无花果树（Ficus sycomorus）果实中提取的凝乳酶作为部分凝乳酶替代品：其对软白奶酪的物理化学性质、质地及感官特性的影响

《Food Research International》：Sycamore fig ( Ficus sycomorus) fruit-derived Milk-clotting enzyme as a partial rennet substitute: Effects on physicochemical, textural, and sensory properties of soft white cheese

本研究探讨了未熟与成熟无花果中提取的凝乳酶作为软白奶酪生产中动物凝乳酶替代或部分替代的可能性。通过比较酶活性及60天储存期的理化特性、流变学行为和感官品质，发现未熟无花果酶与动物凝乳酶1:1混合使用能产生与对照（0.8 mL/L动物凝乳酶）相当的奶酪品质。

　　

瓦埃尔·F·埃尔科特（Wael F. Elkot）| 赫沙姆·A·伊斯梅尔（Hesham A. Ismail）| 塔维克·阿尔苏拉米（Tawfiq Alsulami）| 穆罕默德·S·莫斯塔法（Mohamed S. Mostafa）| 苏莱曼·A·阿尔塔瓦布（Suleiman A. Althawab）| 巴辛·M·阿洛哈利（Basim M. Alohali）| 哈迪尔·洛特菲·阿布-塔哈（Hadeer Lotfy Abu-Taha）| 阿马尔·阿尔-法尔加（Ammar Al-Farga）| 艾哈迈德·埃尔马赫迪（Ahmed Elmahdy）

埃及阿斯旺大学农业与自然资源学院乳品科学与技术系，阿斯旺，81528。

摘要

传统的奶酪制作过程严重依赖动物凝乳酶，但这种酶的供应存在限制，并引发了一些伦理或饮食方面的问题。本研究探讨了从成熟和未成熟的无花果（Ficus sycomorus）果实中提取的凝乳酶作为替代品或部分替代品在用水牛奶和骆驼奶（75:25比例）制成的软白奶酪中的潜力。研究比较了这些酶的活性，包括凝乳能力和蛋白水解能力，并与动物凝乳酶和微生物凝乳酶进行了对比。在60天的时间内，对奶酪的成分、理化特性、流变行为和感官质量进行了评估。动物凝乳酶表现出强烈的凝乳能力且蛋白水解作用较弱，而成熟无花果提取的酶则凝乳效率较低但蛋白水解作用较强，这对凝乳的形成产生了不利影响。重要的是，未成熟无花果提取的酶与动物凝乳酶以1:1的比例混合使用时，所制成的奶酪在理化和感官特性上与使用0.8 mL/L动物凝乳酶制成的对照奶酪相当。这些发现表明，适当配比的F. sycomorus酶可以成为动物凝乳酶的有希望的天然替代品，有助于提升奶酪的质量并促进基于植物的凝固剂的发展。

引言

奶酪被认为是最古老的发酵乳制品之一，目前全球生产有多种品种，它们在风味、质地和类型上各不相同。全球奶酪产量已超过2500万吨，预计这一趋势将持续增长，2022年至2031年间增长率将达到10%（Moreno, 2026; OECD/FAO, 2022）。几千年来，奶酪一直是人类饮食的重要组成部分，它将可饮用的牛奶转化为保质期更长的产品，同时保留了其营养价值（Ahmed et al., 2010; Fox & Mcsweeney, 2004）。奶酪的制作过程中，牛奶的凝固是最关键的步骤，因为它直接影响最终产品的产量、质地和感官特性。凝乳酶中的酪蛋白酶会水解κ-酪蛋白中的Phe105-Met106键，破坏酪蛋白胶束的稳定结构，从而形成凝乳（Britten & Giroux, 2022; Kumar et al., 2010）。然而，传统的凝固剂如动物凝乳酶和微生物凝乳酶通常价格昂贵，并可能引发伦理、文化或饮食方面的问题，这促使人们寻找植物来源的替代品（Ahmed et al., 2010; Mohsin et al., 2024）。在酶的作用下，随着pH值的逐渐降低，奶酪制作过程继续进行，这一过程通常由乳酸菌的发酵活动驱动。酸化作用可以由商业发酵剂、乳清基发酵剂或牛奶中自然存在的乳酸菌引起。酸化会溶解胶体磷酸钙并释放钙离子（Ca²⁺），使酪蛋白胶束失稳并聚集形成凝乳（Choi et al., 2007; Lee & Lee, 2009; Ozcan & Kurdal, 2012）。 对动物来源凝乳酶的依赖还受到宗教因素（如犹太教和伊斯兰教的规定）、饮食习惯（包括素食主义）、与牛海绵状脑病相关的健康问题以及消费者对转基因产品的抵触情绪的制约（Roseiro et al., 2003）。这些限制促使人们积极寻找具有高特异性和低非特异性蛋白水解能力的替代性凝乳酶，使其适合用于奶酪生产（Jacob et al., 2011）。在研究的选项中，通过基因工程生产的微生物凝乳酶已被广泛使用，并被视为传统凝乳酶的有效替代品。尽管如此，人们对植物来源的凝固剂越来越感兴趣，例如Ananas comosus、Ficus carica、Carica papaya、Cynara cardunculus、Cynara scolymus、Calotropis procera和Solanum dubium（Ahmed, Morishima, Babiker and Mori, 2009a, Ahmed, Morishima, Babiker and Mori, 2009b; Roseiro et al., 2003; Sidrach et al., 2005）。虽然植物来源的凝乳酶是一个有前景的替代品，但大多数植物来源的凝乳酶具有强烈的蛋白水解能力，这常常会导致苦味肽的形成以及奶酪质地和风味的不良变化（Anusha et al., 2014）。C. cardunculus是一个值得注意的例外，因为其花朵中含有天冬氨酸蛋白酶cardosins A和B，这些酶长期以来一直被用作地中海地区（特别是葡萄牙和西班牙等该国）羊奶奶酪的传统凝固剂（Gomes et al., 2024）。然而，当应用于牛奶时，这种凝乳酶往往会导致过度的蛋白水解，从而产生苦味。因此，寻找在凝乳效率和蛋白水解能力之间具有更佳平衡的新植物来源仍然是当务之急。 在植物来源的凝固剂中，属于无花果属（Ficus）的物种因其含有具有凝乳活性的类似凝乳酶的蛋白酶而受到特别关注。无花果（Ficus sycomorus L.）属于桑科植物，在热带地区广泛种植，其果实具有营养和药用价值（Zerega et al., 2025）。在埃及，多种无花果属植物常见于家庭花园、公共公园和街道两旁。传统上，这种植物的果实被用于民间医学，用于治疗胃肠道疾病、炎症、感染、癌症和糖尿病（Hossain, 2019）。植物化学分析表明，F. sycomorus的果实含有丰富的生物活性物质，如三萜类、酚类、香豆素、黄酮类和其他具有显著药理作用的代谢物（Kishk et al., 2025）。考虑到动物凝乳酶的供应有限且价格昂贵，以及饮食和宗教限制，基于植物的凝固剂（如来自无花果属的凝乳酶）成为奶酪生产的有希望的替代品。本研究选择F. sycomorus果实作为研究对象，是因为先前的研究表明，包括F. carica和F. glabrata在内的多种无花果属植物含有具有凝乳活性的蛋白酶（Kishk et al., 2025）。尽管对F. sycomorus的研究较少，但初步证据表明其含有具有潜在凝乳功能的半胱氨酸蛋白酶。然而，目前还没有全面的研究系统评估其在奶酪制作中的表现，尤其是在与商业凝乳酶的比较以及不同牛奶体系中的应用。尽管人们对植物来源的凝固剂越来越感兴趣，但由于其凝固效率的变异性、蛋白水解特异性的差异以及对奶酪质量的影响，它们的实际应用仍然有限。特别是关于从F. sycomorus果实中提取的酶及其在多种牛奶体系中用于软白奶酪生产的适用性的信息仍然不足。因此，本研究旨在通过研究从F. sycomorus果实中提取的凝乳酶，并评估其作为骆驼奶和水牛奶软白奶酪生产替代凝固剂的适用性来解决这一具体问题。 选择这两种牛奶的原因是它们具有不同的凝固特性：骆驼奶由于其独特的蛋白质组成而难以凝固，而水牛奶由于酪蛋白和总固形物含量高，容易形成坚实的凝乳。 骆驼奶是发酵的良好底物，尤其是对于双歧杆菌（Bifidobacterium）来说，这不仅是因为其肽含量，还因为其蛋白质的一些内在特性。骆驼奶中的肽可以被微生物肽酶轻易分解为氨基酸，这些氨基酸是促进细菌生长的重要营养物质（Swelum et al., 2021）。此外，骆驼奶不含β-乳球蛋白（一种抵抗蛋白水解的蛋白质），并且含有更高比例的β-酪蛋白，后者更易溶解且结构较为松散，有利于酶的作用（Elkot & Ateteallah, 2017）。较低的αs1-酪蛋白水平和较小、密度较低的酪蛋白胶束进一步促进了酶的作用（Ali et al., 2026）。此外，骆驼奶中的蛋白质富含亲水性和必需氨基酸，提高了消化率，而较低的抑制性成分（磷酸肽和糖巨肽）减少了细菌蛋白酶的活性。需要注意的是，骆驼奶的总体蛋白质含量并不高于其他常见牛奶。其蛋白质含量（约3.0–3.5%）与牛奶和山羊奶相似。这些因素共同解释了为什么骆驼奶特别适合发酵，尽管其蛋白质含量并不最高（Elkot et al., 2024; Swelum et al., 2021）。本研究通过化学成分、质地特性、成熟指数、微生物特性和感官属性等方面，评估了这种酶与动物凝乳酶的性能。

据我们所知，这项工作可能是首次系统研究F. sycomorus酶在奶酪制作中的潜力，为开发更多基于植物的替代凝固剂提供了基础。

材料

骆驼奶的成分包括12.2%的总固形物（TS）、3.6%的脂肪、3.2%的蛋白质、4.6%的乳糖、0.80%的灰分和0.18%的可滴定酸度（以乳酸表示），pH值为6.50。水牛奶的成分包括16.0%的总固形物、6.1%的脂肪、4.2%的蛋白质、4.8%的乳糖、0.90%的灰分和0.18%的可滴定酸度（以乳酸表示），pH值为6.60。这两种牛奶均来自埃及埃尔-哈尔加市的一家私人奶牛场。样品采集后立即保存在4°C的环境中。

凝乳酶和无花果提取物（SFEE）的蛋白水解特性和牛奶凝固效果

1显示了不同凝固剂在凝乳活性、凝固时间和蛋白水解能力方面的明显差异。动物凝乳酶和微生物凝乳酶表现出最高的凝固效率，具有强烈的凝乳活性、较短的凝固时间和较低的蛋白水解作用。相比之下，从F. sycomorus果实中提取的酶显示出较低的凝固效率，并伴有显著较高的蛋白水解活性，尤其是在成熟果实提取物中。

结论

本研究证明，从F. sycomorus中提取的凝乳酶具有生产软白奶酪（SWC）的潜力，尤其是当与动物凝乳酶（1:1比例）结合使用时，可以改善奶酪的质地和感官特性。仅使用植物提取物制成的奶酪表现出较高的蛋白水解活性，这影响了凝固效率，在某些情况下也影响了感官质量。虽然微生物凝乳酶仍然是动物凝乳酶的一种实用且成本效益高的替代品，但...

CRediT作者贡献声明

瓦埃尔·F·埃尔科特（Wael F. Elkot）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、资源准备、方法论设计、实验设计、数据分析、概念化。赫沙姆·A·伊斯梅尔（Hesham A. Ismail）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、资源准备、方法论设计、实验设计、数据分析、概念化。塔维克·阿尔苏拉米（Tawfiq Alsulami）：软件支持、审稿与编辑。穆罕默德·S·莫斯塔法（Mohamed S. Mostafa）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、资源准备、方法论设计、实验设计、数据分析。

资助

本研究未获得任何外部资助。

未引用的参考文献

美国食品药品监督管理局（FDA）关于危害与控制的指南，2001年 Gutierrez, Chavez和Jimenez，2012年 国际乳品联合会（IDF），1995年 Onelli等人，2026年 《乳制品检测标准方法》（APHA），微生物和化学部分，无日期

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢沙特阿拉伯利雅得国王沙特大学（King Saud University）的持续研究资助计划（ORF-2026-641）的支持。