黃油中風味物質的研究進展

任敏，李志國，閆清泉，崔利敏，邊燕飛，宗學醒

內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司（呼和浩特 011500）

黃油是一種傳統食品，憑借其較高的營養價值和獨特宜人的風味而受到全世界各地消費者的喜愛[1]。黃油主要由甘油三酯（98%）、甘油二酯、甘油單酯和游離脂肪酸組成，乳脂肪酸的組成是所有油脂中最復雜的，已經測定出來的有500余種脂肪酸，脂肪酸組成的復雜性也導致了黃油風味物質組成的復雜性[2]。黃油的香氣成分取決于動物喂養、生產季節、制造工藝和儲存條件[3]。一般來說，根據生產工藝的不同，黃油主要分為兩種類型：甜性奶油和發酵（酸性）奶油。甜性奶油，來自未發酵的奶油，酸性奶油則是從接種發酵劑的奶油得到的。此外，酶解黃油也是目前的研究熱點，許多研究者通過脂肪酶、蛋白酶等酶類對黃油進行有控制的酶解反應，或將酶工程與發酵工程結合，旨在獲得更加獨特風味的黃油產品或用于制備奶味香精[1,4-5]。此外，黃油若存在生產、貯存過程的不當操作，極易產生異味，主要體現為魚腥味、酸敗味、苦臭味等風味，這些異味的產生與黃油制造、包裝和儲存過程中發生的脂質氧化、脂肪分解和微生物生長有關[6]。因此，深入了解黃油中的風味物質組成以及異味的形成，對于黃油的生產和應用尤為重要。

目前，許多方法已被用于分離黃油的揮發性化合物，例如固相微萃取（SPME）[7]、溶劑輔助風味蒸發（SAFE）[8]、高真空蒸餾（HVD）[9]、清洗和捕獲萃取（PTE）[10]、蒸汽蒸餾（SD）和固相萃取（SPE）[11]。氣相色譜與質譜聯用（GC-MS）通常用于鑒定和量化黃油中的揮發性化合物[12]。目前，儀器和感官技術相結合的方法也常被用于風味物質的檢測中，例如氣相色譜-嗅覺測定法（GC-O）以及氣相色譜-質譜-嗅覺測定法（GC-MS-O）[13-14]。隨著檢測技術手段的升級，對于黃油中的風味物質以及異味的鑒定也更加準確和全面。

對黃油的生產工藝、風味物質檢測手段的差異以及異味來源這三部分對黃油中的風味物質特征展開闡述，以期能對黃油風味有更深一步的了解，為黃油以及黃油味香精的生產提供理論依據。

1 黃油的生產過程與風味形成

黃油是由牛乳經過分離、殺菌、冷卻、發酵（甜性黃油無該步驟）、結晶熟化、攪拌、洗滌壓煉、調鹽（無鹽黃油無該步驟）、成型、包裝等操作而制成的[15]。生產過程中的操作對黃油風味的形成至關重要。黃油的特征風味化合物主要來自用于制造它的稀奶油。Pionnier等[16]通過GC-O技術分析了來自不同工藝（巴氏殺菌、滅菌、超高溫滅菌）和具有不同脂肪含量的稀奶油，研究確定了35種關鍵的氣味物質，如雙乙酰（奶油味）、2-戊酮（焦糖味、奶油味）、2-庚酮（乳制品味）、3-羥基-2-丁酮（奶油味）、二甲基三硫醚（白菜味）、2-壬酮（熱牛奶味）、乙酸（酸性）、糠醛（焦糖味）、丁酸（奶酪味）。奶油的香氣主要來自牛奶的水相和脂肪球膜[9]，而黃油的香氣主要來自脂肪部分中存在的揮發性化合物。

生產甜性奶油，經殺菌冷卻步驟后，便可送入稀奶油成熟罐中進行成熟。如果生產酸性奶油，則需要在稀奶油中添加產酸細菌進行發酵，使奶油能夠產生強烈的酸味和香氣。酸性奶油使用的發酵劑由乳球菌屬（Lactococcus）和明串珠菌屬（Leuconostoc）構成[17]。發酵產生的香味物質中，乳酸、丁二酮（雙乙酰）和醋酸是最重要的。有研究顯示，酸性黃油中雙乙酰、δ-癸內酯，(Z)-6-十二碳烯-γ-內酯、丁酸和己酸的含量較高，可能是由于在生產過程中添加到奶油中的乳酸菌所致[13]。

2 黃油風味物質的研究進展

黃油中的風味物質在很早之前已經開始被研究，黃油中的230多種香氣化合物已經被識別、量化[7]。內酯、醛類、短鏈脂肪酸和其他微量化合物已被確定為黃油香氣和乳制品的主要成分[18]。一些研究人員測試了不同的方法來確定黃油樣品中的揮發性化合物并得出不同的結論。Li等[19]使用同時蒸餾-萃取（SDE）和固相微萃取（SPME）評估黃油中關鍵香氣化合物的結果表明，使用SDE方法，甲基酮在揮發性化合物中所占比例最大，其次是脂肪酸。使用SPME方法，最豐富的化合物是脂肪酸，其次是內酯。由此可見，不同的分離技術對于黃油風味物質的描述也存在差異。

2.1 甜性黃油

關于甜性黃油揮發性成分的早期研究中，Siek等[20]通過蒸餾法在黃油脂肪中發現了100多種化合物，包括烷烴、烷酮、醇、酯、碳氫化合物和芳香族化合物。Sarrazin等[21]報道了γ-、δ-和ε-內酯在甜性黃油中作為關鍵香氣化合物的重要性。Lozano等[8]采用氣相色譜-質譜-嗅覺（GC-MS-O）測定法結合動態頂空分析（DHA）和溶劑輔助風味蒸發（SAFE），分析了商業甜性黃油的主要香氣化合物，主要為丁酸、δ-辛內酯、δ-癸內酯、1-辛烯-3-酮、2-乙酰基-1-吡咯啉、二甲基三硫化物和雙乙酰。不同的檢測方法以及黃油制作過程中的細微差異可能導致風味物質的差異。Peterson等[22-23]指出甜性黃油在105 ℃加熱15 min與新鮮甜奶油黃油的香氣不同。Tamura等[15]使用一種無需加熱的程序，即可更好地分離甜性黃油香氣的新方法，研究結果顯示，δ-十二內酯、δ-癸內酯、γ-癸內酯、乙醛和癸酸等23種化合物是對該黃油風味起到關鍵性作用的物質，與Lozano等[8]研究結果基本一致。

2.2 酸性黃油

酸性黃油與甜性黃油的最大區別在于：在成熟結晶步驟之前，增加了發酵工序。Schieberle等[24]在早期研究了普通酸性黃油、愛爾蘭酸性黃油以及德國農場酸性黃油的風味物質，并與甜性黃油風味物質進行了對比。結果表明，愛爾蘭酸性黃油顯示出最強烈的風味，芳香提取物稀釋分析方法（Aroma extract dilution analysis，AEDA）檢測到18種氣味活性化合物：雙乙酰、1-戊烯-3-酮、己醛、1-辛烯-3-酮、(Z,Z)-3，6-壬二烯醛、(E)-和(Z)-2-壬二烯醛、(E,E)-2，4-壬二烯醛、(E，E)-2，4-癸二烯醛、γ-辛內酯、反式-4，5-環氧-(E)-2-癸烯、糞臭素、δ-癸內酯、(Z)-6-十二碳烯-γ-內酯、乙酸、丁酸、己酸和一種具有脂肪-堅果氣味的未知化合物。其中δ-癸內酯、(Z)-6-十二碳烯-γ-內酯和雙乙酰的稀釋系數（FD）最高。普通酸性黃油中主要的風味物質為雙乙酰、δ-癸內酯(Z)-6-十二碳烯-γ-內酯、丁酸和己酸，這可能是黃油中添加乳酸菌發酵劑引起的。

傳統的酸性黃油例如墨西哥的一種傳統酸性黃油“Smen”中的風味物質具有代表性，早期的研究者使用氣相色譜-嗅覺測定法以及芳香提取物稀釋分析法對其風味物質進行測定，結果顯示丁酸和己酸是該黃油酸性部分中最主要的香氣成分，這與脂肪分解產香原理相同[25]。在最近的研究中，Salwa等[14]使用PTE和SAFE萃取方法，并通過氣相色譜-質譜-嗅覺（GCMS-O）聯用技術來表征“Smen”中的關鍵風味化合物。結果顯示，兩種萃取方法得到的風味物質種類和強度相似，共鑒定出34種揮發性化合物，包括酸、醇、酯和酮等，進一步使用AEDA分析法表征其中的強烈香氣成分，結果表明丁酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯、丁酸和己酸是“Smen”黃油中主要的強效呈味物質。

2.3 酶解黃油

酶解乳脂大多使用脂肪酶進行，通過對乳脂肪的酶解作用，可以進一步增強干酪、奶油的風味，改善乳制品的品質。乳脂肪在脂肪酶的作用下，使乳脂肪中的脂肪酸（飽和與不飽和）甘油三脂、酮酸和羥酸甘油三酯酶解成飽和及不飽和脂肪酸、酮酸和羥酸等。其中，中短鏈脂肪酸（C4～C14）含量豐富，它們具有較高的香氣貢獻度，是影響乳脂肪風味的主要因素。分解得到的脂肪酸經過重新組合和排列，形成不同碳鏈長度的酯類、甲基酮類和內酯類等風味物質，雖然含量較少，但對于香氣的貢獻程度很高，能夠賦予產品獨特而強烈的奶香味[26]。其中的β-酮酸在進一步反應中又能夠生成各種甲基酮類，主要有甲基戊酮、甲基庚酮、甲基壬酮和甲基十一酮。羥酸生成各種δ-內酯（如有δ-辛內酯、δ-十二內酯等偶數碳內酯）和γ-內酯。這些甲基酮類和δ、γ內酯含量同樣不高，但對乳香味的形成貢獻很大[27]。

國外在20世紀90年代就已經開始研究通過脂肪酶水解乳脂用于乳制品增香。例如，Balc?o等[28]采用脂肪酶對乳脂肪進行酶解，獲得具有濃郁奶香的酶解物。近些年，國內也開始對酶解稀奶油、黃油展開研究。陳影[29]利用解脂假絲酵母脂肪酶對奶油進行水解，獲得了乙酸、丁酸和己酸含量較高的奶油制品。劉志東[1]對脂肪酶催化黃油的風味物質變化進行研究，結果表明不同底物體系下的黃油酶解產物中的主要風味物質為酮類、脂肪酸類和酯類物質，黃油和酶解物中都含有2-庚酮、丁酸、己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、十四酸和棕櫚酸等中、短碳鏈的脂肪酸，但組成和含量有所不同。因此，不同的酶解體系對于黃油酶解風味物質的組成和含量有較大影響。胡鵬麗等[30]使用脂肪酶結合磷脂酶的雙酶法對稀奶油進行酶解，制得香氣純正、濃郁的奶味香精，通過GC/MS分析，酶解產物的風味物質主要是丁酸、辛酸、癸酸和一些內酯等物質。綜上所示，酶解黃油在乳脂增香以及生產乳味、香精方面存在巨大潛力和研究空間，而酶解產物的類型與底物組成、濃度、脂肪酶的種類等有關。

3 黃油中異味的產生

黃油的獨特香氣取決于所含風味化合物濃度的微妙平衡，揮發性和非揮發性化合物之間的相互作用。任何外界因素或本身成分的變化而打破這種平衡，都會導致異味的產生和發展[31]。

3.1 氧化作用引起的黃油異味

黃油和乳制品中的氧化異味常常被描述為紙板味、金屬味、魚腥味和油漆味，主要由于不飽和脂肪酸在氧氣的作用下轉化為氫過氧化物，然后分解為次級氧化產物，如丙二醛（MDA）、丙醛、戊醛和己醛等[32]。初級氧化產物一般是無味的，而次級氧化產物中部分物質具有強烈的氣味，在較高濃度下會引起異味[33]。

Badings[34]研究了有氧化味道的黃油，其中包括己醛、庚醛、(E)-2-壬烯醛、(E,E)-2, 4-庚二烯醛、(Z)-4-庚烯醛、(E,Z)-2, 4-癸烯醛、(E,Z)-2, 6-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇和1-辛烯-3-酮等物質。采用AEDA方法對無異味黃油和存在異味黃油在貯藏期間風味化合物進行分析，結果顯示(E)-2-壬烯醛、(Z)-2-壬烯醛、(Z)-4-庚烯醛和1-辛烯-3-酮的稀釋因子隨著貯藏期的增加而增加。Widder等[35]對黃油的感官研究得出的結論是：(E)-2-壬烯醛、(Z)-2-壬烯醛是造成黃油產生“氧化”異味的原因。

3.2 光照引起的黃油異味

暴露在光照下的黃油和乳制品中的異味可能是由蛋白質降解產生的，這會導致黃油產生焦味、卷心菜和蘑菇氣味，以及光誘導的脂質氧化，會產生紙板、金屬、牛油和油膩的異味[36]。眾所周知，乳制品對光非常敏感，因為它含有大量光敏劑核黃素（維生素B2），當光敏劑在食物中被激活并與氨基酸或脂質等底物發生反應時，就會發生光氧化。Koyuncu等[37]研究結果顯示，在光照下儲存的黃油樣品中醛類含量最高，包括己醛、戊醛和壬醛。

3.3 脂肪分解引起的黃油異味

脂肪分解異味，通常被描述為羊膻味或肥皂味，是由脂蛋白脂肪酶引起的。脂肪酶通常被蛋白質封閉，例如酪蛋白膠束，防止與脂肪球直接接觸。當保護脂肪球的雙層膜因攪動而被破壞時，會發生脂肪分解，從而產生腐臭的氣味。這些異味主要是由于游離脂肪酸的增加[38]。Schieberle等[39]分析了傳統酸奶油黃油，樣品顯示出酸臭和出汗的氣味，這是由于脂肪分解形成的高濃度丁酸和己酸所致。

3.4 微生物引起的黃油異味

黃油中的微生物異味是原料奶中微生物產生的代謝產物引起的，或由于在制造和儲存過程中發生的連續污染。奶油或黃油中的霉味通常是由于假單胞菌屬產生的2-甲氧基-3-烷基吡嗪引起的。在黃油中偶爾會發現麥芽味的異味，這是由乳酸鏈球菌麥芽變種產生的3-甲基丁醛和2-甲基丁醛引起的[13]。

4 結語

黃油中的風味物質受到諸多因素的影響，包括生產工藝、地域、儲運條件等，對于風味物質鑒定的手段也多種多樣。隨著檢測技術的成熟，許多研究通過儀器方法和感官技術相結合的方式，對黃油中的關鍵風味物質進行鑒定和量化，對于不同狀態、不同環境因素下導致黃油風味物質的變化研究也逐漸完善。通過對黃油中風味物質的闡述，對于黃油的安全生產、風味的多樣化以及黃油在奶味香精的制備方面提供重要的理論依據。