組中牛乳與山羊干酪需氧嗜溫菌的數量分別為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，細菌的致死率就越高。Ozturk等[10]對4種不同鹽含量的切達干酪（鹽/水依次為5.3%，2.5%，1.9%和0.2%）進行超高壓處理，結果表明，高壓處理組相對于對照組，微生物數量依次減少了1，2.5，3和4 log CFU/g，據相關報道，在較低的水活度下，細菌細胞的存活率提高可能是因為它們有細胞收縮的趨勢，導致細胞膜增厚。

2.2 超高壓對干酪流變學特性影響

干酪的流變學特性非常重要，幾乎所有的干酪都有獨特的特征而被賦予不同的商業特征。張園園等[11]在研究超高壓對5種市售干酪的硬度、黏著性、彈性、內聚性、咀嚼性和回復性等功能性影響時發現壓力較低時對干酪的質構無顯著影響，但是經過超高壓處理，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]對低脂切達干酪進行超高壓處理，在≤100 MPa壓力下，對照組與處理后的干酪之間沒有顯著差異（p＞0.05）。在整個成熟過程中，壓力≥225 MPa的干酪比對照干酪更加柔軟，超高壓的增加降低了干酪的硬度。綜上所述，超高壓對干酪的硬度和耐咀性的影響較大。相關研究表明，超高壓處理會引起奶酪蛋白網絡結構的變化，形成新的更加緊湊的蛋白結構。對干酪進行超高壓處理時，水分子間的距離減小，滲透進入并且黏附在酪蛋白內部的氨基酸周圍，從而使酪蛋白性質改變。當壓力降到常壓時，酪蛋白膠粒直徑會變小，而乳清蛋白會變性，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 超高壓對干酪成熟性影響

干酪成熟是一種復雜且漫長的過程，涉及到很多生化反應，主要的是蛋白質水解，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，超高壓技術加速發酵劑中細菌裂解，釋放出胞內酶到干酪中，并且誘導蛋白質構象變化，使蛋白質能夠更容易被酶水解變成氨基酸，還可以改變酶結構，影響酶的調節位點或活性位點，促進干酪的成熟，節約成熟資本。但是，當壓力過大時，會抑制酶的活性，影響干酪的成熟[15]。Costabel[16]在研究中發現，400 MPa處理條件下，蛋白質水解和肽解被加速，促進干酪中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量也較高，說明增加了蛋白質的水解速度，促進了干酪的成熟。而Ozturk[17]在研究中發現，與對照組相比，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一致，說明高壓處理也能夠抑制蛋白質水解。超高壓處理影響干酪的蛋白水解程度取決于干酪的種類、成熟期以及超高壓處理強度。Evert-Arriagada[18]在研究新鮮干酪中發現10種FFA，在對照奶酪的保質期中，FFA水平上升，而在經過超高壓處理的奶酪中，FFA水平從第14天開始下降。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]也得到類似的結果，這是由于超高壓產生的微生物裂解所導致的微生物脂肪酶的作用。超高壓在脂解中的應用引起的主要變化是微生物的失活和伴隨酶釋放的裂解，以及蛋白質構象的修飾，這些修飾會影響酶活性、對底物的可及性和凝乳網絡的修飾。

2.4 超高壓對干酪揮發性化合物影響

與傳統加工方法相比，超高壓的優勢是確保微生物的同時又能保持食物的感官特性。超高壓可以抑制微生物生長或酶活性，導致一些揮發性物質的合成受阻，從而使干酪的揮發性成分出現差異。Delgado-Martínez等[20]在對羊乳干酪Torta del Casar研究時發現，大多數揮發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時降低了最豐富的揮發性化合物（酸和酯）的含量，并降低了苦味評分。600 MPa處理干酪，可以防止過苦、過熟，使其具有較長的保質期和較好的感官品質。Calzada等[21]采用固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術對羊乳藍紋干酪揮發性成分進行了鑒定，共鑒定出102種化合物，其中醛類5種，酮類12種，醇類17種，酸類12種，酯類35種，烴類9種，芳香族化合物5種，含氮化合物3種，萜烯類3種，硫類1種。各揮發性化合物的總濃度均受超高壓影響，但酮類、酸類、酯類和硫類化合物在冷藏過程中變化不大。Alonso等[22]對新鮮牛乳快進行400和500 MPa、10 min的超高壓處理，冷凍儲藏。解凍后，將超高壓處理過的凝塊和新鮮凝塊混合制作干酪。結果顯示，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。由于細胞裂解作用，因此酶活力較高。

2.5 超高壓對干酪色澤的影響

食品的色澤是人的感官評價食品品質的一個重要因素。干酪的顏色直接影響消費者對商品的印象，是評價干酪品質的重要指標之一，并且，顏色是干酪受超高壓處理變化的一個重要因素。Delgado等[23]對Torta del Casar干酪分別進行壓力200和600 MPa，時間5和20 min的處理。結果表明，對照組和高壓處理組干酪之間顏色沒有顯著差異。但是，干酪成熟過程中進行高壓處理，顏色發生了改變。所有高壓處理的干酪在冷藏過程中的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]在研究中發現，布里干酪在第120天時，對照組的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）。根據相關文獻報道，處理條件（壓力強度、保溫時間和加工溫度）對干酪的色澤影響較大，然而，奶酪的成熟時間也是一個重要的因素。相關研究人員將超高壓對奶酪顏色的影響與加壓后奶酪微觀結構的變化聯系起來[25]。在這種情況下，水分含量的改變或蛋白質基質構象的改變和蛋白質基質上產生的蛋白水解變化可能與這些變化有關。

3 展望

隨著經濟的發展，西餐消費習慣的影響和老百姓對更健康飲食的追求，干酪逐步走進人們的餐桌。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養、風味、新鮮度方面的損失，并且還能消除熱殺菌帶來的變色以及加熱過程中產生的不愉快氣味等，符合了我國消費者對安全、營養食品的需求，具有良好的應用前景。

4 結語

目前，我國超高壓技術在干酪方面的研究仍處于初級階段，隨著超高壓技術在干酪的基礎研究與產品開發方面不斷的深入研究，將逐步縮小我國與歐洲、美國、日本等地區國家的差距，進一步推動我國食品工業的發展，滿足當前消費者對高品質食品的需求，加快超高壓技術在干酪實際生產中的應用。單獨使用超高壓時耗能比較大，在干酪中可以結合熱處理、抗菌劑、酶處理等方式加工處理，可以拓展干酪的使用范圍，使超高壓技術投入到產業化生產中。