پدیده تشکیل چشمک در پنیر توجه دانشمندان را از ابتدای آغاز تحقیقات مربوط به پنیر به خود جلب کرده است. بررسی دانشمندان در سال 1971 در مورد تشکیل چشمک در پنیر امنتال یا امنتالر (Emmental) نشان می‌دهد که ایده‌های بسیار دقیقی در مورد تشکیل چشمک در پنیر در آغاز قرن گذشته وجود داشته است. ابتدا لازم است به تفاوت چشمک و حفره مکانیکی در انواع پنیر بپردازیم.

تفاوت حفره مکانیکی و چشمک در پنیر

بسیاری در تشخیص میان حفره مکانیکی (Openness) و چشمک (Eyes) دچار مشکل می‌شوند. برخی از پنیرها مانند کلبی (Colby) دارای دهانه‌های دندانه‌دار کوچکی در بافت خود هستند. این حفره‌های مکانیکی مربوط به نحوه فشرده شدن لخته پنیر است و ارتباطی به حفره‌های گازی ندارد (شکل 1).

تشکیل چشمک به دلیل تولید گاز نشانه اصلی کیفیت پنیرهای نوع سوئیسی است. ویژگی حفره‌ها (ماهیت، اندازه و تعداد حفره‌های گاز) به ویژگی معمولی هر نوع پنیر مربوط می‌باشد. حفره‌ها معمولا به شکل گرد و چشمک‌های براق هستند. اندازه چشمک‌ها بسیار متفاوت است، از قطر بزرگ (3-1 سانتی‌متر) تا کوچک (1-0.5 سانتی‌متر)، و همچنین تعداد و فاصله چشم‌ها در پنیر (بلوک پنیر) به نوع پنیر بستگی دارد. پنیرهای نوع امنتال که شناخته‌شده‌ترین پنیر سوئیسی است، دارای چشمک‌های درشت زیادی هستند، پنیرهای نوع گرویر (Gruyere) دارای چشمک‌های کوچک‌تری هستند، در حالی که پنیر بوفور (Beaufort) معمولاً چشمکی ندارد (کور).

ایجاد حفره مربوط به تولید گاز CO2، یک ویژگی مطلوب در پنیرهای امنتال و سایر پنیرهای سوئیسی است، اما تشکیل چشمک در بسیاری از انواع پنیر یک نقص محسوب می‌شود. تولید CO2 به عنوان محصول نهایی تخمیر پروپیونی باکتری است، درحالیکه می‌تواند ناشی از فعالیت میکروفلور نامطلوب تولیدکننده گاز، مانند کلیفرم‌ها، مخمرها، و یا کلستریدیوم‌ها نیز باشد. ایجاد حفره یا بادکردگی در پنیر به دلیل تولید گاز نقصی نامطلوب محسوب می‌شود که اغلب با طعم‌های نامطلوب همراه است، به عنوان مثال، تولید هیدروژن ناشی از تخمیر نامطلوب اسید بوتیریک توسط کلستریدیوم تایروبوتیریکوم.
شکل‌گیری چشمک در پنیر سوئیسی با تولید گاز CO2 و ایجاد حفره و رشد در ماتریکس پروتئین با خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی مناسب تعیین می‌شود. چسبندگی، ویسکوزیته کشامدی و خواص برش‌پذیری پنیر سوئیسی، که باعث ایجاد بافت نرم و الاستیک می‌شود، نقش عمده‌ای در تشکیل چشمک‌ها دارد. تشکیل چشمک یک فرآیند پویا است که با تغییرات بافتی در زمان رسیدن و همچنین با پدیده‌های گرادیان (آب، نمک، فعالیت آنزیم) در بلوک پنیر مرتبط است.

حفره‌دار بودن ناشی از تولید گاز، عمدتاً CO2 ناشی از تخمیر لاکتات پروپیونی باکتری‌های در طول رسیدن پنیرهای سوئیسی است. گازهایی غیر از CO2 در پنیر وجود دارد که از هوای باقیمانده در شیر منشا می‌گیرد و در طول فرآیند پنیرسازی باقی می‌ماند. مقداری تولید هیدروژن نیز می‌تواند به حفره‌دار شدن پنیر کمک کند. 

شکل 1.

پروپیونی باکتریوم‌ها

جنس Propionibacterium از دو گروه متمایز از زیستگاه‌های مختلف تشکیل شده است: اول، سویه‌هایی که معمولاً بر روی پوست انسان یافت می‌شوند، که به عنوان گروه "آکنه" شناخته می‌شوند، و دوم، سویه‌های جدا شده از شیر و محصولات لبنی، که به آن‌ها "لبنی" یا "کلاسیک" گفته می‌شود. سویه‌های PAB گروه لبنی پروپیونی باکتری‌ها شامل چهار گونه است: Propionibacterium freudenreichii spp.، Propionibacterium acidipropionici، Propionibacterium jensenii و Propionibacterium thoenii. 

PAB اولین بار در آغاز قرن بیستم توسط فون فرودنرایش و اورلا-جنسن از پنیر امانتال جدا شد. آن‌ها در شیر خام در جمعیت‌هایی از 5 تا بیش از 105 CFU/ml وجود دارند. چهار گونه لبنی PAB در شیر خام یافت می‌شوند که فراوان‌ترین آن P. freudenreichii است. P. freudenreichii در پنیر سوئیسی در طول دوره رسیدن در اتاق گرم (دمای C°24-18) رشد می‌کند و به جمعیت‌هایی به اندازه 5 × 109 CFU/g پنیر می‌رسد. P. freudenreichii گونه اصلی است که در پنیر سوئیسی رشد می‌کند، در حالی که P. jensenii گونه اصلی شناسایی شده در پنیر Leerdammer است.
استفاده از PAB به عنوان استارترکالچر در تولید پنیر سوئیسی متداول است. سطح تلقیح PAB در شیر از 103 تا 106CFU/ml  شیر با توجه به فناوری پنیرسازی متغیر است. در برخی از پنیرهای نوع سوئیسی مانند کومته (Comt'e)، تخمیر پروپیونیک تنها به دلیل میکروفلور PAB بومی موجود در شیر خام است.
P. freudenreichii در طول رسیدن در دمای گرم رشد کرده و لاکتات را به CO2، استات و پروپیونات تخمیر می‌کند. بسیاری از کربوهیدرات‌ها می‌توانند توسط P. freudenreichii متابولیزه شوند، اما لاکتات که توسط LAB تولید می‌شود، منبع اصلی کربن برای PAB در پنیر است. 

رابطه بین تشکیل چشمک و توسعه طعم

پنیرهای سوئیسی دارای طعمی ملایم، شیرین، و آجیلی هستند. طعم و شکل‌گیری چشمک هر دو در طول دوره رسیدن اتفاق می‌افتد، اما ارتباط مستقیمی با هم ندارند. در صورتی که همه شرایط (میزان و سطح مناسب تشکیل گاز، محدودیت انتشار توسط پوست، بافت مناسب پنیر) برای تشکیل چشمک مناسب نباشد، ایجاد طعم پنیر سوئیسی می‌تواند در غیاب چشمک اتفاق بیفتد. بعلاوه، تشکیل گاز عمدتاً در طول دوره رسیدن در اتاق گرم رخ می‌دهد، درحالیکه ترکیبات طعم‌دهنده می‌توانند در دوره‌های مختلف تولید و رسیدن پنیر تشکیل شوند. همچنین تشکیل گاز عمدتاً به دلیل فعالیت PAB در پنیرهای سوئیسی است، در حالیکه تشکیل برخی از ترکیبات طعم‌دهنده می‌تواند ناشی از فعالیت سایر باکتری‌های موجود در پنیر باشد.

نقص‌ بافت در پنیر سوئیسی

درک مناسب از تولید CO2، حلالیت و انتشار آن در ماتریکس پنیر، برای به دست آوردن کیفیت مطلوب چشمک‌های بدون شکاف و ترک ضروری است. CO2 عمدتاً به دلیل تخمیر لاکتات توسط باکتری‌های پروپیونی در طول رسیدن در اتاق گرم، در ماتریکس پنیر تولید می‌شود. سرعت و میزان تولید CO2 تحت تأثیر عواملی مانند سویه‌های باکتری پروپیونی، دمای رسیدن و ترکیب پنیر است. میزان تولید CO2 در پنیر نیمه‌سخت mmol/kg 15-10 در روز در دمای ثابت (C°25) و نسبت نمک به رطوبت ( w/w2٪) تعیین شده است. CO2 در فازهای چربی و آبی پنیر حل می‌شود، با این حال، حلالیت آن تا حد زیادی وابسته به دما است، بطوریکه حلالیت CO2 در فاز چربی در دمای پایین (C°4) کمتر از دمای بالا (C°20) است. برعکس آن برای حلالیت CO2 در آب صادق است. بنابراین، هرگونه تغییر در شرایط رسیدن، ترکیب پنیر، یا هر دو می‌تواند حلالیت CO2 در ماتریکس پنیر را تغییر دهد که به نوبه خود می‌تواند بر فشار داخلی پنیر تأثیر بگذارد. کنترل فشار داخلی پنیر امری ضروری است، زیرا فشار بیش از حد می‌تواند منجر به شکاف یا ترک شود که برای مصرف‌کننده جذاب نیست. علاوه بر این، این پنیرها می‌توانند در طول عملیات برش مقدار زیادی قطعات شکسته تولید کنند که درنتیجه باعث از دست رفتن درآمد تولیدکننده می‌شود. 

از طرف دیگر، فشار گاز ناکافی منجر به تولید پنیر بدون چشمک می‌شود، که به آن پنیر کور یا blind cheese می‌گویند. در واقع عدم توانایی پروپیونی‌ باکتری‌ها در رشد و تولید CO2 در مقادیر کافی باعث عدم شکل‌گیری چشمک‌ می‌شود. باقیمانده آنتی‌بیوتیک در شیر، دمای پخت بالا و افزایش محتوای مس در شیر از طریق ذخیره‌سازی در ظرف نامناسب، تولید ناقص اسید لاکتیک در شیر و لخته به دلیل وجود باکتریوفاژ از سایر عوامل دخیل در این نقص هستند. همچنین، برخی از استارترکالچرهای هتروفرمنتاتیو نیز می‌توانند با مهار باکتری پروپیونی تشکیل چشمک را مختل کنند.

به طور کلی، عواملی که بر اندازه، توزیع، و  تعداد چشمک‌ها در پنیر سوئیسی تأثیر می‌گذارند، شامل مدت زمان فشردن پنیر، مدت نگهداری پنیر در اتاق گرم، عدم بازجذب whey به داخل پرس، و میزان نمک است. ورود بیش از حد هوا در فرآیند نیز منجر به ایجاد نقص لانه (Nesting)، چشمک‌های بی‌کیفیت و نزدیک به هم، و یا استربل (Streubel)، چشمک‌های کوچک و ناهموار می‌شود. نقص بادکردگی در پنیر سوئیسی نیز در اوایل یا اواخر فرآیند رسیدن رخ می‌دهد. بادکردگی زودرس می‌تواند در نتیجه دمای بالای اتاق گرم و یا وجود باکتری کلیفرم باشد. بادکردگی دیررس نیز معمولاً حدود 3-2 ماه پس از تولید توسط باکتری تشکیل‌دهنده اسپور بی‌هوازی مانند Clostridia tyrobutyricum ایجاد می‌شود و برای این منظور به اسپورهای زیادی نیاز نیست و تنها وجود 5 اسپور در میلی لیتر برای ایجاد این نقص کافی است (شکل 2).

شکل 2.

بنابراین تشکیل چشمک به تولید گاز با سرعت بالا و با حداقل سطح نیاز دارد. تولید 1 لیتر CO2  در روز در بلوک پنیر 75 کیلوگرمی امنتال با پوست در دمای  C°23 (اتاق گرم) باعث تشکیل چشمک نمی‌شود زیرا تشکیل حفره زمانی اتفاق می‌افتد که میزان تولید CO2 در پنیر بیش از 2 لیتر در روز باشد. علاوه بر تولید گازCO2 ، گازهای دیگری نیز می‌تواند در پنیر تشکیل شود. به عنوان مثال، تولید هیدروژن (H2) از رشد برخی از گونه‌های نامطلوب کلستریدیوم حاصل می‌شود که اسید لاکتیک را به اسید بوتیریک، اسید استیک، CO2  و H2 تخمیر می‌کنند. بازده بالای تولید H2 و حلالیت کم آن در آب منجر به ایجاد نقص بادکردگی می‌شود. بهبود شرایط بهداشتی تولید شیر، حذف اسپورها با میکروفیلتراسیون و باکتوفوگاسیون شیر به جلوگیری از نقص بادکردگی کمک می‌کند. گاز آمونیاک (NH3) نیز ممکن است از دآمیناسیون اسیدهای آمینه تشکیل شود، اما این پدیده برای پنیرهای سوئیسی ثبت نشده است.

تفاوت منشا چشمک در پنیر سوئیسی و گودا

چشمک‌ در پنیر سوئیسی به دلیل تجزیه اسیدلاکتیک (که توسط استارتر کالچرها از متابولیزه کردن لاکتوز تولید می‌شود ) توسط پروپیونی باکتریوم تشکیل می‌شوند. سپس باکتری پروپیونی اسیدلاکتیک را به CO2، اسیداستیک و اسید پروپیونیک متابولیزه می‌کند. اما در پنیر گودا به دلیل تجزیه اسیدسیتریک چشمک ایجاد می‌شود. باکتری‌هایی مانند گونه‌های خاص لوکونوستوک یا لاکتوکوکس اسیدسیتریک را به CO2، دی‌استیل و سایر ترکیبات متابولیزه می‌کنند. به دلیل وجود مقادیر کم اسیدسیتریک در شیر، رشد چشمک در پنیر گودا بسیار محدود است (شکل 3).
پنیر سوئیسی یکی از چالش‌برانگیزترین پنیرها برای تولید است. با این حال این پنیر منحصربه‌فرد به دلیل طعم، مزه، و همچنین ارزش تغذیه‌ای برای مصرف‌کنندگان جذاب است. 

شکل 3. 

منبع:

https://www.cheesescience.org/eyes.html
Law, B.A. and Tamime, A.Y. eds., 2011. Technology of cheesemaking. John Wiley & Sons.
https://www.cdr.wisc.edu