凝固剂对牛奶干酪理化特性、质地、色泽及微观结构的影响机制研究

《Food Chemistry: X》：Effect of coagulants on physiochemical properties, texture, color and microstructure characterization of cow milk cheese

本研究针对干酪生产中低产率问题，系统比较了小牛皱胃酶、猪皱胃酶、微生物凝乳酶及乙酸四种凝固剂对牛乳干酪品质的影响。通过分析产率、质地剖面分析(TPA)、扫描电镜(SEM)等技术，发现小牛皱胃酶干酪产率更高且形成连续酪蛋白网络，而猪皱胃酶干酪硬度显著提升(p<0.05)。研究为凝固剂选择提供了理论依据，对优化干酪生产工艺具有重要指导意义。

　　

在全球乳制品消费持续增长的背景下，干酪作为一种营养丰富的食品，其生产量逐年攀升。然而，干酪产率低一直是制约生产商经济效益的关键难题。干酪的质地、风味和产率很大程度上取决于凝固剂的选择，其中传统的小牛皱胃酶因成本高昂且供应有限，难以满足产业需求。近年来，猪源皱胃酶、微生物凝乳酶等替代品逐渐受到关注，但其对干酪品质的影响机制尚不明确。为此，来自巴基斯坦卡拉奇大学国际化学与生物科学中心的Azra Akbar团队在《Food Chemistry: X》发表研究，系统揭示了不同凝固剂对牛乳干酪理化特性、微观结构及感官品质的作用规律。

研究团队采用四种凝固剂（小牛皱胃酶、猪皱胃酶、微生物凝乳酶和乙酸）制备新鲜未成熟干酪，通过理化分析、质地剖面分析(TPA)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)及感官评价等多维度技术，全面解析凝固剂类型对干酪特性的影响。其中样本来源于当地牧场的原料牛奶，关键实验技术包括质构仪测定硬度/粘弹性、光谱学分析蛋白质二级结构、微观成像观察酪蛋白网络形态等。

3.1. 理化成分变化

通过测定产率、水分、脂肪、蛋白质等指标，发现小牛皱胃酶干酪产率最高，与其较强的水分保留能力相关；猪皱胃酶干酪脂肪含量达28.1%，显著高于其他组别，而蛋白质含量较低（18.35%）。乙酸凝固干酪的灰分含量最高，可能与酸促矿物质析出有关。

3.2. 色泽参数影响

色差分析显示，小牛皱胃酶干酪亮度值(L)最高（81.53），而乙酸凝固干酪呈现偏绿色调(a=-0.62)。猪源与微生物凝乳酶干酪黄色度(b*)较高（15.30），色泽差异与酪蛋白光散射特性及生化反应产物相关。

3.3. 质地剖面分析

猪皱胃酶干酪硬度显著高于小牛皱胃酶组（20.40 vs 19.50 N），但微生物凝乳酶干酪的咀嚼性最高（21.50），与其高弹性和粘聚性有关。质地差异与水分分布及酪蛋白网络密度密切相关。

3.4. 干酪感官分析

定量描述分析表明，小牛皱胃酶干酪在风味接受度和延展性上评分最优，猪源组则因较高硬度与酸味影响整体适口性。微生物凝乳酶组苦味较低，可能与酶解肽段特性有关。

3.5. FT-IR光谱分析

红外光谱在3440 cm^-1处显示乙酸与微生物凝乳酶干酪的氢键强度更高，而猪皱胃酶组在2930 cm^-1（C-H振动）峰值突出，反映其脂肪-酪蛋白相互作用更强。酰胺III带分析揭示了凝固剂对蛋白质二级结构的特异性调控。

3.6. 热重分析

TGA曲线显示干酪水分流失分为四个阶段，猪皱胃酶与乙酸组在高温区（峰值D）重量损失更缓，表明其酪蛋白矩阵热稳定性更高，与分子间作用力增强相关。

3.7. 扫描电镜微观结构

小牛皱胃酶干酪呈现平滑连续的酪蛋白网络，猪源组则为不规则聚集态，微生物凝乳酶组出现分层片状结构，而乙酸组因快速凝乳形成致密簇团。微观形貌差异直接解释了各组质地与水分保持能力的区别。

3.8. 皱胃酶结构与功能关联

研究进一步从酶学角度阐释差异机制：小牛皱胃酶以凝乳酶为主，特异性水解κ-酪蛋白Phe105-Met106键；猪源酶含较多胃蛋白酶，对α_s-、β-酪蛋白非特异性水解增强，导致蛋白聚集模式改变；微生物凝乳酶与酸凝固则通过截然不同的作用路径影响凝乳特性。

该研究通过多尺度分析明确了凝固剂类型对干酪品质的调控机制：小牛皱胃酶适于高产率软质干酪，猪皱胃酶可提升硬度和脂肪保留，微生物凝乳酶则能优化咀嚼性。研究成果为干酪生产者根据产品定位选择凝固剂提供了科学依据，同时对推动替代凝固剂在宗教文化敏感地区的应用具有实践价值。未来研究可进一步探索成熟过程中酶解产物与风味演变的关联性。