杨 爽,白 雪,孟 鑫

(锦州医科大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121000)

随着大众消费观念的提升,奶制品已成为人们日常膳食的重要组成部分,占据着我国消费市场较大比重,人们对奶制品风味需求日益上升,给奶制品生产者提出新的挑战。奶制品中奶香味物质的重要成分来源于脂肪酸,在一定范围内,脂肪酸含量越高,奶制品香气越强烈[1],由于脂肪酶可以促进脂肪酸的生成[2],近年来受到国内外学者的广泛关注。Verhaeghe D等[3]通过酶解乳脂肪从而制备奶香味物质。林伟峰等[4]发现在稀奶油-乳清发酵体系添加外源脂肪酶,促进羧酸类物质增加,产生酯类,改善体系风味。但到目前为止,报道使用的多为进口外源脂肪酶制剂,价格较高,而作为食品级解脂酶的内源性脂肪酶不仅可以有效改善食品风味,而且来源于动物本身,安全性更高[5]。本实验室前期已采用双水相体系萃取猪肉内源性脂肪酶并将其应用于肉制品[6]与奶酪[7]中,经鉴定对肉品与奶酪的风味均有改善,但对其它奶制品风味的影响尚不明确,因此本文挑选商场中常见的奶制品:凝固型酸奶与奶贝,向其中添加内源性猪肉脂肪酶,利用电子鼻对处理前后的奶制品风味物质进行识别,运用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术(HS-SPME-GC-MS)对风味物质进行鉴定,为进一步促进内源脂肪酶在奶制品中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

内源性猪肉脂肪酶酶液 采用双水相法从猪肉(肥肉)中萃取脂肪酶酶液,参照文献[8]提取方法并做简单修改,萃取条件为:PEG2000浓度为32%,(NH4)2SO4浓度为32%,pH为6.5;凝固型酸奶(老酸奶)、奶贝(伊利) 购于锦州市新玛特超市。

PEN3型电子鼻 德国AIRSENSE公司;75 μm CAR/PDMS SPME萃取头 上海楚定分析仪器有限公司;7890N/5975 GC-MS Agilent公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备

1.2.1.1 酸奶样品的制备 取凝固型酸奶样品与脂肪酶液各10 mL于烧杯中混匀成乳浊状,室温下静置30 min后，85 ℃灭酶3 min备用(处理组)。空白组酶液用双蒸水替代。

1.2.1.2 奶贝样品的制备 取1 g奶贝与10 mL脂肪酶液充分混匀于烧杯中,室温下静置30 min后，85 ℃灭酶3 min备用(处理组)。空白组酶液用双蒸水替代。

1.2.2 电子鼻检测 分别取10 mL处理后酸奶及奶贝样品于烧杯中,封口膜封口静置30 min，使其充分酶解进行电子鼻气味录入,每组样品3个平行,共测6次。本次实验设定电子鼻信号采集时间:50 s,清洗时间:120 s。本次实验所使用电子鼻传感器性能描述见表1。

表1 PEN3型便携式电子鼻传感器性能描述

1.2.3 GC-MS分析实验方法 参照文献[9]方法略作修改。

1.2.3.1 固相微萃取 分别称取5 mL由1.2.1.1与1.2.1.2处理过的凝固型酸奶与奶贝样品置于20 mL顶空瓶中,加入3 mL饱和氯化钠溶液及磁转子,用聚四氟乙烯隔垫密封,于45 ℃磁力搅拌器中加热平衡10 min,用 DVB/CAR/PDMS 50/30 μm萃取头(于270 ℃活化60 min)顶空吸附30 min。将萃取头插入GC进样口,解吸5 min。每个样品重复实验3次。

1.2.3.2 气相色谱条件 HP-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度为250 ℃,不分流模式进样;载气为He,流速1.0 mL/min;程序升温,柱初温57 ℃,保持3 min,以3 ℃/min升至100 ℃,再以5 ℃/min升至260 ℃,保持10 min;分流比5∶1。

1.2.3.3 质谱条件 色谱-质谱接口温度280 ℃,离子源温度230 ℃,四级杆温度150 ℃;离子化方式:EI;电子能量70 eV;质量扫描范围30～550 m/z。

1.2.4 数据分析

1.2.4.1 数据处理 数据差异性分析采用SPSS 17.0方差分析。

1.2.4.2 PCA分析 PCA分析取稳定后第47～49 s这3 s的电子鼻传感器数值信息,使用电子鼻系统自带软件Winmuster进行数据分析。

1.2.4.3 GC-MS数据分析 样品中挥发性成分的定性分析采用计算机谱库(NIST11/Wiley7.0)进行检索,并使用C8～C20正构烷烃的保留时间，计算各个色谱峰的保留指数,来确认挥发性物质的化学组成。挥发性成分的定量分析采用峰面积归一化法。

2 结果与分析

2.1 电子鼻检测内源性猪肉脂肪酶对奶制品风味影响

如图1所示内框线为未经脂肪酶处理的奶制品雷达图,外框线为脂肪酶处理后的奶制品雷达图。图1中酸奶及奶贝样品经脂肪酶处理前后风味轮廓均有不同程度的改变,与未经脂肪酶处理的奶制品相比,经脂肪酶处理的酸奶样品在7号W2W、9号W2S、3号W3C、2号W5S四个传感器增加量较高,差异显著(p<0.05);奶贝样品经脂肪酶处理后,除4号W6S与10号W3S这两个传感器相对电阻值无明显改变外,其它八个传感器的响应值均大幅度增加,差异显著(p<0.05)。电子鼻结果表明，奶制品样品经脂肪酶酶解后其挥发性风味物质含量增加,证明脂肪酶酶解乳脂肪后产生了更多的挥发性成分。

图1 奶制品样品经内源猪肉脂肪酶处理前后雷达图比较

同时采用PCA(主成分分析)方法对猪肉内源性脂肪酶处理前后奶制品中的挥发性风味物质进行分析(图2),图中的每个椭圆代表同批次奶制品风味的数据采集点[10]。从图2中第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)两个坐标轴上可以看出,两种奶制品样品间差异显著。其中酸奶样品中贡献率总和为99.92%,奶贝样品中贡献率总和为99.93%,两种奶制品均大于95%以上,这说明PC1和PC2有足够的信息来代表样品的挥发性风味的主要特征。这表明:经内源猪肉脂肪酶处理前后的奶制品在风味上存在差别,电子鼻能有效地区分内源脂肪酶处理前后奶制品样品的风味特征。

图2 处理前后的奶制品样品响应值PCA分析图

通过电子鼻可以从宏观上比较出，经脂肪酶处理后,奶制品样品整体风味成分的显著增加,为进一步确定内源性猪肉脂肪酶对奶制品风味作用的具体成分,采用GC-MS进行分析检测和鉴定。

2.2 GC-MS检测内源脂肪酶对奶制品风味的影响

通过HS-SPME-GC-MS技术检测内源性猪肉脂肪酶对酸奶及奶贝风味的影响,分析匹配度大于80%的风味成分,图3为经脂肪酶处理前后的酸奶与奶贝挥发性风味成分总离子流色谱图,如表2、表3所示酸奶样品中共检测出挥发性物质54种,奶贝中共检测出挥发性物质32种。将两种奶制品所有挥发性风味物质归类如图4。总体来说,酸奶中的主要风味物质有烃类、杂环和芳香族类、有机酸类、酯类等化合物,奶贝中的主要风味物质有酸类和酯类、烃类、醛酮类、芳香族类等。

图3 GC-MS联用分析两种奶制品样品挥发性成分总离子流色谱图

表2 GC-MS检测脂肪酶处理前后凝固型酸奶样品的风味成分

续表

表3 GC-MS检测脂肪酶处理前后奶贝样品的风味成分

续表

烃类物质在奶贝与酸奶样品中相对含量占比重很大,并且普遍存在于奶制品中,但烃类物质具有较高的芳香阈值,对于奶制品的整体风味贡献较小[11]。但一些芳香烃具有较强的芳香风味[12]。经过脂肪酶处理后，酸奶中杂环和芳香族化合物相对含量由20.15%增加为23.69%，奶贝中杂环和芳香族化合物相对含量由6.34%增加为11.36%。图4结果显示,酸奶与奶贝样品中烃类物质占总挥发性风味物质的含量较高,但检测出的烷烃、烯烃类物质主要为长链直链的烃,这类物质的阈值较高,对奶制品的风味贡献较低。

图4 两种奶制品样品中挥发性风味物质的相对含量

奶制品的香气主要来自于构成乳脂肪的脂肪酸[13]。脂肪酸分解产物包括甲基酮类、内酯类、酯类和二级醇类[14]。对奶香味贡献较大的甲基酮类化合物可以由β-酮酸受热脱羧生成,如2-戊酮、2-庚酮、2-壬酮、2-十一酮等[1,15]。经过脂肪酶处理后，酸奶中醛酮类物质相对含量由0.71%增加至0.95%，奶贝中醛酮类物质相对含量由9.26%增加至13.22%。空白组奶贝中2-十一酮相对含量为2.53%,2-庚酮为2.91%,处理组奶贝2-十一酮含量3.46%,2-庚酮为3.99%,经脂肪酶处理后产生奶香味的2-十一酮、2-庚酮占奶贝风味物质的比重明显增加。空白组酸奶中2-壬酮相对含量为0.28%,处理后所占比重增加为0.36%。由于直链的醛、烷烯烃、酮、醇类风味成分主要来自于脂类物质的变化[16-17],奶制品中烃类物质及醛酮类物质的增加，表明脂肪酶能够促进乳脂肪的进一步变化。

脂肪酶酶解奶制品就是将包含在三酰甘油酯中的中短链脂肪酸释放出来,如以丁酸、己酸、辛酸和癸酸等[18],GC-MS结果显示，酸奶样品空白组有机酸含量27.21%,酯类物质含量13.89%,处理组有机酸相对含量18.10%,酯类物质含量18.12%;奶贝样品空白组有机酸含量20.63%,酯类物质含量30.39%,处理组有机酸相对含量10.25%,酯类物质含量34.71%,经脂肪酶处理后奶制品有机酸含量降低(p<0.05),酯类物质相对含量增加,差异显著(p<0.05)。这一结果也表明，在脂肪酶分解乳脂肪的过程中，大量的脂肪酸转化为相应的酯类化合物[19],并且这类脂肪酸也是其他风味物质(如:甲基酮、醇、酯、醛等)的前体物质[20]。

本实验检测出经内源猪肉脂肪酶处理后,对奶制品风味有重要影响的杂环及芳香族化合物、酯类、醛酮类物质相对含量增加,与文献王蓓[21]、侯园园[22]使用外源脂肪酶酶解天然乳脂的物质种类基本一致;林伟峰[4]研究发现,稀奶油-乳清体系添加脂肪酶后,酸类及酯类含量增加,而本实验检测酸类物质的含量减少,这可能与脂肪酸的转化有关[23]。

3 结论

电子鼻检测结果显示,脂肪酶处理前后奶制品风味有明显的改变,并且经脂肪酶处理后的奶制品每个传感器的响应值较处理前的空白组均有不同程度的增加,通过PCA分析电子鼻传感器数据进一步说明，利用电子鼻检测经内源猪肉脂肪酶处理前后，奶制品风味的可行性以及各组数据的采集点分散在不同的区域,每组样品间挥发性风味有明显的差异。GC-MS检测经内源脂肪酶处理前后的奶制品样品挥发性成分主要为醛酮类、酯类、酸类、芳香族类和以及烃类物质等,经猪肉脂肪酶处理后,两种奶制品在醛酮类、酯类、杂环和芳香族类化合物相对含量显著增加(p<0.05)，奶制品样品中呈现奶香味的挥发性物质2-十一酮、2-庚酮、2-壬酮等相对含量有所提高,作为挥发性风味前体物质的有机酸类物质相对含量降低,进一步表明了内源脂肪酶可以酶解乳脂肪产生风味物质,有效改善奶制品的风味。