《International Dairy Journal》：Nuclei carrying entrapped air are the most likely starting points for eye formation
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本研究针对微滤乳生产的瑞士型干酪气孔形成不足的问题，通过实验验证了气孔核是气孔形成的先决条件。研究人员使用标准化的合成中空纤维（PP）和高效液相色谱管件（PEEK）模拟干草颗粒的毛细结构，发现这些人工毛细结构能高效引导CO2扩散并初始化气孔形成，显著增加干酪的相对气孔体积和数量。该研究证实了携带截留空气的毛细结构作为气孔核的假说，对控制干酪品质具有重要工艺意义。
一块优质的瑞士干酪，例如埃曼塔尔干酪，其标志性的特征就是内部均匀分布的圆形或椭圆形气孔。这些气孔的大小、数量、形状和分布是衡量干酪品质的关键参数。然而，在现代干酪生产工艺中，为了提高卫生标准和延长保质期，常对原料乳进行微滤等处理，这虽然去除了不必要的杂质和微生物，但也意外地移除了干酪中气孔形成所必需的“种子”——即气孔核。结果，使用微滤乳生产的干酪往往气孔数量稀少，甚至出现开裂等缺陷，严重影响产品的外观和品质。为什么微滤乳生产的干酪会缺少气孔？气孔究竟是如何形成的？为了解决这一生产工艺中的实际问题，并深入理解气孔形成的微观机制，Agroscope研究所的Dominik Guggisberg、Walter Bisig和Marie-Therese Fr?hlich-Wyder开展了一项深入研究，其成果发表在《International Dairy Journal》上。
传统观点认为，干酪中的气孔主要是由丙酸杆菌在暖房成熟阶段产生的二氧化碳所形成。但二氧化碳需要在特定的“起点”才能聚集形成气孔，这个起点就是气孔核。早在一个多世纪前，Clark (1917)就推测气孔形成类似于过饱和溶液中的结晶过程，需要“晶种”来触发。近年来的研究假设，天然干草粉末中的微小植物颗粒，因其具有毛细管结构，能在干酪基质中截留微小空气泡，这些空气泡就可以作为气孔核，二氧化碳扩散至此从而引发气孔生长。然而，干草粉末的成分复杂且不标准，难以精确控制和研究。为了直接验证“毛细结构截留空气作为气孔核”这一假说，本研究创新性地使用成分和结构均一、可控的人工合成材料——聚丙烯中空纤维和聚醚醚酮高效液相色谱管件——来替代天然的干草颗粒，系统性地研究它们是否能有效引导气孔形成。
为开展此项研究，研究人员设计了严谨的实验方案。他们使用经脱脂和微滤处理的原料乳，在凝乳灌装阶段，将不同剂量和规格的合成中空纤维或HPLC管件添加到凝乳中，共制备了16种实验性埃曼塔尔干酪变体。这些干酪经过标准的压榨、盐渍和成熟（包括冷库和暖房成熟）过程。在成熟期间，研究人员利用二维X射线技术每周监测气孔的形成过程。在成熟期结束时（100天），采用计算机断层扫描对干酪气孔进行三维定量分析，获取相对气孔体积（气孔总体积占干酪体积的百分比）和气孔数量等关键指标。同时，通过扫描电子显微镜和数码显微镜观察合成纤维/管件在干酪中的形态及其与气孔的关联。干酪的化学组成（如水分、pH、乳酸、挥发性羧酸等）也按标准方法进行测定，以确保各组干酪的基础成分无明显差异，从而将气孔形成的差异主要归因于所添加的气孔核。
化学组成分析
对16种实验干酪的化学分析表明，各组干酪在水分、总氮、pH值、总乳酸等方面均处于预期范围，且统计分析显示，添加合成纤维/管件这一因素对大多数化学指标无显著影响。这表明不同干酪变体经历了相似的乳酸发酵和基本成熟过程，气孔形成的差异并非源于基础成分的不同。值得注意的是，部分干酪变体检测到柠檬酸未被代谢，并伴随有较高的乙酸和丙酸含量，这表明这些干酪中可能未被兼性异型发酵乳杆菌污染，导致丙酸发酵更为旺盛，产生了更多CO2。
利用二维X射线监测气孔形成过程
通过每周的X射线成像，研究人员直观地观察到气孔在暖房成熟期（第3至4周开始）围绕添加的PEEK管件逐渐形成的过程。图像清晰显示，气孔精确地在管件所在位置出现并生长，而在没有添加这些“气孔核”的区域，则几乎没有气孔形成，偶尔出现的也只是后期形成的裂纹。这直接证明了PEEK管件的毛细空腔有效地充当了气孔形成的起点。
成熟末期通过CT或切面观察评估气孔形成
成熟结束后的CT扫描和干酪切面分析数据提供了定量证据。统计分析（方差分析）表明，添加合成纤维或管件对相对气孔体积和气孔数量均有极显著的积极影响。与不添加任何气孔核的对照组干酪（气孔稀少）相比，添加了PEEK管件或PP中空纤维的实验组干酪，其相对气孔体积和气孔数量均显著更高。更重要的是，在干酪切面中，可以清晰地看到PEEK管件或PP纤维的一端伸入形成的气孔内部，证实了它们确实是气孔形成的初始位置。
PEEK管件添加量的剂量效应
研究人员进一步分析了PEEK管件添加量与气孔形成指标之间的关系，发现相对气孔体积和气孔数量均与管件添加量呈正相关（相关系数分别为0.79和0.77），呈现出剂量依赖性效应。这与早期研究中使用干草粉末观察到的现象一致，尽管人工管件的尺寸远大于天然干草微粒，但其作为气孔核的功能是相同的。
本研究得出结论，具有毛细结构并能截留空气的“气孔核”是瑞士型干酪气孔形成的先决条件。通过使用标准化的合成毛细结构（PP中空纤维和PEEK管件）成功替代天然干草颗粒诱导气孔形成，强有力地证实了这一假说。无论毛细结构的尺寸如何，其截留空气的物理特性是启动气孔形成的关键。这一发现不仅深化了对干酪气孔形成机理的理解，而且为干酪生产，特别是使用微滤乳等现代工艺的干酪生产，提供了可控诱导气孔形成的新思路和潜在的技术手段，对于稳定和提升干酪产品质量具有重要意义。研究结果支持了早期Clark提出的气孔形成类似于结晶过程的观点，并将毛细作用这一物理原理与食品微生物发酵过程紧密联系起来。
