乳酸菌共培养对山羊奶酪成熟期间品质特性的影响及其益生功能研究

本研究针对传统发酵剂改善山羊奶酪质地和风味效果有限的问题，通过开发含益生特性LAB（Lactiplantibacillus plantarum SY6和Latilactobacillus curvatus GC1）的混合发酵剂，系统评估了其对奶酪成熟过程中理化特性、质地、游离氨基酸和挥发性风味化合物的调控作用。结果表明，该共培养策略显著促进了蛋白质水解，增加了鲜味氨基酸含量，并有效调控了挥发性化合物组成，为提升地方乳制品品质提供了新途径。

　　

山羊奶及其制品因其良好的消化性和丰富的营养价值而受到全球关注。与牛奶相比，山羊奶具有消化吸收率高、致敏性低、对肠道有抗炎作用以及生物活性成分含量更高等优势。然而，山羊奶和山羊奶酪的一个显著特征是其独特的风味，常被描述为“羊膻味”或“野味”。这种风味主要归因于短链脂肪酸（如己酸、辛酸和癸酸）等挥发性化合物，它们是脂肪降解的产物，并贡献了刺激性气味。此外，酯类化合物、醛类（如己醛）、酮类和硫化合物也显著塑造了山羊奶酪的特征风味。传统用于山羊奶酪生产的发酵剂在改善质地和风味方面存在固有局限性。这些发酵剂通常依赖一株或几株乳酸菌（LAB），其在提高凝乳硬度、增强风味以及减轻与短链脂肪酸相关的异味方面效果中等。山羊奶酪中相对较低的α_S1-酪蛋白含量导致其蛋白质网络较弱，这对凝乳硬度和整体奶酪产率产生负面影响。这一挑战因传统乳酸发酵细菌（如嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌）的局限性而进一步加剧，这些菌株多样性有限，在改善质地和抑制与短链脂肪酸相关的异味方面表现出中等效力。因此，优化山羊奶酪的质地和风味仍然是一个迫切需要解决的问题。

乳酸菌是一类功能性革兰氏阳性、过氧化氢酶阴性、不产孢子的球菌和杆菌，通过将碳水化合物发酵为主要终产物（>50%）乳酸来获取ATP；它们耐酸、兼性厌氧，广泛用作发酵食品的发酵剂。某些LAB菌株在足量摄入时，已被证明可通过调节肠道微生物群以及通过产生抗菌肽和有机酸发挥抗菌活性来赋予健康益处。除了促进健康的作用外，具有已证实益生功能的LAB菌株在风味调节以及蛋白质和脂质水解方面的作用也日益引起关注。开发和筛选高质量的本地菌株以提升地方乳制品的品质是一个值得探索的研究方向。

本研究采用从新鲜山羊奶酪中分离出的本地LAB组成的共培养发酵剂，并将其应用于山羊奶酪生产。研究人员系统评估了共培养在成熟过程中对奶酪理化特性、质地、游离氨基酸和挥发性风味化合物的影响。效果通过微生物种群动态、pH变化、蛋白水解活性和脂质水解来评估。本研究的创新之处在于在山羊奶酪生产中使用了混合发酵剂，增强了质构结构并增加了乳酸类挥发物的浓度，从而改善了奶酪的风味。

为开展本研究，研究人员主要应用了以下几项关键技术方法：从山羊奶制品中分离和纯化具有益生特性的LAB菌株；通过生长曲线和单菌发酵能力测定筛选发酵剂；采用高压力均质和巴氏杀菌工艺生产山羊奶酪；在成熟期间定期测定水分活度、pH、蛋白质和脂肪含量等理化指标；使用质构分析仪测定硬度、弹性、内聚性和咀嚼性等质地参数；利用扫描电子显微镜（SEM）观察奶酪的微观结构；采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析蛋白质二级结构变化；通过测定pH4.6可溶性氮（pH 4.6-SN）和12%三氯乙酸可溶性氮（TCA-SN）评估蛋白水解程度；使用高速氨基酸分析仪测定游离氨基酸含量；运用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术鉴定挥发性风味化合物。

筛选山羊奶酪发酵剂

通过监测4株LAB的生长变化，确定了各菌株的最佳培养时间。在相同条件下，菌株表现出不同的生长趋势。通过评估单一菌株山羊酸奶的发酵能力（凝乳时间、凝乳酸度、凝乳后酸度和粘度），发现SY6在凝乳时间、凝乳酸度、凝乳后酸度、粘度和感官评分方面表现最佳。基于凝乳时间、凝乳酸度、凝乳后酸度和粘度，M-YB1不适合作为后续山羊奶酪发酵的菌株。进一步筛选混合发酵剂，制备了三种混合发酵菌剂：F1（GC1:GC2 = 1:1）、F2（GC1:SY6 = 1:1）和F3（GC2:SY6 = 1:1）。混合发酵菌剂F2在凝乳时间、凝乳酸度、凝乳后酸度和粘度方面均显著高于F1和F3。因此，选择混合菌株培养物F2作为山羊奶发酵剂用于后续实验。

山羊奶酪成熟过程中的品质变化

理化参数和活菌数：在成熟过程中，水分活度逐渐降低，在第30天达到最低点。pH值先下降后升高，GC1SY6(+)奶酪在10至20天期间保持持续较低的pH值。奶酪中的蛋白质和脂肪含量在成熟期间显著增加。GC1SY6(+)中的活LAB数量在发酵过程中逐渐下降，但在第0天至第20天，活菌数超过了中国发酵乳国家标准（≥6 log cfu/g）。

质地和色差分析：随着成熟的进行，硬度、内聚性和咀嚼性显著降低，而弹性在前10天增加然后趋于稳定。GC1SY6(+)奶酪的亮度值（L）在成熟期间下降，而黄度值（b）显著增加，且GC1SY6(+)的黄度略高于GC1SY6(?)。

扫描电子显微镜和红外光谱分析：扫描电镜观察显示，在成熟过程中，两种奶酪样品的微观结构均发生变化，蛋白质胶束和脂肪球逐渐消失，出现裂纹和空隙，但GC1SY6(+)奶酪的质地更为致密。FTIR分析表明，在成熟过程中，酰胺I区中α-螺旋和β-折叠的含量逐渐减少，而β-转角和无规卷曲的含量增加。GC1SY6(+)在大多数成熟阶段显示出比GC1SY6(?)更高比例的α-螺旋和β-折叠，表明其网络蛋白结构稍更稳定。

蛋白质水解和游离氨基酸：在30天的成熟期内，pH 4.6-SN和12% TCA-SN水平均逐步增加。GC1SY6(+)奶酪的pH 4.6-SN和12% TCA-SN值在所有成熟间隔期均始终高于GC1SY6(?)，表明益生菌强化发酵剂显著增强了蛋白水解作用。游离氨基酸分析显示，GC1SY6(+)奶酪的游离氨基酸总量（2,155.73 nmol/g）显著高于GC1SY6(?)（1,320.25 nmol/g）。GC1SY6(+)中鲜味氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸）的含量始终较高，而苦味氨基酸的相对比例在整个成熟期内低于GC1SY6(?)。

成熟期间奶酪中挥发性成分分析：GC-MS鉴定出39种挥发性化合物，包括酮类、醇类、酸类、酯类和醛类。酸类化合物在挥发性成分中占主导地位。与GC1SY6(?)相比，GC1SY6(+)中酮类（如3-羟基-2-丁酮、2-庚酮和2-壬酮）和某些酯类（如辛酸乙酯和癸酸乙酯）的浓度显著更高。同时，GC1SY6(+)保持了较低水平的异味酸，如丁酸和己酸。感官评价显示，在10至20天，GC1SY6(+)的得分显著高于GC1SY6(?)，证实了其感官优势。

本研究成功通过应用由本地LAB菌株（植物乳杆菌SY6和弯曲乳杆菌GC1）组成的混合发酵剂，优化了山羊奶酪的多维品质。与传统的商业发酵剂相比，该混合发酵剂显著改善了奶酪的理化特性、质地和风味特征。混合发酵剂在促进蛋白质水解、增加游离氨基酸含量以及调节挥发性风味化合物的形成方面发挥了关键作用。值得注意的是，它降低了不良挥发性化合物（如丁酸和己酸）的浓度，同时增加了有益化合物（包括醇类和酯类）的水平，从而提升了奶酪的感官品质。LAB的添加还有助于奶酪微观结构的稳定性，使其质地更加致密。该研究为益生菌LAB在山羊奶酪生产中的应用提供了理论依据，并为提高地方乳制品的品质和功能特性指明了新方向。这项研究不仅证实了LAB共培养的一般益处，还通过展示其在山羊奶酪生产中的具体应用和功能平衡，弥补了先前研究的空白，对开发更有效的山羊奶酪质地和风味增强方法具有重要意义。