J. Future Foods | 非发酵剂乳酸菌辅助培养对模型奶酪挥发性化合物和游离氨基酸含量的影响

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Introduction

在奶酪生产中添加辅助培养物已成为行业常规做法，因其能比单一传统发酵剂带来更丰富的风味。奶酪成熟过程中，发酵剂提供的酶催化形成多种风味物质，常用乳酸菌发酵剂包括乳杆菌、链球菌等。选用合适的辅助发酵剂可改善奶酪质地与风味，提升产品特性并降低成本。

奶酪产业需兼顾产品安全与感官品质。添加辅助培养物能增加奶酪中天然乳酸菌的数量，这类非发酵剂乳酸菌在严苛的奶酪环境中仍能生长代谢，通过利用肽和氨基酸等物质促进风味形成。其作用具有菌株特异性，筛选合适菌株对优化风味至关重要。研究表明植物乳杆菌和瑞士乳杆菌的添加可改善质地、赋予特殊风味并提升产品安全性。

本研究基于前期对5 株乳杆菌（干酪乳酸菌、保加利亚乳酸菌亚种、植物乳植酸菌及两株瑞士乳酸菌）特性的分析，旨在开发一种品质更优、风味独特的模型奶酪。将通过分析成熟过程中的挥发性化合物、游离氨基酸含量及感官特性，评估这些菌株作为辅助培养物的应用潜力，以期提升奶酪的整体品质。

Results

模型干酪的化学成分与pH值

表1展示了1 日龄模型干酪的化学成分。成熟第1天干酪的pH值存在差异：对照组干酪为5.09，而添加乳酸菌的实验组干酪pH值介于4.93～5.51之间。其中，使用保加利亚乳酸菌亚种Atcc 11842和瑞士乳酸菌Atcc 15009生产的干酪pH值最高，而使用瑞士乳酸菌DPc 4571生产的干酪pH值显著低于除植物乳酸菌Atcc 14917外的其他乳酸杆菌组。各组干酪在脂肪含量方面未发现显著差异。

表1 1 日龄模型干酪的化学成分与pH值

挥发性成分

在成熟第1、60、120天共鉴定出41 种化合物，并按其化学类别分组，有10 种醇类、8 种醛类和酮类、9 种羧酸及14 种酯类。干酪在成熟期间挥发性化合物含量的变化如图1A所示。与在8 ℃成熟的干酪相比，在16 ℃成熟的干酪中， 2-甲基-1-丙醇、1-己醇和3-甲基-1-丁醇等香气活性成分的含量更高。

图1 热图（A）及稀疏偏最小二乘判别分析得分图（B）

总游离氨基酸及特定游离氨基酸含量

由图2可知，保加利亚乳酸菌产生的总游离氨基酸含量与植物乳酸菌几乎相同，而瑞士乳酸菌DPc 4571在第120天、16 ℃条件下产生的总游离氨基酸含量远高于其他辅助发酵剂。添加乳酸杆菌的120 日龄干酪其总游离氨基酸水平有所增加。在模型干酪中，由于成熟期间酪蛋白的水解作用，游离氨基酸的浓度有所上升。总体而言，模型干酪中主要的游离氨基酸包括精氨酸、酪氨酸、缬氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸。

图2 奶酪中总游离氨基酸（A）、 各单体游离氨基酸（B）含量及奶酪单体游离氨基酸的主成分分析得分图（C）

本研究以特定游离氨基酸数据为变量，绘制了主成分分析图（图2C）和热图（图3）。根据聚类分析结果及整个成熟过程中游离氨基酸的变化趋势，干酪样品被划分为6 个类别（图2B）。根据主成分分析图，使用不同辅助菌株（尤其是保加利亚乳酸菌亚种）发酵的干酪样品可以清晰区分（图2C）。

图3 模型干酪中特定游离氨基酸含量的热图

感官分析

在不同温度下成熟的干酪的感官属性的变化如表2所示。比较感官参数可知，与在8 ℃下成熟的干酪样品相比，所有在16 ℃下成熟的干酪样品仅在第90天时具有更高的评分。在第90天于16 ℃下成熟的添加了干酪乳酸菌的干酪具有最高的总体可接受度评分。

表2 在8、16 ℃下成熟的模型干酪的感官评价

Conclusion

研究表明，乳酸菌作为辅助发酵剂，通过增加总游离氨基酸、特定游离氨基酸和挥发性化合物的水平，极大地改善了模型干酪的成熟特性。此外，瑞士乳酸菌和植物乳酸菌显著促进了所得干酪中甲基酮和羧酸的合成。乳酸菌与传统干酪发酵剂的共同发酵促进了氨基酸代谢，对提高所得模型干酪的营养价值至关重要。在感官分析中，随着成熟时间的延长，蛋白水解程度的评分值更高。研究发现，两株瑞士乳酸菌均能在模型干酪成熟过程中存在并改善其感官特性。本研究结果表明，在干酪中添加几种研究的多功能、非起始乳酸菌菌种，可生产出具有理想特性的产品。因此，辅助发酵剂具有在干酪成熟过程中改善其营养和风味品质的潜力。基于本研究的数据可以表明，添加几种研究的多功能、非起始乳酸菌菌种，能够在干酪中生产出具有理想特性的产品。本研究结果为利用选定的乳酸菌菌株生产功能性或益生菌干酪，以改善健康益处、安全性和高附加值，提供了有前景的参考。

Effect of non-starter lactobacilli used as adjunct-culture in model cheese production on volatile compounds and free amino acid contents

Didem Şahingil*, Yasemin Gökçe, Ali Adnan Hayaloğlu*

Department of Food Engineering, Inonu University, Malatya 44280, Türkiye

*Corresponding authors.

Abstract

Adjunct culture can be used to improve typical cheese aroma and contribute to proteolysis during the ripening process. In the present study, some lactobaczilli (Lactobacillus casei, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactiplantibacillus plantarum and two strains of Lactobacillus helveticus) were tested in model cheeses during 120 days of ripening at the temperatures of 8 and 16°C. It aimed to investigate the effects of these parameters on free amino acid (FAA) content, volatile aroma profile, and sensory properties in cheese. Volatile compounds in cheese samples were determined by gas chromatography-mass spectrometry and FAA content by high performance liquid chromatography. Principal component analysis, sparse partial least squares-discriminant analysis, and heat map cluster analysis were performed to distinguish different volatile aromas and FAAs in cheeses according to ripening time and temperature as well as adjunct culture. The predominant FAAs in the cheese were Arg, Tyr, Val, Leu, Trp, and Lys, regardless of ripening. The highest concentration of Glu was observed in cheeses containing L. bulgaricus, followed by cheeses with L. helveticus and L. plantarum. A total of 41 volatile compounds were identified, with variations noted between the different cheeses; in particular, L. helveticus played a crucial role in flavor development. The ripening temperature also influenced the production of volatile compounds: at 16°C, cheeses with L. bulgaricus and L. helveticus were characterized by alcohols, esters, and acids, while cheeses with L. plantarum contained mainly, acids, aldehydes, and ketones. For lactobacilli, especially the combination of L. helveticus, L. bulgaricus, and L. plantarum, can be added to the cheese to improve and intensify the flavor. It was seen that the positive effects of selected adjunct cultures on the aroma and taste of model cheeses were related to volatiles and FAAs.

Reference:

ŞAHINGIL D, GÖKÇE Y, HAYALOĞLU A A. Effect of non-starter lactobacilli used as adjunct-culture in model cheese production on volatile compounds and free amino acid contents[J]. Journal of Future Foods, 2026, 6(4): 589-603. DOI:10.1016/j.jfutfo.2025.05.001.

翻译：王立磊

编辑：龚艺；责任编辑：梁安琪

封面图片来源：摄图网

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