中国农业科学院农产品加工研究所吕加平研究员、张书文副研究员：不同脂肪酶酶解对酶改性奶酪风味特征的影响

2023-12-11 23:47:15

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中国农业科学院农产品加工研究所张雨萌（第一作者）、吕加平、张书文（共同通信作者）等研究了5 种脂肪酶对酶改性干酪（enzyme-modified cheese，EMC）风味形成的影响，探究了酶的特异性。旨在为生产EMC脂肪酶的选择提供参考。

Introduction

EMC是一种利用外源性蛋白、脂肪酶酶解奶酪凝块而制成的一种奶酪风味物，产品有糊状和粉体两种。糊状配料约含 40%的干物质含量，风味强度通常是天然奶酪的 15～30 倍，作为风味物可广泛应用于酸乳、奶酪、冰激凌、烘焙食品等产品中。蛋白质和脂质的水解程度是决定EMC香气和滋味发展的关键因素。

蛋白酶水解蛋白质产生的多肽和氨基酸可直接促进EMC的滋味，又可间接作为挥发性化合物的前体。脂肪分解对于EMC的滋味和香气的产生发挥着重要作用。脂肪酶水解甘油三酯生成游离脂肪酸（free fatty acids， FFA），特别是短链脂肪酸风味阈值较低，对EMC整体风味贡献较大。另外，挥发性化合物酸、醇、醛、酯、酮等对EMC风味的发展同样具有重要的影响，这一风味形成过程与天然奶酪的成熟过程类似，但EMC的蛋白质水解和脂肪分解程度普遍高于天然奶酪，风味形成只需要几天时间。目前，关于不同脂肪酶在连续水解时间（0～30 h）奶酪脂肪产生 FFA的能力及其对风味形成的影响报道很少。因此，本研究独立评估了5 种用于加速奶酪成熟的商用脂肪酶（Lipase AY 30SD、Lipase DF15、 LipaseF3G、 Lipase MER 和Palatase 20000L）水解奶酪脂肪产生游离脂肪酸的能力及其对应EMC的风味特征。

Results

FAAs分析

脂肪酶的选择是目标EMC风味开发的最重要步骤之一，因为脂肪酶从牛乳脂肪中释放游离脂肪酸，并直接或间接影响产品风味。图1显示了所有样品的游离脂肪酸含量。显然，脂解后总FFA含量显著增加，而蛋白水解未发现显著增强（P＜0.05）。在所有EMCs中，30SD 12 h的总FFA浓度最高，其次是Pala 12 h的样品。DF15 18 h的EMCs中FFA含量最低。总体而言，C_16:0的含量是所有EMCs中最高的长链脂肪酸（LCFA＞C₁₂）。LCFA的总含量最高，其次是中链脂肪酸（MCFA，C₆～C₁₂）和SCFA（＜C₆）。SCFA和部分MCFA（C₆～C₁₀）对样品风味有很大贡献，因为它们的感知阈值较低。因此，这些脂肪酸通常被称为挥发性脂肪酸（VFFA，＜C₁₀）。30SD、DF15、Pala、MER和F3G的SCFAs含量分别为47.2、40.8、29.1、28.9、12.7 mg/100 g。

图1 游离脂肪酸组成及含量

电子鼻（E-nose）分析结果

E-nose是区分气味特征和获取与样品中挥发性化合物相关的综合信息的有效工具。对E-nose输出数据进行线性判别（LDA）分析，以研究类别内的分布及其彼此之间的距离（图2）。底物、对照组和一些EMCs之间显示出明显的区别。添加脂肪酶30SD和F3G的样品在水解18 h后几乎达到饱和，并且继续水解对总的挥发性气味几乎没有影响。添加其他脂肪酶的样品的气味随着不同的孵育时间（0～30 h）而变化。值得注意的是，除F3G外，水解30 h的所有EMCs都无法区分，这表明酶的类型可能对水解30 h后样品的挥发性气味影响不大。总方差均超过76%。结果表明， PEN 3.5 E-nose的LDA分析能够通过气味区分不同孵育时间的样品与不同脂肪酶的组合。

A. 同一脂肪酶不同时间；B. 同一时间不同脂肪酶。

图2 样品的E-nose LDA分析

挥发性成分检测结果

图3显示了9 种EMC和商业化酶改性奶酪（EMC10）的主成分分析（PCA）载荷图。图中的两个大圆圈分别解释50%和100%的变量，大部分X和Y变量位于内外椭圆之间，表明模型的可靠性较高。EMCI、EMC2、EMC3、EMC4位于图的左侧，EMCS、EMC6、EMC7、EMC8、EMC9、商用EMC10位于图的右侧，说明与EMC1～EMC4有明显区别。EMC10的特征是其高含量的三十烷酸、山梨酸、8-癸内酯、十六烷酸、苯甲醛等。8-癸内酯具有甜味、奶油味、以及坚果般的气味和沉重的果香味。

总体而言，EMC5最接近商业EMC10，这一结果与感官评价结果相一致。值得注意的是，EMC6（30SD水解24 h）具有最高含量的十五酮（43.11 µg/g）、总酸和大部分乙酯类化合物（辛酸乙酯、己酸乙酯、十二酸乙酯等）。其中，2-十五酮存在于各种类型的奶酪中，辛酸乙酯有一种甜的、葡萄酒的、果香的、坚韧的和带有明显果香的果酒味道。在EMC6 中检出68.441 µg/g己酸乙酯，具有扩散的、强烈的果酒味、菠萝气味和轻微的花香味，可以缓和样品的腐酸味道。脂肪酶 DF15 制备的EMCs (EMC1～EMC3）具有较高的酯含量（十三酸乙酯、庚酸乙酯、王酸乙酯等）。庚酸乙酯的特点是其果味、葡萄酒味、燃烧的余味与白兰地气味。

图3 EMC的PCA载荷图

感官特性

样品的基本感官属性评估结果显示，通常，30SD水解的样品具有强烈的刺鼻、酸败和发霉的味道。DF15和Pala水解的样品比其他EMCs含有相对较高的酒精风味。值得注意的是，F3G生产的EMCs具有奶油、切达干酪、酸腐和刺鼻的香气，并具有最强的奶油味。总的来说，通过使用脂肪酶30SD和MER可以实现与商业EMC相似的风味特征。F3G生产6 h的EMC在奶油口味和中国消费者的偏好方面都获得了最高分数。

A.风味属性和强度；B.整体偏好性。

图4 不同脂肪酶水解不同时间制备的EMC样品的感官评估结果

Conclusion

总体而言，EMC产品中许多复杂的挥发性成分与脂解作用有关。在酶的选择方面，脂肪酶30SD、DF15和MER倾向于产生更多的VCFA。Pala可以水解脂质产生更多的MCFA和LCFA，并且使用脂肪酶F3G可以在12h的孵育时间内产生更多的LCFA。这可能是本研究中相应EMCs中出现奶油味的部分原因。值得注意的是，除F3G外，所有水解30 h的EMCs都不能通过E-nose与挥发性风味区分开来，这表明脂肪酶的类型可能不是导致EMCs在30 h脂解后风味差异的主要因素。作为一种生物活性化合物，首次在脂肪酶DF15产生的EMC中检测到十三烷酸乙酯，其含量为45.60 µg/g。脂肪酶30SD作用18 h产生的EMC与市售EMC最为相似。用F3G脂肪酶发酵6 h后产生的EMC在乳脂气味方面得分最高，是中国人最喜欢的产品。乙酯在大多数生产的EMCs中含量丰富，对产品的整体风味有良好的气味。这项研究强调了酶的特异性，并为EMC生产的脂肪酶选择提供参考。

Abstract

This study investigated the effects of five lipases on enzyme-modified cheese (EMC) flavor development. Results showed that lipase 30SD contained high hydrolytic activity for short, medium, and long-chain fatty acids within 24 h incubation time, and the highest content of them among different times could reach 47.24, 475.90, 1 563.92 mg/100 g fat, respectively. Lipase DF15 and MER showed moderate capacity to hydrolyze volatile fatty acids, while lipase F3G had a stronger ability to produce long-chain fatty acids. Twenty-seven new volatiles were formed during lipolysis, most of them were acids and esters. Principal component analysis results showed that EMC produced by lipase 30SD for 18 h was similar to the commercial product with a pungent, rancid, and cheddar flavor. EMCs produced by lipase DF15 were significantly distinguished from other products by their high content of ethyl heptanoate, ethyl nonanoate, and ethyl tridecanoate. The findings might be useful for the researchers who focus on lipolysis or EMC products.

专家及作者介绍

吕加平研究员

中国农业科学院农产品加工研究所

博士、博士生导师，中国农业科学院农产品加工研究所乳品加工团队负责人。主要研究方向为乳品加工及食品微生物发酵等，具体包括原料乳耐热酶对牛乳品质影响及其控制技术、高活力益生菌及发酵剂菌株选育及制备技术、干酪加工及乳清回收技术、膜技术应用及功能性乳基配料加工与功能特性、微生物功能因子高产菌株选育及应用技术等方面的研究。近年来，主持及参加国家科技部、农业部、地方政府及企业合作等科研项目20多项，主要包括：主持“十三五”重点研发项目课题“热加工副产物形成规律及低热加工技术研究与应用“、“十二五”国家科技支撑计划课题“新型乳制品包装设备和材料的研究与产业化示范“、“十一五”国家科技支撑计划奶业专项课题“乳品加工关键设备及材料研究与开发”、“863”课题“亚油酸异构酶高产菌株选育及酶的制备技术研究”、国家自然基金面上项目2 项、科技部农业成果转化项目“干酪乳清回收及产品加工技术中试与示范”1 项、农业部公益性行业科研专项课题2 项、农业部航天育种项目子课题1 项、科技部科研院所社会公益研究专项1 项、北京市科技项目3 项，主要参加院所长基金2 项。承担横向课题30余项。申报专利50 项，获得授权31 项；发表论文300多篇，SCI论文80余篇；出版专著《现代乳品工业手册》、《乳品工艺学》等4 部；获得北京市科技进步二等奖2项（第1名），北京市科技进步三等奖一项（第1名），中华农业科技进步二等奖一项（第3名）、上海市科技进步三等奖一项（第3名）、中国食品工业协会科技进步二等奖一项（第2名）。兼任中国畜产品加工研究会常务理事及乳品专业委员会副主任；中国奶业协会乳品专业委员会副主任；Food Science of Animal Products、《乳业科学与技术》、《中国农业科学》、《农产品加工》、《农产食品科技》等杂志编委。

张书文副研究员

中国农业科学院农产品加工研究所

全国农产品加工业十佳杰出青年科技人才，美国威斯康辛大学乳品中心访问学者；中国乳制品工业协会特种羊乳专业委员会副主任委员、中轻食品工业管理中心技术专家委员委员、农业农村部农业信息化标准化技术委员会委员等社会兼职；天津科技大学、天津商业大学客座研究生导师；Frontiers in Nutrition、Food Science of Animal Products、《乳业科学与技术》、《中国乳业》杂志编委。从事乳品加工与营养研究，主要研究方向：1）奶酪及发酵乳加工技术研究及产品开发；2）功能性乳基料加工技术研究及示范；3）新技术在乳制品加工中的应用。先后主持了国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年基金、“十三五”、“十四五”重点研发计划子课题、中央引导地方资金项目、内蒙古自治区科技攻关计划项目、宁夏重点研发计划课题等项目或课题10余项；主持了企业横向合作项目共计20余项。发表学术论文150余篇，其中SCI论文70余篇；授权国家发明专利20 项；通过省部级成果鉴定5 项；参编著作2 部；研究成果先后获得了北京市科技进步二等奖（2012、2019）、中华农业科技进步二等奖（2013）、全国商业科技进步一等奖（2016）等科技奖励共计6 项。

张雨萌博士

中国农业科学院农产品加工研究所

博士，在站博士后。主要研究方向为超声改性酪蛋白胶束；酪蛋白胶束与多糖互作的凝胶特性及机制；奶酪加工技术研究。目前主持中国农业科学院博士后基金课题1 项，在国内外期刊公开发表学术论文10余篇，申请国家发明专利3 项。

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