川西高原牧区传统发酵牦牛酸奶挥发性风味成分的分析

陈　娟,李　键,唐俊妮,史　辉,谢　捷,索化夷,*

(1.西南民族大学生命科学与技术学院,四川成都 610041;2.西南大学食品科学学院,重庆 400715)



川西高原牧区传统发酵牦牛酸奶挥发性风味成分的分析

陈娟1,李键1,唐俊妮1,史辉1,谢捷2,索化夷2,*

(1.西南民族大学生命科学与技术学院,四川成都 610041;2.西南大学食品科学学院,重庆 400715)

采用顶空固相微萃取-气相色谱/质谱联用技术,以普通酸奶为对照,检测并分析了川西高原牧区传统发酵牦牛酸奶的挥发性风味成分。研究结果显示,川西高原牧区传统发酵牦牛酸奶的主体挥发性风味物质为乙醇(13%～34%)、3-甲基-1-丁醇(4%～15%)、2-甲基-1-丁醇(1%～8%)和乙酸乙酯(1%～10%),与普通酸奶存在明显差异,丰富的醇类物质是牦牛酸奶呈现醇香的直接原因。传统牦牛酸奶中乙醛、双乙酰和乙偶姻的相对百分含量低于普通酸奶,且短链及中链脂肪酸(C2～C10)的总百分含量低于普通酸奶。总体而言,川西高原牧区传统发酵牦牛酸奶的风味物质组成复杂,分布较为分散,不同风味化合物之间相互平衡的结果使得乳香与醇香适度搭配、香味丰满。

传统发酵牦牛酸奶,主体挥发性风味物质,挥发性风味特征

牦牛酸奶是由牦牛主产区牧民采用传统发酵方法制作而成的发酵乳制品,不仅纯天然无污染,而且比一般酸奶具有更高的营养价值[1]。由于受到地理地貌、气候环境、发酵温度和时间、制作方法、牧民生活习惯以及奶源等各种因素的影响,牦牛酸奶中的微生物菌群十分复杂。其中,不仅具有遗传多样性的乳酸菌,而且酵母菌的分离率也很高,乳酸菌和酵母菌优势互补、协同作用,使得诸味协调,赋予了牦牛酸奶独特的风味[2-3]。传统发酵牦牛酸奶主要分布于我国青藏高原[4]、甘南牧区[5]和川西牧区[3,6]等地。

目前,对于传统发酵牦牛酸奶,已有的相关报道涉及乳酸菌和酵母菌的分离与鉴定[7]、加工工艺的优化[8]、营养成分脂肪酸的分析[9]、分离乳酸菌的益生作用[2]等,未见关于传统发酵牦牛酸奶挥发性风味特征的相关报道。本实验对采集于四川阿坝州不同牧民家的传统发酵牦牛酸奶样品进行挥发性风味成分的测定,同时测定市售普通酸奶,比较川西高原牧区传统发酵牦牛酸奶与工业化生产的普通酸奶之间挥发性风味的差异,总结得出川西牧区牦牛酸奶的风味特征。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

川西高原牧区传统发酵牦牛酸奶A、B、C、D采集于四川阿坝州不同牧民家;市售酸奶E、F购买于超市;氯化钠分析纯。

表1　酸奶样品挥发性物质的分类统计Table 1　Classification of volatile components of yogurt samples

Trace DSQ型气相色谱质谱联用仪配置Triplus自动进样器,美国Thermo公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头美国Supelco公司;超低温冰箱日本三洋公司。

1.2实验方法

1.2.1样品的前处理用无菌注射器分别吸取A、B、C、D、E、F酸奶各5 mL转入20 mL的顶空瓶内,同时加入2 g氯化钠,加盖密封。样品预孵化10 min(60 ℃),然后用萃取头吸附30 min(60 ℃),即可进样解吸。

1.2.2样品的分析色谱条件:色谱柱为HP-5ms(30 m×0.25 mm×0.25 μm);不分流模式,不分流1 min之后分流比为50∶1;流速为1 mL/min;程序升温条件为40 ℃保持3 min,以6 ℃/min升温至180 ℃并保持2 min,以10 ℃/min升温至230 ℃并保持6 min;载气为99.999%氦气;进样口温度为230 ℃,解析时间2 min。质谱条件:EI电离源,电子能量为70 eV,离子源温度为250 ℃,传输线温度为250 ℃,全扫描模式,扫描范围:33～450 amu。

1.2.3定性方法质谱结果经计算机自动检索(NIST08)进行定性分析,同时由Xcalibur软件系统完成手动对照检索,要求正反向匹配因子均大于850。

2　结果与分析

2.1挥发性风味物质的种类分析

由表1可以看出,四个川西牧区传统发酵酸奶样品的检出物质总数均大于市售普通酸奶的检出物质总数。牦牛酸奶A、B和C的物质总个数明显高于普通酸奶,虽然牦牛酸奶D的物质总个数低于A、B和C但也仍高于普通酸奶。并且,牦牛酸奶中醇类、酸类、酯类和醛类物质的个数高于普通酸奶。再从相对百分含量上看,川西牧区牦牛酸奶的醇类的相对百分含量远远高于普通酸奶,这是一个非常突出的特征。两种类型酸奶在醛类物质相对百分含量上差异不明显。尽管牦牛酸奶的酸类物质的检测个数多于普通酸奶,但是相对百分含量却低于普通酸奶。对于酮类物质,除了牦牛酸奶A的相对百分含量与普通酸奶相差不多,其余B、C和D的相对百分含量均远低于普通酸奶。普通酸奶E和F中酯类物质的相对百分含量集中在丁酸丁酯1个酯类物质上,相比,虽然牦牛酸奶不含有丁酸丁酯,但含有一定量的乙酸乙酯、丁酸乙酯、3-甲基丁酸丁酯和己酸乙酯等,酯类物质的相对百分含量分布比较分散。

2.2主要挥发性风味物质的分析

表2　酸奶样品中主要挥发性物质相对百分含量的统计(%)Table 2　The relative percentage of main volatile components of yogurt samples(%)

注:-代表未检出。

从表2中可以得出,川西高原牧区牦牛酸奶中乙醇的百分含量高,大约为13%～34%,而两个市售品牌的普通酸奶中没有检出乙醇。乙醇具有特殊的、令人愉快的酒香味。牦牛酸乳中检测出相对百分含量较高的3-甲基-1-丁醇和2-甲基-1-丁醇,以及一定含量的正辛醇、2-壬醇和苯乙醇等醇类化合物,而普通酸奶中这些物质均没有被检测出。这些醇类物质是酵母菌发酵的重要产物,醇类化合物的风味阈值较高,且风味比较柔和,它们对乳制品整体风味的贡献目前还没有定论。可见,乙醇是高原牧区牦牛酸奶的最主要风味物质,丰富的醇类物质使牦牛酸奶呈现典型的醇香味。

市售酸奶中2,3-丁二酮(又名双乙酰)和3-羟基-2-丁酮(又名乙偶姻)的百分含量高,而牦牛酸奶这两种物质的百分含量很低。2,3-丁二酮很不稳定,极易被还原为3-羟基-2-丁酮,因此,统计这两种物质的总百分含量得到,普通酸奶E为22%,F为11.2%,牦牛酸奶样品仅为0%～1.6%。双乙酰具有奶香味和黄油味,它的风味阈值相对较低[10],因此可以在浓度较低的情况下赋予产品浓郁的风味,乙偶姻的香味却远弱于双乙酰。可见,传统发酵牦牛酸奶的奶香味弱于普通酸奶。另外,2-戊酮在牦牛酸奶和普通酸奶中的百分含量相差不大,牦牛酸奶的2-壬酮高于普通酸奶,牦牛酸奶A和B的2-庚酮高于普通酸奶而C和D的2-庚酮却低于普通酸奶。酮类化合物是由多不饱和脂肪酸的氧化或热降解、氨基酸降解或微生物代谢所产生。酮类挥发性化合物一般呈奶油味或果香味[11]。

普通酸奶中丁酸和己酸的相对百分含量很高,而牦牛酸奶中这两种酸的检出量很低。并且,普通酸奶中壬酸和癸酸的相对百分含量也高于牦牛酸奶。脂肪酸随着碳原子数目的增加如丁酸、己酸、壬酸和癸酸等,它们的挥发性逐渐下降,风味特征逐渐以酸臭、腐臭为主[12]。由表2统计可得,传统发酵牦牛酸奶中短链及中链脂肪酸(C2～C10)的总体百分含量低于普通酸奶。另外,牦牛酸奶中检出相对百分含量较高的乙酸乙酯,而普通酸奶中没有检出此物质。因为牦牛酸奶中形成了大量乙醇,乙醇与乙酸酯化形成了较高含量的乙酸乙酯。乙酸乙酯带有清灵的果香。普通酸奶中丁酸丁酯的相对百分含量很高,这与其高含量的丁酸密切相关,丁酸丁酯有甜润的水果香气。

3　讨论

自然发酵的牦牛酸奶是川西北藏民的主食之一,由于其特殊的奶源,高海拔、强紫外线环境,以及较低的发酵温度,使其形成了独特的风味。川西牧区传统发酵牦牛酸奶中微生物构成十分复杂,是多菌种混合发酵体系。田鸿等[6]和吴均等[13]在对川西牧区自然发酵牦牛酸奶的乳酸菌筛选中,鉴定得到乳杆菌属的植物乳杆菌、戊糖乳杆菌、发酵乳杆菌、干酪乳杆菌和副干酪乳杆菌等,以及肠球菌属的粪肠球菌、屎肠球菌和耐久肠球菌等。王远微等[3,14]从川西传统发酵牦牛酸奶中分离鉴定出较高比例的马克斯克鲁维酵母和发酵毕赤酵母,李银聪[15]还发现有乙醇假丝酵母、酿酒酵母和克劳森酒香酵母等的存在。相比较而言,普通酸奶则是以新鲜的牛奶为原料,经过两种或两种以上的乳酸菌发酵制成的产品,主要的乳酸菌即保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌,没有酵母菌。从上述结果可以看出,由于川西牧区传统发酵牦牛酸奶中复杂的微生物组成,在多种乳酸菌和酵母菌的混合发酵作用下,传统发酵牦牛酸奶的风味物质组成复杂,分布也比较分散。而普通酸奶的风味物质组成比较简单,集中分布在几种主体风味物质上。雷华威等[16]对分离自赛里木酸奶的乳酸菌的单独发酵、乳酸菌与酵母菌混合发酵以及普通酸奶的风味进行了分析,表明混合发酵的乳制品的主体风味物质比乳酸菌单独发酵和普通酸奶的主体风味物质更加丰富。闫彬[17]对乳酸菌和酵母菌共生关系和风味代谢产物的研究得出,双菌培养体系有利于产生更多的风味物质。这些研究报道与本实验的结果是一致的。

对于普通酸奶而言,在乳酸菌产生的众多风味物质种类中,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共同构成了普通酸奶的主体香气,这些羰基化合物和酸类物质的含量和种类决定了普通酸奶的风味特征[18,10]。乙醛呈清爽的芳香味,在酸奶发酵过程中主要通过脱氧核糖5-磷酸在脱氧核糖醛缩酶催化作用下生成以及苏氨酸在苏氨酸醛缩酶催化作用下降解生成。双乙酰带来奶油香味,在酸奶发酵过程中主要通过糖酵解代谢途径生成[19]。乙醛、双乙酰和脂肪酸类物质都是乳酸菌的主要代谢产物。然而,在川西牧区传统发酵牦牛酸奶中,乙醛、双乙酰和脂肪酸的百分含量并不高,低于普通酸奶的含量,相对百分含量很高的物质则是乙醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇和乙酸乙酯。传统发酵牦牛酸奶中的酿酒酵母和马克斯克鲁维酵母[20]都能分泌β-半乳糖苷酶,分解利用乳清中的乳糖生产乙醇。再加之牦牛酸奶的发酵过程是在较低温度下进行的,酵母菌的代谢活动比较旺盛,从而积累了大量的乙醇终产物。另外,吴阳[21]对赛里木酸奶风味物质的检测结果显示,相对于瑞士乳杆菌单菌发酵的产品而言,瑞士乳杆菌和酵母菌混合发酵的产品由于酵母菌的加入增加了乙酸乙酯的相对含量,从而得出,乙酸乙酯是酸性-酒精性发酵乳或含醇发酵乳的主要风味物质之一。这个观点与本文研究结果相符合。

4　结论

乙醇是高原牧区牦牛酸奶的最主要风味物质,丰富的醇类物质使牦牛酸奶呈现典型的醇香味。代表普通酸奶风味特征的乙醛、双乙酰和乙偶姻等在传统牦牛酸奶中所占比例相对较低。传统发酵牦牛酸奶中短链及中链脂肪酸(C2～C10)的总体百分含量低于普通酸奶。牦牛酸奶中乙酸乙酯的相对百分含量较高,区别于普通酸奶中相对百分含量较高的丁酸丁酯。牦牛酸奶的风味物质组成复杂,分布较为分散,不同风味化合物之间相互平衡的结果使得乳香与醇香适度搭配、香味丰满。

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Analysis of volatile components of traditional fermented yak yogurt in the western Sichuan plateau

CHEN Juan1,LI Jian1,TANG Jun-ni1,SHI Hui1,XIE Jie2,SUO Hua-yi2,*

(1.College of Life Science and Technology,Southwest University for Nationalities,Chengdu 610041,China;2.College of Food Science,Southwest University,Chongqing 400715,China)

Volatile components of traditional fermented yak yogurt in the western Sichuan plateau were detected by headspace solid phase microextraction gas chromatography-mass spectroscopy(HS-SPME/GC-MS),and common yogurt products available from supermarkets were used as controls. The results showed that the main flavor components of traditional fermented yak yogurt in the western Sichuan plateau consisted of ethanol(13%～34%),3-methyl-1-butanol(4%～15%),2-methyl-1-butanol(1%～8%)and ethyl acetate(1%～10%),which were obviously different from common yogurt products. Abundant alcohols provided yak yogurt with alcohol aroma. Compared to common yogurt products,the acetaldehyde,2,3-butanedione and 3-hydroxy-2-butaone accounted for smaller proportions in the traditional fermented yak yogurt,and the total percentage of short and medium chain fatty acids(C2～C10)in yak yogurt was lower. Generally,thevolatile components of the traditional fermented yak yogurt were complex and dispersive,and the flavor of yak yogurt was mixed with milk aroma and alcohol aroma.

traditional fermented yak yogurt;main flavor components;flavor characteristic

2015-12-22

陈娟(1980-)，女，博士，副研究员，研究方向：食品科学，E-mail：chenj1221@126.com。

索化夷(1978-)，男，博士，副教授，研究方向：食品科学，E-mail：birget@swn.edu.cn。

四川省教育厅项目(15ZB0484)；国家公益性行业(农业)科研专项(201203009)。

TS252.1

A

1002-0306(2016)14-0059-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.14.003