羊乳脂奶酪酱与牛乳脂奶酪酱风味机理对比分析

高洪武，吴朋谕，高佳嘉，马晓明，刘子汇，汪建明 ，杨晨

（1.天津科技大学 食品科学与工程学院，天津 300457；2.宜品乳业（青岛）集团有限公司，山东 青岛 266600）

奶酪是脂肪和蛋白质浓缩的产品[1]，在食品工业中具有一定的商业价值。奶酪因其独特的风味和质地深受消费者欢迎而成为一种珍贵的食材。使用不同来源的乳制品、发酵剂、酶制剂等，可生产出不同风味的奶酪[2]。奶酪的风味主要来自3 个途径，即蛋白质水解[3]、脂肪水解[4]和糖酵解[5]。奶酪的成熟在风味特性的形成中起着重要作用，每种奶酪都有不同浓度的挥发性化合物[6]。

酶改性奶酪（enzyme modified cheese，EMC）是一种天然奶酪的灵活替代品，在食品配方中具有广泛的应用，被用于提高加工食品中的奶酪风味[7]。EMC 通过酶水解脂肪和蛋白质产生，在短时间内可以获得浓郁的奶酪风味。EMC 中的蛋白质被蛋白酶水解为更多的可溶性肽和氨基酸，脂肪被脂肪酶水解为游离脂肪酸[8]。其中中短链游离脂肪酸（free fatty acid，FFA）的释放直接改变了奶酪的风味[9]，同时，FFA 是酯、酮、醇、内酯和醛等物质的前体物[10]。此外，EMC 还可以强化现有的奶酪味道，或为味道更平淡的奶酪产品赋予特定的奶酪特性[11]。

动物油脂通常作为调味品食用，以增加食品的风味，如牛黄油[12]和羊黄油[13]。牛黄油和羊黄油分别从牛奶和羊奶中提取得到[14]，故称其为牛乳脂[15]和羊乳脂[16]，它们具有较高的营养价值，且独特的口感和成分是其它食物不能比拟的[17-18]。牛乳脂和羊乳脂中含有大量的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸[19]，但羊乳脂比牛乳脂含有更多的中短链脂肪酸，中短链脂肪酸被认为对奶酪酱风味起关键作用，如丁酸、己酸、辛酸等[16]。此外，中短链脂肪酸还具有增加胃肠激素分泌、改善肠道菌群等作用，有利于人体的消化吸收[14]。同时，这些中短链脂肪酸还可以通过羊乳脂中的长链脂肪酸代谢生产，大大提高奶酪酱风味[20-21]。除脂解外，奶酪酱风味的来源还与蛋白酶水解和乳糖发酵有关。传统酶改性奶酪酱制备都是通过牛乳脂制备，羊乳脂制备酶改性奶酪酱的研究鲜见。

本研究分别将牛乳脂和羊乳脂加入到经乳酸菌发酵的奶液中，通过蛋白酶和脂肪酶两步酶解制备具有特殊风味的酶解奶酪酱，通过气相色谱-质谱联用（gas chromatography mass spectrometry，GC-MS）仪、电子鼻等分析手段，研究羊乳脂奶酪酱（sheep milk fat cheese sauce，SMFCS）和牛乳脂奶酪酱（cow milk fat cheese sauce，CMFCS）制备过程中挥发性化合物动态变化及与市售EMC 在电子鼻香气上的差异，以期为羊乳脂代替牛乳脂在酶改性奶酪酱制备中的可行性提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

全脂奶粉、羊黄油：宜品乳业（青岛）集团有限公司；牛黄油：内蒙古华琳食品有限公司；风味蛋白酶（初始pH6.5）、中性蛋白酶（初始pH7.0）：青岛吉宝中新国际贸易有限公司；乳酸乳球菌、脂肪酶CAPALASE C（初始pH6.5）、脂肪酶CAPALASE L（初始pH6.5）、EMC：帝斯曼（中国）有限公司；三聚磷酸钠、柠檬酸钠：天津市风船化学试剂科技有限公司；山梨酸钾、黄原胶、果胶、刺槐豆胶：河南万邦化工科技有限公司。所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

自动凯氏定氮仪（K9840）：山东海能科学仪器有限公司；电子分析天平（ME204）、pH 计（FE28）：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；三温三控水槽（DK-8D）、电热鼓风干燥箱（DF-101S）：上海博迅实业有限公司医疗设备厂；电子鼻（PEN3）：德国AIRSENES 公司；气相色谱-质谱联用仪（ISQ7000）：美国赛默飞世尔科技公司。

1.3 试验方法

1.3.1 加工工艺

将全脂奶粉与水按照料液比1∶2（g/mL）配成全脂奶液，经乳酸乳球菌37 ℃发酵24 h 制成发酵奶液，发酵奶液在65 ℃灭菌30 min，冷却至室温。再向发酵奶液中加入25%（质量分数）油脂（羊黄油或牛黄油）、2%柠檬酸钠、1% 三聚磷酸钠，20 MPa 均质制得待酶解奶酪酱。向均质后的奶酪酱中加入0.15% 蛋白酶（中性蛋白酶与风味蛋白酶质量比为1∶2），在45 ℃、200 r/min振荡培养箱酶解7 h，然后在80 ℃恒温水浴锅中灭菌30 min，冷却至室温。最后，向经蛋白酶酶解完的奶酪酱中加1.5% 脂肪酶（脂肪酶CAPALASE C 与脂肪酶CAPALASE L 质量比为2∶1），在40 ℃、200 r/min 振荡培养箱中脂解10 h。将脂解完的样品在80℃恒温水浴锅中灭菌30 min，冷却，加入0.1% 山梨酸钾、0.5%稳定剂（0.1% 黄原胶、0.15% 果胶、0.25% 刺槐豆胶）均质（40 MPa，20 min）得到成品。

1.3.2 理化成分测定

参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》测定样品中粗蛋白含量；参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》测定样品中粗脂肪含量；参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》测定样品中水分含量；参照GB 5009.229—2016《食品安全国家标准食品中酸价的测定》测定样品中酸价；根据Bas 等[3]的方法，测定pH4.6 和12% 三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）下的可溶性氮（soluble nitrogen，SN），测量蛋白水解程度；在室温下，将pH 计插入样品中测量样品pH 值。

1.3.3 游离脂肪酸测定

参照杜文斌等[22]的方法并稍作修改，称取120 mg油脂样品于25 mL 具塞试管中，加入2 mL 氢氧化钾-甲醇溶液，置于60 ℃超声波清洗器中振荡15 min 后取出。静置15 min，添加2 mL 正己烷作为萃取剂萃取脂肪酸甲酯，盖上玻璃塞振摇30 s 后静置10 min，分层后吸取1 mL 上清液于装有0.5 g 无水硫酸钠的离心管中，涡旋均匀，4 000 r/min 离心2 min，取上清液经有机滤膜过滤（0.45 μm）后用气相色谱-质谱联用仪分析。

1.3.4 挥发性风味物质测定

参照Kendirci 等[4]的方法测定挥发性风味物质，准确称取5 g 样品于20 mL 的样品瓶中，于（60±0.5）℃水浴恒温平衡15 min，将三相萃取头插入样品瓶中顶空萃取40 min 后，取出萃取头，再插入GC-MS 进样口解吸15 min，检测其挥发性组分。

1.3.5 电子鼻测定

电子鼻由10 个金属氧化物半导体传感器组成[23]。检测条件参照柏霜等[24]的方法并稍作改动，取5 g 样品放入顶空瓶中待测，设定电子鼻检测条件：内部流量400 mL/min，进样流量2 mL/min，检测时间150 s，并每秒记录传感器信号。

1.4 统计分析

所有测定均采用3 个平行试验，方差分析和邓肯检验使用SPSS 统计包程序进行数据分析，P<0.05 表示具有统计学意义。使用Origin 2021 进行作图分析。

2 结果与分析

2.1 牛乳脂与羊乳脂脂肪酸分析

为比较牛乳脂与羊乳脂中脂肪酸组成及含量差异，对牛乳脂和羊乳脂进行酯交换处理，并对处理后的样品进行脂肪酸定性定量分析，结果如表1 所示。

表1 牛乳脂与羊乳脂脂肪酸组成成分分析Table 1 Analysis of fatty acid composition of cow fat and sheep fat

脂肪的脂肪酸组成对风味有重要影响，不同脂肪酸的氧化速率不同，氧化产生的挥发性风味化合物也不同[25]。由表1 可看出，牛乳脂中共检测到22 种脂肪酸，羊乳脂中共检测出17 种脂肪酸；牛乳脂中饱和脂肪酸含量为70.09%，不饱和脂肪酸含量为29.88%，羊乳脂中饱和脂肪酸含量为71.75%，不饱和脂肪酸含量为27.80%。牛乳脂和羊乳脂中短链脂肪酸，总含量分别为6.22%、12.63%，羊乳脂中的中短链脂肪酸含量为牛乳脂中2 倍多。从单一中短链脂肪酸看，羊乳脂中的己酸、辛酸、癸酸、月桂酸含量分别为0.78%、1.23%、5.72%、4.90%，而牛乳脂中的己酸、辛酸、癸酸、月桂酸含量分别为0.60%、0.52%、1.97%、3.13%。Liu 等[26]认为月桂酸等中短链脂肪酸对人体具有更多益处，包括调节肠道微生物和维持肠道屏障。因此，将羊乳脂应用于奶酪酱的生产加工中更有利于人体健康。此外，羊乳脂中还含有大量十四酸、棕榈酸、硬脂酸和反式油酸，它们可以通过代谢产生中短链脂肪酸。这与Ahmad等[25]的研究结果类似。

此外，对羊乳脂膻味影响比较大的挥发性支链脂肪酸，如4-甲基辛酸、4-乙基辛酸[22]，在羊乳脂中未检测到。羊乳脂中会产生不良风味的中短链脂肪酸和硬脂酸与牛乳脂中差别不是很大，羊乳脂中含量为25.5%，牛乳脂中含量为19.4%，因此本研究所用羊乳脂的膻味较淡。

2.2 CMFCS 与SMFCS 理化成分分析

为了研究CMFCS、SMFCS 与EMC 理化成分区别，对三者理化成分结果进行分析，结果如表2 所示。

表2 CMFCS、SMFCS 与EMC 理化成分分析Table 2 Physicochemical analysis of CMFCS，SMFCS and EMC

由表2 可知，SMFCS 与CMFCS 在粗蛋白含量、粗脂肪含量、水分含量、酸价等理化成分上无显著性差异。CMFCS 中粗蛋白和水分含量分别为7.53%、51.66%，市售EMC 的粗蛋白和水分含量分别为8.93%、55.35%，市售EMC 的粗蛋白和水分含量更高，这可能是由于所用原料和生产配方不同。这些结果与Kendirci 等[4]研究的酶改性奶酪有所不同，其所制备的酶改性奶酪水分含量更高，为75.66%~77.20%；脂肪含量更低，为10.88%~11.88%，这可能与脂肪酶的酶解底物密切相关。

2.3 CMFCS 与SMFCS 脂解过程中挥发性化合物变化

2.3.1 酸类化合物变化

脂肪酶水解脂肪、蛋白酶水解蛋白和乳糖发酵是奶酪酱酸类成分最主要来源，酸类是含量最丰富的挥发性风味化合物，其对奶酪风味贡献较大[27]。CMFCS与SMFCS 脂解过程中酸类化合物变化见图1 和表3。

图1 CMFCS 与SMFCS 脂解过程中酸类化合物相对含量变化Fig.1 Changes in the relative amount of acid compounds during the lipolysis of CMFCS and SMFCS

表3 CMFCS 与SMFCS 脂解过程中酸类化合物种类及其相对含量Table 3 The types and relative contents of acid compounds in the lipolysis of CMFCS and SMFCS%

由图1 可以看出，在脂解前CMFCS 与SMFCS 中均含有大量的酸类化合物，这可能是由乳酸菌发酵导致，而其他酸类则由油脂本身携带或受热水解导致[27]。在脂解的整个过程中两种奶酪酱酸类相对含量均呈现了增加趋势。

由表3 可知，在脂解过程中，SMFCS 的酸类化合物相对含量整体高于CMFCS。丁酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、正癸酸和十一酸，被认为是通过脂解产生的，脂解是CMFCS 和SMFCS 风味的重要来源，这与Miri等[11]的研究结果一致。此外，3-甲基癸酸和3-甲基-1-丁酸被认为是由蛋白质经过初级代谢产生的支链氨基酸[7]。从脂解的全过程看，挥发性脂肪酸含量的增加主要是丁酸（奶酪酸味）、己酸（奶酪酸味）、辛酸（奶酪味、酒味）、癸酸（油脂味、酸味）含量的增加。 与CMFCS 相比，SMFCS 中具有更浓郁的奶酪酸味，因为其含有更高含量的丁酸和己酸。Noronha 等[7]指出丁酸的含量对奶酪的风味有决定作用。在SMFCS 脂解的整个过程中均未检测到对羊膻味影响比较大的支链脂肪酸4-甲基辛酸、4-乙基辛酸。

2.3.2 酮类化合物变化

酮类化合物是奶酪酱中重要的挥发性风味物质[1]。CMFCS 与SMFCS 脂解过程中酮类化合物变化见图2 和表4。

图2 CMFCS 与SMFCS 脂解过程中酮类化合物相对含量变化Fig.2 Changes in the relative amount of ketones during the lipolysis of CMFCS and SMFCS

表4 CMFCS 与SMFCS 脂解过程中酮类化合物种类及其相对含量Table 4 The types and relative contents of ketones in the lipolysis of CMFCS and SMFCS%

由图2 可知，酮类化合物在脂解初始含量均最高，随着脂解时间的延长，酮类化合物相对含量逐渐下降，在脂解前5 h 内下降最快。这是大量脂肪酸产生的原因，这与2.3.1 酸类化合物的研究结果一致。

由表4 可知，在脂解过程中，2-庚酮（水果香味）、2，3-丁二酮（发酵香味、乳香味）和3-羟基-2-丁酮（奶香味）在CMFCS 与SMFCS 中含量占比最大。2-庚酮被认为是爱门塔尔和戈尔戈佐拉奶酪中的重要风味化合物[28]。但SMFCS 中2，3-丁二酮和3-羟基-2-丁酮含量更高，因此SMFCS 中有更浓郁的发酵酸奶味和奶香味；CMFCS 中水果香味更浓，发酵香味和奶香味较淡。在脂解结束时，CMFCS 中还含有较多的2-壬酮（果酒香味）和2-十一酮（油脂和柑橘类味），含量分别约为5.13% 和2.30%，这可能会对CMFCS 的奶酪风味产生负面影响，而在SMFCS 中2-壬酮和2-十一酮含量仅为0.90% 和0.24%。此外，酮类物质具有低感知阈值和典型气味，被认为是奶酪特征风味的重要贡献者[27]。

2.3.3 酯类化合物变化

微生物和化学反应是酯类物质的主要来源[2]。CMFCS 与SMFCS 脂解过程中酯类化合物变化见图3和表5。

图3 CMFCS 与SMFCS 脂解过程中酯类化合物相对含量变化Fig.3 Changes in the relative amount of esters during the lipolysis of CMFCS and SMFCS

表5 CMFCS 与SMFCS 脂解过程中酯类化合物种类及其相对含量Table 5 The types and relative contents of esters in the lipolysis of CMFCS and SMFCS%

如图3 所示，在脂解初始和脂解结束时SMFCS 中的酯类物质相对含量高于CMFCS。 如表5 所示，CMFCS 与SMFCS 在脂解过程中酯类物质的种类呈现了无规则变化，在脂解结束时，CMFCS 中仅检测到辛酸乙酯、9-十八烯酸甲酯、4-乙基苯甲酸环戊酯，且占总挥发性风味物质比例较小；SMFCS 中检测到4-乙基苯甲酸环戊酯、邻苯二甲酸二丁酯、14-甲基十五烷酸甲酯、9-十八烯酸甲酯。SMFCS 中酯类化合物中的种类及含量比CMFCS 多，这些酯类物质在低浓度下保持奶酪整体风味的平衡，可以赋予奶酪特有的果味[6]。这些结果与Bas 等[3]和Kendirci 等[4]研究结果有所不同，其在脂肪分解后，在样品中鉴定出的酯类化合物主要是辛酸乙酯、9-癸酸乙酯、十二酸乙酯、十四酸乙酯、十六酸乙酯等。此外，Salum 等[9]研究的EMC 中最丰富的酯类化合物是己酸乙酯、丁酸乙酯和辛酸乙酯。这可能与所用酶的种类及底物有关。

2.3.4 醛醇类化合物变化

醛类物质主要由多不饱和脂肪酸的氧化降解得到，由于其不稳定，可以被还原为醇类，且大量的醛类产生会导致不良的风味[5]。CMFCS 与SMFCS 脂解过程中醛醇类化合物相对含量变化见图4 和表6。

图4 CMFCS 与SMFCS 脂解过程中醛醇类化合物相对含量变化Fig.4 Changes in the relative amount of aldehydes and alcohols during the lipolysis of CMFCS and SMFCS

表6 CMFCS 与SMFCS 脂解过程中醛醇类化合物种类及其相对含量Table 6 The types and relative contents of aldehydes and alcohols in the lipolysis of CMFCS and SMFCS%

如图4 所示，随着脂解时间的延长，醛醇类物质含量不断下降，且与CMFCS 相比，SMFCS 中的醛醇类物质相对含量始终较低。如表6 所示，CMFCS 与SMFCS随着脂解时间的延长醛类物质的种类减少，相对含量下降，这是由于醛是短暂性风味化合物，不会在奶酪中积累，因为很快会转化为醇和相应的酸[3]。不同的醛醇类物质具有不同的风味，并且由于其浓度和气味阀值的不同对奶酪酱风味影响也不同[3]。 CMFCS 与SMFCS 在脂解初始均检测到异戊醛（苹果味）、戊醛（辛辣味）、庚醛（脂肪、柑橘味）、苯甲醛（烤胡椒、果仁味）、壬醛（蜡、柑橘味）、癸醛（肥皂、柑橘皮味）；除此之外，CMFCS 中还检测到己醛（绿草味）、3-糠醛、辛醛（脂肪、柠檬、绿草味）、苯乙醛（玫瑰花味）、反-2-辛烯醛（海产、绿草味），这会对CMFCS 风味产生一定的不良影响。CMFCS 在脂解初始检测出2-戊醇、正戊醇、正己醇；在脂解完成时还检测到糠醇。而SMFCS仅在脂解开始时检测到正戊醇，且脂解完成时检测到的醛类物质含量及种类也少于CMFCS。Salum 等[6]认为一些醛醇在蛋白水解过程中已经形成但在脂解后无法被检测到，且这些醛醇类物质会对奶酪风味产生不良影响。

2.3.5 其它类化合物变化

SMFCS 与CMFCS 中其它类化合物随脂解时间含量及种类变化如图5 及表7 所示。

图5 CMFCS 与SMFCS 脂解过程中其它类化合物相对含量变化Fig.5 Changes in the relative amount of other compounds during the lipolysis of CMFCS and SMFCS

表7 CMFCS 与SMFCS 脂解过程中其它类化合物种类及其相对含量Table 7 The types and relative contents of other compounds in the lipolysis of CMFCS and SMFCS%

其它类化合物中主要检测到一些挥发性吡嗪，2，3-二甲基吡嗪仅在SMFCS 中检出，这是由羊乳脂特有风味所导致。四甲基吡嗪在两者脂解的全过程均被检出，但SMFCS 中四甲基吡嗪含量更高。据报道，四甲基吡嗪是中国白酒、日本纳豆和发酵可可豆中重要的香气成分和功能物质[29]，这对丰富奶酪风味有着重要作用。此外，四甲基吡嗪还有各种医用功效，例如治疗心血管问题以及抗炎和镇痛作用。此外，还检测到其它一些烷烃类物质。

2.4 CMFCS、SMFCS 与市售EMC 电子鼻分析

使用电子鼻对CMFCS、SMFCS 与市售EMC 的香气特征进行分析，结果如图6 所示。

图6 CMFCS、SMFCS 与EMC 电子鼻分析结果Fig.6 Electronic nose analysis results of CMFCS，SMFCS and EMC

由图6 可知，与CMFCS 相比，SMFCS 中苯类芳香成分、无机硫化物芳香成分及长链烷烃芳香成分含量更高，同时醛醇类化合物含量更少，氮氧化合物、氨类芳香成分、短链烷烃芳香成分、甲基类、有机硫化物等成分差异不明显。与市售EMC 相比，SMFCS 中苯类芳香成分、有机硫化物、无机硫化物芳香成分及长链烷烃芳香成分含量更高，而在氮氧化合物、氨类芳香成分、短链烷烃芳香成分、甲基类、有机硫化物、醛醇类化合物等成分差异不明显。

SMFCS 中R 值和为34.10，CMFCS 中R 值和为33.16，SMFCS 中总的香气物质含量更高。此外，与市售EMC 相比，市售EMC 的R 值和为29.63，因此市售EMC 中R 值和也低于SMFCS，这主要是由于SMFCS中有机硫化物含量较高，这一结果是由含硫氨基酸的分解代谢导致[9]。

3 结论

羊乳脂比牛乳脂中含有更多中短链脂肪酸，且羊乳脂中没有检测到对羊膻味影响很大的4-甲基辛酸和4-乙基辛酸等支链脂肪酸，因此羊乳脂膻味更小。CMFCS 和SMFCS 制备过程中挥发性化合物的动态变化显示，CMFCS 中共检测到53 种挥发性化合物，包括12 种酸、12 种酮、10 种酯、11 种醛、4 种醇、4 种其它类，SMFCS 共检测到42 种挥发性化合物，包括14 种酸、6 种酮、8 种酯、6 种醛、1 种醇、7 种其它类，其中酸是挥发性化合物中的主要化合物。SMFCS 中醛醇类化合物在制备过程中比CMFCS 更少，这对奶酪酱风味产生的负面影响更小。电子鼻结果表明，SMFCS 比CMFCS 和市售EMC 中苯类芳香成分、无机硫化物芳香成分及长链烷烃芳香成分含量更高。这些结果为羊乳脂在奶酪生产中的应用提供了支持。因此，羊乳脂可以替代牛乳脂应用于奶酪生产中。