奶味香精的制备技术与开发现状

高雨婷，秦安琪，钱建瑛，史劲松，闫建国，许正宏

（1.江南大学 生物工程学院，江苏 无锡214122；2.江南大学 药学院，江苏 无锡214122；3.宁夏塞尚乳业有限公司，银川750001）

0 引言

奶业是健康中国、强壮民族不可或缺的产业，牛奶中含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素和矿物质等营养物质，营养全面且易于人体吸收[1]。目前，我国奶业面临着产品供需结构不平衡、产业竞争力不强、消费培育不足等问题。2017年，我国人均乳制品消费量折合成生鲜乳为36.9 kg，只有世界平均水平的1/3[2]。

我国的乳制品存在口感不丰富、蛋白质含量偏低、益生功能不突出等问题。乳制品的风味是影响其质量的重要因素[3]，大体上主要包括乳的气味、呈味和适口性三个部分[4]。在乳品加工过程中，乳的风味也会遭到破坏。此外，乳脂肪中饱和脂肪酸含量较高，很多消费者担心摄入过多全脂乳制品会导致肥胖、胆固醇升高等健康问题[5]，因此更倾向于购买低脂或脱脂乳制品，但脱脂乳存在口感不浓厚，风味不突出等缺点。非乳制品中人造奶油、豆奶、冰淇淋、雪糕中牛奶香味也需要补充。因此，迫切需求采取新的加工技术来强化乳香风味的形成，获得风味浓郁、可用于调配使用的天然风味乳脂基料，既满足消费者的感官享受，又满足了其对健康的需求，从而提升乳制品消费水平。本文总结了乳香风味成分、主要制备技术以及专利情况，分析了目前奶味香精生产存在的问题，为奶味香精的制备提供一定的参考。

1 乳香风味物质成分

乳香风味组成种类繁多，大体上分为脂肪酸类、酯类、醛类、酮类、醇类、芳香化合物以及杂环化合物等。这些风味成分主要来源于两大方面，一是原料乳中的天然香气成分，二是在乳品加工过程中形成的风味成分[6]。

乳脂肪中大部分的脂肪酸为C4-C18的饱和脂肪酸，还含有少量的棕榈酸、油酸、亚油酸等[7]，这些中短链及部分长链脂肪酸是乳类食品重要的香气来源[8]。但短链脂肪酸在高于阈值的浓度条件下，会产生不良的风味，以丁酸为例，其含量在阈值附近时，会呈现出令人愉快的风味，随着含量的增加，风味呈现出腐败酸味[9]。

乳制品中的饱和脂肪酸存在一些γ-和δ-羟基酸，这些羟基酸容易转化成γ-和δ-内酯，且饱和脂肪酸经β-氧化生成β-酮酸后，会发生脱羧作用形成甲基酮，而不饱和脂肪酸可能会通过水合作用生成羟基酸，羟基酸经过β-氧化生成γ-和δ-内酯[10]，内酯类化合物在香气上与相应的酯类有一定的相似之处，是一类重要的奶香味香料化合物[11-12]，虽然含量不高但对乳中奶香的形成贡献却很大[13]。

醛类化合物的风味阈值较低，因而在奶香味形成中起着重要的作用[14]。酮类化合物是牛奶风味物质中种类最多的挥发性物质，乳制品中一些游离的脂肪酸进行一系列的自动氧化、分解、脱水等反应形成酮类物质[15]，例如2-戊酮、2-庚酮等，这些物质具有较高的香气强度，是形成乳制品风味的重要组成成分。此外，牛奶中还含有0.07%～0.4%的柠檬酸，在微生物的作用下，可以生成具有浓厚奶香味的乙偶姻[16]。

呋喃类、吡咯类、吡嗪类以及其他含S、N、O的杂环化合物对在乳制品的加工、贮存过程中的风味形成起重要作用。这些杂环化合物可能来自不同的途径，有的来自还原糖和氨基酸之间发生的美拉德反应[17]，美拉德反应是氨基化合物和羰基化合物之间发生的反应，通常是氨基酸、肽、蛋白质和还原糖类发生热反应，从而形成特殊的焦糖风味和色泽。

乳制品的风味也受动物自身的因素影响，不同品种的奶牛，其牛奶的风味成分也不相同。娟珊牛牛奶乳脂含量高，口感和风味更好[18]。水牛奶中总固形物、脂肪、蛋白、灰分均高于牛奶，奶香风味醇厚[19]。饲料、饲养管理、环境因素、贮存及运输等也均影响着牛奶的风味。有研究表明，储藏在37℃条件下的超巴氏奶风味变化明显[20]。给泌乳奶牛加喂VE可增强牛奶风味的稳定性；Frétin等人研究发现，与放牧奶牛相比，玉米青贮饲料喂养的奶牛会导致乳制品风味减弱且下降[21]。乳制品包装材料中渗出的铁离子和锡离子，可引起牛奶产生异味。

2 奶味香精的制备方法

奶味香精是现代食品工业非常重要且应用非常广泛的添加剂之一[22]，也是香精香料领域中投资最大、开发研究最为活跃的香精之一[23]，可以补充食品中原有香气的不足，稳定食品中的固有香气，或者修饰食品原料的不良气味，广泛应用于冷食、糖果、饮料、饲料等的增香[24]。但目前市场上奶香型的香料品种还不是很多，其制备方法主要包括三大类：化学合成法、微生物发酵法和酶法水解法[25]。

2.1 化学合成法

目前市场上大部分奶味香精是由化学合成法制得的。化学合成法主要是合成单体风味物质。一般奶味单体香精的香味成分有内酯类物质、中短链脂肪酸、酯类、噻唑类、乙基香兰素、乙偶姻和双乙酰等化合物[26-27]。

乙偶姻是较为常见的奶味香精成分，在较高的浓度时，原本的奶香味会变为浓郁的奶油香味，当以较低浓度使用时，有淡雅清新的鲜奶香味[24]，我国已有研究利用NaHSe还原法，与乙酸和乙醇的混合溶剂以及溶解在四氢呋喃中的2,3-丁二酮在室温下反应来制备乙偶姻[28]。乙基香兰素是一种非天然的合成香料，呈甜巧克力香气及香兰素特有的芳香气[29]，邻乙氧基苯酚-乙醛酸法生产乙基香兰素具有易控制、收率高、污染少、萃取剂易再生、氧化剂易再生等优点，是国际市场上常用的生产方法[30]。巩凡等人采用丙酮酸和丙三醇为原料，以对甲基苯磺酸为催化剂制备出新型辛内酯奶味香精[31]。洪伟等人以2-辛酮为原料，使用亚硝酸异戊酯为亚硝化试剂，在浓盐酸存在下进行亚硝化反应，生成3-肟-2-辛酮，再经过水解得风味成分2,3-辛二酮[32]。

2.2 微生物发酵法

微生物发酵在在食品工业应用十分广泛，人们利用发酵生产面包、酒曲、食醋、酱油、酒精饮料等食品或中间原料。近年来，利用微生物发酵来生产食品添加剂也取得了较大的进展。

微生物发酵法生产奶味香精是指用乳链球菌、乳杆菌等微生物，以牛奶或者稀奶油做为发酵底物，生产奶味香精的方法。微生物在发酵过程中可以产生醇类、有机酸、羟基类、内酯类、脂肪酸酯类、硫化物等风味物质，且其香气更加自然丰富，与天然乳制品十分接近，是人工调配的香精难以达到的。王冰等人利用多种乳酸菌对脱脂奶粉进行发酵处理，获得的上层清液中含有酸类、醇类、酮类、内酯类、含硫化合物等多种香气成分，是优良的天然酸奶香精底料[33]。王丹等利用马克斯克鲁维酵母Y51-6发酵稀奶油，以酒精体积分数、感官评定作为优化指标，通过正交试验确定最佳发酵工艺条件为发酵时间40 h、发酵温度45℃、蔗糖添加量7 g/100mL、接种量7%（体积分数），制得风味较好的奶味香精[34]。

2.3 酶法水解法

酶法制备奶味香精是以牛奶、稀奶油、奶油为原料，通过脂肪酶的作用将乳脂肪分解，从而得到风味成分增强的香精香料。脂肪酶的水解可以促使乳脂中的脂肪酸甘油三酯分解成为脂肪酸、甲基酮及内酯类物质，从而使乳脂的风味得到改善。

早在上世纪，酶法增香技术在日本就已经成熟，日本雪印公司自80年代就开始研究脂肪酶对奶油的酶解。日本长谷川公司利用脂肪酶酶解奶酪生产出的奶香基料已在饼干加香中得到应用[35]。Ivan Kurtovi等人提取纯化了鲑鱼体内的羧基酯脂肪酶，利用羧基酯脂肪酶和商品消化脂肪酶酶解奶油，获得了风味明显增强的奶香基料[36]。Sasanian等人利用脂肪酶酶解商用UHT奶油，将酶解产物添加到酸奶中，获得了风味自然醇厚的酸奶[37]。Omar等人利用不同种类的脂肪酶酶解奶油，得到了具有乳脂肪风味特征的香味基质，且没有不良风味影响[38]。孔凌等利用脂肪酶酶解乳清粉和牛奶的混合物，并通过正交试验确定了最佳酶解条件为：温度55℃，酶解时间6 h，pH为6.5，酶添加量为0.1%，获得了天然仿真的增香香精[39]。林伟锋等研究单独添加及复配添加蛋白酶和脂肪酶对稀奶油-乳清体系发酵特性及风味的影响，制备营养价值高、具有稀奶油和乳清特有酶解及发酵风味的浓缩风味乳基[40]。酶法水解法具有反应条件温和、能耗低、催化反应特异性强、不易产生副产物、对环境友好等优点。

2.4 复配法

目前，已有研究在奶油底物中添加奶粉、乳清粉等形成复合酶解底物，并将酶解法与微生物发酵法结合起来，还有的研究结合了其他手段如美拉德反应、热裂解反应等，进行复配，制得的产品风味更加丰富柔和，香气更加浓厚，口感更佳细腻有层次感。周美玉等人采用乳酸菌发酵及蛋白酶酶解联合工艺，获得了香气浓郁，滋味厚重，协调性好，可用于调配的高档奶酪风味剂[41]。骆婕怡等人采用双酶法协同美拉德反应，以黄油和乳清粉作为混合底物进行双酶酶解，45℃下脂肪酶酶解5 h，酶量为0.15%，同温度下蛋白酶酶解8 h，酶量0.03%，之后将酶解产物进行美拉德反应，条件为：乳糖添加量8%，反应温度90℃，反应时间30 min，得到了奶香味道浓厚、和谐、香甜的奶味香精[42]。

随着生活水平的提高，消费者也不仅满足于单一风味的乳制品，而是追求风味多样化和更高的营养价值。伊利、君乐宝等乳业集团从开发新型“炭烧”风味的发酵乳，面向消费人群丰富液态奶市场供应。陈红惠等人将玫瑰花浆、银耳和牛奶共同发酵，并通过正交试验确定出最佳配比，制得酸甜可口，营养丰富，具有玫瑰和银耳独特风味的发酵乳[43]。孙阳将乳清发酵液和姬松茸多糖提取液进行调配，并添加黑加仑粉，制得细腻均匀，具有混合香气，风味突出的发酵乳产品[44]。陈龙将茯苓提取发酵液添加到发酵乳中，制得具有一定保健作用的茯苓发酵乳[45]。

3 知识产权情况

牛奶香精相关专利的申请集中在中国和日本，大部分是在中国国内。日本乳企早在上世纪80年代起步，后续暂停了；而中国从本世纪开始技术创新，一直持续至今。奶味香精相关的专利如表1所示。

表1 奶味香精相关的专利

4 奶味香精生产存在的问题

化学合成法的优点在于工艺简单、生产成本低、反应容易控制、工艺技术比较成熟，可工业化生产。但是这种方法制备的香精香味单一，香气不自然，与天然奶香有一定的差距[52]。此外，2008年三鹿奶粉事件之后，消费者十分注重乳制品的质量安全，质量安全水平成为影响乳制品消费的重要因素[53]。

在食物中合理地添加食品香精不会对人体健康造成威胁，然而消费者更倾向于购买带有“纯天然”“无化学添加”等字眼的商品。因此天然奶味香精是香精行业发展的重点。

利用酶解法和微生物发酵法等制备天然奶味香精的研究虽然在不断创新，不过就目前来看，天然奶味香精的发展还不完善，例如微生物发酵法的风味物质发酵产率较低，香气强度不足，并且要进一步的分离、提纯才能使用，实际应用的价值不大。酶法水解法若酶解过度，会导致体系酸味增强，产生酸败等令人不愉快的气味，还需要后期进行气味修饰。已有学者利用非水相中的脂肪酶催化转酯化反应生产无环单萜类乙酸酯类香精[54]，酯类物质比酸类物质更具有柔和的风味，能否将此方法应用于生产奶味香精，还值得去研究。此外，不同风味成分的香气阈值不同，酶解或者发酵后的产物含量无法严格控制，可能会导致反应产物体系风味不和谐。在保证反应产物的香型的前提下，如何提高呈香强度也是需要研究的重点。

食品香味的呈现也会受到食品基质与香味物质之间相互作用的影响，不同种类食品基质的加香需求也不相同，牛奶香精的调制也需要考虑食品的基质。不同地区，种族和文化的差异也使得不同人对奶的风味评价有着很大的差异，因此在保证营养和安全的前提下，天然奶味香精的生产需要从多方位去调控，这是当前研究的重点问题之一。

5 结果与展望

乳制品的独特风味，是消费者购买的重要因素。我国乳制品加工企业的市场集中度较低，且产品交叉重复、科技含量低、创新能力低。与发达国家相比还存在一定差距。随着经济的发展和健康意识的提高，大众对奶香风味的呈现有了更高层次的需求，过去大部分使用单一化学合成的奶味香精已经不能满足市场的需求，这就为发展品质更好、更天然的香料提供了市场空间。生物方法逐渐取代传统的化学方法，将成为今后香精制造业的发展趋势。

总之，乳品企业要采取有利的措施，抓住消费者的关注点，综合应用先进的生物技术发展天然奶味香精，创新风味多样的营养乳制品研发，开发市场前景好的新产品，推动我国乳制品产业的发展。