發酵和后熟對牦牛奶營養及風味物質的影響

李升升，張 燕，趙立柱

（1.青海大學畜牧獸醫科學院，青海西寧 810016；2.青海省高原放牧家畜動物營養與飼料科學重點實驗室，青海西寧 810016）

牦牛是主要分布于我國青藏高原及其沿線的物種。據報道，2019年，中國牦牛的存欄量約為1600萬頭，占全世界總量的95%[1]。2019年全國的牦牛奶產量為84.5萬噸，商品化的牦牛奶產量僅為11.84萬噸[2]。因此，加強牦牛奶制品的研發，提升牦牛奶制品的品質和經濟附加值勢在必行。

當前，牦牛酸奶是牦牛奶的主要加工產品形式之一，深受青藏高原農牧民及旅游者的喜愛[2]。對于牦牛酸奶的研究主要集中在菌種篩選[3?4]、發酵工藝優化[5?8]、保健功能分析和營養評價等方面[9?13]。在發酵工藝中“發酵”和“后熟”步驟是影響牦牛酸奶品質的主要工序[6]。李升升等[6]通過標準化法評估表明牦牛奶在90 ℃殺菌10 min、添加0.15%的混合乳酸菌發酵劑、在（43±1）℃發酵，4 ℃后熟24 h，制得的牦牛酸奶品質較好。陳一萌等[14]研究了不同穩定劑對凝固型牦牛酸奶后熟過程中品質和風味的變化，表明復合穩定劑有利于牦牛酸奶品質形成和風味保持。大量的研究為牦牛酸奶的加工提供了技術支持。和占星等[15]報道了牦牛奶的營養成分優于黃牛和犏牛奶，余群力等[16]指出牦牛奶的揮發性物質是牦牛奶區別于其他奶的重要成分。可見，營養品質是評價食品品質優劣的主要指標[17?19]，揮發性物質是影響產品感官品質的主要指標[20]。然而，牦牛奶在發酵和后熟過程中的營養成分和風味物質是如何變化的，變化后是否更有利于牦牛奶營養價值的提高和風味物質的形成等問題，鮮見報道。

因此，本文研究了發酵和后熟工序對牦牛奶蛋白質、粗脂肪、乳糖、水分、氨基酸、脂肪酸等營養品質和風味物質的影響，旨在明確發酵和后熟過程中牦牛奶營養成分和風味物質的變化，以期為牦牛酸奶的營養保持和品質控制提供理論依據和技術支持，促進青藏高原牦牛產業的發展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牦牛奶 購于青海省海北藏族自治州天峻縣；發酵劑（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌1:1混合菌種） 購于北京川秀科技有限公司。

101-3型干燥箱 上海科偉儀器有限公司；ATN-100型凱式定氮儀 上海皓莊儀器有限公司；PL203型梅特勒-托利多天平 瑞士Mettler Toledo公司；SZC-C型脂肪測定儀 上海纖檢儀器有限公司； HH-6型恒溫水浴鍋 上海百典儀器有限公司；Waters1525型高效液相色譜儀 美國Waters公司；7890A型氣相色譜儀 美國Agilent公司；L-8900型高速氨基酸分析儀 日立高新技術株式會社；TRACE DSQ 氣相色譜質譜聯用儀 美國Finnigan公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 凝固型牦牛酸奶制作 牦牛奶在90 ℃下殺菌10 min，添加0.15%混合乳酸菌發酵劑，在（43±1）℃條件下發酵至滴定酸度（72±1.02）°T，并在4 ℃條件下后熟24 h，制得凝固型牦牛酸奶。分別選擇鮮牦牛奶（A）、發酵凝固后牦牛奶（B）和經后熟后牦牛奶（C）3個樣品，每個樣品重復6次，研究發酵和后熟工序對牦牛奶營養和揮發性物質的影響。

1.2.2 營養成分測定 蛋白質、粗脂肪、乳糖、水分、氨基酸、脂肪酸的測定：分別參照國標GB5009.5-2016食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定；GB 5009.6-2016 食品安全國家標準 食品中脂肪的測定；GB 5413.5-2010 食品安全國家標準 嬰幼兒食品和乳品中乳糖、蔗糖的測定；GB5009.3-2016 食品安全國家標準 食品中水分的測定；GB5009.124-2016 食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定（色氨酸參照GB/T15400-2018飼料中色氨酸的測定）；GB/T 17377-2008動植物油脂脂肪酸甲酯的氣相色譜分析測定。

1.2.3 營養價值評價 根據FAO/WHO于1973年建議的氨基酸評分模式[21]和中國預防醫學科學院營養與食品衛生研究所于1991年提出的雞蛋蛋白質的氨基酸評分模式[22]，按照下列公式計算氨基酸的得分（AA)、氨基酸評分（amino acid score，AAS）、化學評分（chemical score，CS）和必需氨基酸指數（EAAI）。

式中：n為比較的必需氨基酸的個數；a、b…、m為待評蛋白質的必需氨基酸含量（%）；A、B…、M為雞蛋蛋白的必須氨基酸含量（%）。

1.2.4 揮發性物質的測定 參考徐懷德等[23]報道的方法測定。主要流程為：50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭在氣相色譜儀的進樣口250 ℃老化1 h；程序升溫40 ℃，保持2.5 min，以5 ℃/min升至200 ℃，再以10 ℃/min升至240 ℃，保持5 min。進樣口250 ℃，傳輸線230 ℃，載氣為He氣，流速1.0 mL/min，不分流進樣。電離方式EI，70 eV；離子源溫度200 ℃，質量掃描范圍35~400 amu，發射電流100 μA。采用隨機Xcalibur工作站NIST2002標準譜庫自動檢索各組分質譜數據，參考文獻資料及標準譜圖對機檢結果進行核對和確認，按面積歸一化法計算各組分的含量。對匹配度和純度大于800（最大值1000）的鑒定結果進行比較和分析。

1.3 數據分析

采用SPSS22.0軟件對數據進行方差分析（ANOVA），各處理平均數間采用Duncan多重比較法進行差異顯著性分析，差異顯著水平為α=0.05，極顯著水平為α=0.01。

2 結果與分析

2.1 發酵和后熟對牦牛奶主要營養成分的影響

發酵和后熟對牦牛奶主要營養成分的影響見表1。發酵和后熟對牦牛奶中的蛋白質、粗脂肪和水分含量影響差異不顯著（P>0.05），但蛋白質含量呈增加趨勢，粗脂肪和水分含量呈下降趨勢。發酵使牦牛奶中的乳糖含量顯著下降（P<0.05），降幅為39.43%；后熟后的牦牛奶與發酵后的牦牛奶相比乳糖含量差異不顯著（P>0.05）。分析認為，牦牛奶在發酵過程中由于乳酸菌的作用將乳糖分解，導致了發酵后牦牛奶中的乳糖含量降低；在后熟期間由于溫度較低，在一定程度上抑制了乳酸菌對乳糖的分解，導致后熟與發酵相比乳糖含量變化不顯著（P>0.05）。綜合來看，發酵有助于降低因乳糖導致的乳糖不耐癥的發生，在一定程度上提升了牦牛奶的營養價值[24?25]。

表1 發酵和后熟對牦牛奶主要營養成分的影響Table 1 Effect of fermentation and post-fermentation on main nutritional components of yak milk

2.2 發酵和后熟對牦牛奶中氨基酸含量的影響

由表2發酵和后熟對牦牛奶中氨基酸含量的影響可知，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶的氨基酸構成均比較完整，含有常見的18種氨基酸，其中包括8種必需氨基酸，2種半必需氨基酸，8種非必需氨基酸。發酵使牦牛奶中的總氨基酸含量顯著增加（P<0.05），增幅為64.26%。牦牛奶中的必需氨基酸含量經乳酸菌發酵后，也顯著增加（P<0.05），增幅為57.52%。后熟后牦牛奶總氨基酸含量、必需氨基酸含量進一步增加，但與發酵凝固后牦牛奶的總氨基酸含量、必需氨基酸含量差異不顯著（P>0.05）；可見發酵工序顯著提升了牦牛奶的總氨基酸含量、必需氨基酸含量。牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中的必需氨基酸/總氨基酸（EAA/TAA）分別為42.97、41.13和43.02，必需氨基酸/非必需氨基酸（EAA/NEAA）分別為75.33、69.86和75.50。據FAO/WHO報道[21]，質量較好的蛋白質其EAA/TAA為40左右，EAA/NEAA在60以上。可見，發酵和后熟后的牦牛奶的氨基酸模式都符合FAO/WHO的理想模式。

表2 發酵和后熟對牦牛奶中氨基酸含量的影響（%）Table 2 Effect of fermentation and post-fermentation on content of amino acids of yak milk(%)

此外，天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸等鮮味氨基酸的含量也是評價蛋白質質量的一種方式[26?27]，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶的鮮味氨基酸的含量分別為0.90%±0.09%、1.41%±0.02%和1.46%±0.04%，表明發酵和后熟均有利于牦牛奶鮮味氨基酸含量增加。

綜上所述，發酵和后熟并不能顯著改變牦牛奶的氨基酸組成模式，但發酵和后熟可顯著提高牦牛奶的總氨基酸、必需氨基酸、鮮味氨基酸和非必需氨基酸含量（P<0.05)。表明發酵和后熟均在一定程度上提升了牦牛奶的營養價值。

2.3 發酵和后熟對牦牛奶氨基酸營養價值的影響

牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中的必需氨基酸評分（AAS）和化學評分（CS）見表3，牦牛奶、發酵后牦牛奶和后熟后牦牛奶的氨基酸（蘇氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、賴氨酸、色氨酸）得分分別為58.41、36.78和42.91，均高于FAO/WHO所推薦的36，除原料奶外均低于雞蛋蛋白中必需氨基酸總得分49。根據氨基酸評分和化學評分可知[28?29]，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中的第一限制氨基酸均為甲硫氨酸（AAS評分分別為0.32、0.51和0.56，CS評分分別為0.20、0.31和0.35）；第二限制氨基酸均為色氨酸（AAS評分分別為0.45、0.60和0.59，CS評分分別為0.27、0.35和0.35）。牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶的EAAI分別為：61.16、65.36和73.59，表明發酵和后熟可顯著提高牦牛奶的必需氨基酸指數，提升牦牛奶的營養價值。

表3 牦牛奶的氨基酸評分Table 3 Amino acid score of yak milk

2.4 發酵和后熟對牦牛奶脂肪酸含量的影響

發酵和后熟對牦牛奶脂肪酸含量的影響見表4，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中共檢出12種脂肪酸，其中飽和脂肪酸5種，分別是肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸和二十二碳酸；不飽和脂肪酸7種，其中單不飽和脂肪酸4種，分別是肉豆蔻油酸、棕櫚油酸、油酸和11-二十碳一烯酸；多不飽和脂肪酸3種，分別是亞油酸、α-亞麻酸和二十碳二烯酸。經發酵和后熟后牦牛奶中的飽和和不飽和脂肪酸總含量呈下降趨勢，但發酵和后熟對牦牛奶飽和和不飽和脂肪酸的總含量影響不顯著（P>0.05）。其中二十二碳酸和α-亞麻酸的含量經后熟后均顯著下降（P<0.05），降幅分別為44.00%和14.29%，多不飽和脂肪酸含量的下降，在一定程度上降低了牦牛奶的營養價值；但是經過發酵和后熟牦牛奶中的多不飽和脂肪酸含量雖呈下降趨勢但是差異不顯著（P>0.05），表明發酵和后熟并沒有顯著降低牦牛奶的營養價值。

表4 發酵和后熟對牦牛奶脂肪酸含量的影響（%）Table 4 Effect of fermentation and post-fermentation on content of fatty acids of yak milk (%)

牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中MUFA/SFA（單不飽和脂肪酸/飽和脂肪酸）分別為0.38、0.38和0.36；PUFA/SFA（多不飽和脂肪酸/飽和脂肪酸）分別0.04、0.04和0.04；n-6/n-3PUFA比值分別為1.05、1.11和1.19，遠低于HMSO（UK Department of Health）和我國推薦的人類食品中n-6/n-3PUFA比值最大安全上限4.0[30]。從脂肪酸組成來看，牦牛奶經發酵和后熟后未發生顯著變化，仍具有較高的營養價值。

2.5 發酵和后熟對牦牛奶風味物質的影響

由表5和圖1發酵和后熟對牦牛奶風味物質的影響可知，通過氣相色譜-質譜聯用儀分析，從牦牛奶、發酵后牦牛奶和后熟后牦牛奶中分別鑒定出29、14和26種揮發性物質。

表5 發酵和后熟對牦牛奶風味物質的影響（%）Table 5 Effect of fermentation and post-fermentation on content of volatile substances of yak milk (%)

圖1 牦牛奶中風味物質種類和相對含量的統計分析Fig.1 Statistical analysis of volatile substances variety and relative content of yak milk

發酵后牦牛奶中的風味物質與牦牛奶相比從29種減少為14種，其中醇類、酚類、醛類、酯類、酮類和烷烴類物質的種類和相對含量均大幅下降；烯類物質的相對含量大幅增加；酸類物質的種類減少，但相對含量大幅增加。這是因為發酵過程是在（43±1）℃

條件下進行的，在此過程中醇類、酚類、醛類、酯類和酮類等物質會揮發一部分，同時這些物質會在乳酸菌作用下發生氧化還原等反應形成化學性質更穩定的酸類等物質，導致這些化學性質活潑的物質種類和含量減少。

后熟后的牦牛奶中的風味物質與凝固后牦牛奶相比大幅增加，從14種增加到26種，其中醇類、酮類物質種類和相對含量均大幅增加；烯類物質種類減少，相對含量大幅減少；酚類、酯類物質從無到有；酸類物質種類增加，相對含量大幅減少；醛類物質的種類和相對含量均大幅減少；烷烴類物質相對含量大幅減少。后熟過程中醇類、醛類、酮類等物質會與酸類物質通過酯化反應形成酯類物質；短鏈的酸類等物質通過加成反應形成長鏈的酸類等物質；同時由于溫度較低，這些酯類、酸類等風味物質會留在牦牛酸奶中，使牦牛酸奶呈現特殊的風味。

后熟后牦牛奶的風味物質從牦牛奶中的29種減少為26種，其中醇類物質種類減少，但相對含量增加；烯類、醛類和烷烴類物質的種類和相對含量均減少；酚類物質的相對含量增加；酸類物質的種類增加，但相對含量減少；酯類物質的種類增加，相對含量也大幅增加；酮類物質的種類和相對含量均增加。這主要是通過發酵和后熟過程，改變了牦牛奶原來的風味物質組成，形成了牦牛酸奶的特殊風味物質。

綜合來看，發酵減少了牦牛奶中的風味物質種類，后熟增加了牦牛奶中風味物質種類。由于在發酵過程中溫度較高，使得牦牛奶中原有的一些風味物質揮發、降解或轉化成其他物質，導致了發酵后牦牛奶中的風味物質種類減少；而后熟是牦牛奶凝固后在4 ℃冷藏24 h，在后熟過程中由于低溫延緩了乳酸菌對牦牛奶的發酵，促進了酯化反應的發生，同時低溫減少了風味物質的揮發，有利于牦牛酸奶風味的形成和保存[13,31]。

3 結論

發酵降低了牦牛奶中的乳糖含量，增加了牦牛奶中總氨基酸、必需氨基酸、非必需氨基酸和風味氨基酸含量，減少了醇類、醛類和酯類物質的種類和相對含量，但對脂肪酸含量的影響不顯著。后熟后的牦牛奶與發酵后的牦牛奶相比，乳糖、氨基酸、脂肪酸含量變化不顯著，但與發酵后的牦牛奶相比后熟使牦牛奶中的醇類、酚類、酯類、酮類物質的種類和相對含量大幅增加。綜合來看，發酵促進了牦牛奶營養價值的提升，后熟促進了牦牛奶風味物質的積累，發酵和后熟對牦牛奶營養和品質提升有積極意義。