川西高原牧區傳統發酵牦牛酸奶揮發性風味成分的分析

陳　娟,李　鍵,唐俊妮,史　輝,謝　捷,索化夷,*

(1.西南民族大學生命科學與技術學院,四川成都 610041;2.西南大學食品科學學院,重慶 400715)

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川西高原牧區傳統發酵牦牛酸奶揮發性風味成分的分析

陳娟1,李鍵1,唐俊妮1,史輝1,謝捷2,索化夷2,*

(1.西南民族大學生命科學與技術學院,四川成都 610041;2.西南大學食品科學學院,重慶 400715)

采用頂空固相微萃取-氣相色譜/質譜聯用技術,以普通酸奶為對照,檢測并分析了川西高原牧區傳統發酵牦牛酸奶的揮發性風味成分。研究結果顯示,川西高原牧區傳統發酵牦牛酸奶的主體揮發性風味物質為乙醇(13%～34%)、3-甲基-1-丁醇(4%～15%)、2-甲基-1-丁醇(1%～8%)和乙酸乙酯(1%～10%),與普通酸奶存在明顯差異,豐富的醇類物質是牦牛酸奶呈現醇香的直接原因。傳統牦牛酸奶中乙醛、雙乙酰和乙偶姻的相對百分含量低于普通酸奶,且短鏈及中鏈脂肪酸(C2～C10)的總百分含量低于普通酸奶。總體而言,川西高原牧區傳統發酵牦牛酸奶的風味物質組成復雜,分布較為分散,不同風味化合物之間相互平衡的結果使得乳香與醇香適度搭配、香味豐滿。

傳統發酵牦牛酸奶,主體揮發性風味物質,揮發性風味特征

牦牛酸奶是由牦牛主產區牧民采用傳統發酵方法制作而成的發酵乳制品,不僅純天然無污染,而且比一般酸奶具有更高的營養價值[1]。由于受到地理地貌、氣候環境、發酵溫度和時間、制作方法、牧民生活習慣以及奶源等各種因素的影響,牦牛酸奶中的微生物菌群十分復雜。其中,不僅具有遺傳多樣性的乳酸菌,而且酵母菌的分離率也很高,乳酸菌和酵母菌優勢互補、協同作用,使得諸味協調,賦予了牦牛酸奶獨特的風味[2-3]。傳統發酵牦牛酸奶主要分布于我國青藏高原[4]、甘南牧區[5]和川西牧區[3,6]等地。

目前,對于傳統發酵牦牛酸奶,已有的相關報道涉及乳酸菌和酵母菌的分離與鑒定[7]、加工工藝的優化[8]、營養成分脂肪酸的分析[9]、分離乳酸菌的益生作用[2]等,未見關于傳統發酵牦牛酸奶揮發性風味特征的相關報道。本實驗對采集于四川阿壩州不同牧民家的傳統發酵牦牛酸奶樣品進行揮發性風味成分的測定,同時測定市售普通酸奶,比較川西高原牧區傳統發酵牦牛酸奶與工業化生產的普通酸奶之間揮發性風味的差異,總結得出川西牧區牦牛酸奶的風味特征。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

川西高原牧區傳統發酵牦牛酸奶A、B、C、D采集于四川阿壩州不同牧民家;市售酸奶E、F購買于超市;氯化鈉分析純。

表1　酸奶樣品揮發性物質的分類統計Table 1　Classification of volatile components of yogurt samples

Trace DSQ型氣相色譜質譜聯用儀配置Triplus自動進樣器,美國Thermo公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭美國Supelco公司;超低溫冰箱日本三洋公司。

1.2實驗方法

1.2.1樣品的前處理用無菌注射器分別吸取A、B、C、D、E、F酸奶各5 mL轉入20 mL的頂空瓶內,同時加入2 g氯化鈉,加蓋密封。樣品預孵化10 min(60 ℃),然后用萃取頭吸附30 min(60 ℃),即可進樣解吸。

1.2.2樣品的分析色譜條件:色譜柱為HP-5ms(30 m×0.25 mm×0.25 μm);不分流模式,不分流1 min之后分流比為50∶1;流速為1 mL/min;程序升溫條件為40 ℃保持3 min,以6 ℃/min升溫至180 ℃并保持2 min,以10 ℃/min升溫至230 ℃并保持6 min;載氣為99.999%氦氣;進樣口溫度為230 ℃,解析時間2 min。質譜條件:EI電離源,電子能量為70 eV,離子源溫度為250 ℃,傳輸線溫度為250 ℃,全掃描模式,掃描范圍:33～450 amu。

1.2.3定性方法質譜結果經計算機自動檢索(NIST08)進行定性分析,同時由Xcalibur軟件系統完成手動對照檢索,要求正反向匹配因子均大于850。

2　結果與分析

2.1揮發性風味物質的種類分析

由表1可以看出,四個川西牧區傳統發酵酸奶樣品的檢出物質總數均大于市售普通酸奶的檢出物質總數。牦牛酸奶A、B和C的物質總個數明顯高于普通酸奶,雖然牦牛酸奶D的物質總個數低于A、B和C但也仍高于普通酸奶。并且,牦牛酸奶中醇類、酸類、酯類和醛類物質的個數高于普通酸奶。再從相對百分含量上看,川西牧區牦牛酸奶的醇類的相對百分含量遠遠高于普通酸奶,這是一個非常突出的特征。兩種類型酸奶在醛類物質相對百分含量上差異不明顯。盡管牦牛酸奶的酸類物質的檢測個數多于普通酸奶,但是相對百分含量卻低于普通酸奶。對于酮類物質,除了牦牛酸奶A的相對百分含量與普通酸奶相差不多,其余B、C和D的相對百分含量均遠低于普通酸奶。普通酸奶E和F中酯類物質的相對百分含量集中在丁酸丁酯1個酯類物質上,相比,雖然牦牛酸奶不含有丁酸丁酯,但含有一定量的乙酸乙酯、丁酸乙酯、3-甲基丁酸丁酯和己酸乙酯等,酯類物質的相對百分含量分布比較分散。

2.2主要揮發性風味物質的分析

表2　酸奶樣品中主要揮發性物質相對百分含量的統計(%)Table 2　The relative percentage of main volatile components of yogurt samples(%)

注:-代表未檢出。

從表2中可以得出,川西高原牧區牦牛酸奶中乙醇的百分含量高,大約為13%～34%,而兩個市售品牌的普通酸奶中沒有檢出乙醇。乙醇具有特殊的、令人愉快的酒香味。牦牛酸乳中檢測出相對百分含量較高的3-甲基-1-丁醇和2-甲基-1-丁醇,以及一定含量的正辛醇、2-壬醇和苯乙醇等醇類化合物,而普通酸奶中這些物質均沒有被檢測出。這些醇類物質是酵母菌發酵的重要產物,醇類化合物的風味閾值較高,且風味比較柔和,它們對乳制品整體風味的貢獻目前還沒有定論。可見,乙醇是高原牧區牦牛酸奶的最主要風味物質,豐富的醇類物質使牦牛酸奶呈現典型的醇香味。

市售酸奶中2,3-丁二酮(又名雙乙酰)和3-羥基-2-丁酮(又名乙偶姻)的百分含量高,而牦牛酸奶這兩種物質的百分含量很低。2,3-丁二酮很不穩定,極易被還原為3-羥基-2-丁酮,因此,統計這兩種物質的總百分含量得到,普通酸奶E為22%,F為11.2%,牦牛酸奶樣品僅為0%～1.6%。雙乙酰具有奶香味和黃油味,它的風味閾值相對較低[10],因此可以在濃度較低的情況下賦予產品濃郁的風味,乙偶姻的香味卻遠弱于雙乙酰。可見,傳統發酵牦牛酸奶的奶香味弱于普通酸奶。另外,2-戊酮在牦牛酸奶和普通酸奶中的百分含量相差不大,牦牛酸奶的2-壬酮高于普通酸奶,牦牛酸奶A和B的2-庚酮高于普通酸奶而C和D的2-庚酮卻低于普通酸奶。酮類化合物是由多不飽和脂肪酸的氧化或熱降解、氨基酸降解或微生物代謝所產生。酮類揮發性化合物一般呈奶油味或果香味[11]。

普通酸奶中丁酸和己酸的相對百分含量很高,而牦牛酸奶中這兩種酸的檢出量很低。并且,普通酸奶中壬酸和癸酸的相對百分含量也高于牦牛酸奶。脂肪酸隨著碳原子數目的增加如丁酸、己酸、壬酸和癸酸等,它們的揮發性逐漸下降,風味特征逐漸以酸臭、腐臭為主[12]。由表2統計可得,傳統發酵牦牛酸奶中短鏈及中鏈脂肪酸(C2～C10)的總體百分含量低于普通酸奶。另外,牦牛酸奶中檢出相對百分含量較高的乙酸乙酯,而普通酸奶中沒有檢出此物質。因為牦牛酸奶中形成了大量乙醇,乙醇與乙酸酯化形成了較高含量的乙酸乙酯。乙酸乙酯帶有清靈的果香。普通酸奶中丁酸丁酯的相對百分含量很高,這與其高含量的丁酸密切相關,丁酸丁酯有甜潤的水果香氣。

3　討論

自然發酵的牦牛酸奶是川西北藏民的主食之一,由于其特殊的奶源,高海拔、強紫外線環境,以及較低的發酵溫度,使其形成了獨特的風味。川西牧區傳統發酵牦牛酸奶中微生物構成十分復雜,是多菌種混合發酵體系。田鴻等[6]和吳均等[13]在對川西牧區自然發酵牦牛酸奶的乳酸菌篩選中,鑒定得到乳桿菌屬的植物乳桿菌、戊糖乳桿菌、發酵乳桿菌、干酪乳桿菌和副干酪乳桿菌等,以及腸球菌屬的糞腸球菌、屎腸球菌和耐久腸球菌等。王遠微等[3,14]從川西傳統發酵牦牛酸奶中分離鑒定出較高比例的馬克斯克魯維酵母和發酵畢赤酵母,李銀聰[15]還發現有乙醇假絲酵母、釀酒酵母和克勞森酒香酵母等的存在。相比較而言,普通酸奶則是以新鮮的牛奶為原料,經過兩種或兩種以上的乳酸菌發酵制成的產品,主要的乳酸菌即保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌,沒有酵母菌。從上述結果可以看出,由于川西牧區傳統發酵牦牛酸奶中復雜的微生物組成,在多種乳酸菌和酵母菌的混合發酵作用下,傳統發酵牦牛酸奶的風味物質組成復雜,分布也比較分散。而普通酸奶的風味物質組成比較簡單,集中分布在幾種主體風味物質上。雷華威等[16]對分離自賽里木酸奶的乳酸菌的單獨發酵、乳酸菌與酵母菌混合發酵以及普通酸奶的風味進行了分析,表明混合發酵的乳制品的主體風味物質比乳酸菌單獨發酵和普通酸奶的主體風味物質更加豐富。閆彬[17]對乳酸菌和酵母菌共生關系和風味代謝產物的研究得出,雙菌培養體系有利于產生更多的風味物質。這些研究報道與本實驗的結果是一致的。

對于普通酸奶而言,在乳酸菌產生的眾多風味物質種類中,以乙醛和雙乙酰為主的羰基化合物和以低碳鏈脂肪酸為主的揮發性酸類共同構成了普通酸奶的主體香氣,這些羰基化合物和酸類物質的含量和種類決定了普通酸奶的風味特征[18,10]。乙醛呈清爽的芳香味,在酸奶發酵過程中主要通過脫氧核糖5-磷酸在脫氧核糖醛縮酶催化作用下生成以及蘇氨酸在蘇氨酸醛縮酶催化作用下降解生成。雙乙酰帶來奶油香味,在酸奶發酵過程中主要通過糖酵解代謝途徑生成[19]。乙醛、雙乙酰和脂肪酸類物質都是乳酸菌的主要代謝產物。然而,在川西牧區傳統發酵牦牛酸奶中,乙醛、雙乙酰和脂肪酸的百分含量并不高,低于普通酸奶的含量,相對百分含量很高的物質則是乙醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇和乙酸乙酯。傳統發酵牦牛酸奶中的釀酒酵母和馬克斯克魯維酵母[20]都能分泌β-半乳糖苷酶,分解利用乳清中的乳糖生產乙醇。再加之牦牛酸奶的發酵過程是在較低溫度下進行的,酵母菌的代謝活動比較旺盛,從而積累了大量的乙醇終產物。另外,吳陽[21]對賽里木酸奶風味物質的檢測結果顯示,相對于瑞士乳桿菌單菌發酵的產品而言,瑞士乳桿菌和酵母菌混合發酵的產品由于酵母菌的加入增加了乙酸乙酯的相對含量,從而得出,乙酸乙酯是酸性-酒精性發酵乳或含醇發酵乳的主要風味物質之一。這個觀點與本文研究結果相符合。

4　結論

乙醇是高原牧區牦牛酸奶的最主要風味物質,豐富的醇類物質使牦牛酸奶呈現典型的醇香味。代表普通酸奶風味特征的乙醛、雙乙酰和乙偶姻等在傳統牦牛酸奶中所占比例相對較低。傳統發酵牦牛酸奶中短鏈及中鏈脂肪酸(C2～C10)的總體百分含量低于普通酸奶。牦牛酸奶中乙酸乙酯的相對百分含量較高,區別于普通酸奶中相對百分含量較高的丁酸丁酯。牦牛酸奶的風味物質組成復雜,分布較為分散,不同風味化合物之間相互平衡的結果使得乳香與醇香適度搭配、香味豐滿。

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Analysis of volatile components of traditional fermented yak yogurt in the western Sichuan plateau

CHEN Juan1,LI Jian1,TANG Jun-ni1,SHI Hui1,XIE Jie2,SUO Hua-yi2,*

(1.College of Life Science and Technology,Southwest University for Nationalities,Chengdu 610041,China;2.College of Food Science,Southwest University,Chongqing 400715,China)

Volatile components of traditional fermented yak yogurt in the western Sichuan plateau were detected by headspace solid phase microextraction gas chromatography-mass spectroscopy(HS-SPME/GC-MS),and common yogurt products available from supermarkets were used as controls. The results showed that the main flavor components of traditional fermented yak yogurt in the western Sichuan plateau consisted of ethanol(13%～34%),3-methyl-1-butanol(4%～15%),2-methyl-1-butanol(1%～8%)and ethyl acetate(1%～10%),which were obviously different from common yogurt products. Abundant alcohols provided yak yogurt with alcohol aroma. Compared to common yogurt products,the acetaldehyde,2,3-butanedione and 3-hydroxy-2-butaone accounted for smaller proportions in the traditional fermented yak yogurt,and the total percentage of short and medium chain fatty acids(C2～C10)in yak yogurt was lower. Generally,thevolatile components of the traditional fermented yak yogurt were complex and dispersive,and the flavor of yak yogurt was mixed with milk aroma and alcohol aroma.

traditional fermented yak yogurt;main flavor components;flavor characteristic

2015-12-22

陳娟(1980-)，女，博士，副研究員，研究方向：食品科學，E-mail：chenj1221@126.com。

索化夷(1978-)，男，博士，副教授，研究方向：食品科學，E-mail：birget@swn.edu.cn。

四川省教育廳項目(15ZB0484)；國家公益性行業(農業)科研專項(201203009)。

TS252.1

A

1002-0306(2016)14-0059-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.14.003