天然乳清发酵剂(pingo)对手工奶酪模型微生物及理化特性的影响机制研究

本研究针对巴西米纳斯手工奶酪生产中天然乳清发酵剂(pingo)的作用机制不明确问题，通过建立实验室规模模型，系统评估了pingo在不同初始菌群负荷(生乳/热杀菌乳)条件下对奶酪制作及60天成熟过程中微生物群落(乳酸菌LAB、大肠菌群、大肠杆菌E. coli)和理化参数(pH、aw等)的调控作用。研究发现pingo能显著降低热杀菌乳奶酪中E. coli最大生长速率(μmax降低25%)，并缩短所有奶酪中指示菌首轮灭活时间(δ值减半)，16S rRNA测序揭示了Streptococcus为优势菌群。该研究为传统发酵食品的微生物安全控制提供了重要理论依据。

　　

在巴西米纳斯吉拉斯州云雾缭绕的卡纳斯特拉山脉间，传承百年的手工奶酪制作工艺中隐藏着一个微生物密码——当地匠人称为"pingo"的天然乳清发酵剂(NWS)。这种从昨日奶酪沥出的乳清中自然富集的复杂菌群，承载着塑造奶酪独特风味和安全性的双重使命。然而在现代食品安全标准与传统工艺的碰撞中，一个关键问题日益凸显：当欧盟要求原料乳细菌含量<10⁵ CFU/mL时，巴西生乳中大肠杆菌(Escherichia coli)常超标百倍，这种天然发酵剂能否在"高污染"环境下依然保障食品安全？

为破解这一难题，来自圣保罗大学等机构的研究团队在《Food Research International》发表了一项开创性研究。他们设计了两组对照实验：一组模拟理想条件使用热杀菌乳(TM，72°C/15s)，另一组还原现实困境采用高菌落生乳(RM，E. coli>100 CFU/mL)。通过构建包含NWS组与空白对照的奶酪模型，研究人员采用16S rRNA基因测序解析菌群演变，并创新性地将Logistic生长模型与Weibull灭活模型结合，定量评估了60天成熟期内微生物的动态变化。

NWS和牛奶特征
研究首先揭示了pingo的"微生物身份证"：乳酸菌(LAB)含量超10⁶ CFU/mL的优势菌群以Streptococcus为主(占71.4%)，而传统认为的奶酪主力菌Lactococcus仅占3.1%。生乳中的E. coli含量达1.5×10² CFU/mL，远超巴西法规限值，这为后续研究提供了真实的污染场景。

生产过程中的微生物动力学
在24小时关键发酵期，Logistic模型显示NWS展现出"条件依赖性保护"：热杀菌乳组添加pingo使E. coli的μ_max显著降低25%，最大种群量(y_max)减少0.5个对数周期；但在生乳组中，E. coli的μ_max反而飙升至对照组的2.3-3倍，说明当初始污染负荷过高时，NWS的抑菌能力会被淹没。

成熟期间的灭活动力学
Weibull模型揭示了pingo的"时间放大器"效应：无论原料乳品质如何，添加NWS均使大肠菌群首轮灭活时间(δ值)缩短50%。这意味着传统60天成熟期要求下，NWS奶酪可提前达到安全标准。

微生物群落演变
16S rRNA测序追踪发现，NWS奶酪中Streptococcus始终占据主导(成熟末期占47.3%)，而对照组则演变为Lactococcus的"单极世界"(占61.8%)。这种菌群结构的差异直接影响产酸速率，NWS组pH值下降更快，为奶酪早期安全建立了"酸性屏障"。

这项研究首次量化证明了天然发酵剂pingo的"双刃剑"特性：在优质原料乳条件下，它能通过富集Streptococcus加速酸化、抑制病原菌；但在卫生条件欠佳时，其保护作用会被高污染负荷抵消。该发现为修订巴西手工奶酪生产规范提供了关键证据——建议将原料乳的E. coli阈值纳入NWS使用标准，同时证实缩短成熟期至22天的可行性。更深远的意义在于，研究建立的"条件-菌群-动力学"三维评估模型，为全球传统发酵食品的现代化改造提供了可复制的研究范式。