熱處理對駝乳營養成分與揮發性風味物質的影響

何靜，阿拉騰薩其拉，吉日木圖,2*

1(內蒙古農業大學，乳品生物技術與工程教育部重點實驗室，內蒙古 呼和浩特，010018) 2(內蒙古駱駝研究院，內蒙古 巴丹吉林，737300)

動物乳是人類食物的重要來源，含有豐富的營養物質，包括易消化的蛋白質、鈣、維生素和礦物質等[1]。由于營養成分的豐富，乳也成為微生物生長的肥沃介質，這些微生物可能會導致乳制品變質，也會引發人類的食源性疾病。因此，乳制品通常需經過工業化加工，以確保人類食用安全并延長其保質期。熱處理是保存乳制品安全的最常見的方法。目前大量研究證實，熱處理會導致蛋白質在二級、三級或四級結構上呈自然展開狀態，但是一級結構中主鏈肽鍵未裂解，從而產生不被腸道水解的蛋白質[2]。先前研究報道，巴氏殺菌對牛乳和人乳酪蛋白結構影響不大，但對乳清蛋白結構存在一定影響[3-5]。乳糖作為動物乳和人乳中主要的碳水化合物在加熱過程中也會發生熱變，影響鮮乳的風味[6-7]。熱處理還會致維生素B12、維生素E、維生素C、葉酸和核黃素等水溶性維生素含量減少[8]。此外，在熱處理過程中，會導致乳中賴氨酸損失[2]、游離脂肪酸含量增加[9]，更會導致乳中的各種天然酶和微生物代謝的酶變性或數量改變[10]。

當采用熱處理來減少或破壞微生物和酶活性以確保安全性和延長貨架期時，鮮乳的風味同時也會發生變化。不同熱處理產生的風味直接或間接地影響乳制品風味質量及應用特性，例如微生物的殺滅、乳清蛋白和酪蛋白間的交聯、脂肪的氧化、美拉德和焦糖化反應等，這些變化均使牛乳產生不同于原料乳的風味組成，并會伴隨蒸煮味、氧化味、焦糊味等風味產生[11-12]。駝乳不含β-乳球蛋白，富含大量的維生素C、免疫球蛋白、抑菌活性物質和多不飽和脂肪酸，具有極高的營養價值[13-14]。但是駝乳作為一種特色乳，目前對其風味的報道較少。因此，本研究以駝乳為研究對象，研究了駝乳在加熱過程中基礎成分的變化。同時通過電子舌、電子鼻和GC-MS對不同熱處理的駝乳中的風味物質進行檢測，并采用主成分分析(principal component analysis，PCA)建立不同熱處理駝乳揮發性風味物質的評價模型，以期為駝乳的生產加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

所用鮮駝乳采自內蒙古自治區巴彥淖爾市烏拉特后旗一牧場。從該牧場采集成年母駝的乳樣，將采集后乳樣隨機分為3組(每組3個重復)，采集新鮮駱駝乳，簡單過濾除去砂石、毛發等雜質后，將乳樣溫度迅速降至4 ℃，保持該溫度快速運送至實驗室。對鮮駝乳分別進行低溫長時殺菌(65 ℃，30 min)、高溫短時殺菌(85 ℃，15 s)、超高溫瞬時殺菌(ultra-high temperature instantaneous sterilization，UHT)處理[(135±5) ℃，5 s]，其中一部分鮮駝乳不進行處理。熱處理方式：采用中試 UHT 設備對健康奶駝生產的駝乳進行熱處理。首先將駝乳預熱到 60～65 ℃，采用二級均質[(20±2) MPa]后進入中試 UHT 中分別進行 85 ℃，15 s 和 (135±5) ℃，5 s 殺菌熱處理。將熱處理后不同駝乳樣品和未處理的鮮駝乳在-20 ℃ 冷凍保存，備用。工藝流程如下：

1.2 儀器與設備

PEN3便攜式電子鼻，德國AIRSENSE公司；7697A-7890B-5977C 氣相色譜-質譜聯用，美國Agilent公司；L-8900氨基酸分析儀，日本日立公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 基本營養成分的檢測

對未處理和采取不同熱處理的駝乳樣品進行基礎營養指標檢測。駝乳脂肪含量參照GB 5009.6—2016蓋勃法測定；蛋白質含量參照GB 5009.5—2016自動凱氏定氮儀法測定；乳糖含量參照GB 5413.5—2010萊因-埃農氏法測定；灰分含量參照GB 5009.4—2016方法測定；維生素C檢測采用GB 5413.18—2010方法測定。

1.3.2 電子舌檢測

數據采集前，需進行電子舌檢測系統自檢、診斷和矯正等過程，以確保電子舌傳感器響應信號的可靠性和穩定性，電子舌檢測系統工作溫度控制在25 ℃左右。之后取35 mL不同熱處理駝乳分別于電子舌檢測樣品杯中作為待測液。將待測液倒入容量為100 mL的燒杯中，數據采集序列為超純水和待測液交替進行，為使傳感器響應值趨于平穩，每個樣品數據采集時間為120 s，選取第120 s時的響應值作為特征值進行分析。其中酸、甜、苦、澀、鮮、咸等6味采用Sample_Measurement程序測定[11]，每個樣品測定3個 平行值。

1.3.3 電子鼻檢測

取35 mL不同熱處理駝乳利用PEN3電子鼻電子舌檢測樣品。采用PEN3電子鼻對駝乳樣品中的氣味進行檢測。PEN3電子鼻傳感器陣列包括10個金屬氧化物傳感器，分別為W1C(對芳香性化合物敏感)、W5S(對氮氧化合物敏感)、W3C(對氨類和芳香化合物敏感)、樣品在密封狀態下通過頂空抽樣方式檢測，載氣為空氣，頂空溫度25 ℃，內部流量為300 mL/min， 進樣流量300 mL/min，測定時間120 s。數據處理：響應曲線在60 s后達到穩定，選取63、64和65 s的響應值，并計算其平均值為測試值。具體見表1。

表1 電子鼻傳感器及其響應物質

1.3.4 GC-MS分析

采用氣相色譜-質譜聯用儀對所有樣品中的揮發性氣味成分進行相對定量分析。氣相色譜條件：起始溫度為35 ℃，保持5 min；以5 ℃/min升溫至140 ℃，保持2 min；以10 ℃/min升溫至250 ℃，保持3 min；汽化室溫度250 ℃；載氣為氦氣(≥99.999%)，流速1.0 mL/min；不分流進樣。

質譜條件:電離方式為電子轟擊離子源(electron impact ion source，EI)，電子能量 70 eV;發射電流100 μA；離子源溫度為230 ℃；質量掃描范圍 30～550(m/z)。

1.4 數據分析

所有數據均表示為平均值±標準差。使用SPSS 24(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)進行單因素方差分析(analysis of variance，ANOVA)和Duncan檢驗。使用SPSS 24、SIMCA 14.1(Umetrics，Sweden)和R版本3.6.0(MathSoft Inc.，Massachusetts，USA)進行PCA、熱圖分析。所有檢驗的統計學顯著性標準均為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 不同熱處理駝乳營養成分分析

熱處理會影響乳中脂肪、蛋白質、乳糖和水溶性維生素等的含量[8]。據報道，隨著溫度增加會導致乳成分發生一定程度蛋白質變性、乳糖異構化以及美拉德反應[2, 15]。如表2所示，與未處理的原料乳比較，UHT處理駝乳的部分營養成分發生一定程度的損失。其中乳糖作為動物乳和人乳中主要的碳水化合物在加熱過程中會發生熱變，其含量在UHT滅菌駝乳中顯著降低(P<0.05)。此外，UHT滅菌駝乳會導致維生素C和蛋白質的含量也顯著降低(P<0.05)。

表2 不同熱處理駝乳的主要營養成分

2.2 不同熱處理駝乳電子舌結果分析

食物的呈味是一個復雜的過程，電子舌體系中味覺物質的信號由傳感器獲得，并以類似人味覺感受方式檢測出味覺物質，該方法已被廣泛應用于乳品行業檢測中[16]。因此，采用電子舌分析不同熱處理駝乳的整體滋味的特點。如表3所示，利用電子舌傳感器對不同的加熱條件的殺菌駝乳的味覺指標進行測定，其中咸味的味感值最大，酸味的味感值最小，其他味感值介于兩者之間。其中65 ℃條件處理30 min駝乳的澀味和苦味響應值顯著低于其他組(P<0.05)。此外，隨著加熱溫度升高，加熱時間縮短，駝乳的甜味和酸味的響應值明顯增加，其中UHT處理的最大(P<0.05)。導致滋味發生改變的可能原因是在加熱過程中蛋白質分解為游離氨基酸或蛋白質與乳糖發生美拉德反應，對鮮乳的滋味產生較大改變；此外，熱處理后脂肪的水解會影響鮮乳的酸味，乳糖的組成和含量會影響甜味，鈉鹽會在咸味方面發揮一定作用。

表3 不同熱處理駝乳電子舌建立的味覺指標

對所有樣品的電子舌響應值進行PCA，結果顯示第1和第2主成分的累積貢獻率達99.9%，說明前2個主成分包含樣品幾乎所有信息，能夠有效地反映樣品的整體信息。由圖1可知，不同加熱處理駝乳所在區域不重疊，各樣品差異顯著，未加熱處理的駝乳與其他樣品距離較遠，差異明顯。該結果說明不同熱處理方式對駝乳的滋味有明顯的影響。利用電子鼻響應值PCA可很好地區分不同熱處理樣品，差異顯著，其中低溫長時巴氏殺菌組與其他組有明顯的差異。

圖1 不同方法處理駝乳電子舌分析的PCA圖

2.3 不同熱處理駝乳電子鼻結果分析

由圖2可知，不同熱處理樣品的W1W、W1S和W2W傳感器響應值差異顯著，說明各樣本中的硫化氫、烴類物質、芳香族化合物和有機硫化物存在顯著差異，且UHT處理的W1W、W1S和W2W傳感器響應值最大。同時，對所有樣品的電子鼻響應值進行PCA，結果顯示第1主成分貢獻率為80.4%，第2主成分貢獻率為16.4%，第1主成分和第2主成分累積貢獻率96.8%，包含的大部分的樣本信息，可有效地表達各樣品間差異性。如圖3所示，利用PCA可很好地區分不同熱處理的駝乳樣品，其中2種巴氏殺菌乳氣味較類似，與UHT處理乳樣品氣味差異較大。這可能是由于鮮乳的UHT處理會導致駝乳中蛋白質、碳水化合物、脂類以及其他化合物的揮發性化合物的形成，從而影響乳的香氣[17]。

圖2 傳感器對不同熱處理駝乳的雷達圖

圖3 不同熱處理駝乳電子鼻PCA圖

本研究采用偏最小二乘回歸分析，研究不同熱處理產物中風味和滋味之間的相關性。以不同熱處理駝乳的6個感官屬性作為X變量，以電子鼻10個傳感器作為Y變量，電子鼻10個傳感器指標和感官屬性的相關性載荷圖見圖4。盡管有些風味物質不能用感官滋味屬性來解釋，但在該研究中證實，風味與滋味之間仍存在一定相關性。如圖4所示，W1S、W1W、W2W傳感器和鮮味和甜味感官屬性一定程度上相關。

圖4 不同熱處理駝乳揮發性化合物與感官屬性之間相關性的PLSR分析

2.4 不同熱處理駝乳揮發性風味物質分析

利用GC-MS技術檢測不同熱處理條件下駝乳中的風味物質，結果顯示未處理的駝乳中主要為醇、酯、烷、酸等物質；經過熱處理后揮發性風味物質與原乳比，在組成和含量上發生較大變化，尤其是UHT滅菌駝乳(圖5)。如圖6所示，加熱前后，駝乳中醛類(己醛、庚醛、苯甲醛、壬醛等)和酮類化合物(丙酮、1-苯甲酰氧基-2,5-吡咯烷二酮)發生較大變化。據報道，醛、酮物質和有機酸是美拉德反應的主要產物[18]，其中酮類物質是乳制品中重要的風味物質，會形成獨特的風味，它可以在乳樣品中產生奶油味和甜味[19-20]；醛類物質也是乳中風味物質的主要成分，是乳中脂肪氧化反應的中間產物[21-22]。因此，推測這可能也是UHT滅菌駝乳具有獨特風味的主要組成成分。同時，在該研究中顯示，在高溫處理駝乳中烷烴類化合物(如六甲基-環三硅氧烷)含量也明顯增加。據報道，烷烴類物質可能來源于牛奶中游離脂肪酸的自動氧化[23]。因此推測，在脂肪存在的情況下，熱處理在135 ℃時可能更容易發生美拉德反應，從而導致其產物留在駝乳中。同時，鮮乳加熱后脂肪酸發生了一系列化學反應，生成了酯類等物質，乳中酯類物質主要通過脂肪酸與脂肪醇發生酯化反應形成，通常酯類物質具有特殊的香氣，對乳的風味形成具有重要作用[24-25]。本研究發現會產生大量的3-甲基庚基乙酸酯，尤其UHT乳中(圖6)。與前人研究一致，不同熱處理條件的駝乳與牛乳主要揮發性風味物質為醇、酯、烷、酸等物質[26]，但是，在加熱處理后的駝乳中，研究未檢測酚類物質。

圖5 不同熱處理條件下駝乳揮發性風味物質種類對比

圖6 不同熱處理駝乳的揮發性物質熱圖

3 結論

本研究對3種不同熱處理駝乳的揮發性風味物質和營養物質進行了比較分析，證實UHT滅菌處理會對駝乳基本營養成分造成一定程度的損失，尤其是維生素C、蛋白質和乳糖的含量。在此基礎上，采用電子鼻和電子舌分析可很好地區分不同熱處理的駝乳，氣味和滋味都會發生很大的差異，但氣味與滋味之間也存在一定相關性。同時，研究采用GC-MS鑒定出不同熱處理條件的駝乳揮發性物含量發生變化，尤其UHT處理駝乳醛類和烷烴類化合物顯著增加。由此可見，不同的熱處理方式對駝乳的風味品質有不同的影響。在滿足殺菌和產品工藝要求情況下，隨著人民生活水平的不斷提高，對于殺菌乳品質的個性化要求會越來越多，因此本研究將為生產加工不同熱處理品質的駝乳產品提供依據。