發(fā)酵和后熟對牦牛奶營養(yǎng)及風味物質(zhì)的影響

李升升，張 燕，趙立柱

（1.青海大學畜牧獸醫(yī)科學院，青海西寧 810016；2.青海省高原放牧家畜動物營養(yǎng)與飼料科學重點實驗室，青海西寧 810016）

牦牛是主要分布于我國青藏高原及其沿線的物種。據(jù)報道，2019年，中國牦牛的存欄量約為1600萬頭，占全世界總量的95%[1]。2019年全國的牦牛奶產(chǎn)量為84.5萬噸，商品化的牦牛奶產(chǎn)量僅為11.84萬噸[2]。因此，加強牦牛奶制品的研發(fā)，提升牦牛奶制品的品質(zhì)和經(jīng)濟附加值勢在必行。

當前，牦牛酸奶是牦牛奶的主要加工產(chǎn)品形式之一，深受青藏高原農(nóng)牧民及旅游者的喜愛[2]。對于牦牛酸奶的研究主要集中在菌種篩選[3?4]、發(fā)酵工藝優(yōu)化[5?8]、保健功能分析和營養(yǎng)評價等方面[9?13]。在發(fā)酵工藝中“發(fā)酵”和“后熟”步驟是影響牦牛酸奶品質(zhì)的主要工序[6]。李升升等[6]通過標準化法評估表明牦牛奶在90 ℃殺菌10 min、添加0.15%的混合乳酸菌發(fā)酵劑、在（43±1）℃發(fā)酵，4 ℃后熟24 h，制得的牦牛酸奶品質(zhì)較好。陳一萌等[14]研究了不同穩(wěn)定劑對凝固型牦牛酸奶后熟過程中品質(zhì)和風味的變化，表明復合穩(wěn)定劑有利于牦牛酸奶品質(zhì)形成和風味保持。大量的研究為牦牛酸奶的加工提供了技術支持。和占星等[15]報道了牦牛奶的營養(yǎng)成分優(yōu)于黃牛和犏牛奶，余群力等[16]指出牦牛奶的揮發(fā)性物質(zhì)是牦牛奶區(qū)別于其他奶的重要成分。可見，營養(yǎng)品質(zhì)是評價食品品質(zhì)優(yōu)劣的主要指標[17?19]，揮發(fā)性物質(zhì)是影響產(chǎn)品感官品質(zhì)的主要指標[20]。然而，牦牛奶在發(fā)酵和后熟過程中的營養(yǎng)成分和風味物質(zhì)是如何變化的，變化后是否更有利于牦牛奶營養(yǎng)價值的提高和風味物質(zhì)的形成等問題，鮮見報道。

因此，本文研究了發(fā)酵和后熟工序?qū)﹃笈Ｄ痰鞍踪|(zhì)、粗脂肪、乳糖、水分、氨基酸、脂肪酸等營養(yǎng)品質(zhì)和風味物質(zhì)的影響，旨在明確發(fā)酵和后熟過程中牦牛奶營養(yǎng)成分和風味物質(zhì)的變化，以期為牦牛酸奶的營養(yǎng)保持和品質(zhì)控制提供理論依據(jù)和技術支持，促進青藏高原牦牛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牦牛奶 購于青海省海北藏族自治州天峻縣；發(fā)酵劑（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌1:1混合菌種） 購于北京川秀科技有限公司。

101-3型干燥箱 上海科偉儀器有限公司；ATN-100型凱式定氮儀 上海皓莊儀器有限公司；PL203型梅特勒-托利多天平 瑞士Mettler Toledo公司；SZC-C型脂肪測定儀 上海纖檢儀器有限公司； HH-6型恒溫水浴鍋 上海百典儀器有限公司；Waters1525型高效液相色譜儀 美國Waters公司；7890A型氣相色譜儀 美國Agilent公司；L-8900型高速氨基酸分析儀 日立高新技術株式會社；TRACE DSQ 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國Finnigan公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 凝固型牦牛酸奶制作 牦牛奶在90 ℃下殺菌10 min，添加0.15%混合乳酸菌發(fā)酵劑，在（43±1）℃條件下發(fā)酵至滴定酸度（72±1.02）°T，并在4 ℃條件下后熟24 h，制得凝固型牦牛酸奶。分別選擇鮮牦牛奶（A）、發(fā)酵凝固后牦牛奶（B）和經(jīng)后熟后牦牛奶（C）3個樣品，每個樣品重復6次，研究發(fā)酵和后熟工序?qū)﹃笈Ｄ虪I養(yǎng)和揮發(fā)性物質(zhì)的影響。

1.2.2 營養(yǎng)成分測定 蛋白質(zhì)、粗脂肪、乳糖、水分、氨基酸、脂肪酸的測定：分別參照國標GB5009.5-2016食品安全國家標準 食品中蛋白質(zhì)的測定；GB 5009.6-2016 食品安全國家標準 食品中脂肪的測定；GB 5413.5-2010 食品安全國家標準 嬰幼兒食品和乳品中乳糖、蔗糖的測定；GB5009.3-2016 食品安全國家標準 食品中水分的測定；GB5009.124-2016 食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定（色氨酸參照GB/T15400-2018飼料中色氨酸的測定）；GB/T 17377-2008動植物油脂脂肪酸甲酯的氣相色譜分析測定。

1.2.3 營養(yǎng)價值評價 根據(jù)FAO/WHO于1973年建議的氨基酸評分模式[21]和中國預防醫(yī)學科學院營養(yǎng)與食品衛(wèi)生研究所于1991年提出的雞蛋蛋白質(zhì)的氨基酸評分模式[22]，按照下列公式計算氨基酸的得分（AA)、氨基酸評分（amino acid score，AAS）、化學評分（chemical score，CS）和必需氨基酸指數(shù)（EAAI）。

式中：n為比較的必需氨基酸的個數(shù)；a、b…、m為待評蛋白質(zhì)的必需氨基酸含量（%）；A、B…、M為雞蛋蛋白的必須氨基酸含量（%）。

1.2.4 揮發(fā)性物質(zhì)的測定 參考徐懷德等[23]報道的方法測定。主要流程為：50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭在氣相色譜儀的進樣口250 ℃老化1 h；程序升溫40 ℃，保持2.5 min，以5 ℃/min升至200 ℃，再以10 ℃/min升至240 ℃，保持5 min。進樣口250 ℃，傳輸線230 ℃，載氣為He氣，流速1.0 mL/min，不分流進樣。電離方式EI，70 eV；離子源溫度200 ℃，質(zhì)量掃描范圍35~400 amu，發(fā)射電流100 μA。采用隨機Xcalibur工作站NIST2002標準譜庫自動檢索各組分質(zhì)譜數(shù)據(jù)，參考文獻資料及標準譜圖對機檢結(jié)果進行核對和確認，按面積歸一化法計算各組分的含量。對匹配度和純度大于800（最大值1000）的鑒定結(jié)果進行比較和分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS22.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析（ANOVA），各處理平均數(shù)間采用Duncan多重比較法進行差異顯著性分析，差異顯著水平為α=0.05，極顯著水平為α=0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵和后熟對牦牛奶主要營養(yǎng)成分的影響

發(fā)酵和后熟對牦牛奶主要營養(yǎng)成分的影響見表1。發(fā)酵和后熟對牦牛奶中的蛋白質(zhì)、粗脂肪和水分含量影響差異不顯著（P>0.05），但蛋白質(zhì)含量呈增加趨勢，粗脂肪和水分含量呈下降趨勢。發(fā)酵使牦牛奶中的乳糖含量顯著下降（P<0.05），降幅為39.43%；后熟后的牦牛奶與發(fā)酵后的牦牛奶相比乳糖含量差異不顯著（P>0.05）。分析認為，牦牛奶在發(fā)酵過程中由于乳酸菌的作用將乳糖分解，導致了發(fā)酵后牦牛奶中的乳糖含量降低；在后熟期間由于溫度較低，在一定程度上抑制了乳酸菌對乳糖的分解，導致后熟與發(fā)酵相比乳糖含量變化不顯著（P>0.05）。綜合來看，發(fā)酵有助于降低因乳糖導致的乳糖不耐癥的發(fā)生，在一定程度上提升了牦牛奶的營養(yǎng)價值[24?25]。

表1 發(fā)酵和后熟對牦牛奶主要營養(yǎng)成分的影響Table 1 Effect of fermentation and post-fermentation on main nutritional components of yak milk

2.2 發(fā)酵和后熟對牦牛奶中氨基酸含量的影響

由表2發(fā)酵和后熟對牦牛奶中氨基酸含量的影響可知，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶的氨基酸構(gòu)成均比較完整，含有常見的18種氨基酸，其中包括8種必需氨基酸，2種半必需氨基酸，8種非必需氨基酸。發(fā)酵使牦牛奶中的總氨基酸含量顯著增加（P<0.05），增幅為64.26%。牦牛奶中的必需氨基酸含量經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后，也顯著增加（P<0.05），增幅為57.52%。后熟后牦牛奶總氨基酸含量、必需氨基酸含量進一步增加，但與發(fā)酵凝固后牦牛奶的總氨基酸含量、必需氨基酸含量差異不顯著（P>0.05）；可見發(fā)酵工序顯著提升了牦牛奶的總氨基酸含量、必需氨基酸含量。牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中的必需氨基酸/總氨基酸（EAA/TAA）分別為42.97、41.13和43.02，必需氨基酸/非必需氨基酸（EAA/NEAA）分別為75.33、69.86和75.50。據(jù)FAO/WHO報道[21]，質(zhì)量較好的蛋白質(zhì)其EAA/TAA為40左右，EAA/NEAA在60以上。可見，發(fā)酵和后熟后的牦牛奶的氨基酸模式都符合FAO/WHO的理想模式。

表2 發(fā)酵和后熟對牦牛奶中氨基酸含量的影響（%）Table 2 Effect of fermentation and post-fermentation on content of amino acids of yak milk(%)

此外，天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸等鮮味氨基酸的含量也是評價蛋白質(zhì)質(zhì)量的一種方式[26?27]，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶的鮮味氨基酸的含量分別為0.90%±0.09%、1.41%±0.02%和1.46%±0.04%，表明發(fā)酵和后熟均有利于牦牛奶鮮味氨基酸含量增加。

綜上所述，發(fā)酵和后熟并不能顯著改變牦牛奶的氨基酸組成模式，但發(fā)酵和后熟可顯著提高牦牛奶的總氨基酸、必需氨基酸、鮮味氨基酸和非必需氨基酸含量（P<0.05)。表明發(fā)酵和后熟均在一定程度上提升了牦牛奶的營養(yǎng)價值。

2.3 發(fā)酵和后熟對牦牛奶氨基酸營養(yǎng)價值的影響

牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中的必需氨基酸評分（AAS）和化學評分（CS）見表3，牦牛奶、發(fā)酵后牦牛奶和后熟后牦牛奶的氨基酸（蘇氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、賴氨酸、色氨酸）得分分別為58.41、36.78和42.91，均高于FAO/WHO所推薦的36，除原料奶外均低于雞蛋蛋白中必需氨基酸總得分49。根據(jù)氨基酸評分和化學評分可知[28?29]，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中的第一限制氨基酸均為甲硫氨酸（AAS評分分別為0.32、0.51和0.56，CS評分分別為0.20、0.31和0.35）；第二限制氨基酸均為色氨酸（AAS評分分別為0.45、0.60和0.59，CS評分分別為0.27、0.35和0.35）。牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶的EAAI分別為：61.16、65.36和73.59，表明發(fā)酵和后熟可顯著提高牦牛奶的必需氨基酸指數(shù)，提升牦牛奶的營養(yǎng)價值。

表3 牦牛奶的氨基酸評分Table 3 Amino acid score of yak milk

2.4 發(fā)酵和后熟對牦牛奶脂肪酸含量的影響

發(fā)酵和后熟對牦牛奶脂肪酸含量的影響見表4，牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中共檢出12種脂肪酸，其中飽和脂肪酸5種，分別是肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸和二十二碳酸；不飽和脂肪酸7種，其中單不飽和脂肪酸4種，分別是肉豆蔻油酸、棕櫚油酸、油酸和11-二十碳一烯酸；多不飽和脂肪酸3種，分別是亞油酸、α-亞麻酸和二十碳二烯酸。經(jīng)發(fā)酵和后熟后牦牛奶中的飽和和不飽和脂肪酸總含量呈下降趨勢，但發(fā)酵和后熟對牦牛奶飽和和不飽和脂肪酸的總含量影響不顯著（P>0.05）。其中二十二碳酸和α-亞麻酸的含量經(jīng)后熟后均顯著下降（P<0.05），降幅分別為44.00%和14.29%，多不飽和脂肪酸含量的下降，在一定程度上降低了牦牛奶的營養(yǎng)價值；但是經(jīng)過發(fā)酵和后熟牦牛奶中的多不飽和脂肪酸含量雖呈下降趨勢但是差異不顯著（P>0.05），表明發(fā)酵和后熟并沒有顯著降低牦牛奶的營養(yǎng)價值。

表4 發(fā)酵和后熟對牦牛奶脂肪酸含量的影響（%）Table 4 Effect of fermentation and post-fermentation on content of fatty acids of yak milk (%)

牦牛奶、凝固后牦牛奶和后熟后牦牛奶中MUFA/SFA（單不飽和脂肪酸/飽和脂肪酸）分別為0.38、0.38和0.36；PUFA/SFA（多不飽和脂肪酸/飽和脂肪酸）分別0.04、0.04和0.04；n-6/n-3PUFA比值分別為1.05、1.11和1.19，遠低于HMSO（UK Department of Health）和我國推薦的人類食品中n-6/n-3PUFA比值最大安全上限4.0[30]。從脂肪酸組成來看，牦牛奶經(jīng)發(fā)酵和后熟后未發(fā)生顯著變化，仍具有較高的營養(yǎng)價值。

2.5 發(fā)酵和后熟對牦牛奶風味物質(zhì)的影響

由表5和圖1發(fā)酵和后熟對牦牛奶風味物質(zhì)的影響可知，通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析，從牦牛奶、發(fā)酵后牦牛奶和后熟后牦牛奶中分別鑒定出29、14和26種揮發(fā)性物質(zhì)。

表5 發(fā)酵和后熟對牦牛奶風味物質(zhì)的影響（%）Table 5 Effect of fermentation and post-fermentation on content of volatile substances of yak milk (%)

圖1 牦牛奶中風味物質(zhì)種類和相對含量的統(tǒng)計分析Fig.1 Statistical analysis of volatile substances variety and relative content of yak milk

發(fā)酵后牦牛奶中的風味物質(zhì)與牦牛奶相比從29種減少為14種，其中醇類、酚類、醛類、酯類、酮類和烷烴類物質(zhì)的種類和相對含量均大幅下降；烯類物質(zhì)的相對含量大幅增加；酸類物質(zhì)的種類減少，但相對含量大幅增加。這是因為發(fā)酵過程是在（43±1）℃

條件下進行的，在此過程中醇類、酚類、醛類、酯類和酮類等物質(zhì)會揮發(fā)一部分，同時這些物質(zhì)會在乳酸菌作用下發(fā)生氧化還原等反應形成化學性質(zhì)更穩(wěn)定的酸類等物質(zhì)，導致這些化學性質(zhì)活潑的物質(zhì)種類和含量減少。

后熟后的牦牛奶中的風味物質(zhì)與凝固后牦牛奶相比大幅增加，從14種增加到26種，其中醇類、酮類物質(zhì)種類和相對含量均大幅增加；烯類物質(zhì)種類減少，相對含量大幅減少；酚類、酯類物質(zhì)從無到有；酸類物質(zhì)種類增加，相對含量大幅減少；醛類物質(zhì)的種類和相對含量均大幅減少；烷烴類物質(zhì)相對含量大幅減少。后熟過程中醇類、醛類、酮類等物質(zhì)會與酸類物質(zhì)通過酯化反應形成酯類物質(zhì)；短鏈的酸類等物質(zhì)通過加成反應形成長鏈的酸類等物質(zhì)；同時由于溫度較低，這些酯類、酸類等風味物質(zhì)會留在牦牛酸奶中，使牦牛酸奶呈現(xiàn)特殊的風味。

后熟后牦牛奶的風味物質(zhì)從牦牛奶中的29種減少為26種，其中醇類物質(zhì)種類減少，但相對含量增加；烯類、醛類和烷烴類物質(zhì)的種類和相對含量均減少；酚類物質(zhì)的相對含量增加；酸類物質(zhì)的種類增加，但相對含量減少；酯類物質(zhì)的種類增加，相對含量也大幅增加；酮類物質(zhì)的種類和相對含量均增加。這主要是通過發(fā)酵和后熟過程，改變了牦牛奶原來的風味物質(zhì)組成，形成了牦牛酸奶的特殊風味物質(zhì)。

綜合來看，發(fā)酵減少了牦牛奶中的風味物質(zhì)種類，后熟增加了牦牛奶中風味物質(zhì)種類。由于在發(fā)酵過程中溫度較高，使得牦牛奶中原有的一些風味物質(zhì)揮發(fā)、降解或轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì)，導致了發(fā)酵后牦牛奶中的風味物質(zhì)種類減少；而后熟是牦牛奶凝固后在4 ℃冷藏24 h，在后熟過程中由于低溫延緩了乳酸菌對牦牛奶的發(fā)酵，促進了酯化反應的發(fā)生，同時低溫減少了風味物質(zhì)的揮發(fā)，有利于牦牛酸奶風味的形成和保存[13,31]。

3 結(jié)論

發(fā)酵降低了牦牛奶中的乳糖含量，增加了牦牛奶中總氨基酸、必需氨基酸、非必需氨基酸和風味氨基酸含量，減少了醇類、醛類和酯類物質(zhì)的種類和相對含量，但對脂肪酸含量的影響不顯著。后熟后的牦牛奶與發(fā)酵后的牦牛奶相比，乳糖、氨基酸、脂肪酸含量變化不顯著，但與發(fā)酵后的牦牛奶相比后熟使牦牛奶中的醇類、酚類、酯類、酮類物質(zhì)的種類和相對含量大幅增加。綜合來看，發(fā)酵促進了牦牛奶營養(yǎng)價值的提升，后熟促進了牦牛奶風味物質(zhì)的積累，發(fā)酵和后熟對牦牛奶營養(yǎng)和品質(zhì)提升有積極意義。