全脂乳与脱脂乳挥发性风味成分对比分析

艾娜丝，仝令君，张晓梅，王静，*，孙宝国，郑福平

（1.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457；2.北京工商大学食品营养与人类健康北京高精尖创新中心/北京市食品风味化学重点实验室，北京100048）



全脂乳与脱脂乳挥发性风味成分对比分析

艾娜丝1，2，仝令君2，张晓梅1，2，王静2，*，孙宝国2，郑福平2

（1.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457；2.北京工商大学食品营养与人类健康北京高精尖创新中心/北京市食品风味化学重点实验室，北京100048）

摘要：HS-SPME结合GC/MS对比分析全脂乳（WM）和脱脂乳（SM）的挥发性风味成分。结果表明，50/30 μm CAR/ PDMS/DVB萃取纤维萃取得到的全脂乳、脱脂乳的挥发性风味物质的种类与65 μm PDMS/DVB相当，即：全脂乳11种，脱脂乳8种，只是在萃取含量上有差异。因此，相对于65 μm PDMS/DVB而言，50/30 μm CAR/PDMS/DVB较适合乳风味挥发性物质的萃取。HS-SPME结合GC-O对比分析全脂乳和脱脂乳的呈香组分结果显示，脱脂乳中未发现香气强度较高的呈香成分。而在全脂乳中辛酸（清香）、癸酸（油脂味）香气强度较高。这些结果能为全脂乳和脱脂乳的风味物质组成提供有用信息。

关键词：全脂乳（WM）；脱脂乳（SM）；顶空固相微萃取（HS-SPME）；挥发性风味成分；气相色谱-质谱（GC-MS）；气相色谱-嗅闻（GC-O）

牛乳是我们日常饮食中营养最接近完善的天然食品［1］。依据其脂肪含量的不同分为全脂乳（3%～5%）、半脱脂乳（0.5%～1.5%）及脱脂乳（小于0.5%）。人们对于乳制品的喜好受到其口感、风味及组织特性等感官因素的影响，而这些因素往往和乳品中脂肪的含量有着密切的关系［2］。全脂乳（whole milk，WM）由于其较高的脂肪含量、浓厚的口感及适口的风味而备受消费者青睐。然而，随着人们关注健康，注重膳食营养意识的提高，全脂乳逐渐被高血压、高血脂、过度肥胖及年老人群等限制食用［3-4］，使这些特殊人群在其日常生活中开始加强对脱脂乳的关注度，但脱脂乳（skim milk，SM）由于味觉香味的不足，缺乏浓厚感，从而使其并没有获得消费者的广泛认可。

自上世纪60年代开始就有很多研究学者关注如何改善脱脂乳的这种不被接受性，很多研究主要集中在通过调控酶解和乳脂肪修饰作用，从而达到从乳制品中分离得到目标风味物质的目的［5-6］。但由于酶解之后的香味基料呈不适口的酸味，且乳脂肪甘油酯中的脂肪酸绝大部分为饱和脂肪酸［7-8］，使得酶解技术并没有从根本上解决脱脂乳口感欠缺问题。因此如何改善脱脂乳的口感风味成为食品风味化学研究领域的必然趋势。

牛乳是一个比较复杂的食品基质，且其中的挥发性物质含量较低，因此准确检测分析牛乳中的挥发性香味物质的方法并不统一。已报道的挥发性香成分的提取方法主要有直接溶剂萃取法（Direct Solvent Extration，DSE）［9］、同时蒸馏萃取法（Simultaneous Distillation Extraction，SDE）［10］、溶剂辅助香味物质蒸发法（Solvent Assisted Flavor Evaporation，SAFE）［11］、超临界二氧化碳萃取法（Supercritical Fluid Extraction-Carbon dioxide，SFE-CO2）［12］、固相微萃取法（Solid Phase Micro-Extraction，SPME）［13］、吹扫-捕集法（Purge Trapping，PT）［14］等，然而SPME由于其快速、经济、高效、方便操作及无溶剂残留且环保等优势而被广泛使用［15］。本文采用PDMS-DVB和CAR/PDMS/DVB结合GC-MS及GC-O对比分析全脂乳、脱脂乳的挥发性风味成分，为如何改善脱脂乳的口感欠缺，提供理论参考。

1　材料与方法

1.1样品采集

巴氏灭菌全脂乳混合样品于2011年10月～12月采自北京三元食品有限公司，并将样品转移至避光容器中置于手提式的冷藏盒中。全脂乳于2 h之内运回实验室，并置于（4±1）℃冰箱30 min然后进行后期试验分析。

全脂乳样品8000 r/min在4℃条件下离心10 min，弃去上层脂肪层后得到脱脂乳。采用小型乳成分分析仪MilkoScanTM Minor测试全脂乳和脱脂乳脂肪含量分别为3.50%和0.11%；蛋白含量分别为3.13%和3.09%；乳糖含量分别为3.72%和3.72%。

1.2试验试剂与仪器设备

1.2.1试验试剂

C6-C30正构烷烃标准品（色谱纯）：北京百灵威化学技术有限公司提供。分析纯NaCl：北京国药集团化学试剂有限公司提供。

1.2.2仪器设备

MilkoScanTM Minor小型乳成分分析仪：丹麦FOSS公司；Agilent 6890N-5973i气相色谱-质谱联用仪、Agilent 6890N气相色谱仪、HP-5MS（30.0 m×250 μm× 0.25 μm）色谱柱、DB-WAX毛细管柱（30.0 m×250 μm× 0.25 μm）色谱柱：美国安捷伦科技有限公司；Sniffer 9000型闻香器：瑞士Brechbühler公司；HS-SPME装置的手柄、固定搭载装置及65 μm PDMS/DVB、50/30 μm CAR/PDMS/DVB两种萃取纤维：美国Supelco公司。

1.3HS-SPME萃取分离全脂乳（WM）、脱脂乳（SM）挥发性风味成分

取全脂乳、脱脂乳各10 mL及2 g氯化钠分别置于15 mL装有磁力搅拌子的顶空样品瓶中，40℃恒温水浴中加热平衡30 min，将手动SPME进样器固定在HS-SPME搭载装置上，并将针头插入顶空瓶中，推出萃取纤维，顶空吸附萃取30 min。吸附时间结束以后，将萃取纤维插入GC-MS进样口250℃解析5 min。

1.4GC-MS分析条件

不分流进样，进样口温度250℃，初温40℃，不保留，以5℃/min的速度升至230℃，保持10min。载气：高纯He（99.999%），流速1.0 mL/min。离子源温度230℃，四级杆温度150℃，MS电离方式EI，电子能量70 eV，质量扫描范围30 m/z～350 m/z。

1.5定性定量分析

1.5.1定性分析

对全脂乳、脱脂乳挥发性风味成分的定性分析主要采用气质联用仪和MSDChem工作站Nist 2011谱库，选择匹配度大于90的物质，另外还结合校对保留指数法进行确定。

式中：RI为保留指数；n和n+1分别为未知物流出前后正构烷烃碳原子数；tn和tn+1分别为对应正构烷烃的保留时间，min；tr为未知物在气相色谱中的保留时间，min（tn＜tr＜tn+1）。

1.5.2定量分析

依据全脂乳、脱脂乳总离子流图检索Nist 2011谱库并结合参考文献分析全脂鲜乳（WM）、脱脂乳（SM）挥发性风味化合物组成，峰面积归一化法计算组分相对百分含量。

1.6GC-O分析方法

不分流进样，进样口温度：250℃，升温程序与GC-MS一致。载气：高纯N2（99.999%）。毛细管柱尾端连接于Y型玻璃分流器，以1∶1（体积比）的比例分别通入FID检测器和嗅闻仪，传输线温度为220℃，用16 mL/min的湿润空气做嗅闻载气。

本试验由8位评价员进行操作，在试验过程中，如果至少有3位评价员在同一时间处获得相同的嗅闻描述，则将该描述记入最终的试验结果。评价员在描述风味性质的同时，还要确认此种风味的风味强度。风味强度用符号*表示，0个*表示无风味，1个*表示风味微弱，2个*表示风味中等，3个*表示风味较强。

2　结果与分析

2.1HS-SPME-GC-MS对比分析全脂（WM）、脱脂乳（SM）的风味组成

采用2种萃取纤维（PDMS/DVB和CAR/PDMS/DVB）萃取结合GC-MS分析，所得的总离子流图如图1，图2所示。通过化学工作站及Nist 2011谱库检索并结合手动解谱法对萃取结果进行分析，结果如表1所示。

图1　PDMS/DVB结合GC-MS分析的乳挥发性组分的总离子流图Fig.1　The total ion chromatograms of the volatile compounds from milk by PDMS/DVB combined with GC-MS

图2　CAR/PDMS/DVB结合GC-MS分析的乳挥发性组分的总离子流图Fig.2　The total ion chromatograms of the volatile compounds from milk by CAR/PDMS/DVB combined with GC-MS

表1　HS-SPME-GC-MS分析全脂乳（WM）、脱脂乳（SM）挥发性风味组成Table 1　The volatile composition of the whole milk（WM）and skim milk（SM）by HS-SPME-GC-MS

HS-SPME-GC-MS分析全脂乳（WM）、脱脂乳（SM）挥发性风味组成见表1。

PDMS/DVB和CAR/PDMS/DVB萃取结合GC-MS鉴定分析，共获得11种挥发性物质，分别为：当选择65 μmPDMS/DVB萃取纤维对全脂乳和脱脂乳萃取时，分别萃取、分析鉴定出，全脂乳11种挥发性风味物质，其中酸类4种（丁酸、辛酸、癸酸和月桂酸），醛类3种（乙醛、壬醛、癸醛）；醇类（乙醇和3-甲基-1-丁醇）和酮类（2，3-丁二酮和2（5H）呋喃酮）各2种；而在脱脂乳中共萃取、分析、初步鉴定出8种挥发性风味物质，其中酸类1种（丁酸），醛类3种（乙醛、壬醛、癸醛），醇类（乙醇和3-甲基-1-丁醇）和酮类（2，3-丁二酮和2（5H）呋喃酮）各2种。当选择50/30 μmCAR/ PDMS/DVB时全脂乳、脱脂乳萃取，分析得到的挥发性风味物质的种类与65 μmPDMS/DVB相当，只是在萃取含量上有差异。因此，相对于65 μm PDMS/DVB而言，50/30 μmCAR/PDMS/DVB较适合乳风味挥发性物质的萃取。

由表1可知，脱脂乳挥发性风味物质种类和数量均低于全脂乳，这很有可能是脱脂乳口感风味稀疏的重要原因。由50/30 μmCAR/PDMS/DVB萃取结果可以看出，全脂乳和脱脂乳挥发性风味物质中酸类和醇类化合物含量均有明显差异。原因自然与全脂乳与脱脂乳中乳脂肪含量差异有关。乳脂肪作为牛乳风味的重要来源物质，会在脂肪酶和一些乳本身内源酶的作用下发生自身氧化和分解作用，并产生游离脂肪酸，并在加热、运输过程中这些游离态的脂肪酸会发生一系列的自动氧化、分解、脱水、脱酸等反应，最终形成羰基化合物、酸、醇、酯类等挥发性物质，而这些物质恰恰是构成牛乳香气的主要组成成分［16］。此外醛类和酮类挥发性风味物质，虽然含量上并不是最大，但确实也是牛乳特殊风味的主要组成成分，并且也有可能是脱脂乳风味欠缺的原因。这些醛类和酮类挥发性风味物质产生的可能途径有；在牛乳运输和保存过程中乳本身发生了酶促或非酶反应；牛乳加工、运输和保存过程中发生了一些自动氧化、还原、脱水及其反应物间的缩合、脱水等反应［17-19］。

2.2全脂（WM）、脱脂乳（SM）的风味组成的GC-O分析结果

全脂乳、脱脂乳的风味组成的GC-O分析结果如表2所示。

表2　全脂乳（WM）、脱脂乳（SM）呈香组分Table 2　The aroma active compounds of the whole milk and skim milk

全脂乳、脱脂乳的整体风味较淡，全脂乳香成分主要以清香、油脂香味为主，并伴有一定的甜味和刺激味。

脱脂乳香成分在GC-O分析过程中未发现香气强度较高的香成分。对于全脂乳风味的主要贡献物质有7种，分别为乙醛（轻微刺激气味）、2，3-丁二酮（奶油香气）、壬醛（油脂味）、癸醛（甜味）、丁酸（奶油味）、辛酸（清香）、癸酸（油脂味）。而对于脱脂乳风味的贡献物质主要有3种，分别为乙醛（轻微刺激气味）、壬醛（油脂味）、癸醛（甜味），但是，这些物质香气强度微弱，不易被察觉。此外，乙醇、3-甲基-1-丁醇、2（5H）呋喃、月桂酸对应出峰时间位置，并没有闻到明显的香气，可能是因为这两种物质的风味阈值较高，且在样品中含量较少不易被检测出香气。

3　结论

本试验采用65 μmPDMS/DVB和50/30 μm CAR/ PDMS/DVB结合GC-MS及GC-O，对比分析了全脂乳和脱脂乳的挥发性风味组成，相对于65 μmPDMS/ DVB而言，50/30 μmCAR/PDMS/DVB较适合乳风味挥发性物质的萃取。脱脂乳挥发性风味组成无论在数量还是含量均低于全脂乳，然而仅通过补足这些缺失风味，显然是不能达到改善脱脂乳风味的目的，在保证营养、安全的前提下，如何解决脱脂乳的这种风味上的缺陷，成为当今乳品加工行业关注的焦点。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.11.001

基金项目：国家“863”计划项目（2011AA100903）；北京市高等学校高层次人才引进与培养计划项目（CIT&TCD20130309，IDHT20130506）

作者简介：艾娜丝（1986—），女（哈萨克），博士，研究方向：食品风味化学。

*通信作者：王静（1976—），女，教授，博士生导师，研究方向：功能性食品。

收稿日期：2015-04-29

Comparative Analysis of Volatile Flavour Composition in Whole Milk and Skim Milk

AI Na-si1，2，TONG Ling-jun2，ZHANG Xiao-mei1，2，WANG Jing2，*，SUN Bao-guo2，ZHENG Fu-ping2

（1.College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；2.Beijing Innovation Centre of Food Nutrition and Human Health/Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

Abstract：Volatile flavour components in whole milk（WM）and skim milk（SM）were analyzed by solid-phase microextraction gas chromatog-raphy-mass spectrometry（HS-SPME-GC-MS）.Between the two extraction fibers of SPME（65 μm PDMS/DVB and 50/30 μm CAR/PDMS/DVB），the SPME with 50/30 μm CAR/PDMS/ DVB fiber extracted 11and 8 compounds comparative with 65 μm PDMS/DVB in whole milk and skim milk，respectively.The fiber（50/30 μm CAR/PDMS/DVB）on the amount of volatile profiles was higher than 65 μm PDMS/DVB fiber.So，50/30 μm CAR/PDMS/DVB fiber was the most suitable for extracting volatile components from milk.With the method of HS-SPME combined with GC-O，there were no compounds gave the large contribution to the flavor of skim milk.However，compounds octanoic acid（fragrant）and decanoic acid（oily）gave the large contribution to the flavor of whole milk.All these results would offer valuable information for the composition and the flavour of whole and skim milk.

Key words：whole milk（WM）；skim milk（SM）；head-space solid-phase microextraction（HS-SPME）；volatile favor component；gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）；gas chromatography-olfactometry（GC-O）