宋雪梅,宋國(guó)順,梁琪*,張炎
1(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅 蘭州,730070)2(甘肅省功能乳品工程實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州,730070)
全球每年大約35%牛乳用于干酪生產(chǎn),年產(chǎn)量約1 900 萬t。硬質(zhì)干酪是主要干酪品種,為了獲得良好食用品質(zhì),大部分需經(jīng)歷不同成熟期。蛋白質(zhì)降解是干酪成熟過程中重要的生化反應(yīng)之一,其蛋白質(zhì)在凝乳酶、纖維溶酶、微生物蛋白酶、肽酶等作用下,逐步降解成各種多肽和氨基酸。氨基酸在干酪中氨基酸脫羧酶存在情況下,經(jīng)脫羧產(chǎn)生生物胺。
生物胺是氨中1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)氫被脂肪基團(tuán)、芳香基團(tuán)或雜環(huán)烴基基團(tuán)取代的堿性、含氮低分子質(zhì)量有機(jī)化合物,作為生物體正常生理成分,在活生物細(xì)胞中具有重要生理功能[1]。然而,當(dāng)人體攝入過多時(shí),將嚴(yán)重?fù)p害機(jī)體健康。大量組胺攝入能引起人呼吸窘迫和心悸。酪胺能夠在單胺氧化酶抑制劑藥物治療病人身上引發(fā)高血壓,也能在敏感性群體中引發(fā)偏頭痛。干酪為生物胺形成提供了良好物質(zhì)基礎(chǔ)和環(huán)境,因此,易于形成生物胺。
干酪中生物胺含量受原料乳質(zhì)量、原料乳是否熱處理以及發(fā)酵劑[2-4]等眾多因素影響。干酪生產(chǎn)中常用發(fā)酵劑為嗜溫乳球菌、明串珠菌屬、乳桿菌和嗜熱鏈球菌等,除了快速發(fā)酵產(chǎn)酸使其pH值降低有助于凝乳外,也影響著成熟過程中蛋白質(zhì)降解。干酪中氨基酸脫羧酶主要源于發(fā)酵劑或生產(chǎn)過程中雜菌[5]。乳酸菌是干酪中組胺和酪胺的主要產(chǎn)生者[6]。組胺源自乳酸鏈球菌和瑞士乳桿菌脫羧酶作用所產(chǎn)生的[7]。不同發(fā)酵劑對(duì)羊乳干酪中生物胺含量影響極顯著(P<0.01)[8]。不同發(fā)酵劑和脂肪含量的Dutch型半硬質(zhì)干酪中主要生物胺為酪胺、組胺和腐胺[9]。乳酸菌產(chǎn)生物胺的能力具有菌株特異性,即使相同種屬乳酸菌,其產(chǎn)胺能力也不盡相同[10-12]。因此,科學(xué)、合理選擇發(fā)酵劑,有助于控制干酪中生物胺。
牦牛乳硬質(zhì)干酪成熟期長(zhǎng),風(fēng)味濃郁,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高。研究發(fā)現(xiàn)不同發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪蛋白質(zhì)降解具有差異[13],但是蛋白質(zhì)降解所產(chǎn)生的游離氨基酸變化是否影響生物胺產(chǎn)生和積累知之甚少。為此,本試驗(yàn)以此為切入點(diǎn),研究不同發(fā)酵劑對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪成熟過程中生物胺的影響,以期為牦牛乳硬質(zhì)干酪生產(chǎn)中發(fā)酵劑選擇以及質(zhì)量安全控制提供參考依據(jù)。
牦牛乳,天??h抓喜秀龍鄉(xiāng);凝乳酶,北京多愛特生物科技有限公司;嗜熱發(fā)酵劑(嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌)、嗜溫發(fā)酵劑(乳酸乳球菌乳脂亞種、乳酸乳球菌乳酸亞種)和混合發(fā)酵劑(混合嗜熱發(fā)酵劑與嗜溫發(fā)酵劑質(zhì)量比1∶1),丹尼斯克公司;組胺二鹽酸鹽、2-苯乙胺鹽酸鹽、酪胺鹽酸鹽、腐胺二鹽酸鹽、尸胺二鹽酸鹽、丹磺酰氯、L-脯氨酸、1,7-二氨基庚烷等均為分析純,Sigma公司;乙腈(色譜純)、亮氨酸、水合茚三酮、氯化鎘、乙醚、碳酸氫鈉(分析純)等均為國(guó)產(chǎn)試劑。
HWS26-電熱恒溫水浴鍋,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;真空包裝機(jī),溫州市大江真空包裝機(jī)械有限公司;TGL-20M高速臺(tái)式冷凍離心機(jī),長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;2998 PDA四元梯度超快速液相色譜儀,美國(guó)Waters公司;WD-12氮吹儀,杭州奧盛儀器有限公司;PHS-3C精密pH計(jì),上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;723型可見分光光度計(jì),上海光譜儀器有限公司。
1.3.1 干酪制作和取樣
參考劉興龍等[14]的方法,適當(dāng)修改后分別制作了3種不同發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪。主要操作要點(diǎn)如下:原料乳經(jīng)63 ℃殺菌30 min后,冷卻到35 ℃,按照1%添加活化發(fā)酵劑于牛乳中,發(fā)酵1 h。再加入氯化鈣(0.3 g/L)緩慢攪拌均勻,10 min后,加入凝乳酶(0.67 g/L),凝乳約1 h。再經(jīng)過切割、排乳清、攪拌、加鹽、堆釀、壓榨等環(huán)節(jié),形成乳凝塊,真空包裝。4 ℃下分別成熟1、2、3、4、5、6 個(gè)月,然后將不同成熟階段干酪貯藏在-80 ℃。成熟結(jié)束后,開展試驗(yàn)。
1.3.2 pH 測(cè)定
參考JIN等[15]的方法,測(cè)定pH。稱取5 g干酪,加入10 mL蒸餾水混合、勻漿后,pH計(jì)測(cè)定。
1.3.3 游離氨基酸測(cè)定
參考FOLKERTSMA等[16]的方法,適當(dāng)修改后測(cè)定。稱取一定量切碎干酪,按照1∶9(g∶mL)加入蒸餾水,研缽研碎,40 ℃下放置1 h。3 000 r/min下離心30 min后,再用快速濾紙過濾。取其過濾液30 μL,蒸餾水稀釋到1 mL,加入鎘-茚三酮溶液2 mL,84 ℃反應(yīng)5 min。冷卻后,507 nm處測(cè)定吸光度。以亮氨酸為標(biāo)準(zhǔn)物,制作標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算干酪中游離氨基酸含量。
1.3.4 生物胺測(cè)定
1.3.4.1 生物胺提取和衍生
參照INNOCENTE等[17]的方法,稱取5 g研磨均勻的干酪于試管中,加入0.1 mol/L鹽酸10 mL和1 mg/mL 1,7-二氨基庚烷100 μL,均質(zhì)2 min后,干酪漿液在12 000 r/min、4 ℃下離心20 min。收集上清液,用同樣方法浸提殘余物,將浸提液混合后倒入容量瓶,用0.1 mol/L鹽酸定容到25 mL。
吸取1 mL溶液,加入0.5 mL飽和碳酸氫鈉和1 mL 50 mg/mL丹磺酰氯于帶有密封的試管中,渦旋振蕩30 s后,40 ℃反應(yīng)60 min。之后,加入200 μLL-脯氨酸(100 mg/mL),渦旋1 min,在室溫黑暗處反應(yīng)15 min。再用1 mL乙醚萃取,4 ℃下離心3 min(3 000 r/min)。吸取上層有機(jī)溶液,重復(fù)離心后,將有機(jī)溶液層混合,用氮?dú)獯蹈?。將殘留物溶解? mL乙腈中,經(jīng)0.22 μm膜過濾后進(jìn)行測(cè)定。以組胺、2-苯乙胺、酪胺、腐胺、尸胺為標(biāo)準(zhǔn)品,按照以上方法衍生,并制作標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算干酪中各生物胺含量。
1.3.4.2 色譜條件
參照MORET等[18]的方法,利用HPLC適當(dāng)調(diào)整后測(cè)定。色譜柱:Symmetry C18(5 μm,250 mm×4.6 mm),柱溫30 ℃;流速1 mL/min;紫外檢測(cè)波長(zhǎng)254 nm;進(jìn)樣量10 μL;流動(dòng)相A為水,流動(dòng)相B為乙腈;梯度洗脫條件:0 min,65%B;1 min,65%B;10 min,80%B;14 min, 80%B;21 min,100%B;30 min,100%B。
每個(gè)處理重復(fù)3次,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示,SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差和相關(guān)性分析,WPS Office作圖。
3種發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中各生物胺含量總和,為其總生物胺含量。其總生物胺在干酪成熟過程中的變化規(guī)律如圖1所示。
圖1 發(fā)酵劑對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪成熟過程中總生物胺含量的影響Fig.1 Effect of starter cultures on the total biogenic amines content during the ripening of cheese made from yak milk
由圖1可知,3種發(fā)酵劑干酪在1~3個(gè)月成熟過程中,其生物胺總量增加較快。經(jīng)過第4個(gè)月緩慢成熟,進(jìn)入5~6個(gè)月成熟階段時(shí),又呈現(xiàn)較快增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。成熟6個(gè)月時(shí),嗜溫發(fā)酵劑干酪中總生物胺含量[(456.8±58.4)mg/kg]略高于嗜熱發(fā)酵劑干酪[(448.3±9.6)mg/kg],但是兩者差異不顯著(P>0.05)。混合發(fā)酵劑干酪中生物胺總量[(293±24.5)mg/kg]僅占嗜溫發(fā)酵劑干酪的64.15%,顯著低于嗜熱、嗜溫發(fā)酵劑干酪中總生物胺含量(P<0.05)。方差分析顯示,發(fā)酵劑類型和成熟時(shí)間對(duì)干酪中生物胺總量影響顯著(P<0.05)。
由圖2可知,3種發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪在1~3個(gè)月和4~6個(gè)月成熟期間,其2-苯乙胺呈現(xiàn)較快增長(zhǎng)趨勢(shì)。方差分析顯示,發(fā)酵劑類型對(duì)干酪中2-苯乙胺含量影響不顯著(P>0.05),但是混合發(fā)酵劑干酪中2-苯乙胺含量整體相對(duì)較低。
圖2 發(fā)酵劑對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪成熟過程中2-苯乙胺含量的影響Fig.2 Effect of starter cultures on the 2-phenylethylamine content during the ripening of cheese made from yak milk
由圖3可知,嗜熱發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪在1~4個(gè)月成熟過程中,其腐胺增加緩慢,之后,呈現(xiàn)明顯增加趨勢(shì)。嗜溫、混合發(fā)酵劑干酪在1~3個(gè)月成熟過程中,其腐胺快速增加,之后增加緩慢。在1~2個(gè)月成熟過程中,嗜熱發(fā)酵劑干酪中腐胺含量顯著高于嗜溫、混合發(fā)酵劑干酪(P<0.05)。成熟6個(gè)月時(shí),嗜熱、嗜溫發(fā)酵劑干酪腐胺含量分別達(dá)到最高,且嗜溫發(fā)酵劑干酪中腐胺高于嗜熱發(fā)酵劑干酪,但兩者差異不顯著(P>0.05)?;旌习l(fā)酵劑干酪中腐胺含量為嗜溫發(fā)酵劑干酪中腐胺的62.26%,顯著低于嗜熱和嗜溫發(fā)酵劑干酪(P<0.05)。本試驗(yàn)所用嗜溫發(fā)酵劑由乳酸乳球菌乳酸亞種、乳酸乳球菌乳脂亞種組成,F(xiàn)LASAROV等[19]曾報(bào)道了以乳酸乳球菌乳脂亞種為發(fā)酵劑,成熟90 d的模擬Dutch型干酪中腐胺和酪胺含量分別達(dá)900、500 mg/kg,因此,嗜溫發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中腐胺和酪胺較高與其發(fā)酵劑屬性有關(guān)。
圖3 發(fā)酵劑對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪成熟過程中腐胺含量的影響Fig.3 Effect of starter cultures on the putrescine content during the ripening of cheese made from yak milk
由圖4可知,混合發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪在1~3個(gè)月成熟過程中,未檢測(cè)出尸胺,在4~6個(gè)月成熟過程中,其呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì),但是無顯著差異(P>0.05)。成熟4個(gè)月嗜熱發(fā)酵劑干酪中尸胺顯著高于嗜溫、混合發(fā)酵劑干酪(P<0.05)。嗜熱發(fā)酵劑干酪在4~6個(gè)月成熟過程中,其尸胺含量變化較小,而嗜溫發(fā)酵劑干酪中尸胺呈現(xiàn)急劇增加趨勢(shì),GUARCELLO 等[20]發(fā)現(xiàn)尸胺含量與乳球菌之間具有正相關(guān)性。成熟6個(gè)月時(shí),混合發(fā)酵劑干酪中尸胺最低,只有嗜溫發(fā)酵劑干酪中尸胺的0.37倍。
圖4 發(fā)酵劑對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪成熟過程中尸胺含量的影響Fig.4 Effect of starter cultures on the cadaverine content during the ripening of cheese made from yak milk
由圖5可知,成熟1~3個(gè)月嗜溫發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中未檢出組胺,成熟后期,組胺產(chǎn)生。在1~6個(gè)月成熟過程中,嗜熱發(fā)酵劑干酪中組胺最高,嗜溫發(fā)酵劑干酪次之,混合發(fā)酵劑干酪中未檢測(cè)出組胺,但是嗜熱發(fā)酵劑干酪中組胺最高含量[(20.8±7.9)mg/kg]遠(yuǎn)低于美國(guó)食品藥品管理局規(guī)定的食品中組胺最大限值50 mg/kg。嗜熱鏈球菌屬的某些菌株具有產(chǎn)組胺能力[21]。酸性pH將誘導(dǎo)嗜熱鏈球菌組氨酸脫羧酶活性增強(qiáng)[22]。本試驗(yàn)所用嗜熱發(fā)酵劑含有嗜熱鏈球菌,因此,嗜熱發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中組胺較高。
圖5 發(fā)酵劑對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪成熟過程中組胺含量的影響Fig.5 Effect of starter cultures on the histamine content during the ripening of cheese made from yak milk
由圖6可知,牦牛乳硬質(zhì)干酪在1~3個(gè)月成熟過程中,嗜熱、嗜溫和混合發(fā)酵劑干酪中酪胺呈現(xiàn)增加趨勢(shì),且三者無顯著差異(P>0.05)。成熟5個(gè)月嗜溫、嗜熱發(fā)酵劑干酪中酪胺無顯著差異(P>0.05),但是與混合發(fā)酵劑干酪具有顯著性差異(P<0.05)。成熟6個(gè)月時(shí),嗜溫發(fā)酵劑干酪中酪胺含量[(92.9±6.7) mg/kg]顯著高于嗜熱、混合發(fā)酵劑干酪(P<0.05)。嗜溫、混合發(fā)酵劑均含有乳酸乳球菌。某些乳酸乳球菌菌株含有酪氨酸脫羧酶基因[23],PINTADO等[24]發(fā)現(xiàn)乳球菌和酪胺之間具有較強(qiáng)相關(guān)性,因此,嗜溫、混合發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪出現(xiàn)了酪胺含量較高的現(xiàn)象。
圖6 發(fā)酵劑對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪成熟過程中酪胺含量的影響Fig.6 Effect of starter cultures on the tyramine content during the ripening of cheese made from yak milk
乳酸菌在干酪成熟過程中由于自身所含肽酶和自溶度差異,以及生長(zhǎng)繁殖過程中對(duì)氨基酸利用程度不同,使得干酪中游離氨基酸總量處于動(dòng)態(tài)調(diào)整中。由圖7可知,牦牛乳硬質(zhì)干酪在1~6個(gè)月成熟過程中,其游離氨基酸呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。嗜熱發(fā)酵劑干酪中游離氨基酸含量最高,嗜溫發(fā)酵劑次之,混合發(fā)酵劑干酪中游離氨基酸含量最低。
圖7 發(fā)酵劑對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪成熟過程中游離氨基酸含量的影響Fig.7 Effect of starter cultures on the content of free amino acids during the ripening of cheese made from yak milk
pH通過調(diào)節(jié)氨基酸脫羧酶基因表達(dá)或者其活性影響生物胺形成與積累。從圖8可知,3種發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪pH變化不同,在1~3個(gè)月成熟過程中,嗜熱發(fā)酵劑干酪pH較高,嗜溫發(fā)酵劑干酪pH較低。但是在4~6個(gè)月成熟過程中,混合發(fā)酵劑干酪pH較高,而嗜熱、嗜溫發(fā)酵劑干酪pH較低,且相近。
圖8 發(fā)酵劑對(duì)牦牛乳硬質(zhì)干酪成熟過程中pH的影響Fig.8 Effect of starter cultures on pH during the ripening of cheese made from yak milk
對(duì)不同發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中游離氨基酸和生物胺進(jìn)行了相關(guān)性分析,結(jié)果見表1。
表1 牦牛乳硬質(zhì)干酪中各生物胺和游離氨基酸相關(guān)性分析Table 1 Pearson correlation coefficients between the total free amino acid and biogenic amine content in the hard cheese made in yak milk
從表1可知,除了組胺之外,干酪中游離氨基酸與各生物胺呈極顯著正相關(guān)性(P<0.01),說明游離氨基酸對(duì)生物胺形成具有重要作用。各生物胺之間也存在正相關(guān)性。腐胺和生物胺總量呈極顯著正關(guān)性(P<0.01),其相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.983,這與腐胺在3種發(fā)酵劑干酪中總生物胺含量占比較高有關(guān)。
干酪生物胺是一定環(huán)境條件下,微生物氨基酸脫羧酶作用于游離氨基酸所形成。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在1~6個(gè)月成熟過程中,牦牛乳硬質(zhì)干酪中各生物胺含量整體呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì),這與3種發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中游離氨基酸含量增加相一致。乳桿菌屬、乳球菌屬、明串珠菌屬、鏈球菌屬的某些菌株具有產(chǎn)胺能力[25],但是本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)3種發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中總生物胺含量遠(yuǎn)低于TAYLOR推薦的安全劑量1 000 mg/kg[26]。組胺和酪胺是2種毒性相對(duì)高的生物胺,不同發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中酪胺含量高于組胺。但3種發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中酪胺含量未超過學(xué)者建議安全劑量100~800 mg/kg[27]。生物胺的產(chǎn)生是乳酸菌對(duì)環(huán)境pH較低的一種應(yīng)激反應(yīng),混合發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪在成熟后期(4~6個(gè)月)pH較高,且混合發(fā)酵劑干酪中游離氨基酸含量也較低。另外,劉瑛等[28]報(bào)道嗜熱發(fā)酵劑和混合發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中鹽含量較高,這對(duì)乳中某些具有產(chǎn)生物胺的外來菌如假單胞菌、腸桿菌、微球菌具有抑制作用。因此,混合發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中生物胺含量相對(duì)較低。其他學(xué)者也報(bào)道了采用混合發(fā)酵劑如乳酸桿菌和葡萄球菌能夠抑制不同來源發(fā)酵食品中生物胺形成[29]。
除了3種發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪理化性質(zhì)不同導(dǎo)致生物胺差異外,干酪所包含的復(fù)雜的微生物系統(tǒng)(包含發(fā)酵劑和非發(fā)酵劑)自身以及在干酪成熟過程中微生物生長(zhǎng)繁殖代謝也發(fā)揮著重要作用。發(fā)酵劑通過產(chǎn)細(xì)菌素或者競(jìng)爭(zhēng)性生長(zhǎng)繁殖對(duì)一些低濃度革蘭氏陰性菌產(chǎn)生不同抑制[30]。乳酸菌在干酪成熟過程由于其理化性質(zhì)改變導(dǎo)致自溶程度不同,釋放的肽酶也不同,而且由于氮代謝物阻遏效應(yīng)的存在,微生物對(duì)各種氨基酸和亞氨基酸的同化效果也不同[31],從而使得干酪中作為生物胺底物的游離氨基酸含量存在差異。另外,不同微生物種類決定了其產(chǎn)胺屬性,如GEZGINC等[21]發(fā)現(xiàn)嗜熱鏈球菌屬的某些菌株具有產(chǎn)組胺能力,PERIN等[23]發(fā)現(xiàn)某些乳酸乳球菌菌株含有酪氨酸脫羧酶基因,牛乳中污染菌革蘭氏陰性菌易于產(chǎn)組胺、腐胺和尸胺。不同發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪理化特性和所包含的微生物決定了其生物胺差異,但是3種發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中生物胺差異形成的具體原因還有待于進(jìn)一步深入研究。
嗜熱、嗜溫發(fā)酵劑牦牛乳硬質(zhì)干酪中檢測(cè)出2-苯乙胺、腐胺、尸胺、組胺和酪胺,混合發(fā)酵劑干酪中檢測(cè)出2-苯乙胺、腐胺、尸胺和酪胺。各生物胺之間呈現(xiàn)正相關(guān)性。在1~6個(gè)月成熟過程中,干酪中各生物胺整體呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì),嗜熱、嗜溫和混合發(fā)酵劑干酪中總生物胺最高含量分別為(448.3±9.6)、(456.8±58.4)和(293±24.5)mg/kg。嗜熱發(fā)酵劑干酪中組胺和嗜溫發(fā)酵劑干酪中酪胺最高,其最高含量分別為(20.8±7.9)、(92.9±6.7)mg/kg,混合發(fā)酵干酪中未檢測(cè)出組胺,酪胺含量次之,這為合理選擇發(fā)酵劑和控制干酪中生物胺形成提供了依據(jù)。