SPME-GC-MS和GC-O鉴定3 种不同生产工艺马苏里拉奶酪的特征香气物质

王 姣，许凌云，张晋华，边 冉，王 蓓,2,，曹雁平,2

（1.北京工商大学食品与健康学院，北京 100048；2.北京市食品添加剂工程技术研究中心，北京 100048）

马苏里拉奶酪具有特有的弹性与韧性，它是我国仅次于切达奶酪进口量的奶酪种类之一[1]。现在市面上销售的马苏里拉奶酪由于选用的原料乳来源不同且生产工艺不同，大致可以分为三大类：新鲜水牛奶马苏里拉奶酪、新鲜牛奶马苏里拉奶酪和半硬质牛奶马苏里拉奶酪。由于水牛奶本身的营养价值较牛奶而言更丰富，其脂肪、蛋白质、总固形物、非脂乳固体含量和乳糖含量均高于牛奶[2]，因此水牛奶马苏里拉奶酪的品质较高，但也更易发生掺假现象，因而对不同类型的马苏里拉奶酪进行识别检测对于我国进口奶酪制品品质控制具有重要意义。现阶段国内外对马苏里拉奶酪的研究大多集中在奶酪生产的影响因素[3]、微观结构和包装[4]与贮藏等方面[5]，很少有文献对不同类别马苏里拉的挥发性风味组分进行研究[6]。

近年来，固相微萃取-气相色谱-质谱（solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS）联用和气相色谱-嗅觉（gas chromatography-olfactometry，GC-O）测量技术广泛用于各种食品的香气化合物分析。冒德寿等[7]利用SPMEGC-MS结合GC-O鉴定清香型白酒特征性香气物质，刘盼盼等[8]利用SPME-GC-MS和香气活力值（odor activity values，OAV）研究不同产地绿茶饮料挥发性风味成分物质含量及构成差异。本实验采用SPME-GC-MS、GC-O结合OAV对三大类马苏里拉奶酪的挥发性风味物质进行分析，并在其基础上结合统计学方法对其进行进一步主成分分析，为不同种类马苏里拉奶酪的风味研究提供理论基础，也为马苏里拉奶酪掺假的检测和鉴别提供进一步的参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马苏里拉奶酪样品采集于北京婕妮路进口超市，其产地信息及主要成分见表1。根据其制备工艺及原料乳的不同可将马苏里拉奶酪样品分为三大类[9]。不同马苏里拉奶酪制备工艺流程[10]见图1。

正构烷烃（C7～C40，色谱纯） 美国O2si公司；氦气（纯度99.999%） 北京天利仁和物资贸易有限责任公司。

表1 马苏里拉奶酪的产品信息Table 1 Information about Mozzarella cheeses tested in this study

图1 马苏里拉奶酪的工艺流程Fig.1 Flow chart of Mozzarella cheese processing

1.2 仪器与设备

7890 B-5977A型GC-MS联用仪、DB-WAX型毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美国Agilent公司；7890B-ODP3 GC-O仪 德国Gerstel公司；HH-1型超级恒温水浴锅 金坛市至翔科教仪器厂；SPME装置的手柄、固定搭载装置及50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头 美国Supelco公司；ScilogexMX-E旋涡混匀仪美国赛洛捷克公司。

1.3 方法

1.3.1 SPME

取6 g奶酪样品置于容器中，用高速分散器将其打碎，并将其和1 μL内标0.816 mg/mL的2-甲基-3-庚酮及0.931 mg/mL的2-甲基戊酸用旋涡混匀仪混匀30 min，充分混合后混合物放入40 mL顶空瓶中。最后将混合的待吸附样品在60 ℃水浴中平衡30 min，然后将已经老化好的萃取头插入顶空瓶中进行萃取，吸附时间30 min，等待GC进样。

1.3.2 GC-O-MS测定

GC条件：解吸时间5 min，氦气作载气，流速1.2 mL/min；DB-WAX毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：起始柱温40 ℃，保持4 min，以8 ℃/min升到100 ℃，保持2 min，然后以5 ℃/min升温到180 ℃，最后以10 ℃/min升温到230 ℃，保持5 min。

MS条件：电子电离源；电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；进样口温度250 ℃；四极杆温度150 ℃；扫描模式为全扫描；质量扫描范围m/z20～350；为防止嗅闻时鼻腔干燥，加湿空气到嗅闻口。每种样品做3 次平行。

1.3.3 定性定量分析

采用3 种方法对化合物定性：首先在NIST 14谱库中进行检索、对比；计算化合物的保留指数（retention index，RI）并与文献中的RI进行对比；比对嗅闻结果。RI的计算是将正构烷烃C7～C40与马苏里拉奶酪在相同的色谱条件下得出GC保留时间，按下式计算待测物i的RI（tn＜ti＜tn＋1）：

式中：n为碳原子数；tn为碳原子数为n的正构烷烃的保留时间/min；tn＋1为碳原子数为n＋1的正构烷烃的保留时间/min；ti为样品i的保留时间/min。

采用内标半定量的方法计算各挥发性成分的含量，根据化合物及内标化合物峰面积比值计算各挥发性成分的含量。

1.4 数据统计分析

挥发性化合物主成分分析采用Canoco for Windows 4.5软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 马苏里拉奶酪的化合物定量分析

图2 6 种马苏里拉奶酪的化合物含量对比图Fig.2 Contents of volatile compound classes in six brands of Mozzarella cheese

3 类马苏里拉奶酪共检测出109 种挥发性风味成分，见表2。其中酯类和酸类化合物种类最多有20 种，其次是醇类、醛类分别为17、15 种，此外还包括酮类、烯烃类、芳香及杂环类以及含硫类化合物等。不同工艺制备的马苏里拉奶酪的挥发性化合物种类和含量差别较大，见图2。新鲜水牛奶奶酪以酸类为主，其次是酯类和醛类；新鲜牛奶奶酪中酸类化合物含量较高，内酯类化合物和芳香及杂环类化合物含量也较高；半硬质牛奶奶酪以酸类化合物为主，其次是芳香及杂环类化合物、内酯类和含硫化合物。由于风味组分对样品的风味贡献程度不仅取决于化合物含量的高低[11]，还与其对应的阈值有关，为了更好地对不同种类马苏里拉奶酪风味组分的贡献情况进行评定，结合文献阈值结果对嗅闻得到的31 种化合物的香气值进行进一步分析。

表2 6 种不同品牌马苏里拉奶酪的化合物定量结果Table 2 Quantitative results of volatile components in six different brands of Mozzarella cheese

续表2

续表2

2.2 马苏里拉奶酪中主要香气化合物组分的OAV分析

表3 马苏里拉奶酪中31种化合物的OAVTable 3 OAV of 31 compounds in Mozzarella cheese

马苏里拉奶酪中香气组分OAV的计算是基于文献中已有的阈值，如表3所示，其中OAV大于1的化合物有乙酸、丁酸、己酸、辛酸、正癸酸、乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、δ-癸内酯、δ-十二内酯、己醛、庚醛、辛醛、壬醛、糠醛、(E)-2-壬烯醛、苯乙醛、1-辛烯-3-醇和2-十一酮，共20 种风味化合物，其中己酸乙酯的OAV高达99.28，说明对马苏里拉奶酪整体风味的形成起关键贡献作用。

脂肪酸类化合物对马苏里拉奶酪的风味具有重要影响，其本身不仅是奶酪的主要风味物质，还是其他风味物质（如甲基酮、醇、酯等风味物质）的前体[22]。OAV大于1的脂肪酸类化合物有丁酸、己酸、辛酸、乙酸、癸酸，这5 种挥发性较强的中、短碳链脂肪酸，它们是牛奶中的特征风味组分，在低质量浓度下均具有较为浓郁的奶香味，其中OAV较大的己酸和辛酸分别带有强烈的、腐臭奶酪香气[23]和酸臭味，这些脂肪酸类化合物对马苏里拉奶酪风味起到主要贡献作用。

奶酪中含有丰富的酯类化合物，短链的酯类化合物不仅在常温下挥发性较强，且具有较低的阈值。这些酯类能够很好地掩盖奶酪中脂肪酸和胺类物质所产生不愉快的风味[24]，且许多酯类能够赋予奶酪甜味、水果味及花香味，因而对奶酪感官品质具有较好贡献。本实验中OAV大于1的酯类物质有4 种，分别为乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯和辛酸乙酯，这类酯类物质的混合物被称为黄油酯[25]，其中己酸乙酯具有菠萝的香甜味[26]，辛酸乙酯具有柔和、愉快而持久的白兰地酒香味[27]，是乳制品中特征性风味组分。内酯类化合物中δ-癸内酯和δ-十二内酯的OAV大于1，内酯类化合物大多具有奶油、椰子等油脂香气，在奶酪整体风味的构建中发挥着不可替代的作用[28]。

酮类物质感知阈值低，是奶酪风味组分中不可或缺的一类。其中最重要是具有奶油香气的甲基酮类化合物。甲基酮类化合物多由不饱和脂肪酸氧化产生[29]，能够赋予奶酪奶香味、水果味及花香味。酮类物质中仅2-十一酮的OAV大于1,2-十一酮，是重要的牛奶奶香味的来源[30]，对马苏里拉奶酪的风味的形成具有促进作用。

醛类组分会很快还原成醇及相应的酸，因而醛类物质在奶酪中的存留时间很短[31]，但醛类组分对于奶酪的风味同样有重要的影响。OAV大于1的醛类物质有己醛、庚醛、辛醛、壬醛、糠醛、(E)-2-壬烯醛和苯乙醛，壬醛有柑橘香、花香[32]，庚醛具有强烈和不愉快的油脂刺鼻气味[33]，辛醛有类似甜橙的香气[34]，糠醛具有苦杏仁味，(E)-2-壬稀醛具有黄瓜味和西瓜味，己醛呈现出青草香味[35]，苯乙醛具有蜂蜜、鲜花的香气[36]，这些醛类物质对马苏里拉奶酪的整体风味具有积极作用。

醇类物质在奶酪中主要有4 种来源：一是乳糖代谢；二是甲基酮还原；三是氨基酸代谢，氨基酸可通过Strecker降解产生醇类；四是亚油酸、亚麻酸降解[37]。醇类物质中仅有1-辛烯-3-醇的OAV大于1,1-辛烯-3-醇具有浓郁的蘑菇香气[38]，对奶酪风味的形成起着很好的修饰作用。

综上可知，脂肪酸类、酯类、内酯类、酮类、醛类和醇类物质共同构建了马苏里拉奶酪的整体风味。

2.3 主成分分析

选取嗅闻得到的31 种化合物的OAV（表3），对3 类不同工艺制备的马苏里拉奶酪风味化合物的OAV进行主成分分析，从而对不同制作工艺的奶酪差异进行表征，并进一步得到挥发性风味物质对奶酪差异的贡献度[39]。

图3 6 种马苏里拉奶酪的特征性风味物质的主成分分析Fig.3 PCA plot of characteristic flavors of six brands of Mozzarella cheese

如图3所示，第1、2主成分的贡献率分别为61.9%、21.4%，总贡献率大于75%，说明这2 个主成分基本能够表征样品的大部分特征[40-41]。6 种马苏里拉样品能够明显按各自特性分为3 类，表明采集的数据能反映出6 种样品间的差异。对乔瓦和奇伦托整体风味贡献较大的化合物为己醛、庚醛、己酸乙酯、(E)-2-壬烯醛、糠醛和丁酸乙酯，对蒂娜和奥瑞秋整体风味影响较大的化合物为1-辛烯-3-醇、2-十一酮和δ-十二内酯，对荷氏和米格整体风味起主要作用的化合物为正癸酸、苯乙醛和乙酸乙酯，根据这些化合物的差异能够很好地区分这3 类不同生产工艺的马苏里拉奶酪。

3 结 论

本实验通过SPME-GC-MS和GC-O对3 类不同工艺制备的马苏里拉奶酪进行分析，结果得出：共检测出109 种挥发性风味成分，酯类20 种、酸类20 种、醇类17 种、醛类15 种、酮类12 种、芳香及杂环类11 种、内酯类6 种、烯烃类5 种以及含硫类化合物3 种。其中嗅闻确定的化合物有31 种，将这31 种化合物的OAV进行主成分分析，表明新鲜水牛奶马苏里拉奶酪的主要挥发性风味物质为己醛、庚醛、己酸乙酯、(E)-2-壬烯醛、糠醛和丁酸乙酯；新鲜牛奶马苏里拉奶酪的主要挥发性风味物质为1-辛烯-3-醇、2-十一酮和δ-十二内酯；半硬质牛奶马苏里拉奶酪的主要挥发性风味物质为正癸酸、苯乙醛和乙酸乙酯。主成分检测结果能将这6 种马苏里拉奶酪大致分为3 类，说明这些挥发性风味物质能很好地描述不同类别奶酪的风味差异。