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天津商业大学姜子涛教授等：不同年龄段乳粉的挥发性风味成分分析及其分类预测

2022-11-15作者：来源：食品科学杂志责任编辑：食品界字体A+AA-

全脂乳粉是以标准化全脂牛乳为原料，经巴氏杀菌、蒸发、均质和喷雾干燥而成的高营养价值乳制品。国际粮农组织2021年4月发布的最新报告显示，2020年全球全脂乳粉的国际贸易接近270万 t，比2019年增长1.9%，其中欧盟出口增长11.5%，阿根廷出口增长更是高达53.5%。风味是影响消费者接受乳粉产品的主要因素，因此了解并利用挥发性风味成分非常重要。

天津商业大学生物技术与食品科学学院的叶美霞、李荣*、姜子涛*等采用超快速气相电子鼻（UFGC E-nose）技术鉴定24 种婴幼儿、学生、成人、中老年人乳粉的挥发性风味成分，使用相对气味活性值（ROAV）评定乳粉中关键香气贡献的挥发性成分及绘制不同年龄段乳粉的香气雷达图，还通过感官评价对不同年龄段乳粉中香气进行评定；并结合线性判别分析（LDA）和线性支持向量机（LSVM）等多元统计分析方法，对乳粉的香气特征进行分类预测。建立不同年龄段乳粉的分类及预测模型，从而实现快速、准确分类的目的

1、最佳测定参数确定

图1A显示，随着孵化温度的升高，样品色谱峰数量增加，但在70、80、90 ℃间差异较小；图1B表明，70 ℃时R＞1.5且数值最大，表明在70 ℃时色谱峰分离完全；综合考虑选用70 ℃为最佳孵化温度。

由表2可知，升温程序10时，样品色谱峰R达到1.82，表明样品色谱峰基本分离，故选用其为最佳升温程序。

2、乳粉挥发性成分分析

由图2可知，同一年龄段乳粉的色谱图在强度、保留时间以及形状上有一定的相似，不同年龄段乳粉的色谱图则差异较大。表3显示UFGC E-nose共鉴定出54 种挥发性风味成分，4 个年龄段乳粉中分别为44、48、47、44 种，包括醛类（19 种）、酮类（10 种）、醇类（5 种）、酯类（2 种）、酸类（2 种）、内酯类（6 种）、硫化物（3 种）、烷烃类（2 种）、芳香类（3 种）和杂环类（2 种），其中37 种挥发性成分在4 类乳粉中都检测出。4 个年龄段乳粉中学生乳粉及成年乳粉中挥发性成分相对丰富，由表1可知，是因其蛋白质、脂肪及碳水化合物含量较高导致。

由图3和表3（表3可点击下方阅读原文查看）可知，不同年龄段乳粉中的挥发性成分种类和含量差异显著，醛类含量最高，其次为酮类、酸类、内酯类、醇类、杂环类、烷烃类、硫化物、酯类和芳香类含量最低。

3、不同年龄段乳粉主要挥发性风味成分的评定

由表4可知，共有23 种挥发性成分贡献了香气，4 个年龄段乳粉分别有12、12、12、14 种关键香气贡献化合物，其中有10 种为4 个年龄段乳粉共有。图4显示，4 个年龄段乳粉中共同香气为7 种，分别为：2,3-丁二酮贡献的奶香味；二甲基硫醚、二甲基二硫化物、3-甲硫基丙醛、1-辛烯-3-酮、二甲基三硫化物、(E)-2-壬烯醛及(E,E)-2,4-癸二烯醛贡献的卷心菜、土豆、水煮蘑菇、黄瓜、香菜等蔬菜味；(Z)-3-己烯醛、苯乙醛、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、正壬醛、γ-十一内酯贡献的苹果、浆果、葡萄汁、柑橘、杏子等水果味；丙醛、(E)-2-己烯醛、正己醇、癸醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛贡献的天竺葵等花香味；2-十一酮、己醛贡献的青草味；2-甲基丙醛贡献的焦糖味；对甲酚贡献的焦油味。另外，杏仁味为婴幼儿乳粉中特征气味，由戊醛贡献而来。

图4表明，不同年龄段中香气程度上存在差异，其中奶香味在学生及成人乳粉中香气程度较高，婴幼儿、中老年人乳粉中则较低，其ROVA分别为100.00、100.00、65.69、64.06。蔬菜味在婴幼儿乳粉中香气程度高达其他年龄段乳粉的3 倍以上，按香气强弱依次为成人、中老年人、学生乳粉，其ROVA分别为131.46、48.10、43.04、33.42，主要是因婴幼儿乳粉中1-辛烯-3-酮香气程度较高导致；另外，(E,E)-2,4-癸二烯醛为学生乳粉独有关键香气贡献化合物，具有香菜等蔬菜香气。水果味在中老年人乳粉中最高，学生乳粉次之，婴幼儿和成人乳粉较弱，其ROVA分别为115.06、91.23、65.70、64.19。花香味按香气强弱依次为婴幼儿、成人、中老年人，学生乳粉，学生乳粉仅为其他乳粉的二分之一，其ROVA依次为48.21、44.22、40.25、24.68，差异主要由(E,E)-2,4-壬二烯醛含量导致。

4、感官评价结果

表5显示，4 个年龄段乳粉在感官风味上具有明显差异，其中乳酸味、麦片味差异较大；奶香味在4 个年龄段乳粉中得分都为最高，说明其在乳粉中充分体现出来。学生乳粉与成人乳粉中奶香味、香草味、焦糖味强于婴幼儿乳粉、中老年人乳粉，而婴幼儿乳粉、中老年人乳粉中具有浓重的蔬菜味、焦油味，中老年人乳粉中还具有烟熏味，这可能对样品中的异味产生很大影响，这些异味来源于加工过程中的蛋白质水解、美拉德反应或脂质氧化。以上总体说明学生乳粉与成人乳粉风味总体优于婴幼儿乳粉、中老年人乳粉。

5、基于LDA对乳粉年龄段的分类

图5显示，使用LDA对4 个年龄段乳粉进行分类的判别函数1、2的总和为83.9%，说明采用LDA能够区分不同年龄段乳粉。由图5可知，在以LD1、LD2为区分轴时，学生、成人乳粉间距离较近，婴幼儿与中老年人乳粉与其他乳粉距离较远。表6表明，LDA对4 个年龄段乳粉进行分类的平均准确率为93.3%，其中婴幼儿乳粉全部被正确区分，而学生乳粉分类准确率则低至80.0%。

标准化判别函数系数的绝对值可用于比较分类变量在组成判别函数时的相对贡献，由表7可知，(E)-2-己烯醛、E-3-辛烯-2-酮、正壬醛、δ-壬内酯在判别函数1中贡献较多，(E)-2-己烯醛、2-甲基丙醛、正己醇、1-丙醇在判别函数2中贡献较多，它们对分类结果影响程度较大。

由表3可知，1-丙醇、正己醇分别仅在婴幼儿、中老年人乳粉中不含；(E)-2-己烯醛、E-3-辛烯-2-酮、正壬醛、δ-壬内酯、2-甲基丙醛在4 个年龄段中都检测出，但含量差异相对较大，对提高不同年龄段乳粉间的分类准确率起到重要作用。

4 个年龄段乳粉的成功区分主要由营养成分含量的差异导致，婴幼儿、学生乳粉中乳糖含量较高，且婴幼儿乳粉中还含有二十二碳六烯酸、二十碳四烯酸、亚油酸等成分；成人乳粉中蛋白质、脂肪含量较高；中老年人乳粉中蛋白质含量较高。

6、基于LSVM对不同年龄段乳粉的预测

图6表明，由不同种类乳粉挥发性成分组成及含量差异导出的各成分预测重要性排序结果为(E)-2-己烯醛、正壬醛、正己醇、二甲基二硫化物、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E)-3-辛烯-2-酮、2-甲基丙醛、1-丙醇、(E)-2-己烯-1-醇、δ-壬内酯，这与表7结果较一致，说明已构建的LSVM模型可快速、有效、准确预测不同年龄段的乳粉。

表8显示LSVM分类平均准确率为94.2%。其中婴幼儿乳粉被误分为学生乳粉1 次；学生乳粉被误分为婴幼儿乳粉1 次；成人乳粉被误分为中老年人乳粉1 次，中老年人乳粉被误分为学生乳粉和成人乳粉各2 次，误分可能是因为乳粉中蛋白质、脂肪及碳水化合物组成及含量接近导致。

结论

利用UFGC E-nose技术在4 个不同年龄段的乳粉中共测出54 种挥发性成分，其中37 种共同成分，主要为丙醛、丙酮、己醛和己酸等。丙酸甲酯、1-辛烯-3-酮只在婴幼儿乳粉中存在；(E,E)-2,4-癸二烯醛、γ-十一内酯是学生乳粉的特有成分；庚醛仅在成人乳粉中被检出；2-丁酮、苯甲醛仅在中老年人乳粉中含有。另外，仅婴幼儿乳粉中未检测出1-丙醇、乙苯、香草醛、δ-辛内酯；仅学生及成人乳粉中不含间二甲苯；仅中老年人乳粉中不存在(E)-2-戊烯醛、乙酸丁酯、(Z)-2-己烯-1-醇、正己醇；δ-十内酯在婴幼儿及中老年人乳粉中都未检测出。采用ROAV评价结果表明，共有23 种挥发性成分对贡献了香气，且乳粉中共同香气为奶香味、蔬菜味、水果味、花香味、青草味、焦糖味、焦油味；另外，杏仁味为婴幼儿乳粉中特征香气。不同年龄段中香气程度上存在差异，其中奶香味在学生及成人乳粉中香气程度较高，婴幼儿、中老年人乳粉中较低；蔬菜味及花香味在婴幼儿乳粉中香气程度最高；水果味在中老年人乳粉中最高，学生乳粉次之；焦糖味在学生乳粉中香气程度低于其他类乳粉；青草味及焦油味在4 个年龄段乳粉中差异较小。感官评价结果显示，学生、成人乳粉风味总体优于婴幼儿、中老年人乳粉，且与香气雷达图结果差异明显。多元统计分析中的LDA可将同一年龄段不同品牌的乳粉明显区分开，平均准确率为93.3%；LSVM模型可对不同年龄段乳粉进行分类预测，平均准确率高达94.2%，并给出乳粉前挥发性成分预测重要性排序。所建立的UFGC E-nose检测与多元统计分析方法为不同年龄段乳粉快速和准确分类，提供了重要的方法依据。

通信作者简介

姜子涛，男，二级教授，博士生导师，天津天狮学院食品工程学院院长；天津商业大学生物技术与食品科学学院教授。东北师范大学学士/硕士，南开大学博士，香港中文大学博士后；中国化学会有机分析专业委员会委员、中国农业工程学会农产品贮藏与加工分会常务理事、中国农学会农产品贮藏加工分会理事；国家自然科学基金、科技部、教育部、河北省、天津市等科技和人才项目评审专家。曾任天津商业大学研究生部主任、科技处处长、天津市农产品加工及贮藏工程重点学科带头人、天津市食品生物技术重点实验室学术带头人。

主要研究方向：食品添加剂、天然食品资源的研究与开发、微量成分分离分析方法。Analytical Chemistry Letters 和International Journal of Food Processing Technology杂志编委，Food Chemistry, Industrial Crops and Products, Food Analytical Methods, Journal of Agricultural and Food Chemistry等30余种SCI杂志审稿人。主持和参与完成国家自然科学基金及省部级项目10余项。发表学术论文300余篇，其中SCI/EI收录100余篇，取得发明专利6项。

第一作者简介

叶美霞，女，天津商业大学生物技术与食品科学学院硕士研究生。主要研究方向：食品添加剂、乳制品的挥发性风味成分分析、食品香气分析。

本文《不同年龄段乳粉的挥发性风味成分分析及其分类预测》来源于《食品科学》2022年43卷16期242-252页，作者：叶美霞，李荣，姜子涛，王颖，谭津，汤书华。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210807-097。点击https://www.spkx.net.cn/article/2022/1002-6630/202...即可查看文章相关信息。