成品发酵乳主要风味物质与风味指标的相关性研究

刘景，孙克杰，郭本恒

（光明乳业股份有限公司乳业研究院，上海 200436）

成品发酵乳主要风味物质与风味指标的相关性研究

刘景，孙克杰，郭本恒

（光明乳业股份有限公司乳业研究院，上海 200436）

研究成品发酵乳在4℃、室温和37℃储存条件下主要风味物质的变化，包括羰基化合物乙醛、双乙酰以及挥发酸和酸性物质，同时考察发酵乳的风味强度和风味协调性等感官品评指标。结果显示发酵乳的主要风味化合物质量分数均呈增加趋势，且增长速度先快后慢。风味比较协调的发酵乳，其乙醛与双乙酰质量分数的比例在0.56-0.70之间。风味物质和风味评分分数的相关分析证明，发酵乳中的各风味化合物相关显著，且对发酵乳的风味强度和风味协调性均有不同程度的影响。

乙醛；双乙酰；酸；发酵乳；风味

0 引 言

发酵乳是利用益生菌为主的微生物接种于新鲜牛乳而得的食品[1]。对其风味的研究通常选取几种主要物质作为研究对象，如梅林等[2]选择醛酮化合物、粘度和酸度等主要理化指标；Ott[3]和Lo C.G.[4]选择羰基类物质；李锋[5]等则选择有机酸和挥发性物质。以乙醛和双乙酰为主的羰基化合物和以低碳链脂肪酸为主的挥发性酸类一起构成发酵乳香气的主体[6]。

储存期内发酵乳在不同的保存条件下，风味物质质量分数随着时间发生改变，风味也发生不同程度的变化。本研究从羰基化合物和挥发酸等主要风味物质出发，运用数学工具分析风味物质和风味指标间的相互关系，探讨发酵乳风味变化的规律和主因，对发酵乳风味的改良控制、产品工业化生产以及储藏运输条件方面具有一定的理论指导作用。

1 实 验

1.1 材料与仪器

试剂：酚试剂（C8H9N3S·HCl·H2O，分析纯），邻苯二胺（化学纯），乙醛（40%，分析纯），双乙酰（2,3-丁二酮，化学纯），十二水合硫酸铁（III）铵（硫酸高铁铵，分析纯），盐酸（分析纯），氢氧化钠（分析纯）。

材料：发酵乳样品为同批次生产的成品盒装发酵酸奶，样品在4℃、室温（20℃±2℃）、37℃下保存放置一定时间后待研究。

仪器：SPECORD 205型分光光度计，DK-8D型电热恒温水浴锅，双乙酰蒸馏器，GNP-927型隔水式恒温培养箱，Heco CXC-06双门冷藏箱。

1.2 方法

1.2.1 酚试剂分光光度法测定乙醛

称取20 g发酵乳样品于双乙酰蒸馏器进行水蒸气蒸馏，冷凝收集20 mL馏出液待测。取5.0 mL馏出液（空白为5.0 mL水）和2.5 mL质量浓度为0.02%（w/v）的酚试剂溶液用水定容至50 mL，混合后静止反应30 min后，于反应液中取出5.0 mL，加入2.0 mL质量浓度为0.02%（w/v）的酚试剂溶液和0.5 mL质量浓度为1%（w/v）硫酸铁铵溶液，43℃恒温水浴20 min后冷却，立即在630 nm处测定吸光度，重复3次。实验结果由乙醛标准溶液工作曲线计算得出相应乙醛质量分数。

1.2.2 邻苯二胺法测定双乙酰

称取20 g发酵乳样品进行水蒸气蒸馏，冷凝收集20 mL馏出液。分别吸取10 mL馏出液加入两支试管中，样品管加入0.5 mL邻苯二胺溶液（1%，浓度为4 moL/L盐酸溶解），充分振荡混合后置于暗处放置反应20～30 min，再加入4 moL/L盐酸溶液2.0 mL；空白管加入4 moL/L盐酸溶液2.5 mL。于波长335 nm处测定样品吸光度，重复三次。测定操作在20 min内完成。实验结果由双乙酰标准溶液工作曲线计算得出相应双乙酰质量分数。

1.2.3 挥发酸的蒸馏滴定

称取加入1 mL磷酸 （使结合态的挥发酸为游离态）的20 g发酵乳样品进行蒸馏，冷凝收集15 mL馏出液，用已煮沸去除CO2的蒸馏水补足至30 mL。在馏出液中加入1～2滴酚酞乙醇溶液，摇匀后用浓度为0.01 mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至微粉红色，于30 s内不消失为止。同时作空白实验。结果计为乙酸的质量分数。

1.2.4 发酵乳酸度的测定

发酵乳酸度的测定参见文献[7]。

1.3 发酵乳风味的感官品评

选取多位具有乳品感官品评经验的品评人员（n≥9）对发酵乳样品进行感官品评，并以表1所示评分标准对其风味作出评定并打分，最终结果取平均值。

表1 发酵乳风味感官品评标准（5分制）

1.4 相关性分析

数据的相关性分析采用SPSS 13.0 for Windows软件。

2 结果与讨论

2.1 发酵乳在4℃储存时风味物质质量分数的变化

4℃下储存不同时间的发酵乳样品中乙醛和双乙酰的质量分数结果如图1所示。由图1可以看出，发酵乳中乙醛和双乙酰等羰基物质质量分数都呈增加趋势，且增加速度为开始较大后逐渐减小。其中，乙醛质量分数的变化范围为8.22～13.56 μg/g，双乙酰质量分数的变化范围为10.27～26.84 μg/g。双乙酰质量分数的变化与乙醛相比更为明显。

发酵乳中的菌种在4℃储存条件下仍然具有一定活力，羰基化合物即为其代谢产物之一。因此，发酵乳中的羰基物质随着储存时间的增加积累呈增长趋势。并且由于菌种在储存期前期活力相对较高，代谢速度相对较快，羰基物增长速度较快；而后期由于活力下降，代谢减缓，增长速度随之减慢。

由图2可以看出，发酵乳中的挥发酸和滴定酸度在4℃下都呈逐渐增加的变化，且增加速度先快后慢。这可能是因为在发酵乳储存前期，发酵菌种代谢产酸共同作用，挥发酸和滴定酸度增长较快；而在储存后期，由于酸性物质累积造成的高酸性环境抑制了菌种的代谢，导致挥发酸含量和滴定酸度增长趋于平缓。

滴定酸度表示的是发酵乳中所有酸性物质的质量分数，包括挥发性酸和不挥发性酸类。酸类物质是发酵乳主要风味物质之一。但通常研究一般认为发酵乳中对风味贡献较大的是不挥发的乳酸，乳酸作为主体酸是最主要的滋味物质[8]。而以乙酸为代表的挥发性酸，虽然质量分数较高，但对发酵乳的气味贡献相比不明显[9]。

2.2 发酵乳在4℃储存时风味物质与风味的关系

2.2.1 风味物质与风味指标的变化

4℃下不同储存时间发酵乳的风味品评结果与相应的羰基物质质量分数比例测定结果如表2所示。

发酵乳的风味协调感与储存期长短并不直接相关，但与羰基物质的质量分数和比例存在一定关系。由表2可知，发酵乳中乙醛和双乙酰的质量分数比例在一定范围时,才会得到比较好的感官品评结果（品评为“中等”及以上，风味协调性分数≥3）。早在1967年,Bottazzi和Dellaglio认为单一的嗜热链球菌菌株产生的双乙酰和乙醛比例为1∶1时，可以得到所希望的酸乳香气[10]。华朝丽等[11]曾报道,当乙醛质量分数/双乙酰质量分数在0.22～0.33范围里时，酸奶才呈现出协调的芳香味。余华等[12]认为最佳风味酸乳中乙醛和丙酮的比例为2.8∶1。本研究结果表明，4℃低温储存下的发酵乳样品，当乙醛与双乙酰质量分数的比例在0.56～0.70之间时，发酵乳的感官品评比较令人满意,即感官品评评价为“中等”及以上，或风味协调性分数≥3。

表2 发酵乳风味评价与羰基化合物比例（4℃）

2.2.2 风味物质与风味的相关性

对以上所得风味物质质量分数及风味品评评分结果进行相关性分析，结果如表3所示。

表3 发酵乳中风味物质与风味品评分数的相关系数（4℃）

由表3可以看出，储存在4℃下发酵乳中的风味物质乙醛、双乙酰、挥发酸以及酸性物质两两相关显著。发酵乳中的风味物质主要是由于菌种代谢产生，由于羰基类物质和酸类物质在发酵菌种的代谢流中是一个整体，因此在风味物质的相关性中表现出很强的相关关系。其中，乙醛与双乙酰的相关系数最大（0.956），这两种羰基类化合物也是发酵乳中主要的风味物质，属于乳酸菌柠檬酸代谢途径产物，在一定条件下可通过氧化还原或酶的作用相互转化[13]。在考察发酵乳主要风味物质时，乙醛和双乙酰息息相关、不可分割。

发酵乳中的风味物质对风味强度均有所贡献，其中以乙醛贡献为最大（相关系数为0.650），其后依次为酸性物质）、挥发酸、双乙酰等。由此可见，挥发酸对发酵乳风味作用不明显[8,9]的结论在某种程度上并不一定正确。挥发酸至少对发酵乳的风味强度有相对较大的影响。各风味物质对发酵乳的风味协调性和风味强度均有不同程度的作用。发酵乳的风味，是由各种主要风味物质共同组成的一个复杂的整体。

2.3 室温储存时风味物质与风味的关系

2.3.1 室温条件下风味物质质量分数的变化

在室温（20℃±2℃）下储存不同时间的发酵乳中乙醛和双乙酰等羰基物质质量分数在室温储存过程中都呈增加趋势，其后增长速度变缓，如图3所示。由于菌种在储存期前期活力相对较高，代谢速度和羰基物增长速度相对较快；后期由于活力下降，代谢速度和羰基物增长速度也随之减慢。

由图4可知，发酵乳中的挥发酸质量分数和滴定酸度在室温储存下均呈增加趋势，前期增长速度较快，其后增长速度变缓，逐渐趋于稳定。这也是因为储存前期发酵混合菌种共同代谢产酸，储存后期酸性物质累积造成的高酸性环境抑制菌种代谢。

2.3.2 室温条件下风味物质与风味指标的变化

室温下发酵乳风味品评结果与相应的羰基物质比例测定结果如表4所示。综合表3和表4可以看出，发酵乳感官品评结果较好的样品，其乙醛和双乙酰的质量分数比例范围（0.56～0.72）与2.2.1中羰基物比例范围（0.56～0.70）基本重叠。但是，并不是所有乙醛/双乙酰比例在此范围内的样品，感官品评的风味协调性结果都能令人满意 （比如样品5#和6#）。由此可以得出推论，乙醛/双乙酰比并不是发酵乳风味协调性的唯一指标。发酵乳的风味协调感是由多种主要风味物质共同作用的整体评价，羰基化合物质量分数是主要指标之一，但不是唯一指标。

表4 发酵乳风味评价与羰基化合物比例（室温）

当发酵乳储存在较高温度时，其中发酵菌种的代谢相对活跃，产生的各种风味物质质量分数也较多，因此，室温储存下发酵乳样品感官评价描述偏于“风味浓郁”，风味强度的品评分数也较高。

2.3.3 室温条件下风味物质与风味的相关性

表5 发酵乳中风味物质与风味品评分数的相关系数（室温）

储存在室温下发酵乳中的风味物质乙醛、双乙酰、挥发酸以及酸性物质两两相关显著。当发酵乳储存在室温下时，挥发酸和酸类物质与羰基物质的关系非常紧密（相关系数分别为0.982和0.980），这可能是由于温度的升高，乳酸菌的产酸和产香同时进行，共同构成一个相互关联的复杂体系。

发酵乳中各风味物质与风味强度的相关系数均大于0.8，且相关性在α=0.05水平显著。室温储存下发酵乳中的主要风味物质对风味强度均有贡献。证明了挥发酸和酸性物质与羰基化合物一样，对室温储存下的发酵乳的风味强度有较大的影响。而从相关系数上看，各风味物质与风味协调性的相关关系并不明显。

2.437 ℃储存时风味物质与风味关系

2.4.1 风味物质质量分数的变化（37℃）

在37℃下储存不同时间的发酵乳样品风味物质结果如图5、图6所示。发酵乳中乙醛和双乙酰等羰基物质质量分数在37℃储存过程中都呈增加趋势，且增加速度相对较快。在高温（37℃）储存的0～2 h内，发酵乳中羰基化合物质量分数的增长幅度远远大于4℃和室温下储存的样品。高温对发酵乳中发酵菌种的生长和其代谢产物之一羰基物的变化影响非常明显。

2.4.2 37℃储存风味物质与风味指标的变化

37℃下发酵乳中的羰基物质比例都在0.56～0.70范围之外，风味协调性分数均＜3。因此羰基化合物比例合理是发酵乳风味协调的必要非充分条件。而由于高温作用，菌种代谢产生的风味物质较多，因此风味强度分数相对也较高（2.67～3.56）（数据未列出）。

2.4.3 37℃储存风味物质与风味的相关性

对以上所得风味物质质量分数及风味品评评分结果进行相关性分析，结果如表6所示。由表5以及与前表的比较可知，除挥发酸和酸度之外，乙醛、双乙酰、挥发酸以及酸性物质两两相关显著。其中，乙醛与双乙酰的相关系数最大（相关系数为0.947）。

表6 发酵乳中风味物质与风味品评分数的相关系数（37℃）

值得注意的是，体现发酵乳酸度的酸性物质与风味强度相关不再显著，而与风味协调性体现显著的负相关关系（相关系数-0.887）。当储存在相对高温下，如37℃时，发酵乳中各风味物质质量分数相对较高，酸类物质对风味协调性有相当大的负面影响。

2.5 不同储存条件下风味物质与风味关系

将以上同批次发酵乳在不同温度下风味物质（乙醛、双乙酰、挥发酸、酸类物质等）与风味指标（风味强度和风味协调性）综合分析，运用数学手段分析风味物质与风味指标之间的关系，结果如表7所示。

表7 不同储存温度下发酵乳中风味物质与风味品评分数的相关系数

由表7可以看出，除了乙醛和双乙酰之间的相关关系，发酵乳中风味物质乙醛、双乙酰、挥发酸以及酸性物质两两相关显著。发酵乳中的挥发酸和酸性物质与风味强度均在α=0.05水平上显著相关，其中发酵乳中的乙醛与风味协调性相关非常显著 （相关系数为-0.666），挥发酸与风味协调性相关显著（相关系数为-0.487）。由此可见，发酵乳中各风味物质，包括羰基化合物、挥发酸以及酸类物质，对发酵乳的风味协调性和风味强度均有不同程度的影响。发酵乳的风味，是由各种主要风味物质共同组成的一个复杂的整体。

3 结束语

本研究通过对储存在不同温度、不同时间下的成品发酵乳的风味物质及风味指标进行研究，揭示了冷藏条件下成品发酵乳中风味物质的变化规律，以及发酵乳风味感官变化情况。通过数据分析，得到发酵乳风味物质之间及其与风味指标的相关关系规律，对发酵乳风味研究有理论和实践上的积极作用。

由于食品风味化学涉及的化合物种类繁多，各种物质风味特性也不尽相同。在其后的研究中，可以通过增加样品种类和数量、扩大风味物质研究种类、以及运用更适合的数学分析工具对发酵乳的风味化学进行更为深入的分析，深入揭示发酵乳风味物质与风味之间的复杂关系。

[1]郭本恒.酸奶[M].北京：化学工业出版社,2003：186-195.

[2]梅林,王志耕.酸奶、乳酸菌饮料风味及其部分理化特性的研究[J].乳业科学与技术,2004,106（1）：17-19.

[3]OTT A,HUGL A,BAUMGARTNER M,et al.Sensory Investigation of Yogurt Flavor Perception：Mutual Influence of Volatiles and Acidity[J].J.Agric.Food Chem.,2000（48）：441-450.

[4]LO C G,LEE K D,RICHTER L,et al.Influence of Guar Gum on the Distribution of some Flavor Compounds in Acidified Milk Products[J].J.Dairy Sci.,1996 79：2081-2090.

[5]李锋,华欲飞.大豆酸奶的风味物质研究[J].中国乳品工业,2004,32（12）：19-21.

[6]MARCH E H.Applied Dairy Microbiology[M].New York：Marcel Dekker Inc.,1998：231-233.

[7]GB5413.34-2010,食品安全国家标准-乳和乳制品酸度的测定[S].

[8]杨具田.发酵乳风味的产生与控制（下）[J].草与畜杂志,1996,14（1）：37-39.

[9]葛武鹏,李元瑞,陈瑛等.牛羊奶酸奶挥发性风味物质固相微萃取GC/MS分析[J].农业机械学报,2008,39（11）：64-69,75.

[10]BOTTAZZI V,DELLAGLIO F.Acetaldehyde and Diacetyl Production by Streptococcus thermophilus and Other Lactic Streptococci[J].J.Dairy Res.,1967（34）：109.

[11]华朝丽,赵征.瑞士乳杆菌丁二酮乳链球菌混合培养制作酮香型酸奶的研究[J].中国乳品工业,2004,32（2）：17-20.

[12]余华.酸奶风味的形成及控制[J].成都大学学报,1999,18（4）：19-21.

[13]郑应福,阚振荣,赵春海.高产双乙酰乳球菌的研究进展[J].中国生物工程杂志,2005,14（1）：186-189.

Correlation between main flavor compounds and flavor indices of commercial fermented milk

LIU Jing,SUN Ke-jie,GUO Ben-heng
（Dairy Research of Bright Dairy Co,Ltd,Shanghai,200436）

The research is endeavored on the changes of main flavor compounds of commercial fermented milk in storage of 4℃,room temperature and 37℃,which include carbonyl compounds of aldehyde and diacetyl,volatile acid,and acidity.And sensory evaluation scores of the fermented milk,flavor strength and flavor coordination,are investigated With the increase of these flavor compounds,the increase velocity is high at first and then drops.When the flavor of fermented milk is satisfying,the ratio of aldehyde to diacetyl is between 0.56 and 0.70.The correlation analysis of flavor compounds and sensory evaluation scores proves that there is a significant correlation between each other.And the compounds have influence on flavor strength and flavor coordination to a certain extent.

aldehyde;diacetyl;acid;fermented milk;flavor

TS252.54

A

1001-2230（2011）12-0015-05

2011-09-28

上海市农业成果转化项目（083919n1500）。

刘景（1981-），女，博士，研究方向为乳品科学与工程技术。