酸乳揮發性物質與酶活的研究進展

肖功年，魯安娜，陳波，趙廣生，袁海娜，龔金炎

（1浙江科技學院乳制品研究院，杭州 310023；2.浙江一鳴食品有限公司，浙江溫州 325400；3.杭州新希望雙峰乳業有限公司，杭州 310000）

0 前 言

酸奶是一種具有獨特感官特性的發酵乳制品，由于其獨特的營養健康價值和良好風味深受消費者青睞，其風味產生來源主要是由保加利亞乳桿菌(L.bulgaricus)和嗜熱鏈球菌(Str.theromophilus)在發酵過程中代謝產生[1]。酸奶的主要品質特征包括質地、口感和風味[2-3]，研究表明，酸奶的品質與所用原料乳類型[4-5]、發酵劑種類[6-7]和甜味劑[8-9]等密切相關。

風味是酸奶質量的一個重要指標，同時也是消費者考慮接受程度和偏好的重要因素。為了探究酸奶在發酵過程中風味物質的協同作用機理，國內外一些學者對其代謝途徑和代謝調控方式開展大量的研究工作[10-12]。本文從酶活研究進展方面初步闡述酶活與酸奶風味的關系，以期為相關深入研究奠定基礎。

1 揮發性風味物質的形成

乳制品的基本風味主要來源于牛奶中的天然揮發性成分，受巴氏滅菌、發酵、加工和儲存等工藝的影響較大。在酸奶中發現的大量揮發性有機化合物不是由乳酸菌產生，而是來源于牛奶。牛奶是由水、蛋白質、脂肪和礦物質等組成的成分與結構復雜的乳濁液，在牛奶產品中已經鑒定出了400多種揮發性化合物[13]。這些芳香化合物由乳中存在的乳糖、脂質、檸檬酸和蛋白質，經過微生物酶促和化學反應轉化而產生[14]。存在于酸奶中的風味化合物主要分為以下四大類：非揮發性酸（如乳酸、丙酮酸和檸檬酸）、揮發性酸（如乙酸、丙酸和丁酸）、羰基化合物（如乙醛、乙偶姻和雙乙酰）以及各種化合物（例如某些氨基酸）[5-6]。

酸奶產生風味物質的一個主要途徑是通過脂肪酸氧化。富含飽和脂肪酸的大量短鏈脂肪酸是產生風味物質的關鍵。當存在自由基時，不飽和脂肪酸易被氧化形成氫過氧化物，其迅速分解形成己醛或不飽和醛[15]。不飽和脂肪酸也影響4-羥基酸或5-羥基酸的形成，其通過β-酮酸的脫羧將其輕度環化成γ-或δ-內酯和奇數的碳甲基酮。另一個主要途徑是產酸細菌的乳糖、產生的乳酸和檸檬酸的轉化，產生風味化合物如乳酸、乙醛、雙乙酰、乙偶姻和乙醇。酸奶中的醇隨后可以與游離酸結合形成酯，如乙酸乙酯和乙酸丁酯。另外，生物胺和含氮化合物可以從蛋白質和氨基酸轉化而來，硫化合物可以從有機硫化合物中衍生出來。關于酸奶和其它發酵乳制品中風味化合物產生過程還有更多的細節[16]。

2 主要揮發性風味物質

食物中發現的揮發性化合物并不都具有感官上的重要影響。雖然在酸奶中發現了許多揮發性化合物，但只有其中一些化合物的濃度相對較高，例如乙醛、乙醇、丙酮、雙乙酰和2-丁酮[17]，可以在實驗室中檢測到。Friendrich和Acree[18]研究表明，雙乙酰和乙醛在酸奶中有良好的調味效果，區別于其他發酵乳制品和牛奶。

2.1 乙醛

乙醛是羰基化合物中對酸奶風味貢獻最大的化合物。純乙醛具有辛辣的刺激性氣味，但濃度較低時，會產生令人愉悅的水果香氣。Gezginc Y等[19]從土耳其酸奶中分離出的菌種的嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌的乙醛產生能力為0～105.9 mg/kg和0～126.9 mg/kg。Gaafar等[20]認為當產生適宜的乙醛水平（23～40 mg/kg和至少8～10 mg/kg）時，能得到良好風味的酸奶。

2.2 雙乙酰

雙乙酰(又名丁二酮)，液體顏色呈黃色至綠色，稀釋至1 mg/L時呈奶油香味，易溶于甘油和水中，可以提高酪蛋白的風味，對改善酸奶的風味有很大影響。雙乙酰是由牛奶和乳品混合物中存在的檸檬酸發酵而來[21]。少量的雙乙酰，從痕量到0.90 mg/kg或更多，有助于產生令人愉快、細膩的香味和口味[22]。典型的酸奶中雙乙酰的濃度范圍為0.2 mg/kg～3 mg/kg[23]。乙偶姻為雙乙酰的還原形式，對酸奶風味貢獻小，同時2,3-丁二醇為乙偶姻的還原形式，對酸奶風味沒有貢獻。

2.3 乳酸

乳酸和其他酸也在酸奶的香味和風味特性中起到特定的作用。雖然乳酸表現出較低的揮發性，但由于其風味的重要性，所以在這里將其展開討論。乳酸是許多發酵食品的風味和功能的主要來源，并負責酸奶的清新酸味。在酸奶生產過程中，乳中約20%～40%的乳糖轉化為乳酸，酸奶中的乳酸含量約為0.9%。酸味是感知酸奶味道的重要因素，酸奶的p H值通常在4.4左右。Panagiotidis和Tzia[24]表明，乳酸和乙醛很大程度上有助于酸奶的典型風味和香氣。Tari C[25]研究確定了使用日期產品的乳酸含量為23.6 mg/mL，比Nancip等人研究確定的乳酸含量高了近10倍。

3 風味物質與酶活關系

3.1 β-半乳糖苷酶

乳糖代謝過程中，β-半乳糖苷酶作為關鍵酶，能水解乳糖生成半乳糖和葡萄糖，故能有效緩解乳糖不耐癥。葡萄糖進一步通過糖酵解途徑生成乳酸及其他代謝產物，對酸奶的風味口感產生影響。有研究表明，雙乙酰和乙醛產生量與乳糖代謝途徑密切相關。

隨著儲藏時間的增加，β-半乳糖苷酶的活力不斷降低，這是因為各發酵乳中乳糖經過β-半乳糖苷酶的分解產生的乳酸，抑制了β-半乳糖苷酶的活性，說明β-半乳糖苷酶活力高的菌株能產生更多的乳酸[26]。β-半乳糖苷酶活性的高低都可能有效緩解乳糖不耐癥，但β-半乳糖苷酶的酶活力并不是越高越好，因為有研究表明β-半乳糖苷酶與酸奶的后酸化有關[27]。

3.2 乳酸脫氫酶

葡萄糖代謝途徑中，丙酮酸作為重要的中間代謝產物，在乳酸脫氫酶的作用下脫氫生成乳酸，此外還可通過丙酮酸的代謝支流形成雙乙酰和乙醛。乳酸脫氫酶的酶活在整個儲藏期間基本處于下降趨勢，比酶活呈先下降后上升的趨勢，這說明乳酸脫氫酶的比酶活并沒有受到低p H高酸度的影響[27,28]。

德氏乳桿菌（Lactobacillus delbrueckii）亞種保加利亞乳桿菌是使用D-乳酸脫氫酶（DLDH）將丙酮酸鹽主要轉化為D-乳酸的非均勻乳酸菌，其功能特性仍然不佳，進一步的研究表明，乳酸脫氫酶活性受氧下調，因此在厭氧條件下達到最高的D-乳酸滴度為1.94 g/L[29]。D-乳酸是德氏乳桿菌的主要乳酸產物，但不能被人體腸道代謝，Zhang J等[30]進一步研究了氨基酸水平上D-LDH和L-LDH基因的進化，發現德氏乳桿菌D-LDH基因是正向選擇的，可能是長期馴化的結果。Viana R[31]發現干酪乳桿菌有兩種特征基因編碼乳酸脫氫酶活性，它特別催化了L-乳酸的形成。

3.3 葡萄糖激酶

葡萄糖激酶是糖酵解途徑（EMP途徑）的關鍵酶，并且是EMP途徑的第一步反應所需要的酶。葡萄糖進入細胞后首先發生磷酸化反應，生成的6-磷酸葡萄糖無法進出細胞膜而逃離細胞[32]。

3.4 乳糖通透酶

乳糖通透酶是屬于主要輔助因子超家族（MFS）的次級活性轉運蛋白（SAT）。已經確定了胞質開放的乳糖通透酶結構。乳糖通透酶和β-半乳糖苷酶共同作用下可以加速乳糖分解。乳糖通透酶先將乳糖磷酸化后進入細胞內，并在β-半乳糖苷酶的水解作用下，分解成葡萄糖和半乳糖[33]。其中，一部分葡萄糖優先被乳酸菌代謝掉，通過EMP途徑，最終產生乳酸。大腸桿菌的乳糖通透酶利用其中糖和H+結合位點交替進入膜兩側的機制來催化半乳糖苷與H+的化學計量協調[34]。

3.5 丙酮酸激酶

丙酮酸激酶是EMP途徑最后一步所需要的酶，也是EMP途徑中的關鍵限速酶之一。在EMP途徑中，丙酮酸激酶在K+和Mg2+存在的條件下，可以催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和二磷酸腺苷(ADP)并且釋放出能量轉移到ATP中，最終生成丙酮酸，生成的丙酮酸不僅可以在乳酸脫氫酶(LDH)的作用下生成乳酸，還可以在丙酮酸脫羧酶作用下生成乙醛，對酸奶風味產生影響[27]。

3.6 α-乙酰乳酸脫羧酶

α-乙酰乳酸脫羧酶是檸檬酸代謝途徑中生成雙乙酰的重要酶。丙酮酸在α-乙酰乳酸合成酶作用下合成α-乙酰乳酸，在α-乙酰乳酸脫羧酶的催化下極易脫羧生成乙偶姻[35]。α-乙酰乳酸在氧化脫羧反應下生成雙乙酰，一部分由雙乙酰還原酶作用轉化為乙偶姻，乙偶姻在乙偶姻還原酶的作用下降解為丁二醇，乙偶姻和丁二醇的味閾值較高，對酸度風味影響不大，但雙乙酰對酸奶的風味影響很大，故可以從調控α-乙酰乳酸脫羧酶與雙乙酰的協同作用研究。

4 結論與展望

揮發性風味物質中的雙乙酰、乙醛和乳酸對酸奶風味貢獻突出，并對酸奶的氣味和口感起到重要作用。酸奶中β-半乳糖苷酶與乳酸脫氫酶對乳酸的生成影響很大，可以通過調節酶活控制酸奶后酸化問題。β-半乳糖苷酶、α-乙酰乳酸脫羧酶、葡萄糖激酶、乳糖通透酶和丙酮酸激酶的酶活對酸奶中雙乙酰、乙醛的產量有很大相關性。探究酸奶中的酶與揮發性風味物質的關系，有助于酸奶風味物質的形成機理研究。

酸奶揮發性物質成分與酶活的研究進展為酸奶品質的提高和品質的控制提供了依據。通過調節酸奶中的酶活，為控制雙乙酰、乙醛在酸奶中的量提供一個新的方法，能有助于我們進一步研究酸奶在貯藏、運輸過程中風味物質的變化機理，生產出口感更好的酸奶產品。