高达奶酪及其风味的研究进展

陈臣，田同辉，于海燕，黄娟，袁海彬，田怀香

（上海应用技术大学香料香精技术与工程学院，上海 201418）

随着我国经济持续发展和居民生活水平不断提高，人们对营养健康的需求日渐趋于刚性，因奶酪具有独特的风味和丰富的营养正越来越多地受到中国消费者的关注。2019年我国奶酪市场规模（以零售额计）达65.5亿元，同比增长12.3% ，目前仍处于高速发展期，整体规模呈现快速上升态势。预期在未来几年内，中国奶酪市场年均增长率将会保持在20% ～25% 之间，奶酪业务正迅速发展，未来或将成为中国乳制品行业发展的新引擎[1]。

高达奶酪（Gouda cheese）是一种内部成熟型天然半硬质酶凝奶酪。它历史悠久，起源于荷兰鹿特丹市周边的高达镇，由此得名高达奶酪。成熟高达奶酪表面涂有标明口味特征的黄色蜡质层，故又称“黄波奶酪”。高达奶酪一般指由新鲜全脂巴氏杀菌牛乳制成，在自然条件下成熟约6周～60周的大型扁平圆柱形（大多为4 kg～14 kg）奶酪[2]。高达奶酪因其具有成熟速度快、口味温和、易于烹饪等特点，除在西方国家被广泛食用外，如今也越来越受到全球消费者的喜爱[3]。目前高达奶酪在北京、上海的进口超市中也有所销售，且市场反馈良好。

世界奶酪市场规模不断扩大、国内奶酪行业也迅速崛起，高达奶酪在我国市场空间广阔且发展潜力较大。但目前国内对于高达奶酪的风味及其形成机理的了解尚不够深入，这制约了高达奶酪在国内的推广，因此总结国内外现有高达奶酪的相关研究进展对于后续研究及产品开发具有重要参考意义。本文在已有文献的基础上从高达奶酪风味的研究现状、风味特征及其形成机理、风味影响因素等角度对高达奶酪进行综述，并对未来研究的侧重点做出展望，以期为高达奶酪日后的研究、开发及推广提供参考。

1 高达奶酪的感官及风味特征

高达奶酪的成熟是一个较为复杂的生物化学过程，此过程涉及大量化学反应并包含了大量的酶促反应，因此高达奶酪中蕴含了多种风味物质，且具有十分丰富的感官及风味特征，不同成熟时间的高达奶酪感官和风味特征也有所不同。风味、质地和外观，是最能影响人们对食物的喜好程度的3个属性。在Go等[4]对多种奶酪的喜好性评价试验中，高达奶酪在所测6种奶酪的总体喜好程度评定中得分最高，在消费者品尝测试中的接受度得分最高，其中外观、坚果/脂肪风味、清淡、质地柔软是消费者喜欢该品种奶酪的主要原因。

风味方面，新鲜或低成熟度的高达奶酪风味偏清淡，其特点是乳清味、酸味、芳香和双乙酰的味道比较突出；而陈年高达奶酪的风味则更为浓郁，特点是水果味、焦糖味、麦芽味、坚果味和肉汤味较为明显[5]。但不论低成熟度还是陈年奶酪，几乎所有的高达奶酪都或多或少的具有以下感官特征：蒸煮味、乳脂味、肉汤味、硫磺味、可可味、酸味[5]。高达奶酪的整体风味中除“甜味”和“奶油味、黄油味”属性随成熟过程逐渐下降外，其它大多数风味的感官得分均随着成熟度的增加而提升。与巴氏杀菌乳酪相比，以生牛乳为原料，采用高达奶酪的制作方法所制成的奶酪，其甜味和苦味以及花香、果味、坚果味、巧克力味和动物味的强度更高，而巴氏杀菌乳制成的高达奶酪则在“味道强烈”、“酸”和“辛辣”属性上得分较高[6]。

外观方面，高达奶酪一般体积较大，呈扁平圆柱形（大多为4 kg～14 kg）。高达奶酪表面的涂层有多种不同颜色，红色代表低成熟度高达奶酪，黄色代表中等成熟度高达奶酪，黑色则代表熏制或陈年高达奶酪。未经过成熟过程的新鲜高达奶酪为乳白色，随着成熟陈化时间的增加，黄褐色随之加深，陈化超过3个月的高达奶酪比低成熟度的奶酪颜色更深更黄[2]，Mcsweeney[7]认为低成熟度高达奶酪和陈年高达奶酪之间的颜色差异很可能是由于色素沉着造成的。也有研究者认为不同成熟时间高达奶酪的颜色差异是由乳糖水解产生的半乳糖与蛋白质水解产生的氨基酸发生反应时的非酶褐变反应产生[8]或是因为蛋白质基质的收缩以及水分的流失[9]造成。

质构方面，低成熟度高达奶酪相较于中等成熟度奶酪和陈年奶酪，其手感弹性、按压恢复性、口腔覆盖性、团块光滑度更高且不易断裂；中等成熟度高达奶酪则具有更高的黏性，而陈年高达奶酪的特点是更易断裂且口感硬度和手感硬度较高，这可能是由于陈年奶酪水分含量较低、蛋白质基质分解造成[5]。Yates等[10]对高达奶酪进行了感官分析，其结果表明消费者更喜欢质地光滑、有黏性的高达奶酪，而非具有更高断裂性、硬度或弹性的高达奶酪。在高达奶酪及相似奶酪中，孔洞的数量、大小和形状是重要的质构特征。Akkerman等[11]对高达奶酪中孔洞形成的条件进行了较为详细的研究，证明高达奶酪的成熟过程有利于孔洞的形成。

2 高达奶酪风味分析研究现状

目前，国外对于高达奶酪的风味研究成果较多，也较为系统。采用的较为主流的风味分析方法有气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GCMS）法[5]、气相色谱-嗅觉测量（gas chromatography-olfactometry，GC-O）法[5]、液相色谱-飞行时间质谱（liquid chromatography-time-of-flight mass spectrometry，LCTOF-MS）法[12]、高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）法[13]、高分辨核磁共振波谱（high-resolution nuclear magnetic resonance spectroscopy，HR NMR）法[14]。Jo等[5]利用GC-O从36种不同高达奶酪样品共中检测出90种香气活性物质，其中游离脂肪酸6种，硫化物及其衍生物7种，醛类20种，酯类10种，含氮化合物9种，内酯3种，烷烃3种，醇11种，酮13种，呋喃酮3种，未知物5种。并首次得到在所测的36种高达奶酪中至少有30种存在以下气味活性化合物：丁二酮、乙酸、2-甲基丁醛和甲硫基丙醛。Toelstede等[12]通过LC-MS-TOF和液相色谱串联质谱（liquid chromatography tandem mass spectrometry，LC-MS/MS），独立合成和感官分析等风味组学方法，在高达奶酪水溶性提取物中共鉴定出16种酪蛋白水解形成的苦味肽；Inagaki等[15]利用溶剂辅助蒸发萃取与气质联用（solvent-assisted flavor evaporation-gas chromatography-mass spectrometry，SAFE-GC-MS），对高达奶酪的挥发性组分进行香气提取物稀释分析，从38个气味活性峰中鉴定或初步鉴定出31种气味物质，香气稀释因子在43～48。通过比较3个成熟阶段奶酪的香气稀释因子，发现有16种香气成分随着干酪成熟程度的增加而增加。Califano等[13]用高效液相色谱法测定出高达奶酪样品中的9种有机酸（甲酸、乳清酸、尿酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、丙酮酸、丙酸、丁酸）。Ruyssen等[14]对36个高达奶酪样品进行质子高分辨核磁共振波谱和色谱分析，将得到的光谱与参考值数据库进行比较，HR NMR技术可以快速识别奶酪样品中的各种已知成分，其精确度可与色谱法相媲美。由此可见，关于高达奶酪的风味物质定性和定量以及成熟过程中的风味变化等方面的研究已有一定的基础。而国内关于高达奶酪的研究较少，多集中在高达奶酪的生产工艺和优化[16-17]以及矿物盐[18]、菌种[19]对高达奶酪品质的影响等方面，有关高达奶酪特征风味成分以及感官特性的相关研究较少。

3 高达奶酪中的风味物质组成及其形成机理

高达奶酪中的风味物质主要有酮类、酸类、醛类、酯类、内酯、吡嗪以及含硫化合物等。本文对高达奶酪风味贡献较大的几类香气活性物质进行了详细论述，并在表1中列举了高达奶酪中的主要风味物质及其香气表征。

表1 高达奶酪中主要风味化合物及其香气表征Table 1 Main flavor compounds in Gouda cheese and their aroma characterization

高达奶酪中检测出的酮类，主要包括2-戊酮、2-庚酮、十一酮、3-丁二酮，其风味独特，感知阈值低，是高达奶酪风味组分中不可或缺的一类。这类物质给高达奶酪带来黄油味、水果味、甜味，同时也略有油漆味、霉味等不良气味。随着成熟时间的延长高达奶酪中酮类的含量显著增加，Alewijn等[22]所研究的4种高达奶酪在成熟40周后甲基酮的含量增加了100% ；在Jung等[23]的研究中，高达奶酪中的酮类物质在6个月内从6.49 mg/kg增长到了52.43 mg/kg。奶酪中的酮类一般由霉菌产生（如蓝纹奶酪），主要产生于脂肪酸的β氧化过程[24-25]，但由于高达奶酪等细菌成熟奶酪缺乏蓝纹奶酪等霉熟奶酪中的脂肪和游离脂肪酸降解酶系统，因此，高达奶酪中发生的脂肪降解过程是不同的，Gehrig等[26]研究发现高达奶酪中甲基酮的形成可能是由一种尚未被完全认知的缓慢酶反应或化学反应产生。

高达奶酪中检测出的酸类，主要包括乳酸、柠檬酸、乙酸、丁酸、己酸、丙酮酸，这些物质主要具有酸味、甜味、汗臭味。Califano等[13]发现高达奶酪中乳酸、柠檬酸、乙酸和丙酮酸的产量与时间和温度直接相关，这些酸类物质主要来源于糖酵解和柠檬酸代谢。其中柠檬酸代谢和由此产生的二氧化碳影响高达奶酪的质地，并使得一些高达奶酪中出现“眼睛”，即奶酪孔洞的形成[27-28]。虽然原料乳中的大部分柠檬酸流失到了乳清当中，但残留的柠檬酸仍可在D型或L型发酵剂的作用下进一步代谢成各种风味成分，主要是乙酸、2，3-丁二酮和乙偶姻[2，29]。乳酸有助于奶酪早期阶段的成熟，并通过许多其他途径转化形成多种风味化合物；非发酵剂乳酸菌将乳酸转化成乙酸和二氧化碳，这对于高达奶酪而言也是一种重要反应。王磊等[30]的研究证明丁酸对高达奶酪的风味有所贡献，己酸则对高达奶酪风味起修饰作用。Jo等[5]认为丁酸可能是陈年高达奶酪中对香气影响最大的酸类物质。

醛类，主要包括2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、2-甲基丙醛、12-甲基十三醛、己醛、庚醛和辛醛，它们通常带给高达奶酪坚果味、肉汤味、可可味、干草味及陈腐味。研究人员在陈年和高脂肪含量的高达奶酪成熟过程中观察到了己醛、庚醛和辛醛浓度的增加，其中12-甲基十三醛被认为是成熟高达奶酪的特征风味物质之一[15]。高达奶酪中的醛类是由脂肪酸代谢生成直链醛类；或氨基酸经过降解后，再通过脱羧或Strecker反应降解而生成[29]，例如异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸通过转氨酶参与的生物合成途径或Strecker降解途径分别产生2-甲基丁醛、3-甲基丁醛和2-甲基丙醛，这几种醛类物质主要为高达奶酪带来了坚果味和可可味[31-34]。

酯类，主要包括乙酸乙酯、丁酸乙酯，主要赋予高达奶酪甜味、水果味及花果香。酯类由于香气阈值较低，在高达奶酪的整体风味中扮演着重要的角色，但高达奶酪中的酯类种类及含量在不同奶酪个体之间具有很大的差异[22]。Rehman等[35]和Alewijn等[22]发现高达奶酪中存在的大多数酯是长链脂肪酸乙酯。高达奶酪中乙酯的形成和短链脂肪酸是相关的，负责短链脂肪酸水解的酯酶也可以将脂肪酸酯化，从而产生酯类。Liu等[36]的研究表明，一些乳制品细菌产生的酯酶能够催化奶酪环境中酯的形成，同时还可通过酯交换反应得到，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的酸败和苦涩味[37]。

内酯主要包括δ-辛内酯、δ-癸内酯、δ-十二内酯等。高达奶酪中的内酯是由羟基脂肪酸的非酶酯交换作用和分子内脱水成环作用形成，而羟基脂肪酸存在于乳脂中，且结合在乳脂甘油三酯中，不以游离形式存在，研究发现同一时刻的羟基脂肪酸水解产生量与内酯的生成量差距过大，因此奶酪中的内酯主要通过甘油三酯中酯化的羟基脂肪酸经过酯交换反应直接释放[38]。内酯通常赋予高达奶酪以细腻、甜味、椰子类的味道[39]，内酯在高达奶酪中的含量往往是微量的，但其阈值相对较低[40]，因此对高达奶酪的整体风味表现有重要贡献。

在高达奶酪的风味物质中，还有一部分物质，含量不高，但仍然对风味有较为重要的影响，包括醇类、吡嗪类和硫化物。醇类，主要包括乙醇、2-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丙醇，主要为高达奶酪带来酒精味、甜味及花香味，高达奶酪中醇类的来源主要有乳糖代谢、甲基酮还原、氨基酸代谢以及亚油酸和亚麻酸的代谢。吡嗪类，主要包括2-异丁基-3-甲氧基吡嗪，此物质在奶酪中有一种类似甜椒的香味[41]，在目前的研究中，Jo等[5]所测的36种高达奶酪中有33种含有此物质，甲氧基吡嗪被认为是由于微生物代谢产生。Murray等[42]认为，由于侧链的相似性，缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸是相应甲氧基吡嗪的前体。硫化物，主要包括二甲基二硫醚、二甲基三硫醚，甲硫基丙醛、二甲基二硫醚。二甲基三硫醚被认为是高达奶酪中存在的关键含硫化合物，陈化高达奶酪中的含硫化合物浓度较高，这可能与陈化高达奶酪肉汤风味增加有关，硫化物主要来源于乳蛋白中甲硫氨酸的降解[31]，主要赋予高达奶酪以类似肥皂的气味以及辛辣味。

此外，高达奶酪中的乳糖、氨基酸和多肽、矿物质盐（如氯化钠、谷氨酸钠）等也与其风味表现有着密不可分的关系。其中乳糖的主要转化过程导致乳酸盐的形成，给人一种温和的带有新鲜感的酸味；氨基酸和多肽主要带给高达奶酪以苦味和浓厚感，Visser等[43]在高达奶酪中发现了多种苦味多肽，而多肽的积累可能导致奶酪中的苦味和其它异味，这些多肽需要迅速降解以防止苦味产生；氯化钠是奶酪中咸味的主要贡献者、谷氨酸钠主要带来鲜味。

4 影响高达奶酪风味的因素

研究表明，原料乳、添加剂、发酵剂、涂层和成熟条件等都对高达奶酪最终风味的形成有着重要影响，高达奶酪制作工艺如图1所示。

图1 高达奶酪工艺流程Fig.1 Manufacture process of Gouda cheese

4.1 原料乳

原料乳的主要成分为水、蛋白质、脂肪、乳糖以及矿物质等，原料乳的多组分的混合体系对高达奶酪的风味形成有着重要影响[44]。原料乳中的蛋白质含量直接影响高达奶酪的最终产量和呈味多肽的产生，副酪蛋白与水的比例在奶酪生产过程中也一直被重视[2]；乳糖的含量则主要影响成熟高达奶酪的酸度；高达奶酪中的苦味及金属味可通过控制原料乳中的矿物质种类及含量而得到改善[24，45]。原料乳中的异味，特别是与脂肪相关的异味，可能会被带到奶酪当中，所用原料乳中的脂肪和酪蛋白含量也自然影响高达奶酪产量和风味。高达奶酪所用的原料乳选用新鲜无异味的全脂巴氏杀菌牛奶，脂肪含量需大于3.1%[16]。Jung等[23]对去胆固醇高达奶酪及普通高达奶酪进行了比较研究，证实了去除胆固醇对高达奶酪的风味及质构有着较大影响。其中去胆固醇高达奶酪的水分含量高于普通高达奶酪，这必然使得去胆固醇高达奶酪的质地偏软。此外，该研究还发现，成熟初期去胆固醇高达奶酪多出了9种风味化合物，包括2种酯类化合物、1种醛类化合物、2种醇类化合物和4种杂类化合物，且在成熟初期去胆固醇高达奶酪的风味化合物含量高于普通高达奶酪，而成熟后期则反之。Leuven等[6]通过对生牛乳高达奶酪及巴氏杀菌乳高达奶酪的对比研究发现，“甜味”和“水果味”与成熟6周的生牛乳高达奶酪相关性较大，而含硫化合物与成熟程度较高的巴氏杀菌乳高达奶酪的风味强度有很强的相关性。

4.2 硝酸盐和CaCl2

在高达奶酪的制作工艺中，高达奶酪生产过程中需加入硝酸盐，加入硝酸盐的目的是防止奶酪中酪丁酸杆菌孢子的萌发以减少厌氧条件下丁酸发酵分解糖类所产生的丁酸带来的酸臭及汗臭味，防止奶酪中气体的膨胀，同时防止早期奶酪中大肠菌群的产生。高达奶酪中添加的硝酸盐一般为NaNO3或KNO3，添加量约为0.020% ～0.025%[2]。此外，添加CaCl2的目的是提高牛乳中蛋白质的凝结性，保持牛乳中钙离子的平衡，使酪蛋白胶束保持稳定，避免胶束被破坏使酪蛋白溶解，利于奶酪中的网状结构的增加。但CaCl2的添加量也对高达奶酪的风味有着一定的影响。如适量添加CaCl2会减少人们对奶酪中苦味的感知，而过量添加则会导致高达奶酪产生更多苦味从而影响奶酪口感及整体风味[2]。此外，张文青等[18]的研究发现随着CaCl2添加量的增加，试验中所测高达奶酪的硬度、弹性、咀嚼性、黏聚性、胶着性5个性质均呈现先上升后下降的趋势。

4.3 发酵剂与辅助发酵剂

高达奶酪所使用的发酵剂通过快速发酵乳糖产生高浓度的乳酸，抑制了有害微生物的生长，同时代谢产生奶酪的风味物质。不同发酵剂菌种以及不同菌种的复配比例对高达奶酪的风味有着重要影响，黄宜等[46]通过固相微萃取与气质联用（solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPMEGC-MS）对由不同乳酸菌组合制作的高达奶酪模型进行挥发性风味物质的测定，与商业发酵剂制作的对照组奶酪相比，发现按照1∶1∶1∶1的质量比添加的乳酸乳球菌BD 3170、BD 2263、BD 164和肠膜明串珠菌LM 79组合以及按照1∶1∶1∶1的质量比添加的乳酸乳球菌BD 2263、BD 164、BD 401和肠膜明串珠菌LM 79发酵剂组合制作的高达奶酪可检出的风味物质中各组分平衡结果最好，其中3-羟基-2-丁酮、2-戊酮、庚酮等具有良好风味表征的物质含量较高，风味表现较差的物质（如胺类）的含量比较低。此外，高达奶酪发酵剂中的某些菌株可通过自身的代谢影响奶酪整体风味。如用于生产高达奶酪的发酵剂中柠檬酸发酵菌株会分解乳糖的中间代谢产物丙酮酸，从而对高达奶酪中的酸奶风味有所贡献[2]。Ayad等[47-48]集中研究了从各种来自乳制品和非乳制品环境中分离的天然来源乳球菌菌株的能力，发现与商业上可获得的发酵剂菌株相比，天然菌株具有独特的风味形成特性，天然菌株的复配可应用于开发适合高达奶酪的发酵剂。

辅助发酵剂是从非发酵剂乳酸菌中经过精细筛选的并特意添加至新鲜奶酪中，可提高产品的感官及风味品质，加快奶酪成熟的一类乳酸菌，在高达奶酪的制作中对其风味的形成也有着重要影响[49-50]。辅助发酵剂的添加可调节高达奶酪发酵过程中产生的优良香气和不良气味。萨如拉等[51]通过研究瑞士乳杆菌对高达奶酪品质的影响发现，相较于不含辅助发酵剂的高达奶酪，加入瑞士乳杆菌LH-B02的高达奶酪鲜味更加明显、回味更加浓郁。赵建[52]发现添加附属发酵剂植物乳杆菌SP-3的奶酪中支链氨基酸的浓度以及奶酪的坚果味、水果味和奶油味都得到明显提高，且含硫化合物减少、硫味降低。此外，辅助发酵剂的加入可改变奶酪中微生物的比例从而影响风味，Oh等[53]在高达奶酪制作过程中添加植物乳杆菌H4和发酵乳杆菌H9作为辅助发酵剂，提高了乳杆菌、明串珠菌和链球菌的比例，并且添加H4和H9生产的高达奶酪相较于未添加辅助发酵剂的奶酪分别具有最高的甲酸和丙酸产量。

4.4 涂层

高达奶酪的涂层是其特有的工艺和标志，除此之外，对于奶酪的风味也有着影响作用。高达奶酪的涂层多为从原油中提取获得的石蜡或微晶蜡[54]。涂层对奶酪风味的影响主要通过隔绝空气中的杂菌以及抑制奶酪内部有害菌的繁殖来防止异味的产生。Radiati等[55]的研究中所用的高达奶酪涂层对霉菌和酵母菌有明显抑制作用，从而避免了陈腐味及较强酒精味的产生，使成品高达奶酪具有良好的风味表征。且不同材质涂层对于高达奶酪风味及质构的影响不同，Berti等[56]和Saravani等[57]对于高达奶酪涂层的研究表明，由于不同涂层材料所抑制的微生物种类不同，不同微生物所产生的不良气味也不尽相同，因此不同涂层材料的高达奶酪一般具有一定的风味差别。此外，Kampf等[58]发现涂层有助于高达奶酪形成更好的颜色和光泽。

4.5 成熟

成熟对于高达奶酪风味的变化有着至关重要的影响，成熟期间高达奶酪中风味物质的含量及形成速率发生变化从而导致风味变化[59]。El-Abd等[60]发现随着成熟时间的延长，所有高达奶酪样品的总固体（total solids，TS）、总氮（total nitrogen，TN）和可溶性氮（soluble nitrogen，SN）值和含盐量均呈上升趋势。短链脂肪酸和长链饱和脂肪酸含量也随之增加。在成熟过程中，饱和羰基化合物和不饱和羰基化合物均呈上升趋势，其中不饱和羰基化合物的增加最为明显。Alewijn等[22]对4个不同批次的高达奶酪在长达两年多的成熟过程中产生的脂肪衍生风味化合物进行了监测，发现总游离脂肪酸浓度呈线性增长；研究中还发现δ-内酯的产生速率最初很快，但在20周左右达到一个高峰，内酯的产生变慢，同时量也有所下降；成熟过程中乙酯的形成变化很大，酮类含量略有升高。

5 结语

高达奶酪具有独特的风味和外观，在国内奶酪市场迅速发展的背景之下，其在国内市场具有良好的发展前景。但高达奶酪这类原制奶酪并未被国内消费者所熟知，基于此原因，本文在综述高达奶酪工艺特点的基础之上，总结了高达奶酪的感官及风味特征，阐述了高达奶酪中的特征风味物质及其形成机理，梳理了有关高达奶酪风味形成的影响因素。

高达奶酪因口感温和、奶香味相对浓郁而受到消费者的喜爱，但与其它原制奶酪一样，高达奶酪所具有的肉汤味、咸味及苦味不易被国内消费者所接受。因此，如何根据中国消费者的口味生产原制或再制高达奶酪，进行高达奶酪的风味改良值得思考和研究。此外，高达奶酪成熟过程又伴随着复杂多变的微生物及生化反应，高达奶酪在一系列原发或继发性的反应过程中形成了种类繁多的风味物质，代表性的圆形孔洞也随之形成，从而使得高达奶酪在风味及质构方面具有特征性，然而国内对此领域的研究还偏少，仍需进一步加强。