发酵和后熟对牦牛奶营养及风味物质的影响

李升升，张 燕，赵立柱

（1.青海大学畜牧兽医科学院，青海西宁 810016；2.青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学重点实验室，青海西宁 810016）

牦牛是主要分布于我国青藏高原及其沿线的物种。据报道，2019年，中国牦牛的存栏量约为1600万头，占全世界总量的95%[1]。2019年全国的牦牛奶产量为84.5万吨，商品化的牦牛奶产量仅为11.84万吨[2]。因此，加强牦牛奶制品的研发，提升牦牛奶制品的品质和经济附加值势在必行。

当前，牦牛酸奶是牦牛奶的主要加工产品形式之一，深受青藏高原农牧民及旅游者的喜爱[2]。对于牦牛酸奶的研究主要集中在菌种筛选[3−4]、发酵工艺优化[5−8]、保健功能分析和营养评价等方面[9−13]。在发酵工艺中“发酵”和“后熟”步骤是影响牦牛酸奶品质的主要工序[6]。李升升等[6]通过标准化法评估表明牦牛奶在90 ℃杀菌10 min、添加0.15%的混合乳酸菌发酵剂、在（43±1）℃发酵，4 ℃后熟24 h，制得的牦牛酸奶品质较好。陈一萌等[14]研究了不同稳定剂对凝固型牦牛酸奶后熟过程中品质和风味的变化，表明复合稳定剂有利于牦牛酸奶品质形成和风味保持。大量的研究为牦牛酸奶的加工提供了技术支持。和占星等[15]报道了牦牛奶的营养成分优于黄牛和犏牛奶，余群力等[16]指出牦牛奶的挥发性物质是牦牛奶区别于其他奶的重要成分。可见，营养品质是评价食品品质优劣的主要指标[17−19]，挥发性物质是影响产品感官品质的主要指标[20]。然而，牦牛奶在发酵和后熟过程中的营养成分和风味物质是如何变化的，变化后是否更有利于牦牛奶营养价值的提高和风味物质的形成等问题，鲜见报道。

因此，本文研究了发酵和后熟工序对牦牛奶蛋白质、粗脂肪、乳糖、水分、氨基酸、脂肪酸等营养品质和风味物质的影响，旨在明确发酵和后熟过程中牦牛奶营养成分和风味物质的变化，以期为牦牛酸奶的营养保持和品质控制提供理论依据和技术支持，促进青藏高原牦牛产业的发展。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

牦牛奶 购于青海省海北藏族自治州天峻县；发酵剂（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌1:1混合菌种） 购于北京川秀科技有限公司。

101-3型干燥箱 上海科伟仪器有限公司；ATN-100型凯式定氮仪 上海皓庄仪器有限公司；PL203型梅特勒-托利多天平 瑞士Mettler Toledo公司；SZC-C型脂肪测定仪 上海纤检仪器有限公司； HH-6型恒温水浴锅 上海百典仪器有限公司；Waters1525型高效液相色谱仪 美国Waters公司；7890A型气相色谱仪 美国Agilent公司；L-8900型高速氨基酸分析仪 日立高新技术株式会社；TRACE DSQ 气相色谱质谱联用仪 美国Finnigan公司。

1.2 实验方法

1.2.1 凝固型牦牛酸奶制作 牦牛奶在90 ℃下杀菌10 min，添加0.15%混合乳酸菌发酵剂，在（43±1）℃条件下发酵至滴定酸度（72±1.02）°T，并在4 ℃条件下后熟24 h，制得凝固型牦牛酸奶。分别选择鲜牦牛奶（A）、发酵凝固后牦牛奶（B）和经后熟后牦牛奶（C）3个样品，每个样品重复6次，研究发酵和后熟工序对牦牛奶营养和挥发性物质的影响。

1.2.2 营养成分测定 蛋白质、粗脂肪、乳糖、水分、氨基酸、脂肪酸的测定：分别参照国标GB5009.5-2016食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定；GB 5009.6-2016 食品安全国家标准 食品中脂肪的测定；GB 5413.5-2010 食品安全国家标准 婴幼儿食品和乳品中乳糖、蔗糖的测定；GB5009.3-2016 食品安全国家标准 食品中水分的测定；GB5009.124-2016 食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定（色氨酸参照GB/T15400-2018饲料中色氨酸的测定）；GB/T 17377-2008动植物油脂脂肪酸甲酯的气相色谱分析测定。

1.2.3 营养价值评价 根据FAO/WHO于1973年建议的氨基酸评分模式[21]和中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所于1991年提出的鸡蛋蛋白质的氨基酸评分模式[22]，按照下列公式计算氨基酸的得分（AA)、氨基酸评分（amino acid score，AAS）、化学评分（chemical score，CS）和必需氨基酸指数（EAAI）。

式中：n为比较的必需氨基酸的个数；a、b…、m为待评蛋白质的必需氨基酸含量（%）；A、B…、M为鸡蛋蛋白的必须氨基酸含量（%）。

1.2.4 挥发性物质的测定 参考徐怀德等[23]报道的方法测定。主要流程为：50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头在气相色谱仪的进样口250 ℃老化1 h；程序升温40 ℃，保持2.5 min，以5 ℃/min升至200 ℃，再以10 ℃/min升至240 ℃，保持5 min。进样口250 ℃，传输线230 ℃，载气为He气，流速1.0 mL/min，不分流进样。电离方式EI，70 eV；离子源温度200 ℃，质量扫描范围35~400 amu，发射电流100 μA。采用随机Xcalibur工作站NIST2002标准谱库自动检索各组分质谱数据，参考文献资料及标准谱图对机检结果进行核对和确认，按面积归一化法计算各组分的含量。对匹配度和纯度大于800（最大值1000）的鉴定结果进行比较和分析。

1.3 数据分析

采用SPSS22.0软件对数据进行方差分析（ANOVA），各处理平均数间采用Duncan多重比较法进行差异显著性分析，差异显著水平为α=0.05，极显著水平为α=0.01。

2 结果与分析

2.1 发酵和后熟对牦牛奶主要营养成分的影响

发酵和后熟对牦牛奶主要营养成分的影响见表1。发酵和后熟对牦牛奶中的蛋白质、粗脂肪和水分含量影响差异不显著（P>0.05），但蛋白质含量呈增加趋势，粗脂肪和水分含量呈下降趋势。发酵使牦牛奶中的乳糖含量显著下降（P<0.05），降幅为39.43%；后熟后的牦牛奶与发酵后的牦牛奶相比乳糖含量差异不显著（P>0.05）。分析认为，牦牛奶在发酵过程中由于乳酸菌的作用将乳糖分解，导致了发酵后牦牛奶中的乳糖含量降低；在后熟期间由于温度较低，在一定程度上抑制了乳酸菌对乳糖的分解，导致后熟与发酵相比乳糖含量变化不显著（P>0.05）。综合来看，发酵有助于降低因乳糖导致的乳糖不耐症的发生，在一定程度上提升了牦牛奶的营养价值[24−25]。

表1 发酵和后熟对牦牛奶主要营养成分的影响Table 1 Effect of fermentation and post-fermentation on main nutritional components of yak milk

2.2 发酵和后熟对牦牛奶中氨基酸含量的影响

由表2发酵和后熟对牦牛奶中氨基酸含量的影响可知，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶的氨基酸构成均比较完整，含有常见的18种氨基酸，其中包括8种必需氨基酸，2种半必需氨基酸，8种非必需氨基酸。发酵使牦牛奶中的总氨基酸含量显著增加（P<0.05），增幅为64.26%。牦牛奶中的必需氨基酸含量经乳酸菌发酵后，也显著增加（P<0.05），增幅为57.52%。后熟后牦牛奶总氨基酸含量、必需氨基酸含量进一步增加，但与发酵凝固后牦牛奶的总氨基酸含量、必需氨基酸含量差异不显著（P>0.05）；可见发酵工序显著提升了牦牛奶的总氨基酸含量、必需氨基酸含量。牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中的必需氨基酸/总氨基酸（EAA/TAA）分别为42.97、41.13和43.02，必需氨基酸/非必需氨基酸（EAA/NEAA）分别为75.33、69.86和75.50。据FAO/WHO报道[21]，质量较好的蛋白质其EAA/TAA为40左右，EAA/NEAA在60以上。可见，发酵和后熟后的牦牛奶的氨基酸模式都符合FAO/WHO的理想模式。

表2 发酵和后熟对牦牛奶中氨基酸含量的影响（%）Table 2 Effect of fermentation and post-fermentation on content of amino acids of yak milk(%)

此外，天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸等鲜味氨基酸的含量也是评价蛋白质质量的一种方式[26−27]，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶的鲜味氨基酸的含量分别为0.90%±0.09%、1.41%±0.02%和1.46%±0.04%，表明发酵和后熟均有利于牦牛奶鲜味氨基酸含量增加。

综上所述，发酵和后熟并不能显著改变牦牛奶的氨基酸组成模式，但发酵和后熟可显著提高牦牛奶的总氨基酸、必需氨基酸、鲜味氨基酸和非必需氨基酸含量（P<0.05)。表明发酵和后熟均在一定程度上提升了牦牛奶的营养价值。

2.3 发酵和后熟对牦牛奶氨基酸营养价值的影响

牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中的必需氨基酸评分（AAS）和化学评分（CS）见表3，牦牛奶、发酵后牦牛奶和后熟后牦牛奶的氨基酸（苏氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、赖氨酸、色氨酸）得分分别为58.41、36.78和42.91，均高于FAO/WHO所推荐的36，除原料奶外均低于鸡蛋蛋白中必需氨基酸总得分49。根据氨基酸评分和化学评分可知[28−29]，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中的第一限制氨基酸均为甲硫氨酸（AAS评分分别为0.32、0.51和0.56，CS评分分别为0.20、0.31和0.35）；第二限制氨基酸均为色氨酸（AAS评分分别为0.45、0.60和0.59，CS评分分别为0.27、0.35和0.35）。牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶的EAAI分别为：61.16、65.36和73.59，表明发酵和后熟可显著提高牦牛奶的必需氨基酸指数，提升牦牛奶的营养价值。

表3 牦牛奶的氨基酸评分Table 3 Amino acid score of yak milk

2.4 发酵和后熟对牦牛奶脂肪酸含量的影响

发酵和后熟对牦牛奶脂肪酸含量的影响见表4，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中共检出12种脂肪酸，其中饱和脂肪酸5种，分别是肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸和二十二碳酸；不饱和脂肪酸7种，其中单不饱和脂肪酸4种，分别是肉豆蔻油酸、棕榈油酸、油酸和11-二十碳一烯酸；多不饱和脂肪酸3种，分别是亚油酸、α-亚麻酸和二十碳二烯酸。经发酵和后熟后牦牛奶中的饱和和不饱和脂肪酸总含量呈下降趋势，但发酵和后熟对牦牛奶饱和和不饱和脂肪酸的总含量影响不显著（P>0.05）。其中二十二碳酸和α-亚麻酸的含量经后熟后均显著下降（P<0.05），降幅分别为44.00%和14.29%，多不饱和脂肪酸含量的下降，在一定程度上降低了牦牛奶的营养价值；但是经过发酵和后熟牦牛奶中的多不饱和脂肪酸含量虽呈下降趋势但是差异不显著（P>0.05），表明发酵和后熟并没有显著降低牦牛奶的营养价值。

表4 发酵和后熟对牦牛奶脂肪酸含量的影响（%）Table 4 Effect of fermentation and post-fermentation on content of fatty acids of yak milk (%)

牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中MUFA/SFA（单不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸）分别为0.38、0.38和0.36；PUFA/SFA（多不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸）分别0.04、0.04和0.04；n-6/n-3PUFA比值分别为1.05、1.11和1.19，远低于HMSO（UK Department of Health）和我国推荐的人类食品中n-6/n-3PUFA比值最大安全上限4.0[30]。从脂肪酸组成来看，牦牛奶经发酵和后熟后未发生显著变化，仍具有较高的营养价值。

2.5 发酵和后熟对牦牛奶风味物质的影响

由表5和图1发酵和后熟对牦牛奶风味物质的影响可知，通过气相色谱-质谱联用仪分析，从牦牛奶、发酵后牦牛奶和后熟后牦牛奶中分别鉴定出29、14和26种挥发性物质。

表5 发酵和后熟对牦牛奶风味物质的影响（%）Table 5 Effect of fermentation and post-fermentation on content of volatile substances of yak milk (%)

图1 牦牛奶中风味物质种类和相对含量的统计分析Fig.1 Statistical analysis of volatile substances variety and relative content of yak milk

发酵后牦牛奶中的风味物质与牦牛奶相比从29种减少为14种，其中醇类、酚类、醛类、酯类、酮类和烷烃类物质的种类和相对含量均大幅下降；烯类物质的相对含量大幅增加；酸类物质的种类减少，但相对含量大幅增加。这是因为发酵过程是在（43±1）℃

条件下进行的，在此过程中醇类、酚类、醛类、酯类和酮类等物质会挥发一部分，同时这些物质会在乳酸菌作用下发生氧化还原等反应形成化学性质更稳定的酸类等物质，导致这些化学性质活泼的物质种类和含量减少。

后熟后的牦牛奶中的风味物质与凝固后牦牛奶相比大幅增加，从14种增加到26种，其中醇类、酮类物质种类和相对含量均大幅增加；烯类物质种类减少，相对含量大幅减少；酚类、酯类物质从无到有；酸类物质种类增加，相对含量大幅减少；醛类物质的种类和相对含量均大幅减少；烷烃类物质相对含量大幅减少。后熟过程中醇类、醛类、酮类等物质会与酸类物质通过酯化反应形成酯类物质；短链的酸类等物质通过加成反应形成长链的酸类等物质；同时由于温度较低，这些酯类、酸类等风味物质会留在牦牛酸奶中，使牦牛酸奶呈现特殊的风味。

后熟后牦牛奶的风味物质从牦牛奶中的29种减少为26种，其中醇类物质种类减少，但相对含量增加；烯类、醛类和烷烃类物质的种类和相对含量均减少；酚类物质的相对含量增加；酸类物质的种类增加，但相对含量减少；酯类物质的种类增加，相对含量也大幅增加；酮类物质的种类和相对含量均增加。这主要是通过发酵和后熟过程，改变了牦牛奶原来的风味物质组成，形成了牦牛酸奶的特殊风味物质。

综合来看，发酵减少了牦牛奶中的风味物质种类，后熟增加了牦牛奶中风味物质种类。由于在发酵过程中温度较高，使得牦牛奶中原有的一些风味物质挥发、降解或转化成其他物质，导致了发酵后牦牛奶中的风味物质种类减少；而后熟是牦牛奶凝固后在4 ℃冷藏24 h，在后熟过程中由于低温延缓了乳酸菌对牦牛奶的发酵，促进了酯化反应的发生，同时低温减少了风味物质的挥发，有利于牦牛酸奶风味的形成和保存[13,31]。

3 结论

发酵降低了牦牛奶中的乳糖含量，增加了牦牛奶中总氨基酸、必需氨基酸、非必需氨基酸和风味氨基酸含量，减少了醇类、醛类和酯类物质的种类和相对含量，但对脂肪酸含量的影响不显著。后熟后的牦牛奶与发酵后的牦牛奶相比，乳糖、氨基酸、脂肪酸含量变化不显著，但与发酵后的牦牛奶相比后熟使牦牛奶中的醇类、酚类、酯类、酮类物质的种类和相对含量大幅增加。综合来看，发酵促进了牦牛奶营养价值的提升，后熟促进了牦牛奶风味物质的积累，发酵和后熟对牦牛奶营养和品质提升有积极意义。