传统宫廷奶酪挥发性风味物质研究

罗天淇，张健，余志坚，陈超，曹永强，杨贞耐,

（1.北京工商大学，北京食品营养与人类健康高精尖创新中心，北京市食品添加剂工程技术研究中心，北京100048；2.东君乳业（禹城）有限公司，山东德州253000）

0 引 言

干酪是乳品产业的重要组成部分，具有营养价值高，风味多样，保存期长等优点[1]，但受限于中国消费者对西式干酪风味接受度低等因素，国内干酪产业占比仅为0.07%[2-3]，开发能够被广大消费者接受的中式干酪是推动中国干酪产业发展的当务之急。

宫廷奶酪是著名的清代宫廷乳制品之一[4]，它由牛乳与米酒混合，经酸性蛋白酶凝固而成[5]，口感丰润细腻，具有独特的酒、乳融合香气，拥有良好的市场基础与推广价值[6]。

本研究采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GC-MS）和香气活力值（OAV），确定了宫廷奶酪的挥发性风味物质组成及关键风味物质的含量，明确了宫廷奶酪酒乳香气的主要来源，展示了传统宫廷奶酪与切达干酪挥发性风味物质的差异性，研究为开发符合中国消费者口味的干酪产品提供参考。

1 实验

1.1 材料与试剂

传统宫廷奶酪；正己烷、2-甲基-3-庚酮（均为分析纯）；C6~C30正构烷烃（色谱纯）；氮气（纯度99.9%）。

1.2 仪器与设备

DVB-CAR-PDMS手动固相微萃取进样器；7890A-7000气相色谱-质谱联用仪；CP124S分析天平。

1.3 方法

1.3.1 宫廷奶酪与切达干酪制作

牛乳杀菌→冷却→加米酒混合搅匀→灌装→烤制（加热凝乳）→密封冷藏

1.3.2 SPME法提取挥发性成分

萃取前将SPME纤维置于GC-MS进样口老化。取10 g宫廷奶酪和1μL内标物2-甲基-3-庚酮于30 mL萃取瓶中，内标物浓度为0.816μg/μL，加盖密封，在40℃恒温水浴下平衡30 min后，将SPME萃取纤维通过瓶盖插入样品中的顶空部分，推出纤维，顶空吸附30 min后拔出；快速插入GC-MS进样口解吸5 min，进行气相色谱-质谱联用分析。

1.3.3 GC-MS条件

色谱条件：采用DB-WAX（30 m×0.25 mm，0.25 μm）色谱柱进行分析。升温程序：起始柱温40℃，保持3 min，以5℃/min升温到200℃，以10℃/min升至230℃，保持3 min，载气为氦气，流速1.2 mL/min，不分流进样。

质谱条件:电子电离源，电子能量70 eV，传输线温度280℃，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，质量扫描范围m/z 40～250。

1.3.4 定性定量分析

定性分析：化合物通过NIST 14质谱数据库和文献报道的保留指数RI值来鉴定。利用系列正构烷烃换算成RI值，所得的RI值与相关文献进行比较来进一步确定宫廷奶酪样品中的挥发性风味成分。保留指数是在分析样品中添加了C7~C21的正构烷烃内标物后，根据公式(1)进行计算：

式中：t'(i)为待测组分的调整保留时间[t'(n)

定量分析：使用2-甲基-3庚酮为内标物，采用内标法进行定量分析，求得各挥发性成分的含量。

1.3.5 OAV计算

OAV计算公式为

式中：Ci为化合物质量分数(μg/g)；OTi为该化合物在水中的嗅觉阈值/(mg·kg-1)。

2 结果与分析

2.1 宫廷奶酪风味物质分析

2.1.1 SPME-GC-MS检测结果

如表1所示，通过使用SPME-GC-MS，从宫廷奶酪中一共检出挥发性物质36种，包括烃类7种、醇类2种、醛类7种、酮类4种、酯类5种、酸类6种、其他化合物2种。

2.1.2 烃类化合物

烃类(除萜烯类化合物)主要来源于脂肪酸烷氧自由基的均裂[8]，如本实验检出的十二烷、十四烷，这些物质阈值较高，对干酪风味的贡献较小，在发酵乳制品中，烃类物质大多来源于原料乳自身[9]。在检出的7种烃类物质中，甲苯、苯乙烯是已经被报道的挥发性风味化合物。相关研究表明甲苯具有水果甜味[10]，而苯乙烯被认为具有香醋味、橘香味，康明丽等[11]指出，苯乙烯在果酒中主要以游离态存在，能随着酒液转移到其他食品中，并且在发酵乳制品中罕见报道，因此宫廷奶酪中的苯乙烯很有可能是直接来自于米酒的风味物质，但也不能排除是米酒中微生物发酵乳成分得到的产物的可能。

2.1.3 醇类化合物

醇类化合物通常具有芳香味和植物香味，由于感觉阈值较高，醇类物质对干酪风味贡献有限，但在米酒中与部分酯类对米酒香气有重要贡献[12]，可能是宫廷奶酪中酒香气味的来源。本研究只检测出了乙醇和芳樟醇这两种醇类物质。乙醇具有特殊的、令人愉快的酒香味[13]，广泛存在于各种干酪中。一般认为醇类风味物质中，除了乙醇是微生物经无氧代谢产生，其他高分子的醇类大多来自与脂肪氧化，通过脂肪酶降解脂肪酸产生[14]。芳樟醇是一种极性风味物质，有着类似于百合花、铃兰等令人愉悦的香气[15]。伍慧方[16]研究发现，随着储藏时间的变化，宫廷奶酪中会有由脂肪酸分解得到的二级醇类产生，比如在保藏14 d时时有2-庚醇检出，但由于宫廷奶酪正常保藏时间为3 d左右，长期保藏过程中产生的醇类可能与宫廷奶酪的变质有关，对宫廷奶酪的风味没有影响。

2.1.4 醛类化合物

醛类是干酪中重要的风味物质之一，其风味阈值一般很低，但由于醛类化合物主要是由脂肪酸自动氧化以及氨基酸降解生成，如色氨酸可降解成苯甲醛，属于化学性质比较活泼的不稳定中间体化合物，在一定条件下易被还原成相应的醇，因此在乳制品中这类化合物的含量通常都不高，在本实验中醛类物质含量为挥发性物质总体的6.4%~8.78%。苯甲醛的气味被描述为杏仁、烧焦的糖，可能来自于原料乳灭菌时发生的美拉德反应，能参与形成“加热过”的气味[17]。己醛能赋予乳制品新鲜味和青草味，而壬醛具有花香、柑橘以及脂肪香气[18]，是巴氏杀菌奶中的主要风味物质[19]。辛醛有很强烈的水果香味，癸醛可以赋予食品肥皂、橙皮、牛油风味[20]。糠醛具有花香，是白酒中典型风味物质，但是其感觉阈值呈随酒精度上升而增加，且变化较大的趋势[21]。4-乙基苯甲醛能带给食品香甜的气息。

2.1.5 酮类化合物

酮类化合物可以由多不饱和脂肪酸氧化、热降解、氨基酸降解和微生物代谢产生，随着碳链的增长香气更加浓郁[22]，其中甲基酮类化合物更是被认为是表面霉菌成熟干酪和蓝纹干酪的特征风味物质[23]。2-庚酮具有蓝纹奶酪样气味，2-壬酮具有青香、脂肪

香，是超高温瞬时灭菌（UHT）奶中最主要的香气风味物质。2-辛酮具有花香气味，2-十一酮具有脂肪香以及奶油、乳酪的味道[24]，2-十三酮具有水果香、青香。这些甲基酮的存在可能与宫廷奶酪使用的米酒中的霉菌发酵乳成分有关。此外，苯乙酮有着鲜花、杏仁的香气，6-甲基-5-庚烯-2-酮可以赋予食品一种类似于蘑菇的气味[25]。

表1 宫廷奶酪中挥发性组分的定性定量分析及感觉阈值

2.1.6 酯类化合物

酯类化合物是非常重要的一种呈香物质，在干酪中一般给人以甜的果香味，同时奶酪中酯类化合物的存在还可以缓解短链酸类化合物引起的尖刺感，使整体风味变得柔和，但是过多的酯类化合物容易使得奶酪风味偏水果味[26]。本实验检测出的酯类风味物质中，乙酸乙酯具有菠萝的香味，是切达干酪的主体挥发性风味物质，同时也广泛存在于各种典型干酪中[27]。乙酸丁酯具有梨的香味，而丁位癸内酯能够让食物产生类似于椰子气味的香气。这些短链的酯类化合物在常温条件下挥发性较强，具有较大的风味贡献潜力。此外，丙烯酸丁酯、(S)-缩水甘油乙酸酯这些酯类化合物的气味尚未见报道，可能对其他风味物质有修饰作用或者能够与其他挥发性物质结合作用产生气味。

2.1.7 酸类及其他化合物

通常认为酸类物质在发酵乳制品中主要表现在滋味上，但薛璐等[28]指出宫廷奶酪的风味不但来自于凝乳酶水解乳蛋白产生的风味物质，同时也受到米酒中脂肪酶降解脂肪产脂肪酸的影响，潘国卿[29]也表示短链脂肪酸（C4:0-C10:0）是构成乳制品奶油香味的主要成分，其中丁酸为牛乳中所特有。本实验中酸类化合物是含量高的风味化合物，分别为风味物质总量的64.83%、58.61%、55.7%。乙酸能够赋予奶酪醋味，在酸类物质中含量远远高于其他酸类化合物，这可能也是检测出的酯类化合物中乙酸乙酯含量较高的原因。丁酸具有奶油味，己酸具有油脂味，辛酸有清香和微弱的水果酸气味、淡酸味，癸酸具有脂肪味。伍慧方[16]发现，自制的宫廷奶酪直到第14天才开始有丁酸、己酸、辛酸检出。而在本实验中，传统宫廷奶酪风味物质中含有各种短链脂肪酸，说明传统宫廷奶酪使用的米酒中可能富含脂肪酶，在宫廷奶酪制作期间就降解乳脂肪产生了大量短链脂肪酸。滕国新等[4]从来自清宫奶制品制作传人提供的酒曲中分离出了克普斯假丝酵母、德尔布有孢酵母、少根根霉、卷枝毛霉、地衣芽孢杆菌这5种微生物，并发现在米酒发酵后期这些微生物就只剩下其中两种，因此传统宫廷奶酪挥发性物质中挥发性短链脂肪酸的存在，可能与发酵使用的米酒中的微生物以及这些微生物释放的脂肪酶有很大的关系。

虽然宫廷奶酪在外形上与凝固型酸奶相似，但Imhof等[30]在他们的研究中指出，在普通发酵乳制品的风味物质中，只有乙醛、双乙酰、乙偶姻、乳酸和挥发性脂肪酸这五类是由发酵剂菌种产生，其余物质都来自原料奶，同时这5种物质对于发酵乳特征风味具有重要贡献[31]。而在本实验对宫廷奶酪风味物质的研究中，除了挥发性脂肪酸能够通过其他菌种以及脂肪酶作用产生外，其余4种物质均没有检出，说明宫廷奶酪在凝乳过程产生中的风味物质与普通发酵乳制品有着明显差别，这一结果也从风味物质的角度验证了宫廷奶酪是一种酶凝性发酵乳制品，而非酸凝性发酵乳制品。

2.1.8 其他物质

其他物质中，二甲基砜具有硫磺气味，是一种具有保健功能的有机硫化物，但是其来源有待进一步研究确定。苯酚可能来源于酪氨酸的分解，具有防腐和杀菌作用，它的存在有利于产品的稳定[32]。

2.2 挥发性风味物质的OAV分析

虽然使用内标法对宫廷奶酪中的风味物质进行了定量，但浓度高低与风味物质对整体香气的贡献无直接联系，这主要取决于分析物的阈值。根据定量结果并查询相关物质感觉阈值计算得到风味物质的香气活力值(OAV)，共确定了26种风味物质的OAV值，其中OAV>0.1的物质如图1所示（三组样品取平均值）。OAV>1的香气化合物被认为是食品的香气特征贡献组分，香气化合物的OAV越大，说明其对整体香气贡献越大[33-34]。但是由于实际香气组分之间在整体香气贡献中具有协同或拮抗效应，通常香气成分之间相互作用以加成为主，协同和掩盖作用较少[35]，一些OAV<1的物质可能通过与其它物质间的协同效应而使其香气被人们感知，而一些OAV>1的物质也可能由于拮抗作用而不能被感知到[34]。

图1 宫廷奶酪中挥发性成分OAV值

在26种风味物质中只有辛醛的OAV值大于1（OAV=4.87），所以辛醛是宫廷奶酪的香气贡献组分，而芳樟醇、己醛、壬醛、丁位癸内酯这些OAV值相对较高的物质（OAV>0.1）可能通过与其他物质的协同效应而使其气味被人们感知，或者对其他风味物质的风味有修饰作用。其他常见干酪的风味研究表明，切达干酪主体挥发性风味物质主要有乙酸乙酯、辛酸乙酯和异戊醛[36]；蓝纹干酪主体物质种类以酯类为主，另外还有2-壬酮、异戊醛等；高达干酪中异戊醛、壬醛、丁酸和乙酸乙酯对风味有重要贡献[37]；卡门贝尔干酪中关键化合物包括苯乙醇、乙基丁酯、甲硫醇等物质；艾达姆干酪主体风味物质主要包括酮类和酯类物质。同时，王磊等[27]对包括切达干酪在内的8种常见的市售典型成熟干酪进行了挥发性风味物质研究，均无辛醛检出。并且由于宫廷奶酪中其他风味物质OAV值相对辛醛都较低，可以认为辛醛对宫廷奶酪的整体风味有着较大贡献，是宫廷奶酪拥有区别于其他种类干酪的特征风味的关键化合物。

此外，刘明等[21]指出白酒中风味物质的嗅觉阈值呈随酒精度上升而增加的趋势，其中酯类、酸类、醛类变化较大，因此乙醇的存在可能会使宫廷奶酪的香气更难被察觉，在感官上呈现出清淡的特点。并且在目前的相关研究中，宫廷奶酪的具体制作工艺上存在较大差异[28,38-40]，主要是烤制温度、时间没有统一标准，这方面的差异可能会引起易挥发性风味物质在制作过程中一定程度上的损失，同时米酒过滤程度也说法不一，可能会影响某些来自米酒的风味物质的含量，进而阻碍宫廷奶酪特征风味图谱的建立。

2.3 主成分分析

图2为宫廷奶酪与切达干酪风味物质的主成分分析结果。图2中，g-1，g-2，g-3为宫廷奶酪；q-1，q-2，q-3，q-4分别为保存0，4，8，12周的切达干酪；1为甲苯；2为6,6-二甲基-5-亚甲基-1,3-环戊二烯；3为十二烷；4为苯乙烯；5为十四烷；6为十五烷；7为长叶烯；8为乙醇；9为芳樟醇；10为己醛；11为辛醛；12为壬醛；13为糠醛；14为癸醛；15为苯甲醛；16为4-乙基苯甲醛；17为2-庚酮；18为2-辛酮；19为6-甲基-5-庚烯酮；20为2-壬酮；21为2-十一酮；22为苯乙酮；23为2-十三烷酮；24为乙酸乙酯；25为(S)-缩水甘油乙酸酯；26为乙酸丁酯；27为丙二醇甲醚醋酸酯；28为丁位癸内酯；29为乙酸；30为4-丁氧基丁酸；31为丁酸；32为己酸；33为辛酸；34为癸酸；35为二甲基砜；36为苯酚；37为癸烷；38为十一烷；39为对二甲苯；40为十三烷；41为3-甲基-1-丁醇；42为甲基丁烯醇；43为2-乙基-1-己醇；44为十六醇；45为苯乙醇；46为3-羟基丁二酮；47为2,7-二甲基-5-羟基-4-辛酮；48为乙酸乙烯酯；49为己酸乙酯；50为苯。

图2 主成分分析结果

为了为明确挥发性风味物质对宫廷奶酪风味的影响以及宫廷奶酪与切达干酪挥发性风味的差异，在实验室已有研究基础上[41]，利用主成分分析法考察了挥发性风味物质与样品间的分布关系。如图2所示，F1和F2的贡献率分别为89.3%、8.07%，可以很好的解释挥发性风味物质对样品风味的影响以及宫廷奶酪与切达干酪风味上的差异。从PCA图谱中可以看出，宫廷奶酪3样品分布较近，样品间风味物质的差异小，而宫廷奶酪与切达干酪分别各自聚集分布在F2轴左右两侧，说明两种奶酪在风味物质组成上存在显著差异，同时F1主成分中的风味物质是造成两种干酪产生显著差异的主要因素。宫廷奶酪的风味物质中，甲苯（1）、乙醇（8）、苯甲醛（15）、2-庚酮（17）、乙酸乙酯（24）、乙酸（29）对F1贡献较高，表明宫廷奶酪与切达干酪的差异不仅和宫廷奶酪自身特有的风味物质（苯甲醛）有关，也和那些两种奶酪共有风味物质的含量有关（甲苯、乙醇等），其中宫廷奶酪中乙酸的含量要显著高于切达干酪，而其他几种物质则是远低于切达干酪（具体含量见附表）。而在F2主成分方向上，宫廷奶酪与成熟8周的切达干酪最为接近，丁酸、己酸、辛酸、癸酸等酸类风味物质对F2主成分贡献较高，说明宫廷奶酪与新鲜切达干酪在有机酸组成上有着一定的相似性。

3 结论

采用GC-MS确定了传统宫廷奶酪的挥发性风味物质，共检测出风味物质36种，包括烃类（2.51%~3.2%）、醇类（1.95%~2.79%）、醛类（6.41%~8.78%）、酮类（13.12%~19.53%）、酯类（7.68%~12.57%）和酸类等（55.7%~64.84）。OVA法确定其中辛醛挥发性风味的贡献最大，同时是宫廷奶酪特征风味的关键化合物，而芳樟醇、己醛、壬醛、癸醛、2-十一酮、丁位癸内酯可能通过与其他物质的协同效应而使其气味被人们感知，或者对其他风味物质的风味有修饰作用。主成分分析结果表明宫廷奶酪中的甲苯、乙醇、苯甲醛、2-庚酮，是宫廷奶酪与切达干酪在风味上产生显著差异的重要影响因素，同时宫廷奶酪与切达干酪在酸类风味物质上有一定的相似性。本研究为宫廷奶酪风味品质的改善提供了理论基础，为开发适合中国消费者口味的干酪产品提供参考。