基于HS-SPME-GC-MS分析茶葉 提取物對奶酪揮發性風味的影響

徐振麗,鄭曉吉,陳計巒,王 斌,鄭曉春,李晗暢,史學偉

(石河子大學食品學院,新疆石河子 832000)

茶葉起源于中國,是我國重要的農產品,具有種類繁多、茶香濃郁等特點,在我國有著悠久的飲用歷史[1]。茶葉中含有多種功能性成分,如茶多酚、氨基酸、茶多糖、生物堿和維生素等,具有抑菌、抗氧化、防癌及降血糖、降血壓等藥理作用[2]。奶酪又被稱為“乳黃金”,是一種具有極高營養價值的發酵乳制品,不僅富含蛋白質、脂肪,還含有豐富的礦物質和微量元素[3]。食物的揮發性風味組分是評價其品質的重要指標,同時也是影響消費者選擇和購買的重要因素之一[4]。隨著我國經濟水平的逐漸提高,消費者的健康意識逐漸提升,乳制品的消費也逐漸向多元化發展,營養價值極高的奶酪開始走向大眾視野,但奶酪獨特的風味并不能被消費者廣泛接受,因此研制出風味良好的奶酪對于奶酪的工業化發展具有重要意義。

目前國內外對于奶酪風味的研究相對較少,且主要集中于已有奶酪的揮發性風味研究。馬艷麗等[5]利用固相微萃取-氣相色譜-質譜分析方法,檢測并比較4種傳統中式酸凝奶酪(奶疙瘩、奶豆腐、乳扇、乳餅)與西方切達奶酪中揮發性風味組分的差別。鄭曉吉等[6]采用頂空固相微萃取結合氣質聯用技術(SPME/GC-MS),對采集自新疆哈薩克族不同居住地區20種奶酪樣品中揮發性風味組分進行了研究。Francisco等[7]運用SPME-GC-MS分析了山羊奶酪四個成熟階段(1、30、60和90 d)的揮發性化合物。但目前茶葉提取物對奶酪揮發性風味影響的相關文獻鮮有報道。Ozturkoglu-Budak等[8]對3個不同奶牛場生產的土耳其洞穴奶酪在生產和成熟過程中揮發性化合物進行了測定,檢出110種化合物,包括酸、醇、酮、酯和萜烯。

茶葉中含有多種呈味物質,香氣醇厚,將中國傳統的茶葉提取物加至奶酪中將會對奶酪揮發性風味物質產生重要的影響。但我國現有研究主要集中于茶奶酪制作工藝及抗氧化研究,而茶奶酪風味研究鮮有報道。因此,本文基于前期研究工作,探討茶葉提取物對奶酪揮發性風味的影響,以期為我國奶酪產業多元化發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛奶 新疆石河子花園乳液有限公司;特制茯磚茶 湖南益陽茶廠有限公司;綠茶(碧螺春) 信陽天潭茶葉有限公司;奶酪發酵劑(保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌) 北京川秀科技有限公司;精制食鹽 中國鹽業集團有限公司;凝乳酶(小牛皺胃酶,酶活≥100000 U/g);2-辛醇、正構烷烴(C6-C30) 色譜純,美國Sigma-Aldrich公司。

SPX-50電熱恒溫培養箱 上海力辰儀器科技有限公司;B250水浴鍋 上海予卓儀器有限公司;AUY120分析天平 日本島津有限公司;SCION SQ 456-GC氣相色譜質譜聯用儀 美國BRUKER公司;75 μm Car/PDMS fibres 美國SUPELCO公司、DB-WAX 毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm) 美國安捷倫有限公司、JP-1000B-2高速多功能粉碎機 永康市久品工貿有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 奶酪樣品的準備 參考切達奶酪制作工藝[9],采用前期優化好的茶奶酪生產工藝,制作3種奶酪(原奶酪、綠茶奶酪、茯苓茶奶酪)。茶葉添加量1%、發酵劑添加量0.3%、發酵溫度40 ℃、發酵時間7 h和凝乳酶添加量2 mg/L。綠茶或茯磚茶經粉粹后過10目篩,置于牛奶中于80 ℃水浴浸泡20 min,6層紗布過濾,濾液與牛奶混合經巴氏殺菌(63 ℃,30 min),然后冷卻至37 ℃,添加發酵劑發酵,添加凝乳酶于38 ℃凝乳1 h,切割成0.5 cm方凝塊,于室溫下靜置10 min,同方向攪拌10 min,利用模具排乳清并壓榨成型,得到新鮮茶奶酪,涂抹2%食鹽,真空包裝并于濕度85%,溫度12 ℃條件下成熟30 d,-4 ℃保存。從奶酪的橫截面收集1 cm厚片狀奶酪作為樣品,用于奶酪的風味物質分析,實驗重復三次。

1.2.2 HS-SPME提取方法 參考Francisco等[10]和Li等[11]的方法,取8 g奶酪樣品置于20 mL頂空瓶中,加入10 μL 100 μg/mL的2-辛醇作內標,將老化后的75 μm CAR/PDMS萃取頭插入樣品瓶頂空部分,于60 ℃吸附30 min,吸附后的萃取頭取出后插入氣相色譜進樣口,于250 ℃解吸3 min,啟動儀器采集數據。

1.2.3 GC-MS檢測條件 采用DB-WAX 色譜柱(規格30 m×0.25 mm×0.25 μm),升溫程序參考Urgeghe等[12]的方法:初始柱溫40 ℃,保持3 min,以5 ℃/min 升到90 ℃保持1 min,再以3 ℃/min升高到150 ℃,最后以10 ℃/min 升到230 ℃,保持10 min。進樣口溫度250 ℃,載氣為氦氣(He),流速為0.8 mL/min。電離子源(electron ionization,EI),電子能量70 eV,離子源溫度為200 ℃,質譜接口溫度250 ℃,檢測器溫度為280 ℃,掃描范圍為20～350 amu,每個樣品平行3次。

1.2.4 揮發性化合物定性和定量分析 奶酪樣品中揮發性化合物定性:實驗數據經檢索并與數據庫NIST和WILEY中的圖譜進行比對分析;與標準品的保留指數值進行分析比對;此外與已報到的參考文獻中該化合物的RI共同確定。在同樣色譜條件下,以C6～C23的正構烷烴為標準,GC-MS分析并根據公式(1)計算待測化合物x的保留指數。按式(1)計算保留指數(RI):

式(1)

式中：tRx-待測化合物的調整保留時間,min;tRn-碳原子數為n的正構烷烴調整保留時間,min;tRn+1-碳原子數為n+1的正構烷烴調整保留時間,min;n-碳原子數。

本試驗采用內標法對奶酪中揮發性化合物進行定量,待測揮發性化合物的濃度按公式(2)進行計算。

式(2)

式中：Cx-待測揮發性化合物的濃度,μg/g;Ax-待測揮發性化合物的峰面積;A內標-內標物的峰面積;C內標-內標物的濃度,μg/g。

1.2.5 感官評定 3種奶酪樣品的感官評價小組由身體健康、無不良嗜好、表達能力良好的5名男性和5名女性評價人員組成。評價人員使用的感官評價表參考O’Callaghan等[13]研究附表S1中奶油味、果香味、堅果味等詞匯進行感官描述。采用十點感官評定法:0～10表示香氣強度逐漸增強,其中0表示香氣未被察覺,10分表示氣味清晰,香氣強度最強。所有奶酪樣品均隨機擺放,每個樣品重復三次。

1.3 數據處理

采用SPSS 17.0軟件進行方差分析(ANOVA)和主成分分析,Origin 2017軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 茶葉提取對奶酪揮發性風味成分的影響

采用頂空固相微萃取法結合氣相色譜質譜聯用技術(HS-SPME-GC-MS)對原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪揮發性風味物質進行提取測定,如表1所示,共檢出56種揮發性風味物質,其中原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪分別檢出37種、36種和39種揮發性風味物質。由圖1可知,與原奶酪相比,茶奶酪酸類、酯類揮發性風味物質的含量更高,因此茶葉提取物對奶酪揮發性風味物質的影響較為明顯。但綠茶與茯磚茶奶酪的主要揮發性風味物質不同,綠茶提取物增加了奶酪中的酸類化合物,而茯磚茶提取物增加了奶酪中的酯類物質。

圖1 原奶酪、綠茶奶酪、茯磚茶奶酪中 各揮發性組分相對含量Fig.1 Relative contents of each volatile compounds in cheese,green tea cheese and brick tea cheese

表1 原奶酪、綠茶奶酪、茯磚茶奶酪揮發性化合物相對含量分析Table 1 Relative contents of volatile compounds in cheese,green tea cheese and brick tea

續表

注:同行不同小寫字母代表差異顯著(P<0.05)。

2.1.1 酸類化合物 酸類化合物不僅是奶酪中香氣成分,還是甲基酮、內酯和醛類等風味物質的前體,對于奶酪風味的形成有著重要影響[14]。表1中酸類化合物在原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪的總含量分別為9.43、12.41和12.90 μg/g,綠茶奶酪中的酸類化合物含量顯著高于原奶酪(P<0.05)。相關研究表明,綠茶對發酵乳制品中有機酸類物質有積極的影響[15]。如表1所示,茶葉提取物可以顯著增加奶酪中丁酸、辛酸和9-癸烯酸的含量(P<0.05)。丁酸有難聞的氣味,是Parmigiano-Reggiano干酪的特征風味物質[16],辛酸有汗臭味,是意大利PDO綿羊奶酪短鏈線性脂肪酸中最具代表性的羧酸化合物[12],這兩種酸類化合物具有較高的香氣活力值,對奶酪整體奶香風味的形成具有積極的促進作用[17]。茯磚茶提取物可以增加奶酪中的癸酸含量,綠茶提取物顯著增加奶酪中己酸含量(P<0.05),己酸和癸酸是牛乳在脂酶的作用下,催化乳脂肪降解為低級脂肪酸或水解產生的,是奶酪風味的重要影響因素[14,18]。

2.1.2 酯類化合物 如表1所示,原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪分別有3種、4種和12種酯類,茯磚茶奶酪中的酯類物質的種類大于綠茶奶酪和原奶酪,并且其含量高達53.16 μg/g,是茯磚茶奶酪主要的揮發性風味成分。綠茶提取物有助于增加奶酪中乙酸香葉酯、乙酸乙酯的含量,其中乙酸乙酯是艾達姆干酪中含量豐富的酯類物質,可以賦予奶酪香蕉、蘋果以及微弱的玫瑰香[19]。乙酸香葉酯是茶葉的特征風味物質,是綠茶奶酪中特有的酯類物質,但由于其香氣閾值值較高,對奶酪清甜檸檬果香及甜潤的花香氣味影響不大[1]。茯磚茶提取物可以顯著增加奶酪中2-羥基丙酸乙酯、丁酸乙酯、巴豆酸戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、辛酸丁酯、癸酸乙酯、9-癸烯酸乙酯、十二烷酸乙酯和十四烷酸乙酯的含量(P<0.05),且多為乙酯類,尤其是C2～C10的乙酯類物質具有較低的香閾值,對奶酪整體風味的平衡起促進作用,使奶酪具有果香風味[20]。

2.1.3 醇類化合物 三種奶酪共檢測出14種醇類化合物,添加綠茶和茯磚茶提取物的奶酪醇類化合物的含量顯著下降(P<0.05),由33.59 μg/g分別下降至13.58和14.55 μg/g。在茯磚茶奶酪中,醇類化合物下降的主要原因是茯磚茶提取促進了醇類和酸類的酯化反應[21]。在綠茶奶酪中,醇類物質下降可能是由于綠茶提取物促進了乙醇脫氫酶的作用下,將醇類化合物還原成相應的醛或酮類物質。綠茶提取物提高了奶酪中芳樟醇的含量,芳樟醇可以賦予奶酪濃青帶甜的木青香氣。茯磚茶提取物可以顯著(P<0.05)增加奶酪中2-壬醇和苯乙醇的含量,其分別具有果香和玫瑰香味[22]。

2.1.4 醛類和酮類化合物 原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪共檢測出6種醛類化合物和7中酮類化合物。如圖2所示,添加茶葉提取物后,奶酪中醛類和酮類化合物均明顯下降。其中苯甲醛的含量大幅下降,但由于苯甲醛的香氣閾值高于其他醛類物質100多倍,并且醛類化合物化學性質相對活潑,是不穩定的中間產物,易被還原成相應的醇和酸[23]。因此,醛類化合物對于奶酪整體風味的貢獻不大。

圖2 原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪主成分分析圖Fig.2 Principal component analysis(PCA)of volatile flavor compounds in cheese,green tea cheese and brick tea cheese注:圖2中各揮發性化合物序號與表1同。

原奶酪中的酮類化合物含量較高,酮類化合物香氣感受閾值低,對奶酪整體風味貢獻較大[17]。2-庚酮、3-辛酮和2-壬酮是原奶酪中主要的酮類化合物,甲基酮類物質是藍紋干酪奶油風味的主要貢獻者[24],其中2-庚酮是Emmental和天然和奶油Gorgonzola的重要風味化合物,2-壬酮是天然Gorgonzola和成熟的Ragusano奶酪中另一種主要的甲基酮。

2.1.5 萜烯和內酯類化合物 原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪檢出4種萜烯類化合物和6種醛類化合物。綠茶提取物可以顯著增加奶酪中萜烯類化合物的總含量(P<0.05),尤其是苯并環丁烯,苯并環丁烯是綠茶奶酪中特有的萜烯類化合物,但由于萜烯類化合物具有高芳香閾值,對奶酪整體風味的貢獻率較小[25]。三種奶酪樣品中共檢測出3種內酯類化合物,含量普遍偏低。添加茶葉提取物對奶酪中內酯類化合物的影響較小,內酯類風味物質具有強烈的奶油香特征,并且其風味閾值較低,對奶酪奶油風味的形成有重要作用[26]。

2.1.6 主成分分析(PCA) 對原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪的風味物質進行主成分分析,結果如圖2所示,主成分1和主成分2的累積方差貢獻率為76%和24%。原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪的揮發性風味物質具有明顯差異,在主成分分析中可以得到明顯區分,表明茶葉提取物對奶酪揮發性風味物質產生重要影響。己酸、4-苯基-環內酯和芳樟醇是綠茶奶酪區別于其它奶酪的特征風味物質,癸酸乙酯、十二烷酸乙酯、辛酸乙酯和9-癸烯酸乙酯是茯磚茶奶酪區別于其它奶酪的特征風味物質。

2.2 茶奶酪感官評定

10名感官評定人員對3種奶酪的10個指標[13,27-28](甜味、苦味、青草味、奶油味、酸味、果香味、氧化味、腐臭味、堅果味和黃油味)進行感官評價,評價結果見圖3。原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪的感官具有明顯差異,主要表現在苦味、青草味、果香味和氧化味,添加茶葉提取物的奶酪青草味明顯,同時苦味有些許提升,茯磚茶奶酪的果香味較其他兩種奶酪有明顯提升,可能是由于茯磚茶奶酪中的乙酯類化合物的種類和含量較多,對奶酪整體果香風味有重要影響。添加茶葉提取物的奶酪氧化味降低,可能是由于茶葉提取物中含有茶多酚等天然抗氧化成分,使得茶奶酪中氧化味降低[29]。

圖3 原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪感官評定Fig.3 Sensory evaluation of cheese, green tea cheese and brick tea cheese

3 結論

以原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪為研究對象,通過HS-SPME-GC-MS分析技術探究茶葉提取物對奶酪風味成分的影響,結果顯示原奶酪、綠茶奶酪和茯磚茶奶酪中分別含有37種、36種、39種揮發性風味物質。2-壬酮、苯甲醛、苯甲醇和3-辛酮為原奶酪的特征揮發性風味物質。己酸、4-苯基-1-環己烯和芳樟醇為綠茶奶酪的特征風味物質,綠茶提取物可以顯著(P<0.05)增加奶酪中萜烯類化合物的含量,尤其是苯并環丁烯,苯并環丁烯是綠茶奶酪中特有的萜烯類化合物。茯磚茶提取物可以顯著(P<0.05)增加奶酪中乙酯類化合物含量,尤其是癸酸乙酯、十二烷酸乙酯、辛酸乙酯和9-癸烯酸乙酯為茯磚茶奶酪特征風味物質。三種奶酪感官評定分析顯示,綠茶與茯磚茶奶酪具有較高的感官評分。可以得出,茶葉提取物可有效改善奶酪風味,對奶酪品質具有積極地促進作用。