羊奶粉贮藏过程中挥发性成分的分析

雷飞艳，艾对，于玲玲，云丹，张富新

(陕西师范大学 食品工程与营养科学学院，陕西 西安，710119)

羊奶粉贮藏过程中挥发性成分的分析

雷飞艳，艾对，于玲玲，云丹，张富新*

(陕西师范大学 食品工程与营养科学学院，陕西 西安，710119)

采用顶空固相微萃取结合气质联用(headspace-solid phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry, SPME-GC/MS)技术，对常温贮存下羊奶粉中挥发性成分进行提取与分析。在常温贮存1年的羊奶粉中，共检出41种挥发性成分。其中酸类成分最多，共13种，其次是酯类、烃类、醇类和醛酮类，分别为6、4、4和3种。羊奶粉的主体挥发性成分组成是丁酸、己酸、庚酸、辛酸、4-甲基辛酸、癸酸、月桂酸、邻苯二甲酸二甲酯、辛酸乙酯、十五烷、苯甲醛、甘菊环、己内酰胺，己酸、辛酸、4-甲基辛酸和癸酸在贮存6个月之后含量有明显增加趋势。在整个贮存期间，对羊奶粉膻味有较大影响的酸类物质有己酸、辛酸、4-甲基辛酸和癸酸，尤其是4-甲基辛酸，由于其较低阈值，成为最主要的羊膳物质，并且随着贮存时间的增加，酸类、酯类含量逐渐增加。

羊奶粉；顶空固相微萃取(headspace solid-phase microextraction, HS-SPME)；气质联用；挥发性成分

羊奶被誉为“奶中之王”，富含蛋白质、脂肪、矿物质、维生素、胆固醇以及多种生物活性物质[1-2]。与牛奶相比，羊奶的脂肪球更小，易于消化吸收；羊奶中的引起过敏的αs1-酪蛋白含量远低于牛奶，羊奶中仅含有0～7 g/L αs1酪蛋白[3]，羊奶中乳糖含量较低，更适合乳糖不耐症人群饮用，羊奶中富含的环核苷酸等物质可促进肠道对乳糖的吸收[4]。因此，羊奶更易于被人体消化吸收，且具有更低的致敏性。

羊奶粉是目前市场上主要的羊奶产品，虽然羊奶粉货架期比较长，但由于全脂奶粉中脂肪含量比较高，容易发生分解反应，产生的某些脂肪酸可能引起羊奶粉风味和营养发生变化，产生膻味。本研究采用固相微萃取技术(headspace solid-phase microextraction, HS-SPME)吸附并浓缩羊奶粉中的气味成分，结合气质联用(gas chromatography-mass spectrometry , GC-MS) 联机分析，对羊奶粉的挥发性成分进行检测，并对影响羊奶粉风味的相关成分进行分析，以期了解羊奶粉挥发性成分的组成及其在贮存过程中的含量变化。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

羊奶粉，陕西某乳品厂生产(脂肪含量为28.36%)。

气相色谱-质谱联用仪(TRACE 1300-ISQ)，美国热电公司；石英毛细管色谱柱(HP-INNOWAX)，美国安捷伦公司；固相微萃取头(CAR/PDMS)，美国Supelco公司；22 mm顶空压盖器，上海安谱科学仪器有限公司；90型磁力搅拌器，上海精科有限公司；GHX-9080B-1型培养箱，上海福玛试剂设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的贮存

将新鲜羊奶粉分装成21小袋，每袋10 g，迅速运回实验室，置于常温(20 ℃)条件下贮存。每2个月抽样检测，贮存期为1年。每次抽样3袋进行平行检测。

1.2.2 挥发性成分的萃取

采用顶空固相微萃取技术对常温贮存下的羊奶粉挥发性成分进行萃取[5]。在20 mL的顶空瓶中加入12 mL羊奶粉复原乳[羊奶粉与蒸馏水以1∶7(g∶mL)配置]和3.6 g NaCl，用密封垫迅速密封顶空瓶，在磁力搅拌下，70 ℃平衡30 min后，将已老化的CAR/PDMS萃取头(300 ℃下老化1 h)插入顶空瓶，推出萃取纤维头，距液面0.8 cm，进行萃取。萃取90 min后，缩回萃取纤维，拔出萃取头，插入GC进样口，再在250 ℃下解析5 min，分析。

1.2.3 挥发性成分的分离和检测

采用气相色谱-质谱联用仪对常温贮存下的羊奶粉挥发性成分进行分离与检测[5]。采用程序升温模式，起始温度为40 ℃，保持10 min，以4 ℃/min升至80 ℃，保持10 min，再以4 ℃/min升至180 ℃，保持30 min；进样口温度为250 ℃；以氦气(纯度99.99%)为载气，流速是1 mL/min；不分流进样。质谱仪条件：接口温度为250 ℃；离子源温度为250 ℃；电离方式为EI；电离能量为70 eV；灯丝发射电流为20 μA；质量扫描范围为45～500 u。

1.2.4 挥发性成分的定性和定量

利用GC/MS工作站软件Xcalibur的NIST-DEMO标准库，检索各组分质谱数据，当组分SI和RSI均大于800(最大值是1 000)[6]给予定性，同时采用保留指数进行定性；按照各组分峰面积归一化法计算各组分相对含量 (每种风味物质组分峰面积占离子色谱图中所有风味物质总峰面积的百分比)[5, 14]。

1.2.5 统计分析

所有数据均重复进行3次，所得数据用平均值±SD表示，数据用DPS统计软件进行分析，P<0.05 表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 常温贮存下羊奶粉中挥发性成分的组成特点

从表1中可以看出，羊奶粉在常温贮存1年，共检测出挥发性成分41种，其中挥发性酸类种类最多，达到13种，可能由于醛酮类化学性质较活泼易被氧化为相应的酸，其次分别是酯类(5种)、烃类(5种)、醇类(4种)、醛酮类(3种)以及其他类(11种)。图1显示的是羊奶粉在贮藏期间挥发性成分的变化趋势，在贮存期间，大多数挥发性成分含量趋向于增加并且形成新的化合物，很少显示降低趋势。在羊奶粉贮存期间酸、醇、酯类是最丰富的挥发性化合物，总脂肪酸含量在羊奶粉贮存过程中逐渐增加，特别是在贮藏6个月后。酯的含量逐渐增加，然而，醇的含量是趋向于下降趋势，可能是由于酸与醇发生酯化反应而影响的，其他挥发性化合物在贮存期间含量稍微增加趋势，最后保持恒定。

表1 20 ℃贮存下羊奶粉的挥发性成分相对含量

续表1

分类挥发性化合物SIRI保留时间/min贮存时间(月)024681012醇类1-氯-7-苯基庚烷(7-Phenyl-1-heptylchloride)50.64N0.08±0.03aNN0.07±0.01aN0.06±0.04a2-甲基异丙醇(2-propanol,2-methyl-)86817886.584.45±1.78a4.41±1.14a4.16±2.83a3.88±1.41ab2.67±0.71ab2.11±0.92ab2.32±0.85b十三醇(n-tridecan-1-ol)901207734.468.35±0.28a7.80±0.07b7.51±0.06b5.61±0.04b4.03±0.14b3.44±0.10b3.39±0.28b苯甲醇(benzylalcohol)841186952.394.46±0.32ab3.50±0.04ab3.23±0.28ab1.45±0.26a1.29±0.14b1.32±0.27ab1.53±0.10ab苯乙醇(phenylethylalcohol)807190753.474.48±0.04a2.91±0.06a2.37±0.14a2.82±0.06a2.03±0.10a1.85±0.03a1.52±0.28a总计19.3418.6217.2713.7610.028.728.76醛酮类苯甲醛(benzaldehyde)823154639.731.89±1.41a2.09±0.71ab1.76±0.78ab1.16±0.05abc1.54±0.05bc2.05±1.77ab2.79±0.16b丙酮(acetone)907837.55.246.86±4.23a7.70±6.84a6.61±4.24ab7.02±2.83abc6.78±4.63abc5.77±1.27bc6.62±1.49c2-壬酮(2-nonanone)855138531.641.21±0.16a0.42±0.04a0.19±0.06a0.23±0.03a0.22±0.14a0.19±0.03a0.09±0.06a总计12.9610.218.568.417.968.018.42其他类乙苯(ethylbenzene)841113915.70NN0.28±0.14aN0.14±0.09a0.14±0.03a0.17±0.04a1,3-二甲基苯(benzene,1,3-dimethyl-)818115816.490.88±0.57ab1.24±0.08a0.59±0.28a0.28±0.06a0.31±0.08a0.55±0.42a0.12±0.54a1,2,4-三甲基苯(benzene,1,2,4-trimethyl-)902105623.570.43±0.28aN0.08±0.01aNNN0.18±0.52a茚满(indane)834103429.640.59±0.14ab0.20±0.08a0.17±0.13ab0.08±0.06b0.14±0.08ab0.11±0.04ab0.17±0.14ab苯甲腈(benzonitrile)826162943.22N0.25±0.02a0.11±0.03ab0.10±0.05b0.08±0.01ab0.08±0.02ab0.11±0.05ab甘菊环(azulene)843152347.92N0.60±0.57ab1.35±0.64b1.50±0.71ab0.86±0.57ab0.51±0.85b0.67±1.41a1-甲基萘(naphthalene,1-methyl-)942176151.381.45±0.14ab1.34±0.09ab0.41±0.03ab1.00±0.08ab1.01±0.28a0.27±0.04b0.22±0.14ab二甲基砜(dimethylsulfone)86391153.301.86±0.70a1.85±0.21ab0.84±0.08ab0.49±0.28ab0.30±0.14ab0.59±0.28ab0.20±0.03b联苯(biphenyl)915201655.110.20±0.05a0.12±0.01bc0.14±0.04b0.10±0.03bc0.11±0.06bc0.09±0.01c0.08±0.01c苯酚(phenol)843203255.510.49±0.28a0.24±0.08b0.22±0.04b0.25±0.07b0.24±0.03b0.22±0.01b0.01±0.07b己内酰胺(caprolactam)808125556.200.81±0.42a1.49±0.14ab0.53±0.28ab0.21±0.06b0.21±0.03b0.23±0.07b0.20±0.08b总计6.717.234.724.013.402.692.13

注：N.未检测出；同一行中标注不同上标字母表示差异显著(P<0.05)，标有相同字母的数据表示差异不显著(P>0.05)。

图1 羊奶粉各类挥发性成分含量随贮存时间的变化Fig.1 Variation of different kinds of volatile components in goat milk powder during storage

2.2 挥发性成分

2.2.1 酸类

酸类物质是羊奶粉中最重要的挥发性风味成分，是反映羊奶粉风味品质的重要指标。在20 ℃贮存温度下共检测出13种挥发性酸类物质，含量占总挥发性成分的40.02%～61.88%。它们不仅是芳香性成分，而且还是其他化合物，如甲基酮，醇，醛，内酯和酯的前体[7]，乙酸可能是通过乳糖和乳酸的发酵而产生的。由于其低的香气阈值，短中链脂肪酸被认为是羊奶粉中最重要的风味贡献者。脂肪酸含量的增加是主要源自于羊奶粉贮存期间的脂肪发生了水解反应，然而，脂肪酸的来源并不限定于其水解反应，乳糖代谢，氨基酸的脱氨基和脂质氧化的代谢产物都有可能产生脂肪酸。羊奶粉中大部分的脂肪酸是含有2～18个碳原子的直链脂肪酸，并且由于羊奶粉中短链及中长碳链的脂肪酸碳原子数小于12，过高浓度的脂肪酸可能会造成腐臭味。然而，尽管这些化合物在羊奶粉中存在着，但也呈现出温和宜人的气味。这类脂肪酸作为羊奶粉的主要风味物质，主要表现在滋味上，气味上也有一定影响。例如乙酸能表现出醋酸味、丁酸能表现出浓烈的奶油、干酪般的不愉快气息和奶油味、己酸具有刺激味、辛酸能表现出汗味和蜡味、癸酸能表现出腐臭味[8]，此外支链脂肪酸如4-甲基辛酸则是羊奶制作的羊奶粉的特征风味物质[9]。

羊奶粉中的各种挥发性脂肪酸根据其浓度及相应阈值的不同对羊奶粉的风味品质具有巨大影响。己酸、辛酸、4-甲基辛酸和癸酸在贮存6个月之后含量有显著性差异(P<0.05)，尤其是4-甲基辛酸其对羊奶粉膻味有较大的贡献[10]，CHILLIARD[11]等在研究羊奶脂类的合成与分解时，高含量的C6～C10脂肪酸，直接对羊奶的风味具有一定的影响。WHETSTINE[12]等在研究羊奶奶酪风味时，表明辛酸和癸酸等是造成膻味的主要成分。由于羊奶粉在贮存过程中脂肪易发生分解氧化，造成其风味不良和营养价值降低，甚至产生对人体有害的物质[13]，因此，适当控制羊奶粉的货架期比较重要。

2.2.2 酯类

在20 ℃贮存温度下共检测出5种酯类物质，其含量占总挥发性成分的11.26%～17.63%，辛酸乙酯、δ-十二内酯含量在贮存1年期间含量有显著差异(P<0.05)，是羊奶粉的主风味成分。乳酸菌和酵母菌能将乳脂肪降解成C4～C10的游离脂肪酸，一些分子质量较小的短链游离脂肪酸和醇酯化形成酯。由于酯的微生物来源(主要是酵母)，它们的含量在羊奶粉贮存期间是增加的，尤其是辛酸乙酯，贮存期间酯的增加可能与醇的减少，脂肪酸中辛酸、4-甲基辛酸含量的增加有关的。酯类物质虽然它们的含量不高，但对羊奶粉的整体风味作用很大，多数酯类能够赋予羊奶粉甜味，水果味及花香味，例如辛酸乙酯可以呈水果香味，δ-十二内酯具有椰子果实的香气，在低浓度下呈奶油气味，用以降低羊奶粉中脂肪酸的刺激性。因此，酯类物质是一种很重要的风味物质。

2.2.3 醛酮类

醛酮类物质主要由不饱和脂肪酸的热降解、氧化，氨基酸降解或微生物的代谢而产生[14]。酮是中间体化合物，可被还原成仲醇，其含量占总挥发性成分的7.96%～12.96%，其中丙酮一般是源自于β-酮酸热降解产生的，醛类其风味阈值一般很低，一般是由氨基酸通过酶催化转氨基作用形成的，是各种风味的来源，它们一般会转变成伯醇或甚至被氧化成相应的酸[15]，因而醛类物质在羊奶粉中的存留时间比较短，这与马艳丽[16]等研究奶酪的风味成分时结果一致。在低的氧化还原电位下，醛和酮主要还原成醇，在羊奶粉中醛酮类种类较少，但它们拥有独特的风味，在贮存期间仅检测出一种芳香族醛类苯甲醛，由于其风味阈值较低，表现出苦杏仁香味和焦味，有坚果香韵，对羊奶粉整体良好风味的形成有重要作用。

2.2.4 醇类

醇类在羊奶粉中占主要的化学组成，醇类的产生与原料乳和奶粉贮藏环境中的肠球菌和酵母菌有关。其含量占总挥发性成分的8.72%～19.34%，奶粉中醇类随着贮存时间延长含量呈下降趋势。奶粉的加工过程可能对其高浓度醇有一定的效果，贮存过程中共检测出5种醇，包括伯，仲，支链的和芳香族化合物的醇，芳香族苯乙醇含量随贮存时间延长逐渐增加，它是苯丙氨酸通过酵母的作用而产生的[17]。十三醇随贮存时间延长呈下降趋势，但在储存6个月时候出现明显的下降趋势，2-甲基异丙醇在储存期间基本呈现稳定趋势，这2种醇可归结为伯仲醇的结构差异导致了这种趋势，这些不同模式可能与醇形成过程的不同代谢路径有关，即乳糖代谢，甲基酮还原，氨基酸代谢和亚油酸和亚麻酸的降解。这些醇类物质的风味阈值比较高，但对奶粉风味也有一定影响，仲醇类像2-甲基异丙醇，芳香族醇类，具有玫瑰花香味的苯乙醇在羊奶粉风味中都起着重要的作用。

2.2.5 其他风味成分

羊奶粉中检测到的烃类和其他类挥发性成分，分别是5和11种。烃类物质占总挥发性成分的2.13%～7.23%，这些次生代谢物可能是直接从饲料中获得或者羊奶粉贮存期间脂质本身降解的结果，虽然这些物质可以作为其他芳香族化合物形成的前体，但由于其味阈值较高，使其对羊奶粉的风味贡献较小。挥发性含硫、含氮物质对羊奶粉的风味很重要，风味阈值较低，在本文中羊奶粉检测到1种含硫化合物二甲基砜，主要来源于乳蛋白中甲硫氨酸的降解[18]，对胃肠疾病预防和治疗有很好的效果，具有抗过敏保健，免疫调节等功能。

3 讨论

羊奶粉在整个贮存期间共检测出41种挥发性物质，艾对[19]等从羊乳中共检出49种挥发性成分，羊奶粉中挥发性成分种类明显少于羊乳，可能是在羊奶粉加工过程中，浓缩、喷雾干燥等操作造成了部分挥发性成分的损失，艾对[20]对陕西杨凌圣妃乳品厂的羊奶粉在5、25、35 ℃下贮存1年期间挥发性成分进行分析，检出了挥发性成分种类分别是37、46、49种，其种类差异可能是由于羊奶粉贮存的温度、奶源、生产操作等原因形成的。

4 结论

通过SPME-GC/MS分析羊奶粉在贮存期间的挥发性成分，共检测出41种挥发性物质，其中酸类成分最多(13种)，其次是酯类、烃类、醇类、醛酮类和其他类，分别为5、5、4、3和11种。羊奶粉的主体挥发性成分组成是丁酸、己酸、庚酸、辛酸、4-甲基辛酸、癸酸、月桂酸、十五烷、苯甲醛、甘菊环、己内酰胺。在整个贮存期间，对羊奶粉膻味有较大影响的酸类物质，有己酸、辛酸、4-甲基辛酸和癸酸，尤其是4-甲基辛酸，由于其较低阈值，成为最主要的羊膳物质，其在贮存6个月以后含量达到最高并趋于稳定，从而会对羊奶粉风味产生一定负面影响，因此，为了保持羊奶粉的最适口感和营养，可以适当缩短羊奶粉的货架期，具体的货架期还需要进一步的感官评定试验验证。

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Analysis of volatile components of goat milk during storage

LEI Fei-yan, AI Dui, YU Ling-ling, YUN Dan, ZHANG Fu-xin*

(College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi′an 710119, China)

Headspace-solid phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC/MS) was used to separate and detect the volatile components in goat milk powder. The results showed that goat milk powder stored at room temperature for one year contained 41 different volatile components: 13 acids, 5 esters, 5 hydrocarbons, 4 alcohols and 3 aldehydes and ketones. Main volatile components in goat milk powder were butyric acid, caproic acid ,heptanoic acid, octanoic acid, 4-methyl caprylic acid, capric acid, lauric acid, phthalic acid dimethyl ester, pentadecane, benzaldehyde, azulene and caprolactam. The caproic acids , caprylic acid and capric acid contents had significantly increased after 6 months of storage. This study shows that throughout the storage period, the smell of mutton and goat milk has greater impact on acids, such as caproic acid and octanoic acid, 4-methyl caprylic acid and decanoic acid, especially 4-methyl caprylic acid, the main goat smelly substance due to its low threshold. With the increase of storage time, acids and esters were gradually increased.

goat milk powder; headspace solid-phase microextraction(HS-SPME); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) ; volatile components

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201702033

硕士研究生(张富新教授为通讯作者，E-mail: fuxinzh@snnu.edu.cn)。

陕西省重大科技成果转化引导专项(2016KTCG01-12)

2016-04-08，改回日期：2016-08-02