富含魚油乳粉貯藏過程中糠醛類化合物及其揮發(fā)性成分變化研究

賈宏信

（乳業(yè)生物技術國家重點實驗室上海乳業(yè)生物工程技術研究中心光明乳業(yè)股份有限公司乳業(yè)研究院，上海 200436）

0 引 言

乳粉因富含脂肪、蛋白質和碳水化合物，在生產熱加工和貯藏過程中易發(fā)生美拉德反應和脂質氧化而影響其品質[1-2]。乳粉的美拉德反應會產生一些不利于人體健康的產物，如糠氨酸（furosine）、羥甲基糠醛（5-hydroxymeethyl-2-furfuraldehyde，HMF）、糠醛（2-furaldehyde，F(xiàn)），呋喃甲基酮（2-furylmethylketone）、甲基糠醛（5-methyl-2-furaldehyde）等[3-4]。同樣乳粉的脂質氧化也會產生一些不利于人體健康的氧化物，如小分子的醛、酮類物質等[5]。研究表明[1,6]，乳粉中美拉德反應和脂質氧化并不是相互獨立的品質劣變過程，而是在一定程度上具有相互促進的作用，如脂質氧化產生的過氧化產物能參與美拉德反應，而促進美拉德反應的進行。因此，乳粉中如果添加大量的易發(fā)生氧化的物質，可能也會影響乳粉的美拉德反應。魚油因富含多不飽和脂肪酸，穩(wěn)定性較差，在貯藏及加工過程中極易受光、氧、熱等外部條件的影響而發(fā)生氧化反應，進而影響魚油在乳粉中的應用[7]。

本文主要分析在加速試驗條件下，乳粉強化不同劑量的魚油微膠囊粉（添加量分別為：0、0.5、1.0 和1.5 g/100 g）后其糠醛類化合物及主要揮發(fā)性成分的變化，探究魚油強化對乳粉貯藏過程中美拉德反應和脂質氧化的影響，以期為乳粉強化高水平魚油提供依據。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

乳粉基粉（典型指標為：蛋白質17.5 g/100g，脂肪14.3 g/100g，碳水化合物55.0 g/100g），光明乳業(yè)研究院中試車間試制。富含魚油乳粉通過乳粉基粉干混工藝添加不同比例的魚油粉（魚油微膠囊粉EPA300，典型指標：EPA 25.5 g/100 g , DHA 5 g/100 g）實現(xiàn)。

草酸二水合物(純度99.5%～102.5%)、乙腈(色譜純)、甲醇(色譜純)，德國默克股份兩合公司；三氯乙酸(純度≥99.0%)，國藥集團化學試劑有限公司; 5-羥甲基糠醛 (純度98%)、2-糠醛 (純度99.5%)，德國Dr.Ehrenstorfer 公司。

TE612-L 型電子天平，德國sartorius 公司；P110恒濕恒溫培養(yǎng)箱；水浴鍋，德國Memmert 公司；1200高效液相色譜儀，美國安捷倫科技有限公司；Milli-Q超純水儀，默克化工技術(上海)有限公司；HeraclesⅡ快速氣相電子鼻，HS-10 型自動進樣器，并帶Arochembase 數(shù)據庫（Kovats 保留指數(shù)定性庫）及數(shù)據處理軟件（AlphaSoft V14.2），法國Alpha Mos 公司。

1.2 試驗設計

試驗依據魚油粉添加量分為4 組：對照組（MP，魚油粉添加量0 g/100 g）、低劑量組（LFMP，魚油粉添加量0.5 g/100 g）、中劑量組（MFMP，魚油粉添加量1.0 g/100 g）和高劑量組（HFMP，魚油粉添加量1.5 g/100 g）。鋁箔包裝的乳粉（50 g/袋）置于溫度37 ℃，相對濕度RH 75%的恒溫恒濕培養(yǎng)箱跟蹤貨架期。分別于第0、1、2 月和3 月取樣進行糠醛類化合物和揮發(fā)性有機物的檢測。

1.3 糠醛類化合物的測定

待檢樣品在每個取樣點（取樣時間間隔為30 d）取樣后，參考邢倩倩[8]的方法利用高效液相色譜法測定乳粉中糠醛類化合物含量。具體為：稱取乳粉13 g，加入100 mL 超純水，調制為乳粉沖調液，后續(xù)依據邢倩倩測定超高溫滅菌乳的方法測定糠醛類化合物的含量。

1.4 揮發(fā)性有機物的測定

待檢樣品在每個取樣點（取樣時間間隔為30 d）取樣后，參考賈宏信[9]的方法利用HeraclesⅡ快速氣相電子鼻分析乳粉中的揮發(fā)性有機物。

1.5 數(shù)據處理

糠醛類化合物測定結果參考邢倩倩[8]的處理方法。揮發(fā)性有機物利用Alpha Soft V14.2 軟件進行特征色譜峰的峰面積分析。

2 結果與分析

2.1 乳粉貯藏過程中糠醛類化合物的變化

由圖1 可知，乳粉貯藏過程中主要的糠醛類化合物羥甲基糠醛（HMF）和糠醛（F）都隨貯藏期的延長而升高，且魚油添加量的不同對乳粉中HMF 和F 的影響不同。3 種強化魚油的乳粉中，低劑量組乳粉中HMF 和F 的增高最明顯，至加速3 個月其HMF 和F的值高于高劑量組乳粉；4 組乳粉中，至加速3 個月，HMF 含量對照組乳粉最高，高劑量乳粉組最低，F(xiàn) 含量低劑量乳粉組最高，而對照組乳粉最低。結合圖1中HMF 和F 的結果可知，乳粉中強化中劑量的魚油（魚油粉添加量1.0 g/100 g），乳粉的糠醛類化合物含量最低，更利于產品的貨架期穩(wěn)定性。乳粉貯藏過程中主要的糠醛類化合物隨貯藏期的延長而升高的變化趨勢，與ALBALH S 等[10]對于嬰幼兒配方乳粉中HMF 和F 隨貯藏期的延長而升高的趨勢一致，說明對于乳粉而言，貯藏期越長HMF 和F 的含量越高。另外，CHAVEZ S J L 等[11]研究顯示，配方乳粉中添加DHA 不會對產品糠醛類化合物含量造成影響，也不會影響其貯藏期糠醛類化合物含量，這一結果與本研究的魚油添加會對乳粉中糠醛類化合物產生影響略有不同。究其原因，可能與配方的不同有關，也可能與配方中抗氧化劑的含量有關。

圖1 乳粉貯藏過程中羥甲基糠醛和糠醛的變化

研究顯示多不飽和脂肪酸油酸可降低美拉德反應中穩(wěn)定自由基和糖基化合物的含量[12]，維生素C 會增加羥自由基的形成等[13]，進而會對產品的美拉德反應和氧化反應產生影響。本實驗室前期已報道乳粉中添加魚油粉（0.5、1.0、1.5 g/100 g）會提高乳粉中抗氧化劑維生素C 的含量，且配方中高劑量的維生素C有利于降低配方的氧化作用，特別是對于中劑量組乳粉來說氧化程度在3 組強化魚油的配方中最低。這一結果與3 組強化魚油的配方中中劑量組乳粉中糠醛的含量最低，羥甲基糠醛的含量較低相一致，說明乳粉中發(fā)生的美拉德反應與氧化反應之間并非完全獨立的兩種品質劣變反應，而是存在相互影響。

2.2 乳粉貯藏過程中主要揮發(fā)性有機物的變化

通過HeraclesⅡ快速氣相色譜電子鼻對乳粉樣品進行VOCs 的分析，并篩選貯藏過程中峰面積較大（Range＞200），貯藏過程中峰面積發(fā)生明顯變化（增量＞100%）的色譜峰，通過將保留時間轉化為保留指數(shù)，在Arochembase 數(shù)據庫中進行定性分析。結果顯示，富含魚油的乳粉貯藏過程中揮發(fā)性成分丙酮、丁酮、戊醛和己醛的變化（峰面積）較為明顯，在所有配方中都表現(xiàn)為隨著貯藏期的延長而升高；通過圖2 也可知，魚油的添加影響了配方粉丙酮、丁酮、戊醛和己醛的起始值（0 月數(shù)據，添加魚油粉的配方丙酮、丁酮、戊醛和己醛的起始值高于對照組），特別是對于戊醛而言，對照組乳粉在0 個月未檢出，這說明魚油粉在加入乳粉前已具有丙酮、丁酮、戊醛和己醛。

圖2 乳粉貯藏過程中揮發(fā)性成分丙酮、丁酮、戊醛和己醛的變化

研究顯示，富含不飽和脂肪酸的乳粉貯藏過程中易發(fā)生氧化反應，產生小分子的醛、酮類物質，如己醛、戊醛和丙酮等揮發(fā)性有機物[9,14-15]。圖2 顯示，n-3多不飽和脂肪酸組成不同的乳粉中主要揮發(fā)性有機物為丙酮、丁酮、戊醛和己醛。這一結果與富含多不飽和脂肪酸的嬰幼兒配方乳粉中揮發(fā)性有機物的酮類物質主要為丙酮，醛類物質主要為戊醛和己醛[9]的結果一致。說明多不飽和脂肪酸可能會影響乳粉內揮發(fā)性有機物組成。VENKATE S G 等[16]研究顯示，牛乳中強化魚油，會使牛乳的揮發(fā)性有機物種類大大提高，如不含魚油的牛乳VOCs 有14 種檢出，而富含魚油的牛乳VOCs 有60 種檢出，且不含魚油的牛乳其主要的VOCs 為酮類物質（如丙酮、丁酮等），富含魚油的牛乳中VOCs 還會富含醛類化合物，包括丙醛、丁醛、戊醛、己醛等。這說明，牛乳中強化魚油對于牛乳VOCs 的影響更多的體現(xiàn)在醛類物質的變化上。

ROMEU N M 等[17]研究表明，配方中多不飽和脂肪酸以n-6 多不飽和脂肪酸為主時，乳粉貯藏過程中生成的醛類物質以戊醛和己醛為主，多不飽和脂肪酸以n-3 多不飽和脂肪酸為主，生成的醛類物質以丙醛為主。本研究中4 個配方（MP、LFMP、MFMP 和HFMP）中n-3 與n-6 多不飽和脂肪酸的比（w/w）分別為：9.0%、40.6%、64.3%和97.2%。4 個配方的醛類物質也以戊醛和己醛為主，且在n-6 多不飽和脂肪酸占比最高的MP 配方中，戊醛和己醛都隨著貯藏期的延長而增高。進一步說明n-6 多不飽和脂肪酸為主的配方粉，貯藏過程中生成的醛類物質以戊醛和己醛為主，且與ROMEU-NADAL 等研究一致。另外，在n-6多不飽和脂肪酸占比相對較低的LFMP、MFMP 和HFMP 中戊醛和己醛隨貯藏期的延長并未表現(xiàn)出一致的增高趨勢，這可能是因為魚油粉的添加使乳粉具有較高的戊醛和己醛起始值（0 月數(shù)據）及貯藏溫度（37 ℃）較高，易使乳粉更早的達到氧化二次產物生成期并使二次產物發(fā)生降解導致的。如CHAAVEZSERVIN 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，乳粉在25 ℃和40 ℃下貯藏18 個月，乳粉中戊醛和己醛在25 ℃下18 個月呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢，而在40 ℃下呈現(xiàn)先升高、再降低、再升高的走勢。綜合以上乳粉中揮發(fā)性有機物隨貯藏期的變化可知，乳粉如添加魚油建議選擇含揮發(fā)性有機物低的魚油來添加，以降低乳粉在貯藏過程中揮發(fā)性有機物的含量。同時對于該研究，表明中劑量魚油粉（魚油粉添加量1.0 g/100 g）更有利于乳粉的貨架穩(wěn)定性。

3 結 論

添加魚油粉會影響乳粉貯藏過程中糠醛類化合物及揮發(fā)性有機物的變化，且這種變化與魚油的添加劑量有關。乳粉（魚油粉添加量分別為，0、0.5、1.0 和1.5 g/100 g）貯藏過程中，其貨架穩(wěn)定性會受到魚油添加量的影響，魚油粉添加量1.0 g/100 g 的乳粉其糠醛類化合物在貯藏過程中更穩(wěn)定；魚油粉添加量越高其丙酮、丁酮的含量隨貯藏期延長而越高；魚油的強化提高了n-3 與n-6 多不飽和脂肪酸的百分比值，改變了乳粉貯藏過程中戊醛和己醛的含量變化趨勢。總之，通過研究魚油不同添加量對于乳粉貯藏過程中糠醛類化合物及揮發(fā)性有機物的變化，明確了添加中劑量魚油粉（魚油粉添加量1.0 g/100 g）乳粉的穩(wěn)定性最好。這為魚油粉在乳粉中的應用及添加提供了一定的參考。