黄油中风味物质的研究进展

任敏，李志国，闫清泉，崔利敏，边燕飞，宗学醒

内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司（呼和浩特 011500）

黄油是一种传统食品，凭借其较高的营养价值和独特宜人的风味而受到全世界各地消费者的喜爱[1]。黄油主要由甘油三酯（98%）、甘油二酯、甘油单酯和游离脂肪酸组成，乳脂肪酸的组成是所有油脂中最复杂的，已经测定出来的有500余种脂肪酸，脂肪酸组成的复杂性也导致了黄油风味物质组成的复杂性[2]。黄油的香气成分取决于动物喂养、生产季节、制造工艺和储存条件[3]。一般来说，根据生产工艺的不同，黄油主要分为两种类型：甜性奶油和发酵（酸性）奶油。甜性奶油，来自未发酵的奶油，酸性奶油则是从接种发酵剂的奶油得到的。此外，酶解黄油也是目前的研究热点，许多研究者通过脂肪酶、蛋白酶等酶类对黄油进行有控制的酶解反应，或将酶工程与发酵工程结合，旨在获得更加独特风味的黄油产品或用于制备奶味香精[1,4-5]。此外，黄油若存在生产、贮存过程的不当操作，极易产生异味，主要体现为鱼腥味、酸败味、苦臭味等风味，这些异味的产生与黄油制造、包装和储存过程中发生的脂质氧化、脂肪分解和微生物生长有关[6]。因此，深入了解黄油中的风味物质组成以及异味的形成，对于黄油的生产和应用尤为重要。

目前，许多方法已被用于分离黄油的挥发性化合物，例如固相微萃取（SPME）[7]、溶剂辅助风味蒸发（SAFE）[8]、高真空蒸馏（HVD）[9]、清洗和捕获萃取（PTE）[10]、蒸汽蒸馏（SD）和固相萃取（SPE）[11]。气相色谱与质谱联用（GC-MS）通常用于鉴定和量化黄油中的挥发性化合物[12]。目前，仪器和感官技术相结合的方法也常被用于风味物质的检测中，例如气相色谱-嗅觉测定法（GC-O）以及气相色谱-质谱-嗅觉测定法（GC-MS-O）[13-14]。随着检测技术手段的升级，对于黄油中的风味物质以及异味的鉴定也更加准确和全面。

对黄油的生产工艺、风味物质检测手段的差异以及异味来源这三部分对黄油中的风味物质特征展开阐述，以期能对黄油风味有更深一步的了解，为黄油以及黄油味香精的生产提供理论依据。

1 黄油的生产过程与风味形成

黄油是由牛乳经过分离、杀菌、冷却、发酵（甜性黄油无该步骤）、结晶熟化、搅拌、洗涤压炼、调盐（无盐黄油无该步骤）、成型、包装等操作而制成的[15]。生产过程中的操作对黄油风味的形成至关重要。黄油的特征风味化合物主要来自用于制造它的稀奶油。Pionnier等[16]通过GC-O技术分析了来自不同工艺（巴氏杀菌、灭菌、超高温灭菌）和具有不同脂肪含量的稀奶油，研究确定了35种关键的气味物质，如双乙酰（奶油味）、2-戊酮（焦糖味、奶油味）、2-庚酮（乳制品味）、3-羟基-2-丁酮（奶油味）、二甲基三硫醚（白菜味）、2-壬酮（热牛奶味）、乙酸（酸性）、糠醛（焦糖味）、丁酸（奶酪味）。奶油的香气主要来自牛奶的水相和脂肪球膜[9]，而黄油的香气主要来自脂肪部分中存在的挥发性化合物。

生产甜性奶油，经杀菌冷却步骤后，便可送入稀奶油成熟罐中进行成熟。如果生产酸性奶油，则需要在稀奶油中添加产酸细菌进行发酵，使奶油能够产生强烈的酸味和香气。酸性奶油使用的发酵剂由乳球菌属（Lactococcus）和明串珠菌属（Leuconostoc）构成[17]。发酵产生的香味物质中，乳酸、丁二酮（双乙酰）和醋酸是最重要的。有研究显示，酸性黄油中双乙酰、δ-癸内酯，(Z)-6-十二碳烯-γ-内酯、丁酸和己酸的含量较高，可能是由于在生产过程中添加到奶油中的乳酸菌所致[13]。

2 黄油风味物质的研究进展

黄油中的风味物质在很早之前已经开始被研究，黄油中的230多种香气化合物已经被识别、量化[7]。内酯、醛类、短链脂肪酸和其他微量化合物已被确定为黄油香气和乳制品的主要成分[18]。一些研究人员测试了不同的方法来确定黄油样品中的挥发性化合物并得出不同的结论。Li等[19]使用同时蒸馏-萃取（SDE）和固相微萃取（SPME）评估黄油中关键香气化合物的结果表明，使用SDE方法，甲基酮在挥发性化合物中所占比例最大，其次是脂肪酸。使用SPME方法，最丰富的化合物是脂肪酸，其次是内酯。由此可见，不同的分离技术对于黄油风味物质的描述也存在差异。

2.1 甜性黄油

关于甜性黄油挥发性成分的早期研究中，Siek等[20]通过蒸馏法在黄油脂肪中发现了100多种化合物，包括烷烃、烷酮、醇、酯、碳氢化合物和芳香族化合物。Sarrazin等[21]报道了γ-、δ-和ε-内酯在甜性黄油中作为关键香气化合物的重要性。Lozano等[8]采用气相色谱-质谱-嗅觉（GC-MS-O）测定法结合动态顶空分析（DHA）和溶剂辅助风味蒸发（SAFE），分析了商业甜性黄油的主要香气化合物，主要为丁酸、δ-辛内酯、δ-癸内酯、1-辛烯-3-酮、2-乙酰基-1-吡咯啉、二甲基三硫化物和双乙酰。不同的检测方法以及黄油制作过程中的细微差异可能导致风味物质的差异。Peterson等[22-23]指出甜性黄油在105 ℃加热15 min与新鲜甜奶油黄油的香气不同。Tamura等[15]使用一种无需加热的程序，即可更好地分离甜性黄油香气的新方法，研究结果显示，δ-十二内酯、δ-癸内酯、γ-癸内酯、乙醛和癸酸等23种化合物是对该黄油风味起到关键性作用的物质，与Lozano等[8]研究结果基本一致。

2.2 酸性黄油

酸性黄油与甜性黄油的最大区别在于：在成熟结晶步骤之前，增加了发酵工序。Schieberle等[24]在早期研究了普通酸性黄油、爱尔兰酸性黄油以及德国农场酸性黄油的风味物质，并与甜性黄油风味物质进行了对比。结果表明，爱尔兰酸性黄油显示出最强烈的风味，芳香提取物稀释分析方法（Aroma extract dilution analysis，AEDA）检测到18种气味活性化合物：双乙酰、1-戊烯-3-酮、己醛、1-辛烯-3-酮、(Z,Z)-3，6-壬二烯醛、(E)-和(Z)-2-壬二烯醛、(E,E)-2，4-壬二烯醛、(E，E)-2，4-癸二烯醛、γ-辛内酯、反式-4，5-环氧-(E)-2-癸烯、粪臭素、δ-癸内酯、(Z)-6-十二碳烯-γ-内酯、乙酸、丁酸、己酸和一种具有脂肪-坚果气味的未知化合物。其中δ-癸内酯、(Z)-6-十二碳烯-γ-内酯和双乙酰的稀释系数（FD）最高。普通酸性黄油中主要的风味物质为双乙酰、δ-癸内酯(Z)-6-十二碳烯-γ-内酯、丁酸和己酸，这可能是黄油中添加乳酸菌发酵剂引起的。

传统的酸性黄油例如墨西哥的一种传统酸性黄油“Smen”中的风味物质具有代表性，早期的研究者使用气相色谱-嗅觉测定法以及芳香提取物稀释分析法对其风味物质进行测定，结果显示丁酸和己酸是该黄油酸性部分中最主要的香气成分，这与脂肪分解产香原理相同[25]。在最近的研究中，Salwa等[14]使用PTE和SAFE萃取方法，并通过气相色谱-质谱-嗅觉（GCMS-O）联用技术来表征“Smen”中的关键风味化合物。结果显示，两种萃取方法得到的风味物质种类和强度相似，共鉴定出34种挥发性化合物，包括酸、醇、酯和酮等，进一步使用AEDA分析法表征其中的强烈香气成分，结果表明丁酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯、丁酸和己酸是“Smen”黄油中主要的强效呈味物质。

2.3 酶解黄油

酶解乳脂大多使用脂肪酶进行，通过对乳脂肪的酶解作用，可以进一步增强干酪、奶油的风味，改善乳制品的品质。乳脂肪在脂肪酶的作用下，使乳脂肪中的脂肪酸（饱和与不饱和）甘油三脂、酮酸和羟酸甘油三酯酶解成饱和及不饱和脂肪酸、酮酸和羟酸等。其中，中短链脂肪酸（C4～C14）含量丰富，它们具有较高的香气贡献度，是影响乳脂肪风味的主要因素。分解得到的脂肪酸经过重新组合和排列，形成不同碳链长度的酯类、甲基酮类和内酯类等风味物质，虽然含量较少，但对于香气的贡献程度很高，能够赋予产品独特而强烈的奶香味[26]。其中的β-酮酸在进一步反应中又能够生成各种甲基酮类，主要有甲基戊酮、甲基庚酮、甲基壬酮和甲基十一酮。羟酸生成各种δ-内酯（如有δ-辛内酯、δ-十二内酯等偶数碳内酯）和γ-内酯。这些甲基酮类和δ、γ内酯含量同样不高，但对乳香味的形成贡献很大[27]。

国外在20世纪90年代就已经开始研究通过脂肪酶水解乳脂用于乳制品增香。例如，Balcão等[28]采用脂肪酶对乳脂肪进行酶解，获得具有浓郁奶香的酶解物。近些年，国内也开始对酶解稀奶油、黄油展开研究。陈影[29]利用解脂假丝酵母脂肪酶对奶油进行水解，获得了乙酸、丁酸和己酸含量较高的奶油制品。刘志东[1]对脂肪酶催化黄油的风味物质变化进行研究，结果表明不同底物体系下的黄油酶解产物中的主要风味物质为酮类、脂肪酸类和酯类物质，黄油和酶解物中都含有2-庚酮、丁酸、己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、十四酸和棕榈酸等中、短碳链的脂肪酸，但组成和含量有所不同。因此，不同的酶解体系对于黄油酶解风味物质的组成和含量有较大影响。胡鹏丽等[30]使用脂肪酶结合磷脂酶的双酶法对稀奶油进行酶解，制得香气纯正、浓郁的奶味香精，通过GC/MS分析，酶解产物的风味物质主要是丁酸、辛酸、癸酸和一些内酯等物质。综上所示，酶解黄油在乳脂增香以及生产乳味、香精方面存在巨大潜力和研究空间，而酶解产物的类型与底物组成、浓度、脂肪酶的种类等有关。

3 黄油中异味的产生

黄油的独特香气取决于所含风味化合物浓度的微妙平衡，挥发性和非挥发性化合物之间的相互作用。任何外界因素或本身成分的变化而打破这种平衡，都会导致异味的产生和发展[31]。

3.1 氧化作用引起的黄油异味

黄油和乳制品中的氧化异味常常被描述为纸板味、金属味、鱼腥味和油漆味，主要由于不饱和脂肪酸在氧气的作用下转化为氢过氧化物，然后分解为次级氧化产物，如丙二醛（MDA）、丙醛、戊醛和己醛等[32]。初级氧化产物一般是无味的，而次级氧化产物中部分物质具有强烈的气味，在较高浓度下会引起异味[33]。

Badings[34]研究了有氧化味道的黄油，其中包括己醛、庚醛、(E)-2-壬烯醛、(E,E)-2, 4-庚二烯醛、(Z)-4-庚烯醛、(E,Z)-2, 4-癸烯醛、(E,Z)-2, 6-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇和1-辛烯-3-酮等物质。采用AEDA方法对无异味黄油和存在异味黄油在贮藏期间风味化合物进行分析，结果显示(E)-2-壬烯醛、(Z)-2-壬烯醛、(Z)-4-庚烯醛和1-辛烯-3-酮的稀释因子随着贮藏期的增加而增加。Widder等[35]对黄油的感官研究得出的结论是：(E)-2-壬烯醛、(Z)-2-壬烯醛是造成黄油产生“氧化”异味的原因。

3.2 光照引起的黄油异味

暴露在光照下的黄油和乳制品中的异味可能是由蛋白质降解产生的，这会导致黄油产生焦味、卷心菜和蘑菇气味，以及光诱导的脂质氧化，会产生纸板、金属、牛油和油腻的异味[36]。众所周知，乳制品对光非常敏感，因为它含有大量光敏剂核黄素（维生素B2），当光敏剂在食物中被激活并与氨基酸或脂质等底物发生反应时，就会发生光氧化。Koyuncu等[37]研究结果显示，在光照下储存的黄油样品中醛类含量最高，包括己醛、戊醛和壬醛。

3.3 脂肪分解引起的黄油异味

脂肪分解异味，通常被描述为羊膻味或肥皂味，是由脂蛋白脂肪酶引起的。脂肪酶通常被蛋白质封闭，例如酪蛋白胶束，防止与脂肪球直接接触。当保护脂肪球的双层膜因搅动而被破坏时，会发生脂肪分解，从而产生腐臭的气味。这些异味主要是由于游离脂肪酸的增加[38]。Schieberle等[39]分析了传统酸奶油黄油，样品显示出酸臭和出汗的气味，这是由于脂肪分解形成的高浓度丁酸和己酸所致。

3.4 微生物引起的黄油异味

黄油中的微生物异味是原料奶中微生物产生的代谢产物引起的，或由于在制造和储存过程中发生的连续污染。奶油或黄油中的霉味通常是由于假单胞菌属产生的2-甲氧基-3-烷基吡嗪引起的。在黄油中偶尔会发现麦芽味的异味，这是由乳酸链球菌麦芽变种产生的3-甲基丁醛和2-甲基丁醛引起的[13]。

4 结语

黄油中的风味物质受到诸多因素的影响，包括生产工艺、地域、储运条件等，对于风味物质鉴定的手段也多种多样。随着检测技术的成熟，许多研究通过仪器方法和感官技术相结合的方式，对黄油中的关键风味物质进行鉴定和量化，对于不同状态、不同环境因素下导致黄油风味物质的变化研究也逐渐完善。通过对黄油中风味物质的阐述，对于黄油的安全生产、风味的多样化以及黄油在奶味香精的制备方面提供重要的理论依据。