酸乳中风味物质的研究进展

宋继宏，王记成，其木格苏都，张和平（内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室，内蒙古呼和浩特010018）



酸乳中风味物质的研究进展

宋继宏，王记成，其木格苏都，张和平*
（内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室，内蒙古呼和浩特010018）

摘要：酸乳是人们最为关注的乳制品之一，基于原料乳成分、加工条件及发酵剂种类等因素，使其含有多种风味物质。综述酸乳中风味物质的研究进展、酸乳中主要风味物质的形成途径及风味物质的检测方法。

关键词：酸乳；风味；风味物质

酸乳是以新鲜的牛乳为原料，经过两种或两种以上的乳酸菌发酵制成的产品[1]，因其独特的风味、爽滑的质感和对人体的保健作用而受到越来越多人的欢迎。从化学角度看，酸乳是一个含有蛋白质、多糖和脂质的复杂的凝胶体系，其主要的品质特征有质地，口感，香气和风味[2-5]。

风味是食品中最重要的品质之一，也是人们能够接受和喜爱的重要因素。风味物质的含量和种类决定着产品的适口性。随着人们生活水平的提高，人们对酸乳风味的要求越来越高，酸乳的风味已成为食品生产者和消费者关注的问题[6-7]。酸乳中的风味物质千差万别，种类繁多，但并不是每一种物质都对酸乳的风味起决定性作用，只有少数几个被证明对酸乳的风味起确定性影响[8]。探讨酸乳风味物质的特征、来源、成分以及其形成途径和检测手段对酸乳及其他发酵乳制品的创新具有重要意义。

1酸乳中风味物质的特征

酸乳中的风味物质有很多，但能影响最终风味的物质却很少，这是因为各成分的含量不同，只有在其浓度超过阈值时才能被察觉并产生风味。

研究表明酸乳中风味物质的主要特性是[8-10]：

1）成分多，含量甚微：李锋[11]等在普通酸奶中鉴定出28种风味物质；R. Imhof[10]等在典型酸奶和传统酸奶中鉴定出31种成分；有文献报道，酸乳中存在100多种挥发性风味物质，但有的物质仅是痕量[5]。在食品中风味物质含量从小于1 μg/L到1 000 μg/mL；

2）大多数是经过多种化学反应转化而来：如双乙酰代谢的主导途径，活性乙醛与丙酮酸在α-乙酰乳酸合成酶作用下合成α-乙酰乳酸，通过化学氧化脱羧作用生成双乙酰；

3）分子量一般小于400 Da；

4）风味阈值从小于0.001 μg/L到大于1 000 μg/L；

5）大多是非营养物质；

6）味感性能与分子结构有特异性关系；

7）多为对热不稳定的物质。

2酸乳中风味物质的来源

酸乳中的风味物质并非全部来源于菌株的代谢，风味物质的成分及含量受诸多因素的影响，其中原料乳中也含有少量的风味化合物[10]，受奶牛自身因素、饲养环境、季节及储运等条件的不同而发生变化[12-13]。酸乳中风味物质的来源主要有3种途径：原料乳中成分、加工过程中产生的风味物质及发酵剂发酵原料乳产生的风味物质[14-15]。

2.1原料乳本身的风味

新鲜的牛乳有较淡的奶香气味，该香味中所含的成分很复杂。已确定的成分有丙酮、乙醛、油酸及其他的游离脂肪酸，还有挥发性的二甲硫醚[16]。甲硫醚虽然是微量的，但它是构成牛乳风味的主体，是牛乳香气的主要成分，该化合物香气阈值在蒸馏水中约为12 μg/mL，超过此阈值，会立即产生过度的牛乳味和其他臭味。生牛乳往往有牛呼出气体的气味，其原因是甲硫醚浓度较高[17]。牛乳中的风味物质可通过多种途径产生[18]。

1）奶牛喂养的饲料可产生风味物质。饲料中所含的一些风味活性物质不经任何改变通过血液可进入乳腺组织；奶牛采食后，饲料中一些风味活性物质在其瘤胃中发生一系列生化反应，形成新的风味活性物质，被机体吸收后进入牛乳中。

2）乳中含有的酶类会作用牛乳中的蛋白质、脂肪和碳水化合物等成分并形成风味化合物。一些风味化合物是由牛乳中的蛋白质、脂肪和碳水化合物等成分降解而产生，或者是由每一类物质的衍生物之间相互反应生成。

3）可能与动物机体的能量平衡状态有关，当机体储备空虚和能量不足时，牛乳中干物质量会降低，同时伴有腐败的气味[19]。

2.2乳的杀菌产生的风味

加工过程中标准化、均质、杀菌等均可引起制品风味的变化，然而杀菌时的加热处理是引起风味成分变化的重要因素[20]。热处理过程中牛乳的蛋白质或氨基酸会通过其中游离巯基、总游离巯基及二硫键结构之间的变化产生与蒸煮味密切相关的含硫化合物。有学者认为加热乳的异味是因含硫组分浓度的增加而引起，目前已报道的乳中含硫组分主要包括甲硫醇、二硫化碳、甲硫醚、二甲基二硫化物、二甲基三硫化物、硫化氢[21-22]。美拉德反应是导致关键挥发性风味物质产生的一个重要反应，该反应对乳及乳制品的加热、干燥和贮存过程中的风味形成起重要作用。乳中游离的甲硫氨酸加热时发生美拉德反应产生甲硫醇、二甲基硫化物、二甲基二硫化物、二甲基三硫化物；半胱氨酸发生美拉德反应的产物主要为硫化氢[23-24]；牛乳中乳糖在受到强烈的热处理过程中也会发生美拉德反应，产生大量的风味物质，如糖醛、呋喃衍生物、吡啶、吡嗪及其它含S、N、O的杂环化合物[25-26]。乳脂肪在牛乳加热处理过程中受热易氧化分解，脂肪酸以游离态释出，并进行自动氧化、脱水、脱羧、还原、水解等反应形成羰基化合物、内酯类、酸类、烃类、酯类、醇类等化合物，而这些风味化合物在乳制品风味形成中起着很重要的作用，因此热处理会对牛乳的风味组成发挥作用[27-28]。

2.3发酵剂发酵原料乳产生的风味

在酸乳发酵过程中乳酸菌生产的风味物质种类繁多，这些风味物质主要由挥发性、非挥发性酸以及羰基化合物组成，其中，羰基化合物对发酵乳的风味有显著影响。乳酸菌的发酵作用是酸乳产生风味物质的主要贡献因素，风味物质的含量和种类显然与菌种间差异有关，用于发酵乳制品的微生物大体可分为3类：1）乳酸产生菌；2）柠檬酸发酵的香味产生菌；3）乳酸和香味产生菌[29]。

人们普遍认为赋予酸奶典型风味的成分是唾液链球菌嗜热亚（Streptococcus thermophilus S·t）和德氏乳杆菌保加利亚亚种（Lactobacillus delbrueckii L·d）产生的乳酸和各种挥发性的有机香气成分[30-31]。BESHKOVA D[30]指出乳酸和挥发性脂肪酸（饱和，低分子量，C2-C10）在酸乳的风味和香气特性中也起到特殊的作用，它们分别是酸乳味觉和嗅觉中酸味主要作用成分，含量与发酵剂的产酸特性及菌种比例有关。Friendrich和Acree[32]发现酸乳中最重要的风味化合物是乙醛和双乙酰。一般认为，乙醛是由保加利亚乳杆菌发酵产生，双乙酰由嗜热链球菌发酵产生[33]。

嗜酸乳杆菌产生的乙醇脱氢酶可将乙醛转化成乙醇，因此由嗜酸乳杆菌生产的酸乳不会有典型的酸乳味[34]。MARRANZINIR[35]发现在S·t和L·d这2种菌中也会产生这种酶。

3酸乳中风味物质的分类

典型酸乳的风味由乳酸和一些挥发性物质构成，还有很多产生量很低的芳香化合物。这些芳香化合物因为嗅觉阈值的差异，很难评价它们在形成酸乳风味中的作用。根据相关资料，对酸乳中风味物质进行分析并分为以下几类[5，36-37]：

3.1酸类

酸类包括非挥发性酸和以C2~C10的饱和脂肪酸为主的挥发性脂肪酸。非挥发性酸中乳酸是酸乳主要的酸味物质，也是乳酸菌主要的代谢产物。在酸乳发酵过程中，大约有20 %~40 %的乳糖代谢形成乳酸，乳酸含量大约是酸乳含量的0.9 %[5]，此外还有丙酮酸、草酸和琥珀酸等。挥发性酸是酸乳气味中的主要酸味感来源[8]。大多数挥发性脂肪酸并非来源于脂肪的分解代谢，它们的重要前体物质是氨基酸。这类化合物主要有乙酸、丙酸和丁酸等。乙酸也是酸乳中很重要的化合物，浓度过高会带来强烈的醋味，而不易被消费者接受。

3.2羰基化合物

羰基化合物主要是乙醛、双乙酰、乙偶姻和丙酮等，这类物质是重要的风味影响物质。一般的研究认为酸乳风味主要源于乳酸（滋味）和羰基化合物（气味）。

乙醛是乳酸菌在酸乳发酵过程中产生的特征风味物质，在酸乳中的含量要远远高于其他挥发性芳香化合物[1]。典型酸乳的香味是以乙醛为主要特征的，乙醛浓度相对较高，酸乳的风味相对较好，但其不易作为最终产物被积累下来，常在乙醇脱氢酶的作用下被还原为乙醇[29]。非典型性的酸乳或是风味较淡的酸乳中，乙醛含量<0.4 μg/mL，风味较好的酸乳中乙醛含量>8.0 μg/mL[38]。

另一类重要的羰基化合物为双乙酰类物质，人们对双乙酰持不同的观点，有人认为当酸乳中乙醛含量低时，双乙酰在其中占主导地位，形成具有独特奶香味的酸乳[39]；也有人认为它是风味形成中的主要物质[10，40]；同时有报道称双乙酰是酸乳后发酵过程中某些香味细菌产生的，它使酸乳产生类似坚果仁的风味[41]。刘宁宁[42]等研究发现乙醛能赋予酸乳清爽的芳香味，双乙酰能带来较重的奶油香味，两者质量含量超过30 mg/L时，会使酸乳产生不愉快的风味。当酸乳中乙醛和双乙酰质量含量比例为2.5∶1时，酸乳香气最佳。另外对于产生双乙酰的菌株，也有很多不同的观点，有些报道指出嗜热链球菌是产生双乙酰的唯一的菌株，而有些指出保加利亚乳杆菌也能产生大量的双乙酰。

很多发酵乳制品中，乙偶姻也是普遍存在的风味物质，它是双乙酰的还原形式，和双乙酰一样有奶油的香味，但香味远弱于双乙酰。有资料显示，双乙酰的芳香味大约是乙偶姻的100倍[43]。

丙酮和2-丁酮也是酸乳制品中重要的风味化合物。丙酮有一种愉快的水果香味，影响酸乳的风味。酸乳中的丙酮部分来源于原料乳本身，但绝大部分是来自于乳酸菌的代谢[44]。2-丁酮的风味类似于丙酮，呈水果香味。

3.3醇类

醇类是一类挥发性的风味化合物，其中乙醇是酸乳中最重要的醇类，它是葡萄糖和氨基酸代谢的终产物。乙醇根据菌种的不同差异很大，与菌种的胞内酶类有关，如干酪乳杆菌和嗜酸乳杆菌内含有乙醇脱氢酶能将乙醛转化成乙醇。尽管有很多研究指出乙醇是酸乳中重要的风味化合物，但其对酸乳香味贡献情况还不是很清楚[36]。此外，醇类中还有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发酵产生的麦芽香味的主要成分。

3.4酯类

主要是分子量较小的酸、醇合成的酯，如乙酸甲酯、乙酸乙酯，发酵乳中的水果香味是丁酸乙酯、己酸乙酯的作用。酸乳中酯类的浓度较低，大多数酯类呈水果和花香味，可降低由脂肪酸和胺类产生的苦味和其他异味[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，含量过大会引起风味缺陷。

3.6其他化合物

包括某些氨基酸或蛋白质、脂肪和乳糖的热降解成分等。如丙氨酸，因为这类物质为非挥发性风味成分，所以其对风味的影响限于口感，并非芳香气味。

4酸乳中主要风味物质的形成途径

4.1葡萄糖代谢途径

4.1.1乙醛的合成途径

乙醛是微生物代谢产物，作为酸乳的特征风味，乙醛含量相对较高。在乳酸菌生产乳酸的发酵过程中，乙醛可由氨基酸、核酸及葡萄糖代谢产生（图1）。目前，有关乳酸菌产生乙醛的主要途径还不是很清楚，但很可能是多条途径同时发挥作用[36]。

在酸乳发酵过程中，葡萄糖是乙醛的最重要的前体，大约有90 %或接近100 %的乙醛来源于葡萄糖的代谢[46]。主要是两条途径：1）葡萄糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸通过丙酮酸脱羧酶或者丙酮酸氧化酶直接产生；2）糖酵解生成的丙酮酸通过丙酮酸脱氢酶或丙酮酸甲酸裂解酶的作用形成中间产物乙酰辅酶A间接产生。在酸乳发酵过程中乳酸菌生产乙醛的代谢途径和菌体自身的酶有关。在酸乳发酵剂保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌中几乎没有关于丙酮酸脱羧酶的报道[1]。Raya等[47]在2株保加利亚乳杆菌和2株嗜热链球菌中，都没有检测出丙酮酸脱羧酶活性。说明在酸乳发酵过程中，丙酮酸生成乙醛或丙酮酸经由乙酰辅酶A生成乙醛的代谢途径可能不存在。

图1乳酸菌中乙醛、双乙酰的合成途径Fig.1 The synthetic pathway of acetaldehyde and diacetyl in Lactobacillus

此外，乙醛也可从DNA成分中形成，即脱氧核糖5-磷酸在脱氧核糖醛缩酶的催化作用下生成乙醛和3-磷酸甘油醛，并且这个催化过程是可逆的[48]。Raya 等[47]也报道了在保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的发酵过程中检测出明显的脱氧核糖醛缩酶活性，说明在酸乳发酵过程中，脱氧核糖5-磷酸生成乙醛的代谢途径可能存在。

在酸乳发酵过程中有一些氨基酸通过中间产物丙酮酸能转变成乙醛，但也有些氨基酸如苏氨酸可以通过苏氨酸醛缩酶直接降解生成乙醛[49]。其中，苏氨酸生成乙醛被认为是乳酸菌生产乙醛的主要代谢途径[37]。苏氨酸醛缩酶广泛存在于自然界生物体内，有研究发现，在保加利亚乳杆菌中可检测到苏氨酸醛缩酶，但在嗜热链球菌中却没有检测到；也有报道指出，嗜热链球菌中也存在苏氨酸醛缩酶[47]。嗜热链球菌中苏氨酸醛缩酶的活性在37℃比在30℃下低[50]，说明在较高的温度下发酵酸乳，嗜热链球菌产生乙醛的作用就显得不是很重要，故相较于嗜热链球菌，保加利亚乳杆菌具有更高的产乙醛能力[51]。

4.1.2双乙酰的合成途径

双乙酰也称丁二酮，作为酸乳中主要的风味物质，在形成酸乳风味中起着重要作用。有学者认为在酸乳发酵过程中保加利亚乳杆菌是生产双乙酰的主要菌株[52]。在乳酸菌发酵生成双乙酰的过程中，主要有柠檬酸代谢途径和糖酵解代谢途经（图1）。然而，相较于乳酸乳球菌（Lactococcus lactis），嗜热链球菌并不能代谢柠檬酸产生双乙酰[53]。在葡萄糖代谢途径中，过量的丙酮酸在α-乙酰乳酸合成酶的作用下合成α-乙酰乳酸。α-乙酰乳酸在酸性条件下，化学氧化脱羧生成双乙酰。同时在α-乙酰乳酸脱羧酶的作用下生成乙偶姻，双乙酰又在双乙酰还原酶的作用下还原为乙偶姻[54]。在柠檬酸生成双乙酰的代谢途径中，柠檬酸在柠檬酸裂解酶的催化作用下生成草酰乙酸，进而生成α-乙酰乳酸，也可通过脱羧反应生成丙酮酸。丙酮酸进一步脱羧生成活性乙醛（乙醛-TPP），活性乙醛与丙酮酸在α-乙酰乳酸合成酶作用下合成α-乙酰乳酸，通过化学氧化脱羧作用生成双乙酰。一般认为酸乳中的双乙酰主要通过葡萄糖代谢中的糖酵解途径生成[1]。

4.2氨基酸代谢产生风味物质的途径

虽然乳中的风味化合物可以通过脂肪和糖转化而来，但其最重要的前体物质是蛋白质[55]。通过蛋白水解酶形成的氨基酸和从环境中吸收的氨基酸对于细菌的生长是必须的，同时它们也是许多风味物质形成的重要前体物质。尤其支链氨基酸（Val，Leu，Ile）、芳香氨基酸（Phe，Tyr，Trp）以及含硫氨基酸（Cys，Met）是主要的芳香来源。这些氨基酸转变成风味物质是通过两条途径：1）氨基交换；2）脱氨基。氨基交换途径是通过氨基转移酶的作用，使得氨基酸形成相应的α-酮酸，然后进一步转变成醛、醇和酯，这些都是重要的风味物质。支链氨基酸、芳香氨基酸和甲硫氨酸通过氨基交换途径进行分解代谢；甲硫氨酸也可在碳硫裂合酶的作用下通过氨基脱去途径形成甲硫醇[56]。在乳酸乳球菌和嗜温的乳酸杆菌中，氨基酸的分解代谢主要开始于氨基交换，这就需要有α-酮酸作为氨基的受体。在乳酸菌中，α-酮酸的产生通常会限制氨基酸的分解代谢，但含有谷氨酸脱氢酶的菌株可以通过转氨作用使得谷氨酸转变成α-酮戊二酸。因此在含有谷氨酸的基质中，菌株即能降解氨基酸形成更多的风味物[36，57-58]。

5酸乳中风味物质的检测方法

早在20世纪50年代，对乳制品风味的研究就已经开始，当时对酸乳及乳制品香气的研究也仅限于感官水平。到了20世纪70年代，人们在鉴定酸乳中挥发性风味物质时引入现代仪器分析和先进的分离技术，这更加促进了酸乳及其他乳制品风味的研究[36]。

传统检测酸乳中风味物质的方法主要是采用富集和浓缩技术，如水蒸汽蒸馏法（Steam Distillation）、直接提取法（Direct Extraction）、溶剂萃取法（Solvent Extraction）、静态顶空法（Static Headspace）以及动态顶空法/吹扫捕集法（Dynamic Headspace/Purge And Trap）[5]。近年来，新开发的固相微萃取方法（Solid Phase Microextraction SPME）也被应用于酸乳中风味物质的研究[59-60]。与传统的蒸汽蒸馏法和动态顶空技术相比较，SPME几乎通常可以实现定量地回收，同时对实验条件更敏感[61]。表1中比较分析了用于酸乳中风味物质检测的不同富集和浓缩技术。

表1酸奶中风味物质检测的富集和浓缩技术Table 1 The enrichment and concentration techniques of flavor compound in yogurt

在风味物质研究过程中，对混合物质的鉴定主要采用现代分析仪器进行分析，包括气相色谱法、紫外光谱法、红外光谱法、核磁共振波谱法和质谱法[62]，气相色谱技术的出现为酸乳中风味物质成分的分析研究开创了新局面。质谱分析技术主要是通过分析样品离子的质荷比来对样品定性和定量。其工作原理是使待测分子转变成离子，然后在电场中，根据离子的质荷比进行检测，识别产生的离子。这样便可得到质谱图，可用于对未知物进行定性分析[63]。气质联用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）技术是在气相色谱柱中注入混合物样品进行分离，然后经由分子分离器进入电离室形成离子，最后部分离子进入离子检测器。经过质谱快速扫描后得到单一组分的质谱图，以此作为定性、定量分析的依据[64-65]。该技术综合了气相色谱高分析能力和质谱高鉴别能力的优势，实现了混合物的一次性定性、定量分析[66-67]。利用GCMS联用仪，不再需要标样，直接根据标准谱图的资料信息对比分析，即可对待测物质成分进行定性测定，是一种十分快速、准确的分析仪器。

6结束语

酸乳的风味特性同其质地特性及产品安全性一样是消费者接受该产品时考虑的关键因素。酸乳中的风味物质有很多，但只有少数几个被证明对酸乳的风味起确定性影响，因此在研究过程中，多是选择几种主要的风味物质进行研究。同时，基于原料乳成分、加工条件及微生物代谢等因素的差异，不同发酵乳制品中的风味物质千差万别，随着分析检测手段的更新，已鉴定出大量的影响酸乳风味的组成成分，在生产过程中，选用优质的原料、合理控制加工条件、选用目标性发酵剂，并结合适用的检测手段，可提高酸乳制品的风味质量，为酸乳制品的创新开辟道路。

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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

作者简介：宋继宏（1989—），女（汉），硕士研究生，主要从事乳品微生物学的研究。

基金项目：现代农业产业技术体系建设项目（CARS-37）