包材對常溫奶感官及風味品質的影響研究

郗燕梅，王娟，潘明慧，宋福行，孫寶國，艾娜絲

（北京工商大學北京食品營養與人類健康高精尖創新中心，北京工商大學輕工科學技術學院，北京 100048）

0 引言

目前我國居民的膳食結構趨于向安全、健康、營養和優質轉型。純牛奶被稱為白色血液，已經成為人們日常生活中不可或缺的健康食品。我國幅員遼闊，奶源分布不均，超高溫殺菌（Ultra-High Temperature treat,UHT）奶以其常溫儲藏、保質期長而遍布各地，由此，長保質期乳品包裝在我國液態奶市場應用廣泛。

包裝是食品生產過程的一個重要環節，優良的包裝不僅有利于食品運輸和儲存[1]，也有利于食品的保質、保鮮[2]。在UHT乳生產中為了保持風味和營養成分，對其包裝有著極高的要求。首先，包裝材料的阻光性，牛乳在強光照射下其中的營養成分會被破壞且易發生光降解反應，光降解反應會產生異味，使牛乳營養質量下降[3-4]；其次，包裝材料的阻氧性，牛乳儲存過程中，氧氣透過包裝材料與牛乳接觸，使牛乳中的脂肪氧化變質，口感失真，影響風味品質[3]。

不同包裝因材料的差異對牛乳的品質有不同程度的影響。桂仕林[5]等人研究利樂枕、利樂磚、康美包和百利包材的氧氣透過率和鋁箔針孔數等結構性能，并對各包裝類型牛乳的溶氧量隨貯存時間的變化進行了檢測，發現康美包和利樂磚的氧氣透過率最低，其次是利樂枕，而百利包的氧氣透過率最高。李升升[6]等人對百利包、利樂枕和利樂磚包裝的純牛奶在儲藏期間的乳脂肪及重金屬含量進行了檢測，結果顯示，利樂磚的包裝性能較強，乳脂肪氧化分解較少，重金屬的遷移滲透也較少，百利包包裝性能較弱，對內容物的保護作用較弱，利樂枕各方面的性能居中[4-5]。百利包材樣品的氧氣透過率最高，較高含量的溶解氧不僅使牛奶中的營養成分油脂、維生素C等成分發生氧化造成營養流失，另一方面油脂氧化生成的揮發性化合物影響牛奶的感官品質。目前關于不同透氧率包材對常溫奶揮發性風味組分及感官品質影響的相關報道較少。

乳制品中揮發性風味物質通常采用同時蒸餾萃取（Simultaneous Distillation And Solvent Extraction,SDE），溶劑輔助風味蒸發法（Solvent-Assisted Flavor Evaporation,SAFE），頂空-固相微萃取法（Head Space Solid-Phase Micro-Extraction,HS-SPME）等技術手段萃取。由于牛乳中的揮發性風味物質分子量較低，易揮發等特點，不適于采用同時蒸餾手段萃取；同時牛乳是一個含水體系，因此不適合采用溶劑輔助風味蒸發手段進行提取；相比較而言操作簡單，萃取率較高的頂空固相微萃取技術成為牛乳風味組分的萃取技術。Mounchili[7]等人使用頂空固相微萃取（HS-SPME）氣相色譜技術來直接或間接識別與牛奶異味相關的揮發性有機物，Pan[8]等人使用HS-SPME萃取技術探究脫脂乳脫脂前不同預熱處理溫度對其揮發性風味組分的影響，Chi[9]等人通過HS-SPME-GC-MS及電子鼻相關的多元統計分析方法，對不同脫脂奶中揮發性成分進行表征和區分。

本文以企業提供的3種不同包裝材料的常溫奶為研究對象，通過采用頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用技術（Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS）對3種不同包裝的UHT奶進行定性定量分析，分析不同包裝樣品中揮發性風味物質的差異性。同時采用人工感官評價結合Panel Check分析，對感官評價人員的評價能力進行評估，綜合評價不同包材對常溫牛奶的揮發性風味組分及感官品質的影響，為乳制品包裝材料升級及其對乳風味品質的影響研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 常溫牛奶

3種不同包裝材料的常溫奶，分別為利樂磚（Sample1）、利樂枕（Sample2）和百利包（Sample3），均為企業提供的樣品，所有樣品均為出廠后7 d內運送至實驗室，置于室溫（25±2℃），以備后續實驗分析。樣品蛋白及脂肪質量濃度均分別為3.0%和3.6%。

1.1.2 試劑

氯化鈉（分析純），購自福晨化學試劑有限公司；2-甲基-3-庚酮、C6～C30（色譜純級）正構烷烴(質量分數>99.0%)，美國Sigma-Aldrich公司；所有風味物質標準品（色譜純級，純度>99.9%），日本TCI公司。

1.1.3 儀器與設備

Trace DSQII氣相色譜-質譜聯用儀，美國Thermo Fisher；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，河南鞏義市予華儀器；手動SPME進樣器及固相微萃取頭（50/30μm PDMS/DVB），美國Supelco。

1.2 實驗方法

1.2.1 感官評價人員篩選

感官評價人員的選擇應符合GB/T 22505-2008[10]的要求。依據感官參評人員的感官能力、靈敏度以及表達能力篩選出男性3名，女性3名，年齡在21～35歲，評價人員有平時喝奶的習慣并且熟悉和掌握常溫奶的風味屬性特征[11-12]，包括奶香味、氣味、甜味、異味、飽滿度和整體喜好度。感官評價人員編號分別為Assessor：A、B、C、D、E、F。

1.2.2 感官評價人員培訓

所有評價人員均知情并志愿參與評價。感官人員的培訓在感官評價實驗室進行。針對牛奶奶香味、氣味、甜味、異味、飽滿度和整體喜好度屬性，對已篩選出的感官評價人員進行培訓，培訓于每天上午時間段進行，每天培訓至少2 h，持續培訓14 d。

1.2.3 感官評價方法

室溫條件下，分別將3個不同包裝材料的牛奶樣品裝入3個評價杯中，以3位隨機數字組合編號標記，且隨機順序擺放；經過培訓的評價人員對樣品進行評價并打分，感官評價標準參照表2進行。在每個樣品評價之后新的評價開始之前充分漱口，直至余味全部消失[13-14]。每個樣品重復評價2次。感官評價人員第一次評價完3個樣品后中間休息10 min，期間準備人員重新對3種包材樣品按照第一組的方法分裝并以不同于第一組的3位數隨機編號。將樣品隨機順序擺放，進行第二輪感官評價。收集6名感官評價人員的兩次評價結果，統計并繪制感官評價雷達圖。

1.2.4 評價標準

選擇6個感官屬性對牛奶樣品進行感官評價，采用9分制規則對各個感官屬性進行評分；0表示無此感官屬性特征，9表示感官屬性特征最強；0～9代表感官屬性特征強度由低到高，評分細則如表1所示。

1.2.5 揮發性風味組分的萃取

采用實驗室前期已優化的方法[8]，HS-SPME-GCMS提取利樂磚（Sample1）、利樂枕（Sample2）、百利包（Sample3）樣品中的揮發性風味化合物：采用65μm PDMS/DVB吸附材料的SPME萃取纖維，在15 mL頂空瓶中加入8 mL樣品、10μL質量濃度為20～50μg/L的2-甲基3-庚酮丙酮溶液，1.000 0±0.000 5 g氯化鈉于40℃平衡20 min，磁力攪拌轉速為20 r/min，插入SPME吸附30 min后，將其插至進樣口，解析5 min，實驗結果采用Xcalibur3.0導出報告與手動解譜結合分析。

1.2.6 GC-MS條件

GC條件：色譜柱為DB-WAX（30 m×0.25 mm×0.25μm），載氣為氦氣，流速1.0 mL/min。進樣口溫度：250℃，升溫程序設置起始溫度為35℃，保持1 min，以3℃/min升溫到90℃，保持1 min，然后以6℃/min升至210℃，保持5 min。采用不分流進樣模式。

MS條件：電子轟擊（Electron Impact,EI）離子源，電子能量70 eV，離子源溫度250℃，傳輸線溫度230℃，四級桿溫度150℃；掃描模式為全掃描，掃描范圍45～450 amu，溶劑延遲4 min，選用標準調諧文件。

1.2.7 數據處理

（1）定性分析。

（a）質譜定性：根據風味物質的離子，通過NIST譜庫對分離出的峰進行檢索；

（b）保留指數(retention index,RI)定性：根據正構烷烴（C6～C30）在相同升溫條件下的保留時間，按保留指數公式（如公式1）計算揮發性物質的RI值；

（c）標準品（Standard,S）定性：配制與樣品相近濃度的標準品，采用相同的萃取方法及程序，將標準品總離子流圖與樣品總離子流圖中該物質的出峰時間進行比較，若出峰時間一致即定性成功。

式（1）中：t(x)為待測物質x的調整保留時間；t(n)和t(n+1)分別為碳數為n，n+1的正構烷烴調整保留時間；n和n+1是與待測組分x出峰次序相鄰的正構烷烴碳原子數，即t(x)是出峰在n和n+1的正構烷烴之間的待測化合物的保留時間。

（2）定量分析。

采用內標法定量：根據添加內標物（2-甲基-3-庚酮）濃度、色譜峰面積，采用待測組分與內標物的峰面積之比等于對應濃度比的關系，計算各揮發性組分的濃度。計算公式如下。

式（2）中：C是指物質濃度，A是指物質峰面積，Cx、Ax分別是指待測物質的濃度和峰面積，Ci、Ai分別是指內標物的濃度以及峰面積。

GC-MS的半定量結果，以3次平行實驗的均值±標準差來表示，濃度單位為μg/L。使用IBM公司的SPSS Statistics22.0進行單因素方差分析（One-way ANOVA）。選用GraphPad Prism8.0和Oringin2021進行繪圖。

2 結果與討論

2.1 感官評價人員能力評估

對于常溫奶的感官評價，已有文獻報道樣品的感官評價評估分析結果受感官評價人員的評估能力的影響[15]。因此，在分析樣品前，必須先對感官評價人員的評估能力進行評價。將6位感官評價人員的評價結果整理后導入Panel Check進行分析。在Panel Check分析感官評價數據時，通常用F值、MSE值和p*MSE來評估評價人員評估能力[16-17]。其中，F值是組間差異與組內差異的比值，F值越大，說明評價人員對感官屬性的區分能力越好；MSE值代表組內方差，MSE值越小可以說明評價人員的重復性越好[16]。但MSE值很小也有可能是評價人員未將樣品區分開，因此在評價結果分析時通常將F值和MSE值結合，在評價人員對樣品的有區分能力的基礎上，評估評價人員的重復性[17]。除此之外，p*MSE也常常用來作為綜合評價感官評價人員的評估能力的方法[18]。p值是指差異相等的假設不成立的最大顯著性水平，當感官評價人員同時具有較小的p值和MSE值時，說明該評價人員對樣品有良好的評估能力[19]。

根據6位感官評價人員的評價分析結果將p*MSE值繪制成圖，如圖1所示。整體來看，6位感官評價人員的評估能力較好。其中，感官評價人員Assessor：A、B、C、D、E、F的圖像分布基本一致，他們的評估能力相似，說明經過感官人員的篩選培訓，各評價人員均具有較好的評估能力。

圖1 感官評價人員的評估能力分析

2.2 感官評價人員重復性結果評估

感官評價人員針對不同屬性的重復性評價結果如圖2所示。Assessor：A、D、E、F對各屬性的MSE值均＜2.0，說明Assessor：A、D、E、F對利樂磚、利樂枕、百利包材樣品的6個屬性重復性好；感官評價人員Assessor：B、C的MSE值均＜2.5，說明他們對6個屬性的重復性較好。對3種包材樣品的6種屬性的MSE值進行分析，從圖中可知：6位感官評價人員對飽滿度、異味的重復性較好；A、B、C、D、E、F對氣味的區分表現良好。經過培訓的每個感官評價人員區分樣品能力和重復性較好，保證了實驗感官評價數據的科學性和可靠性。

圖2 感官評價人員對不同包材牛奶樣品中不同屬性的MSE值

2.3 感官評價分析

根據6位感官評價人員對牛奶樣品的評價結果繪制感官評價雷達圖，如圖3所示。由雷達圖直觀得出利樂枕（Sample2）在3種樣品中評價最好，百利包（Sample3）的整體評分較差。在奶香味及整體喜好度兩方面，3種樣品的差異不大；在氣味、飽滿度（P＜0.05）方面，評價人員對百利包（Sample3）的評分最低，而對其異味（P＜0.05）評分最高，顯著高于其他兩種樣品，對于利樂枕（Sample2），感官評價人員對其在氣味、甜度和飽滿度3個方面評價最好。

圖3 不同包裝材料常溫奶的感官評價雷達圖

牛奶的包裝可以通過直接控制與牛奶接觸的氧和光的量來影響牛奶的質量特性，同時提供一個完美的隔離來避免微生物的污染[20-21]。百利包（Sample3）為多層無菌復合膜，結構為低密度聚乙烯（白）/低密度聚乙烯（黑）/低密度聚乙烯，透光率低于0.01%[22]，該包材氧氣透過率：≤2.5（cm3/（m224 h 0.1 atm））[23]，利樂枕樣品（Sample2）無菌包裝用塑料與紙和鋁箔復合膜，其結構為聚乙烯（PE）/紙/聚乙烯（PE）/鋁箔/聚乙烯（PE）/聚乙烯（PE）[24]，該包裝的氧氣透過率為：≤2.0（cm3/（m224 h 0.1 atm））[25]。利樂磚樣品（Sample1）一種紙基復合材料，其結構為聚乙烯（PE）/紙板/聚乙烯（PE）/鋁箔/聚乙烯（PE）/聚乙烯（PE）[25]，該包裝的氧氣透過率為：≤1.0（cm3/（m224 h 0.1 atm））[26]，有研究發現在牛奶的運輸過程中，或多或少都會有氧化反應發生，其反應程度受具體材料和存貯環境影響[27]。本次實驗結果發現利樂枕（Sample2）和利樂磚(Sample1)包裝的樣品優于百利包（Sample3）包裝樣品的評價，而異味評分顯著高于前兩者（P＜0.05），利樂磚和利樂枕通過包裝材料中的鋁箔層來有效阻隔氧氣，鋁箔是鋁經過壓延制作而成的金屬箔，完美的鋁箔能完全阻隔氣體、水蒸氣和光線，牛奶中的溶解氧較低[5]；而百利包則采用無菌復合膜，其材料阻氧性能遠不如鋁箔阻隔材料[28]，致使百利包（Sample3）包裝樣品中含有較多的溶解氧，牛奶中的溶解氧使不飽和乳脂肪酸與氧氣分子發生反應，生成無嗅無味的中間產物脂肪酸氫過氧化物，而氫過氧化物不穩定極易與脂肪酸發生進一步的反應生成二級氧化產物導致牛奶變質[29]，影響常溫奶的風味。

2.4 不同包材常溫奶中的揮發性風味物質分析

采用SPME熱針進樣提取常溫奶中的揮發性風味物質，GC-MS定性定量結果見表2。從表中可以看出利樂磚（Sample1）包裝常溫奶中共檢出23種揮發性物質，包括酮類4種，醛類3種，酸類5種，酯類2種，醇類2種，酚類1種，烷烴類4種，硫化物1種，雜環類化合物1種；利樂枕(Sample2)包裝常溫奶中共檢出22種揮發性物質，包括酮類4種，醛類3種，酸類2種，內酯類3種，醇類3種，酚類1種，烷烴類4種，硫化物1種，雜環類化合物1種，百利包（Sample3）中共檢出22種揮發物質，包括酮類4種，醛類2種，酸類3種，內酯類3種，醇類4種，酚類1種，烷烴類2種，硫化物2種，雜環類化合物1種。

表2 不同包材常溫奶揮發性組分分析結果

（續表2）

2.5 不同包材常溫奶中的揮發性風味組分對比分析

2.5.1 不同包材常溫奶中的揮發性風味物質數量對比分析

韋恩圖是一種生物信息學統計方法，可以快速發現不同樣品之間的異同，縮小目標范圍[30]。Chi[9]等人通過韋恩圖分析不同脫脂奶樣品中揮發性風味組分的差異。本文對3種不同包材樣品揮發性物質作韋恩圖，如圖4所示，共檢出酮類物質有6種，其中，2-辛酮為利樂磚（Sample1）、利樂枕（Sample2）、樣品中共有的物質,3個樣品中均含有2-壬酮，Sample3中2-壬酮含量顯著低于利樂磚（Sample1）、利樂枕（Sample2）；3類樣品中醛類物質個數分別為3，3，1，且3種樣品中均含有4-乙基苯甲醛；3種樣品中檢出的酸類物質有丁酸、己酸、辛酸、壬酸、正癸酸，其中己酸為3個樣本中共有物質；對于酯類物質，3類樣品中均含有丁位癸內酯、丁位十二內酯，除此之外利樂枕（Sample2）、百利包（Sample3）中檢出有丁位辛內酯；3類樣品中共檢出醇類物質4種，2-庚醇、2-壬醇僅在百利包(Sample3)樣品中僅檢出。

圖4 不同包材常溫奶中揮發性物質種類對比

2.5.2 不同包材常溫奶揮發性風味物質含量對比分析

不同包材樣品揮發性組分含量占比如圖5所示，醛類、酮類、醇類化合物為脂肪氧化的二級產物，一定程度上可以反應常溫奶乳脂肪氧化的水平。利樂磚（Sample1）和利樂枕（Sample2）樣品中酮類、醛類、醇類總含量分別占各樣品中總揮發性風味物質的48.37%、49.56%，而醛類、酮類、醇類總含量在百利包（Sample3）樣品中占比73.95%，且僅在在百利包（Sample3）樣品中存在2-庚醇、2-壬醇甲基醇類化合物。

圖5 不同包材常溫奶中揮發性物質含量對比

對于酮類物質，由于UHT牛奶的熱處理高達137～139℃（2～5 s），乳脂肪受熱分解后粒徑減小表面積增大，從而提高含氧成分與乳脂肪球接觸的幾率，使牛奶體系生成更加深入的氧化反應類型，生成甲基酮類物質[31-32]，3種不同包裝的常溫奶樣品的均檢出8、9、11個碳鏈的甲基酮類物質，本文檢出酮類物質有2-辛酮、2-壬酮、2-十一烷酮。利樂磚（Sample1）、利樂枕（Sample2）、百利包（Sample3）包裝的常溫奶中2-壬酮的含量在酮類中最高，分別為41.19、41.42、29.89μg/L，且利樂磚（Sample1）、利樂枕（Sample2）中2-壬酮顯著高于（P＜0.05）百利包樣品（Sample3），Naudé等人[33]對捕獲的UHT牛奶揮發性化合物進行嗅覺評估，2-壬酮在適宜濃度下具有“果香味”，且2-壬酮的察覺閾值為40ug/L[34]，在利樂磚（Sample1）、利樂枕（Sample2）樣品中的OAV值大于1，2-壬酮在利樂磚（Sample1）、利樂枕（Sample2）樣品中為主要香氣組分。

醛是不飽和脂肪酸自動氧化的主要二級產物，其主要產物是氫過氧化物，并進一步降解為碳氫化合物、醇類和碳基化合物，同時，UHT純牛奶中產生醛類化合物的主要途徑有不飽和脂肪酸氧化反應、氨基酸的降解反應以及美拉德反應產生衍生化合物。3種不同包裝材料的樣品中均含有苯甲醛類化合物，苯甲醛是由苯丙氨酸Strecker降解反應產生，苯甲醛類化合物呈現一定的苦杏仁味、焦味[35]；壬醛是由油酸自動氧化反應產生的C10氫氧化物的二次氧化產物，2-壬醛僅在利樂枕（Sample2）樣品中檢出，呈現一定的花香味[36]，3種樣品中檢出的醛類化合物的含量較低。

在多種乳制品中，各種酮類物質均有可能還原生成其相應的醇類物質。在一般狀態下，酮類物質含量較多時，一部分甲基酮類物質轉化甲基醇類物質[37]；除此之外，醛類物質、中間體和不穩定化合物通常還原為醇[38]，本文中百利包（Sample3）樣品中檢出醇類物質含量多于利樂磚（Sample1）、利樂枕（Sample2）樣品，2-庚醇、2-壬醇僅在百利包（Sample3）樣品中檢出，可能是由2-庚酮、2-壬酮轉化生成。且百利包（Sample3）樣品中檢出酮-醇類化合物占比最高，為73.90%，可能是由于百利包（Sample3）樣品中多層無菌復合膜包材的阻氧性能較鋁箔層阻氧性能差，包材中含有較多的溶解氧，脂肪氧化產物2-庚酮、2-壬酮等甲基酮類物質增多后，部分甲基酮類物質轉化成對應的甲基醇類物質，最終達到酮-醇平衡狀態[37]，Kellard[38]等人干燥椰子中的揮發性異味化合物分析，發現脂肪族甲基酮類化合物具有刺鼻的味道，而仲醇類（2-庚醇、2-壬醇）具有發霉、不新鮮的氧化異味。

酸類化合物是UHT純牛奶主要風味物質，乳脂中含有C6、8、10、12脂肪酸，是熱處理過程中奇數為5、7、9、11的甲基酮的前體[39]。一般脂肪酸類化合物來自原料乳本身，或產生于微生物代謝以及乳脂肪或氨基酸的降解反應，其中UHT純牛奶中游離脂肪酸的主要來源是乳脂肪水解和脂質氧化。牛乳中與風味相關的脂肪酸以游離脂肪酸為主[40]，本次實驗中檢出酸類物質有己酸、辛酸、壬酸、正癸酸等酸類化合物，這些游離的脂肪酸被描述為具有奶酪香氣[41]。烴類化合物是常溫奶中常見的一種揮發性化合物，其閾值較高。這類物質可能來自于乳腺等牛機體組織代謝或牛乳中游離脂肪酸的自動氧化[42]，也可能些配方飼料組成成分在飼喂奶牛后經奶牛的瘤胃組織遷移至分泌的牛奶中[43]。檢出的酯類化合物主要是內酯類化合物，內酯類化合物具有奶油、椰子等油脂香氣[7]，對常溫奶的香氣具有一定的貢獻作用，使常溫奶風味更加飽滿。此外，在UHT奶中檢出硫化物有二甲基亞砜、二甲基砜，在牛奶加熱時容易產生。

3 結論

本文中參與感官評價的6名感官評價人員能夠準確地區分3種不同包裝材料（利樂磚、利樂枕、百利包）的常溫牛奶樣品，且單個評價人員區分樣品的能力和重復性都較好，保證了感官評價結果的可靠性和有效性。所有評價人員從奶香味、氣味、甜味、異味、飽滿度和整體喜好度等屬性對3種不同包材常溫奶進行感官評價，結果表明百利包（Sample3）樣品的異味評分最高（P＜0.05），綜合其他屬性評分結果可知，利樂磚（Sample1）與利樂枕（Samle2）的常溫奶的感官品質略高于百利包（Sample3）的常溫奶。

采用HS-SPME結合GC-MS對利樂磚、利樂枕、百利包3種不同包裝的常溫奶進行定性、定量分析，利樂磚、利樂枕（Sample2）、百利包（Sample3）包裝的常溫奶初步鑒定23、22、22種揮發性風味物質，3類樣品中脂肪二級氧化產物分別占比48.37、49.58、73.95%，百利包中醛、酮、醇含量占比最大，其中以酮類和醇類化合物為主，占總揮發物質的73.90%，甲基醇類物質2-庚醇、2-壬醇僅在百利包（Sample3）樣品中檢出。百利包（Sample3）樣品包裝阻隔性能較鋁箔的阻隔性能弱，樣品中含有較多的溶解氧進而加速乳脂肪氧化，使其包裝的樣品中含有大量的酮-醇化合物，從而降低牛奶的感官品質。