4種蛋白質粉末原料的氣味穩定性對比研究

董運海，楊萌，楊子忠，陳智仙，程倩，張海波

1. 酵母功能湖北省重點實驗室（宜昌 443003）；2. 安琪酵母股份有限公司（宜昌 443003）

蛋白質粉末作為常見的食品配料，普遍是經噴霧干燥工藝得到的疏松多孔狀粉末，孔隙率較大，駐留較多的空氣[1-3]。在儲存過程中，蛋白原料中的脂肪與氧氣發生相互作用，逐漸被氧化酸敗，產生“哈喇”特征風味，從而導致蛋白原料出現氣味變化，閾值達到人們可感知程度后，原料即到了貨架期末尾[4-6]。脂肪含量較高的蛋白質粉末原料一般保質期較短，如豆漿粉（脂肪含量＞10%）、全脂乳粉（脂肪含量＞25%）等的保質期一般低于15個月。而除去大部分脂肪后的脫脂乳粉（脂肪含量＜2%），保質期可以達到24個月。蛋白原料中的脂肪會明顯影響產品的穩定性和保質期[7-8]。

以大豆分離蛋白和濃縮乳清蛋白為代表的蛋白粉末是食品工業重要的商品化蛋白原料。食用酵母粉是釀酒酵母經發酵富集培養后，經濃縮、滅活、干燥獲得的菌體，可作用食品配料[9-10]。酵母蛋白是將食用酵母粉進一步提取分離，去除部分非蛋白成分后的高蛋白粉末產品[11]。表1總結4種高蛋白粉末原料的營養素成分典型值。除開具有高含量的蛋白質外，四種蛋白原料都有相似含量的水分和灰分，以及不同含量的碳水化合物。食用酵母粉、酵母蛋白和大豆分離蛋白的脂肪含量都小于5 g/100 g，濃縮乳清蛋白的脂肪含量較高一些。

國內使用的4種原料都具有相同的保質期（24個月）。但當蛋白原料與礦物質原料復配使用時，礦物質原料可能影響蛋白原料的穩定性，這在營養包等產品中也被證實[4,12]。

為了對比大豆分離蛋白、濃縮乳清蛋白、食用酵母粉、酵母蛋白的穩定性差異，試驗將4種高蛋白原料分別與鈣、鐵、鋅等常用礦物質化合物混合復配，采用加速穩定性試驗方法，用感官分析，以及頂空固相微萃?。℉eadspace solid phase microextraction，HSSPME）和氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）技術考察樣品的氣味穩定性變化情況。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

食用酵母粉[安琪酵母（柳州）有限公司]；酵母蛋白[安琪酵母（崇左）有限公司]；大豆分離蛋白（杜邦雙匯漯河食品有限公司）；濃縮乳清蛋白（愛爾蘭哥蘭比亞營養有限公司）。4種原料的生產日期都在試驗開始前6個月內。碳酸鈣（宜都大恒碳酸鈣開發有限公司）；焦磷酸鐵、檸檬酸鋅（南通勵成生物工程有限公司）；復合鋁膜（PET/AL/PE，鋁層厚度7 nm，湖北宏裕新型包材股份有限公司）。

藥品穩定性試驗箱（上海一恒科學儀器有限公司）；GC-MS氣質聯用儀（美國安捷倫公司）；頂空分析自動進樣器（德國GERSTEL公司）；50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭（美國Supelco公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備

礦物質預混料：將碳酸鈣、焦磷酸鐵、檸檬酸鋅按10︰3︰2的比例稱量后復配混合均勻。

獨立組：大豆分離蛋白、濃縮乳清蛋白、食用酵母粉、酵母蛋白4種樣品，分別用復合鋁膜袋包裝，每袋裝入6.0 g，不排氣密封。

復配組：大豆分離蛋白、濃縮乳清蛋白、食用酵母粉、酵母蛋白4種樣品各取600 g，分別添加礦物質預混料31.5 g，混合均勻后分別用復合鋁膜袋包裝，每袋裝入6.0 g，不排氣密封。

1.2.2 加速穩定性試驗方案

留8種樣品各一袋用于第0個月感官和儀器分析，其余樣品放置于藥品穩定性試驗箱中，條件設置為40 ℃，相對濕度75%，加速試驗時間6個月。試驗期間每1個月各取8種樣品用于感官分析，并在第3和第6個月取樣用于儀器分析。

1.2.3 感官分析方法

參考GB/T 16291.1—2012《感官分析 選拔、培訓與管理評價員一般導則 第1部分：優選評價員》[13]，選拔、培訓10名優選評價員進行感官評價。不同溫度保存的樣品在恒溫間放置1 h后，根據表2感官評分標準，以冷藏的獨立組樣品作為對照，對樣品的氣味進行打分，取平均值。

表2 感官評價評分標準

1.2.4 固相萃取方法

采用HS-SPME對樣品的揮發性氣味化合物進行提取和富集。稱取1.0 g樣品。將稱取好的樣品立即用帶有硅橡膠墊的瓶蓋密封，放入旋轉振蕩器中，50 ℃平衡30 min，用DVB/CAR/PDMS復合萃取頭在50 ℃下萃取30 min，進樣，250 ℃解析5 min。

1.2.5 氣相色譜和質譜條件

色譜柱為DB-Heavy WAX毛細管柱（30 m×0.25 mm，膜厚0.25 μm）。程序升溫：初始溫度40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升至70 ℃，以2 ℃/min升至100 ℃，以10 ℃/min升至250 ℃，保持3 min；以高純氦氣為載氣，流速1.66 mL/min；進樣方式采用不分流模式；離子源溫度230 ℃；傳輸線溫度250 ℃；電離方式EI；電子能量70 eV；掃描質量范圍（m/z）40~500 Da；數據采集方式采用全掃描。

1.2.6 定性與定量分析

1.2.6.1 定性分析

化合物經計算機檢索與NIST數據庫相匹配。選取匹配度＞80%的檢索結果，并結合文獻報道的已知化合物確認檢測物成分。

1.2.6.2 定量分析

以揮發性氣味化合物的峰面積100 000作為基準1，計算不同樣品的不同揮發性化學組分的相對百分含量。

2 結果與分析

2.1 感官評價獨立組和復配組的氣味變化

樣品經復合鋁膜袋密封包裝后，加速條件下放置6個月。其間每月取各組樣品進行感官分析，結果如圖1和圖2。復配組樣品出現氣味變化出現的時間都明顯快于獨立組樣品，氣味變化的程度也明顯高于獨立組樣品。特別是大豆分離蛋白、濃縮乳清蛋白的復配組樣品，在加速試驗1個月時出現香味減少，異味開始散發的現象；而在加速試驗2個月時出現可被感知的哈喇味。

圖1 4種蛋白粉末獨立組樣品的感官評價結果

圖2 4種蛋白粉末復配組樣品的感官評價結果

另外，獨立組樣品大豆分離蛋白、濃縮乳清蛋白在加速放置過程中也在緩慢出現氣味變化，主要體現在加速放置3~4個月后，大豆的清香和乳制品的奶香風味等蛋白本身特有風味的消失。食用酵母粉和酵母蛋白獨立組樣品在加速條件放置并未出現明顯的氣味變化。

食用酵母粉和酵母蛋白分別與礦物質復配后，在加速試驗過程中未出現氣味的顯著變化，顯示出2種原料與礦物質復配時良好的穩定性。

2.2 GC-MS分析樣品的揮發性成分變化

采用頂空固相微萃取法對獨立組和復配組樣品在加速條件放置0，3和6個月后的揮發性物質進行富集，利用GC-MS對樣品中的風味物質進行檢測分析。

橫向對比每種蛋白粉末復配組和獨立組檢測，發現復配組樣品檢測得到的化合物種類與獨立組樣品一致或更豐富；縱向對比每種蛋白粉末不同時間的檢測結果，發現隨著加速時間的延長，樣品檢測得到的化合物種類也更豐富。由表3可知，4種蛋白質粉末揮發性物質最豐富的樣品，即加速試驗6個月后復配組樣品中檢測得到各自所有揮發性成分?？梢姡蠖狗蛛x蛋白復配組樣品檢測出的化合物最多，共23種；酵母蛋白復配組樣品的化合物最少，只有10種；濃縮乳清蛋白和食用酵母粉分別檢測出22和13種揮發性化合物。

另外，從表3可見，揮發性物質以醛類和酮類化合物為主。醛類和酮類化合物的風味閾值都很低[14]。醛類一般認為是哈喇味的重要成分之一，主要來源于不飽和脂肪酸的氧化降解；酮類化合物同樣來自于不飽和脂肪酸的裂解，通常對香氣貢獻較大[15]。另外，2-戊基呋喃閾值較低，對氣味有很大貢獻，在低濃度時有金屬味、豆腥味[16]。

表3 4種蛋白粉末復配組樣品加速條件放置6個月后所有揮發性成分檢測結果

根據周宸丞等[15]的研究結論，醛類化合物和2-正戊基呋喃是營養包中產生哈喇味的主要因素。營養包與復配組的組成相似，都有蛋白粉末原料和礦物質成分。因此，對揮發性成分的分析結果進行篩選，保留所有醛類化合物和2-正戊基呋喃，以及乙酸和吲哚，4種蛋白原料在加速試驗不同時期的揮發性成分分析結果如表4和表5所示。

由表4可知，濃縮乳清蛋白和大豆分離蛋白原料各自的獨立組和復配組的揮發性化合物組成在加速放置開始前（0個月）基本相似，原因是礦物質本身無明顯風味，未對蛋白原料風味產生影響。加速試驗開始后，復配組和獨立組的揮發性化合物組成發生明顯偏離。

表4 濃縮乳清蛋白和大豆分離蛋白獨立組和復配組樣品在加速條件放置0，3和6個月后部分揮發性成分相對峰面積

己醛有明顯腥味，被認為是脂肪酸氧化變質的標志產物，己醛含量也被認為與樣品的氧化程度密切相關[17]。濃縮乳清蛋白樣品的己醛含量在復配組加速試驗中出現顯著上升，第6個月時的含量是獨立組的約10倍。同時，己醛也是大豆中的關鍵性風味化合物[18-19]。大豆分離蛋白獨立組樣品在加速試驗中出現己醛含量明顯上升，但復配組更明顯。辛醛也表現出類似特點。另外，庚醛、2-正戊基呋喃、壬醛在大豆分離蛋白樣品加速試驗中復配組的相對峰面積也明顯更大。

此外，在加速試驗中，復配組樣品相較于獨立組還額外產生部分揮發性成分。如濃縮乳清蛋白復配組樣品產生庚醛、2-正戊基呋喃、2-丁基-2-辛烯醛等揮發性成分；大豆分離蛋白復配組樣品產生2-丁基-2-辛烯醛、（E,E）-2, 4-壬二烯醛、乙酸等揮發性成分。

許多醛類化合物在低濃度時都有愉悅的香味，如低濃度時的戊醛果香味，已醛有清香味，庚醛有豆奶香味[20]。壬醛被證明是大豆中天然存在的香氣成分[21]，在乳清蛋白中也是典型風味成分[22]。但同一風味物質在不同濃度或不同環境體系時表現千差萬別，超過一定的閾值后就可能在感官上表現出完全不同的感官特征[23]。如在高濃度時己醛表現出腥味，庚醛、辛醛和壬醛都表現出油脂味和魚腥味[14]。

牛乳中以飽和脂肪酸為主，但也有少量的油酸、亞油酸和亞麻酸[24-25]。而大豆油脂中油酸、亞油酸和亞麻酸的含量較高。壬醛由油酸裂解產生，己醛、庚醛、2-正戊基呋喃都是亞油酸的氧化裂解產物，（E,E）-2, 4-壬二烯醛是亞麻酸的裂解產物[15]。揮發性成分的分析結果表明，2種蛋白原料與礦物質復配后在加速放置過程中氣味變化的原因，即蛋白原料中殘留的脂肪酸被氧化裂解產生異味。

食用酵母粉和酵母蛋白原料本身的揮發性化合物不多，而且在加速試驗中也沒有新的化合物產生。多數醛類化合物都未檢出，所以未在表5中顯示。無論是獨立組，還是復配組樣品，能檢出的化合物在加速試驗中未出現急劇升高的現象，反而是部分化合物有相對峰面積下降的趨勢。

表5 食用酵母粉和酵母蛋白獨立組和復配組樣品在加速條件放置0，3和6個月后部分揮發性成分相對峰面積

食用酵母粉和酵母蛋白原料樣品的儀器分析結果，也進一步驗證感官分析的結果，即在加速試驗中，2種蛋白的獨立組和復配組樣品并未出現氣味的顯著變化。

2.3 氣味變化差異分析

碳酸鈣中含有一些游離金屬離子如Cu2+、Mn2+等雜質，以及焦硫酸鐵中游離的Fe2+都會對脂肪的氧化酸敗起催化作用[6]。過渡金屬離子被認為能降低油脂氧化反應初始階段的活化能，加速氧化中間產物氫過氧化物的分解[26]。以此能解釋大豆分離蛋白和濃縮乳清蛋白在與礦物質預混料復配后出現的氣味變化加速和加劇的現象。

酵母也含有比較豐富的不飽和脂肪酸[27-28]。然而，食用酵母粉和酵母蛋白并未變現出礦物質對其氣味變化顯著影響的現象。從表3結果可知，相較于大豆分離蛋白和濃縮乳清蛋白，食用酵母粉和酵母蛋白原料樣品的氣味成分明顯少很多。食用酵母粉和酵母蛋白粉末的生產中并未暴露過多能產生揮發性物質的成分，所以本身氣味更簡單。另外，經顯微觀察發現，食用酵母粉和酵母蛋白的顆粒都保留有酵母細胞壁結構，將蛋白質及其他成分包裹在內。由于細胞壁的保護，2種原料與礦物質化合物復配后并未發生殘留脂肪與礦物質的緊密接觸，從而阻止脂肪酸與金屬離子的相互作用。這可能是食用酵母粉和酵母蛋白原料氣味變化微弱的原因。

3 結論

試驗將大豆分離蛋白、濃縮乳清蛋白、食用酵母粉和酵母蛋白4種蛋白質粉末原料分別與常見的鈣、鐵、鋅3種礦物質化合物進行混合復配，用感官分析對比樣品在加速放置試驗過程中的氣味變化，并用頂空固相微萃取-氣質聯用技術對樣品的揮發性成分進行分析。感官分析結果表明，大豆分離蛋白和濃縮乳清蛋白原料樣品在與礦物質復配后，加速試驗過程中出現顯著的氣味變化，與獨立樣品相比，氣味變化加快且哈敗氣味濃烈。食用酵母粉和酵母蛋白并未出現明顯的氣味變化。儀器分析結果表明，大豆分離蛋白和濃縮乳清蛋白原料中的不飽和脂肪酸在礦物質化合物中金屬離子的催化下，氧化裂解釋放出多種醛類和其他揮發性化合物，導致氣味變化。食用酵母粉和酵母蛋白由于本身氣味成分簡單，以及細胞壁對油脂的包裹隔離作用，從而并未被礦物質化合物影響，在加速試驗中氣味變化不明顯。