奶酪风味及芳香物质研究进展

2019-12-19徐振丽陈计峦裴龙英史学伟王斌郑晓吉

中国调味品 2019年12期

徐振丽，陈计峦，裴龙英，史学伟，王斌，郑晓吉*

(1.石河子大学食品学院，新疆石河子 832003；2.新疆大学科学技术学院(阿克苏校区) 食品科学系，新疆阿克苏 843000)

奶酪是生牛乳在发酵剂和凝乳酶的作用下，使牛乳中大部分蛋白凝固，排出乳清，压制成型，再经后熟过程而得到的营养丰富、风味独特的乳制品。奶酪素有“奶黄金”之称，营养价值高，富含蛋白质、脂肪和钙等营养元素。奶酪品质的感官印象是多种化学物质综合、协同作用的结果，任何单一的风味组分都不能达到理想的特征风味。奶酪的风味主要是通过碳水化合物代谢、脂肪降解和蛋白质水解生化反应生成的[1]。与此同时，奶酪的风味是消费者选择和购买的衡量因素，也是评价奶酪品质的重要指标之一[2]。奶酪风味在合成途径中会产生许多不理想成分，因此，奶酪风味合成控制与不理想风味的改善对于奶酪的生产与消费尤为重要。

1 国内外奶酪风味及香气的研究现状

奶酪作为一种营养丰富、风味独特的乳制品一直备受西方人民的喜爱，其风味物质主要包括酸类、酯类、醇类和醛类等化合物[3]。奶酪品质的感官印象是多种风味化学物质综合、协同作用的结果，任何单一的化学成分都不能充分代表其风味组分。因此，奶酪的风味及香气成分是评价其品质的重要指标，也是消费者选择和购买的关键因素。Delgado Francisco José等[4]采用SPME-GC-MS提取分离技术，研究了4个不同成熟阶段(1，30，60，90 d)的西班牙干酪Torta del Casar的挥发性物质，共检测出46种化合物：13种酸，9种酯，4种酮，7种醇，3种醛，7种芳香族化合物和3种未分类化合物，其中微生物和氨基酸降解来源高于脂解来源的羧酸是其区别于其他奶酪的特征风味及香气。Bergamaschi M等[5]采用SPME-GC-MS提取分离技术研究了11种高原地区奶源乳制品(脱脂牛奶、奶油和奶酪等)的挥发性化合物，共鉴定出49种化合物：醇类13种，醛类9种，酯类8种，游离脂肪酸类6种，酮类5种，内酯类2种，硫类2种，萜烯类2种，苯酚1种和苯1种，并且特征风味及香气可以用作牛奶、奶酪等产品和工艺参数的标志。Ayana Ibrahim A A Abou等[6]对比分析了山羊饲喂高油、低油和无油种子产生的乳制作的奶酪Edam-like的挥发性化合物，与对照组比较发现己酸、4-甲基辛酸、4-乙基辛酸、壬酸、3-甲基丁酸和癸酸显著下降，除此之外，其成熟速度和感官评分得到了增加。

我国的奶酪品种较为单一，并且主要集中在少数民族地区，如内蒙古和新疆等地。随着国民健康意识的提高，奶酪逐渐走入大众视野。但我国对于奶酪的研究分析相对较少，还停留在初步探索的阶段。马杨等[7]对新疆特色酸凝奶酪成熟过程中的非挥发性风味物质进行了研究，结果显示：奶酪成熟时间延长，有机酸含量变化显著，游离氨基酸和游离脂肪酸含量处于动态变化。宫俐莉等[8]利用SPME-GC-MS提取分离发酵期间的内蒙古奶豆腐的挥发性风味组分，共检出64种挥发性风味化合物，其中发酵初期(2～4 h)检测到45种，以脂肪酸类物质为主；发酵中期(4～8 h)检测到27种，以醇类、酮类物质为主；发酵后期(8 h～成品)检测到44种物质，以酮类、芳香族类物质为主。郑晓吉等[9]基于SPME-GC-MS比较了新疆哈萨克族不同居住地区奶酪的风味差异。从20种奶酪样品中检测出52种挥发性化合物，其中主要特征风味物质包括酸类(乙酸、丁酸、庚酸、辛酸)、醇类(乙醇、苯乙醇、3-甲基丁醇)、酯类(乙酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、丁二酸二甲酯)、酮类(2-壬酮、2-庚酮、乙偶姻)、醛类(正己醛、庚醛、壬醛)等。

2 奶酪芳香物质合成途径

奶酪中的芳香物质合成途径主要为：碳水化合物代谢、蛋白质代谢和脂肪代谢[10]。蛋白质代谢又分为初级代谢(蛋白质水解、肽水解)和次级代谢(游离氨基酸降解为风味物质)，其中初级代谢主要形成奶酪的苦味和背景风味，次级代谢对奶酪期望风味的形成至关重要[11]。脂肪分解对于奶酪的风味和质构有重要影响，奶酪中的牛乳脂肪在脂酶的作用下分解产生脂肪酸，脂肪酸经过代谢会转化成其他的芳香组分。奶酪中碳水化合物代谢主要由乳糖和柠檬酸盐组成，乳糖在微生物的作用下，经糖酵解途径产生乳酸，乳酸又可以产生其他风味物质[12]。

2.1 以氨基酸为前体的生物合成

游离氨基酸的浓度与奶酪的风味密切相关，并且被认为是奶酪成熟程度判断的重要指标[13]。

图1 氨基酸代谢途径Fig.1 Amino acid metabolism pathway

由图1可知，游离氨基酸可分解成一系列有机化合物和芳香化合物，例如胺、酸、羰基化合物、含硫化合物，它们是奶酪味道的主要贡献者[14]。有研究表明，精氨酸与奶酪的苦味有关，脯氨酸、天冬氨酸和丝氨酸与奶酪的甜味有关，亮氨酸通过Strecker降解(见图2)可形成3-甲基-1-丁醇，苯丙氨酸和色氨酸可转化生成苯甲醛，在酵母菌的作用下，苯丙氨酸可形成苯乙醇，赋予奶酪发酵香和玫瑰香[15]。

图2 Strecker降解途径Fig.2 Strecker degradation pathway

2.2 以脂肪酸为前体的生物合成

以脂肪酸为前体的生物合成途径见图3。

图3 脂肪酸代谢途径Fig.3 Fatty acid metabolism pathway

短链和中链脂肪酸直接成为奶酪的风味成分，其余脂肪酸会转化成其他有机或芳香化合物，如甲基酮和内酯，多不饱和脂肪酸经过氧化会产生多种强烈风味的不饱和醛，容易导致奶酪产生臭败风味缺陷，由于其低的氧化还原电位和低水平的不饱和脂肪酸，脂质氧化在奶酪中是有限的。脂肪酸作为前体物质在脂氧化酶的氧化作用下可产生C6和C9醇类、醛类和由C6和C9的脂肪酸所形成的酯类等风味物质[16]。亚油酸和亚麻酸在酶促反应作用下生物合成具有独特芳香气味的物质[17]。

2.3 以乳糖和柠檬酸盐为前体的生物合成

奶酪中含有原料乳4%左右的乳糖，以乳糖为前体的生物合成途径见图4。乳糖在乳酸菌代谢作用下生成乳酸，乳酸会改变奶酪的pH，进而影响酶与微生物的相互作用，最终对奶酪的风味产生影响[18]。柠檬酸盐会促进奶酪多种风味物质的产生，如3-羟基-2-丁酮、丁二醇等。

图4 乳糖和柠檬酸盐代谢图Fig.4 Lactose and citrate metabolic pathways

3 奶酪不理想风味的改善

随着国际化水平日益提高，我国对于奶酪的消费也逐步提升，奶酪的营养价值虽高，但其独特的风味并不能得到大众的广泛认可，因此，奶酪风味的改善对于我国奶酪的生产和消费尤为重要。

3.1 附属发酵剂

奶酪发酵剂主要分为两类：细菌发酵剂和霉菌发酵剂。发酵剂对于奶酪的发酵成熟尤为重要，添加附属发酵剂不仅能够加速奶酪成熟，降低生产成本，更能使奶酪风味得到良好的改善，并能根据消费者的风味喜好，筛选出高产某种风味成分的菌株，利用其生产特定风味的奶酪。Centeno J A等利用K.varians和Y.lipolytica附属发酵剂增加了挥发性化合物的形成，尤其是脂肪酸、酯和硫化合物，进而改善了Tetilla奶酪的风味特征。Ho Van Thi Thuy等[19]利用SPME-GC-MS确定了添加附属发酵剂的奶酪产生的3-甲基丁醛(具有麦芽风味)增加了300～400倍，与此同时增强了奶酪风味并促进了成熟。洪青[20]进行了具有潜在增强类卡门贝尔奶酪果香味附属发酵剂的筛选，获得了具有增强类卡门贝尔奶酪果香味的植物乳杆菌CCFM12，结果表明，此发酵剂提高了奶酪中的乙酯类含量，果香风味显著提高。宋兰兰[21]研究表明附属发酵剂不仅能改善奶酪的质构，还能提高低脂奶酪中蛋白质的水解程度，增加游离氨基酸含量，挥发性风味物质增多。

3.2 奶酪风味剂

目前，最具经济效益控制和改善奶酪风味最常用的方法是添加奶酪风味剂，天然奶酪风味剂主要分为两种[22]：一是脱水或粉碎奶酪，具有香气自然和风味均衡等特点，但其风味强度较弱，生产成本高，稳定性低；二是酶改性风味剂(EMCF)，与天然奶酪相比，生产成本低廉，化学性质稳定和风味强度较好等。Kilcawley K N等[23]研究发现，添加风味剂的奶酪与天然奶酪相比，促进了短链游离脂肪酸的释放，如丁酸酯，丁酸盐释放特异性酶突出了丁酸对Cheddar 奶酪风味剂和香气的贡献，丁酸被认为是天然切达干酪风味的重要贡献者。Hulin-Bertaud S等[24]对比分析了15种奶酪风味剂的气味和风味特征的显著差异，与天然切达奶酪相比，添加风味剂的奶酪更具有典型的奶酪风味。苏燕玲[25]研究发现，酶改性奶酪中酸类物质在风味成分中占较大比重，其中丁酸和己酸对奶酪风味的影响较大，乙酸乙烯酯、丁酸乙酯和己酸乙酯等酯类对奶酪风味的形成具有重要影响。邓海燕等[26]研究发现，添加酶改性风味剂的奶酪游离脂肪酸和氨基酸含量都有较大程度的增加，奶酪的香气和口感都有较大的提升，增强了奶酪的特征风味。

3.3 生产工艺优化

在奶酪的加工过程中，生产工艺参数尤为重要，不同的工艺参数对奶酪风味有较大影响。郭萌萌[27]优化了硬质干酪的生产工艺条件，并确定了最佳的工艺参数，发酵剂添加量2.5%、发酵时间40 min、氯化钙添加量0.02%、凝乳酶添加量0.002%、食盐添加量0.5 g/dL。在此工艺条件下研制的干酪口感愉悦，风味浓郁，感官良好，质地紧密有弹性。李永青[28]利用正交试验对Tilsit干酪生产工艺进行了优化，发酵剂添加量为0.01%，CaCl2添加量为0.01%，热烫温度为42 ℃，热烫时间为30 min，装模pH值为5.4，盐渍浓度为18%，盐渍时间为6 h，表面成熟菌添加量为0.01 g/mL，成熟60 d，获得风味良好的干酪样品。