奶香型香味料的制備及分析技術(shù)研究進(jìn)展

艾娜絲，王 靜 ，張曉梅，鄭福平，孫寶國(guó)

(1．天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院天津300457;2．北京工商大學(xué)食品學(xué)院，食品風(fēng)味化學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，食品添加劑與配料北京高校工程研究中心北京100048)

風(fēng)味是影響乳及乳制品質(zhì)量的重要因素之一［1-2］，隨著人們生活水平的提高及健康意識(shí)的增強(qiáng)，牛乳這種天然的，營(yíng)養(yǎng)最接近完善的營(yíng)養(yǎng)佳品已成為普通家庭餐桌上常見(jiàn)的食品，從而使得人們對(duì)乳及乳制品的口感和風(fēng)味的要求也越來(lái)越高，然而，牛乳當(dāng)中的一些原有的香味物質(zhì)會(huì)受到加工［3］、貯存［4］、光照［5］、氧化［6］、水解及內(nèi)源酶等影響而遭到破壞或產(chǎn)生不良的甚至有毒害的風(fēng)味物質(zhì)［7］，由于奶香味風(fēng)味化合物在樣品中的存在濃度較低，且將其從樣品基質(zhì)中分離較為困難，因而準(zhǔn)確分離和分析乳中的風(fēng)味化合物一直以來(lái)是食品風(fēng)味化學(xué)領(lǐng)域需要解決的問(wèn)題之一。本文旨在通過(guò)介紹奶香型香味料的來(lái)源、制備及分析技術(shù)，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)予以展望，以期為奶香型香味料的研究提供參考。

1 乳及乳制品風(fēng)味物質(zhì)的主要來(lái)源

1.1 乳脂肪

乳脂肪是乳及乳制品風(fēng)味的重要來(lái)源物質(zhì)之一，乳脂肪的主要成分是約占55%的飽和脂肪酸甘油三酯、約占43%的不飽和脂肪酸甘油三酯、分別約占1%的酮酸甘油三酯和羧酸甘油三酯［8］，這些物質(zhì)通過(guò)脂肪酶、自身氧化或水解作用產(chǎn)生游離脂肪酸，在加熱過(guò)程中這些游離態(tài)的脂肪酸進(jìn)行一系列的自動(dòng)氧化、分解、脫水、脫酸等反應(yīng)形成2-戊酮，2-庚酮等化合物［9］，這些物質(zhì)具有較高的香氣強(qiáng)度，是構(gòu)成乳香的主要成分。

此外乳脂肪中飽和脂肪酸存在一些γ-和δ-羥基酸，這些羥基酸易被轉(zhuǎn)化成γ-和δ-內(nèi)酯，且飽和脂肪酸經(jīng)β-氧化生成β-酮酸后，會(huì)發(fā)生脫羧作用形成甲基酮，而乳脂肪中的不飽和脂肪酸可能通過(guò)水合作用生成羥基酸，羥基酸經(jīng)過(guò)β-氧化生成γ-和δ-內(nèi)酯［10］，內(nèi)酯類(lèi)化合物在香氣上與相應(yīng)的酯類(lèi)有一定的相似之處，是一類(lèi)重要的奶香味香料化合物［11-12］，雖然含量不高但對(duì)乳中奶香的形成貢獻(xiàn)卻很大［13］。

1.2 乳蛋白及乳糖

乳蛋白經(jīng)過(guò)美拉德、酶促降解反應(yīng)和微生物等作用所產(chǎn)生的化合物是牛乳的重要風(fēng)味物質(zhì)。半胱氨酸和甲硫氨酸通過(guò)美拉德反應(yīng)形成硫化物，如硫化氫、甲硫醇及二甲基二硫化物等［14-15］。蛋白質(zhì)或氨基酸可轉(zhuǎn)化為苯乙醛、3-甲基丁醛和吲哚等，在Strecker降解中，氨基酸與α-二羰基化合物反應(yīng)，失去一分子CO2而降解成為少一個(gè)碳原子的醛類(lèi)和氨基酮，生成的這些不同碳原子數(shù)的特殊醛類(lèi)稱(chēng)之為Strecker醛類(lèi)，Strecker醛類(lèi)物質(zhì)就是造成牛乳不同香氣的重要因素［3，16］。

通常而言，乳糖與氨基酸之間發(fā)生的美拉德反應(yīng)是導(dǎo)致牛乳關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生的一個(gè)重要反應(yīng)，在該反應(yīng)的初始階段，乳糖和賴(lài)氨酸生成希夫堿，希夫堿環(huán)化生成 N-取代的葡萄糖胺，隨后通過(guò)Amadori重排轉(zhuǎn)變?yōu)?-脫氧-1-氨基乳糖賴(lài)氨酸;而在高級(jí)階段Amadori化合物進(jìn)一步生成糖脫水和降解產(chǎn)物，如糖醛、呋喃衍生物等物質(zhì)。

2 奶香型香味料的制備及分析技術(shù)

目前，奶香型香味料的制備技術(shù)大致可分為以下三種:化學(xué)法合成單體香味料;酶法水解奶油或稀奶油;微生物發(fā)酵法制備奶香型香味料。不同的制備方法所得的奶香型香味料風(fēng)味存在一定的差異，因此，要根據(jù)所要制備的目標(biāo)物的相關(guān)特性及現(xiàn)有的分析技術(shù)和生產(chǎn)條件來(lái)確定采用何種制備技術(shù)，以下介紹了三種主要的奶香型香味料的常用制備和分析技術(shù)及其相關(guān)的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1 奶香型香味料的制備技術(shù)

2．1．1 化學(xué)合成法 目前大多數(shù)的奶香型香味料是通過(guò)化學(xué)合成的方法制得的。如乙偶姻的合成，乙偶姻又稱(chēng)3-羥基-2-丁酮，也稱(chēng)之為也叫甲基乙酰甲醇，具有令人愉快的奶油香味，多用作奶油、干酪、堅(jiān)果等食品的香味增強(qiáng)劑;還可以改變啤酒的風(fēng)味，確定奶酪發(fā)酵過(guò)程中的香味等。我國(guó)學(xué)者利用NaHSe還原法來(lái)制備乙偶姻［17］，產(chǎn)品得率為57%。1998年 Studer等應(yīng)用經(jīng)過(guò) 10，11-二氫金雞納(HCD)改性的鉑作為催化劑選擇性的加氫還原2，3-丁二酮［18］。又例如雙乙酰的合成，雙乙酰是一種重要的香料化合物，具有甜的、奶油、黃油香氣。歐陽(yáng)天慧等人采用三價(jià)鐵鹽或二價(jià)銅鹽為氧化劑，以乙偶姻為原料來(lái)制備雙乙酰［19］，2011年王江梅等采用KI氧化劑，以乙偶姻為原料來(lái)制備丁二酮，氧化劑KI用雙氧水進(jìn)行再生，該法用碘系催化劑代替鐵系催化劑，降低污染排放［20］。

2．1．2 酶法制備 隨著奶香型香味料需求量日益增大以及人們對(duì)于“回歸自然”、“綠色安全”的消費(fèi)需求增加，酶法制備奶香型香味料越來(lái)越受到人們的關(guān)注，酶法制備奶香型香味料技術(shù)主要是通過(guò)脂肪酶作用于乳脂肪，催化其水解并增強(qiáng)奶香香味料香氣的一種方法，因其具備反應(yīng)條件溫和，基本沒(méi)有副產(chǎn)物的污染等優(yōu)點(diǎn)，使得酶法制備奶香型香味料的技術(shù)已被廣泛應(yīng)用與研究［21］。

在上世紀(jì)70年代國(guó)外就已經(jīng)有利用酶解乳脂制備奶香型香味料的研究報(bào)道［22］。國(guó)外采用油溶性脂肪酶水解奶酪或奶油得到具有香氣的人造奶油［23］，1993年日本長(zhǎng)谷川公司利用青霉屬的脂肪酶酶解奶酪生產(chǎn)出穩(wěn)定性較好的奶香型香味料，且在餅干加香中具有較好的效果［24］，Silver等人利用一種脂肪酶、一種蛋白酶和一種肽酶復(fù)合酶劑處理蛋白、脂肪和酸的混合物，獲得了高強(qiáng)度的，且能被用于奶酪生產(chǎn)的奶酪香料前體物質(zhì)［25］。在國(guó)內(nèi)，于鐵妹等人用5種脂肪酶對(duì)乳脂進(jìn)行水解，選出了酶解產(chǎn)物氣味較優(yōu)的酶［26］，汪建明等人用脂肪酶和蛋白酶共同作用于牛奶，對(duì)酶解條件進(jìn)行了篩選［27］，李寧等采用來(lái)源于假絲酵母的脂肪水解酶酶解乳脂，以酶解乳脂產(chǎn)物的酸值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別對(duì)酶解時(shí)間(1～10h)、酶解溫度(30～50℃)、酶的用量(500～1500U/g)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定該酶在40℃、酶用量1250U/g條件下水解5h可獲得酸值為(51．90±5．74)mg/g的奶味香基［28］。王蓓等人利用 7 種脂肪酶水解奶油，并優(yōu)化了水解條件［29］。上海華順香料有限公司和上海華寶食用香精香料有限公司發(fā)明出一種不需要添加任何乳化劑，通過(guò)生物轉(zhuǎn)化制備乳化型奶香料的方法［30］。

由于酶解乳脂所得的奶香型香味料是一種比較復(fù)雜的基質(zhì)，且準(zhǔn)確反映其中的香味物質(zhì)的方法并不統(tǒng)一。目前已報(bào)道的奶香型香味料香成分的提取、分析方法主要有直接溶劑萃取法(Direct Solvent Extration，DSE)［31］，同時(shí)蒸餾萃取法 (Simultaneous Distillation Extraction，SDE)［32］，溶劑輔助香味物質(zhì)蒸發(fā) 法 (Solvent Assisted Flavor Evaporation，SAFE)［33-34］、超臨界二氧化碳萃取法 (Supercritical Fluid Extraction-Carbon dioxide，SFE-CO2)［35］、固相微萃取法(Solid Phase Micro-Extraction，SPME)［36］、吹掃 - 捕 集 法 (Purge Trapping，PT)［37］。Karagül-Yüceer等采用直接溶劑萃取法結(jié)合GC-MS、GC-O和AEDA等方法對(duì)不同貯藏時(shí)間的脫脂乳粉的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，醛類(lèi)、酮類(lèi)及游離脂肪酸類(lèi)物質(zhì)是脫脂乳貯藏過(guò)程中產(chǎn)生的主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)［38］。2001 年 Karagül-Yüceer等采用高真空蒸餾技術(shù)分離乳制品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)與非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)［39］，而其后期的一些研究成果是將直接溶劑萃取技術(shù)與此萃取法結(jié)合使用，分析乳制品中的揮發(fā)性風(fēng)味成分［40］，在一定程度上避免了直接溶劑萃取技術(shù)的溶劑使用量大，萃取不完全等缺點(diǎn)。Shiratsuchi等人采用同時(shí)蒸餾萃取法萃取脫脂乳粉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，結(jié)果表明，游離脂肪酸和內(nèi)酯類(lèi)化合物是脫脂乳粉的主要風(fēng)味貢獻(xiàn)物質(zhì)，而醛類(lèi)、芳香烴類(lèi)及雜環(huán)化合物間接影響脫脂乳粉的風(fēng)味［41］。2008年Kobayashi等人也采用此方法萃取高熱處理的脫脂乳粉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)［42］。雖然此方法對(duì)沸點(diǎn)較高的組分萃取率較高，但由于樣品用量大，提取致香成分會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間的相對(duì)高溫作用而產(chǎn)生新的風(fēng)味化合物，從而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。溶劑輔助風(fēng)味物質(zhì)蒸發(fā)法可以避免同時(shí)蒸餾萃取法的相對(duì)高溫作用而產(chǎn)生的新的風(fēng)味化合物，但此方法裝置復(fù)雜，不易清洗，而且對(duì)于含水量較高的物料(例如牛奶樣品)，萃取過(guò)程中水分與萃取成分在高真空下形成共沸，萃取液中水分含量較高，須經(jīng)除水、濃縮才能得到濃度較高的待測(cè)揮發(fā)性組分，這些操作處理過(guò)程耗時(shí)，容易導(dǎo)致?lián)]發(fā)性組分損失。然而也有研究成果顯示溶劑輔助風(fēng)味物質(zhì)蒸發(fā)法可以萃取含水食品中的風(fēng)味物質(zhì)［43］。超臨界二氧化碳流體萃取技術(shù)在香味料的提取方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但由于二氧化碳是一種廣譜的萃取劑，萃取物組成復(fù)雜，無(wú)法得到純組分，還需進(jìn)一步提純精制，處理過(guò)程復(fù)雜，揮發(fā)性組分損失較大。2000年Kataoka等人介紹了SPME萃取技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用［44］。此外，Burbank和Qian采用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜脈沖式火焰光度檢測(cè)器(gas chromatographypulsed flame photometric detection，GC-PFPD)技術(shù)檢測(cè)切達(dá)干酪中的含硫揮發(fā)性化合物，表明SPME-GC-PFPD在針對(duì)含硫揮發(fā)性化合物的萃取分析方面具有很高的靈敏度［45］。固相微萃取技術(shù)吹掃-捕集法與直接溶劑萃取、SDE、SAFE和超臨界萃取等方法相比較具有操作時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單快速，樣品用量小，富集效率高、無(wú)需萃取劑等優(yōu)點(diǎn)［46-48］，但該方法重復(fù)性差，且對(duì)于分子量較高的揮發(fā)性物質(zhì)萃取效果并不理想，在吸附風(fēng)味成分時(shí)存在選擇性，不利于全成分分析。

2．1．3 微生物發(fā)酵法 微生物發(fā)酵法生產(chǎn)奶香型香味料是指采用一些微生物，以乳或乳制品為底物，發(fā)酵生產(chǎn)奶香型香味料的方法。由于微生物細(xì)胞內(nèi)含有的酶系種類(lèi)繁多，發(fā)酵產(chǎn)生的奶味香氣多樣化，包含有機(jī)酸、醇類(lèi)、羰基類(lèi)、各種酯類(lèi)、內(nèi)酯類(lèi)、硫化物等近百種香味成分，與天然牛奶十分接近，其香氣自然、柔和，是純?nèi)斯ふ{(diào)配技術(shù)難以達(dá)到的。2000年Kar等以乳品加工副產(chǎn)物乳清為底物，利用雙乙酰乳酸乳球菌變種DRC1加上乳糖乳酸乳球菌712和乳酪腸膜樣明串珠菌亞種543加上乳糖乳酸鏈球菌712的混合菌發(fā)酵制備雙乙酰奶味香料。結(jié)果表明，添加 0．03%H2O2和 0．004% 過(guò)氧化氫酶，可提高雙乙酰的含量，所得的奶味香料雙乙酰具有均勻純正的奶香味［49］。2003年何杰以牛奶為底物，利用雙乙酰乳酸乳桿菌發(fā)酵牛奶制備雙乙酰奶香型香味料。實(shí)驗(yàn)證明，向發(fā)酵液中添加0．01moL/L CuSO4可提高雙乙酰的形成活性，添加0．1%檸檬酸鈉可部分阻遏雙乙酰還原酶的產(chǎn)生［50］。

在乳品發(fā)酵產(chǎn)香實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)體系中缺乏乳糖或是乳糖分解耗盡時(shí)，乳酸菌利用乳酸鹽產(chǎn)生乙酸鹽、乙醇和二氧化碳，這些中間體物質(zhì)參與蛋白、脂肪、核酸等物質(zhì)的代謝，生成酮類(lèi)、醛類(lèi)、脂肪酸、含硫化合物、內(nèi)酯等代謝產(chǎn)物，大大提高了發(fā)酵液的香氣強(qiáng)度［51-53］。

2.2 奶香型香味料的分析技術(shù)

2．2．1 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS) 自1950年開(kāi)始，氣相色譜技術(shù)就被開(kāi)始用于風(fēng)味物質(zhì)的分析，后來(lái)得到進(jìn)一步的改進(jìn)［54］，氣相色譜技術(shù)以氣體為流動(dòng)相，加以高靈敏度的檢測(cè)器，依據(jù)待測(cè)物中各組分在色譜柱中的氣相和固定相間的分配系數(shù)不同，當(dāng)氣化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運(yùn)行，在兩相之間進(jìn)行多次反復(fù)的分配，經(jīng)過(guò)一定的柱長(zhǎng)后便被分離，隨后經(jīng)檢測(cè)器檢測(cè)產(chǎn)生信號(hào)并在記錄儀上出現(xiàn)各組分的色譜峰。目前風(fēng)味物質(zhì)的定性定量分析通常用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀技術(shù)實(shí)現(xiàn)，由氣相色譜進(jìn)行分離，再經(jīng)質(zhì)譜對(duì)分離未知物進(jìn)行定性。質(zhì)譜儀種類(lèi)很多，不同類(lèi)型的質(zhì)譜儀的主要區(qū)別在于離子源。質(zhì)譜儀的分辨率也非常重要，對(duì)于定性是至關(guān)重要的。目前大部分的分析工作用的都是一維色譜，一維色譜主要用來(lái)分析簡(jiǎn)單的化合物，而對(duì)于基質(zhì)組分復(fù)雜的化合物通常用二維色譜進(jìn)行定性。因此，在進(jìn)行質(zhì)譜分析前，要根據(jù)樣品性質(zhì)和分析要求選擇合適的質(zhì)譜儀。

2．2．2 氣相色譜-嗅覺(jué)辨別法(Gas Chromatography Olfactometry，GC-O) 氣相色譜-嗅覺(jué)辨別法是一種可以有效鑒定樣品中揮發(fā)性氣味活性化合物的分析方法［55］。在該方法中人的嗅覺(jué)就如同物理檢測(cè)器一樣敏感，樣品進(jìn)入GC，經(jīng)由毛細(xì)管柱分離后，流出組分被分流閥分成兩路，一路進(jìn)入化學(xué)檢測(cè)器(FID或MS)，另一路通過(guò)專(zhuān)用的傳輸管線進(jìn)入嗅探口，然后由聞香師在嗅聞儀的嗅聞口記錄不同時(shí)間流出的組分的香型和強(qiáng)度。因而GC-O技術(shù)在香氣活性的分析方面適用性較強(qiáng)，如今已廣泛應(yīng)用于奶味香精的分析研究［42，56］。

2．2．3 電子鼻分析技術(shù) 由于氣味的成因和構(gòu)造非常復(fù)雜，而且人的嗅覺(jué)靈敏度宜容易受外界環(huán)境因素的干擾而改變，從而影響到嗅聞人員對(duì)待測(cè)組分的香型和強(qiáng)度的準(zhǔn)確描述，而且在這種感官評(píng)定方法主觀性太強(qiáng)，造成各組表述結(jié)果不穩(wěn)定，因此為了彌補(bǔ)感官評(píng)價(jià)方法的缺憾，電子鼻技術(shù)逐步發(fā)展起來(lái)。電子鼻技術(shù)是利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)圖案來(lái)識(shí)別氣味的電子系統(tǒng)，它可以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)地、實(shí)時(shí)地檢測(cè)特定樣品的氣味狀況，因此在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用，如Charon等人利用電子鼻成功區(qū)分不同加熱處理的壓塊奶粉的揮發(fā)性組分變化［57］。2005年Labreche等人使用具有18個(gè)金屬傳感陣列的電子鼻對(duì)牛奶的貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè)，并檢測(cè)牛奶不同儲(chǔ)藏時(shí)間內(nèi)其微生物的生長(zhǎng)變化［58］。

3 展望

乳的獨(dú)特風(fēng)味與其風(fēng)味物質(zhì)密切相關(guān)，乳與乳制品是否能在市場(chǎng)上獲得消費(fèi)者的青睞，關(guān)鍵在于其是否具有獨(dú)特的風(fēng)味。人們對(duì)乳制品的喜好程度受到其口感、風(fēng)味和組織特性等感官因素的影響，而這些因素都和其中脂類(lèi)的含量有重要關(guān)系，因此，脂類(lèi)物質(zhì)成為決定乳制品口感風(fēng)味的一個(gè)重要因素。但隨著人們關(guān)注健康，注重合理膳食意識(shí)的提高，牛乳，尤其是全脂乳逐漸被老人、過(guò)度肥胖、高血脂、冠心病等特殊人群限制食用，使得脫脂乳相對(duì)于全脂乳更具有吸引力，然而，由于脫脂乳的口感差，不夠香濃等缺點(diǎn)使得脫脂乳在消費(fèi)市場(chǎng)上并沒(méi)有獲得消費(fèi)者的廣泛認(rèn)可，就如本文綜述介紹的，很多學(xué)者對(duì)于奶香型香味料的制備主要集中在化學(xué)合成、酶解及微生物發(fā)酵等技術(shù)方法，然而化學(xué)合成由于合成出的奶香型香味料呈香單一，后續(xù)還要經(jīng)過(guò)調(diào)香才能使其達(dá)到和諧圓潤(rùn)的香味;酶解之后的香味基料呈不適口的酸味;微生物發(fā)酵法得到的奶香型香味料還要經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分離、純化技術(shù)才能應(yīng)用，步驟繁瑣，成本較高，不易快速工業(yè)化生產(chǎn)。因此，在保證營(yíng)養(yǎng)和安全的前提下，如何解決脫脂乳的這種感官上的缺憾，成為當(dāng)今奶香型香味料加工制造行業(yè)研究的熱點(diǎn)。

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