奶酪风味物质形成机理的研究

基金项目：辽宁省教育厅课题（２００４Ｄ２３２）作者简介：刘坚（１９８１－），男（汉），硕士研究生，研究方向：发酵乳制品。

不同类型奶酪中的典型风味物质包括：脂肪酸、酯、醛、醇、酮和硫化物。

虽然这些物质的浓度有明显差别，但它们中的多数存在于所有类型的奶酪中，这类物质主要来源于牛奶中的蛋白水解、氨基酸的分解代谢和乳糖代谢，此外还有柠檬酸盐和脂类代谢，经发酵剂的作用而形成，并伴随着出现的中间产物。

奶酪风味物质的形成是复杂且相当慢的过程，其中包含了不同乳成分的化学和生化的改变。

１风味物质的形成机理１．１蛋白水解研究证明，酪蛋白的最初水解是由加入的凝乳酶催化，接着将大分子肽类酶解成为小肽，再经微生物产生的蛋白酶和肽酶，酶解为游离氨基酸［１］，除了苦味肽外，小分子量的寡肽对风味没有直接的贡献，但是从这些寡肽产生的游离氨基酸却担当了生产奶酪主要风味物质的前体［２－５］，而牛奶蛋白降解为小肽和氨基酸的良好平衡对奶酪风味的生成是必需的。

蛋白水解和肽水解之间良好的平衡，阻止了奶酪中苦味物质的产生［６］，因为奶酪中肽类的积累会引起苦味。

蛋白质水解是多种酶的组合反应：凝乳酶、本身的胞浆素、来源于发酵剂与非发酵剂乳酸菌的微生物蛋白酶和肽酶。

因为牛乳中游离氨基酸和肽类浓度很低，发酵剂在牛乳中的生长严重依赖于其蛋白水解系统，将牛乳中的酪蛋白降解成能被细胞吸收的肽类和游离氨基酸［７］。

蛋白质水解是由被细胞壁束缚的专一胞内蛋白酶（Ｐｒｔ）启动的，它能由染色体编码，也可由质粒编码。

乳球菌作为发酵剂在很多种奶酪生产中得到应用，因此奶酪成熟中的关键是揭示这些微生物的蛋白水解体系，目前已经分离和分析了几种蛋白酶和肽酶，并且对它们的基因已经克隆和测序，它们在复杂的奶酪成熟过程中的相应作用正在被确定。

Ｄｅｔｍｅｒｓ［８］等描述了丙氨酸菌ＡＴＣＣ９６１７的脯氨酸亚基肽酶Ｐｉｐ及ｐｉｐ基因的分离与核苷酸序列，并在大肠杆菌中表达该基因，将其复制到乳酸链球菌的染色体中，证实了ｐｉｐ是形成瑞士型奶酪甜味的因素，在奶酪成熟过程中具有去苦作用。

肽和氨基酸的运输系统在乳球菌中已得到广泛研刘坚１，牟光庆１，２（１．大连工业大学生物与食品工程学院，辽宁大连１１６０３４；２．东北农业大学乳品科学教育部重点实验室黑龙江哈尔滨，１５００３０）奶酪风味物质形成机理的研究摘要：奶酪中的风味物质主要包括脂肪酸、酯、醛、醇、酮和硫化物等，这些物质主要是通过蛋白水解、氨基酸的分解代谢、乳糖代谢、柠檬酸盐和脂类代谢等途径产生。

对奶酪风味物质形成机理进行了综述。

关键词：奶酪；风味；形成；机理ＩＮＶＥＳＴＩＧＡＴＩＯＮＯＦＦＬＡＶＯＵＲＦＯＲＭＩＮＧＭＥＣＨＡＮＩＳＭＩＮＣＨＥＥＳＥＳＬＩＵＪｉａｎ１，ＭＵＧｕａｎｇ－ｑｉｎｇ１，２（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｌｏｇｙａｎｄＦｏｏｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＤａｌｉａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０３４，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎｏｆＭｉｌｋＳｃｉｅｎｃｅ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００３０，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｌａｖｏｒｓｕｂｓｔａｎｃｅｓｏｆｃｈｅｅｓｅｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｆａｔｔｙａｃｉｄ，ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｔｈｅｒ，ａｌｄｅｈｙｄｅ，ａｌｃｏｈｏｌ，ｋｅｔｏｎｅ，ｓｕｌ－ｐｈｉｄｅａｎｄｓｏｏｎ，ｔｈｅｓｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｍａｉｎｌｙｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｐｒｏｔｅｏｌｙｓｉｓ，ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｏｆａｍｉｎｏａｃｉｄｓ，ｌａｃｔｏｓｅｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ，ｃｉｔｒａｔｅａｎｄｌｉｐｉｄｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｅｍｅｒｇｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｈｅｅｓｅｆｌａｖｏｒｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｈｅｅｓｅｓ；ｆｌａｖｏｕｒ；ｆｏｒｍｉｎｇ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ究，是通过寡肽（包括二肽和三肽）运输系统来吸收肽类。

寡肽运输系统是一个ＡＢＣ运输体，能运输４至１８个氨基酸的肽类［９］，已确定不同的氨基酸运输系统对相似氨基酸的结构具有高度的专一性［１０］。

随着吸收，肽类经多种肽酶在胞外被降解，这在乳球菌和乳杆菌中已得到广泛研究［１１］。

不同类型奶酪的水溶性成分对奶酪风味有重要贡献，低分子量化合物形成水溶性成分的奶酪风味［１２］，包括小肽、氨基酸、短链游离脂肪酸及其降解产物［１３］，虽然这些小肽和游离氨基酸有助于产生咸的肉汤类型的风味，但是奶酪成熟中的挥发性物质被认为是产生奶酪风味的主要原因。

奶酪挥发性风味的产生与某种氨基酸的酶解有关，比如：Ｈｏｍｏ－ｃｅｆｏｐｅｒａｚｏｎｅ干酪风味是由乳酸乳球菌乳脂亚种Ｂ７８细胞提取物Ｌ－蛋氨酸形成，此外来自Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｐｕｔｉｄａ中的Ｌ－蛋氨酸和蛋氨酸酶加速了奶酪风味的形成。

Ｈｏｍｏ－ｃｅｆｏｐｅｒａｚｏｎｅ干酪中蛋白质水解，主要是凝乳酶对酪蛋白进行初次降解，而乳球菌细胞内蛋白酶对蛋白质进行第二次水解，导致小肽、氨基酸和一般风味物质的形成，对最终形成典型的奶酪风味是必需的。

氨基酸的降解可经过不同类型酶的酶解途径而形成，可以是脱氨酶、脱羧酶，也可以是转氨酶或转化氨基酸侧链的酶［１４］，因为这些酶可能位于胞内，通过发酵菌的裂解或渗透，使这些酶进入到外界从而作用底物。

１．２氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢产生很多物质，包括：氨、胺、乙醛、苯酚、吲哚和乙醇，这些物质整体上有助于风味的形成，通过不同的氨基酸和酶作用途径形成风味物质，现已确定多数途径是在乳酸链球菌中进行的［１５－１７］。

氨基酸是奶酪中已确定的不同挥发性风味物质的前体［１８－１９］，在脱氨酶、脱羧酶、转氨酶和裂解酶的作用下它们能经过各种不同的方式被转化。

比如：氨基酸的转氨形成α－酮酸，能被脱羧而转化为乙醛，接着被脱氢形成乙醇或羧酸。

这类成分多数具有香味且对乳制品的整体风味有益。

在奶酪中酪蛋白的转变无疑是最重要的生化途径，酪蛋白经凝乳酶、胞内蛋白酶和肽酶降解产生游离小肽和氨基酸。

已知肽类有苦味或美味，而氨基酸有甜味、苦味或类似肉汤味，它们对奶酪风味的贡献可能被局限在基本味道上，它们是挥发性香味物质的前体，尤其是芳香族氨基酸和支链氨基酸。

１．２．１芳香族氨基酸奶酪中氨基酸的酶解在奶酪风味形成中有很重要的作用，芳香族氨基酸是花香物质和酚香物质如：苯乙酸酯和苯乙醛、吲哚、酚的前体。

Ｇａｏ［２０］描述了乳球乳酪菌ＮＣＤＯ７６３中芳香转氨酶（ＡｒａＴ）的生物化学特性，该酶启动了亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和蛋氨酸的降解，它们都是奶酪风味物质的前体，他通过观察基因失活对氨基酸降解以及在不同介质中的生长的影响，证实了ＡｒａＴ几乎完全负责芳香族氨基酸的降解并与芳香族氨基酸的生物合成高度相关。

Ｇａｏ从乳球菌中纯化了一个同源酶，在纯化过程中证实了ＡｒａＴ负责细胞中９３％的苯丙氨酸转氨酶活性。

结果表明：来自苯氨酸转氨形成的苯基丙酮酸盐被生物体外乳酸菌细胞进一步降解为苯基乳酸盐和苯基乙酸盐风味物质。

已经证实了奶酪中苯基丙酮酸盐降解为苯基乳酸盐、苯基乙酸盐和苯甲醛。

因此，ＡｒａＴ似乎在通过乳酸菌细胞从芳香族氨基酸向香气代谢的转变中起着很重要的作用。

乳酸乳球菌ＮＣＤＯ７６３和Ｓ３［２１］中芳香族氨基酸转氨酶已得到纯化和描述。

ＮＣＤＯ７６３的Ａｒ－ＡＴ是８６ｋｕ的吡哆醛－５０－磷酸依赖酶，作用于芳香族氨基酸、亮氨酸、蛋氨酸。

更多的Ａｒ－ＡＴ１以同型二聚体存在，分子量为８４ｋｕ的Ａｒ－ＡＴ２是一个同型四聚体酶，由相同的亚组分Ａｒ－ＡＴ１构成。

从乳酸乳球菌ＮＣＤＯ７６３中纯化的Ａｒ－ＡＴ［２２］的最适ｐＨ、亚基大小、本身的分子量、ＮａＣｌ影响效果和底物特异性与Ａｒ－ＡＴ１类似。

芳香族氨酸中酪氨酸的脱羧产生酪胺，因为它是最普遍的引起一元胺中毒的原因，一元胺表现为使血压升高导致心悸、严重的头痛、过度紧张、恶心、呕吐和虚脱特征。

多数（８０％）一元胺中毒与奶酪的消费情况有关，了解影响奶酪酪胺积累的因素是为了开发减少它积累的办法。

同时，也是确定对风味物质的影响。

１．２．２支链氨基酸支链氨基酸的酶解在奶酪风味的形成中有很重要的作用，它们是奶酪风味物质的前体，如：异戊酸（前体为亮氨酸）和异丁酸（缬氨酸）、３－甲基丁醛、２－甲基丁醛和２－甲基丙醛，是各种不同类型奶酪的风味化合物。

支链氨基酸和芳香氨基酸被发酵剂乳球菌降解的第一步是转氨，该反应是由支链转氨酶和芳香转氨酶催化并且需要α－酮酸作为氨基的接受体。

芳香氨基酸转氨酶能转化芳香氨基酸、亮氨酸和蛋氨酸而支链氨基酸转氨酶能转化亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，也可以转化蛋氨酸、半胱氨酸和苯丙氨酸。

如果转氨酶超量转化，在不同时添加α－酮酸做为共同底物则不会导致氨基酸转化的强烈增加［２３］。

同理，谷氨酸脱氢酶（ＧＤＨ）也会导致相似的结果。

Ａｙａｄ［２４］发现谷氨酸脱氢酶对于氨基酸转化为风味成分也相当重要。

Ｐａｕｌｇ等［２５］在乳球菌中克隆了外源的ＧＤＨ基因，在体外实验中检查了该基因表达对氨基酸转化成芳香物质的影响，在奶酪体系中使用了放射性标记的氨基酸作为示踪剂，用经氚饱和的苯丙氨酸和亮氨酸作为放射性标记底物分别代表芳香族和支链氨基酸，因为这两族氨基酸是主要的香味物质前体。

证实了半干奶酪中α－酮酸的存在是氨基酸转氨的第一步限制因素，因为加入α－酮戊二酸大大加强从氨基酸所形成的奶酪的风味物质。

因这种转化只需要谷氨酸脱氢酶（ＧＤＨ）的氧化脱氨。

在几株乳球菌和其他乳酸菌实验中并未检测到ＧＤＨ活性，在乳球菌ＩＬ１４０３基因组中没发现与已知ＧＤＨ序列同源的基因。

因此在大规模筛选含ＧＤＨ的菌株前，有必要进一步证实具有此酶活性的菌株在奶酪成熟条件下能产生α－酮戊二酸并将氨基酸转化成香味物质。

１．３乳糖代谢未成熟奶酪中如农家奶酪，乳糖只限于形成强烈的乳酸风味，芳香化合物的生成与柠檬酸盐的代谢有关。

在成熟奶酪中乳糖发酵产生的乳酸有抑菌作用，还可降低奶酪中的氧化还原电位和ｐＨ，这一条件有利于酶促反应的缓慢进行并产生许多风味化合物以形成良好的风味。

同时较低的氧化还原电位也能确保含硫化合物以还原形式存在，而含硫化合物是形成奶酪风味必不可少的。

Ｓｈａｋｅｅｌ－Ｕｒ［２６］提出通过向凝块中加盐使其中的Ｓ／Ｍ（盐在水分中的含量）达到４％，发酵剂即可在２４ｈ内将凝块中的乳糖代谢为乳酸，这样有利于奶酪的卫生和质量。

过高的Ｓ／Ｍ能抑制发酵剂的作用，使次生菌群利用乳糖而产生不利的影响。

通过迅速冷却奶酪凝块，使其达到１０℃［２７］，次生菌群只缓慢生长，菌数达到１０６／ｇ或更少。