基于HS-SPME-GC-MS分析茶叶 提取物对奶酪挥发性风味的影响

徐振丽,郑晓吉,陈计峦,王 斌,郑晓春,李晗畅,史学伟

(石河子大学食品学院,新疆石河子 832000)

茶叶起源于中国,是我国重要的农产品,具有种类繁多、茶香浓郁等特点,在我国有着悠久的饮用历史[1]。茶叶中含有多种功能性成分,如茶多酚、氨基酸、茶多糖、生物碱和维生素等,具有抑菌、抗氧化、防癌及降血糖、降血压等药理作用[2]。奶酪又被称为“乳黄金”,是一种具有极高营养价值的发酵乳制品,不仅富含蛋白质、脂肪,还含有丰富的矿物质和微量元素[3]。食物的挥发性风味组分是评价其品质的重要指标,同时也是影响消费者选择和购买的重要因素之一[4]。随着我国经济水平的逐渐提高,消费者的健康意识逐渐提升,乳制品的消费也逐渐向多元化发展,营养价值极高的奶酪开始走向大众视野,但奶酪独特的风味并不能被消费者广泛接受,因此研制出风味良好的奶酪对于奶酪的工业化发展具有重要意义。

目前国内外对于奶酪风味的研究相对较少,且主要集中于已有奶酪的挥发性风味研究。马艳丽等[5]利用固相微萃取-气相色谱-质谱分析方法,检测并比较4种传统中式酸凝奶酪(奶疙瘩、奶豆腐、乳扇、乳饼)与西方切达奶酪中挥发性风味组分的差别。郑晓吉等[6]采用顶空固相微萃取结合气质联用技术(SPME/GC-MS),对采集自新疆哈萨克族不同居住地区20种奶酪样品中挥发性风味组分进行了研究。Francisco等[7]运用SPME-GC-MS分析了山羊奶酪四个成熟阶段(1、30、60和90 d)的挥发性化合物。但目前茶叶提取物对奶酪挥发性风味影响的相关文献鲜有报道。Ozturkoglu-Budak等[8]对3个不同奶牛场生产的土耳其洞穴奶酪在生产和成熟过程中挥发性化合物进行了测定,检出110种化合物,包括酸、醇、酮、酯和萜烯。

茶叶中含有多种呈味物质,香气醇厚,将中国传统的茶叶提取物加至奶酪中将会对奶酪挥发性风味物质产生重要的影响。但我国现有研究主要集中于茶奶酪制作工艺及抗氧化研究,而茶奶酪风味研究鲜有报道。因此,本文基于前期研究工作,探讨茶叶提取物对奶酪挥发性风味的影响,以期为我国奶酪产业多元化发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

牛奶 新疆石河子花园乳液有限公司;特制茯砖茶 湖南益阳茶厂有限公司;绿茶(碧螺春) 信阳天潭茶叶有限公司;奶酪发酵剂(保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌) 北京川秀科技有限公司;精制食盐 中国盐业集团有限公司;凝乳酶(小牛皱胃酶,酶活≥100000 U/g);2-辛醇、正构烷烃(C6-C30) 色谱纯,美国Sigma-Aldrich公司。

SPX-50电热恒温培养箱 上海力辰仪器科技有限公司;B250水浴锅 上海予卓仪器有限公司;AUY120分析天平 日本岛津有限公司;SCION SQ 456-GC气相色谱质谱联用仪 美国BRUKER公司;75 μm Car/PDMS fibres 美国SUPELCO公司、DB-WAX 毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm) 美国安捷伦有限公司、JP-1000B-2高速多功能粉碎机 永康市久品工贸有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 奶酪样品的准备 参考切达奶酪制作工艺[9],采用前期优化好的茶奶酪生产工艺,制作3种奶酪(原奶酪、绿茶奶酪、茯苓茶奶酪)。茶叶添加量1%、发酵剂添加量0.3%、发酵温度40 ℃、发酵时间7 h和凝乳酶添加量2 mg/L。绿茶或茯砖茶经粉粹后过10目筛,置于牛奶中于80 ℃水浴浸泡20 min,6层纱布过滤,滤液与牛奶混合经巴氏杀菌(63 ℃,30 min),然后冷却至37 ℃,添加发酵剂发酵,添加凝乳酶于38 ℃凝乳1 h,切割成0.5 cm方凝块,于室温下静置10 min,同方向搅拌10 min,利用模具排乳清并压榨成型,得到新鲜茶奶酪,涂抹2%食盐,真空包装并于湿度85%,温度12 ℃条件下成熟30 d,-4 ℃保存。从奶酪的横截面收集1 cm厚片状奶酪作为样品,用于奶酪的风味物质分析,实验重复三次。

1.2.2 HS-SPME提取方法 参考Francisco等[10]和Li等[11]的方法,取8 g奶酪样品置于20 mL顶空瓶中,加入10 μL 100 μg/mL的2-辛醇作内标,将老化后的75 μm CAR/PDMS萃取头插入样品瓶顶空部分,于60 ℃吸附30 min,吸附后的萃取头取出后插入气相色谱进样口,于250 ℃解吸3 min,启动仪器采集数据。

1.2.3 GC-MS检测条件 采用DB-WAX 色谱柱(规格30 m×0.25 mm×0.25 μm),升温程序参考Urgeghe等[12]的方法:初始柱温40 ℃,保持3 min,以5 ℃/min 升到90 ℃保持1 min,再以3 ℃/min升高到150 ℃,最后以10 ℃/min 升到230 ℃,保持10 min。进样口温度250 ℃,载气为氦气(He),流速为0.8 mL/min。电离子源(electron ionization,EI),电子能量70 eV,离子源温度为200 ℃,质谱接口温度250 ℃,检测器温度为280 ℃,扫描范围为20～350 amu,每个样品平行3次。

1.2.4 挥发性化合物定性和定量分析 奶酪样品中挥发性化合物定性:实验数据经检索并与数据库NIST和WILEY中的图谱进行比对分析;与标准品的保留指数值进行分析比对;此外与已报到的参考文献中该化合物的RI共同确定。在同样色谱条件下,以C6～C23的正构烷烃为标准,GC-MS分析并根据公式(1)计算待测化合物x的保留指数。按式(1)计算保留指数(RI):

式(1)

式中：tRx-待测化合物的调整保留时间,min;tRn-碳原子数为n的正构烷烃调整保留时间,min;tRn+1-碳原子数为n+1的正构烷烃调整保留时间,min;n-碳原子数。

本试验采用内标法对奶酪中挥发性化合物进行定量,待测挥发性化合物的浓度按公式(2)进行计算。

式(2)

式中：Cx-待测挥发性化合物的浓度,μg/g;Ax-待测挥发性化合物的峰面积;A内标-内标物的峰面积;C内标-内标物的浓度,μg/g。

1.2.5 感官评定 3种奶酪样品的感官评价小组由身体健康、无不良嗜好、表达能力良好的5名男性和5名女性评价人员组成。评价人员使用的感官评价表参考O’Callaghan等[13]研究附表S1中奶油味、果香味、坚果味等词汇进行感官描述。采用十点感官评定法:0～10表示香气强度逐渐增强,其中0表示香气未被察觉,10分表示气味清晰,香气强度最强。所有奶酪样品均随机摆放,每个样品重复三次。

1.3 数据处理

采用SPSS 17.0软件进行方差分析(ANOVA)和主成分分析,Origin 2017软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 茶叶提取对奶酪挥发性风味成分的影响

采用顶空固相微萃取法结合气相色谱质谱联用技术(HS-SPME-GC-MS)对原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪挥发性风味物质进行提取测定,如表1所示,共检出56种挥发性风味物质,其中原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪分别检出37种、36种和39种挥发性风味物质。由图1可知,与原奶酪相比,茶奶酪酸类、酯类挥发性风味物质的含量更高,因此茶叶提取物对奶酪挥发性风味物质的影响较为明显。但绿茶与茯砖茶奶酪的主要挥发性风味物质不同,绿茶提取物增加了奶酪中的酸类化合物,而茯砖茶提取物增加了奶酪中的酯类物质。

图1 原奶酪、绿茶奶酪、茯砖茶奶酪中 各挥发性组分相对含量Fig.1 Relative contents of each volatile compounds in cheese,green tea cheese and brick tea cheese

表1 原奶酪、绿茶奶酪、茯砖茶奶酪挥发性化合物相对含量分析Table 1 Relative contents of volatile compounds in cheese,green tea cheese and brick tea

续表

注:同行不同小写字母代表差异显著(P<0.05)。

2.1.1 酸类化合物 酸类化合物不仅是奶酪中香气成分,还是甲基酮、内酯和醛类等风味物质的前体,对于奶酪风味的形成有着重要影响[14]。表1中酸类化合物在原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪的总含量分别为9.43、12.41和12.90 μg/g,绿茶奶酪中的酸类化合物含量显著高于原奶酪(P<0.05)。相关研究表明,绿茶对发酵乳制品中有机酸类物质有积极的影响[15]。如表1所示,茶叶提取物可以显著增加奶酪中丁酸、辛酸和9-癸烯酸的含量(P<0.05)。丁酸有难闻的气味,是Parmigiano-Reggiano干酪的特征风味物质[16],辛酸有汗臭味,是意大利PDO绵羊奶酪短链线性脂肪酸中最具代表性的羧酸化合物[12],这两种酸类化合物具有较高的香气活力值,对奶酪整体奶香风味的形成具有积极的促进作用[17]。茯砖茶提取物可以增加奶酪中的癸酸含量,绿茶提取物显著增加奶酪中己酸含量(P<0.05),己酸和癸酸是牛乳在脂酶的作用下,催化乳脂肪降解为低级脂肪酸或水解产生的,是奶酪风味的重要影响因素[14,18]。

2.1.2 酯类化合物 如表1所示,原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪分别有3种、4种和12种酯类,茯砖茶奶酪中的酯类物质的种类大于绿茶奶酪和原奶酪,并且其含量高达53.16 μg/g,是茯砖茶奶酪主要的挥发性风味成分。绿茶提取物有助于增加奶酪中乙酸香叶酯、乙酸乙酯的含量,其中乙酸乙酯是艾达姆干酪中含量丰富的酯类物质,可以赋予奶酪香蕉、苹果以及微弱的玫瑰香[19]。乙酸香叶酯是茶叶的特征风味物质,是绿茶奶酪中特有的酯类物质,但由于其香气阈值值较高,对奶酪清甜柠檬果香及甜润的花香气味影响不大[1]。茯砖茶提取物可以显著增加奶酪中2-羟基丙酸乙酯、丁酸乙酯、巴豆酸戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、辛酸丁酯、癸酸乙酯、9-癸烯酸乙酯、十二烷酸乙酯和十四烷酸乙酯的含量(P<0.05),且多为乙酯类,尤其是C2～C10的乙酯类物质具有较低的香阈值,对奶酪整体风味的平衡起促进作用,使奶酪具有果香风味[20]。

2.1.3 醇类化合物 三种奶酪共检测出14种醇类化合物,添加绿茶和茯砖茶提取物的奶酪醇类化合物的含量显著下降(P<0.05),由33.59 μg/g分别下降至13.58和14.55 μg/g。在茯砖茶奶酪中,醇类化合物下降的主要原因是茯砖茶提取促进了醇类和酸类的酯化反应[21]。在绿茶奶酪中,醇类物质下降可能是由于绿茶提取物促进了乙醇脱氢酶的作用下,将醇类化合物还原成相应的醛或酮类物质。绿茶提取物提高了奶酪中芳樟醇的含量,芳樟醇可以赋予奶酪浓青带甜的木青香气。茯砖茶提取物可以显著(P<0.05)增加奶酪中2-壬醇和苯乙醇的含量,其分别具有果香和玫瑰香味[22]。

2.1.4 醛类和酮类化合物 原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪共检测出6种醛类化合物和7中酮类化合物。如图2所示,添加茶叶提取物后,奶酪中醛类和酮类化合物均明显下降。其中苯甲醛的含量大幅下降,但由于苯甲醛的香气阈值高于其他醛类物质100多倍,并且醛类化合物化学性质相对活泼,是不稳定的中间产物,易被还原成相应的醇和酸[23]。因此,醛类化合物对于奶酪整体风味的贡献不大。

图2 原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪主成分分析图Fig.2 Principal component analysis(PCA)of volatile flavor compounds in cheese,green tea cheese and brick tea cheese注:图2中各挥发性化合物序号与表1同。

原奶酪中的酮类化合物含量较高,酮类化合物香气感受阈值低,对奶酪整体风味贡献较大[17]。2-庚酮、3-辛酮和2-壬酮是原奶酪中主要的酮类化合物,甲基酮类物质是蓝纹干酪奶油风味的主要贡献者[24],其中2-庚酮是Emmental和天然和奶油Gorgonzola的重要风味化合物,2-壬酮是天然Gorgonzola和成熟的Ragusano奶酪中另一种主要的甲基酮。

2.1.5 萜烯和内酯类化合物 原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪检出4种萜烯类化合物和6种醛类化合物。绿茶提取物可以显著增加奶酪中萜烯类化合物的总含量(P<0.05),尤其是苯并环丁烯,苯并环丁烯是绿茶奶酪中特有的萜烯类化合物,但由于萜烯类化合物具有高芳香阈值,对奶酪整体风味的贡献率较小[25]。三种奶酪样品中共检测出3种内酯类化合物,含量普遍偏低。添加茶叶提取物对奶酪中内酯类化合物的影响较小,内酯类风味物质具有强烈的奶油香特征,并且其风味阈值较低,对奶酪奶油风味的形成有重要作用[26]。

2.1.6 主成分分析(PCA) 对原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪的风味物质进行主成分分析,结果如图2所示,主成分1和主成分2的累积方差贡献率为76%和24%。原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪的挥发性风味物质具有明显差异,在主成分分析中可以得到明显区分,表明茶叶提取物对奶酪挥发性风味物质产生重要影响。己酸、4-苯基-环内酯和芳樟醇是绿茶奶酪区别于其它奶酪的特征风味物质,癸酸乙酯、十二烷酸乙酯、辛酸乙酯和9-癸烯酸乙酯是茯砖茶奶酪区别于其它奶酪的特征风味物质。

2.2 茶奶酪感官评定

10名感官评定人员对3种奶酪的10个指标[13,27-28](甜味、苦味、青草味、奶油味、酸味、果香味、氧化味、腐臭味、坚果味和黄油味)进行感官评价,评价结果见图3。原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪的感官具有明显差异,主要表现在苦味、青草味、果香味和氧化味,添加茶叶提取物的奶酪青草味明显,同时苦味有些许提升,茯砖茶奶酪的果香味较其他两种奶酪有明显提升,可能是由于茯砖茶奶酪中的乙酯类化合物的种类和含量较多,对奶酪整体果香风味有重要影响。添加茶叶提取物的奶酪氧化味降低,可能是由于茶叶提取物中含有茶多酚等天然抗氧化成分,使得茶奶酪中氧化味降低[29]。

图3 原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪感官评定Fig.3 Sensory evaluation of cheese, green tea cheese and brick tea cheese

3 结论

以原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪为研究对象,通过HS-SPME-GC-MS分析技术探究茶叶提取物对奶酪风味成分的影响,结果显示原奶酪、绿茶奶酪和茯砖茶奶酪中分别含有37种、36种、39种挥发性风味物质。2-壬酮、苯甲醛、苯甲醇和3-辛酮为原奶酪的特征挥发性风味物质。己酸、4-苯基-1-环己烯和芳樟醇为绿茶奶酪的特征风味物质,绿茶提取物可以显著(P<0.05)增加奶酪中萜烯类化合物的含量,尤其是苯并环丁烯,苯并环丁烯是绿茶奶酪中特有的萜烯类化合物。茯砖茶提取物可以显著(P<0.05)增加奶酪中乙酯类化合物含量,尤其是癸酸乙酯、十二烷酸乙酯、辛酸乙酯和9-癸烯酸乙酯为茯砖茶奶酪特征风味物质。三种奶酪感官评定分析显示,绿茶与茯砖茶奶酪具有较高的感官评分。可以得出,茶叶提取物可有效改善奶酪风味,对奶酪品质具有积极地促进作用。