奶牛乳、水牛乳與牦牛乳的揮發性風味物質分析

張曉梅，仝令君，遲雪露，艾娜絲，，4，王靜，，4，*，孫寶國，，4

（1.天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457；2.北京工商大學北京食品營養與人類健康高精尖創新中心，北京100048；3.北京工商大學北京市食品添加劑工程技術研究中心，北京100048；4.北京工商大學北京市食品風味化學重點實驗室，北京100048）

奶牛乳、水牛乳與牦牛乳的揮發性風味物質分析

張曉梅1，仝令君2，遲雪露3，艾娜絲2，3，4，王靜2，3，4，*，孫寶國2，3，4

（1.天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457；2.北京工商大學北京食品營養與人類健康高精尖創新中心，北京100048；3.北京工商大學北京市食品添加劑工程技術研究中心，北京100048；4.北京工商大學北京市食品風味化學重點實驗室，北京100048）

采用固相微萃取法分別對奶牛乳、水牛乳和牦牛乳的揮發性成分進行萃取，經氣相色譜-質譜聯用儀分析。結果顯示，奶牛乳中共鑒定出17種揮發性物質，主要包括酮類、酸類和醛類；水牛乳中共鑒定出16種揮發性物質，主要包括酮類、芳香族及萜烯類、酸類和醛類；牦牛乳中共鑒定出37種揮發性物質，主要包括酮類、酸類、芳香族及萜烯類、酯類、醛類和內酯類。經分析，3種牛乳樣品的揮發性物質組成呈現一定的屬內差異性和屬間相似性。

奶牛乳；水牛乳；牦牛乳；揮發性風味物質

奶牛（荷斯坦牛）、牦牛和水牛同屬哺乳綱偶蹄目反芻亞目牛科牛亞科，其中奶牛和牦牛屬于牛屬，水牛為水牛屬[1]。奶牛乳（cattle milk，CM）是乳品行業中產量最高的乳品種，占全球乳產量的比例超過80%。水牛乳（buffalo milk，BM）占全球乳產量的比例約為13%，主要分布在歐洲，如意大利等國家，在我國南方地區也比較常見，如云南、廣州和福建等省[2-3]。牦牛乳（yak milk，YM）是一種具有少數民族特色的乳品，主要產自中亞南部的喜馬拉雅地區，如我國西藏和青海地區、以及蒙古和俄羅斯等地[4]。有文獻報道，許多乳成分的含量和分布呈物種種屬內或種屬間的相似性及差異性[5]。由此推斷，奶牛乳、牦牛乳和水牛乳的揮發性風味組分可能也存在一定的相似性和差異性。

固相微萃取法 （solid-phase micro-extraction，SPME）是目前廣泛常用的一種風味萃取前處理方法，它能夠將萃取與濃縮同時進行，具有萃取條件溫和、靈敏度高、無需溶劑、操作簡便等特點[6]。固相微萃取法對于揮發性物質種類較復雜且含量較低的樣品具有比較好的萃取效果，并且目前有多種材質和涂層厚度的萃取纖維可以選擇，對于特定種類的目標萃取對象可以具有更好的針對性[7]。因此，對于揮發性風味物質種類較多且需要較溫和萃取條件的牛乳樣品來說，固相微萃取法是一種較理想有效的前處理萃取方法。

以奶牛乳（荷斯坦牛乳）、水牛乳和牦牛乳為研究對象，選擇頂空固相微萃取-氣質聯用 （head-space solid-phase micro-extraction gas-chromatography massspectrometry，HS-SPME-GC/MS）為研究方法，對這3種牛乳樣品的揮發性風味物質進行檢測，旨在分析奶牛、水牛和牦牛這3種同科不同屬的牛科動物的乳揮發性風味成分的相似性與相異性，為研究不同物種來源的乳的風味組分的規律研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

奶牛乳：北京三元食品股份有限公司；牦牛乳：西藏松多地區；水牛乳：云南騰沖縣。3種牛乳均為市售超高溫滅菌乳，4℃保存，2 d內完成試驗分析。

C7-C30正構烷烴標準品（色譜純）：美國Supelco公司；2-甲基-3-庚酮（色譜純）：美國Sigma-Aldrich公司；氯化鈉（分析純）：北京國藥集團化學試劑有限公司；氦氣（99.999%）：北京氦普北分氣體工業有限公司。

1.2 儀器與設備

Agilent 7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀、HP-5 ms毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）色譜柱：美國Agilent公司；手動HS-SPME進樣器、固定搭載裝置、65 μm PDMS/DVB萃取纖維：美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 HS-SPME（頂空固相微萃取，head-space solidphase micro-extraction）萃取奶牛乳、牦牛乳、水牛乳揮發性風味成分

根據文獻報道，在對多種食品體系中揮發性物質進行 GC/MS（氣質聯用，gas-chromatography massspectrometry）分析中，2-甲基-3-庚酮（CAS號 13019-20-0）是一種比較廣泛使用且定量效果較好的一種內標物溶液，并且在乳制品中也發現被采用[8-10]。因此，本研究選擇2-甲基-3-庚酮作為內標物進行定量分析。

取10 mL乳樣、2 g氯化鈉與1 μL濃度為0.816 μg/μL的內標物2-甲基-3-庚酮溶液，置于20 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HS-SPME進樣器固定在SPME搭載裝置上，并將萃取針頭插入頂空瓶中，推出萃取纖維至瓶內牛乳液面約5 mm距離處，頂空吸附30 min。吸附結束后，快速插入GC/MS進樣口解吸5 min。

1.3.2 GC/MS分析條件

GC（gas-chromatography）條件：進樣口溫度250℃；升溫程序：起始溫度30℃，保持1 min，以5℃/min升溫至300℃，不保持；載氣為氦氣，流速為1.0 mL/min，不分流進樣。

MS（mass-spectrometry）條件：EI離子源，電子能量70 eV；傳輸線溫度250℃；離子源溫度230℃，四級桿溫度150℃；質量掃描范圍50 u～380 u；掃描方式：全掃描；溶劑延遲5 min。

1.4 定性定量分析

1.4.1 定性分析

對不同乳樣揮發性物質的定性分析主要采用氣質聯用儀MSDChem工作站Nist11譜庫，選擇正反匹配度大于600/600的物質，另外結合校對保留指數、標準品定性等方法進行確定。保留指數計算公式（1）為：

式中：RI為未知物的保留指數；n和n+1為未知物流出前、后正構烷烴碳原子數；tn+1和tn為正構烷烴的保留時間；tr為未知物在氣相色譜中的保留時間（tn＜tr＜tn+1）。

1.4.2 定量分析

以2-甲基-3-庚酮為內標，默認每個化合物對2-甲基-3-庚酮的相對相應因子為1。根據內標物的質量濃度、樣品中各組分的峰面積與內標物的峰面積，計算牛乳樣品中各組分的含量。各組分半定量分析計算公式（2）為：

式中：mi為未知物的質量濃度，μg/L；m0為內標物的質量濃度，μg/μL；Ai為未知物的峰面積；A0為內標物的峰面積；Vi為萃取時所加奶樣的體積，L；V0為所加內標物溶液的體積，μL。

2 結果與分析

2.1 HS-SPME-GC/MS分析

結合SPME方法，對奶牛乳、水牛乳和牦牛乳的揮發性風味物質進行了萃取及GC/MS分析，其鑒定分析結果如表1所示。

表1 HS-SPME-GC/MS分析3種牛乳樣品中揮發性風味物質成分Table 1 HS-SPME-GC/MS analytical results for the volatile components of the 3 kinds of milk samples

由表1可知，以PDMS/DVB（聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯，polydimethylsiloxane/divinylbenzene）為萃取纖維，對奶牛乳（CM）、水牛乳（BM）和牦牛乳（YM）進行HS-SPME-GC/MS分析，均有效萃取檢出了揮發性風味物質。其中，在CM中共檢出17種揮發性物質，總含量為（148.430±26.546）μg/L；在 BM 中共檢出16種揮發性物質，總含量為（174.443±23.182）μg/L；在YM中共檢出37種揮發性物質，總含量為（789.107±103.740）μg/L。YM中揮發性物質種類更多，含量也更高；CM和BM揮發性物質的種類和含量比較接近。將3種牛乳樣品的揮發性物質進行比較分析，如圖1所示。比較結果顯示，3種牛乳樣品中主要的揮發性物質為酸類、酯類、酮類、烷烴類、醛類、內酯類和芳香族及萜烯類。3種牛乳樣品中共有的揮發性物質為12種，分別為2-庚酮、己酸、2-壬酮、壬醛、辛酸、癸醛、2-十一酮、十三烷、十四烷、十六烷、十七烷和十八烷。這與相關CM、BM和YM產品的揮發性風味物質研究結果較為一致[11-13]。

圖1 3種牛乳樣品揮發性物質含量對比Fig.1 Amount comparison of volatile components from 3 kinds of milk samples

酮類揮發性物質在3種牛乳樣品中的含量較多，其中2-庚酮、2-壬酮和2-十一酮在3種牛乳樣品中均有檢出。酮類物質主要來源于乳脂肪中飽和脂肪酸的β氧化系列反應的產物。酮類物質是多品種牛乳中典型的揮發性風味物質，具有風味特征明顯、風味閾值低等特點，尤其是甲基酮類物質在各種牛乳及其制品中均常有檢出，且對牛乳制品風味品質貢獻較大。其中，2-庚酮和2-壬酮呈奶香、甜香風味，是牛乳風味的代表性揮發性風味物質[14]。酸類揮發性風味物質在3種牛乳樣品中的含量也較多，其中己酸、辛酸在3種牛乳樣品中均有檢出。酸類物質主要由乳脂肪中的甘油三酯在一定條件下發生水解而產生。酸類物質風味閾值低且風味特征明顯，同樣是牛乳制品中的常見揮發性風味物質，比如己酸、辛酸等短碳鏈脂肪酸在適當濃度下具有奶香、奶油風味，是牛乳特征風味的代表組分[15]。醛類物質在3種牛乳樣品中也有一定含量，其中壬醛、癸醛均有檢出。醛類物質可能也是乳脂肪氧化系列反應的產物，由于風味閾值較低，且具有奶香、油脂風味，也是牛乳風味的常見特征組分[16]。酯類物質和內酯類物質在YM中含量較多，但在CM和BM中并未檢出。酯類物質是牛乳制品中比較常見的揮發性風味物質，可能來自于乳體系中水解釋放的脂肪酸和游離醇類物質在內源酯酶作用下的酯化反應，酯類物質尤其是脂肪酸乙酯類物質具有果香、清甜風味，對于豐富牛乳制品風味層次，提高感官品質具有積極作用[17]。內酯類物質可能是乳體系中糖類物質等成分的氧化反應產物，奶油味、油脂味是牛乳制品中內酯類物質的主要特征風味。內酯類物質在新鮮牛乳中并不十分常見，而在奶油、干酪和酸奶等牛乳加工食品中是比較具有代表性的一類揮發性風味物質，這可能是因為熱反應、機械處理和微生物作用等因素更容易滿足內酯類物質這種結構比較復雜的揮發性風味組分的生成條件[18-19]。烷烴類物質和芳香族及萜烯類物質可能來自于牛的乳腺等機體組織或者牛乳中游離脂肪酸的自動氧化，也可能來自于飼料和牧草經過瘤胃遷移至牛乳中，其中芳香族及萜烯物質在牛乳中并不常見，而烷烴類物質由于風味閾值較高[20]，對于牛乳風味的貢獻不大。

由表1和圖1可知，3種牛乳樣品中，YM揮發性物質的種類和含量最多，酮類、酸類、芳香族及萜烯類、酯類、醛類和內酯類揮發性物質均較多。其中，酮類物質主要包括2-庚酮、2-壬酮和2-十一酮；酸類物質包括己酸、辛酸和正癸酸；芳香族及萜烯物質包括D-檸檬烯、苯甲醛和芳樟醇；酯類物質主要包括丁酸乙酯和癸酸乙酯；醛類物質主要包括庚醛、癸醛和壬醛；內酯類物質主要包括γ-辛內酯、γ-壬內酯和γ-己內酯。牦牛和奶牛同屬于牛屬，但是YM卻比CM的揮發性物質的種類和含量都要多，這可能與牦牛的生長環境和代謝模式有關。牦牛是生長于海拔3000 m以上，是青藏高原為中心及其毗鄰的高山、亞高山地區的特有牛種，有極強的抗寒、抗病能力和適應性[21-22]。牦牛乳含有較多的脂肪、蛋白質、乳糖和干物質，比如牦牛乳的干物質含量為17.86%～18.36%，比荷斯坦牛乳高5個百分點，被稱為“乳中極品”[23-25]。由于牦牛乳中各成分都達到了較高水平，因此牦牛乳中的揮發性風味物質可能也在含量和種類上較為豐富。

另外，雖然奶牛和水牛不是相同牛屬，但在本研究中的CM和BM的揮發性風味物質在種類和含量上卻較為接近，二者共有的揮發性物質為13種，主要為2-庚酮、己酸、2-壬酮、壬醛、辛酸、十二烷、癸醛、2-十一酮、十三烷等。CM的揮發性物質主要為酮類、酸類和醛類，包括2-庚酮、2-壬酮、己酸、辛酸、正癸酸、癸醛和壬醛等。BM的揮發性物質主要為酮類、芳香族及萜烯類、酸類和醛類，包括2-庚酮、2-壬酮、D-檸檬烯、己酸、辛酸、癸醛和壬醛等。姚春杰等[13]對CM和BM的酸凝乳揮發性成分進行了萃取分析，檢測結果顯示，CM酸凝乳揮發性風味物質為27種，BM酸凝乳揮發性風味物質為25種，兩者有15種相同成分。這可能與CM和BM本身的揮發性物質組成有很多共有成分有關。

奶牛、水牛和牦牛同屬哺乳綱偶蹄目反芻亞目牛科牛亞科。其中，奶牛和牦牛同屬于牛屬，但在本研究中的YM的揮發性物質在種類和含量上均比CM多，這可能是因為二者生長環境和代謝模式的不同，使在本研究中的CM和YM的揮發性物質組成存在一定的屬內差異性；另外，奶牛為牛屬，水牛為水牛屬，而本研究中的CM和BM的揮發性物質的種類和含量卻比較接近，這說明納入本研究中的CM和BM的揮發性物質組成可能存在一定的屬間相似性。

2.2 主成分分析

主成分分析（principal component analysis，PCA）是一種模式識別分析的多元統計方法。PCA借助于數學方法和計算機技術，揭示樣品性質的內部分類判別規律。在盡可能保留原始變量數據的基礎上，PCA可以降低維數，通過對原始變量數據線性組合的主成分來最大限度的提供有用的信息。本研究對CM、BM和YM樣品的揮發性物質按照各物質種類的含量進行了主成分分析。通過PCA分析可以看出不同揮發性風味物質種類對不同品種牛乳樣品的分類貢獻的關系，一般情況下，在同一主體元件（PC1或PC2）下，距離原點越遠的揮發性風味物質種類對顯示3種牛乳樣品的區分差異的貢獻越大[26-27]。揮發性風味物質種類對3種牛乳樣品的區分貢獻分析如圖2所示。

從圖2的PCA分析結果可以看出，PC1貢獻率為93.466%，PC2貢獻率為6.534%，二者整體貢獻率為100%，說明該PCA分析能夠準確反映出揮發性風味物質的種類對區分3種牛乳樣品揮發性風味差異的顯著作用。其中，從PC1可知，芳香族及萜烯類、烷烴類和酮類在顯示3種牛乳揮發性風味物質的差異上更為明顯，酸類次之，然后為醛類、酯類和內酯類；從PC2可知，醛類、酯類和內酯類在區分3種牛乳揮發性風味物質的作用上更為突出，酸類和酮類次之，然后為烷烴類和芳香族及萜烯類；另外，從該PCA分析結果可知，酯類和內酯類在顯示3種牛乳樣品揮發性風味物質差異上的區分作用基本相同，而酸類、酮類、醛類、芳香族及萜烯類和烷烴類這五類揮發性風味物質在進行CM、BM和YM的揮發性物質差異性分析中分別起到了不同的區分作用。

圖2 3種牛乳樣品揮發性成分種類主成分分析Fig.2 Principal component analysis of types of volatile components from 3 kinds of milk samples

3 結論

本研究選擇PDMS/DVB萃取纖維，采用HSSPME-GC/MS方法對奶牛乳（CM）、水牛乳（BM）和牦牛乳（YM）的揮發性風味物質進行了萃取和分析。其中CM共檢測出17種揮發性物質，主要包括酮類、酸類和醛類；BM共檢測出16種揮發性物質，主要包括酮類、芳香族及萜烯類、酸類和醛類；YM共檢測出37種揮發性物質，主要包括酮類、酸類、芳香族及萜烯類、酯類、醛類和內酯類。在本研究中的3種牛乳中，YM揮發性物質的種類和含量較多，這可能與牦牛獨特的生存環境和代謝模式有關；納入本研究的CM和BM揮發性物質的種類和含量比較接近。

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Analysis of Volatile Flavor Components of Cattle Milk，Buffalo Milk and Yak Milk

ZHANG Xiao-mei1，TONG Ling-jun2，CHI Xue-lu3，AI Na-si2，3，4，WANG Jing2，3，4，*，SUN Bao-guo2，3，4
（1.College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；2.Beijing Innovation Center of Food Nutrition and Human Health，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；3.Beijing Engineering and Technology Research Center of Food Additives，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；4.Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

The volatile flavor components of cattle milk（CM），buffalo milk（BM）and yak milk（YM）were extracted by headspace solid-phase micro-extraction，and then analyzed by gas-chromatography mass-spectrometry （HS-SPME-GC/MS）.The results showed that，seventeen volatiles were identified from CM，mainly including ketones，acids and aldehydes；sixteen volatiles were identified from BM，mainly including ketones，aromatic compounds，acids and aldehydes；thirty-seven volatiles were identified from YM，mainly including ketones，acids，aromatic compounds，esters，aldehydes and lactones.According to the comparative analysis，there are variabilities within genus and similarities beyond genus among the volatiles of the three milk samples.

cattle milk；buffalo milk；yak milk；volatile flavor component

2017-06-06

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.18.026

國家自然科學基金（31501559、31571940）

張曉梅（1987—），女（漢），博士研究生，研究方向：乳品風味。

*通信作者：王靜（1976—），女，教授，博士，研究方向：功能性食品配料。