发酵乳中风味物质研究进展

◎ 桂 亚，唐 果，马 栎，李逸鹤，田林双

（江苏财经职业技术学院，江苏 淮安 223023）

发酵乳是乳和乳制品在特征菌的作用下发酵而成的酸性凝乳状制品，主要产品有酸牛乳、活性乳、干酪、酸奶油等，因具有降低血清胆固醇、改善肠道健康、预防癌症、促进免疫等益处，受到人们广泛关注[1]。

发酵乳风味物质来自发酵产生的乳酸、乳中天然存在和在发酵中产生的芳香化合物。风味的产生是一个复杂的过程，涉及乳中成分的各种化学和生物转化。主要通过3种途径，即乳糖（糖酵解）、脂肪（脂解）和酪蛋白（蛋白水解）的转化[2]。

目前，关于发酵乳风味物质的研究主要集中在2个方面：①风味物质分析技术，当前已有多种仪器检测方法[2]。②风味物质影响因素。例如，控制某些目标风味的增加或调整关键风味成分进而影响整体等，这类研究报道较少。因此，了解发酵乳风味物质形成、风味物质的影响因素，进而有针对性地调控，对于形成发酵乳理想风味是非常重要的。

1 发酵乳风味物质的来源

发酵乳中大多数风味物质来源于乳酸菌、酵母菌等微生物发酵，分解代谢蛋白质、脂肪和乳糖等营养物质，产生酸、酯、醇、酮和醛等化合物质[2]。

1.1 蛋白质水解和氨基酸代谢

蛋白质降解为寡肽，在酞酶的作用下进一步水解成氨基酸，细胞内氨基酸分解代谢形成了大量挥发性芳香化合物，如亮氨酸代谢衍生物为3-甲基丁醛、3-甲基丁醇、3-甲基丁酸、3-甲基丁酸乙酯；苯丙氨酸代谢衍生物为苯乙醛、苯乙醇、苯乙酸、苯甲酸乙酯、乙酸苯乙酯；色氨酸代谢衍生物为吲哚-3-乙醛、3-吲哚乙醇、吲哚-3-乙酸。

1.2 脂肪分解与脂肪酸代谢

脂肪酶或酯酶对脂质的水解形成游离脂肪酸，包括饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，通过脂质氧化产生某些挥发性化合物，如烷烃、甲基酮、酯、仲醇和内酯。其中，饱和脂肪酸通过β-酮酸的脱羧作用产生甲基酮，还原酶将其还原成相应的仲醇；不饱和脂肪酸在自由基存在下，通过β-氧化形成氢过氧化物，迅速分解形成己醛或不饱和醛，以及形成4-或5-羟基酸，这些酸转化为γ-或δ-内酯，提供浓郁的果味。

1.3 碳水化合物代谢

对于同型发酵的乳酸菌，通过糖酵解途径产生丙酮酸，丙酮酸被还原为乳酸，使发酵乳产生酸味。异型发酵的乳酸菌，糖通过磷酸解酮酶途径产生6-磷酸葡萄糖，它是形成丙酮酸的中间体。除了产生发酵终产物乳酸外，丙酮酸还可以产生CO2、乙酸、乙醇和甲酸等代谢物，以及重要的芳香化合物乙醛、乙醇。

2 发酵乳风味物质的影响因素

2.1 发酵剂

发酵乳中产香的发酵剂有乳杆菌属、片球菌属、明串球菌属和乳球菌属[3]。乳酸乳球菌一直被用于生产各种奶酪，其能快速酸化，并极大地改善发酵终产物的风味。嗜柠檬酸明串球菌代谢柠檬酸产生双乙酰、2,3-丁二醇等风味化合物，常用于发酵乳、黄油以及干酪的发酵生产。乳杆菌属在发酵乳制品中的应用比较广泛，例如，乳酸杆菌代谢产物乙醛是酸奶油特有的风味物质，保加利亚乳杆菌产生双乙酰、乙偶姻、3-甲基丁醛、2-壬酮赋予酸奶特殊风味，干酪乳杆菌产生乙酸、丁酸、双乙酰和己酸乙酯，可以带给奶酪独特风味。

2.2 发酵条件

2.2.1 温度

一般情况下，较高的温度会使微生物代谢活性加快，产生更多的有机酸和香气化合物，但高温也会对菌群的生长和代谢产生不利影响。嗜热链球菌在42 ℃温度下发酵，更容易富集发酵乳中的双乙酰，含量高达19.11 μg·mL-1[4]。相关研究在制备铁皮石斛发酵乳中发现，酮类化合物在发酵温度40 ℃时含量最高，在发酵温度44 ℃以上时，才出现醛类化合物；酸类化合物在发酵温度43 ℃样品中最高；酯类化合物在41℃样品中最高；醇类化合物在发酵温度40 ℃时含量最高，呋喃类化合物在发酵温度43 ℃样品中最高[5]。

2.2.2 pH值

发酵乳的pH值是在发酵过程中产生的乳酸形成的，pH的变化会影响有机酸、氨基酸等风味物质的生成。例如，牛奶发酵中产生的双乙酰（2,3-丁二酮）与菌株发酵pH值和温度有关，在pH值 5.5、42 ℃发酵条件下，α-乙酰乳酸合酶（ALS）和α-乙酰乳酸脱羧酶（ALDB）具有将碳水化合物转化成风味物质（乙酸，2,3-丁二酮）的最高活性，产生2,3-丁二酮含量为10.13%，比普通培养条件（pH 4.5、42 ℃）提高2.55%。

2.2.3 发酵时间

较长的发酵时间会使乳酸菌发酵进行的更充分，产生更多的有机酸和香气化合物，但经过长时间发酵，会导致酸度过高，对发酵乳的质量和口感产生一定影响。随着发酵时间的延长，赛里木酸奶的感官评分呈先升高再下降趋势，发酵时间36 h产品的感官评分最高。同时，相关研究发现在发酵过程中，挥发性物质及含量会发生变化。发酵4 h，挥发性物质共有21种；发酵24 h，挥发性物质仅有17种，风味物质种类呈现先升高再降低的趋势。其中，酸类物质在发酵初期大量产生，发酵12 h后趋于稳定；醇类物质在发酵初期含量较低，但在发酵12～16 h数量有明显增加；醛类物质含量也是呈现先升高后降低趋势，在发酵20 h含量最高，24 h后不再产生醛类物质。发酵后期，酯类物质含量相较于初期大幅下降，但含量趋于稳定。大部分风味物质在发酵初期都有明显增加，到发酵后期其含量和种类均有不同程度减少。因此，根据目标风味物质，科学调节发酵时间，可以充分发挥乳酸菌的发酵能力，制得理想风味的发酵乳产品。

2.3 营养成分

原料中蛋白质、脂类和碳水化合物的含量与比例的不同，形成发酵乳的风味物质也会有变化。研究发现，改变牛乳中乳脂含量，发酵乳的风味物质种类没有明显变化，但含量有显著变化，除γ-丁内酯外，2-壬酮、己醛等与乳脂相关的代谢产物含量整体上先增加后减少；额外添加浓缩乳清蛋白促进丁醛、2,3-丁二酮、2-庚酮、3-羟基-2-丁酮等风味物质产生，添加酪蛋白能够提高辛醛、壬醛、苯乙烯等物质的含量，乳蛋白浓缩物能够提高乙酸、甲酸、己酸的含量。

3 发酵乳风味物质的分析技术

3.1 仪器分析方法

目前，GC-MS是常用的挥发性化合物分析技术。由于食品基质的复杂性，分析前通常需要复杂的预处理，较长的检测时间无法满足许多分析物的快速检测要求，因此，简单、快速、方便的检测技术成为行业的迫切需求。

气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS），气相色谱柱用于分离化合物，这些化合物被引入IMS系统中产生离子，并通过离子迁移管道进入离子探测器进行检测，可用于快速实时检测干酪、酸奶油中的风味化合物。例如，检测中西方奶酪中风味物质的差异，并通过鉴定挥发性化合物，进而筛选优质乳酸菌株。

核磁共振技术（NMR），通过识别物质的分子结构，进行发酵过程中风味物质的定量和定性检测。NMR成功识别奶酪成熟过程中化学、物理成分变化，高山农场奶酪风味独特，源于成熟后期产生了更多的苏氨酸，而苏氨酸含量与成熟条件有关。因此，NMR常用于检测奶酪成熟过程中风味物质的变化，有助于寻找合适的成熟条件。

3.2 组学分析方法

近年，多组学联合技术（代谢组、宏基因组和转录组）被广泛应用于综合分析发酵食品中产生关键风味物质的微生物菌群及合成途径。相关研究通过代谢组学技术，观察到嗜热链球菌发酵中代谢物的变化，包括肽、氨基酸、脂肪酸和维生素，发现发酵乳的苦味来源于一些氨基酸、短链脂肪酸形成的S-甲硫酯，为发酵乳提供独特风味。同时，宏转录组学揭示了温度变化对奶酪风味的影响，即较高的成熟温度促进与蛋白质水解和氨基酸、脂质分解代谢相关基因表达，导致游离氨基酸和脂肪酸的浓度更高，从而促进奶酪中风味物质的产生。

此外，相关研究基于植物乳杆菌p-8的代谢组差异代谢物结果，结合全基因组的分析结果，解析了该菌株的糖代谢、蛋白质代谢以及脂肪酸代谢通路，揭示了发酵乳添加植物乳杆菌p-8在发酵过程中利用菌株自身代谢系统生成特定的有机酸、氨基酸、风味物质、活性肽类和神经活性物质，赋予了发酵乳特殊的营养和风味价值。因此，基因组和代谢组学技术的结合，是揭示发酵食品中核心风味化合物形成机制和生物合成途径的有效工具。

4 总结与展望

目前，关于发酵乳风味物质的研究已有很多，许多产香的乳酸菌已从发酵食品中分离得到，为增强发酵食品的多样化风味作出了贡献。然而，有关乳酸菌产生风味物质的影响机理，我们知之甚少。因此，未来研究发酵乳风味物质应集中关注以下几个方面：①鉴定发酵乳制品最终产品中的关键风味物质，并确定其形成的主要乳酸菌。②研究发酵工艺中产生和影响目标风味物质的关键步骤。③研究微生物群落在发酵过程中的相互作用。④研究发酵乳的复杂风味形成途径，探索乳酸菌功能和代谢机制。