奶牛乳、水牛乳与牦牛乳的挥发性风味物质分析

张晓梅，仝令君，迟雪露，艾娜丝，，4，王静，，4，*，孙宝国，，4

（1.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457；2.北京工商大学北京食品营养与人类健康高精尖创新中心，北京100048；3.北京工商大学北京市食品添加剂工程技术研究中心，北京100048；4.北京工商大学北京市食品风味化学重点实验室，北京100048）

奶牛乳、水牛乳与牦牛乳的挥发性风味物质分析

张晓梅1，仝令君2，迟雪露3，艾娜丝2，3，4，王静2，3，4，*，孙宝国2，3，4

（1.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457；2.北京工商大学北京食品营养与人类健康高精尖创新中心，北京100048；3.北京工商大学北京市食品添加剂工程技术研究中心，北京100048；4.北京工商大学北京市食品风味化学重点实验室，北京100048）

采用固相微萃取法分别对奶牛乳、水牛乳和牦牛乳的挥发性成分进行萃取，经气相色谱-质谱联用仪分析。结果显示，奶牛乳中共鉴定出17种挥发性物质，主要包括酮类、酸类和醛类；水牛乳中共鉴定出16种挥发性物质，主要包括酮类、芳香族及萜烯类、酸类和醛类；牦牛乳中共鉴定出37种挥发性物质，主要包括酮类、酸类、芳香族及萜烯类、酯类、醛类和内酯类。经分析，3种牛乳样品的挥发性物质组成呈现一定的属内差异性和属间相似性。

奶牛乳；水牛乳；牦牛乳；挥发性风味物质

奶牛（荷斯坦牛）、牦牛和水牛同属哺乳纲偶蹄目反刍亚目牛科牛亚科，其中奶牛和牦牛属于牛属，水牛为水牛属[1]。奶牛乳（cattle milk，CM）是乳品行业中产量最高的乳品种，占全球乳产量的比例超过80%。水牛乳（buffalo milk，BM）占全球乳产量的比例约为13%，主要分布在欧洲，如意大利等国家，在我国南方地区也比较常见，如云南、广州和福建等省[2-3]。牦牛乳（yak milk，YM）是一种具有少数民族特色的乳品，主要产自中亚南部的喜马拉雅地区，如我国西藏和青海地区、以及蒙古和俄罗斯等地[4]。有文献报道，许多乳成分的含量和分布呈物种种属内或种属间的相似性及差异性[5]。由此推断，奶牛乳、牦牛乳和水牛乳的挥发性风味组分可能也存在一定的相似性和差异性。

固相微萃取法 （solid-phase micro-extraction，SPME）是目前广泛常用的一种风味萃取前处理方法，它能够将萃取与浓缩同时进行，具有萃取条件温和、灵敏度高、无需溶剂、操作简便等特点[6]。固相微萃取法对于挥发性物质种类较复杂且含量较低的样品具有比较好的萃取效果，并且目前有多种材质和涂层厚度的萃取纤维可以选择，对于特定种类的目标萃取对象可以具有更好的针对性[7]。因此，对于挥发性风味物质种类较多且需要较温和萃取条件的牛乳样品来说，固相微萃取法是一种较理想有效的前处理萃取方法。

以奶牛乳（荷斯坦牛乳）、水牛乳和牦牛乳为研究对象，选择顶空固相微萃取-气质联用 （head-space solid-phase micro-extraction gas-chromatography massspectrometry，HS-SPME-GC/MS）为研究方法，对这3种牛乳样品的挥发性风味物质进行检测，旨在分析奶牛、水牛和牦牛这3种同科不同属的牛科动物的乳挥发性风味成分的相似性与相异性，为研究不同物种来源的乳的风味组分的规律研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

奶牛乳：北京三元食品股份有限公司；牦牛乳：西藏松多地区；水牛乳：云南腾冲县。3种牛乳均为市售超高温灭菌乳，4℃保存，2 d内完成试验分析。

C7-C30正构烷烃标准品（色谱纯）：美国Supelco公司；2-甲基-3-庚酮（色谱纯）：美国Sigma-Aldrich公司；氯化钠（分析纯）：北京国药集团化学试剂有限公司；氦气（99.999%）：北京氦普北分气体工业有限公司。

1.2 仪器与设备

Agilent 7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪、HP-5 ms毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）色谱柱：美国Agilent公司；手动HS-SPME进样器、固定搭载装置、65 μm PDMS/DVB萃取纤维：美国Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 HS-SPME（顶空固相微萃取，head-space solidphase micro-extraction）萃取奶牛乳、牦牛乳、水牛乳挥发性风味成分

根据文献报道，在对多种食品体系中挥发性物质进行 GC/MS（气质联用，gas-chromatography massspectrometry）分析中，2-甲基-3-庚酮（CAS号 13019-20-0）是一种比较广泛使用且定量效果较好的一种内标物溶液，并且在乳制品中也发现被采用[8-10]。因此，本研究选择2-甲基-3-庚酮作为内标物进行定量分析。

取10 mL乳样、2 g氯化钠与1 μL浓度为0.816 μg/μL的内标物2-甲基-3-庚酮溶液，置于20 mL装有磁力搅拌子的顶空样品瓶中，40℃恒温水浴中加热平衡30 min，将手动HS-SPME进样器固定在SPME搭载装置上，并将萃取针头插入顶空瓶中，推出萃取纤维至瓶内牛乳液面约5 mm距离处，顶空吸附30 min。吸附结束后，快速插入GC/MS进样口解吸5 min。

1.3.2 GC/MS分析条件

GC（gas-chromatography）条件：进样口温度250℃；升温程序：起始温度30℃，保持1 min，以5℃/min升温至300℃，不保持；载气为氦气，流速为1.0 mL/min，不分流进样。

MS（mass-spectrometry）条件：EI离子源，电子能量70 eV；传输线温度250℃；离子源温度230℃，四级杆温度150℃；质量扫描范围50 u～380 u；扫描方式：全扫描；溶剂延迟5 min。

1.4 定性定量分析

1.4.1 定性分析

对不同乳样挥发性物质的定性分析主要采用气质联用仪MSDChem工作站Nist11谱库，选择正反匹配度大于600/600的物质，另外结合校对保留指数、标准品定性等方法进行确定。保留指数计算公式（1）为：

式中：RI为未知物的保留指数；n和n+1为未知物流出前、后正构烷烃碳原子数；tn+1和tn为正构烷烃的保留时间；tr为未知物在气相色谱中的保留时间（tn＜tr＜tn+1）。

1.4.2 定量分析

以2-甲基-3-庚酮为内标，默认每个化合物对2-甲基-3-庚酮的相对相应因子为1。根据内标物的质量浓度、样品中各组分的峰面积与内标物的峰面积，计算牛乳样品中各组分的含量。各组分半定量分析计算公式（2）为：

式中：mi为未知物的质量浓度，μg/L；m0为内标物的质量浓度，μg/μL；Ai为未知物的峰面积；A0为内标物的峰面积；Vi为萃取时所加奶样的体积，L；V0为所加内标物溶液的体积，μL。

2 结果与分析

2.1 HS-SPME-GC/MS分析

结合SPME方法，对奶牛乳、水牛乳和牦牛乳的挥发性风味物质进行了萃取及GC/MS分析，其鉴定分析结果如表1所示。

表1 HS-SPME-GC/MS分析3种牛乳样品中挥发性风味物质成分Table 1 HS-SPME-GC/MS analytical results for the volatile components of the 3 kinds of milk samples

由表1可知，以PDMS/DVB（聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯，polydimethylsiloxane/divinylbenzene）为萃取纤维，对奶牛乳（CM）、水牛乳（BM）和牦牛乳（YM）进行HS-SPME-GC/MS分析，均有效萃取检出了挥发性风味物质。其中，在CM中共检出17种挥发性物质，总含量为（148.430±26.546）μg/L；在 BM 中共检出16种挥发性物质，总含量为（174.443±23.182）μg/L；在YM中共检出37种挥发性物质，总含量为（789.107±103.740）μg/L。YM中挥发性物质种类更多，含量也更高；CM和BM挥发性物质的种类和含量比较接近。将3种牛乳样品的挥发性物质进行比较分析，如图1所示。比较结果显示，3种牛乳样品中主要的挥发性物质为酸类、酯类、酮类、烷烃类、醛类、内酯类和芳香族及萜烯类。3种牛乳样品中共有的挥发性物质为12种，分别为2-庚酮、己酸、2-壬酮、壬醛、辛酸、癸醛、2-十一酮、十三烷、十四烷、十六烷、十七烷和十八烷。这与相关CM、BM和YM产品的挥发性风味物质研究结果较为一致[11-13]。

图1 3种牛乳样品挥发性物质含量对比Fig.1 Amount comparison of volatile components from 3 kinds of milk samples

酮类挥发性物质在3种牛乳样品中的含量较多，其中2-庚酮、2-壬酮和2-十一酮在3种牛乳样品中均有检出。酮类物质主要来源于乳脂肪中饱和脂肪酸的β氧化系列反应的产物。酮类物质是多品种牛乳中典型的挥发性风味物质，具有风味特征明显、风味阈值低等特点，尤其是甲基酮类物质在各种牛乳及其制品中均常有检出，且对牛乳制品风味品质贡献较大。其中，2-庚酮和2-壬酮呈奶香、甜香风味，是牛乳风味的代表性挥发性风味物质[14]。酸类挥发性风味物质在3种牛乳样品中的含量也较多，其中己酸、辛酸在3种牛乳样品中均有检出。酸类物质主要由乳脂肪中的甘油三酯在一定条件下发生水解而产生。酸类物质风味阈值低且风味特征明显，同样是牛乳制品中的常见挥发性风味物质，比如己酸、辛酸等短碳链脂肪酸在适当浓度下具有奶香、奶油风味，是牛乳特征风味的代表组分[15]。醛类物质在3种牛乳样品中也有一定含量，其中壬醛、癸醛均有检出。醛类物质可能也是乳脂肪氧化系列反应的产物，由于风味阈值较低，且具有奶香、油脂风味，也是牛乳风味的常见特征组分[16]。酯类物质和内酯类物质在YM中含量较多，但在CM和BM中并未检出。酯类物质是牛乳制品中比较常见的挥发性风味物质，可能来自于乳体系中水解释放的脂肪酸和游离醇类物质在内源酯酶作用下的酯化反应，酯类物质尤其是脂肪酸乙酯类物质具有果香、清甜风味，对于丰富牛乳制品风味层次，提高感官品质具有积极作用[17]。内酯类物质可能是乳体系中糖类物质等成分的氧化反应产物，奶油味、油脂味是牛乳制品中内酯类物质的主要特征风味。内酯类物质在新鲜牛乳中并不十分常见，而在奶油、干酪和酸奶等牛乳加工食品中是比较具有代表性的一类挥发性风味物质，这可能是因为热反应、机械处理和微生物作用等因素更容易满足内酯类物质这种结构比较复杂的挥发性风味组分的生成条件[18-19]。烷烃类物质和芳香族及萜烯类物质可能来自于牛的乳腺等机体组织或者牛乳中游离脂肪酸的自动氧化，也可能来自于饲料和牧草经过瘤胃迁移至牛乳中，其中芳香族及萜烯物质在牛乳中并不常见，而烷烃类物质由于风味阈值较高[20]，对于牛乳风味的贡献不大。

由表1和图1可知，3种牛乳样品中，YM挥发性物质的种类和含量最多，酮类、酸类、芳香族及萜烯类、酯类、醛类和内酯类挥发性物质均较多。其中，酮类物质主要包括2-庚酮、2-壬酮和2-十一酮；酸类物质包括己酸、辛酸和正癸酸；芳香族及萜烯物质包括D-柠檬烯、苯甲醛和芳樟醇；酯类物质主要包括丁酸乙酯和癸酸乙酯；醛类物质主要包括庚醛、癸醛和壬醛；内酯类物质主要包括γ-辛内酯、γ-壬内酯和γ-己内酯。牦牛和奶牛同属于牛属，但是YM却比CM的挥发性物质的种类和含量都要多，这可能与牦牛的生长环境和代谢模式有关。牦牛是生长于海拔3000 m以上，是青藏高原为中心及其毗邻的高山、亚高山地区的特有牛种，有极强的抗寒、抗病能力和适应性[21-22]。牦牛乳含有较多的脂肪、蛋白质、乳糖和干物质，比如牦牛乳的干物质含量为17.86%～18.36%，比荷斯坦牛乳高5个百分点，被称为“乳中极品”[23-25]。由于牦牛乳中各成分都达到了较高水平，因此牦牛乳中的挥发性风味物质可能也在含量和种类上较为丰富。

另外，虽然奶牛和水牛不是相同牛属，但在本研究中的CM和BM的挥发性风味物质在种类和含量上却较为接近，二者共有的挥发性物质为13种，主要为2-庚酮、己酸、2-壬酮、壬醛、辛酸、十二烷、癸醛、2-十一酮、十三烷等。CM的挥发性物质主要为酮类、酸类和醛类，包括2-庚酮、2-壬酮、己酸、辛酸、正癸酸、癸醛和壬醛等。BM的挥发性物质主要为酮类、芳香族及萜烯类、酸类和醛类，包括2-庚酮、2-壬酮、D-柠檬烯、己酸、辛酸、癸醛和壬醛等。姚春杰等[13]对CM和BM的酸凝乳挥发性成分进行了萃取分析，检测结果显示，CM酸凝乳挥发性风味物质为27种，BM酸凝乳挥发性风味物质为25种，两者有15种相同成分。这可能与CM和BM本身的挥发性物质组成有很多共有成分有关。

奶牛、水牛和牦牛同属哺乳纲偶蹄目反刍亚目牛科牛亚科。其中，奶牛和牦牛同属于牛属，但在本研究中的YM的挥发性物质在种类和含量上均比CM多，这可能是因为二者生长环境和代谢模式的不同，使在本研究中的CM和YM的挥发性物质组成存在一定的属内差异性；另外，奶牛为牛属，水牛为水牛属，而本研究中的CM和BM的挥发性物质的种类和含量却比较接近，这说明纳入本研究中的CM和BM的挥发性物质组成可能存在一定的属间相似性。

2.2 主成分分析

主成分分析（principal component analysis，PCA）是一种模式识别分析的多元统计方法。PCA借助于数学方法和计算机技术，揭示样品性质的内部分类判别规律。在尽可能保留原始变量数据的基础上，PCA可以降低维数，通过对原始变量数据线性组合的主成分来最大限度的提供有用的信息。本研究对CM、BM和YM样品的挥发性物质按照各物质种类的含量进行了主成分分析。通过PCA分析可以看出不同挥发性风味物质种类对不同品种牛乳样品的分类贡献的关系，一般情况下，在同一主体元件（PC1或PC2）下，距离原点越远的挥发性风味物质种类对显示3种牛乳样品的区分差异的贡献越大[26-27]。挥发性风味物质种类对3种牛乳样品的区分贡献分析如图2所示。

从图2的PCA分析结果可以看出，PC1贡献率为93.466%，PC2贡献率为6.534%，二者整体贡献率为100%，说明该PCA分析能够准确反映出挥发性风味物质的种类对区分3种牛乳样品挥发性风味差异的显著作用。其中，从PC1可知，芳香族及萜烯类、烷烃类和酮类在显示3种牛乳挥发性风味物质的差异上更为明显，酸类次之，然后为醛类、酯类和内酯类；从PC2可知，醛类、酯类和内酯类在区分3种牛乳挥发性风味物质的作用上更为突出，酸类和酮类次之，然后为烷烃类和芳香族及萜烯类；另外，从该PCA分析结果可知，酯类和内酯类在显示3种牛乳样品挥发性风味物质差异上的区分作用基本相同，而酸类、酮类、醛类、芳香族及萜烯类和烷烃类这五类挥发性风味物质在进行CM、BM和YM的挥发性物质差异性分析中分别起到了不同的区分作用。

图2 3种牛乳样品挥发性成分种类主成分分析Fig.2 Principal component analysis of types of volatile components from 3 kinds of milk samples

3 结论

本研究选择PDMS/DVB萃取纤维，采用HSSPME-GC/MS方法对奶牛乳（CM）、水牛乳（BM）和牦牛乳（YM）的挥发性风味物质进行了萃取和分析。其中CM共检测出17种挥发性物质，主要包括酮类、酸类和醛类；BM共检测出16种挥发性物质，主要包括酮类、芳香族及萜烯类、酸类和醛类；YM共检测出37种挥发性物质，主要包括酮类、酸类、芳香族及萜烯类、酯类、醛类和内酯类。在本研究中的3种牛乳中，YM挥发性物质的种类和含量较多，这可能与牦牛独特的生存环境和代谢模式有关；纳入本研究的CM和BM挥发性物质的种类和含量比较接近。

[1] 马露.奶牛,水牛,牦牛,娟珊牛,山羊,骆驼和马乳特征性成分分析[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2014:2-4

[2] Barłowska J,Szwajkowska M,Litwińczuk Z,et al.Nutritional value and technological suitability of milk from various animal species used for dairy production[J].Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2011,10(6):291-302

[3] Santillo A,Caroprese M,Marino R,et al.Quality of buffalo milk as affected by dietary protein level and flaxseed supplementation[J].Journal of dairy science,2016,99(10):7725-7732

[4] Qu S,Barrett-Wilt G,Fonseca L M,et al.A profile of sphingolipids and related compounds tentatively identified in yak milk[J].Journal of dairy science,2016,99(7):5083-5092

[5] Smiddy M A,Huppertz T,van Ruth S M.Triacylglycerol and melting profiles of milk fat from several species[J].International Dairy Journal,2012,24(2):64-69

[6] 孙杰,蒲丹丹,陈海涛,等.五香牛肉干挥发性风味成分的分离与鉴定[J].食品科学,2016,37(6):121-125

[7] 艾娜丝,王静,张晓梅,等.奶香型香味料的制备及分析技术研究进展[J].食品工业科技,2014,35(21):380-384

[8] Feng Y,Cai Y,Sun-Waterhouse D,et al.Reducing the Influence of the Thermally Induced Reactions on the Determination of Aroma-Active Compounds in Soy Sauce Using SDE and GC-MS/O[J].Food Analytical Methods,2017,10(4):931-942

[9] Erten E S,Cadwallader K R.Identification of predominant aroma components of raw,dry roasted and oil roasted almonds[J].Food chemistry,2017,217:244-253

[10]Smith T J,Campbell R E,Jo Y,et al.Flavor and stability of milk proteins[J].Journal of dairy science,2016,99(6):4325-4346

[11]余群力,韩玲,蒋玉梅,等.白牦牛乳营养成分及风味物质分析[J].营养学报,2005,27(4):333-335

[12]巨玉佳,梁琪,张炎,等.电子鼻联合GC-MS分析不同牦牛乳干酪中特征挥发性成分[J].食品与机械,2014(4):14-17

[13]姚春杰,李全阳,黄忠闯.水牛酸凝乳和黑白花酸凝乳中挥发性风味物质的对比研究[J].中国乳品工业,2011,39(5):7-9

[14]Licón C C,de Mendoza J H,Maggi L,et al.Optimization of headspace sorptive extraction for the analysis of volatiles in pressed ewes’milk cheese[J].International Dairy Journal,2012,23(1):53-61

[15]Biolatto A,Grigioni G,Irurueta M,et al.Seasonal variation in the odour characteristics of whole milk powder[J].Food Chemistry,2007,103(3):960-967

[16]Valero E,Villamiel M,Miralles B,et al.Changes in flavour and volatile components during storage of whole and skimmed UHT milk[J].Food Chemistry,2001,72(1):51-58

[17]Holland R,Liu S Q,Crow V L,et al.Esterases of lactic acid bacteria and cheese flavour:Milk fat hydrolysis,alcoholysis and esterification[J].International Dairy Journal,2005,15(6):711-718

[18]Colahan-Sederstrom P M,Peterson D G.Inhibition of key aroma compound generated during ultrahigh-temperature processing of bovine milk via epicatechin addition[J].Journal of agricultural and food chemistry,2005,53(2):398-402

[19]Poveda J M,Nieto-Arribas P,Seseña S,et al.Volatile composition and improvement of the aroma of industrial Manchego cheese by using Lactobacillus paracasei subsp.paracasei as adjunct and other autochthonous strains as starters[J].European Food Research and Technology,2014,238(3):485-494

[20]Shiratsuchi H,Shimoda M,Imayoshi K,et al.Volatile flavor compounds in spray-dried skim milk powder[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,1994,42(4):984-988

[21]李铎,柴志欣,姬秋梅,等.西藏牦牛微卫星DNA的遗传多样性[J].遗传,2013(2):175-184

[22]Wang T T,Guo Z W,Liu Z P,et al.The aggregation behavior and interactions of yak milk protein under thermal treatment[J].Journal of dairy science,2016,99(8):6137-6143

[23]丁武蓉.青藏高原传统发酵牦牛奶中乳酸菌多样性及其益生功能研究[D].兰州:兰州大学,2014:1-3

[24]梁霄.不同品种原料乳营养品质的研究[D].北京:中国农业科学院,2012:5-7

[25]Singh M,Kumar A,Srivastava G,et al.Isolation,structure elucidation and DFT study on two novel oligosaccharides from yak milk[J].Journal of Molecular Structure,2016,1117:69-78

[26]Ai N,Liu H,Wang J,et al.Triple-channel comparative analysis of volatile flavour composition in raw whole and skim milk via electronic nose,GC-MS and GC-O[J].Analytical Methods,2015,7(10):4278-4284

[27]张晓梅,仝令君,潘明慧,等.巴氏灭菌与超高温灭菌对全脂牛乳挥发性风味物质的影响[J].食品科学,2017,38(10):173-177

Analysis of Volatile Flavor Components of Cattle Milk，Buffalo Milk and Yak Milk

ZHANG Xiao-mei1，TONG Ling-jun2，CHI Xue-lu3，AI Na-si2，3，4，WANG Jing2，3，4，*，SUN Bao-guo2，3，4
（1.College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；2.Beijing Innovation Center of Food Nutrition and Human Health，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；3.Beijing Engineering and Technology Research Center of Food Additives，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；4.Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

The volatile flavor components of cattle milk（CM），buffalo milk（BM）and yak milk（YM）were extracted by headspace solid-phase micro-extraction，and then analyzed by gas-chromatography mass-spectrometry （HS-SPME-GC/MS）.The results showed that，seventeen volatiles were identified from CM，mainly including ketones，acids and aldehydes；sixteen volatiles were identified from BM，mainly including ketones，aromatic compounds，acids and aldehydes；thirty-seven volatiles were identified from YM，mainly including ketones，acids，aromatic compounds，esters，aldehydes and lactones.According to the comparative analysis，there are variabilities within genus and similarities beyond genus among the volatiles of the three milk samples.

cattle milk；buffalo milk；yak milk；volatile flavor component

2017-06-06

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.18.026

国家自然科学基金（31501559、31571940）

张晓梅（1987—），女（汉），博士研究生，研究方向：乳品风味。

*通信作者：王静（1976—），女，教授，博士，研究方向：功能性食品配料。