【荐读】浅谈洋蓟植物酶在羊奶酪生产中的应用

祝庆科¹，王睦²，张雅惠¹，李红烨¹，李竞前¹，许海涛¹，张书义¹，

赵华¹

（1.全国畜牧总站，北京 100125；

2.香港科技大学，香港 999077）

摘 要：本文重点介绍了洋蓟植物酶在羊奶酪生产中的应用技术，内容包括菜蓟属植物酶凝乳特性、粗制酶简易提取方法、应用类型品种以及主要工艺步骤和管控要点等，为指导开展羊奶酪新品研发提供技术参考借鉴。

关键词：洋蓟植物酶；羊乳；羊奶酪生产；应用

与牛乳奶酪一样，制作羊奶酪的凝乳方法很多，包括酶法、酸法、醇法等。其中，酶法占主导，应用广泛，这一类酶统称凝乳酶（chymosin）。按来源不同，凝乳酶大致分为动物凝乳酶、植物凝乳酶、微生物凝乳酶及遗传工程凝乳酶四大类。在过去，凝乳酶的传统制作方法一是用幼小反刍动物（犊牛、羔羊）的皱胃制成皱胃酶，二是用菜蓟属（Cynara L.）等植物提取植物蛋白酶。葡萄牙等地中海沿岸一些国家利用菜蓟属植物浸提液（凝乳剂）制作羊奶酪的历史悠久。

1.1 植物学属性

洋蓟，也称菜蓟，又称菊蓟、球洋蓟等。由于洋蓟的花苞外形酷似松果，也称“菜松果”，是一种不为多数人所熟悉的花卉型蔬菜。在植物学分类上，洋蓟是刺菜蓟的亲本，二者的生物学特征及植物蛋白酶成分组成极其相近，植物属性几乎相同，同归属于菊科植物的菜蓟属两个种。

1.2 分布与产销

洋蓟主要分布在云南、河北、山东、浙江、湖南、湖北、陕西等省，年产洋蓟的新鲜花苞约10万t。近些年，洋蓟种植业发展很快，尤以云南的昆明市、丽江市、曲靖市等地区为代表。洋蓟的花苞是西餐配菜的重要原料之一，全球每年市场需求超过180万t。我国一些地区种植洋蓟的主要目的是采摘收获洋蓟的花苞进行出口贸易。

1.3 采摘期不同

由于用途不同，洋蓟花苞采摘收获的时机截然不同。作为餐饮配菜用，所用洋蓟的部位主要是洋蓟花苞内的鲜嫩甘甜的苞芯和苞叶，一般是在洋蓟花苞在开花前的2～3d就开始采摘。与之不同的是，生产羊奶酪所用的部位，是取用花头上的那些鲜艳紫色花蕊，一般是在洋蓟花苞开花后的一周内进行采摘。

2.1 花头中的凝乳成分

与刺菜蓟一样，洋蓟的凝乳成分（凝乳酶）主要存在于鲜花头上的紫色花蕊中，包括花柱与柱头（雌性花蕊）、花药与花丝（雄性花蕊）。其中，花柱与柱头的凝乳酶含量最高。为了获取较高含量的凝乳酶成分，应在开花初期7d内采收洋蓟花头，经人工仔细分拣，留下全部花蕊直接使用，或经充分的干燥，制备成干花蕊保存。葡萄牙牧羊人用传统方法制作埃斯特雷拉山奶酪（Serra da Estrela），方法是把刺菜蓟花蕊研磨捣碎加水搅匀浸泡，以粗绵布包裹紫色浆状混合物，扎紧布包置于羊乳中揉捏挤压，让紫色液体（凝乳剂）渗入乳中进行凝乳。

2.2 两种特殊凝乳酶

研究结果发现，在洋蓟和刺菜蓟的紫色花蕊中，存在两种对羊乳具有良好凝乳功能的天然蛋白酶，一种是刺菜蓟蛋白酶（cardosin），一种是天冬氨酸肽酶（cyprosin）。这两种源自菜蓟属植物的蛋白酶应用于奶酪生产时，常合称为菜蓟属植物凝乳酶。

2.2.1 刺菜蓟蛋白酶

洋蓟和刺菜蓟中的刺菜蓟蛋白酶可以裂解羊乳中κ-酪蛋白分子的苯丙氨酸和蛋氨酸结合点位第10⁵～10⁶之间的肽键，从而打破羊乳的酪蛋白胶粒稳定性，促进形成凝胶体。这一在不水解k-酪蛋白的情况下就能进行特异性裂解的特性，与皱胃酶比较相似。

刺菜蓟蛋白酶又分为A、B、E、F、G、H等6个类型。其中含量最多的是A型蛋白酶（cardosin A），活性占总酶活性的75%以上，为主导凝乳功能的主要蛋白酶。含量次之的是B型蛋白酶（cardosin B）。A型蛋白酶的构成与皱胃酶相类似，具有两条分子量为15ku与31ku的多肽链，底物催化效率低但特异性高；而B型蛋白酶与动物胃蛋白酶比较相似，具有两条分子量为34ku和47ku的多肽链，底物催化效率高但特异性低。

受地域、季节、气候等因素影响，洋蓟或刺菜蓟花蕊的总蛋白含量有不同程度变化。一般情况下，1 000g干花蕊的总蛋白质含量约为20g。其中，刺菜蓟蛋白酶的含量约占总蛋白质的70%，成为菜蓟属植物的花头中含量最多的一种可溶性蛋白酶，对凝乳起到至关重要的作用。

2.2.2 天冬氨酸肽酶

洋蓟和刺菜蓟中的天冬氨酸肽酶为异质二聚体糖蛋白，分子量为49ku，有显著的凝乳特性及一定的蛋白水解活性。相比动物凝乳酶，凝乳初期的天冬氨酸肽酶蛋白水解力较强，致使凝乳块的硬度相对略低，但是，凝乳总的效果显示天冬氨酸肽酶针对羊乳的凝固特性明显要好于牛乳。

分析原因是一方面天冬氨酸肽酶能水解牛乳中的αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白和β-酪蛋白及κ-酪蛋白；另一方面，天冬氨酸肽酶在成熟后期对羊乳的酪蛋白呈现出很有限的水解力。总的看，通过刺菜蓟蛋白酶与天冬氨酸肽酶共同作用，能够比较快速地对羊乳进行凝固，而且要比犊牛皱胃酶的凝乳时间短，凝固羊乳的效果与羔羊皱胃酶较类似。

2.3 菜蓟属植物酶特点

2.3.1 适宜的温度范围宽泛

菜蓟属植物凝乳酶对羊乳的凝固硬度相对较低，但活性受温度影响较小。在pH6.60条件下，羊乳温度提升至50℃，再缓慢提高至70℃时，凝乳酶的活性达到最强，超过70℃后，酶活性很快降低直至失活，明显高于皱胃凝乳酶失活温度42℃。总的看，在28～65℃这一范围内，随着羊乳温度升高，凝乳活性呈现出逐步增强的趋势，羊乳的凝乳效果也随之愈发理想。

单独用菜蓟属植物凝乳酶生产羊奶酪时，凝乳工序的操作较为简单，无需像皱胃酶那样控制乳温。如在葡萄牙，用山羊和绵羊的混合乳所制成的半硬质型拉巴萨尔奶酪（Queijo de Rabaçal），其乳温处于30～63℃内。菜蓟属植物凝乳酶既能单独用于凝固羊乳来生产奶酪，也适宜与皱胃酶同时使用，按照皱胃酶适宜温度32～42℃进行管控，凝固牛乳与羊乳的混合乳，来生产混合乳的奶酪产品。

2.3.2 适宜的酸碱度范围

羊乳pH值是影响凝乳效果的重要因素之一。pH值低，能促进凝乳酶的凝乳作用，加快酪蛋白凝胶体的生成。羊乳与牛乳不同，羊乳的pH值范围比较宽泛，正常的山羊乳pH值在6.50～6.80、乳酸度为0.14%～0.23%，正常的绵羊乳pH值为6.51～6.85、乳酸度为0.22%～0.25%。

犊牛皱胃酶仅适宜pH小于6.70，尤其pH小于6.60时能发挥较好的凝乳作用。皱胃酶对羊乳pH值的变化非常敏感，对pH值较高的羊乳很难进行凝固。而pH6.30～6.80这一宽泛值域内，菜蓟属植物凝乳酶却能对羊乳进行有效凝固。总的看，菜蓟属植物凝乳酶对山羊乳、绵羊乳的凝乳效果显著优于犊牛皱胃酶，比较接近羔羊皱胃酶的凝乳功能。

3.1 萃取与提纯

摘取开花初期的洋蓟或刺菜蓟花头，分拣花头上的紫色花蕊，将花蕊全部切碎，加入适量温度为2～6℃的饮用水，充分捣碎和研磨，经搅动与震荡，静置几分钟，然后将过滤得到的滤液，均匀分装于离心管内，用实验室离心机对滤液进行离心处理，离心机转速3 000r/min，时间为15min，然后收集离心管内的溶液部分（底部残渣废弃），置于容积适宜的较大玻璃量筒内。

3.2 添加保护剂

按0.004mol/L的添加量，向量筒中的上清液加入食品级EDTA（乙二胺四乙酸二钠）；再按0.04mol/L的添加量，加入食品级半胱氨酸盐酸盐。将全部混合液转入大烧杯，经充分搅动混匀后，以实验室方法调整和确定混合液的pH值于6.30～6.70区间。然后将全部混合液转入广口瓶内，在保证静止的条件下，置于2～6℃环境，冷藏过夜。

3.3 酶活力测定

经一夜静止后，第二天对全部混合液实施第二次离心处置，离心机转速4 000r/min，离心20min。从沉淀物取样，进行粗制凝乳酶的活力测定，即凝乳酶效价测定（方法略），并做好该批次的粗制酶活力记录。在取样测活力的同时，对沉淀物进行冻干处理，然后破碎、混匀，制成粉末状粗制的凝乳酶。此时既可以投入生产使用，也可以进行密封包装，冷藏贮存。

3.4 注意事项

这种粗制的菜蓟属植物凝乳酶，凝固羊乳的时间为30～45min，对应所用的乳温是40～60℃，建议羊乳中的Ca²⁺浓度为0.05mol/L。通常情况下，山羊乳需补加食品级氯化钙，绵羊乳的Ca²⁺离子浓度含量较高，不需要添加氯化钙。应用中，粗制酶的使用量要按照制取的批次与检测纪录的酶效价进行计算获得。同时，要根据预期制成的羊奶酪硬度和质地来调整粗制酶的用量，而且酶的用量与排除乳清的程度要相匹配。

葡萄牙、西班牙、法国等欧洲国家用菜蓟属植物凝乳酶生产制作各种羊奶酪，既有新鲜软质和半软质的，也有硬质和半硬质的，以及素食类奶酪。例如，葡萄牙埃武拉奶酪（Queijo de Évora），西班牙拉塞雷纳奶酪（La Serena），英国佩罗什奶酪（Perroche）等。其中，埃武拉奶酪属硬质类型，成熟时间达半年以上。

4.1 代表性羊奶酪品种

能够与犊牛皱胃酶一起使用，是菜蓟属植物凝乳酶特别之处，可同时凝固羊乳和牛乳的混合乳制成奶酪。例如，产于西班牙的圭亚奶酪（Guía）之所以能分成三个品类，缘于既可以独立用皱胃酶凝乳生产，也可以按照刺菜蓟植物凝乳酶与皱胃酶的不同使用比例，制作成全花汁圭亚奶酪（Flor de Guía）和半花汁圭亚奶酪（Media Flor de Guía）（表1）。凝乳酶使用类型不同，三种奶酪的名称也不同。只用犊牛皱胃酶凝乳制成的称圭亚奶酪；菜蓟属植物凝乳酶与犊牛皱胃酶共用的，称半花汁圭亚奶酪；只用菜蓟属植物凝乳酶再经成熟制成的称全花汁圭亚奶酪，奶酪组织状态呈现一定黏稠性、流体性。

同时用菜蓟属植物凝乳酶和犊牛皱胃酶进行凝乳时，二者不需要预先混合，直接加入到羊乳和牛乳的混合乳中，乳温保持在37～41℃之间即可。需要注意的是，两种酶用量必须预先分别计算。方法是按照混合乳中，羊乳、牛乳的各自重量，再依据两种凝乳酶各自活力（效价）分别计算用量。为确保凝乳效果，在使用菜蓟属植物凝乳酶的粗制提取物时，一般是在计算用量的基础上，再增加50%以上来实施添加；犊牛皱胃酶的加入量，则是在计算用量的基础上再减少30%～50%。

4.3 品质特点

以菜蓟属植物凝乳酶生产的羊奶酪，经一定时间的成熟管控，能获得较为理想的组织状态和别致的滋气味。例如，产自葡萄牙的埃斯特雷拉山奶酪（Serra da Estrela），口感滑润，乳香甄醇，略带甘甜；产自西班牙的半硬质卡萨尔奶酪（Torta del Casar）是以绵羊乳为主、牛乳为辅，通过60d以上的成熟期，风味香醇菁华、芳香至臻，口感极佳。

4.3.1 组织状态

菜蓟属植物凝乳酶制作的羊奶酪，组织状态或多或少地呈现一定黏稠性和流体性特点。不包括新鲜奶酪在内，这种羊奶酪通过不同的成熟时间，均具有相同的一大特点——奶酪内部的质地状态不同程度表现出糊酱般的黏稠状态。顺滑油润的口感，是这种奶酪最为显著的特征。由于外皮呈现硬壳状，内部却呈柔软的流体状，有时吃法变得别具一格，西班牙人常常是用刀将奶酪对半切开后，以小勺挖着如同吃西瓜一般直接入口食用。

4.3.2 风味特征

菜蓟属植物凝乳酶制作的羊奶酪，通过成熟老化，常常伴有比较轻微的辣味与苦味，但与犊牛皱胃酶制成的羊奶酪比较，这种微微的苦味、辣味与其他风味物质混合一处，反而强化了羊乳具有的那种特殊乳香滋气味。这是由于在奶酪成熟期的中后期，菜蓟属植物凝乳酶与羔羊皱胃酶的作用机理一样，呈现出了非常理想的酪蛋白分解度以及恰当的水解速度。

4.3.3 花蕊品质管理

以洋蓟（或刺菜蓟）花头上的花蕊来提取制作菜蓟属植物凝乳剂（酶）时，凝乳活性的强弱以及是否能如期实现成品的预期风味特点和感官特征等，受诸多的因素影响。由于洋蓟（或刺菜蓟）生长地域、收获期选择、花蕊中蛋白质附聚程度，以及干燥制备方式、干花蕊中的水含量等，均显著影响凝乳剂的凝乳活性、羊奶酪实际产量以及成品组织状态、口感与滋气味。

针对一定规模奶酪生产，为保证成品品质稳定，要最大限度消除不同批次的成品质量差异，须经反复试验和试制，使洋蓟的田间栽培、花头采摘、花蕊分拣、去除水分等实现标准化规范作业管理；针对小规模手工制作羊奶酪的情况，主要是把握好洋蓟花头中的植物酶活性变化规律，使花蕊中的凝乳剂有效成分含量尽可能处于受控状态，使奶酪成品产量和质量相对稳定。

4.4 传统手工制作实例

欧洲一些地区的牧羊人采用传统手工方法来生产羊奶酪，而且是以不经过杀菌的新鲜羊乳作为原料。通常他们的具体做法是把菜蓟属植物的新鲜花蕊置于木质的研钵，手工捣碎研磨后，再加适量的常温饮用水，经人工搅匀制备成紫色的混合液体，以纯布把混合液包起来，做成一个布包扎紧口，浸入羊乳（30～38℃）里，以手重复揉捏挤压布包，让包内紫色液汁透过布缝渗到乳中再混匀，然后分装入若干规格相同的容器内，加盖置于炭火的四周，保持静止开始凝乳。一般情况下，用新鲜的花蕊加水制成混合液来凝固1 000L羊乳，鲜花蕊用量为300g左右。

靠近炉火的方式看似原始，但可以确保乳的温度不会达到菜蓟属植物凝乳酶的失活温度65℃，还可有效实现慢慢升温，这种加热方法与我国的扣碗酪（米酒酪、宫廷奶酪）传统制作方式非常类似。凝乳结束后，再全部分装到侧壁有细空的若干模具里，以手压实成凝乳团，使乳清从细空排除后，经手工脱模，把变成模具形状的凝乳团置于木架上，进行老化成熟至少60d以上制成成品。

5.1 干花蕊制备

选在洋蓟的开花初期，采摘和刨开花头，手工小心分拣出全部紫色丝状的花蕊，平铺于洁净木板上，铺层越薄越好，在常温下进行晾干，应注意避免阳光直接照射，预防雨淋及变潮发霉，并进行不定期人工翻转。约经过1个月自然晾干制成干花蕊，密闭封存备用。

5.2 水浸干花蕊

洋蓟干花蕊的酶活性要比鲜花蕊降低25%。采取洋蓟干花蕊来生产制作硬质和半硬质羊奶酪，通常1 000L羊乳需用干花蕊500g左右。按照成品的预期水分含量多少，即能摸索出干花蕊的大致用量。实操举例：取洋蓟干花蕊50g，充分研磨捣碎，用1L常温饮用水进行浸泡并保持1d，然后过滤（滤渣废弃），得深紫色的水浸过滤液（凝乳剂），保存于密闭容器。①用此1L水浸过滤液来凝固10L的羊乳可制成半软质型羊奶酪。②用此1L水浸过滤液凝固30L的羊乳，经过压榨排除乳清，可制成硬质型羊奶酪。如果采用规模连续式批量制作羊奶酪，可对洋蓟干花蕊的酶活性效价进行测定，以便实施标准化凝乳作业。

5.3 凝乳操作提示

针对批量生产的情况，羊乳加入洋蓟干花蕊水浸液（凝乳剂）之前，乳温还是控制在36±2℃为宜，以避免批次成品间出现品质波动。按照1 000L羊乳缓慢加10L凝乳剂，要边加入边搅拌均匀，之后静置45～60min，促进形成凝乳。注意凝乳全过程应在夹层热水保温槽（奶酪槽）内进行，保证乳温处于34～38℃范围。

凝乳的终点判断。保持静止的前30min，羊乳渐渐开始变得浓稠，到45～60min羊乳呈现出感官凝固状态。当凝乳时间约处于45min时，按照3～5min的时间间隔，在羊乳的表面用刮刀切开小口仔细查看，观察切口断面。当开始出现能够短暂保持刀切棱角痕迹，而且切缝深处只现极少乳清，表明凝乳已经完成。

5.4 切割凝乳入模

凝乳结束即开始切割。用间隙为2.5～3.5cm的凝乳钢丝切刀，按照垂直和水平方向往复慢慢转动切割，使凝乳渐渐变成块状。停止切割，保持静止5～10min，以利乳清析出。将全部凝乳块转入纯布袋排除部分乳清，再将凝乳团置入带小孔的模具中（或将凝乳块直接转入模具，经压榨排除乳清），以机械压榨，排除乳清，按模具形状完成凝乳团定型。水平和垂直布置钢丝的切刀，其钢丝间隙越小，形成的凝乳块越小，韧性和硬度越大。

5.5 盐渍和成熟

按照羊奶酪成品硬度与水分的预期，凝乳团脱模后，经约6h直至7d的自然晾干后，再浸入浓度约为16%的食盐液中开始盐渍，保持2～4h，放入温度为5～10℃、相对湿度85%～90%的成熟库，成熟约60d，制成硬质或半硬质羊奶酪。按照成品口感滋味的预期，有时盐渍工序可省略。

5.6 管控要点说明

采用菜蓟属植物凝乳酶生产羊奶酪，西班牙、葡萄牙等多为农庄小规模手工方法，所用的羊乳原料未经杀菌，也不添加发酵剂。若是采用工厂化生产羊奶酪，批量收集处理的羊乳数量较大，为消除羊乳卫生指标受储藏时间和冷藏温度影响，应对原料羊乳进行先期的巴氏杀菌（72～76℃、15s）处理。乳酸菌发酵工序是否使用，可按成品感官和滋气味的预期而酌定。

5.6.1 杀菌技术参数

预先对原料羊乳实施巴氏杀菌（72～76 ℃、15s）后，迅速冷却至34～38℃，再实施凝乳操作（见5.3）。如果采用了巴氏杀菌工序，一般奶酪的成熟期可少于2个月，但成品的制作得率会比不杀菌的情况要低一些。

5.6.2 发酵环节控制

如果加入乳酸菌发酵剂实施发酵工序，须凝乳酶加入之前实施添加，一般是在巴氏杀菌后，待冷却到34～38℃进行，通常按羊乳原料1%～3%的质量比来添加发酵剂。增加发酵环节，能促成酸凝乳、酶凝乳双重凝乳效果，有利提高排除乳清的速度，减少凝乳时间，增强凝乳块与成品质地硬度。

5.6.3 成熟测定评估

测定成熟的羊奶酪对碱的缓冲程度，作为评估成熟度的指标，其操作简单易行。羊奶酪在成熟过程中，随着老化成熟时间的不断延长，所分解产生可溶于水的一些营养组分对碱的缓冲能力也持续增强，尤其处于pH8～10范围时，缓冲作用更加显著。选择该pH值范围进行测定，可有效衡量蛋白质分解产物总量随着成熟加深而增加的程度，以此作为评估和量化羊奶酪成熟度的标准。

测定方法：粗天平称取5g羊奶酪样品，置于研钵中，加入40～45℃水45mL，研碎成稀薄的混浊液，静止几分钟后进行过滤。取2个50mL的三角瓶，各加10mL前面的过滤液。在第一个三角瓶中加入1%酚酞酒精溶液3滴，以0.1mol/L氢氧化钠滴定到微红色，所消耗氢氧化钠的毫升数记录为A；在第二个三角瓶中加入10～15滴麝香草酚酞指示剂，以0.1mol/L氢氧化钠滴定到兰色，所消耗氢氧化钠的毫升数记录为B。

测算羊奶酪成熟度公式为（B-A）×100。将记录的A和B数值代入公式，以计算结果进行成熟度评估判定。一般情况下，成熟期在3～4个月以上的羊奶酪，成熟度值为80～100；成熟2个月的为50～60；成熟1个月的为30～40。