潘明慧,曹宏芳,王彩云,楊蕾蕾,艾娜絲*,孫寶國
(1 北京工商大學 北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心 北京市食品添加劑工程技術研究中心 北京 100048 2 內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司 呼和浩特 010110 3 內(nèi)蒙古乳業(yè)技術研究院有限責任公司 呼和浩特 010110)
牛奶含有豐富的乳蛋白和礦物質(zhì),易被人體消化吸收,是人體重要的營養(yǎng)來源,被稱為“白色血液”[1]。同時牛奶是最接近人類“全價食品”模式的食物,膳食中最完美的食物之一[2-3]。隨著人們更健康、更營養(yǎng)的飲食習慣的發(fā)展,對牛奶的消費和需求量逐年上升,而“進口純牛奶優(yōu)于國產(chǎn)奶”的觀念也隨之盛行。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2018年我國包裝牛奶的進口數(shù)量是67.33 萬t,2019年我國包裝牛奶的累計進口量達89.06 萬t,2020年1~11月份的包裝牛奶的進口量已超92 萬t。包裝牛奶的進口量呈顯著上升趨勢。有研究者針對進口牛奶的保質(zhì)期、安全及營養(yǎng)進行對比,發(fā)現(xiàn)進口牛奶的保質(zhì)期普遍比國產(chǎn)牛奶長約1 倍,如UHT 常溫牛奶,國產(chǎn)的保質(zhì)期平均約6 個月,而進口的保質(zhì)期約1年,然而同種品牌的牛奶在其本土國家的保質(zhì)期也僅是3~6 個月。進口常溫奶通常采用海運,從運輸、安檢到上架基本要耗時約3 個月時間,如果保質(zhì)期為6 個月,就說明上架時已經(jīng)到臨保期[4]。此外,有研究表明存儲和運輸?shù)臈l件也會對牛奶的風味和口感產(chǎn)生不同程度的影響[5-6]。在國內(nèi)購買的進口牛奶新鮮度及感官品質(zhì)都有待驗證。據(jù)海關統(tǒng)計數(shù)據(jù),進口牛奶的抽檢不合格率相對較高[7],尤其是進口的巴氏奶,抽檢不合格率高達50%。進口牛奶通過對滅菌工藝的調(diào)整延長其保質(zhì)期[8],使得牛奶中有益健康的活性成分含量減少,如乳鐵蛋白、乳球蛋白和乳白蛋白;而有害健康的副產(chǎn)物增加,如糠氨酸、乳果糖等[9]。
基于上述原因,本論文選用銷量較高且較典型的2 款國產(chǎn)牛奶和4 款進口牛奶的風味品質(zhì)進行對比分析,從風味品質(zhì)的視角闡述國產(chǎn)牛奶與進口牛奶的差別,同時結(jié)合定量描述性感官評價法評估牛奶的感官屬性及其強度,為消費者選擇國產(chǎn)純牛奶和進口純牛奶提供試驗依據(jù)。
所有試驗樣品均經(jīng)過UHT 牛奶滅菌工藝處理(如圖1所示),其中2 款典型的國產(chǎn)牛奶來自中國乳都——內(nèi)蒙古呼和浩特,將其分別命名為C1、C2;4 種銷量相對較高且典型的進口牛奶分別從德國進口1 種、新西蘭進口2 種、澳大利亞1種,分別命名為A1、A2、A3、A4,樣品的詳細信息如表1所示。
圖1 牛奶的UHT 滅菌工藝流程Fig.1 UHT sterilization process of milk
表1 UHT 純牛奶的詳細樣品信息Table 1 Detailed sampling information of UHT pure whole milk
2-甲基-3-庚酮(色譜純級)、正構(gòu)烷烴(C6-C30,色譜純級),美國Sigma 公司;氯化鈉(分析純級),西隴科學股份有限公司;所有風味物質(zhì)標準品(色譜純級,純度>99.9%),日本TCI 公司。
Trace DSQII 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(配EI 離子源及Xcalibur 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)),美國Thermo Finnigan 公司;SA402B 味覺分析系統(tǒng) (配AAE、CT0、CA0、C00、AL1 和GL1 傳感器及Taste 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)),日本Insent 公司;PEN3 電子鼻(配10個金屬氧化物半導體型化學傳感元件及Winmuster 數(shù)據(jù)處理軟件),德國AIRSENSE 公司;DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,鞏義市予華儀器;AL204 精密分析天平,瑞士METTLER TOLEDO 公司。
1.3.1 SPME-GC-MS 分析
1.3.1.1 固相微萃取 準確移取8 mL 牛奶樣品于20 mL 頂空萃取瓶中,加入 (1.0000±0.0005)g氯化鈉和10 μL 內(nèi)標(2-甲基-3-庚酮,質(zhì)量濃度為20 μg/mL),40 ℃水浴平衡20 min,磁力攪拌速度為20 r/min。平衡后用已活化好的PDMS/DVB萃取頭頂空吸附30 min 后,將萃取頭插入GC 進樣口解析5 min。每個樣品重復測定3 次。
1.3.1.2 色譜條件 DB-WAX 毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度為250 ℃,不分流進樣;載氣為氦氣,流速為1.0 mL/min;升溫程序:初始溫度為30 ℃,不保持,以3 ℃/min 升至90℃,保持1 min,再以6 ℃/min 升至210 ℃,保持1 min,總升溫程序運行時間為42 min。
1.3.1.3 質(zhì)譜條件 色譜-質(zhì)譜傳輸線溫度為230℃,離子源溫度為250 ℃;離子化方式:電離轟擊(EI),電子能量為70 eV;質(zhì)量掃描范圍:45~350 u。
1.3.1.4 定性方法 采用NIST 譜庫離子比對(Mass spectrum,MS)、保留指數(shù) (Retention index,RI)及標準品定性(Standard,Std)3 種方法對檢測的風味物質(zhì)進行定性分析。
1.3.1.5 定量方法 采用內(nèi)標法半定量,以2-甲基-3-庚酮為內(nèi)標,通過各組分峰面積與內(nèi)標峰面積比等于各組分質(zhì)量濃度與內(nèi)標質(zhì)量濃度比,計算各風味物質(zhì)的質(zhì)量濃度。
1.3.2 智能感官分析
1.3.2.1 電子鼻(Electronic nose,E-nose) 取8 mL 牛奶樣品于頂空瓶中,加入(1.0000±0.0005)g的氯化鈉,40 ℃水浴平衡20 min,磁力攪拌速率為20 r/min,然后插入電子鼻探頭吸取頂空部位的氣體,分析樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)。
電子鼻參數(shù)設置:樣品測試間隔時間為1 s,清洗時間120 s,歸零時間10 s,樣品準備時間5 s,測定時間120 s,載氣流速200 mL/min,進樣流量200 mL/min。測定溫度為室溫25 ℃。每個樣品平行測定3 次。傳感器響應信號在90 s 基本穩(wěn)定,選定信號采集時間為115~120 s 的穩(wěn)定傳感信號進行分析。
1.3.2.2 電子舌(Electronic tongue,E-tongue) 試驗開始前對傳感器和參比電極進行活化,然后連接傳感器并對傳感器進行自檢。自檢通過后,將樣品和參比液加至電子舌專用杯刻度線,約35 mL,對樣品除甜味外的滋味進行測定,甜味用GL1 傳感器單獨測定,檢測溫度為室溫25 ℃。每個樣品測定4 個平行。檢測結(jié)果用Taste analysis application 軟件進行數(shù)據(jù)鏈接和修正(以參比液為對照),然后將電勢值轉(zhuǎn)化為味覺值。
1.3.3 描述性感官評價 選擇乳香味、乳脂味、清香味、蒸煮味、金屬味、牛膻味、稠厚度、青草味、甜味及咸味共10 個屬性對6 個牛奶樣品進行描述性感官評價,同時對樣品的整體喜好度進行打分,具體屬性描述及評分標準見表2[10]。
表2 定量描述性檢驗及整體喜好度評分標準Table 2 Standard of quantitative descriptive analysis and overall preference
試驗篩選20 名有豐富的乳制品評價經(jīng)驗的人員進行樣品的定量描述性感官評價,60 名消費者進行樣品的整體喜好度評價。將6 個牛奶樣品以3 位隨機數(shù)字編碼并隨機順序呈遞給評價人員進行評價,評價人員可用無鹽餅干和飲用水清除余味后進行下一個樣品的評價,定量描述性評價采用1~7 分制,1 分表示無此屬性,2~3 分表示此屬性較淡,4 分表示適中,5~6 分表示此屬性較強,7 分表示此屬性極強;整體喜好度評價也采用1~7分制,1 分表示非常不喜歡,2~3 分表示比較不喜歡,4 分表示喜好度一般,可以接受,5~6 分表示比較喜歡,7 分表示非常喜歡。
所有試驗均重復3 次,數(shù)據(jù)以平均值±標準差顯示。使用SPSS Statistics 22.0 進行單因素方差分析 (One-way ANOVA) 和聚類分析(Cluster analysis,CA);采用SIMCA 14.1 進行樣品的主成分分析 (Principle component analysis,PCA),并繪制載荷圖;采用Origin 2018 完成其余繪圖。
樣品中的定性定量結(jié)果如表3所示。在6 種牛奶樣品中共定性出22 種揮發(fā)性風味物質(zhì),其中酮類物質(zhì)種類最多(8 種),酸類和烴類次之(各5種),此外包括醇類物質(zhì)2 種、醛類物質(zhì)和含硫化合物各1 種。根據(jù)定量結(jié)果,針對每類風味物質(zhì)在國內(nèi)外常溫奶樣品中的質(zhì)量濃度對比分布如圖2所示。
酮類物質(zhì)是牛奶中的特征香氣組分,尤其是甲基酮類物質(zhì)[11],在適宜濃度條件下,一般具有清香和果香味[12],對牛奶的風味具有貢獻作用。牛奶中酮類物質(zhì)的產(chǎn)生主要由熱加工過程中的脂肪降解[13]和游離脂肪酸經(jīng)氧化為β-酮酸后脫羧反應[14]產(chǎn)生。由圖2和表3看出,酮類物質(zhì)中,2-庚酮、2-辛酮、2-十一酮和2-壬酮在6 種牛奶樣品中均有檢出,且2-庚酮、2-壬酮和2-十一酮在進口牛奶樣品中的質(zhì)量濃度顯著(P<0.05)高于國內(nèi)樣品。2-癸酮、2-十五酮和苯乙酮僅在國內(nèi)樣品中檢出,而在進口牛奶樣品中未檢出。2-癸酮和苯乙酮分別具有花香氣味和堅果香氣[15],苯乙酮由苯基丙氨酸的β-氧化形成酮酸后經(jīng)脫羧生成[16],同時有文獻報道,苯乙酮與奶酪的香氣強度呈正相關[17]。此外,2-十三酮具有木質(zhì)香氣[18],僅在4 個進口牛奶樣品中檢出,有研究證明2-十三酮對奶油和奶味香精的風味品質(zhì)具有貢獻作用[18-20],但在牛奶中少有檢出。
圖2 各風味組分在國內(nèi)外常溫奶樣品中的質(zhì)量濃度對比情況Fig.2 Comparison of the mass concentration of volatile compounds between UHT milk in China and abroad
法方性定A4,RI Std MS b 62.14±3.49 MS,RI Std a 1.39±0.03,RI Std MS b 43.24±0.86 MS,RI Std-,RI Std MS bc 15.27±0.57 MS,RI Std-,RI Std MS c 3.89±0.92 MS,RI Std-MS,RI Std b 51.72±3.88,RI Std MS b 22.82±1.66 MS,RI Std 21.87±1.30,RI Std MS 14.49±6.38 MS,RI Std-MS,RI Std bc 0.60±0.03,RI Std MS a 0.90±0.10 MS,RI Std a 10.80±0.81,RI Std MS a 16.82±2.78 MS,RI Std ab 7.80±0.70 MS,RI Std-,RI Std MS b 2.33±0.63,RI Std MS b 2.60±0.04,RI Std MS-果結(jié)量定性定質(zhì)物味風性發(fā)揮的品樣奶牛溫常外內(nèi)國3表Qualitative and quantitative results of volatile compounds among UHT milk from China and abroad Table 3 -1/μg·L 度濃量質(zhì)數(shù)指留保A3 A2 A1 C2 C1[24]值獻文值算計b 60.62±5.33 a 84.03±2.02 b 55.56±3.89 c 29.17±4.14 c 28.92±1.04 1 180 1 177 a 1.41±0.25 a 1.42±0.23 ab 1.21±0.26 b 0.79±0.07 ab 1.05±0.31 1 297 1 280 bc 40.10±0.28 a 60.59±2.53 c 36.40±4.53 d 12.01±0.94 d 12.09±0.44 1 387 1 385---0.17±0.07-1 489 1 489 b a 18.38±3.24 bc 36.64±14.63 14.64±0.94 c 4.06±0.33 c 4.26±0.09 1 599 1 597----0.28±0.04 1 627 1 643 bc 5.32±0.65 a 12.74±1.94 b 5.83±0.63--1 814 1 809----0.27±0.05 2 021 2 019 a c 99.24±3.28 39.41±12.67-d 9.09±1.14-943 949 a 64.06±2.58 d 9.70±3.77 e 4.18±0.44 c 15.35±0.31-1 000 998-----1 094 1 012 19.80±10.36----1 200 1 176-11.28±5.82---1 500 1 493 b 0.68±0.11 a 1.73±0.79 bc 0.63±0.08--1 454 1 455---b 0.29±0.12 c 0.15±0.05 1 628 1 628 a 10.56±1.94-a 11.05±1.21 b 3.1±0.42 b 2.31±0.16 1 849 1 844 ab 13.53±4.88 a 19.77±5.76 bc 8.27±0.97 c 4.74±1.74 c 2.54±0.59 2 050 2 059 a 11.56±3.66 a 11.53±3.39 ab 7.46±3.80 b 3.21±0.84 b 3.39±1.09 2 279 2 271---0.20±0.10-1 430 1 458 a 3.21±0.63-b 2.10±0.11 c 0.56±0.12 c 0.52±0.05 1 484 1 495 bc 2.14±0.40 bc 2.29±0.26 bc 1.89±0.16 c 1.53±0.40 a 3.76±1.06 1 508 1 511--0.43±0.20--1 912 1 922(P<0.05)。異差性著顯有具度濃量質(zhì)分組稱名質(zhì)物酮庚2-酮2-辛酮壬2-酮2-癸酮一十2-酮乙苯酮三十2-酮五2-十烷二十異烷癸烯α-蒎烷二十烷五十酸乙酸丁酸己酸辛酸癸-3-醇烯1-辛醇己基乙2-醛甲苯砜基甲二味風間品樣示表母號序類酮1 2 3 4 5 6 7 8類烴9 10 11 12 13類酸14 15 16 17 18類醇19 20類醛21物合化硫含22字寫小同:不注
脂肪酸類物質(zhì)主要由乳中甘油三酯經(jīng)脂解酶水解產(chǎn)生[21],酸類物質(zhì)的閾值相對較低,尤其是中短鏈脂肪酸[22],對乳制品的風味具有貢獻作用。此外,脂肪酸不僅本身是香氣活性物質(zhì),還是酮、醛、內(nèi)酯、酯類化合物的前體物質(zhì)[23],試驗中共檢測出5 種酸類物質(zhì),其中辛酸和癸酸通常具有腐敗味和刺激性氣味,在國內(nèi)外樣品中均有檢出,但在國外牛奶樣品的質(zhì)量濃度顯著(P<0.05)高于國內(nèi)樣品。在國內(nèi)樣品中未有乙酸檢出,丁酸在低濃度時有較濃郁的奶香味,在兩個國內(nèi)樣品和澳大利亞進口樣品(A4)中檢出。
烴類化合物是一類典型的揮發(fā)性化合物。烴類物質(zhì)的生成主要與飼料有關[25],它們也可通過脂肪自動氧化過程或類胡蘿卜素的分解形成,因其具有很高的感知閾值,對牛奶的風味影響較小[26]。烴類物質(zhì)中,僅異十二烷和癸烷在國內(nèi)牛奶中檢出,而α-蒎烯、十二烷和十五烷未檢出。異十二烷又名2,2,4,6,6-五甲基庚烷,在烴類物質(zhì)中濃度相對較高,曾多次在牛奶中檢出[26-28],然而其產(chǎn)生機制及香氣貢獻尚不清楚。醇類物質(zhì)來源于多種代謝途徑,是重要的揮發(fā)性化合物,在乳制品中具有果味、甜味和苦味等貢獻[26]。試驗中檢測出醇類物質(zhì)有2 種,包括1-辛烯-3-醇和2-乙基己醇,其中1-辛烯-3-醇具有典型的蘑菇香氣,超過適當?shù)臐舛人?,會導致樣品帶有金屬味[29]。2-乙基己醇是在牛奶中經(jīng)常被檢測的風味組分[26-28,30],然而其閾值相對較高且在樣品中濃度較低,對牛奶的風味貢獻較小。
苯甲醛具有典型的苦杏仁和焦糖香氣,對牛奶整體良好風味的形成有重要作用[31],在國內(nèi)牛奶樣品C1 中的質(zhì)量濃度顯著(P<0.05)高于其余樣品。含硫化合物對乳制品的風味影響較大,通常大多數(shù)含硫化合物與乳制品中的蒸煮味有關,也有含硫化合物對乳制品的風味具有貢獻作用,如甲硫醇(奶酪中的關鍵香氣物質(zhì)[32])。試驗中僅有二甲基砜一種含硫化合物在樣品A1 中檢出。
國內(nèi)外常溫牛奶的揮發(fā)性風味組分的質(zhì)量濃度差異具有一定的規(guī)律性,然而牛奶樣品整體的風味品質(zhì)與風味物質(zhì)間的協(xié)調(diào)作用有關。基于國內(nèi)外樣品中的風味物質(zhì)的定性定量結(jié)果,對樣品進行主成分分析 (Principle component analysis,PCA)和聚類分析(Cluster analysis,CA),如圖3所示。
從圖3中可看出,基于樣品中的揮發(fā)性風味物質(zhì)的定性定量結(jié)果,國內(nèi)外常溫牛奶樣品區(qū)分效果明顯,國內(nèi)兩個牛奶(C1、C2)區(qū)別于國外的牛奶樣品聚為一類,德國進口牛奶(A1)相較于新西蘭和澳大利亞進口牛奶在揮發(fā)性風味組分中更接近與國產(chǎn)牛奶。
圖3 基于風味物質(zhì)定性定量結(jié)果國內(nèi)外常溫奶樣品的主成分分析(a)和聚類分析(b)Fig.3 PCA (a) and CA (b) based on the qualitative and quantitative results of UHT milk from China and abroad
利用電子鼻和電子舌對國內(nèi)外常溫奶樣品的滋氣味進行智能感官分析。PEN3 電子鼻傳感器陣列包括10 個金屬氧化物傳感器,分別為W1S(對烴類物質(zhì)敏感)、W2S(對醇類物質(zhì)敏感)、W5S(對氮氧化合物敏感)、W6S(對氫氣敏感)、W1C(對芳香性化合物敏感)、W3C (對氨類和芳香化合物敏感)、W5C (對烯烴和芳香性化合物敏感)、W1W(對硫化氫敏感)、W2W (對芳香化合物和有機硫化物敏感)、W3S(對碳氫化合物敏感)[33]。利用電子鼻對國內(nèi)外牛奶的整體氣味進行智能感官分析,根據(jù)電子鼻各傳感器對樣品的響應情況如圖4所示。從圖中可以看出每個傳感器對6 個牛奶樣品的響應規(guī)律基本相同,傳感器響應值隨檢測時間的增加,呈先上升后下降最后趨于穩(wěn)定的趨勢。其中傳感器W5S、W2W 和W1W 的響應情況最強,分別是對氮氧化合物、芳香化合物和有機硫化物氣味化合物的檢測。樣品間每一傳感器的響應強度存在差異,選取趨于穩(wěn)定后的116~120 s 的響應數(shù)據(jù)進行后續(xù)分析。
圖4 電子鼻對國內(nèi)外常溫牛奶樣品的傳感響應情況Fig.4 Sensing response of E-nose to UHT milk from China and abroad
利用電子舌對國內(nèi)外常溫奶樣品進行整體滋味分析,將5 個傳感器的電勢值轉(zhuǎn)化為相應的9個味覺值,根據(jù)樣品的味覺值繪制的雷達圖如圖5所示。從圖5中可以看出國內(nèi)外常溫純牛奶的滋味差異,4 個進口牛奶樣品的滋味輪廓相似,而2 個國內(nèi)牛奶樣品的滋味輪廓極為相似,且國內(nèi)牛奶樣品的豐富度明顯優(yōu)于進口牛奶,咸味、澀味及澀味的回味相較于進口牛奶較弱,酸味和苦味的回味相對較強。
圖5 國內(nèi)外常溫奶的電子舌響應味覺輪廓圖Fig.5 Sensing response of E-tongue to UHT milk from China and abroad
基于電子鼻和電子舌對國內(nèi)外常溫奶樣品的智能感官分析結(jié)果,對樣品進行主成分分析(PCA)和聚類分析(CA),如圖6所示。根據(jù)智能感官分析結(jié)果的主成分分析,6 個常溫奶樣品得到較好的區(qū)分效果,國內(nèi)的2 個牛奶樣品的滋氣味最為接近,聚為一類,國外4 個樣品中滋氣味相似,樣品A3 和A4 最為接近,聚為一類,與風味組分的定性定量結(jié)果一致。
圖6 基于智能感官分析結(jié)果的國內(nèi)外常溫奶樣品主成分分析(a)和聚類分析(b)Fig.6 PCA (a) and CA (b) based on the the results of intelligent sensory analysis of UHT milk from China and abroad
試驗中選擇20 名具有豐富的乳制品評價經(jīng)驗的感官評價人員針對國內(nèi)外常溫奶樣品的乳香味、乳脂味等共10 個感官屬性進行評價,根據(jù)評價人員的打分結(jié)果繪制的風味輪廓圖如圖7所示。從圖7可以看出,國內(nèi)兩個牛奶樣品感官輪廓相似,乳香味和乳脂味明顯優(yōu)于進口牛奶樣品,且異味(牛膻味、金屬味和青草味)明顯弱于進口牛奶樣品,蒸煮味是表征UHT 奶受熱強度的特征風味[34],國產(chǎn)的兩個牛奶樣品的蒸煮味明顯弱于進口的牛奶樣品;進口牛奶樣品的感官輪廓也較為相似,德國和澳大利亞進口牛奶樣品(A1 和A4)的乳香味、乳脂味相對接近國內(nèi)牛奶樣品,而異味(牛膻味、金屬味和青草味)和蒸煮味較強。新西蘭進口牛奶(A2 和A3)的乳香味、乳脂味、清香味和甜味相對較弱,且異味較強。
圖7 國內(nèi)外常溫奶樣品的風味輪廓圖Fig.7 Flavor profile of UHT milk samples from China and abroad
選擇60 位消費者對6 種牛奶樣品的整體喜好度進行打分,結(jié)果如表4所示。兩個國內(nèi)樣品的整體喜好度評分最高,而新西蘭進口牛奶(A2 和A3)的整體喜好度相對較差。
表4 國內(nèi)外常溫奶的整體喜好度評價結(jié)果Table 4 Overall preference evaluation results of UHT milk from China and abroad
試驗通過對國內(nèi)外常溫牛奶的揮發(fā)性風味物質(zhì)進行定性定量發(fā)現(xiàn)進口牛奶中的酮類、酸類和含硫化合物的含量較高。此外,智能感官結(jié)果顯示國內(nèi)兩個牛奶樣品的傳感器響應情況相似,且進口牛奶樣品的響應情況相似,說明進口牛奶樣品間存在相似性且與國內(nèi)牛奶差異明顯。描述性感官評價說明國內(nèi)牛奶樣品的乳香味和乳脂味較濃且異味較弱,整體喜好度評分最好??傊?,從風味分析的角度,在國內(nèi)市場上買的進口牛奶品質(zhì)相對國產(chǎn)牛奶較弱,一方面因延長保質(zhì)期采取的過熱加工使牛奶中的異味增加,另一方面因長時間的存儲和運輸使口感變差。國產(chǎn)牛奶在保證新鮮的同時保留了牛奶香濃的口感,是真正適合國人的牛奶,應呼吁消費者建立對國民品牌的自信心。