全脂乳與脫脂乳揮發性風味成分對比分析

艾娜絲，仝令君，張曉梅，王靜，*，孫寶國，鄭福平

（1.天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457；2.北京工商大學食品營養與人類健康北京高精尖創新中心/北京市食品風味化學重點實驗室，北京100048）

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全脂乳與脫脂乳揮發性風味成分對比分析

艾娜絲1，2，仝令君2，張曉梅1，2，王靜2，*，孫寶國2，鄭福平2

（1.天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457；2.北京工商大學食品營養與人類健康北京高精尖創新中心/北京市食品風味化學重點實驗室，北京100048）

摘要：HS-SPME結合GC/MS對比分析全脂乳（WM）和脫脂乳（SM）的揮發性風味成分。結果表明，50/30 μm CAR/ PDMS/DVB萃取纖維萃取得到的全脂乳、脫脂乳的揮發性風味物質的種類與65 μm PDMS/DVB相當，即：全脂乳11種，脫脂乳8種，只是在萃取含量上有差異。因此，相對于65 μm PDMS/DVB而言，50/30 μm CAR/PDMS/DVB較適合乳風味揮發性物質的萃取。HS-SPME結合GC-O對比分析全脂乳和脫脂乳的呈香組分結果顯示，脫脂乳中未發現香氣強度較高的呈香成分。而在全脂乳中辛酸（清香）、癸酸（油脂味）香氣強度較高。這些結果能為全脂乳和脫脂乳的風味物質組成提供有用信息。

關鍵詞：全脂乳（WM）；脫脂乳（SM）；頂空固相微萃?。℉S-SPME）；揮發性風味成分；氣相色譜-質譜（GC-MS）；氣相色譜-嗅聞（GC-O）

牛乳是我們日常飲食中營養最接近完善的天然食品［1］。依據其脂肪含量的不同分為全脂乳（3%～5%）、半脫脂乳（0.5%～1.5%）及脫脂乳（小于0.5%）。人們對于乳制品的喜好受到其口感、風味及組織特性等感官因素的影響，而這些因素往往和乳品中脂肪的含量有著密切的關系［2］。全脂乳（whole milk，WM）由于其較高的脂肪含量、濃厚的口感及適口的風味而備受消費者青睞。然而，隨著人們關注健康，注重膳食營養意識的提高，全脂乳逐漸被高血壓、高血脂、過度肥胖及年老人群等限制食用［3-4］，使這些特殊人群在其日常生活中開始加強對脫脂乳的關注度，但脫脂乳（skim milk，SM）由于味覺香味的不足，缺乏濃厚感，從而使其并沒有獲得消費者的廣泛認可。

自上世紀60年代開始就有很多研究學者關注如何改善脫脂乳的這種不被接受性，很多研究主要集中在通過調控酶解和乳脂肪修飾作用，從而達到從乳制品中分離得到目標風味物質的目的［5-6］。但由于酶解之后的香味基料呈不適口的酸味，且乳脂肪甘油酯中的脂肪酸絕大部分為飽和脂肪酸［7-8］，使得酶解技術并沒有從根本上解決脫脂乳口感欠缺問題。因此如何改善脫脂乳的口感風味成為食品風味化學研究領域的必然趨勢。

牛乳是一個比較復雜的食品基質，且其中的揮發性物質含量較低，因此準確檢測分析牛乳中的揮發性香味物質的方法并不統一。已報道的揮發性香成分的提取方法主要有直接溶劑萃取法（Direct Solvent Extration，DSE）［9］、同時蒸餾萃取法（Simultaneous Distillation Extraction，SDE）［10］、溶劑輔助香味物質蒸發法（Solvent Assisted Flavor Evaporation，SAFE）［11］、超臨界二氧化碳萃取法（Supercritical Fluid Extraction-Carbon dioxide，SFE-CO2）［12］、固相微萃取法（Solid Phase Micro-Extraction，SPME）［13］、吹掃-捕集法（Purge Trapping，PT）［14］等，然而SPME由于其快速、經濟、高效、方便操作及無溶劑殘留且環保等優勢而被廣泛使用［15］。本文采用PDMS-DVB和CAR/PDMS/DVB結合GC-MS及GC-O對比分析全脂乳、脫脂乳的揮發性風味成分，為如何改善脫脂乳的口感欠缺，提供理論參考。

1　材料與方法

1.1樣品采集

巴氏滅菌全脂乳混合樣品于2011年10月～12月采自北京三元食品有限公司，并將樣品轉移至避光容器中置于手提式的冷藏盒中。全脂乳于2 h之內運回實驗室，并置于（4±1）℃冰箱30 min然后進行后期試驗分析。

全脂乳樣品8000 r/min在4℃條件下離心10 min，棄去上層脂肪層后得到脫脂乳。采用小型乳成分分析儀MilkoScanTM Minor測試全脂乳和脫脂乳脂肪含量分別為3.50%和0.11%；蛋白含量分別為3.13%和3.09%；乳糖含量分別為3.72%和3.72%。

1.2試驗試劑與儀器設備

1.2.1試驗試劑

C6-C30正構烷烴標準品（色譜純）：北京百靈威化學技術有限公司提供。分析純NaCl：北京國藥集團化學試劑有限公司提供。

1.2.2儀器設備

MilkoScanTM Minor小型乳成分分析儀：丹麥FOSS公司；Agilent 6890N-5973i氣相色譜-質譜聯用儀、Agilent 6890N氣相色譜儀、HP-5MS（30.0 m×250 μm× 0.25 μm）色譜柱、DB-WAX毛細管柱（30.0 m×250 μm× 0.25 μm）色譜柱：美國安捷倫科技有限公司；Sniffer 9000型聞香器：瑞士Brechbühler公司；HS-SPME裝置的手柄、固定搭載裝置及65 μm PDMS/DVB、50/30 μm CAR/PDMS/DVB兩種萃取纖維：美國Supelco公司。

1.3HS-SPME萃取分離全脂乳（WM）、脫脂乳（SM）揮發性風味成分

取全脂乳、脫脂乳各10 mL及2 g氯化鈉分別置于15 mL裝有磁力攪拌子的頂空樣品瓶中，40℃恒溫水浴中加熱平衡30 min，將手動SPME進樣器固定在HS-SPME搭載裝置上，并將針頭插入頂空瓶中，推出萃取纖維，頂空吸附萃取30 min。吸附時間結束以后，將萃取纖維插入GC-MS進樣口250℃解析5 min。

1.4GC-MS分析條件

不分流進樣，進樣口溫度250℃，初溫40℃，不保留，以5℃/min的速度升至230℃，保持10min。載氣：高純He（99.999%），流速1.0 mL/min。離子源溫度230℃，四級桿溫度150℃，MS電離方式EI，電子能量70 eV，質量掃描范圍30 m/z～350 m/z。

1.5定性定量分析

1.5.1定性分析

對全脂乳、脫脂乳揮發性風味成分的定性分析主要采用氣質聯用儀和MSDChem工作站Nist 2011譜庫，選擇匹配度大于90的物質，另外還結合校對保留指數法進行確定。

式中：RI為保留指數；n和n+1分別為未知物流出前后正構烷烴碳原子數；tn和tn+1分別為對應正構烷烴的保留時間，min；tr為未知物在氣相色譜中的保留時間，min（tn＜tr＜tn+1）。

1.5.2定量分析

依據全脂乳、脫脂乳總離子流圖檢索Nist 2011譜庫并結合參考文獻分析全脂鮮乳（WM）、脫脂乳（SM）揮發性風味化合物組成，峰面積歸一化法計算組分相對百分含量。

1.6GC-O分析方法

不分流進樣，進樣口溫度：250℃，升溫程序與GC-MS一致。載氣：高純N2（99.999%）。毛細管柱尾端連接于Y型玻璃分流器，以1∶1（體積比）的比例分別通入FID檢測器和嗅聞儀，傳輸線溫度為220℃，用16 mL/min的濕潤空氣做嗅聞載氣。

本試驗由8位評價員進行操作，在試驗過程中，如果至少有3位評價員在同一時間處獲得相同的嗅聞描述，則將該描述記入最終的試驗結果。評價員在描述風味性質的同時，還要確認此種風味的風味強度。風味強度用符號*表示，0個*表示無風味，1個*表示風味微弱，2個*表示風味中等，3個*表示風味較強。

2　結果與分析

2.1HS-SPME-GC-MS對比分析全脂（WM）、脫脂乳（SM）的風味組成

采用2種萃取纖維（PDMS/DVB和CAR/PDMS/DVB）萃取結合GC-MS分析，所得的總離子流圖如圖1，圖2所示。通過化學工作站及Nist 2011譜庫檢索并結合手動解譜法對萃取結果進行分析，結果如表1所示。

圖1　PDMS/DVB結合GC-MS分析的乳揮發性組分的總離子流圖Fig.1　The total ion chromatograms of the volatile compounds from milk by PDMS/DVB combined with GC-MS

圖2　CAR/PDMS/DVB結合GC-MS分析的乳揮發性組分的總離子流圖Fig.2　The total ion chromatograms of the volatile compounds from milk by CAR/PDMS/DVB combined with GC-MS

表1　HS-SPME-GC-MS分析全脂乳（WM）、脫脂乳（SM）揮發性風味組成Table 1　The volatile composition of the whole milk（WM）and skim milk（SM）by HS-SPME-GC-MS

HS-SPME-GC-MS分析全脂乳（WM）、脫脂乳（SM）揮發性風味組成見表1。

PDMS/DVB和CAR/PDMS/DVB萃取結合GC-MS鑒定分析，共獲得11種揮發性物質，分別為：當選擇65 μmPDMS/DVB萃取纖維對全脂乳和脫脂乳萃取時，分別萃取、分析鑒定出，全脂乳11種揮發性風味物質，其中酸類4種（丁酸、辛酸、癸酸和月桂酸），醛類3種（乙醛、壬醛、癸醛）；醇類（乙醇和3-甲基-1-丁醇）和酮類（2，3-丁二酮和2（5H）呋喃酮）各2種；而在脫脂乳中共萃取、分析、初步鑒定出8種揮發性風味物質，其中酸類1種（丁酸），醛類3種（乙醛、壬醛、癸醛），醇類（乙醇和3-甲基-1-丁醇）和酮類（2，3-丁二酮和2（5H）呋喃酮）各2種。當選擇50/30 μmCAR/ PDMS/DVB時全脂乳、脫脂乳萃取，分析得到的揮發性風味物質的種類與65 μmPDMS/DVB相當，只是在萃取含量上有差異。因此，相對于65 μm PDMS/DVB而言，50/30 μmCAR/PDMS/DVB較適合乳風味揮發性物質的萃取。

由表1可知，脫脂乳揮發性風味物質種類和數量均低于全脂乳，這很有可能是脫脂乳口感風味稀疏的重要原因。由50/30 μmCAR/PDMS/DVB萃取結果可以看出，全脂乳和脫脂乳揮發性風味物質中酸類和醇類化合物含量均有明顯差異。原因自然與全脂乳與脫脂乳中乳脂肪含量差異有關。乳脂肪作為牛乳風味的重要來源物質，會在脂肪酶和一些乳本身內源酶的作用下發生自身氧化和分解作用，并產生游離脂肪酸，并在加熱、運輸過程中這些游離態的脂肪酸會發生一系列的自動氧化、分解、脫水、脫酸等反應，最終形成羰基化合物、酸、醇、酯類等揮發性物質，而這些物質恰恰是構成牛乳香氣的主要組成成分［16］。此外醛類和酮類揮發性風味物質，雖然含量上并不是最大，但確實也是牛乳特殊風味的主要組成成分，并且也有可能是脫脂乳風味欠缺的原因。這些醛類和酮類揮發性風味物質產生的可能途徑有；在牛乳運輸和保存過程中乳本身發生了酶促或非酶反應；牛乳加工、運輸和保存過程中發生了一些自動氧化、還原、脫水及其反應物間的縮合、脫水等反應［17-19］。

2.2全脂（WM）、脫脂乳（SM）的風味組成的GC-O分析結果

全脂乳、脫脂乳的風味組成的GC-O分析結果如表2所示。

表2　全脂乳（WM）、脫脂乳（SM）呈香組分Table 2　The aroma active compounds of the whole milk and skim milk

全脂乳、脫脂乳的整體風味較淡，全脂乳香成分主要以清香、油脂香味為主，并伴有一定的甜味和刺激味。

脫脂乳香成分在GC-O分析過程中未發現香氣強度較高的香成分。對于全脂乳風味的主要貢獻物質有7種，分別為乙醛（輕微刺激氣味）、2，3-丁二酮（奶油香氣）、壬醛（油脂味）、癸醛（甜味）、丁酸（奶油味）、辛酸（清香）、癸酸（油脂味）。而對于脫脂乳風味的貢獻物質主要有3種，分別為乙醛（輕微刺激氣味）、壬醛（油脂味）、癸醛（甜味），但是，這些物質香氣強度微弱，不易被察覺。此外，乙醇、3-甲基-1-丁醇、2（5H）呋喃、月桂酸對應出峰時間位置，并沒有聞到明顯的香氣，可能是因為這兩種物質的風味閾值較高，且在樣品中含量較少不易被檢測出香氣。

3　結論

本試驗采用65 μmPDMS/DVB和50/30 μm CAR/ PDMS/DVB結合GC-MS及GC-O，對比分析了全脂乳和脫脂乳的揮發性風味組成，相對于65 μmPDMS/ DVB而言，50/30 μmCAR/PDMS/DVB較適合乳風味揮發性物質的萃取。脫脂乳揮發性風味組成無論在數量還是含量均低于全脂乳，然而僅通過補足這些缺失風味，顯然是不能達到改善脫脂乳風味的目的，在保證營養、安全的前提下，如何解決脫脂乳的這種風味上的缺陷，成為當今乳品加工行業關注的焦點。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.11.001

基金項目：國家“863”計劃項目（2011AA100903）；北京市高等學校高層次人才引進與培養計劃項目（CIT&TCD20130309，IDHT20130506）

作者簡介：艾娜絲（1986—），女（哈薩克），博士，研究方向：食品風味化學。

*通信作者：王靜（1976—），女，教授，博士生導師，研究方向：功能性食品。

收稿日期：2015-04-29

Comparative Analysis of Volatile Flavour Composition in Whole Milk and Skim Milk

AI Na-si1，2，TONG Ling-jun2，ZHANG Xiao-mei1，2，WANG Jing2，*，SUN Bao-guo2，ZHENG Fu-ping2

（1.College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；2.Beijing Innovation Centre of Food Nutrition and Human Health/Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

Abstract：Volatile flavour components in whole milk（WM）and skim milk（SM）were analyzed by solid-phase microextraction gas chromatog-raphy-mass spectrometry（HS-SPME-GC-MS）.Between the two extraction fibers of SPME（65 μm PDMS/DVB and 50/30 μm CAR/PDMS/DVB），the SPME with 50/30 μm CAR/PDMS/ DVB fiber extracted 11and 8 compounds comparative with 65 μm PDMS/DVB in whole milk and skim milk，respectively.The fiber（50/30 μm CAR/PDMS/DVB）on the amount of volatile profiles was higher than 65 μm PDMS/DVB fiber.So，50/30 μm CAR/PDMS/DVB fiber was the most suitable for extracting volatile components from milk.With the method of HS-SPME combined with GC-O，there were no compounds gave the large contribution to the flavor of skim milk.However，compounds octanoic acid（fragrant）and decanoic acid（oily）gave the large contribution to the flavor of whole milk.All these results would offer valuable information for the composition and the flavour of whole and skim milk.

Key words：whole milk（WM）；skim milk（SM）；head-space solid-phase microextraction（HS-SPME）；volatile favor component；gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）；gas chromatography-olfactometry（GC-O）