奶香型香味料的制備及分析技術研究進展

艾娜絲，王 靜 ，張曉梅，鄭福平，孫寶國

(1．天津科技大學食品工程與生物技術學院天津300457;2．北京工商大學食品學院，食品風味化學北京市重點實驗室，食品添加劑與配料北京高校工程研究中心北京100048)

風味是影響乳及乳制品質量的重要因素之一［1-2］，隨著人們生活水平的提高及健康意識的增強，牛乳這種天然的，營養最接近完善的營養佳品已成為普通家庭餐桌上常見的食品，從而使得人們對乳及乳制品的口感和風味的要求也越來越高，然而，牛乳當中的一些原有的香味物質會受到加工［3］、貯存［4］、光照［5］、氧化［6］、水解及內源酶等影響而遭到破壞或產生不良的甚至有毒害的風味物質［7］，由于奶香味風味化合物在樣品中的存在濃度較低，且將其從樣品基質中分離較為困難，因而準確分離和分析乳中的風味化合物一直以來是食品風味化學領域需要解決的問題之一。本文旨在通過介紹奶香型香味料的來源、制備及分析技術，并對其未來發展趨勢予以展望，以期為奶香型香味料的研究提供參考。

1 乳及乳制品風味物質的主要來源

1.1 乳脂肪

乳脂肪是乳及乳制品風味的重要來源物質之一，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］，這些物質通過脂肪酶、自身氧化或水解作用產生游離脂肪酸，在加熱過程中這些游離態的脂肪酸進行一系列的自動氧化、分解、脫水、脫酸等反應形成2-戊酮，2-庚酮等化合物［9］，這些物質具有較高的香氣強度，是構成乳香的主要成分。

此外乳脂肪中飽和脂肪酸存在一些γ-和δ-羥基酸，這些羥基酸易被轉化成γ-和δ-內酯，且飽和脂肪酸經β-氧化生成β-酮酸后，會發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水合作用生成羥基酸，羥基酸經過β-氧化生成γ-和δ-內酯［10］，內酯類化合物在香氣上與相應的酯類有一定的相似之處，是一類重要的奶香味香料化合物［11-12］，雖然含量不高但對乳中奶香的形成貢獻卻很大［13］。

1.2 乳蛋白及乳糖

乳蛋白經過美拉德、酶促降解反應和微生物等作用所產生的化合物是牛乳的重要風味物質。半胱氨酸和甲硫氨酸通過美拉德反應形成硫化物，如硫化氫、甲硫醇及二甲基二硫化物等［14-15］。蛋白質或氨基酸可轉化為苯乙醛、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，失去一分子CO2而降解成為少一個碳原子的醛類和氨基酮，生成的這些不同碳原子數的特殊醛類稱之為Strecker醛類，Strecker醛類物質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生的美拉德反應是導致牛乳關鍵風味物質產生的一個重要反應，在該反應的初始階段，乳糖和賴氨酸生成希夫堿，希夫堿環化生成 N-取代的葡萄糖胺，隨后通過Amadori重排轉變為1-脫氧-1-氨基乳糖賴氨酸;而在高級階段Amadori化合物進一步生成糖脫水和降解產物，如糖醛、呋喃衍生物等物質。

2 奶香型香味料的制備及分析技術

目前，奶香型香味料的制備技術大致可分為以下三種:化學法合成單體香味料;酶法水解奶油或稀奶油;微生物發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味存在一定的差異，因此，要根據所要制備的目標物的相關特性及現有的分析技術和生產條件來確定采用何種制備技術，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及其相關的優缺點。

2.1 奶香型香味料的制備技術

2．1．1 化學合成法 目前大多數的奶香型香味料是通過化學合成的方法制得的。如乙偶姻的合成，乙偶姻又稱3-羥基-2-丁酮，也稱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、堅果等食品的香味增強劑;還可以改變啤酒的風味，確定奶酪發酵過程中的香味等。我國學者利用NaHSe還原法來制備乙偶姻［17］，產品得率為57%。1998年 Studer等應用經過 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。歐陽天慧等人采用三價鐵鹽或二價銅鹽為氧化劑，以乙偶姻為原料來制備雙乙酰［19］，2011年王江梅等采用KI氧化劑，以乙偶姻為原料來制備丁二酮，氧化劑KI用雙氧水進行再生，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于“回歸自然”、“綠色安全”的消費需求增加，酶法制備奶香型香味料越來越受到人們的關注，酶法制備奶香型香味料技術主要是通過脂肪酶作用于乳脂肪，催化其水解并增強奶香香味料香氣的一種方法，因其具備反應條件溫和，基本沒有副產物的污染等優點，使得酶法制備奶香型香味料的技術已被廣泛應用與研究［21］。

在上世紀70年代國外就已經有利用酶解乳脂制備奶香型香味料的研究報道［22］。國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年日本長谷川公司利用青霉屬的脂肪酶酶解奶酪生產出穩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合酶劑處理蛋白、脂肪和酸的混合物，獲得了高強度的，且能被用于奶酪生產的奶酪香料前體物質［25］。在國內，于鐵妹等人用5種脂肪酶對乳脂進行水解，選出了酶解產物氣味較優的酶［26］，汪建明等人用脂肪酶和蛋白酶共同作用于牛奶，對酶解條件進行了篩選［27］，李寧等采用來源于假絲酵母的脂肪水解酶酶解乳脂，以酶解乳脂產物的酸值作為評價指標，分別對酶解時間(1～10h)、酶解溫度(30～50℃)、酶的用量(500～1500U/g)進行實驗，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明出一種不需要添加任何乳化劑，通過生物轉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雜的基質，且準確反映其中的香味物質的方法并不統一。目前已報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］，同時蒸餾萃取法 (Simultaneous Distillation Extraction，SDE)［32］，溶劑輔助香味物質蒸發 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合GC-MS、GC-O和AEDA等方法對不同貯藏時間的脫脂乳粉的風味物質進行分析檢測，實驗結果顯示，醛類、酮類及游離脂肪酸類物質是脫脂乳貯藏過程中產生的主要的揮發性風味物質［38］。2001 年 Karagül-Yüceer等采用高真空蒸餾技術分離乳制品中揮發性風味物質與非揮發性風味物質［39］，而其后期的一些研究成果是將直接溶劑萃取技術與此萃取法結合使用，分析乳制品中的揮發性風味成分［40］，在一定程度上避免了直接溶劑萃取技術的溶劑使用量大，萃取不完全等缺點。Shiratsuchi等人采用同時蒸餾萃取法萃取脫脂乳粉的揮發性風味物質，結果表明，游離脂肪酸和內酯類化合物是脫脂乳粉的主要風味貢獻物質，而醛類、芳香烴類及雜環化合物間接影響脫脂乳粉的風味［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性風味物質［42］。雖然此方法對沸點較高的組分萃取率較高，但由于樣品用量大，提取致香成分會因長時間的相對高溫作用而產生新的風味化合物，從而影響分析結果的準確性。溶劑輔助風味物質蒸發法可以避免同時蒸餾萃取法的相對高溫作用而產生的新的風味化合物，但此方法裝置復雜，不易清洗，而且對于含水量較高的物料(例如牛奶樣品)，萃取過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，須經除水、濃縮才能得到濃度較高的待測揮發性組分，這些操作處理過程耗時，容易導致揮發性組分損失。然而也有研究成果顯示溶劑輔助風味物質蒸發法可以萃取含水食品中的風味物質［43］。超臨界二氧化碳流體萃取技術在香味料的提取方面具有一定的優勢，但由于二氧化碳是一種廣譜的萃取劑，萃取物組成復雜，無法得到純組分，還需進一步提純精制，處理過程復雜，揮發性組分損失較大。2000年Kataoka等人介紹了SPME萃取技術在食品分析中的應用［44］。此外，Burbank和Qian采用頂空固相微萃取結合氣相色譜脈沖式火焰光度檢測器(gas chromatographypulsed flame photometric detection，GC-PFPD)技術檢測切達干酪中的含硫揮發性化合物，表明SPME-GC-PFPD在針對含硫揮發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間短，操作簡單快速，樣品用量小，富集效率高、無需萃取劑等優點［46-48］，但該方法重復性差，且對于分子量較高的揮發性物質萃取效果并不理想，在吸附風味成分時存在選擇性，不利于全成分分析。

2．1．3 微生物發酵法 微生物發酵法生產奶香型香味料是指采用一些微生物，以乳或乳制品為底物，發酵生產奶香型香味料的方法。由于微生物細胞內含有的酶系種類繁多，發酵產生的奶味香氣多樣化，包含有機酸、醇類、羰基類、各種酯類、內酯類、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，是純人工調配技術難以達到的。2000年Kar等以乳品加工副產物乳清為底物，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的混合菌發酵制備雙乙酰奶味香料。結果表明，添加 0．03%H2O2和 0．004% 過氧化氫酶，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酵牛奶制備雙乙酰奶香型香味料。實驗證明，向發酵液中添加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生［50］。

在乳品發酵產香實驗中，當體系中缺乏乳糖或是乳糖分解耗盡時，乳酸菌利用乳酸鹽產生乙酸鹽、乙醇和二氧化碳，這些中間體物質參與蛋白、脂肪、核酸等物質的代謝，生成酮類、醛類、脂肪酸、含硫化合物、內酯等代謝產物，大大提高了發酵液的香氣強度［51-53］。

2.2 奶香型香味料的分析技術

2．2．1 氣相色譜質譜聯用技術(Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS) 自1950年開始，氣相色譜技術就被開始用于風味物質的分析，后來得到進一步的改進［54］，氣相色譜技術以氣體為流動相，加以高靈敏度的檢測器，依據待測物中各組分在色譜柱中的氣相和固定相間的分配系數不同，當氣化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行，在兩相之間進行多次反復的分配，經過一定的柱長后便被分離，隨后經檢測器檢測產生信號并在記錄儀上出現各組分的色譜峰。目前風味物質的定性定量分析通常用氣相色譜質譜聯用儀技術實現，由氣相色譜進行分離，再經質譜對分離未知物進行定性。質譜儀種類很多，不同類型的質譜儀的主要區別在于離子源。質譜儀的分辨率也非常重要，對于定性是至關重要的。目前大部分的分析工作用的都是一維色譜，一維色譜主要用來分析簡單的化合物，而對于基質組分復雜的化合物通常用二維色譜進行定性。因此，在進行質譜分析前，要根據樣品性質和分析要求選擇合適的質譜儀。

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

2．2．3 電子鼻分析技術 由于氣味的成因和構造非常復雜，而且人的嗅覺靈敏度宜容易受外界環境因素的干擾而改變，從而影響到嗅聞人員對待測組分的香型和強度的準確描述，而且在這種感官評定方法主觀性太強，造成各組表述結果不穩定，因此為了彌補感官評價方法的缺憾，電子鼻技術逐步發展起來。電子鼻技術是利用氣體傳感器陣列的響應圖案來識別氣味的電子系統，它可以在很長一段時間內連續地、實時地檢測特定樣品的氣味狀況，因此在生產實踐中得到了廣泛的應用，如Charon等人利用電子鼻成功區分不同加熱處理的壓塊奶粉的揮發性組分變化［57］。2005年Labreche等人使用具有18個金屬傳感陣列的電子鼻對牛奶的貨架期進行預測，并檢測牛奶不同儲藏時間內其微生物的生長變化［58］。

3 展望

乳的獨特風味與其風味物質密切相關，乳與乳制品是否能在市場上獲得消費者的青睞，關鍵在于其是否具有獨特的風味。人們對乳制品的喜好程度受到其口感、風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的含量有重要關系，因此，脂類物質成為決定乳制品口感風味的一個重要因素。但隨著人們關注健康，注重合理膳食意識的提高，牛乳，尤其是全脂乳逐漸被老人、過度肥胖、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，不夠香濃等缺點使得脫脂乳在消費市場上并沒有獲得消費者的廣泛認可，就如本文綜述介紹的，很多學者對于奶香型香味料的制備主要集中在化學合成、酶解及微生物發酵等技術方法，然而化學合成由于合成出的奶香型香味料呈香單一，后續還要經過調香才能使其達到和諧圓潤的香味;酶解之后的香味基料呈不適口的酸味;微生物發酵法得到的奶香型香味料還要經過進一步分離、純化技術才能應用，步驟繁瑣，成本較高，不易快速工業化生產。因此，在保證營養和安全的前提下，如何解決脫脂乳的這種感官上的缺憾，成為當今奶香型香味料加工制造行業研究的熱點。

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