发酵乳制品中的微生物

预备知识2　发酵乳制品中的微生物

发酵乳制品主要通过微生物发酵，使乳产品具有特有的风味与质构，其中乳酸菌在生产干酪、酸性奶油和酸乳中起主要作用，酵母菌是生产牛乳酒、马乳酒不可缺少的微生物，青霉菌可在生产奶酪中产生特殊的风味物质。

一、乳酸菌

乳酸菌粗略地可分为嗜温性和嗜热性两类，前者的最适生长温度为30～33℃，包括乳球菌属和明串珠菌属，它们用于发酵温度为20～40℃的乳制品发酵工艺中；嗜热乳酸菌的最适生长温度为40～45℃，主要用于30～50℃工艺条件下，应用较多的有嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种。这种应用划分并不严格，实际还有许多嗜热性发酵剂也用在嗜温工艺中（例如嗜热链球菌用在布里干酪和切达干酪生产中）。另外，存在和发酵乳制品有关的其他一些乳酸菌，包括嗜温性乳酸菌（干酪乳杆菌和植物乳杆菌）、成熟的硬质和半硬质干酪中的片球菌属，成为非发酵剂乳酸菌，这些乳酸菌的亲缘关系非常接近，只有通过全面的生化试验才有可能将它们准确地区分开来。

1．嗜温性乳酸菌

乳制品生产中应用的乳酸乳球菌嗜温菌，能够代谢乳糖经糖酵解途径产生乳酸，属于同型乳酸发酵。另一种嗜温性乳酸菌发酵剂群以明串珠菌为代表，经磷酸激酶途径异型发酵，代谢产物除乳酸外，还有CO₂和乙醇。这些嗜温性乳酸菌株主要应用于干酪生产中，例如肠膜状明串珠菌肠膜亚种产生大量的CO₂，能促进青纹干酪（如罗奎福特干酪、斯提耳顿干酪）质构膨松，便于娄地青霉更好地穿透，但产酸能力很低，一般和乳球菌混合使用以增强制品的风味。同时嗜温性乳酸菌在生长速率、新陈代谢速率、噬菌体的交互作用、蛋白酶活性及风味形成等方面存在不同的特性，正是这些不同的特性结合不同的干酪加工技术，才使得一种菌株有多种生产用途。

2．嗜热性乳酸菌

酸乳生产中常使用的嗜热性乳酸菌是嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌，如图4－1所示，它们常常作为混合物发酵剂应用于酸乳类制品中。这两菌种具有很好的共生关系，在40～45℃时只需2～3h即可达到所需的凝乳状态和酸度，而单一菌种的凝乳时间一般都在10h以上。这是因为在发酵初期，保加利亚乳杆菌分解乳蛋白而产生游离氨基酸和肽类，对嗜热链球菌的生长有促进作用，随着嗜热链球菌的增加，乳酸度也随之增加。乳酸度的增加又抑制了嗜热链球菌自身的生长，同时嗜热链球菌在生长过程中产生的CO₂和甲酸也可促进保加利亚乳杆菌的生长。在发酵初期嗜热链球菌生长快，发酵1h后与保加利亚乳杆菌的比例为（3～4）∶1。随后，嗜热链球菌生长速率因乳酸的抑制作用变得缓慢下来，而保加利亚乳杆菌的数量逐渐增加。从图4－2可以看出，发酵初期主要是嗜热链球菌产酸，后期主要是保加利亚乳杆菌产酸。

图4－1　嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌

图4－2　嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌产酸曲线

曲线a—嗜热链球菌曲线；曲线b—保加利亚乳杆菌曲线；曲线c—嗜热链球菌＋保加利亚乳杆菌曲线

3．乳酸菌的作用

（1）酸化作用

这是乳酸菌的主要作用，能够将牛乳中的乳糖转化为乳酸，降低环境的pH，使乳蛋白凝集形成凝乳，同时也可以有效抑制致病菌和食品腐败菌的生长。

在干酪制造过程中，酸化能促进乳清从凝乳中析出而降低水分，提高保藏效果。而在成熟过程中，乳酸被干酪表面霉菌或细菌群降解成二氧化碳和水，使pH升高，创造了一个更适合微生物生长、加快蛋白质水解的环境，例如在瑞士干酪中各种丙酸菌将乳酸转化成丙酸、醋酸和二氧化碳。凝乳的最终酸度或pH在很大程度上决定最终干酪的质构，例如高pH（5．2～5．5）的干酪（如荷兰品种）有海绵状或塑性质构，其蛋白质聚集体类似于牛乳中的球形（直径在10～15nm）；低pH（4．8）的干酪，如英国本土的柴夏干酪和兰开夏干酪中的蛋白质聚集体较小（3～4nm）并且其质构松脆、无黏性或者易碎；英国的切达干酪的质构介于以上两者之间。

（2）风味的形成

由明串珠菌经柠檬酸发酵产生的丁二酮是主要的风味成分，含量在1～10mg／kg之间，除了产生丁二酮之外，还产生醋酸、2，3－丁二醇、3－羟基丁酮（非风味成分）和CO₂。这些化合物的量随所使用的微生物菌株和环境条件（pH、温度、乳糖、柠檬酸盐含量以及铜离子、铁离子）的不同而变化。

在嗜热乳酸菌（主要是保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌）发酵的乳中，乙醛是主要的风味成分，主要是由保加利亚乳杆菌通过苏氨酸代谢产生的，最适风味含量在20～40 mg／kg之间；其他风味成分的含量可能低一些，如丁二酮和丙酮。

二、霉菌

1．沙门柏干酪青霉

沙门柏干酪青霉是专性好氧微生物，仅在干酪表面生长，是用于生产霉菌成熟干酪的主要菌群，它的许多不同菌株已经被阐明且应用到不同的工艺中。

2．白地霉

白地霉是严格的需氧微生物，在大多数霉菌和细菌成熟干酪表面生长，通常与沙门柏干酪青霉联合使用，在卡门培尔等霉菌成熟干酪的表面产生极短的菌丝体，也在斯特内克泰尔干酪表面产生一层酵母样的表层，常称作“蟾蜍皮”。它还对沙门柏干酪青霉和线性短杆菌的生长有促进作用。

3．娄地青霉

娄地青霉是需氧微生物，能在低氧（5%）和冷藏温度（4～10℃）下生长，可以耐受较宽的pH（4～6）和高渗透压（20%NaCl）。娄地青霉是青纹干酪的发酵剂，具有水解蛋白和脂肪的活性，以及从蓝黑到亮绿的不同颜色特征，甚至还发现了白色突变株，它是Roquefor和其他蓝纹干酪蓝纹的主要来源。

三、酵母菌

酵母菌是许多表面成熟干酪微生物群的一个重要部分，例如坎特尔克鲁维尔酵母等。它们生长在干酪表面，能耐受4%盐浓度，能代谢乳酸盐，具有较强的中和特性，同时能水解蛋白质和脂类，产生一系列挥发性物质和肽类／氨基酸风味成分。脆壁酵母属和假丝酵母等在牛奶酒、马奶酒生产中和乳酸菌共同进行发酵，使终产品味酸，并含少量乙醇，具有醇香风味。