上海应用技术大学田怀香教授等：基于感官评价、GC-IMS和GC-MS的中式酸凝奶酪挥发性风味比较
2023-12-21作者：来源：责任编辑：食品界
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奶酪富含蛋白质、脂肪以及多种矿物质与维生素，营养价值较高，被称之为“奶黄金”。按照凝乳方式不同分类，奶酪可分为酶凝奶酪和酸凝奶酪2 种。其中西方国家多食用酶凝奶酪，我国传统的奶酪则为酸凝奶酪。常见的中式酸凝奶酪主要包括乳扇、乳饼、曲拉、奶豆腐以及奶疙瘩。研究表明非挥发性化合物在奶酪中起呈味作用，主要影响奶酪的口感；而在多数奶酪中起到重要风味贡献的物质均为挥发性化合物。因此，明晰中式酸凝奶酪的挥发性风味物质组成及不同奶酪间的风味差异至关重要。
尽管目前国内研究者对单品种酸凝奶酪的工艺和风味已有初步探索，但尚缺乏关于不同品种的中式酸凝奶酪间风味差异的研究报道。基于此，上海应用技术大学香料香精技术与工程学院的陈臣、田同辉、田怀香*等采用感官评价、GC-IMS和GC-MS相结合的方法分析5 种中式酸凝奶酪的香气特征、消费者喜好度、风味物质组成及其差异，并根据挥发性化合物的香气活力值（OAV）结合主成分分析（PCA）探究不同酸凝奶酪样品中各香气化合物的香气贡献，可为中式酸凝奶酪及其相关产品的开发及推广提供一定的理论参考。
感官评价员对5 种中式酸凝奶酪的香气强度和喜好度进行评价，以明确不同中式酸凝奶酪的香气特征，其评价结果如图2、3所示。可以看出，5 种中式酸凝奶酪的香气特征不同，在5 种酸凝奶酪样品中除酒香、酸、陈腐属性外其余5 种属性的香气强度均存在显著差异，且感官评价员对于5 种样品的喜好度存在极显著差异。其中，乳扇样品的喜好度得分最高，其奶香、果香和烤面包香气强度最高且酒香和陈腐属性的强度较低。5 种中式酸凝奶酪中奶豆腐的喜好度得分最低，其坚果香、奶香和果香属性的香气强度在5 种样品中最低，多数感官评价员表示这正是他们对奶豆腐样品给出较低喜好度评分的原因。 为进一步探究5 种中式酸凝奶酪的风味差异，利用GC-IMS对不同中式酸凝奶酪样品进行分析，得到GC-IMS二维俯视图（图4）及挥发性化合物指纹图谱（图5）。由图4可知，5 种中式酸凝奶酪中绝大多数化合物的保留时间都在100～700 s范围内，漂移时间都在8～16 ms之间。其中，曲拉样品和乳扇样品所含的挥发性化合物较多，乳饼和奶疙瘩中的挥发性化合物较少。保留时间为600～700 s的挥发性化合物在曲拉样品中的数量最多且含量高，漂移时间为12～16 ms的化合物在奶疙瘩中数量明显少于其他4种奶酪。
如图5所示，利用GC-IMS在5 种中式酸凝奶酪中共检测到58种挥发性化合物，由于GC-IMS谱库的局限性有5 种物质未被定性。图5可被大致分为6 个不同区域（A、B、C、D、E和F区域），A区域是5 种酸凝奶酪中共有的挥发性化合物，B、C、D、E和F区域分别为乳扇、乳饼、曲拉、奶豆腐和奶疙瘩的特征峰区。乳扇中共有14 种挥发性化合物是其特有的物质，其中12 种被定性。乳饼中特有的挥发性化合物有4 种，分别为丙酸乙酯、2-戊酮（M）、L-(-)-乳酸乙酯和S-(-)-2-甲基-1-丁醇。曲拉中共有12 种特有的挥发性化合物，主要是醛类和醇类。反-2-戊烯醛、正丁醛、2-丁酮、糠醇和2,3-丁二醇是曲拉和奶豆腐中共有的挥发性化合物。奶疙瘩中特有的挥发性化合物为2,3-丁二酮和正丙醇。5 种中式酸凝奶酪差异明显，在GC-IMS指纹图谱中5 种中式酸凝奶酪有其特征区域，其中乳扇和曲拉样品特征峰区域包含的挥发性化合物明显多于其他样品，这些特征区域中所含的挥发性化合物或是不同酸凝奶酪香气表现具有显著差异的原因。
为进一步明晰5 种中式酸凝奶酪中的挥发性化合物含量及其风味贡献，利用GC-MS结合OAV对5 种酸凝奶酪样品进行分析，其结果如图6和表1所示。相较于GC-IMS，通过GC-MS在5 种中式酸凝奶酪样品中检测到了更多的大分子化合物，且检测到的挥发性化合物总数更多，共检测到挥发性化合物74 种，其中乳扇含有47 种挥发性化合物，是5 种中式酸凝奶酪中挥发性化合物种类最多的样品；曲拉中所含的挥发性化合物种类仅次于乳扇，有46 种；奶豆腐、乳饼和奶疙瘩中分别含有34、31 种和28 种。由图6可知，各类挥发性化合物在不同中式酸凝奶酪中的占比差异较大，其中奶豆腐、乳扇和曲拉中酸类化合物占比最高，分别为71.6%、54.4%和76.7%；乳饼中酯类化合物的占比最高，为59.5%；奶疙瘩中醇类化合物的占比最高，为44.3%，同时奶疙瘩中酮类、内酯类和其他化合物的占比高于其他4 种奶酪。
由于挥发性化合物对奶酪的风味贡献取决于各物质具体含量和阈值，因此GC-MS检测结果与OAV结合能够更全面地鉴定对不同中式酸凝奶酪具有主要风味贡献的挥发性化合物。表1显示了5 种酸凝奶酪样品的挥发性化合物含量及OAV结果。在检测到的74 种挥发性化合物中，共有39 种化合物的OAV大于1，这些化合物在不同中式酸凝奶酪中种类各不相同，5 种中式酸凝奶酪样品中所含OAV大于1的化合物种类由多到少依次为曲拉、乳扇、奶豆腐、乳饼和奶疙瘩。5 种中式酸凝奶酪的制作工艺和乳源区别可能是造成上述差异的主要原因。就制作工艺而言，5 种中式酸凝奶酪的发酵方式为自然发酵或加入酸水或酸引子发酵，这几种发酵方式使中式酸凝奶酪中的菌种多为野生菌株。因此，不同酸凝奶酪品种中的发酵菌株存在差异，导致不同奶酪经发酵后产生的挥发性风味物质种类和浓度不同。此外，5 种中式酸凝奶酪的乳源差别也是其挥发性风味物质存在差异的原因之一。
醛类化合物在奶疙瘩和曲拉中被检测到的种类最多，但在奶疙瘩中多数醛类未达到其香气阈值，因此这些醛类对奶疙瘩的风味贡献较小，而在曲拉中检测到的醛类的OAV均大于1，它们主要是庚醛、己醛、壬醛、乙醛和苯甲醛。这些醛类主要来源于脂肪酸代谢，它们的化学性质比较活泼属于瞬时挥发性化合物且阈值较低。在中式酸凝奶酪中OAV大于1的醇类化合物主要有乙醇、庚醇和3-甲基-1-丁醇，这些醇类化合物主要为奶酪带来酒香、脂肪味和坚果味，对于奶酪具有较为积极的风味贡献，通常奶酪中的醇类来源于脂肪酸降解、氨基酸代谢、甲基酮还原以及乳糖代谢。由于在奶疙瘩样品中乙醇的含量未达到其感知阈值（OAV＜1），与感官评价中奶疙瘩的酒香属性强度低这一结果相呼应。 酯类化合物是对5 种中式酸凝奶酪的风味贡献最大的一类挥发性化合物，共有7 种酯类的OAV大于1，包括乙酸乙酯、丁酸乙酯、癸酸乙酯、辛酸乙酯、苯甲酸乙酯、乙酸苯乙酯和己酸乙酯，其中丁酸乙酯、辛酸乙酯和己酸乙酯的混合物通常被称之为黄油酯，它们在许多乳制品中作为特征风味物质，对奶酪的整体风味组成具有重要贡献。酯类化合物主要为奶酪贡献花香以及水果香气，浓度较高时会产生发酵香气，同时酯类还能够抑制酸类化合物产生的腐臭气味，在奶酪中起到风味修饰作用。OAV大于1的酯类化合物在乳扇和曲拉中含量较多，因此乳扇和曲拉的果香浓郁，这与两者的工艺密不可分，乳扇和曲拉均经过晾晒，水分含量低，因此它们的风味物质相对浓缩。而由于绝大多数酯类均未在奶疙瘩中检出，因此奶疙瘩样品在感官评价中的果香属性得分较低。此外在奶豆腐中检测出酯类种类虽多于奶疙瘩但含量不高，故而果香气味强度低于其他品种。 酸类化合物既是中式酸凝奶酪中的重要挥发性风味化合物之一，同时也是酮类、醛类和酯类等化合物的重要前体物质。由于酸类化合物的阈值普遍偏高，因此即使在样品中检测到较高含量的酸类，但多数酸类的OAV却偏低。在5 种中式酸凝奶酪中乙酸、己酸、辛酸、异戊酸和月桂酸的OAV大于1，具有较大风味贡献。酸类主要来源于脂肪、氨基酸的降解以及乳糖的发酵，是奶酪中不可缺少的一类风味物质。在5 种中式酸凝奶酪中曲拉所含的酸类化合物种类最多且含量较高，而酸类化合物多带有不愉悦气味，因此在感官评价中曲拉并非最受喜爱的样品。乳扇和奶豆腐次之，而在奶疙瘩和乳饼中的种类较少且含量较低。由于酸类在高浓度时具有陈腐和酸臭气味，因此酸类对曲拉的整体香气表现可能具有消极影响。 内酯类化合物阈值较小是奶酪中的重要奶香、椰果香气化合物，有研究表明部分内酯还能够改善其他化合物对奶酪风味的影响，从而使奶酪的整体香气更加柔和。内酯类化合物主要分为γ-内酯和δ-内酯，来源于三酰基甘油酯，由脂肪酸羟基化后在环化酶的作用下脱水环化形成，对奶酪的整体风味具有重要影响。OAV大于1的内酯类化合物在奶疙瘩中含量最多，共有γ-壬内酯、δ-癸内酯、γ-十一内酯和δ-十二内酯4 种，因此在其他奶香味化合物含量不高的情况下，奶疙瘩样品在感官评价中仍有中等强度的奶香。同时，δ-癸内酯和δ-辛内酯是乳扇奶香和果香味的主要来源之一，曲拉中OAV大于1的内酯类化合物仅有δ-癸内酯一种，而在奶豆腐、乳饼和中未检测到内酯类化合物。 酮类化合物在奶酪中较为常见，其感知阈值较低，香气贡献较大，主要在脂肪酸的β-氧化过程产生，主要赋予奶酪花香、果香和奶香风味。在5 种中式酸凝奶酪中OAV大于1的酮类化合物主要有2-壬酮、2-辛酮、2-庚酮、2-十一酮和3-羟基-2-丁酮。酮类化合物在奶豆腐中种类最多且含量较高，是奶豆腐中奶香花香的主要来源。其中2-壬酮和2-庚酮主要贡献花果香和清甜气味，2-庚酮仅在乳扇中OAV大于1，主要为乳扇带来椰子类香气。2-十一酮和3-羟基-2丁酮具有较强的奶香、奶油香气，在奶疙瘩和曲拉中OAV较高。 为明确OAV大于1的挥发性风味化合物对5 种中式酸凝奶酪的风味贡献大小，对各样品中OAV大于1的挥发性化合物数据进行PCA，其结果如图7所示。图7中绿色圆点分别代表5 种不同中式酸凝奶酪样品，数字代表各挥发性风味化合物，箭头方向和长短代表化合物对不同中式酸凝奶酪整体风味的影响取向和大小。奶豆腐与奶疙瘩在图中相距较近，乳扇、乳饼和曲拉样品在图中间隔较大且不交叉重叠，表明除奶豆腐和奶疙瘩样品的香气特征具有一定相似性外，其余样品之间具有明显香气差异。此外，乙醇、丁酸乙酯、己酸乙酯、2-庚酮和δ-辛内酯等挥发性化合物对乳扇样品的整体风味贡献较大；甲酸苯乙酯、乙酸苯乙酯、辛酸、月桂酸和正癸酸等对曲拉样品具有较大的风味贡献；正己醇、3-羟基-2-丁酮、γ-壬内酯、γ-十一内酯和δ-十二内酯等对奶疙瘩及奶豆腐的风味贡献较大；月桂醛是唯一一种对乳饼样品有突出风味贡献的化合物，可被看作是乳饼的特征风味化合物。PCA结果结合表1中对各挥发性风味化合物的香气描述和定量结果分析发现，对乳扇风味贡献较大的化合物多具有果香和奶香类等积极香气；曲拉中的主要风味贡献化合物中有较多酸类，具有一定的不良气味；奶疙瘩及奶豆腐中酮类和内酯类化合物的贡献较大但其含量较低；乳饼中风味贡献较大的化合物则缺乏多样性。以上结果良好地验证了感官评价结果，即乳扇样品的整体风味表现最佳。 以5 种中式酸凝奶酪的感官评定值为自变量X，OAV大于1的挥发性风味化合物含量为因变量Y，采用偏最小二乘法对中式酸凝奶酪的香气属性与挥发性化合物进行相关性分析，其相关分析结果如图8所示。其中3 个椭圆从内到外分别代表50%、75%和100%的解释方差，绝大多数挥发性化合物和香气属性均位于内外椭圆之间，说明该模型对数据具有良好的解释性。由图8可知，奶香、果香属性与δ-辛内酯、2-庚酮、己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯等物质相关；烤面包、酒香属性与癸酸乙酯、辛酸乙酯、δ-癸内酯相关；酸、坚果香气与乙酸、丁酸、己酸和正庚醇相关；陈腐属性与异戊酸、庚醛、辛酸等挥发性化合物相关。 通过感官评价、GC-IMS和GC-MS多种检测方法结合OAV计算与PCA对5 种不同中式酸凝奶酪进行了风味比较研究。结果表明：5 种中式酸凝奶酪的香气特征具有明显差异，其中乳扇在感官评价过程中的整体香气表现最佳且最受消费者喜爱。不同酸凝奶酪样品在GC-IMS指纹图谱中各有特征峰区域，不同中式酸凝奶酪挥发性化合物差异明显，其中乳扇和曲拉的特征峰区域最大。利用GC-MS在5 种中式酸凝奶酪中共检测到74 种挥发性化合物，且各类挥发性风味化合物在不同中式酸凝奶酪样品中的占比情况不同，乳扇、奶豆腐和曲拉中酸类化合物占比最高，乳饼中酯类化合物的占比最高，奶疙瘩中醇类化合物的占比最高。在检测到的74 种挥发性化合物中有39 种化合物的OAV大于1，其中乙醇、丁酸乙酯、己酸乙酯、2-庚酮和δ-辛内酯等挥发性化合物对乳扇的整体风味贡献较大，是乳扇样品果香、奶香和酒香的主要来源；甲酸苯乙酯、乙酸苯乙酯、辛酸、月桂酸和正癸酸等对曲拉样品具有较大的风味贡献；正己醇、3-羟基-2-丁酮、γ-壬内酯、γ-十一内酯和δ-十二内酯等对奶疙瘩及奶豆腐的风味贡献较大；月桂醛是乳饼的特征风味化合物，有柑橘类气味贡献。偏最小二乘结果揭示了香气属性与挥发性化合物之间的相关性。综合结果表明5 种中式酸凝奶酪中乳扇具有最佳的风味表现且更受消费者喜爱，具有在中国市场进一步发展和推广的潜力。
本文《基于感官评价、GC-IMS和GC-MS的中式酸凝奶酪挥发性风味比较》来源于《食品科学》2023年44卷16期228-236页. 作者：陈臣，田同辉，刘政，于海燕，袁海彬，田怀香. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221013-124.
