第七节　乳中的风味物质

早期风味研究中，研究人员虽然鉴定了上百种挥发性化合物，但是没有关注其对产品总体风味的贡献。色谱技术的发展，例如高效气相色谱与质谱连用，以及嗅觉探测技术（嗅觉检测端口的使用），在风味化合物特性研究方面引起了革命性的改变。乳中已经鉴别多种风味化合物，除了第一个鉴定出来的重要的产香化学成分二甲基硫（1965年）。另外还有乙醛、酮、乙醇、脂肪酸、内酯、酯类、硫化物、氮化物、芳香烃等。近年来已经有越来越多的研究人员发表了关于牛奶芳香化合物的评估方法。例如Parliment and McGorrin（2000），Mc Gorrin（2001），Singh et al.（2003a，2007），Cadwallader（2007）和Drake et al.（2007a）。

一、乳中的风味物质

乳脂肪的风味化合物构成十分复杂，涉及大量成分与香气和味道相关。在牛乳脂肪中大约有200种化合物被鉴定出来。但是许多挥发性化合物在牛乳中存在的浓度是在其阈值之下，这些化合物如何共同产生总体的香气还未知。影响牛乳风味的挥发性化合物，主要来自于内酯、脂肪酸、醛和甲基酮。在牛乳脂肪中，只有少量的羟基酸会被酯化为三酰基甘油，作为风味物质γ-内酯和δ-内酯的前体。其中的三种内酯，δ-辛内酯、δ-葵内酯、γ-丁位十二丁酯，是牛乳脂肪中重要的风味化合物。短链脂肪酸可能是牛乳脂肪的关键风味成分，在较低浓度下即可对牛乳的整体风味产生影响。牛乳中的脂解作用使其浓度增加后，可能会导致酸败风味。类似的，醛会产生较好的风味，也可能造成脂肪异味。在较低浓度下，例如低于其阈值水平，醛类物质可产生较好的风味。

为了实现牛乳中微生物安全性和牛乳货架期稳定性，牛乳加工过程会选择不同程度的热处理，例如高温短时巴氏杀菌、超高温灭菌等。在不同的热处理过程中，伴随脂质氧化物的增加，牛乳的风味会发生改变，以至于可能由于加热过度而出现强烈的蒸煮味缺陷。研究人员将嗅觉测定技术加入到（HRGC/MS）质谱方法中，以确认哪一种风味物质对风味的形成起到主导作用，当其从GC柱洗脱出来后，单一的色谱峰被鉴别，同时使用吸引分析技术，鉴定了4种乳的风味挥发物。对于生牛乳而言，最重要的风味影响化合物是丁酸乙酯和己酸乙酯，二者的含量始终高于巴氏杀菌乳。事实上，在应用吹描-捕获气相色谱或以ppb检测级别的气相色谱为基础的技术进行分析时，这些酯类并非经常全部在巴氏杀菌乳中被检出。表1-6中通过气相色谱-嗅觉测量-质谱法。以及气味提取物分析（AEDA），Moio等人比较了不同牛乳中影响风味的化合物，当然有些差别也可能是由于牛的种类造成的，同时包装材料也可能影响乳制品的香气。

二、乳和乳制品中风味化合物的生成

牛乳制品中的风味主要来自于成分的降解，例如乳糖、柠檬酸盐、脂肪和蛋白质（尤其酪蛋白）。加工过程中的物化参数，例如热加工、牛乳的pH值、或是乳酪生产中的水分活性、盐浓度或成熟温度等，在加工过程中，这些参数一旦偏离，奶酪或者其他乳制品可能发生质地或气味的不协调。在乳制品的加工过程中，牛乳成分的降解包括一些的化学和生化反应。涉及的代谢途径可分为三个主要类别：脂质氧化；加工过程导致的反应，包括热加工及非热处理导致的成分的变化；乳酸菌或其他培养菌发酵。

（一）脂肪氧化

牛乳和乳制品中脂肪的自动氧化最初是发生在牛乳脂肪球膜的多不饱和磷脂部分。不同类型的牛奶对于氧化的敏感程度不同。乳的氧化降解分为：①自发型（不加入任何金属酶，在2d内产生氧化风味）；②敏感型（在添加铜离子2d后会产生氧化风味）；③有抗性的或是非敏感型（即使添加了铜离子或铁离子，在2d之后也不会产生氧化的风味）。与液态的牛乳产品不同，干燥的牛乳制品中三酰甘油对氧化更为敏感，磷脂则起到抗氧化剂的作用（Frankel，1980）。从这一方面而言，牛乳磷脂对氧化的致敏性，主要取决于磷脂悬浮于水中还是在连续的脂肪相中。在多种乳制品中，这种氧化稳定性方面的差异会影响产生不同的风味或异味物质。

脂质氧化产生的氧化物在较低温度时即可被感知，由此引发异味，这种异味通常被描述成脂肪味的、油炸味的、塑料味的、金属或类似硬纸板味的。一些不饱和脂肪酸的自动氧化会生成挥发性的成分，例如：油酸产生辛醛、壬醛、正癸醛、2-正癸醛、2-十一碳烯醛；亚油酸产生己醛、2-辛烯醛、3-壬烯醛、2，4-癸二烯醛；亚麻酸产生丙醛、3-己烯、2，4-庚二烯、3，6-壬二烯醛、2，4，7-癸三烯。

（二）加工引起的变化

1.热处理导致的变化

液态牛奶经过热处理，例如巴氏杀菌会导致一系列合乎我们要求或是不令人期待的化学变化，主要影响到质地、口感以及风味。直接影响到牛乳风味或异味的反应，包括：①脂肪热降解（例如过氧化物的加速降解，导致2-烷酮的形成）；②涉及氨基酸侧链的热反应（产生H₂S或其他硫化物）；③美拉德反应（例如，还原糖乳糖与牛奶蛋白质中的赖氨酸残基侧链的ε-氨基基团的反应，形成多种气味物质，例如呋喃醛、3-/4-呋喃酮、异烟酰胺、吡咯、噻唑类麦芽酚、呋喃等，图1-11）；④脂质氧化和美拉德反应产物之间的作用是否会在风味方面产生影响目前还未知，这些反应也可能有助于非酶褐变。

当然这不是牛乳或乳制品中热加工诱发的全部反应。其他的反应例如肽键水解，蛋白质脱磷酸等，同样会对风味产生影响，但是影响不显著。

2.非热加工引发的变化

牛奶加工需要一些不影响其风味的新技术，目前应用到一些非热处理的工艺，既可以达到微生物安全性的要求，也可以将异味最小化。这些非热处理技术包括膜过滤、高压加工、脉冲电场处理、微孔过滤技术等。

高静水压处理（HPP）是食品工业中的新兴技术，无需加热，通过高静水压即可以破坏微生物，在产品加工中可带来在其他保鲜技术中不可得到的新鲜风味。与巴氏杀菌乳相比，高静水压处理可以减少微生物，显著延长货架期，在超过230MPa的压力下，HPP可以将酪蛋白胶束减小，使得浊度和白度下降，黏度上升。高压同样会影响牛乳脂肪的结晶性。低温可以保持产品的风味，但是有研究表明HPP在高温下可能改变美拉德反应衍生化合物的组成。

目前的研究表明HPP在低温下引发牛乳的挥发性成分的改变很小。但是，在额外的压力以及温度条件下，挥发性成分的形成与大气压力下不同。高温热加工促进乙醛和甲基酮的形成，鉴于高压高温有利于乙醛的生成。在高压下硫黄化合物的形成同样不同。

三、牛乳异味的产生

牛奶的温和味道使其很容易陷入各种风味缺陷。由于消费者对乳制品风味的偏好及定义　不同，因此很难从化学和感官分析来判定其风味是否令人满意，但是在风味缺陷发展初期， 或者在某些异味的香气阈值达到之前，液态乳就可能展示较差的或是单一气味，缺乏新鲜　度。Mounchili对五个牛奶样品（其中一个味道较好，另外四个样品有“饲料”味道）进行 GC-O 分析（气相色谱与嗅探器联用），结果显示，其中约有75个具有芳香活性的化合物。 这些气味几乎普遍存在于这五个样品中，这也代表着异味的来源是由于化合物浓度的差异， 而非特殊化合物的存在。牛奶中的异味可以有如下来源：①哺乳期的异味转移到牛奶中； ②饲料异味（例如在泌乳前几个小时内食用的青绿饲料、青贮饲料等）；③杂草异味（例如　在消化过程中某些杂草散发出的挥发物）；④牛膻味（与牛丙酮血症相关，牛丙酮血症导致　丙酮浓度升高）；⑤牛棚异味（牛棚中的异味可能会通过呼吸系统转移至牛）；⑥脂肪氧化 （牛乳和乳制品中最广泛的气味缺陷）；⑦微生物作用；⑧污染（例如洗涤剂中的成分）；⑨ 过度热处理；⑩芳香化合物透过包装材料的吸收/渗透。

一些异味发生的机制，特别是脂质氧化和微生物代谢，已经成为牛乳及乳制品中各种各样异味产生的主要原因。

（一）氧化与异味

1.脂肪氧化引起的氧化异味

乳脂肪中不饱和脂肪酸自动氧化，会生成不稳定的氢过氧化物，分解生成羰基化合物，从而导致乳制品中产生异味。氢过氧化物主要分解产物是饱和的及不饱和的醛以及少量的不饱和烃、半醛、饱和的及不饱和的醇类化合物。醛类（特别是戊醛、己醛）以及酮类（如1-壬烯-3-酮）、乙醇和碳氢化合物会由脂肪氧化。不饱和醛类和酮类感官阈值最低，通常被认为是氧化异味的主要来源。

除了理论上可能来自于不饱和脂肪酸的氢过氧化物降解的羰基化合物，其他的已经被分离判定。这意味着最初形成的不饱和醛进一步氧化，在自动氧化过程中可能发生双键转移或异构化。乳脂肪中含有很多小的不饱和脂肪酸，在自动氧化过程中会产生很多羰基化合物，因此乳脂肪自动氧化产生的风味是多种风味共同作用的结果，即使个别羰基化合物的浓度很低，例如2，4-癸二烯醛即使在水中浓度小于0.5μg/kg，也会产生深度油炸的异味。

评估风味特性物质通常会遇到很大困难，例如判定风味物质的阈值、在阈值附近类似风味的排除以及混合化合物方面的累积或拮抗作用等。但是一些研究表明，乳品中的异味与一些特殊的化学物质相关。例如，牛乳中产生的“纸板”味道，与n-己醛、2-辛烯醛、2，4-庚二烯、2，4-壬二烯相关；1-辛烷-3-酮会使乳制品中产生类似金属的异味，并且其混合物会导致脂肪中出现鱼腥味；“瓜味”则可能与3，6-壬二烯醛以及2，6-壬二烯醛相关；“蘑菇”味道则与1-辛烷-3-醇相关。

Forss等人比较了乳制品出现“鱼腥味”、“脂肪味”以及“颜料味”时，羰基化合物的质量和数量，与“鱼腥味”脂肪中挥发性羰基化合物相比，其在“颜料味”脂肪中的数量高出10倍，“脂肪味”中的挥发性羰基化合物则会高出100倍。“脂肪味”的乳脂中含有大量的n-庚醛、n-辛醛、n-壬醛、2-庚酮以及2-庚烯，而在“颜料味”的乳脂中存在较多的n-戊醛以及C₅到C₁₀烷-2-烯醛。

2.与强氧化金属接触产生的氧化异味

铜、铁、镍等强氧化金属，会显著加速乳及加工乳制品中产生脂类氧化异味的速率，高含量己醛是强氧化金属污染，使牛乳脂类氧化的极好指示物。但是目前来看，由于风味文化背景的差异，专业人士对脂类氧化异味的判断也不尽相同。有很多乳业技术人员并不承认这个异味是氧化异味，氧化甚至不被认为是异味的潜在原因，因此判断异味的产生需要进一步的分析支持。

（二）游离脂肪酸与牛奶异味

牛奶与游离脂肪酸含量的关系一直受到研究人员的广泛关注，通过游离脂肪酸水平来判断酸败风味的方法已经得到证明，见表1-7。

阈值显示的变异主要是由于所使用的方法不同以及个体对味道的感知度以及培训程度不同。个体对于酸败风味判断具有很大差异。一些研究人员认为游离脂肪酸与酸败没有必要联系。Duncan等人（1991）做了一系列实验，实验室制备酸败样品的相关系数是0.27，但是在农家牛奶样品中此系数变为0.93。Christen等人（1992）关于巴氏乳的实验中，认为产品的第一天，游离脂肪酸与感官评价之间有显著的联系，但是在第15天时，这种显著性明显降低，这表明有其他的风味影响了结果。

其他风味的出现或许可以解释UHT牛奶的现状，在酸败和脂解程度上没有显著的联系（Collins et al.，1993）。在其他研究中，UHT牛奶样品的酸度值（ADV）为1.2～3.0mmol/100g脂肪，在此酸度值范围内没有脂解味，但是有报告指出当ADV升至1.5mmol/100g脂肪时，UHT牛奶被判定为酸败。有一种可能的解释为在生奶贮存期间，释放脂肪酸的模式不同。Choi andJeon（1993）认为释放出的脂肪酸多为较大的长链酸，对酸败风味不会造成影响。Choi等人随后从UHT牛奶分离出两种类型的脂肪酶，其中一个与脂肪球膜相关，释放软脂酸和硬脂酸，另一个脂肪酶来自于血清成分，会释放己酸、丁酸以及软脂酸。这一结果表明前者反应主要由于微生物脂解，后者主要由于牛奶中的脂蛋白酯酶，UHT牛奶中血清活性的脂肪酶可能是牛奶脂蛋白酶，这一观点Pande以及Mathur（1990，1992）也曾提及。在研究中他们发现UHT牛奶在存储期间其脂蛋白酯酶的活性大量增加，但是没有脂解风味。

牛奶的酸败风味不是由于单一的脂肪酸引起的，而是脂肪酸混合物的作用，主要链长为C_4.0～C_12.0，有些苦味是由于偏甘油酯的存在。含有14～18个碳的长链脂肪酸对于风味的影响很小。C_4∶0～C_8∶0脂肪酸造成酸败味道，C_10∶0酸以及C_12∶0酸会导致脂解牛奶中出现苦味、皂化味道。

表1-8中显示了C_4∶0～C_12∶0脂肪酸浓度在牛奶中的阈值浓度（其中总的游离脂肪酸的浓度为2mmol/L），以及Kintner和Day发现的酸败牛奶的范围（1965）与Scanlan等人（1965）得到的个体酸的阈值。显然酸败牛奶中有些酸的水平可能远低于Scanlan等人得到的阈值，此阈值中不包含新鲜牛奶中的浓度（约为表格中第二栏中浓度的一半）。因此，酸败牛奶中的各种酸混合得到的风味显然超出了察觉到酸败的阈值。

牛奶的pH一般为6.7，多数酸以盐的形式存在，其风味与酸形式相比较弱。事实上牛奶的酸化增强了脂解作用的察觉程度与特定的蛋白质缔合的脂肪酸或是牛奶热处理会使得酸败感减弱。脂肪酸溶解同样会影响风味阈值，短链脂肪酸的阈值在油中低于其在水中的阈值，但是长链脂肪酸恰好相反。

（三）微生物异味

在巴氏杀菌前，原料乳被嗜冷菌污染会导致异味和恶臭。尽管部分细菌经过巴氏杀菌会被杀死，但是巴氏杀菌杀灭细菌时，热稳定脂肪酶、蛋白酶和其他酶可能幸存，这些胞外酶作用乳成分，可能产生异味。因此，原料乳在巴氏杀菌前不要在冷藏罐中贮存超过48h。

巴氏杀菌后的牛乳被噬冷菌污染会引起异味，乳中一些具有特征性的异味与嗜冷菌的特定类型有关。例如，革兰氏阴性菌假单胞菌的污染，会引起果味异味。该菌的脂肪酶和酯酶水解乳脂肪中的短链脂肪酸，与乙醇反应，将这些酸转化为乙酯。芽孢杆菌属菌株会产生果味异味。另一个常见的嗜冷菌Lc.lactis var.maltigenes在乳中的代谢物三甲基正丁醛，由细菌酶对亮氨酸作用产生，在浓度低于0.5mg/L就会产生特征性的麦芽异味缺陷。其他的一些普通代谢物包括乙酸乙酯、二甲基硫、二甲基二硫、乙醇、醇化物、甲基酮、C_4∶0～C_10∶0游离脂肪酸、乳酸、戊酸，还有苦味肽。

图1-12为通过微生物途径和热诱导反应乳中内酯的形成。

内酯会使乳制品产生令人不愉快的燃烧味、果味、腐败味和类似椰子的异味。当奶牛被喂养贮备的草料而不是放牧饲养时，乳中会存在高含量的羟基酸。羟基酸可能被组合到三酰甘油内。在有水和多热的条件下，这些含羟基酸的酯都不稳定，容易从三酰甘油中水解，环化形成内酯，引起乳的腐败味道。

（四）饲料引起的异味

奶牛的饲料也会导致牛乳异味，包括苜蓿（绿色或干草状态），切碎的苜蓿甘草含有大量的反-2-己烯醛、反-3-己烯醛、反-3-己烯醇，使牛乳中有新鲜的绿草味。另外三叶草甘草、酿造物及绿色大麦也会使牛乳掺杂异味。还要避免发酵/发霉的青贮饲料（玉米、豆类、草），这些饲料被黄曲霉毒素污染。黄曲霉毒素B₁、B₂、G₁、G₂有传递于牛的风险，它们在牛肝脏中转化为黄曲霉毒素M₁，以此形式转移到乳中。

奶牛使用不同的饲料导致乳中成分差异。有测试表明，同一区域的牛乳样品，发现异味牛乳中己醛浓度异常，乳脂肪中亚油酸已自动氧化。异味的原因经过原子吸收色谱测定确定，饲料被强氧化金属污染。分析样品发现异味乳中含有非常高浓度的亚油酸，此地区的牧场主每年逐渐增加喂饲奶牛大豆的量。已经表明，饲养大量的大豆类饲料会增加乳脂肪的亚油酸含量，由于亚油酸对光氧化极敏感，导致这种牛乳对氧化异常敏感。这种异味的避免可通过调节饲料中不饱和脂质的含量，降低乳脂肪中不饱和脂肪的比例，或通过饲料添加α-生青酚类抗氧化剂。

四、分析风味和异味的技术

分析乳制品中挥发性和半挥发性风味活性成分主要采取气相色谱和质谱联用的方法，在分析过程中，最关键和最具有挑战性的步骤是样品的预处理以分离/浓缩乳制品的风味成分。常见的导致食品异味的化学成分以×10^-9甚至×10^-12级存在，所以提取技术必须收集尽可能多的异味化合物。不引入或不产生乳制品中不存在的挥发物是抽提技术的关键。样品预处理技术包括加热样品到高温（蒸馏），在样品色谱图中，会产生人为的峰，这些的人为的臭味峰可能被误认为是臭味和异味的原因。另外常用的技术还包括真空蒸馏、蒸汽蒸馏/萃取静态顶隙、动态顶隙/吹扫-捕获、直接热解析（针对固体和半固体样品）、固相微萃取（SPME）等。

乳制品风味和异味品控监测的潜在显著进展是近来引入的电子鼻仪器，此仪器采用一套固态化学感应器，基于传导聚合体、金属氧化物、表面声波装置、石英晶体微平衡或这些装置的组合。电子鼻已经用于检测食用油的品质和区分不同热处理的乳。可应用不同的化学测试技术，快速分析阐释数据。有些数据系统将人工神经网络融入解释数据，基本基于人脑结构的数据处理规则，通过训练电子鼻能开发出品控模型，样品通过模型测试近似适合度或接受拒绝等不同答案。但是电子鼻技术也有一定的限制性，例如记忆问题、化学传感器不可逆中毒、传感器需要频繁校准等，使得电子鼻技术并没有达到期望水平。

虽然存在一些缺陷，但是新的灵敏快速的分析方法与嗅觉色谱技术及传统的感官味道判定方法结合，已经显著提高了对乳制品中风味影响化合物的认识。包括组合分析技术，如电子鼻仪器在内的新的分析技术，可用以更好地理解乳制品中为何发生异味，同时最重要的是如何控制到最小。