国内外典型常温纯牛奶的风味品质分析

潘明慧，曹宏芳，王彩云，杨蕾蕾，艾娜丝*，孙宝国

（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 内蒙古伊利实业集团股份有限公司 呼和浩特 010110 3 内蒙古乳业技术研究院有限责任公司 呼和浩特 010110）

牛奶含有丰富的乳蛋白和矿物质，易被人体消化吸收，是人体重要的营养来源，被称为“白色血液”[1]。同时牛奶是最接近人类“全价食品”模式的食物，膳食中最完美的食物之一[2-3]。随着人们更健康、更营养的饮食习惯的发展，对牛奶的消费和需求量逐年上升，而“进口纯牛奶优于国产奶”的观念也随之盛行。据统计数据显示，2018年我国包装牛奶的进口数量是67.33 万t，2019年我国包装牛奶的累计进口量达89.06 万t，2020年1～11月份的包装牛奶的进口量已超92 万t。包装牛奶的进口量呈显著上升趋势。有研究者针对进口牛奶的保质期、安全及营养进行对比，发现进口牛奶的保质期普遍比国产牛奶长约1 倍，如UHT 常温牛奶，国产的保质期平均约6 个月，而进口的保质期约1年，然而同种品牌的牛奶在其本土国家的保质期也仅是3～6 个月。进口常温奶通常采用海运，从运输、安检到上架基本要耗时约3 个月时间，如果保质期为6 个月，就说明上架时已经到临保期[4]。此外，有研究表明存储和运输的条件也会对牛奶的风味和口感产生不同程度的影响[5-6]。在国内购买的进口牛奶新鲜度及感官品质都有待验证。据海关统计数据，进口牛奶的抽检不合格率相对较高[7]，尤其是进口的巴氏奶，抽检不合格率高达50%。进口牛奶通过对灭菌工艺的调整延长其保质期[8]，使得牛奶中有益健康的活性成分含量减少，如乳铁蛋白、乳球蛋白和乳白蛋白；而有害健康的副产物增加，如糠氨酸、乳果糖等[9]。

基于上述原因，本论文选用销量较高且较典型的2 款国产牛奶和4 款进口牛奶的风味品质进行对比分析，从风味品质的视角阐述国产牛奶与进口牛奶的差别，同时结合定量描述性感官评价法评估牛奶的感官属性及其强度，为消费者选择国产纯牛奶和进口纯牛奶提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

所有试验样品均经过UHT 牛奶灭菌工艺处理（如图1所示），其中2 款典型的国产牛奶来自中国乳都——内蒙古呼和浩特，将其分别命名为C1、C2；4 种销量相对较高且典型的进口牛奶分别从德国进口1 种、新西兰进口2 种、澳大利亚1种，分别命名为A1、A2、A3、A4，样品的详细信息如表1所示。

图1 牛奶的UHT 灭菌工艺流程Fig.1 UHT sterilization process of milk

表1 UHT 纯牛奶的详细样品信息Table 1 Detailed sampling information of UHT pure whole milk

2-甲基-3-庚酮（色谱纯级）、正构烷烃（C6-C30，色谱纯级），美国Sigma 公司；氯化钠（分析纯级），西陇科学股份有限公司；所有风味物质标准品（色谱纯级，纯度>99.9%），日本TCI 公司。

1.2 仪器与设备

Trace DSQII 气相色谱-质谱联用仪（配EI 离子源及Xcalibur 数据处理系统），美国Thermo Finnigan 公司；SA402B 味觉分析系统 （配AAE、CT0、CA0、C00、AL1 和GL1 传感器及Taste 数据处理系统），日本Insent 公司；PEN3 电子鼻（配10个金属氧化物半导体型化学传感元件及Winmuster 数据处理软件），德国AIRSENSE 公司；DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市予华仪器；AL204 精密分析天平，瑞士METTLER TOLEDO 公司。

1.3 方法

1.3.1 SPME-GC-MS 分析

1.3.1.1 固相微萃取 准确移取8 mL 牛奶样品于20 mL 顶空萃取瓶中，加入 （1.0000±0.0005）g氯化钠和10 μL 内标（2-甲基-3-庚酮，质量浓度为20 μg/mL），40 ℃水浴平衡20 min，磁力搅拌速度为20 r/min。平衡后用已活化好的PDMS/DVB萃取头顶空吸附30 min 后，将萃取头插入GC 进样口解析5 min。每个样品重复测定3 次。

1.3.1.2 色谱条件 DB-WAX 毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度为250 ℃，不分流进样；载气为氦气，流速为1.0 mL/min；升温程序：初始温度为30 ℃，不保持，以3 ℃/min 升至90℃，保持1 min，再以6 ℃/min 升至210 ℃，保持1 min，总升温程序运行时间为42 min。

1.3.1.3 质谱条件 色谱-质谱传输线温度为230℃，离子源温度为250 ℃；离子化方式：电离轰击（EI），电子能量为70 eV；质量扫描范围：45～350 u。

1.3.1.4 定性方法 采用NIST 谱库离子比对（Mass spectrum，MS）、保留指数 （Retention index，RI）及标准品定性（Standard，Std）3 种方法对检测的风味物质进行定性分析。

1.3.1.5 定量方法 采用内标法半定量，以2-甲基-3-庚酮为内标，通过各组分峰面积与内标峰面积比等于各组分质量浓度与内标质量浓度比，计算各风味物质的质量浓度。

1.3.2 智能感官分析

1.3.2.1 电子鼻（Electronic nose，E-nose） 取8 mL 牛奶样品于顶空瓶中，加入（1.0000±0.0005）g的氯化钠，40 ℃水浴平衡20 min，磁力搅拌速率为20 r/min，然后插入电子鼻探头吸取顶空部位的气体，分析样品中的挥发性物质。

电子鼻参数设置：样品测试间隔时间为1 s，清洗时间120 s，归零时间10 s，样品准备时间5 s，测定时间120 s，载气流速200 mL/min，进样流量200 mL/min。测定温度为室温25 ℃。每个样品平行测定3 次。传感器响应信号在90 s 基本稳定，选定信号采集时间为115～120 s 的稳定传感信号进行分析。

1.3.2.2 电子舌（Electronic tongue，E-tongue） 试验开始前对传感器和参比电极进行活化，然后连接传感器并对传感器进行自检。自检通过后，将样品和参比液加至电子舌专用杯刻度线，约35 mL，对样品除甜味外的滋味进行测定，甜味用GL1 传感器单独测定，检测温度为室温25 ℃。每个样品测定4 个平行。检测结果用Taste analysis application 软件进行数据链接和修正（以参比液为对照），然后将电势值转化为味觉值。

1.3.3 描述性感官评价 选择乳香味、乳脂味、清香味、蒸煮味、金属味、牛膻味、稠厚度、青草味、甜味及咸味共10 个属性对6 个牛奶样品进行描述性感官评价，同时对样品的整体喜好度进行打分，具体属性描述及评分标准见表2[10]。

表2 定量描述性检验及整体喜好度评分标准Table 2 Standard of quantitative descriptive analysis and overall preference

试验筛选20 名有丰富的乳制品评价经验的人员进行样品的定量描述性感官评价，60 名消费者进行样品的整体喜好度评价。将6 个牛奶样品以3 位随机数字编码并随机顺序呈递给评价人员进行评价，评价人员可用无盐饼干和饮用水清除余味后进行下一个样品的评价，定量描述性评价采用1～7 分制，1 分表示无此属性，2～3 分表示此属性较淡，4 分表示适中，5～6 分表示此属性较强，7 分表示此属性极强；整体喜好度评价也采用1～7分制，1 分表示非常不喜欢，2～3 分表示比较不喜欢，4 分表示喜好度一般，可以接受，5～6 分表示比较喜欢，7 分表示非常喜欢。

1.4 数据处理

所有试验均重复3 次，数据以平均值±标准差显示。使用SPSS Statistics 22.0 进行单因素方差分析 （One-way ANOVA） 和聚类分析（Cluster analysis，CA）；采用SIMCA 14.1 进行样品的主成分分析 （Principle component analysis，PCA），并绘制载荷图；采用Origin 2018 完成其余绘图。

2 结果与分析

2.1 风味物质定性定量结果

样品中的定性定量结果如表3所示。在6 种牛奶样品中共定性出22 种挥发性风味物质，其中酮类物质种类最多（8 种），酸类和烃类次之（各5种），此外包括醇类物质2 种、醛类物质和含硫化合物各1 种。根据定量结果，针对每类风味物质在国内外常温奶样品中的质量浓度对比分布如图2所示。

酮类物质是牛奶中的特征香气组分，尤其是甲基酮类物质[11]，在适宜浓度条件下，一般具有清香和果香味[12]，对牛奶的风味具有贡献作用。牛奶中酮类物质的产生主要由热加工过程中的脂肪降解[13]和游离脂肪酸经氧化为β-酮酸后脱羧反应[14]产生。由图2和表3看出，酮类物质中，2-庚酮、2-辛酮、2-十一酮和2-壬酮在6 种牛奶样品中均有检出，且2-庚酮、2-壬酮和2-十一酮在进口牛奶样品中的质量浓度显著（P<0.05）高于国内样品。2-癸酮、2-十五酮和苯乙酮仅在国内样品中检出，而在进口牛奶样品中未检出。2-癸酮和苯乙酮分别具有花香气味和坚果香气[15]，苯乙酮由苯基丙氨酸的β-氧化形成酮酸后经脱羧生成[16]，同时有文献报道，苯乙酮与奶酪的香气强度呈正相关[17]。此外，2-十三酮具有木质香气[18]，仅在4 个进口牛奶样品中检出，有研究证明2-十三酮对奶油和奶味香精的风味品质具有贡献作用[18-20]，但在牛奶中少有检出。

图2 各风味组分在国内外常温奶样品中的质量浓度对比情况Fig.2 Comparison of the mass concentration of volatile compounds between UHT milk in China and abroad

法方性定A4，RI Std MS b 62.14±3.49 MS，RI Std a 1.39±0.03，RI Std MS b 43.24±0.86 MS，RI Std-，RI Std MS bc 15.27±0.57 MS，RI Std-，RI Std MS c 3.89±0.92 MS，RI Std-MS，RI Std b 51.72±3.88，RI Std MS b 22.82±1.66 MS，RI Std 21.87±1.30，RI Std MS 14.49±6.38 MS，RI Std-MS，RI Std bc 0.60±0.03，RI Std MS a 0.90±0.10 MS，RI Std a 10.80±0.81，RI Std MS a 16.82±2.78 MS，RI Std ab 7.80±0.70 MS，RI Std-，RI Std MS b 2.33±0.63，RI Std MS b 2.60±0.04，RI Std MS-果结量定性定质物味风性发挥的品样奶牛温常外内国3表Qualitative and quantitative results of volatile compounds among UHT milk from China and abroad Table 3 -1/μg·L 度浓量质数指留保A3 A2 A1 C2 C1[24]值献文值算计b 60.62±5.33 a 84.03±2.02 b 55.56±3.89 c 29.17±4.14 c 28.92±1.04 1 180 1 177 a 1.41±0.25 a 1.42±0.23 ab 1.21±0.26 b 0.79±0.07 ab 1.05±0.31 1 297 1 280 bc 40.10±0.28 a 60.59±2.53 c 36.40±4.53 d 12.01±0.94 d 12.09±0.44 1 387 1 385---0.17±0.07-1 489 1 489 b a 18.38±3.24 bc 36.64±14.63 14.64±0.94 c 4.06±0.33 c 4.26±0.09 1 599 1 597----0.28±0.04 1 627 1 643 bc 5.32±0.65 a 12.74±1.94 b 5.83±0.63--1 814 1 809----0.27±0.05 2 021 2 019 a c 99.24±3.28 39.41±12.67-d 9.09±1.14-943 949 a 64.06±2.58 d 9.70±3.77 e 4.18±0.44 c 15.35±0.31-1 000 998-----1 094 1 012 19.80±10.36----1 200 1 176-11.28±5.82---1 500 1 493 b 0.68±0.11 a 1.73±0.79 bc 0.63±0.08--1 454 1 455---b 0.29±0.12 c 0.15±0.05 1 628 1 628 a 10.56±1.94-a 11.05±1.21 b 3.1±0.42 b 2.31±0.16 1 849 1 844 ab 13.53±4.88 a 19.77±5.76 bc 8.27±0.97 c 4.74±1.74 c 2.54±0.59 2 050 2 059 a 11.56±3.66 a 11.53±3.39 ab 7.46±3.80 b 3.21±0.84 b 3.39±1.09 2 279 2 271---0.20±0.10-1 430 1 458 a 3.21±0.63-b 2.10±0.11 c 0.56±0.12 c 0.52±0.05 1 484 1 495 bc 2.14±0.40 bc 2.29±0.26 bc 1.89±0.16 c 1.53±0.40 a 3.76±1.06 1 508 1 511--0.43±0.20--1 912 1 922（P<0.05）。异差性著显有具度浓量质分组称名质物酮庚2-酮2-辛酮壬2-酮2-癸酮一十2-酮乙苯酮三十2-酮五2-十烷二十异烷癸烯α-蒎烷二十烷五十酸乙酸丁酸己酸辛酸癸-3-醇烯1-辛醇己基乙2-醛甲苯砜基甲二味风间品样示表母号序类酮1 2 3 4 5 6 7 8类烃9 10 11 12 13类酸14 15 16 17 18类醇19 20类醛21物合化硫含22字写小同：不注

脂肪酸类物质主要由乳中甘油三酯经脂解酶水解产生[21]，酸类物质的阈值相对较低，尤其是中短链脂肪酸[22]，对乳制品的风味具有贡献作用。此外，脂肪酸不仅本身是香气活性物质，还是酮、醛、内酯、酯类化合物的前体物质[23]，试验中共检测出5 种酸类物质，其中辛酸和癸酸通常具有腐败味和刺激性气味，在国内外样品中均有检出，但在国外牛奶样品的质量浓度显著（P<0.05）高于国内样品。在国内样品中未有乙酸检出，丁酸在低浓度时有较浓郁的奶香味，在两个国内样品和澳大利亚进口样品（A4）中检出。

烃类化合物是一类典型的挥发性化合物。烃类物质的生成主要与饲料有关[25]，它们也可通过脂肪自动氧化过程或类胡萝卜素的分解形成，因其具有很高的感知阈值，对牛奶的风味影响较小[26]。烃类物质中，仅异十二烷和癸烷在国内牛奶中检出，而α-蒎烯、十二烷和十五烷未检出。异十二烷又名2，2，4，6，6-五甲基庚烷，在烃类物质中浓度相对较高，曾多次在牛奶中检出[26-28]，然而其产生机制及香气贡献尚不清楚。醇类物质来源于多种代谢途径，是重要的挥发性化合物，在乳制品中具有果味、甜味和苦味等贡献[26]。试验中检测出醇类物质有2 种，包括1-辛烯-3-醇和2-乙基己醇，其中1-辛烯-3-醇具有典型的蘑菇香气，超过适当的浓度水平，会导致样品带有金属味[29]。2-乙基己醇是在牛奶中经常被检测的风味组分[26-28，30]，然而其阈值相对较高且在样品中浓度较低，对牛奶的风味贡献较小。

苯甲醛具有典型的苦杏仁和焦糖香气，对牛奶整体良好风味的形成有重要作用[31]，在国内牛奶样品C1 中的质量浓度显著（P<0.05）高于其余样品。含硫化合物对乳制品的风味影响较大，通常大多数含硫化合物与乳制品中的蒸煮味有关，也有含硫化合物对乳制品的风味具有贡献作用，如甲硫醇（奶酪中的关键香气物质[32]）。试验中仅有二甲基砜一种含硫化合物在样品A1 中检出。

国内外常温牛奶的挥发性风味组分的质量浓度差异具有一定的规律性，然而牛奶样品整体的风味品质与风味物质间的协调作用有关。基于国内外样品中的风味物质的定性定量结果，对样品进行主成分分析 （Principle component analysis，PCA）和聚类分析（Cluster analysis，CA），如图3所示。

从图3中可看出，基于样品中的挥发性风味物质的定性定量结果，国内外常温牛奶样品区分效果明显，国内两个牛奶（C1、C2）区别于国外的牛奶样品聚为一类，德国进口牛奶（A1）相较于新西兰和澳大利亚进口牛奶在挥发性风味组分中更接近与国产牛奶。

图3 基于风味物质定性定量结果国内外常温奶样品的主成分分析（a）和聚类分析（b）Fig.3 PCA （a） and CA （b） based on the qualitative and quantitative results of UHT milk from China and abroad

2.2 智能感官结果分析

利用电子鼻和电子舌对国内外常温奶样品的滋气味进行智能感官分析。PEN3 电子鼻传感器阵列包括10 个金属氧化物传感器，分别为W1S（对烃类物质敏感）、W2S（对醇类物质敏感）、W5S（对氮氧化合物敏感）、W6S（对氢气敏感）、W1C（对芳香性化合物敏感）、W3C （对氨类和芳香化合物敏感）、W5C （对烯烃和芳香性化合物敏感）、W1W（对硫化氢敏感）、W2W （对芳香化合物和有机硫化物敏感）、W3S（对碳氢化合物敏感）[33]。利用电子鼻对国内外牛奶的整体气味进行智能感官分析，根据电子鼻各传感器对样品的响应情况如图4所示。从图中可以看出每个传感器对6 个牛奶样品的响应规律基本相同，传感器响应值随检测时间的增加，呈先上升后下降最后趋于稳定的趋势。其中传感器W5S、W2W 和W1W 的响应情况最强，分别是对氮氧化合物、芳香化合物和有机硫化物气味化合物的检测。样品间每一传感器的响应强度存在差异，选取趋于稳定后的116～120 s 的响应数据进行后续分析。

图4 电子鼻对国内外常温牛奶样品的传感响应情况Fig.4 Sensing response of E-nose to UHT milk from China and abroad

利用电子舌对国内外常温奶样品进行整体滋味分析，将5 个传感器的电势值转化为相应的9个味觉值，根据样品的味觉值绘制的雷达图如图5所示。从图5中可以看出国内外常温纯牛奶的滋味差异，4 个进口牛奶样品的滋味轮廓相似，而2 个国内牛奶样品的滋味轮廓极为相似，且国内牛奶样品的丰富度明显优于进口牛奶，咸味、涩味及涩味的回味相较于进口牛奶较弱，酸味和苦味的回味相对较强。

图5 国内外常温奶的电子舌响应味觉轮廓图Fig.5 Sensing response of E-tongue to UHT milk from China and abroad

基于电子鼻和电子舌对国内外常温奶样品的智能感官分析结果，对样品进行主成分分析（PCA）和聚类分析（CA），如图6所示。根据智能感官分析结果的主成分分析，6 个常温奶样品得到较好的区分效果，国内的2 个牛奶样品的滋气味最为接近，聚为一类，国外4 个样品中滋气味相似，样品A3 和A4 最为接近，聚为一类，与风味组分的定性定量结果一致。

图6 基于智能感官分析结果的国内外常温奶样品主成分分析（a）和聚类分析（b）Fig.6 PCA （a） and CA （b） based on the the results of intelligent sensory analysis of UHT milk from China and abroad

2.3 描述性感官结果

试验中选择20 名具有丰富的乳制品评价经验的感官评价人员针对国内外常温奶样品的乳香味、乳脂味等共10 个感官属性进行评价，根据评价人员的打分结果绘制的风味轮廓图如图7所示。从图7可以看出，国内两个牛奶样品感官轮廓相似，乳香味和乳脂味明显优于进口牛奶样品，且异味（牛膻味、金属味和青草味）明显弱于进口牛奶样品，蒸煮味是表征UHT 奶受热强度的特征风味[34]，国产的两个牛奶样品的蒸煮味明显弱于进口的牛奶样品；进口牛奶样品的感官轮廓也较为相似，德国和澳大利亚进口牛奶样品（A1 和A4）的乳香味、乳脂味相对接近国内牛奶样品，而异味（牛膻味、金属味和青草味）和蒸煮味较强。新西兰进口牛奶（A2 和A3）的乳香味、乳脂味、清香味和甜味相对较弱，且异味较强。

图7 国内外常温奶样品的风味轮廓图Fig.7 Flavor profile of UHT milk samples from China and abroad

选择60 位消费者对6 种牛奶样品的整体喜好度进行打分，结果如表4所示。两个国内样品的整体喜好度评分最高，而新西兰进口牛奶（A2 和A3）的整体喜好度相对较差。

表4 国内外常温奶的整体喜好度评价结果Table 4 Overall preference evaluation results of UHT milk from China and abroad

3 结论

试验通过对国内外常温牛奶的挥发性风味物质进行定性定量发现进口牛奶中的酮类、酸类和含硫化合物的含量较高。此外，智能感官结果显示国内两个牛奶样品的传感器响应情况相似，且进口牛奶样品的响应情况相似，说明进口牛奶样品间存在相似性且与国内牛奶差异明显。描述性感官评价说明国内牛奶样品的乳香味和乳脂味较浓且异味较弱，整体喜好度评分最好。总之，从风味分析的角度，在国内市场上买的进口牛奶品质相对国产牛奶较弱，一方面因延长保质期采取的过热加工使牛奶中的异味增加，另一方面因长时间的存储和运输使口感变差。国产牛奶在保证新鲜的同时保留了牛奶香浓的口感，是真正适合国人的牛奶，应呼吁消费者建立对国民品牌的自信心。