發酵乳中風味物質研究進展

◎ 桂 亞，唐 果，馬 櫟，李逸鶴，田林雙

（江蘇財經職業技術學院，江蘇 淮安 223023）

發酵乳是乳和乳制品在特征菌的作用下發酵而成的酸性凝乳狀制品，主要產品有酸牛乳、活性乳、干酪、酸奶油等，因具有降低血清膽固醇、改善腸道健康、預防癌癥、促進免疫等益處，受到人們廣泛關注[1]。

發酵乳風味物質來自發酵產生的乳酸、乳中天然存在和在發酵中產生的芳香化合物。風味的產生是一個復雜的過程，涉及乳中成分的各種化學和生物轉化。主要通過3種途徑，即乳糖（糖酵解）、脂肪（脂解）和酪蛋白（蛋白水解）的轉化[2]。

目前，關于發酵乳風味物質的研究主要集中在2個方面：①風味物質分析技術，當前已有多種儀器檢測方法[2]。②風味物質影響因素。例如，控制某些目標風味的增加或調整關鍵風味成分進而影響整體等，這類研究報道較少。因此，了解發酵乳風味物質形成、風味物質的影響因素，進而有針對性地調控，對于形成發酵乳理想風味是非常重要的。

1 發酵乳風味物質的來源

發酵乳中大多數風味物質來源于乳酸菌、酵母菌等微生物發酵，分解代謝蛋白質、脂肪和乳糖等營養物質，產生酸、酯、醇、酮和醛等化合物質[2]。

1.1 蛋白質水解和氨基酸代謝

蛋白質降解為寡肽，在酞酶的作用下進一步水解成氨基酸，細胞內氨基酸分解代謝形成了大量揮發性芳香化合物，如亮氨酸代謝衍生物為3-甲基丁醛、3-甲基丁醇、3-甲基丁酸、3-甲基丁酸乙酯；苯丙氨酸代謝衍生物為苯乙醛、苯乙醇、苯乙酸、苯甲酸乙酯、乙酸苯乙酯；色氨酸代謝衍生物為吲哚-3-乙醛、3-吲哚乙醇、吲哚-3-乙酸。

1.2 脂肪分解與脂肪酸代謝

脂肪酶或酯酶對脂質的水解形成游離脂肪酸，包括飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，通過脂質氧化產生某些揮發性化合物，如烷烴、甲基酮、酯、仲醇和內酯。其中，飽和脂肪酸通過β-酮酸的脫羧作用產生甲基酮，還原酶將其還原成相應的仲醇；不飽和脂肪酸在自由基存在下，通過β-氧化形成氫過氧化物，迅速分解形成己醛或不飽和醛，以及形成4-或5-羥基酸，這些酸轉化為γ-或δ-內酯，提供濃郁的果味。

1.3 碳水化合物代謝

對于同型發酵的乳酸菌，通過糖酵解途徑產生丙酮酸，丙酮酸被還原為乳酸，使發酵乳產生酸味。異型發酵的乳酸菌，糖通過磷酸解酮酶途徑產生6-磷酸葡萄糖，它是形成丙酮酸的中間體。除了產生發酵終產物乳酸外，丙酮酸還可以產生CO2、乙酸、乙醇和甲酸等代謝物，以及重要的芳香化合物乙醛、乙醇。

2 發酵乳風味物質的影響因素

2.1 發酵劑

發酵乳中產香的發酵劑有乳桿菌屬、片球菌屬、明串球菌屬和乳球菌屬[3]。乳酸乳球菌一直被用于生產各種奶酪，其能快速酸化，并極大地改善發酵終產物的風味。嗜檸檬酸明串球菌代謝檸檬酸產生雙乙酰、2,3-丁二醇等風味化合物，常用于發酵乳、黃油以及干酪的發酵生產。乳桿菌屬在發酵乳制品中的應用比較廣泛，例如，乳酸桿菌代謝產物乙醛是酸奶油特有的風味物質，保加利亞乳桿菌產生雙乙酰、乙偶姻、3-甲基丁醛、2-壬酮賦予酸奶特殊風味，干酪乳桿菌產生乙酸、丁酸、雙乙酰和己酸乙酯，可以帶給奶酪獨特風味。

2.2 發酵條件

2.2.1 溫度

一般情況下，較高的溫度會使微生物代謝活性加快，產生更多的有機酸和香氣化合物，但高溫也會對菌群的生長和代謝產生不利影響。嗜熱鏈球菌在42 ℃溫度下發酵，更容易富集發酵乳中的雙乙酰，含量高達19.11 μg·mL-1[4]。相關研究在制備鐵皮石斛發酵乳中發現，酮類化合物在發酵溫度40 ℃時含量最高，在發酵溫度44 ℃以上時，才出現醛類化合物；酸類化合物在發酵溫度43 ℃樣品中最高；酯類化合物在41℃樣品中最高；醇類化合物在發酵溫度40 ℃時含量最高，呋喃類化合物在發酵溫度43 ℃樣品中最高[5]。

2.2.2 pH值

發酵乳的pH值是在發酵過程中產生的乳酸形成的，pH的變化會影響有機酸、氨基酸等風味物質的生成。例如，牛奶發酵中產生的雙乙酰（2,3-丁二酮）與菌株發酵pH值和溫度有關，在pH值 5.5、42 ℃發酵條件下，α-乙酰乳酸合酶（ALS）和α-乙酰乳酸脫羧酶（ALDB）具有將碳水化合物轉化成風味物質（乙酸，2,3-丁二酮）的最高活性，產生2,3-丁二酮含量為10.13%，比普通培養條件（pH 4.5、42 ℃）提高2.55%。

2.2.3 發酵時間

較長的發酵時間會使乳酸菌發酵進行的更充分，產生更多的有機酸和香氣化合物，但經過長時間發酵，會導致酸度過高，對發酵乳的質量和口感產生一定影響。隨著發酵時間的延長，賽里木酸奶的感官評分呈先升高再下降趨勢，發酵時間36 h產品的感官評分最高。同時，相關研究發現在發酵過程中，揮發性物質及含量會發生變化。發酵4 h，揮發性物質共有21種；發酵24 h，揮發性物質僅有17種，風味物質種類呈現先升高再降低的趨勢。其中，酸類物質在發酵初期大量產生，發酵12 h后趨于穩定；醇類物質在發酵初期含量較低，但在發酵12～16 h數量有明顯增加；醛類物質含量也是呈現先升高后降低趨勢，在發酵20 h含量最高，24 h后不再產生醛類物質。發酵后期，酯類物質含量相較于初期大幅下降，但含量趨于穩定。大部分風味物質在發酵初期都有明顯增加，到發酵后期其含量和種類均有不同程度減少。因此，根據目標風味物質，科學調節發酵時間，可以充分發揮乳酸菌的發酵能力，制得理想風味的發酵乳產品。

2.3 營養成分

原料中蛋白質、脂類和碳水化合物的含量與比例的不同，形成發酵乳的風味物質也會有變化。研究發現，改變牛乳中乳脂含量，發酵乳的風味物質種類沒有明顯變化，但含量有顯著變化，除γ-丁內酯外，2-壬酮、己醛等與乳脂相關的代謝產物含量整體上先增加后減少；額外添加濃縮乳清蛋白促進丁醛、2,3-丁二酮、2-庚酮、3-羥基-2-丁酮等風味物質產生，添加酪蛋白能夠提高辛醛、壬醛、苯乙烯等物質的含量，乳蛋白濃縮物能夠提高乙酸、甲酸、己酸的含量。

3 發酵乳風味物質的分析技術

3.1 儀器分析方法

目前，GC-MS是常用的揮發性化合物分析技術。由于食品基質的復雜性，分析前通常需要復雜的預處理，較長的檢測時間無法滿足許多分析物的快速檢測要求，因此，簡單、快速、方便的檢測技術成為行業的迫切需求。

氣相色譜-離子遷移譜（GC-IMS），氣相色譜柱用于分離化合物，這些化合物被引入IMS系統中產生離子，并通過離子遷移管道進入離子探測器進行檢測，可用于快速實時檢測干酪、酸奶油中的風味化合物。例如，檢測中西方奶酪中風味物質的差異，并通過鑒定揮發性化合物，進而篩選優質乳酸菌株。

核磁共振技術（NMR），通過識別物質的分子結構，進行發酵過程中風味物質的定量和定性檢測。NMR成功識別奶酪成熟過程中化學、物理成分變化，高山農場奶酪風味獨特，源于成熟后期產生了更多的蘇氨酸，而蘇氨酸含量與成熟條件有關。因此，NMR常用于檢測奶酪成熟過程中風味物質的變化，有助于尋找合適的成熟條件。

3.2 組學分析方法

近年，多組學聯合技術（代謝組、宏基因組和轉錄組）被廣泛應用于綜合分析發酵食品中產生關鍵風味物質的微生物菌群及合成途徑。相關研究通過代謝組學技術，觀察到嗜熱鏈球菌發酵中代謝物的變化，包括肽、氨基酸、脂肪酸和維生素，發現發酵乳的苦味來源于一些氨基酸、短鏈脂肪酸形成的S-甲硫酯，為發酵乳提供獨特風味。同時，宏轉錄組學揭示了溫度變化對奶酪風味的影響，即較高的成熟溫度促進與蛋白質水解和氨基酸、脂質分解代謝相關基因表達，導致游離氨基酸和脂肪酸的濃度更高，從而促進奶酪中風味物質的產生。

此外，相關研究基于植物乳桿菌p-8的代謝組差異代謝物結果，結合全基因組的分析結果，解析了該菌株的糖代謝、蛋白質代謝以及脂肪酸代謝通路，揭示了發酵乳添加植物乳桿菌p-8在發酵過程中利用菌株自身代謝系統生成特定的有機酸、氨基酸、風味物質、活性肽類和神經活性物質，賦予了發酵乳特殊的營養和風味價值。因此，基因組和代謝組學技術的結合，是揭示發酵食品中核心風味化合物形成機制和生物合成途徑的有效工具。

4 總結與展望

目前，關于發酵乳風味物質的研究已有很多，許多產香的乳酸菌已從發酵食品中分離得到，為增強發酵食品的多樣化風味作出了貢獻。然而，有關乳酸菌產生風味物質的影響機理，我們知之甚少。因此，未來研究發酵乳風味物質應集中關注以下幾個方面：①鑒定發酵乳制品最終產品中的關鍵風味物質，并確定其形成的主要乳酸菌。②研究發酵工藝中產生和影響目標風味物質的關鍵步驟。③研究微生物群落在發酵過程中的相互作用。④研究發酵乳的復雜風味形成途徑，探索乳酸菌功能和代謝機制。