牧其尔，徐伟良，李春冬，王福超，陶晓臣，郭 梁*

（1.锡林郭勒职业学院 草畜系，内蒙古 锡林浩特 026000；2.锡林郭勒生物工程研究院，内蒙古 锡林浩特 026000；3.锡林郭勒盟畜牧工作站，内蒙古 锡林浩特 026000）

发酵乳制品是原料乳在特定微生物的作用下，通过乳酸菌单纯发酵或乳酸菌和酵母菌共同配合发酵制成的具有特殊风味物质的酸性乳制品。其中以牛乳为原料的发酵乳制品最为常见。牛乳含有丰富的人体所需营养物质，通过多种微生物的协同发酵，将乳糖、蛋白质、脂肪等营养物质分解产生多味肽、氨基酸、脂肪酸等多种风味营养成分，不仅保留了鲜牛乳的乳香味，而且增添了特殊发酵风味[1-2]。研究表明，发酵乳制品具有抗氧化[3]、降低胆固醇[4]、抗肿瘤[5]、免疫增强[6]及抗变异原[3，7]等医疗保健功能。

风味是食品重要的组成部分，风味产品深受消费者喜爱和购买[8]。对于消费者，食品的不同风味可以满足不同人群客户；对于生产者，食品的风味与经济效益密切相关。因此国内外对于食品风味的研究是食品研究的热点之一。近年来，国内外对于发酵乳制品风味物质的研究较多。李娟等[9]运用气相色谱-离子迁移谱（gas chromatography-ionmobility spectrometry，GC-IMS）对多种乳制品进行风味物质检测，共检测出29种挥发性风味化合物；JIA W等[10]运用高效液相色谱-高分辨率四级轨道质谱联用技术基于外标法检测山羊奶样品中的风味物质种类，并且发现了独特的风味化合物；CAPOZZI V等[11]运用顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱（headspace solid phase microextraction-gas chromatography mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）和质子转移反应-飞行时间质谱（proton transfer reaction-time of flight mass spectroscopy，PTR-TOF-MS）两种技术对不同商品马斯卡泊尼干酪顶空中的挥发性有机化合物进行了分析，鉴定出27种不同化学类别的挥发性有机化合物。然而，对于发酵乳制品中风味物质的研究还不够系统，目前，针对发酵乳制品的研究主要集中在发酵剂的选择[12]、菌种的分离筛选以及发酵性能等方面[13-15]。本文以研究发酵乳制品与风味物质之间的关系为出发点，对发酵乳制品风味物质的分类、形成途径、提取和检测方法进行了论述，以期对发酵乳制品风味物质的进一步研究提供参考。

1 发酵乳制品主要风味物质的分类

发酵乳制品中虽然存在多种风味物质，但由于各种物质的含量不尽相同，只有浓度超过阈值的物质才能影响其风味[8，16]。风味物质的多少能够直接影响发酵乳制品口感及香味，研究发现，发酵乳制品中风味物质成分的分子质量＜400 Da，风味阈值在0.001～1 000 μg/L[17]。发酵乳制品中主要风味物质为酸类、醇类、酯类、羰基化合物、芳香族以及其他化合物等[18-19]。

酸类主要分为挥发性酸和非挥发性酸。挥发性化合物主要影响发酵乳制品的香味，大部分挥发性有机化合物都来源于原乳，主要包括乙酸、丙酸、丁酸为主的C2～C10的饱和脂肪酸。乳酸是影响发酵乳制品风味的最具有代表性的非挥发性酸，可以作为检测发酵程度的指标。乳酸主要给人一种爽口的风味，是一种天然的防腐剂。除此之外，影响发酵乳制品风味的非挥发性酸有柠檬酸、草酸、丙酮酸等。

醇类中的乙醇是发酵乳制品中最重要的醇类风味物质，是微生物分解葡萄糖和氨基酸的最终产物。此外，还有其他醇类影响发酵乳制品的风味，如3-甲基丁醇是乳酸乳球菌通过发酵产生麦芽香味的主要成分[20]。

酯类一般在水果中含量较多，产生方式主要以脂肪酸代谢为主。由于酯类化合物自身带有果香味，能将脂肪酸和胺的苦味有效降低[21]。分子质量较小的酯类化合物（乙酸乙酯、乙酸甲酯）对发酵乳制品风味的影响较大，酯类化合物的含量随着储存时间的延长而增加[22]。

羰基化合物主要有三种：双乙酰、乙醛和乙偶姻，其中双乙酰是产生奶油香气的主要来源。双乙酰的稳定性较弱，易在还原酶的作用下被还原成乙偶姻，乙偶姻也具有奶油香气，但香气远不如双乙酰（大约是乙偶姻的100倍）[23]。

芳香族类化合物以及其他化合物是发酵乳制品芳香味的主要来源，主要有苯甲醛、甲苯和乙苯等化合物。除此之外，其他影响发酵乳制品风味的化合物还有吡嗪、呋喃等杂环类化合物、酮类以及某些脂肪、乳糖、氨基酸或蛋白质通过热降解产生的化合物等。吡嗪与芳香族化合物一样，具有芳香味，是加热食品焙烤味和坚果味的香味成分[24]。酮类化合物能赋予发酵乳制品不同风味，如2-戊酮具有水果味，壬酮具有土腥味，3-羟基-2-丁酮具有黄油味。

2 发酵乳制品中风味物质形成的途径

发酵乳制品中风味物质形成的途径主要有3种：原料乳、加工过程和微生物的代谢途径。

2.1 原料乳成分对风味物质形成的影响

原料乳是影响发酵乳制品风味成分的因素之一，目前已经检测到油酸、丙酮、游离脂肪酸和乙醛是构成原料乳奶香味主要成分，而这些化合物同样也是影响发酵乳制品风味的化合物，除了这些还有少量的二甲硫醚，研究表明，二甲硫醚风味阈值在12 μg/mL，超出阈值会直接影响原料乳的奶香味[25]。奶牛饲养条件、自身的因素以及季节等因素也会对原料乳的风味物质产生影响。如饲料中的一些风味物质直接通过血液进入乳腺从而影响其风味[26]。HEDEGAARD R V等[27]研究三种饲养条件下的原料乳脂肪酸，结果表明，饲养条件不同，其脂肪酸的氧化程度不同。综合而言，原料乳是发酵乳制品风味物质的主要来源之一。

2.2 加工过程对风味物质形成的影响

原料乳的加工（标准化生产、杀菌、均质）会引起风味物质含量的变化，主要有三个途径。第一，在高温杀菌过程中原料乳中含硫物质，如二甲基硫化物、二甲基二硫化物、二甲基三硫化物和二甲基砜等会随着加热浓度会增加，从而影响其风味[28]。第二，在加热过程中，会产生美拉德反应。美拉德反应是食品中常见的化学反应，会产生吡嗪、呋喃、含N、S、O的杂环化合物等多种反应产物，从而影响发酵乳制品风味[29-30]。第三，原料乳中脂肪经过热分解，形成游离态脂肪酸，脂肪酸经过脱羧、还原、水解等一些列反应后生成酯类、酸类、羰基化合物等影响风味的物质，最终影响发酵乳制品风味[25]。

2.3 微生物的代谢对风味物质形成的影响

微生物的代谢会直接影响发酵乳制品的风味。目前，用于发酵乳制品的微生物有乳酸和香味物质产生菌、乳酸产生菌以及柠檬酸发酵的香味产生菌3种[25，31]。在发酵过程中所选择的微生物种类会直接影响发酵乳制品风味物质的含量。发酵乳制品能否产生独特的风味取决于微生物是否在糖酵解、柠檬酸代谢、氨基酸代谢中起重要作用。

2.3.1 乳糖的糖酵解

乳糖糖酵解是发酵乳制品风味物质来源的重要途径之一。发酵过程中，大部分乳糖随乳清排出，只有少量（10%）的乳糖在乳酸菌的作用下进行发酵。在糖酵解过程中，发酵乳制品的氧化还原电位和pH会降低，缓慢进行酶促反应，产生许多影响发酵乳制品风味的化合物，主要有双乙酰、乙醛、乙醇和乙偶姻等。乳糖在β-半乳糖苷酶的作用下转化为葡萄糖，葡萄糖通过糖酵解产生丙酮酸。丙酮酸在丙酮酸脱氢酶或者在丙酮酸甲酸裂解酶的作用下产生中间产物乙酰辅酶A（乙酰-CoA），乙酰辅酶A通过醛脱氢酶生成乙醛。丙酮酸还能直接在丙酮酸脱羧酶或者在丙酮酸氧化酶的作用下直接生成乙醛[20]。除此之外，乙醛还可以通过利用核苷酸或者氨基酸通过丙酮酸直接转化生成[8，32]。

2.3.2 柠檬酸的代谢

原乳中柠檬酸的含量很低，主要是通过乳酸乳球菌乳酸亚种双乙酰突变株、肠膜明串珠菌乳脂亚种以及肠膜明串珠菌葡聚糖亚种进行发酵产生[33]。柠檬酸的代谢和乳糖糖酵解有着密切联系，柠檬酸首先裂解成草酰乙酸，草酰乙酸直接转化为α-乙酰乳酸，进而通过氧化脱羧生成双乙酰以及乙偶姻。草酰乙酸还能通过乙酰脱羧生成糖酵解的中间产物丙酮酸，最终生成双乙酰和乙偶姻。此外，柠檬酸通过代谢，还能产生其他的风味物质，如丙酸和乙酸等。

2.3.3 氨基酸的代谢

酪蛋白是产生风味物质重要的前体物质之一。乳酸菌的蛋白酶水解系统可将乳制品中酪蛋白降解为氨基酸，这些氨基酸能转化为风味化合物，特别是其中的支链氨基酸、芳香族氨基酸和硫酸氨基酸这3种氨基酸是主要的风味物质来源[34-35]。根据对乳酸乳球菌和嗜温菌氨基酸分解代谢的相关研究中发现，氨基酸分解代谢会受到α-酮酸的限制，但含有谷氨酸脱氢酶的菌株能从谷氨酸产生α-酮戊二酸，增强氨基酸的分解代谢，从而产生更多的风味物质[36]。

3 提取和检测风味物质的方法

3.1 提取风味物质的方法

溶剂萃取法是化学领域中最为常见的一种提取物质的方法，利用食品中风味物质在不同溶剂中的溶解性差异来达到分离提取目的。溶剂萃取法具有操作简便、回收率和选择性高等优点在食品领域广泛使用，AVSAR Y K等[37]采用溶剂萃取法（真空条件）分析切达干酪中的风味物质，检测出50多种芳香族化合物；YAHYA F等[38]将正己烷作为溶剂提取香兰叶中2-乙酰基-1-二氢吡咯，发现随着浸泡时间的延长，提取效率会提高。

顶空捕集法分为3种：固相微萃取法、静态顶空捕集法和动态顶空捕集法。目前国内外关于采用顶空捕集法检测食品风味的研究较多，成堃等[39]采用SPME-GC-MS法分析原味酸奶、蓝莓汁以及蓝莓味酸奶（发酵时间为5 h、8 h）中挥发性风味物质，发现酮类化合物的含量会随着发酵时间的延长而提高。罗天淇等[40]利用SPME-GC-MS法和香气活力值（odour active value，OAV），检测宫廷奶酪挥发性风味物质及其含量，发现36种挥发性风味物质，其中辛醛的OAV含量最高。

蒸馏提取法是一种提取食品中挥发性化合物的最有效方法，在一定温度下，根据蒸气压不同来分离液体混合物中各组分的挥发性化合物[41]。常用的蒸馏提取法有水蒸气蒸馏法（steam distillation，SD）和同时蒸馏萃取法（simultaneous distillation extraction，SDE）。SD法主要用于制备分离热不稳定样品，而SDE法主要在气相色谱前处理时分离挥发性成分的应用上。CARPINO S等[42]用SD法从干酪中提取了挥发性风味化合物，然后对其进行了详细的分析；艾对等[43]使用SDE法从羊奶粉提取挥发性风味化合物，经气相色谱-质谱联用仪分析，共检测出了22种化合物。

超临界流体萃取法（supercritical fluid extraction，SFE）根据不同物质在超临界液体中具有不同的溶解度或同一物质在不同压力和温度下的溶解度存在差异，从而按照物质自身性质（分子量大小、沸点高低、极性大小）选择性的将物质依次分离出来[44]。SFE法具有高效率、操作简便、用时短等优点，广泛用于多个领域，例如环境、食品、生物、药物和无机物等[45-46]。

3.2 检测风味物质的方法

在食品风味物质的研究当中，分析鉴定所分离出来的具体物质组成需要借助气相色谱法、红外光谱法、紫外光谱法、质谱法、核磁共振波谱法、高效液相色谱法、电子鼻/电子舌、代谢组学技术、蛋白质快速检测仪和蛋白质组学技术等现代分析技术进行鉴定分析[44，47]。

红外光谱法和紫外光谱法具有快速、高效率及对样品无损害等优点，可用于发酵乳制品的快速检测。孙雷[48]利用偏最小二乘法和BP神经网络建立预测酸乳中脂肪和蛋白质含量的模型，采用近红外光谱检测样品中的脂肪和蛋白质含量。质谱法和核磁共振波谱法是化学领域常规的检测方法，主要通过样品的质谱图和核磁共振谱图确定化合物。

高效液相色谱法可根据化合物的相对分子质量、生物分子间亲和力以及离子交换能力对化合物进行分离检测，可检测沸点高、稳定性差的化合物。目前，高效液相色谱法主要用于检测发酵乳制品蛋白质和糖类。

电子鼻和电子舌技术是根据模仿生物嗅觉和味觉来检测分析、识别物质的新颖技术，具有检测速度快、对环境依赖性小、效率高、操作简便以及样品无需前期处理等优点，目前已经应用于多种食品领域（茶叶、饮料、乳制品、肉类、酒类），评价食品的新鲜度、掺假以及对加工过程进行监测。HANSEN T等[49]研究6个金属氧化物传感器组成的电子鼻与GC-MS相结合，检测猪肉加工过程中的挥发性成分，检测了肉品的质量。CHIKUNI K等[50]用电子舌技术研究肌肉纤维类型在牛肉味觉特征中的作用，表明不同部位的肌肉纤维的铁含量、脂肪酸含量有所不同，影响其口感。

代谢组学技术是一种新颖的检测方法，与传统的检测方法相比，代谢组学技术可通过基因组学和蛋白组学对发酵乳制品的口感、风味和营养成分进行分析，探究代谢产物含量与目标物含量之间的关系，最终研究整个代谢途径。SETTACHAIMONGKON S等[51]联合采用几种检测方法（核磁共振波谱法、气相色谱法、顶空固相微萃取法）研究酸乳中的代谢风味物质，进而探究影响酸乳品质和发酵过程的因素。LU Y等[52]利用一维和二维核磁共振波谱法快速、直接地对酸奶发酵过程产生的全部化合物进行代谢组学技术分析，实现非靶向代谢产物的检测。蛋白质快速检测仪目前主要用于工业生产的乳制品蛋白质的检测，可对大量样品进行快速检测，具有高的精密度和准确度。蛋白质组学技术是指在特定时间对特定生物系统中的蛋白质进行大规模分析技术，研究蛋白质的结构和功能、丰度的定量、修饰状态、蛋白质之间的相互作用[53]。陈笛[54]采用蛋白质组学技术对不同加热条件下的羊乳蛋白质进行分析，探究不同加工条件对发酵乳品质的影响。研究发现，联合使用两种或以上的分析法，可以提高检测效率，其中最常用的方法为气相色谱质谱法（GC-MS），能一次性对混合物进行定性和定量分析。马艳丽等[55]采用SPME-GC-MS技术从奶豆腐、奶疙瘩、乳饼、乳扇以及切达奶酪中检测出脂肪酸类、芳香类和醇类化合物等多种挥发性风味物质；张玥琪等[56]利用GC-MS方法在研究蓝波奶酪的风味物质研究中，共鉴定出111种挥发性风味物质成分。GC-MS法应用范围广，不仅在食品分析方面[57-58]发挥着重要的作用，而且在药物分析、环境监测方面也有所应用[59-60]。

4 结语

近年来，关于发酵乳制品的研究大部分集中在生产工艺方面，而对于发酵乳制品中风味物质的研究还不够系统，尤其是风味物质的形成机理是否与初始原乳组份有关，以及微生物发酵过程中化合物之间的相互转化机理还有待进一步科学探究。此外，发酵乳制品加工过程中原乳、生产工艺、发酵剂等因素，也会直接影响其风味，对其最终产品风味的影响也需要进行深入考虑。随着科技的不断发展，风味物质的检测技术也在不断完善与提高，可以从原料选择、发酵生产和加工储藏等多个方面入手，不断对一些新型风味成分和风味物质的形成作用机制进行挖掘，可更加系统的研究发酵乳制品的风味物质，以期改善发酵产品风味，研发新型风味产品，最终促进乳制品产业化发展。