乳及乳制品风味物质的研究进展综述

李心芯

(江苏旅游职业学院， 江苏 扬州 225127)

乳及乳制品包括奶酪、酸奶、其他发酵乳制品、奶类甜点等，提供能量、蛋白质、微量营养素如矿物质钙，维生素A等，以及生物活性物质，促进机体生长发育。随着世界经济水平的提升和人们物质生活的富足，乳制品的消费逐步增加。风味乳制品由奶、糖、色素、人工或天然风味物质构成。与原味乳类相比，风味乳制品在提供同样的关键营养素的同时，满足不同人群口感、口味的喜好。仅仅中东、亚太平洋和南非地区消费额就高达4 810亿美元，并以5.1%的年增长率提高[1]。

在过去的几十年间，对于乳制品风味的化学和生物化学研究取得了很大进展。但对于研究乳及乳制品风味和感官的研究者而言，怎样界定新鲜乳和乳风味依然是个难题。新鲜乳品无论是否经过巴氏消毒，其口感都较为温和，并具有特殊风味。而基于原乳的乳制品常常在风味上与原乳差异巨大，从口味清淡或较弱的如酸奶、意大利干酪，到味道浓厚的蓝纹奶酪、硬意大利奶酪。对于乳制品而言，其整体的感官包括以下三点：首先是口感，这主要取决于乳的组成成分，尤其是脂肪和蛋白质的含量高低直接决定了乳类的黏稠度和质地；其次是口味(滋味)，如来自乳糖的微甜、乳中盐类的微咸、以及奶酪中由于蛋白质分解过程中不同的产物肽导致的苦味等等；最后是芳香味，而这是由无数的挥发性有机物相互之间的平衡达成的，这些挥发性物质有乳类中中天然存在的，更多的是加工过程中产生的。

早期的风味研究发现数百种挥发性物质，但对其在产品的整体风味中的贡献却很少研究。随着色谱分离技术如高效毛细管气象色谱和质谱技术结合以及嗅觉监测技术的应用，使得风味物质的识别成为可能。而机械/化学分析与感官分析齐头并进在风味物质的分析中。近期发表的文章显示[2],感官导向的风味分析技术评价乳及乳制品中关键芳香物质。

1 乳及乳制品中风味物质的形成

乳类中挥发性风味和滋味物质主要来源于乳类成分的降解，这些成分有乳糖、柠檬酸盐、乳脂肪、乳蛋白尤其酪蛋白等这些物理—化学指标；加热处理、pH、水活性、盐的浓度、成熟温度等这些在生产过程中对生物化学变化平衡很重的指标。这些指标中的任何一个出问题，奶酪或其他乳制品都有可能形成与既往不同的风味或质地甚至出现问题。

乳成分在乳制品生产过程中的降解包括一系列的化学和生物化学反应，且这些反应相互作用。而这些反应可以大体归类为以下：

脂质过氧化:生产过程导致的变化如由乳酸菌或其他微生物引起的发酵等。乳制品中滋味物质的研究相对有限(见表1)，但最近的相关研究也在增加。在乳及乳制品中，研究分离成分或挥发性芳香味的物质比较困难，因为其成分复杂，不仅是食物的组成很多，而且这些成分之间有竞争或协同的作用。

在乳及乳制品中贡献了滋味的物质可以概括为三种可能来源：乳类中的天然物质，如乳糖；在乳制品加工过程中添加的物质，如氯化钠、乳酸等；在乳及乳制品发酵时，有很多生物化学反应，在这个过程中会产生很多物质。

乳产品中主要的滋味物质就是乳糖，其甜度仅为蔗糖的三分之一。其次是溶解在乳类中的盐类，主要产生甜味和咸味。甜味是主味，但是当钠/乳糖的比例比较高时。咸味可能成为主导滋味，比如当牛有乳腺炎时。研究显示，乳中的酪蛋白在某种程度上能够掩盖奶中乳糖的甜味[3]。水解乳糖的乳产品以及乳清蛋白会有较常见的巴氏消毒奶更甜的口味。

高温消毒或超高温消毒的乳类一般会有一种轻微的粉笔灰的味道，这有可能是高温下该磷酸盐的胶状化导致的。

氯化钠是奶酪中滋味的主要贡献者。奶酪中明显的咸味主要是随着奶酪的成熟，氯化钠的含量上升，同时pH值下降的缘故。

在发酵奶和奶酪中的主要酸类是乳酸，但是乳酸的浓度和pH水平会随着发酵产品种类、发酵剂、乳清蛋白去除的程度、非发酵微生物的代谢等不同而有很大差异。

表1 乳及乳制品中的滋味物质

其他的酸类，如乙酸、丙酸等也乳类及其制品中对其滋味有重要贡献，同时，也对其芳香气味有贡献。瑞士奶酪的滋味如酸味、甜味、咸味的物质主要是乙酸、丙酸、乳酸、琥珀酸、谷氨酸等，这些酸类或者以其自由的形式存在，或者以铵盐、钠盐、钾盐、镁盐、钙盐的形式存在[4]，而镁盐和钙盐主导着瑞士奶酪的滋味特征。

酪氨酸可水解为不同长短的肽类甚至氨基酸，其水解的程度因发酵奶和奶酪的种类而各异。 其中，小分子以及中分子肽类的作用还不是很清楚，但现在广泛认为它们在奶酪的基础滋味中扮演重要角色。 但是已经有几种肽类被证明在奶酪中具有苦味。Ney建立了肽的疏水性(测量其氨基酸侧链的疏水性，Q值)与苦味之间的关系。当Q值大于1 400cal/mol每残基，且分子量小于6 000Da(当分子量大于6 000Da时，很难与味觉受体结合)时表现为苦味。但当Q值小于1 300cal/mol每残基时则没有苦味。

通过感官分析，Singh发现[5]切达奶酪和高达奶酪中的肽β-CN f 193-209, 显示为苦味，此肽的Q值为1762cal/mol每残基，而分子量为1882.51Da。目前为止，发现的呈现出苦味的肽类有：αs1-CN f1-7, αs1-CN f1-13, αs1-CN f1-14, αs1-CN f1-17, αs1-CN f17-21, αs1-CN f26-32, αs1-CN f26-33, β-CN f8-16, β-CN f46-67, β-CN f61-69, β-CN f193-207等等。

此外，环二肽具有苦味，含有γ氨基的二肽如γ-谷氨酸-酪氨酸具有酸味，而γ谷氨酸-苯丙氨酸滋味更为复杂，具有肉汤味、轻微的酸味、盐味和金属味。然而，由于这些物质在奶酪中的浓度非常低，难以达到味觉的阈值，因此，奶酪中的滋味很难是由这些物质直接造成的。

对于各种奶酪中的激活滋味的物质有很多研究，如Yang和Vickers[6]研究切达奶酪， Salles[6]研究羊奶酪，Drake[7]研究切达和瑞士奶酪中负责鲜味的物质。 具有低度和高浓度鲜味的奶酪被选择用经过训练的感受器研究。

在有鲜味和没有鲜味的这两种奶酪中，定量检测了一些物质，如谷氨酸钠、5-核苷酸钠盐、5-鸟苷酸钠盐、氯化钠、乳酸、丙酸、琥珀酸等。结果分析与感官阈值对比后发现，核苷酸和鸟苷酸的阈值是它们在奶酪中含量的100倍以上。其他的物质则在奶酪的鲜味中扮演不同的角色。感官分析显示，谷氨酸是切达奶酪和瑞士奶酪中鲜味的主要物质，而琥珀酸和丙酸在瑞士奶酪中也呈现出鲜味。

在乳制品发酵过程中，有一系列的化学、生物化学反应，主要是热导致的反应；脂肪过氧化、糖分解、脂肪分解、蛋白质分解等。这些反应在乳及乳制品成分的降解已经被研究的相对清楚。最近主要研究酶学或基因操纵对发酵剂乳酸菌，帮助研究人员进一步弄清乳及乳制品分解代谢过程的路径。这使得发酵乳制品在风味研究上取得了巨大进步。迄今为止，很大一部分挥发性物质从不同类型的奶酪中被鉴定出来，但这些风味物质很难通过纯粹的化学模型被复制出来。而今对于苦味和其他特别的风味的理解无疑对这一过程有促进作用。

随着消费者的觉醒以及对最低加工程度新鲜事物需要的增加，使得非加热处理技术在处理乳及乳制品中上升。新的加工激素如高压、脉冲电子对于感官和风味化学物质的影响还需要进一步研究。 而且，对于那些具有特殊风味的传统食品，以传统的加工方式需要历经数月甚至数年才能完成，怎样用快速、高通量的处理技术获得成为一个挑战。

近年来在感官和机械方法对风味分析的研究帮助我们更好地理解乳制品的风味化学。但还有更多工作需要进行，如风味如芳香味和滋味活性物质的特征描述，风味—基质的交互作用基质研究。

根据“成分平衡理论”，奶酪的风味是由于正确的平衡和很多芳香类物质的浓度所产生。如果这些物质的合理平衡不能达到，则不良的风味就会产生。几十年对风味的研究发现，这个概念不仅对奶酪，而且对其他乳及乳制品同样适用。

2 各类型乳制品的风味研究

2．1液体奶的芳香味

液体奶那精细但微弱的风味是由于非常低浓度的各类气味物质形成的。加热处理是使奶类达到微生物安全并使其在货架期内更稳定的常用方法。用高温瞬时巴氏灭菌法(72℃下保持15s)生产的乳类其货架期在冰箱温度的情况下也只有20天。但超高温瞬时灭菌法(135～150℃保持3～5s)处理的乳类产品却可以在常温下保持6个月以上。但是，当对乳类施加高温时，其风味和色泽都会发生显著变化。不同温度处理的乳类会出现不同程度的脂质过氧化，其含量随着处理温度的增高而增加。超高温处理会产生一种类似粉笔灰的味道，并有强烈的过度加热的气味。研究发现这种过度加热的气味来自挥发性硫化物、醛类和甲基酮类[8]。Czerny[9]发现，超高温处理的牛奶其气味物质与普通处理的牛奶有显著不同。 这种不同也许与牛的饲养和牛奶的处理方式不同有关。Czerny 指出，包装材料对超高温灭菌的牛奶其风味物质的谱图有影响。

挥发性物质中对灭菌奶有贡献的主要是脂质过氧化，及一些杂环化合物如吡嗪、呋喃、内酯及美拉德反应产生的其他化合物。甜味炼乳也具有相似的风味物质谱[10]。

2.2富脂类乳制品的芳香味

奶油的风味主要是乳类液相和脂肪球膜，而黄油的芳香则主要来自脂肪中挥发性物质。搅打奶油只要不过度会轻微增加氧化性产物的浓度从而使风味更佳。Koster发现4-庚烯醛在奶油风味中起重要作用。 Pionnier[11]利用GCO分析奶油发现那些经过不同处理的奶油如巴氏消毒、灭菌、超高温灭菌等，它们脂肪的水平不同。他们鉴定了其中的32种芳香类化合物，其中包括酮类、酸类、内酯类、硫化物类等。而灭菌后的奶油其芳香化合物主要是硫化物、酮类和美拉德反应产物。

用香成分稀释分析法(AEDA)研究甜奶油中关键的芳香类化合物。前者发现内酯类、酮类和醛类有很高的稀释因子，而后者发现甜奶油、黄油中还有其他的芳香类物质如硫化氢、乙醛、二甲基硫醚、双乙酰、甲基丁醛、丁酸等。香气联合研究，并随之进行感官分析发现，人工合成的香气混合物与直接从植物中提取的存在显著差异，但在商业人造黄油或无盐新鲜黄油其相似性指数上却是一致的。Peterson[12]发现，甜奶油主要香气来自内酯类，如θ-六内酯、θ-八内酯、γ-十二内酯等，尤其是θ-六内酯和γ-十二内酯，分别具有奶油味和水果桃子的味道。利用感官分析甜奶油，并与不同种类的酸奶油相比发现，没有经过发酵的甜奶油其二乙酯的浓度较低，结果其口味相对较轻较甜。

黄油在加热过程中会产生非常强烈的气味。Bundin利用香气成分分析法，把甜奶油加热至105～110℃并保持15min，发现关键的芳香类化合物有3-羟基丁酸、甲硫基丙醛、4-羟基二甲基呋喃酮以及2-庚酮。而这些物质在新鲜的未经发酵的奶油中未曾检测到。

Widder[13]利用真空蒸馏技术进行分离，利用GCO-MS鉴定黄油关键气味的挥发性物质。利用香气成分分析法识别十六种强烈的气味物质。主要有各种酮类如2，3-丁二酮、1-戊烯-3酮、1-辛烯-3-酮；各种醛类如己醛、2-壬烯醛、2，4-葵二烯醛等；各种脂类如γ辛内酯、θ-葵内酯、γ十二烯内酯等，以及各种酸如乙酸、丁酸、己酸等。最重要的香气物质有着最大的香气稀释因子的是θ-葵内酯(4096)。作者第一次在奶油中发现了香兰素。羰基化合物香气稀释因子是由于脂质过氧化增加形成的。在传统的酸奶油中，挥发性化合物主要是丁酸和己酸，而其形成的主要机制是脂肪分解。香气活性最大的是2，3-二丁酮。

2.3干乳制品的风味

奶粉是一种被广泛用于食品配方的原料。因此，奶粉的风味会直接影响终端产品。相应的，风味的监测成了奶粉研究、开发、生成和质量控制过程的重要一环。商业低脂奶粉，其主要碳氢化合物、醛类、酮类、乙醇、脂肪酸、脂类、呋喃类、酚类、内酯类和含氮化合物，占总挥发性物质的99%以上。色谱质谱分析显示低脂奶粉中风味物质的浓度很低而且这些风味物质的组成成分非常复杂。在所有风味物质中，脂肪酸和内酯类物质的水平相对较高，被认为是低脂牛奶的主要风味物质。也有证据表明，醛类、芳香烃类和一些杂环复合物比如吲哚或噻唑，也参与低脂奶类的风味形成。

干燥乳制品如脱脂奶粉，由于经过不同的热处理，有相似的风味物质，但超高温处理的脱脂奶粉其强烈的气味来自丁酸、甲硫基丙醛、葵内酯、香兰素等[14]。

通过监测甲基硫化物、戊醛、己醛和丁酸[15]这些化合物的水平发现，全脂奶粉的风味谱会随着季节而改变。与在秋天以及冬天生产的全脂奶粉不同，在夏天生产的全脂奶粉其己醛、戊醛、甲基硫化物水平较高。而丁酸在秋冬季节生产的全脂奶粉上也显示出显著变化。

乳清蛋白粉或相关的其他乳清蛋白产物是食品工业的重要原材料。液态的乳清蛋白加工成为粉状后其蛋白质含量从原来的35%～80%提升至90%以上。乳清蛋白粉由于其特殊的功能作用和营养价值经常被用来作为配方。乳清蛋白经常会有一种腻甜/酸滋味和气味，但风味的质量取决于制作奶酪的乳类的质量、奶酪的制作过程、凝乳后乳清蛋白的处理以及乳清提取和巴氏杀菌的时间间隔等。乳清蛋白粉的气味有可能成为其作为食品配方的应用范围。但乳清蛋白粉的风味并非仅仅受液态乳清蛋白的影响，也会受到下游生产技术和过程的影响。因此，对于液态乳清蛋白风味的了解越清楚，越有可能在下游的生产加工过程中使其风味的变化降至最低。

气象色谱—嗅闻法，结合香气成分分析显示2，3-二丁酮(黄油味)、己醛(蔬菜味)、2-乙酰-1-吡格林(爆米花味)、甲硫基丙醛(土豆味)、2，4-葵二烯醛(油炸味)等是所有乳清蛋白样品中的基底风味。这些风味物质的风味强度各不相同。而液态的乳清蛋白其风味物质受发酵剂的影响[16]。

研究乳清蛋白粉或乳清蛋白产品风味的文章较少，最近Carunchia[17]利用描述性感官分析结合仪器分析挥发性香味物质显示，乳清蛋白制备物具有甜香味、纸板/湿纸味、湿狗味、肥皂味、肉汤味、黄瓜味和热牛奶味，同时还有苦味。乳清蛋白中关键的挥发性风味物质主要有2，3-二丁酮，己醛、2-乙酰基-1-吡格林等(液体乳清蛋白)；丁酸、2-乙酰基-1-吡格林、2-甲基-3-呋喃硫醇等(乳清蛋白提取物)；氨基乙酰苯、甲氧基苯酚、己酸等(凝乳蛋白)。乳清蛋白这些有关风味化学物质的基础资料，将有助于识别乳清蛋白相应成分，以控制乳清增强产物的风味或把风味变化的风险降至最低。

2.4发酵乳制品的风味

在酸奶中，二乙酰和乙醛是非常重要的风味物质，主要是由发酵剂中的乳酸菌发酵产生。世界各地的发酵乳制品都是由各种各样的乳酸菌家族完成。乳类中脂肪的含量对风味物质的释放起着举足轻重的作用。而这种效应的延伸范围取决于该物质的物理—化学特性。低脂酸奶(脂肪含量0.2%)释放风味物质较快，风味也更强，但较脂肪含量更高的酸奶，如脂肪含量3.5%及以上其风味释放的持续性较差。

酸奶的感官评价显示，不同脂肪含量的酸奶其风味的强度和速度有显著差异，但对风味的整体感知却没有差异。因此，当设计一款不同脂肪含量的酸奶时要考虑风味分子的物理化学特性。

尽管对奶酪风味的研究持续而深入，但对于不同奶酪其风味的化学特性了解不多。迄今，没有一种风味化学物质被彻底的研究，以达到混合不同的纯化学物重现传统奶酪风味的地步。以前的研究只是把奶酪按风味以等级分类，这样的定性感官资料在应用上非常有限。因此，获取更多的基于描述性感官资料和基于仪器分析的信息是当前研究的重点。

葛根索拉乳酪(Gorgonzola Cheese)是一种软质的蓝纹奶酪，是世界三大蓝乳酪之一。主要是用一种青霉菌孢子和全脂牛奶共同孵育发酵。葛根索拉乳酪有两种，一种传统的葛根索拉，称自然风味；一种口感更细腻，不那么辛辣，称甜味。前者的风味物质主要有松茸醇、己酸乙酯、2-任酮、2-庚酮、2-正庚酮、丁酸乙酯等，而后者的风味物质主要有2-正庚酮、2-庚酮、己酸乙酯、3-甲硫基-丙醛，以及一些尚无鉴定的带有水果风味的组分[18]。

瑞士多孔干酪(Swiss Emmental)的关键风味物质是甲硫基丙醛、4-羟基-2，5-二甲基3(2H)-呋喃酮(HDMF)、乙基呋喃酮、二乙酰、甲基丁醛及其酯类[19]。由甲硫基丙醛、HDMF、乙基呋喃酮、乙酸、丙酸、乳酸、琥珀酸、谷氨酸、钠、钾、钙、镁、铵、磷酸盐和氯化物组成的奶酪模型与瑞士多孔干酪模型的风味一致[20]。

切达奶酪(Cheddar Cheese)的风味是所有奶酪中被研究的最广泛最深入的。目前市场上广为接受的切达奶酪，其风味质量与其在巴氏灭菌、微生物凝乳酶以及其他现代工业设备之前的风味已经大不相同。传统的切达奶酪与现代切达奶酪在风味上的不同主要归因为现代的奶酪更倾向于清单口味的未成熟奶酪。早在1973年，Manning和Robinson就发现硫化氢、甲硫醇和二硫化物是切达奶酪中最主要的产生风味的硫化物。在蒸馏时有着低蒸气压/高沸点的化学物质如2，3-丁二酮、甲基酮、挥发性脂肪酸等在切达的风味中也扮演着重要角色。切达的顶空挥发物分析也证实了这些物质在切达风味中的重要性[21]。

利用气象色谱—嗅闻法联合香气成分分析法对切达奶酪的风味物质进行分析发现：在三年的切达奶酪中，有着最高香气稀释系数的物质是乙酸乙酯、2-二甲基正丁醛、3-二甲基正丁醛、2，3-二丁酮、α-乙酸蒎烯、丁酸乙酯、己酸乙酯、松茸醇、乙酸、甲硫基丙醛、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、葵酸、月桂酸等。但限于检测的技术手段，大多数挥发性的风味成分，如硫化氢、乙醛、甲硫醇等无法检测。

Milo[22]1997年应用传统的香气成分分析和气象色谱—嗅闻法分析顶空样品，进一步分析普通奶酪和低脂切达奶酪的风味物质发现，低脂切达奶酪令人愉快的清淡的香气主要来自乙酸、丁酸、甲硫醇、2，3-丁二酮和呋喃酮。低脂切达奶酪特有的肉汤气味主要是由于高浓度的甲硫基丙醛、HDMF和呋喃酮。而HDMF的气味主要是由一种特定的乳酸菌产生的。

通过比较全脂和低脂切达奶酪的挥发性风味物质谱发现，奶酪中的甲硫醇水平与风味的分级高度相关。这些结果显示，低脂切达奶酪其风味较淡的主要原因是甲硫醇的缺乏。然而，研究发现Dimos在奶酪中联合甲硫醇、葵酸和丁酸与切达奶酪风味的相关性高于单独的甲硫醇。但往清淡的低脂切达奶酪中添加甲硫醇可是现在增强其风味。

坚果风味很受欢迎，但这种风味仅仅在非常成熟的切达奶酪[23]中才会出现。在切达奶酪中这种坚果风味的挥发性物质被鉴定出来之后，Arunchia试图通过应用特殊的联合培养法创造这种成熟干酪风味。在加工切达奶酪的过程中，每毫升牛奶添加104～105cfu的乳酸菌(ATCC,29146)可以现在增强奶酪的坚果风味。奶酪在13℃形成成熟干酪包括坚果风味要快于5℃。成熟1周的奶酪具有坚果/醇味，但4周和8周的成熟干酪只有坚果味。该研究证明了联合描述性感官分析、风味化学、发酵剂生物化学去控制奶酪风味的优势。这些结果也为奶酪生产者提供机会去优化奶酪的生产流程，以产出风味一致的坚果味切达奶酪。

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