宋繼宏，王記成，其木格蘇都，張和平（內蒙古農業(yè)大學乳品生物技術與工程教育部重點實驗室，內蒙古呼和浩特010018）

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酸乳中風味物質的研究進展

宋繼宏，王記成，其木格蘇都，張和平*
（內蒙古農業(yè)大學乳品生物技術與工程教育部重點實驗室，內蒙古呼和浩特010018）

摘要：酸乳是人們最為關注的乳制品之一，基于原料乳成分、加工條件及發(fā)酵劑種類等因素，使其含有多種風味物質。綜述酸乳中風味物質的研究進展、酸乳中主要風味物質的形成途徑及風味物質的檢測方法。

關鍵詞：酸乳；風味；風味物質

酸乳是以新鮮的牛乳為原料，經過兩種或兩種以上的乳酸菌發(fā)酵制成的產品[1]，因其獨特的風味、爽滑的質感和對人體的保健作用而受到越來越多人的歡迎。從化學角度看，酸乳是一個含有蛋白質、多糖和脂質的復雜的凝膠體系，其主要的品質特征有質地，口感，香氣和風味[2-5]。

風味是食品中最重要的品質之一，也是人們能夠接受和喜愛的重要因素。風味物質的含量和種類決定著產品的適口性。隨著人們生活水平的提高，人們對酸乳風味的要求越來越高，酸乳的風味已成為食品生產者和消費者關注的問題[6-7]。酸乳中的風味物質千差萬別，種類繁多，但并不是每一種物質都對酸乳的風味起決定性作用，只有少數(shù)幾個被證明對酸乳的風味起確定性影響[8]。探討酸乳風味物質的特征、來源、成分以及其形成途徑和檢測手段對酸乳及其他發(fā)酵乳制品的創(chuàng)新具有重要意義。

1酸乳中風味物質的特征

酸乳中的風味物質有很多，但能影響最終風味的物質卻很少，這是因為各成分的含量不同，只有在其濃度超過閾值時才能被察覺并產生風味。

研究表明酸乳中風味物質的主要特性是[8-10]：

1）成分多，含量甚微：李鋒[11]等在普通酸奶中鑒定出28種風味物質；R. Imhof[10]等在典型酸奶和傳統(tǒng)酸奶中鑒定出31種成分；有文獻報道，酸乳中存在100多種揮發(fā)性風味物質，但有的物質僅是痕量[5]。在食品中風味物質含量從小于1 μg/L到1 000 μg/mL；

2）大多數(shù)是經過多種化學反應轉化而來：如雙乙酰代謝的主導途徑，活性乙醛與丙酮酸在α-乙酰乳酸合成酶作用下合成α-乙酰乳酸，通過化學氧化脫羧作用生成雙乙酰；

3）分子量一般小于400 Da；

4）風味閾值從小于0.001 μg/L到大于1 000 μg/L；

5）大多是非營養(yǎng)物質；

6）味感性能與分子結構有特異性關系；

7）多為對熱不穩(wěn)定的物質。

2酸乳中風味物質的來源

酸乳中的風味物質并非全部來源于菌株的代謝，風味物質的成分及含量受諸多因素的影響，其中原料乳中也含有少量的風味化合物[10]，受奶牛自身因素、飼養(yǎng)環(huán)境、季節(jié)及儲運等條件的不同而發(fā)生變化[12-13]。酸乳中風味物質的來源主要有3種途徑：原料乳中成分、加工過程中產生的風味物質及發(fā)酵劑發(fā)酵原料乳產生的風味物質[14-15]。

2.1原料乳本身的風味

新鮮的牛乳有較淡的奶香氣味，該香味中所含的成分很復雜。已確定的成分有丙酮、乙醛、油酸及其他的游離脂肪酸，還有揮發(fā)性的二甲硫醚[16]。甲硫醚雖然是微量的，但它是構成牛乳風味的主體，是牛乳香氣的主要成分，該化合物香氣閾值在蒸餾水中約為12 μg/mL，超過此閾值，會立即產生過度的牛乳味和其他臭味。生牛乳往往有牛呼出氣體的氣味，其原因是甲硫醚濃度較高[17]。牛乳中的風味物質可通過多種途徑產生[18]。

1）奶牛喂養(yǎng)的飼料可產生風味物質。飼料中所含的一些風味活性物質不經任何改變通過血液可進入乳腺組織；奶牛采食后，飼料中一些風味活性物質在其瘤胃中發(fā)生一系列生化反應，形成新的風味活性物質，被機體吸收后進入牛乳中。

2）乳中含有的酶類會作用牛乳中的蛋白質、脂肪和碳水化合物等成分并形成風味化合物。一些風味化合物是由牛乳中的蛋白質、脂肪和碳水化合物等成分降解而產生，或者是由每一類物質的衍生物之間相互反應生成。

3）可能與動物機體的能量平衡狀態(tài)有關，當機體儲備空虛和能量不足時，牛乳中干物質量會降低，同時伴有腐敗的氣味[19]。

2.2乳的殺菌產生的風味

加工過程中標準化、均質、殺菌等均可引起制品風味的變化，然而殺菌時的加熱處理是引起風味成分變化的重要因素[20]。熱處理過程中牛乳的蛋白質或氨基酸會通過其中游離巰基、總游離巰基及二硫鍵結構之間的變化產生與蒸煮味密切相關的含硫化合物。有學者認為加熱乳的異味是因含硫組分濃度的增加而引起，目前已報道的乳中含硫組分主要包括甲硫醇、二硫化碳、甲硫醚、二甲基二硫化物、二甲基三硫化物、硫化氫[21-22]。美拉德反應是導致關鍵揮發(fā)性風味物質產生的一個重要反應，該反應對乳及乳制品的加熱、干燥和貯存過程中的風味形成起重要作用。乳中游離的甲硫氨酸加熱時發(fā)生美拉德反應產生甲硫醇、二甲基硫化物、二甲基二硫化物、二甲基三硫化物；半胱氨酸發(fā)生美拉德反應的產物主要為硫化氫[23-24]；牛乳中乳糖在受到強烈的熱處理過程中也會發(fā)生美拉德反應，產生大量的風味物質，如糖醛、呋喃衍生物、吡啶、吡嗪及其它含S、N、O的雜環(huán)化合物[25-26]。乳脂肪在牛乳加熱處理過程中受熱易氧化分解，脂肪酸以游離態(tài)釋出，并進行自動氧化、脫水、脫羧、還原、水解等反應形成羰基化合物、內酯類、酸類、烴類、酯類、醇類等化合物，而這些風味化合物在乳制品風味形成中起著很重要的作用，因此熱處理會對牛乳的風味組成發(fā)揮作用[27-28]。

2.3發(fā)酵劑發(fā)酵原料乳產生的風味

在酸乳發(fā)酵過程中乳酸菌生產的風味物質種類繁多，這些風味物質主要由揮發(fā)性、非揮發(fā)性酸以及羰基化合物組成，其中，羰基化合物對發(fā)酵乳的風味有顯著影響。乳酸菌的發(fā)酵作用是酸乳產生風味物質的主要貢獻因素，風味物質的含量和種類顯然與菌種間差異有關，用于發(fā)酵乳制品的微生物大體可分為3類：1）乳酸產生菌；2）檸檬酸發(fā)酵的香味產生菌；3）乳酸和香味產生菌[29]。

人們普遍認為賦予酸奶典型風味的成分是唾液鏈球菌嗜熱亞（Streptococcus thermophilus S·t）和德氏乳桿菌保加利亞亞種（Lactobacillus delbrueckii L·d）產生的乳酸和各種揮發(fā)性的有機香氣成分[30-31]。BESHKOVA D[30]指出乳酸和揮發(fā)性脂肪酸（飽和，低分子量，C2-C10）在酸乳的風味和香氣特性中也起到特殊的作用，它們分別是酸乳味覺和嗅覺中酸味主要作用成分，含量與發(fā)酵劑的產酸特性及菌種比例有關。Friendrich和Acree[32]發(fā)現(xiàn)酸乳中最重要的風味化合物是乙醛和雙乙酰。一般認為，乙醛是由保加利亞乳桿菌發(fā)酵產生，雙乙酰由嗜熱鏈球菌發(fā)酵產生[33]。

嗜酸乳桿菌產生的乙醇脫氫酶可將乙醛轉化成乙醇，因此由嗜酸乳桿菌生產的酸乳不會有典型的酸乳味[34]。MARRANZINIR[35]發(fā)現(xiàn)在S·t和L·d這2種菌中也會產生這種酶。

3酸乳中風味物質的分類

典型酸乳的風味由乳酸和一些揮發(fā)性物質構成，還有很多產生量很低的芳香化合物。這些芳香化合物因為嗅覺閾值的差異，很難評價它們在形成酸乳風味中的作用。根據相關資料，對酸乳中風味物質進行分析并分為以下幾類[5，36-37]：

3.1酸類

酸類包括非揮發(fā)性酸和以C2~C10的飽和脂肪酸為主的揮發(fā)性脂肪酸。非揮發(fā)性酸中乳酸是酸乳主要的酸味物質，也是乳酸菌主要的代謝產物。在酸乳發(fā)酵過程中，大約有20 %~40 %的乳糖代謝形成乳酸，乳酸含量大約是酸乳含量的0.9 %[5]，此外還有丙酮酸、草酸和琥珀酸等。揮發(fā)性酸是酸乳氣味中的主要酸味感來源[8]。大多數(shù)揮發(fā)性脂肪酸并非來源于脂肪的分解代謝，它們的重要前體物質是氨基酸。這類化合物主要有乙酸、丙酸和丁酸等。乙酸也是酸乳中很重要的化合物，濃度過高會帶來強烈的醋味，而不易被消費者接受。

3.2羰基化合物

羰基化合物主要是乙醛、雙乙酰、乙偶姻和丙酮等，這類物質是重要的風味影響物質。一般的研究認為酸乳風味主要源于乳酸（滋味）和羰基化合物（氣味）。

乙醛是乳酸菌在酸乳發(fā)酵過程中產生的特征風味物質，在酸乳中的含量要遠遠高于其他揮發(fā)性芳香化合物[1]。典型酸乳的香味是以乙醛為主要特征的，乙醛濃度相對較高，酸乳的風味相對較好，但其不易作為最終產物被積累下來，常在乙醇脫氫酶的作用下被還原為乙醇[29]。非典型性的酸乳或是風味較淡的酸乳中，乙醛含量<0.4 μg/mL，風味較好的酸乳中乙醛含量>8.0 μg/mL[38]。

另一類重要的羰基化合物為雙乙酰類物質，人們對雙乙酰持不同的觀點，有人認為當酸乳中乙醛含量低時，雙乙酰在其中占主導地位，形成具有獨特奶香味的酸乳[39]；也有人認為它是風味形成中的主要物質[10，40]；同時有報道稱雙乙酰是酸乳后發(fā)酵過程中某些香味細菌產生的，它使酸乳產生類似堅果仁的風味[41]。劉寧寧[42]等研究發(fā)現(xiàn)乙醛能賦予酸乳清爽的芳香味，雙乙酰能帶來較重的奶油香味，兩者質量含量超過30 mg/L時，會使酸乳產生不愉快的風味。當酸乳中乙醛和雙乙酰質量含量比例為2.5∶1時，酸乳香氣最佳。另外對于產生雙乙酰的菌株，也有很多不同的觀點，有些報道指出嗜熱鏈球菌是產生雙乙酰的唯一的菌株，而有些指出保加利亞乳桿菌也能產生大量的雙乙酰。

很多發(fā)酵乳制品中，乙偶姻也是普遍存在的風味物質，它是雙乙酰的還原形式，和雙乙酰一樣有奶油的香味，但香味遠弱于雙乙酰。有資料顯示，雙乙酰的芳香味大約是乙偶姻的100倍[43]。

丙酮和2-丁酮也是酸乳制品中重要的風味化合物。丙酮有一種愉快的水果香味，影響酸乳的風味。酸乳中的丙酮部分來源于原料乳本身，但絕大部分是來自于乳酸菌的代謝[44]。2-丁酮的風味類似于丙酮，呈水果香味。

3.3醇類

醇類是一類揮發(fā)性的風味化合物，其中乙醇是酸乳中最重要的醇類，它是葡萄糖和氨基酸代謝的終產物。乙醇根據菌種的不同差異很大，與菌種的胞內酶類有關，如干酪乳桿菌和嗜酸乳桿菌內含有乙醇脫氫酶能將乙醛轉化成乙醇。盡管有很多研究指出乙醇是酸乳中重要的風味化合物，但其對酸乳香味貢獻情況還不是很清楚[36]。此外，醇類中還有1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、3-戊醇等，3-甲基丁醇是乳酸乳球菌中某些菌發(fā)酵產生的麥芽香味的主要成分。

3.4酯類

主要是分子量較小的酸、醇合成的酯，如乙酸甲酯、乙酸乙酯，發(fā)酵乳中的水果香味是丁酸乙酯、己酸乙酯的作用。酸乳中酯類的濃度較低，大多數(shù)酯類呈水果和花香味，可降低由脂肪酸和胺類產生的苦味和其他異味[45]。

3.5硫化物

硫化物如甲硫醇、二甲基硫、二甲基二硫、三甲基二硫等，一般在酸乳中含量很少，含量過大會引起風味缺陷。

3.6其他化合物

包括某些氨基酸或蛋白質、脂肪和乳糖的熱降解成分等。如丙氨酸，因為這類物質為非揮發(fā)性風味成分，所以其對風味的影響限于口感，并非芳香氣味。

4酸乳中主要風味物質的形成途徑

4.1葡萄糖代謝途徑

4.1.1乙醛的合成途徑

乙醛是微生物代謝產物，作為酸乳的特征風味，乙醛含量相對較高。在乳酸菌生產乳酸的發(fā)酵過程中，乙醛可由氨基酸、核酸及葡萄糖代謝產生（圖1）。目前，有關乳酸菌產生乙醛的主要途徑還不是很清楚，但很可能是多條途徑同時發(fā)揮作用[36]。

在酸乳發(fā)酵過程中，葡萄糖是乙醛的最重要的前體，大約有90 %或接近100 %的乙醛來源于葡萄糖的代謝[46]。主要是兩條途徑：1）葡萄糖經糖酵解途徑生成丙酮酸，丙酮酸通過丙酮酸脫羧酶或者丙酮酸氧化酶直接產生；2）糖酵解生成的丙酮酸通過丙酮酸脫氫酶或丙酮酸甲酸裂解酶的作用形成中間產物乙酰輔酶A間接產生。在酸乳發(fā)酵過程中乳酸菌生產乙醛的代謝途徑和菌體自身的酶有關。在酸乳發(fā)酵劑保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌中幾乎沒有關于丙酮酸脫羧酶的報道[1]。Raya等[47]在2株保加利亞乳桿菌和2株嗜熱鏈球菌中，都沒有檢測出丙酮酸脫羧酶活性。說明在酸乳發(fā)酵過程中，丙酮酸生成乙醛或丙酮酸經由乙酰輔酶A生成乙醛的代謝途徑可能不存在。

圖1乳酸菌中乙醛、雙乙酰的合成途徑Fig.1 The synthetic pathway of acetaldehyde and diacetyl in Lactobacillus

此外，乙醛也可從DNA成分中形成，即脫氧核糖5-磷酸在脫氧核糖醛縮酶的催化作用下生成乙醛和3-磷酸甘油醛，并且這個催化過程是可逆的[48]。Raya 等[47]也報道了在保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的發(fā)酵過程中檢測出明顯的脫氧核糖醛縮酶活性，說明在酸乳發(fā)酵過程中，脫氧核糖5-磷酸生成乙醛的代謝途徑可能存在。

在酸乳發(fā)酵過程中有一些氨基酸通過中間產物丙酮酸能轉變成乙醛，但也有些氨基酸如蘇氨酸可以通過蘇氨酸醛縮酶直接降解生成乙醛[49]。其中，蘇氨酸生成乙醛被認為是乳酸菌生產乙醛的主要代謝途徑[37]。蘇氨酸醛縮酶廣泛存在于自然界生物體內，有研究發(fā)現(xiàn)，在保加利亞乳桿菌中可檢測到蘇氨酸醛縮酶，但在嗜熱鏈球菌中卻沒有檢測到；也有報道指出，嗜熱鏈球菌中也存在蘇氨酸醛縮酶[47]。嗜熱鏈球菌中蘇氨酸醛縮酶的活性在37℃比在30℃下低[50]，說明在較高的溫度下發(fā)酵酸乳，嗜熱鏈球菌產生乙醛的作用就顯得不是很重要，故相較于嗜熱鏈球菌，保加利亞乳桿菌具有更高的產乙醛能力[51]。

4.1.2雙乙酰的合成途徑

雙乙酰也稱丁二酮，作為酸乳中主要的風味物質，在形成酸乳風味中起著重要作用。有學者認為在酸乳發(fā)酵過程中保加利亞乳桿菌是生產雙乙酰的主要菌株[52]。在乳酸菌發(fā)酵生成雙乙酰的過程中，主要有檸檬酸代謝途徑和糖酵解代謝途經（圖1）。然而，相較于乳酸乳球菌（Lactococcus lactis），嗜熱鏈球菌并不能代謝檸檬酸產生雙乙酰[53]。在葡萄糖代謝途徑中，過量的丙酮酸在α-乙酰乳酸合成酶的作用下合成α-乙酰乳酸。α-乙酰乳酸在酸性條件下，化學氧化脫羧生成雙乙酰。同時在α-乙酰乳酸脫羧酶的作用下生成乙偶姻，雙乙酰又在雙乙酰還原酶的作用下還原為乙偶姻[54]。在檸檬酸生成雙乙酰的代謝途徑中，檸檬酸在檸檬酸裂解酶的催化作用下生成草酰乙酸，進而生成α-乙酰乳酸，也可通過脫羧反應生成丙酮酸。丙酮酸進一步脫羧生成活性乙醛（乙醛-TPP），活性乙醛與丙酮酸在α-乙酰乳酸合成酶作用下合成α-乙酰乳酸，通過化學氧化脫羧作用生成雙乙酰。一般認為酸乳中的雙乙酰主要通過葡萄糖代謝中的糖酵解途徑生成[1]。

4.2氨基酸代謝產生風味物質的途徑

雖然乳中的風味化合物可以通過脂肪和糖轉化而來，但其最重要的前體物質是蛋白質[55]。通過蛋白水解酶形成的氨基酸和從環(huán)境中吸收的氨基酸對于細菌的生長是必須的，同時它們也是許多風味物質形成的重要前體物質。尤其支鏈氨基酸（Val，Leu，Ile）、芳香氨基酸（Phe，Tyr，Trp）以及含硫氨基酸（Cys，Met）是主要的芳香來源。這些氨基酸轉變成風味物質是通過兩條途徑：1）氨基交換；2）脫氨基。氨基交換途徑是通過氨基轉移酶的作用，使得氨基酸形成相應的α-酮酸，然后進一步轉變成醛、醇和酯，這些都是重要的風味物質。支鏈氨基酸、芳香氨基酸和甲硫氨酸通過氨基交換途徑進行分解代謝；甲硫氨酸也可在碳硫裂合酶的作用下通過氨基脫去途徑形成甲硫醇[56]。在乳酸乳球菌和嗜溫的乳酸桿菌中，氨基酸的分解代謝主要開始于氨基交換，這就需要有α-酮酸作為氨基的受體。在乳酸菌中，α-酮酸的產生通常會限制氨基酸的分解代謝，但含有谷氨酸脫氫酶的菌株可以通過轉氨作用使得谷氨酸轉變成α-酮戊二酸。因此在含有谷氨酸的基質中，菌株即能降解氨基酸形成更多的風味物[36，57-58]。

5酸乳中風味物質的檢測方法

早在20世紀50年代，對乳制品風味的研究就已經開始，當時對酸乳及乳制品香氣的研究也僅限于感官水平。到了20世紀70年代，人們在鑒定酸乳中揮發(fā)性風味物質時引入現(xiàn)代儀器分析和先進的分離技術，這更加促進了酸乳及其他乳制品風味的研究[36]。

傳統(tǒng)檢測酸乳中風味物質的方法主要是采用富集和濃縮技術，如水蒸汽蒸餾法（Steam Distillation）、直接提取法（Direct Extraction）、溶劑萃取法（Solvent Extraction）、靜態(tài)頂空法（Static Headspace）以及動態(tài)頂空法/吹掃捕集法（Dynamic Headspace/Purge And Trap）[5]。近年來，新開發(fā)的固相微萃取方法（Solid Phase Microextraction SPME）也被應用于酸乳中風味物質的研究[59-60]。與傳統(tǒng)的蒸汽蒸餾法和動態(tài)頂空技術相比較，SPME幾乎通?？梢詫崿F(xiàn)定量地回收，同時對實驗條件更敏感[61]。表1中比較分析了用于酸乳中風味物質檢測的不同富集和濃縮技術。

表1酸奶中風味物質檢測的富集和濃縮技術Table 1 The enrichment and concentration techniques of flavor compound in yogurt

在風味物質研究過程中，對混合物質的鑒定主要采用現(xiàn)代分析儀器進行分析，包括氣相色譜法、紫外光譜法、紅外光譜法、核磁共振波譜法和質譜法[62]，氣相色譜技術的出現(xiàn)為酸乳中風味物質成分的分析研究開創(chuàng)了新局面。質譜分析技術主要是通過分析樣品離子的質荷比來對樣品定性和定量。其工作原理是使待測分子轉變成離子，然后在電場中，根據離子的質荷比進行檢測，識別產生的離子。這樣便可得到質譜圖，可用于對未知物進行定性分析[63]。氣質聯(lián)用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）技術是在氣相色譜柱中注入混合物樣品進行分離，然后經由分子分離器進入電離室形成離子，最后部分離子進入離子檢測器。經過質譜快速掃描后得到單一組分的質譜圖，以此作為定性、定量分析的依據[64-65]。該技術綜合了氣相色譜高分析能力和質譜高鑒別能力的優(yōu)勢，實現(xiàn)了混合物的一次性定性、定量分析[66-67]。利用GCMS聯(lián)用儀，不再需要標樣，直接根據標準譜圖的資料信息對比分析，即可對待測物質成分進行定性測定，是一種十分快速、準確的分析儀器。

6結束語

酸乳的風味特性同其質地特性及產品安全性一樣是消費者接受該產品時考慮的關鍵因素。酸乳中的風味物質有很多，但只有少數(shù)幾個被證明對酸乳的風味起確定性影響，因此在研究過程中，多是選擇幾種主要的風味物質進行研究。同時，基于原料乳成分、加工條件及微生物代謝等因素的差異，不同發(fā)酵乳制品中的風味物質千差萬別，隨著分析檢測手段的更新，已鑒定出大量的影響酸乳風味的組成成分，在生產過程中，選用優(yōu)質的原料、合理控制加工條件、選用目標性發(fā)酵劑，并結合適用的檢測手段，可提高酸乳制品的風味質量，為酸乳制品的創(chuàng)新開辟道路。

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Review on Research of Yogurt Flavor

SONG Ji-hong，WANG Ji-cheng，Qimugesudu，ZHANG He-ping*
（Key Laboratory of Dairy Biotechnology and Engineering，Ministry of Education，Inner Mongolia Agricultural University，Huhhot 010018，Inner Mongolia，China）

Abstract：Yogurt is one of the most concerned dairy products，whichcontains a variety of flavor compoundsmainly come from the composition ofrawmilk，processing conditions andmetabolic diversity among startercultures. The study summarized the developmentof yogurt flavor. At the same time，the sourceof main flavor compound ofyogurt and the detection methods of flavor compoundswere emphasized.

Key words：yogurt；flavor；flavor compounds

收稿日期：2014-09-07

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.02.053

*通信作者

作者簡介：宋繼宏（1989—），女（漢），碩士研究生，主要從事乳品微生物學的研究。

基金項目：現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系建設項目（CARS-37）