乳脂原料类型对酸奶油风味的影响

马松林1,2,洪青1,张欢畅1,蔡鑫1,2,王国骄1,刘振民1*

1(光明乳业股份有限公司乳业研究院,上海乳业生物工程技术研究中心,乳业生物技术国家重点实验室,上海,200039)2(上海海洋大学 食品学院,上海,201306)

摘 要 为探究乳脂原料对酸奶油风味特征的影响,该研究分别以新鲜稀奶油和黄油为原料制备酸奶油样品,采用电子鼻和电子舌分析其风味轮廓。采用气相离子迁移色谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS)测定挥发性化合物的组成,并结合感官评价进行系统分析。结果表明,不同乳脂原料酸奶油的气味和滋味特征存在显著差异(P<0.05)。通过GC-IMS分析,共鉴定出59种挥发性物质,其中11种被确定为关键香气化合物。脂肪族醛和甲基酮类化合物是不同样品中主要的差异风味物质。此外,乳脂基酸奶油展现出更优的感官品质。该研究全面了解了乳脂原料对酸奶油风味特征的影响,为优化酸奶油产品质量和调节风味提供了理论依据和实践指导。

关键词 酸奶油;黄油;气相离子迁移色谱;风味;感官评价

酸奶油是经乳酸菌发酵制得的一种传统乳制品,通常以新鲜稀奶油为原料,因其独特的质地和风味而受到广泛关注。近年来,黄油复原稀奶油已逐渐成为研究热点。与新鲜稀奶油相比,黄油的货架期较长,便于运输和贮存,但其风味质量受多种因素的影响。据报道,乳脂氧化酸败是黄油产生异味(酸臭味、肥皂味和苦味)的主要因素,严重影响产品风味[1]。李扬等[2]基于气相色谱-嗅闻技术发现黄油中的挥发性化合物主要为直链醛类和脂肪酸类。此外,冯文慧[3]研究发现,黄油复原稀奶油与新鲜稀奶油的整体风味存在显著差异,且新鲜稀奶油的感官品质最佳。值得注意的是,现有研究多集中在黄油复原稀奶油的理化特性、搅打性能和风味品质等方面,缺乏乳脂基和黄油基原料对酸奶油风味的影响研究。

食品风味是影响其感官品质的重要评价指标。电子鼻和电子舌通过不同类型的传感器来模拟人体的嗅觉和味觉系统,对特定的风味化合物进行快速响应,进而区别各种样品的气味和滋味特征,已被广泛应用于食品分类、掺假和新鲜度检验等方面[4]。气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS)是一种新型的分离检测技术,将气相色谱的高分离能力和离子迁移谱的快速响应能力相结合,具有灵敏度高、操作方便等优点,在食品风味分析中发挥着重要作用[5]。例如,通过GC-IMS确定了酸奶油发酵过程中的特征风味物质,如2-庚醇、己酸、乙酸乙酯和1-辛烯-3-酮[6]。Zheng等[7]将GC-IMS与感官分析相结合,揭示了不同发酵阶段奶油奶酪风味特征及其对感官的影响。此外,电子鼻、电子舌、GC-IMS和感官评价的结合可以更全面地揭示发酵乳制品的风味差异。然而,该方法尚未用于评估不同乳脂原料酸奶油的风味特征。

因此,本研究通过电子鼻和电子舌分析了不同乳脂原料酸奶油的香气和滋味特征,采用GC-IMS和描述性感官分析确定关键风味物质及其感官贡献度,旨在探索不同乳脂原料酸奶油的风味差异,为酸奶油的香气表征和质量控制提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

生牛乳(脂肪含量3.5 g/100 g)、稀奶油(脂肪含量40 g/100 g),光明乳业股份有限公司;无盐黄油(脂肪含量 82.9 g/100 g),新西兰恒天然集团;商业发酵剂MM 100[乳酸乳球菌乳亚种、乳脂乳球菌和乳酸乳球菌乳亚种(双乙酰型)]、稳定剂,丹尼斯克生物科技(上海)有限公司;市售酸奶油,兰特黎斯(江苏)乳业有限公司。正构酮:2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮和2-壬酮(均为分析纯),上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

L5M-A高剪切乳化分散机,英国Silverson公司;GFL1013型恒温水浴锅,德国GFL公司;APV-1000高压均质机,斯必克(上海)流体技术有限公司;FOX 6000 型气味分析仪(电子鼻),法国Alpha M.O.S公司;TS-5000 Z型电子舌,日本INSENT公司;气相色谱-离子迁移谱联用仪,德国G.A.S公司。

1.2 实验方法

1.2.1 酸奶油的制备

乳脂基酸奶油的制作过程如下:将生牛乳和稀奶油标准化脂肪含量为20%(质量分数),加热至60~65 ℃后混合搅拌5 min。在60 bar条件下均质,90 ℃灭菌5 min。随后冰水浴冷却至28~30 ℃,接种发酵剂。在30 ℃发酵8 h后进行破乳。最后,将酸奶油在4 ℃成熟12 h以上,得到最终产品(编号F20)。

黄油基酸奶油参考先前的研究进行制备[8]:将无盐黄油在70 ℃下加热直至融化,生牛乳预热后加入稳定剂、大豆卵磷脂和酪蛋白酸钠。将油相和水相混合后高速剪切,并进行二次均质。90 ℃灭菌5 min,于4 ℃老化24 h。在30 ℃发酵8 h后经成熟得到最终产品(编号B20)。同时,将市售酸奶油产品编号S20。

1.2.2 电子鼻分析

通过配备 18 个金属氧化物半导体传感器阵列的电子鼻系统对不同酸奶油样品的气味轮廓进行表征。将电子鼻系统预热1 h,使传感器阵列达到稳定。取2 g酸奶油样品放入10 mL顶空样品瓶中,在50 ℃孵育5 min后进行顶空检测。测试参数设置为:进样针温度60 ℃,数据采集时间120 s,使用洁净空气的清洁时间为120 s,载气流速150 mL/min,进样体积2 mL。每个样品平行测定6次。电子鼻各传感器敏感化合物如表1所示。

表1 电子鼻传感器及其敏感化合物

Table 1 Sensitive compounds of electronic nose sensors

编号传感器名称敏感化合物L1WLSGF/A有机化合物L2WLSGF/B碳氢化合物L3WLSGF/C甲烷、乙烷L4WLSGF/D氟化物L5WLSGF/E芳香族化合物L6WLSGF/F氢、有机化合物M1WMSGF/A碳氢化合物、有机化合物M2WMSGF/B氯M3WMSGF/C醇类、燃烧产物

续表1

编号传感器名称敏感化合物M4WMSGF/D氨,胺,氯M5WMSGF/E氟、氮氧化物、硫化物M6WMSGF/F醛类、醇类H1WHSGF/A氧化气体H2WHSGF/B燃烧气体H3WHSGF/C醇类H4WHSGF/D氨、胺H5WHSGF/E硫化氢、硫化物H6WHSGF/F丙烷、丁烷

1.2.3 电子舌分析

使用电子舌评估不同酸奶油样品的滋味特征。取适量样品与超纯水1∶1(质量比)混合后,10 000 r/min离心15 min,每个样品杯取35 mL上清液进行测定。测试程序设置为:传感器清洗液清洗90 s,参比溶液清洗120 s,样品检测120 s,每个样品循环测试6次。

1.2.4 挥发性风味物质的测定

使用GC-IMS系统分析酸奶油的风味化合物。取5 g酸奶油于20 mL顶空瓶中并密封,样品在45 ℃孵育20 min,随后在85 ℃顶空进样500 μL(不分流进样)。使用MXT-WAX色谱柱(30 m×0.53 mm, 1.0 μm)在60 ℃等温条件下分离挥发性化合物。测试程序设置如下:0~2 mL/min(0~2 min),2~10 mL/min(2~10 min),10~100 mL/min(10~25 min),100 mL/min(25~30 min)。IMS以正离子模式运行,漂移管温度为45 ℃,以N2(纯度≥99.999%)为漂移气体,流速为75 mL/min[9]。使用VOCal软件内置的美国国家标准与技术研究院(national institute of standards and technology,NIST)和IMS数据库对化合物进行定性分析,基于正构酮C4~C9计算化合物的保留指数(retention index, RI),最后采用面积归一化法测定风味物质的相对含量。

1.2.5 相对气味活性值的计算

采用相对气味活性值(relative odor activity value, ROAV)评价挥发性化合物对样品风味的贡献度[10]。将对样品整体风味贡献最大的化合物的ROAV定义为100,其他化合物ROAV的计算如公式(1)所示。

(1)

式中:Ci,待测组分的相对含量,%;Ti,待测组分的气味阈值,mg/kg;Cstan,对样品风味贡献最显著的挥发性化合物的相对含量,%;Tstan,对样品风味贡献最显著的挥发性化合物的气味阈值,mg/kg。

1.2.6 感官评价

采用定量描述分析(quantitative descriptive analysis, QDA)对酸奶油样品进行感官评分。分别称取30 g酸奶油样品并分装于一次性带盖品尝杯中,并采用3位随机数字进行编码。感官小组成员由10名具有乳制品制作和品尝经验的人员组成(4男,6女),所有人员均同意参与本次测试。参考陈潜等[11]的研究方法,选取酸香味、甜香味、奶香味、黄油味、奶油味和氧化味作为气味描述词,选取酸味、甜味、涩味、乳脂感和异味作为滋味描述词。对不同香气属性的强弱进行评分(0=极弱,9=极强)。最后,采用9分制对样品的整体喜好度进行评价(0=非常不喜欢,5=既不喜欢也不讨厌,9=非常喜欢)。

1.3 数据处理

实验结果表示为“平均值±标准差”。使用SPSS Statistics 30.0.0进行单因素方差分析(ANOVA),并进行多重比较,P<0.05表示差异显著。通过Reporter插件绘制的二维俯视图和差异谱图,使用Gallery Plot插件绘制风味物质的指纹图谱。使用Origin 2021绘制雷达图。偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis, PLS-DA)和变量投影重要性(variable importance projection, VIP)通过SIMCA 14.1进行分析。

2 结果与分析

2.1 电子鼻分析

电子鼻利用传感器阵列能够有效评估不同样品的整体风味轮廓。如图1-a所示,雷达图直观地比较了各传感器在3种酸奶油样品间的响应差异。所有传感器对样品的香气化合物均表现出强烈的响应,且整体气味轮廓具有较高的相似性。其中,传感器L4对酸奶油整体气味的响应最强,其次是L6、M4、M5、H2、H4和H6。这表明有机化合物、氨类、硫化物、烷烃和卤素化合物是酸奶油中主要存在的挥发性化合物,而硫化物的存在可能与不良异味的产生有关。同时,大多数传感器对F20的响应值最高,对B20的响应值最低。与B20相比,F20在8种传感器(L1、L2、L3、L5、L6、M6、H3和H5)上的响应值均呈现显著增加(P<0.01),增幅分别为23.66%、23.45%、30.08%、14.78%、20.28%、22.93%、21.49%和23.78%。B20组在M4传感器上的响应值最高,这归因于蛋白质水解过程中产生了更多的胺类和氨类化合物[12]。此外,传感器M3和M6对S20组的响应值下降,表明S20中醇类和醛类物质的含量较低。主成分分析(principal component analysis, PCA)进一步证实了样品间的风味差异,结果如图1-b所示。各组样品的电子鼻传感器响应存在显著分离,表明乳脂原料类型是导致酸奶油风味特征发生显著变化的关键因素。在PCA评分图中,F20样品分布在右侧,而B20和S20样品则分布在左侧。PC1(73.70%)和PC2(9.80%)累计解释了总方差的83.50%,该模型可以有效反映样品的整体气味轮廓。这些结果表明,以稀奶油和黄油为原料制备的酸奶油在香气特征上存在显著差异。

a-雷达图;b-PCA评分图

图1 酸奶油的电子鼻响应值雷达图和PCA评分图

Fig.1 Radar chart of electronic nose responses and PCA of sour cream

注:*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001(下同)。

2.2 电子舌分析

电子舌基于金属传感器与待测样品间的氧化还原反应,可以有效评估样品味觉特征。雷达图分析显示,S20的整体滋味强度较弱(图2-a)。F20在甜味、鲜味和涩味方面的响应最为突出,其响应值较S20分别增加了77.53%、86.68%和58.50%。相反,黄油基酸奶油则以苦味、酸味和回味-涩味为主。酸奶油中乳糖是主要的碳水化合物,能够水解成葡萄糖和半乳糖,从而增加甜味感知。此外,蛋白质水解产生的肽和游离氨基酸有助于增加甜味和鲜味,但过度水解也可能导致苦味肽的产生[12]。采用多变量统计分析来评估样品间的滋味差异。由图2-b可知,PC1(78.20%)和PC2(16.50%)的总方差贡献率为94.70%,可以充分揭示样品的整体滋味特征。3种酸奶油样品在PC1和PC2上完全分离,未发生重叠,表明其滋味特征存在显著差异。此外,F20分布在第一、四象限,与酸味、鲜味、甜味、涩味和回味-A(回味-涩味)呈正相关。B20位于第一象限,与苦味和酸味呈正相关;而S20分布在空间的左侧,与咸味和回味-B(回味-苦味)呈正相关,且具有较为复杂的滋味。以上结果表明,电子舌能够有效区分不同样品,且酸奶油的整体滋味受乳脂原料类型的影响而发生显著变化。

a-雷达图;b-载荷图

图2 酸奶油的电子舌响应值雷达图和PCA

Fig.2 Radar chart of electronic tongue responses and PCA of sour cream

2.3 酸奶油中的挥发性风味物质

2.3.1 挥发性风味物质的鉴定

采用GC-IMS对酸奶油样品中的挥发性风味物质进行表征。图3展示了不同酸奶油样品的GC-IMS二维俯视图和差异图谱。横纵坐标分别表示漂移时间和保留时间,横坐标1.0处的红色垂线表示归一化后的离子峰。图谱中的每个亮点代表挥发性化合物,红色表示含量高,白色表示含量低[13]。同一物质产生的多个离子峰分别代表物质的单聚体、二聚体或多聚体,具体取决于物质的含量和性质。尽管3种酸奶油样品表现出相似的挥发性风味物质,但它们的峰值强度存在显著差异。图3-b中能够更直观地比较样品间挥发性风味物质的差异。选择S20作为参考,并从其他样品中扣除参考样品的光谱。白色背景表示2个样品中化合物的含量相同,红色表示化合物的含量高于参考样品,蓝色表示化合物的含量较低。与S20相比,F20和B20中的挥发性化合物的含量出现显著上调或下降,这可能是由于发酵剂或发酵底物不同所导致的。

a-二维俯视图;b-差异图谱

图3 酸奶油中挥发性化合物的二维俯视图和差异图谱

Fig.3 Two-dimensional spectra and difference spectra of volatile compounds in sour cream

2.3.2 挥发性风味物质的组成

在酸奶油中共鉴定出59种挥发性风味物质,包括2种酸类、19种醇类、13种醛类、12种酮类、4种酯类、1种硫化物和8种未定性化合物(表2)。F20和B20中以酮类(49.09%和38.89%)为主,其次是醇类(27.33%和30.05%),而S20中醇类(41.36%)和酸类(37.29%)占主导地位。乙酸、1-戊醇、丙醛、2-庚酮、2-丁酮和乙酸乙酯等15种物质同时表现出单体(M)和二聚体(D)形式,其保留时间相同,但漂移时间不同。化合物二聚体的含量通常小于其单体形式的含量,这表明单体化合物具有更强的稳定性。

表2 酸奶油中挥发性化合物的组成及相对含量

Table 2 Composition and relative content of volatile flavor compounds in sour cream

分类化合物名称CAS保留时间/s漂移时间/ms相对含量/%F20B20S20酸类乙酸-MC641971 302.461.057 0311.43±1.0314.77±0.3325.26±0.57乙酸-DC641971 304.261.154 221.29±0.222.34±0.1612.03±1.75醇类1-戊醇-MC71410760.761.256 890.39±0.012.58±0.080.46±0.091-戊醇-DC71410760.041.510 170.10±0.000.71±0.040.10±0.011-戊烯-3-醇C616251601.270.938 470.40±0.010.61±0.030.44±0.031-丁醇C71363569.801.184 240.45±0.090.55±0.010.32±0.022-戊醇-MC6032297525.971.217 900.13±0.010.12±0.012.13±0.092-戊醇-DC6032297524.971.442 860.09±0.010.10±0.010.75±0.062-甲基丙醇-MC78831481.981.172 950.56±0.020.51±0.022.54±0.112-甲基丙醇-DC78831482.431.363 950.07±0.010.08±0.010.76±0.04(Z)-2-戊烯-1-醇C1576950898.910.943 440.68±0.010.70±0.010.73±0.023-甲基丁醇C123513686.181.236 910.19±0.010.26±0.000.81±0.051-丙醇-MC71238411.391.114 321.11±0.021.42±0.050.71±0.011-丙醇-DC71238411.131.259 800.11±0.010.18±0.000.05±0.012-丁醇-MC78922393.901.146 220.40±0.010.37±0.022.42±0.072-丁醇-DC78922393.641.322 340.06±0.000.04±0.002.33±0.113-甲基-3-丁烯-1-醇C763326758.721.173 060.15±0.000.21±0.020.17±0.02乙醇C64175310.931.126 2920.74±0.6919.92±0.1119.05±0.272-丙醇-MC67630305.161.089 500.38±0.010.35±0.010.34±0.072-丙醇-DC67630305.801.220 191.23±0.031.17±0.066.97±0.102-甲基-2-丙醇C75650306.311.317 500.09±0.000.16±0.020.29±0.03醛类庚醛C111717651.301.333 540.14±0.010.26±0.020.09±0.003-甲基-2-丁烯醛C107868677.211.093 110.13±0.000.16±0.010.83±0.03(E)-2-己烯醛C6728263705.961.185 420.12±0.010.18±0.010.09±0.01(E)-2-戊烯醛C1576870553.011.109 840.04±0.000.07±0.010.03±0.00己醛-MC66251471.331.266 830.42±0.011.13±0.220.28±0.02己醛-DC66251472.771.559 630.04±0.000.16±0.060.04±0.00戊醛C110623358.951.423 450.07±0.001.36±0.060.12±0.023-甲基丁醛C590863306.621.401 640.06±0.000.10±0.020.11±0.00丁醛-MC123728281.831.117 190.15±0.000.48±0.070.17±0.01丁醛-DC123728282.041.280 110.02±0.000.23±0.020.08±0.01丙醛-MC123386243.321.068 721.62±0.062.62±0.070.57±0.03丙醛-DC123386244.111.148 520.40±0.051.14±0.160.09±0.011,1-二乙氧基乙烷C105577290.481.034 801.21±0.021.40±0.011.22±0.04酮类2-庚酮-MC110430644.381.263 473.95±0.132.66±0.030.23±0.062-庚酮-DC110430645.191.634 092.36±0.061.02±0.030.09±0.013-羟基-2-丁酮-MC513860817.821.065 087.20±0.106.42±0.122.05±0.443-羟基-2-丁酮-DC513860817.351.331 595.83±0.663.78±0.260.29±0.052-己酮-MC591786471.401.190 510.58±0.030.25±0.010.05±0.002-己酮-DC591786469.601.497 860.07±0.010.03±0.000.02±0.005-壬酮C502567893.171.351 310.16±0.010.15±0.030.54±0.042-戊酮C107879353.861.364 696.22±0.294.47±0.130.30±0.002,3-丁二酮C431038348.821.210 771.23±0.041.09±0.140.06±0.002-丁酮-MC78933297.661.057 091.79±0.101.77±0.000.66±0.012-丁酮-DC78933297.141.246 515.41±0.214.23±0.100.19±0.01丙酮C67641253.591.113 9414.29±0.3413.02±0.222.10±0.03酯类乙酸乙酯-MC141786286.451.098 870.48±0.040.49±0.051.71±0.15乙酸乙酯-DC141786286.281.333 800.16±0.030.17±0.042.16±0.12乙酸丙酯C109604349.501.476 220.10±0.010.12±0.012.24±0.25乙酸甲酯C79209259.841.033 140.09±0.010.08±0.010.28±0.04硫化物二甲基二硫醚C75183232.260.955 231.49±0.060.94±0.042.68±0.09

续表2

注:M和D分别表示化合物的单体和二聚体;数字表示未鉴定出的信号峰;“—”表示未检出。

分类化合物名称CAS保留时间/s漂移时间/ms相对含量/%F20B20S20其他1—719.201.142 130.07±0.010.08±0.010.55±0.062—547.341.075 170.04±0.000.11±0.010.02±0.003—519.831.088 890.03±0.010.03±0.000.20±0.014—426.411.040 430.07±0.000.18±0.010.06±0.015—412.290.942 190.27±0.020.24±0.010.41±0.016—261.201.051 010.42±0.020.44±0.020.21±0.027—256.961.154 160.06±0.000.06±0.000.25±0.018—230.361.089 693.18±0.191.71±0.040.29±0.01

醇类是酸奶油中种类最多且含量丰富的挥发性化合物,主要源于脂肪的氧化降解和羰基化合物的还原,并产生类似水果或植物的香气。醇类中以乙醇、1-丙醇和2-丙醇为主。其中,乙醇是酸奶油中含量最丰富的醇,由氧化反应或酯交换反应产生,具有独特的酒香。

醛类因其气味阈值低,是多种奶酪中的主要风味物质,由脂肪酸的β-氧化或美拉德反应产生。然而,高浓度的醛可能表现出刺鼻的异味。酸奶油样品中醛类的含量较低,主要是由于其化学性质不稳定,在酶的作用下会迅速转化为醇或通过氧化产生酸[14]。例如,乳制品中的3-甲基丁醛可能是由亮氨酸和异亮氨酸等支链氨基酸通过Strecker降解反应产生,可以进一步代谢产生3-甲基丁醇或3-甲基丁酸[6]。除此之外,油酸和亚油酸在脂氧合酶的催化下形成氢过氧化物,进一步降解为脂肪族醛,如戊醛、己醛和(E)-2-己烯醛[15],有助于脂肪风味的产生。

酮类通过不饱和脂肪酸氧化产生的β-酮酸进一步脱羧或发酵过程中氨基酸的降解形成,是酸奶油风味的重要贡献者[16]。丙酮是相对含量最高的酮类,约占酮类总量的30%。据报道,甲基酮类化合物(如2-丁酮、2-戊酮和2-己酮)是表面霉菌成熟奶酪特征风味形成的主要原因[17]。此外,2,3-丁二酮和3-羟基-2-丁酮通过碳水化合物代谢和柠檬酸代谢途径产生,是发酵乳制品中奶油风味的主要来源。

乙酸是样品中检测出的唯一一种挥发性酸,有助于产生醋酸味和奶酪味,并且能够降低酸奶油的pH值,抑制有害微生物的生长繁殖[18]。乙酸乙酯是主要的酯类化合物,由乙醇和乙酸的酯化反应合成,在特定浓度范围内提供宜人的果香[19]。挥发性硫化物因其独特的硫味(鸡蛋味)以及较低的气味阈值而被认为是乳制品中产生异味的主要因素[20]。酸奶油在热处理过程中乳清蛋白变性,含硫氨基酸与还原糖之间发生热诱导反应,释放出多种挥发性硫化物[21]

综上,酸、醇、醛、酮和酯类共同构成了酸奶油的主要风味。B20表现出浓郁的脂肪味、奶油味和甜味。然而,黄油中缺乏乳脂球膜保护的脂肪球更易于发生氧化和水解[8],导致醛类物质含量升高(9.29%),引入氧化异味和苦味。S20的乙酸含量最高(37.29%),表现出结合酸香味和植物香气的复杂风味,但也可能产生不良的酸败气味。相比之下,F20因富含酮类物质而呈现出果香味和奶油味。同时,通过有效限制乙酸和异味化合物的积累,进而实现更为平衡的整体风味特征。

2.3.3 GC-IMS指纹图谱分析

通过Gallery Plot插件生成3种酸奶油样品的指纹图谱,以更好地比较不同样品间挥发性风味物质的动态变化(图4)。图中的每一行代表每个样品的所有峰,每一列代表一种特性的挥发性化合物,颜色由浅到深表示化合物的含量由低到高[19]。结果显示,F20中显著富集了多种酮类化合物,包括2-丁酮-D、2-戊酮、2-己酮-M、2-己酮-D、2-庚酮-M、2-庚酮-D、3-羟基2-丁酮-M和3-羟基-2-丁酮-D(A区)。B20组中以醛类和醇类物质为主,包括丙醛、丁醛、戊醛、己醛、庚醛、(E)-2-己烯醛、(E)-2-戊烯醛、1-丙醇、1-戊醇和1-戊烯-3-醇(B区)。此外,乙酸、2-丁醇、2-戊醇、3-甲基丁醇、乙酸乙酯和二甲基二硫醚等是S20组中含量丰富的挥发性化合物(C区)。因此,F20中含有丰富的芳香族化合物,而S20醛类物质的含量最低,这与电子鼻的分析结果一致,共同验证了不同样品间风味轮廓的显著差异。

图4 酸奶油中挥发性化合物的指纹图谱

Fig.4 Fingerprint of volatile compounds in sour cream

2.4 关键香气化合物的鉴定

2.4.1 香气化合物的PLS-DA和VIP值分析

PLS-DA是一种有监督的多元统计分析方法,可以对多个变量进行回归建模,实现复杂数据的可视化、判别分析及预测[22]。在PLS-DA得分图中,R2XR2Y用于评估模型的可靠性,Q2用于评估模型的预测能力,R2Q2越接近1表示模型的拟合度越好[22]。如图5所示,各组样品的挥发性风味物质存在显著差异。拟合模型的自变量拟合指数R2X=0.994,因变量拟合指数R2Y=0.999,预测能力指数Q2=0.998,说明该模型具有较好的预测能力。最后,采用200次重复的置换检验对PLS-DA模型进行验证。R2截距为0.376,Q2截距为-0.222(图6)。Q2回归线与Y轴截距小于0,表明未发生过拟合,模型有效,可以用于解释不同酸奶油样品的风味差异。

图5 样品中挥发性化合物的PLS-DA得分图

Fig.5 PLS-DA score diagram of volatile compounds in samples

图6 PLS-DA模型置换检验图

Fig.6 Permutation test of PLS-DA model

VIP值可以描述变量对样本分类的贡献度,用于确定潜在的香气活性物质(VIP>1),VIP值越高表明区分样品间风味的能力越强[14]。因此,在3种酸奶油样品中共鉴定出17种化合物作为潜在的香气活性物质(图7),包括酸类(乙酸-M、乙酸-D)、醇类(1-戊醇-M、1-戊醇-D和2-丙醇)、醛类(戊醛、丙醛-M、丙醛-D和己醛-M)、酮类(2-丁酮-D、丙酮、2-戊酮、2-庚酮-M、2-庚酮-D、3-羟基-2-丁酮-M和3-羟基-2-丁酮-D)以及硫化物(二甲基二硫醚)。

图7 基于PLS-DA模型分析的VIP值分布图

Fig.7 VIP value distribution plot based on PLS-DA model analysis

2.4.2 香气化合物的ROAV分析

采用ROAV评价香气化合物对酸奶油整体风味的贡献程度。通常ROAV>1的组分对样品的整体风味特征具有重要贡献,而0.1≤ROAV≤1的化合物被认为对整体风味具有辅助效果。在所有的化合物中,二甲基二硫醚的气味阈值最低,能够产生硫味或洋葱味。因此,将其ROAV设定为100。如表3所示,F20、B20和S20组中ROAV>1的化合物分别有15、18和7种。其中己醛-M、丙醛-M、3-羟基-2-丁酮-M、丙酮、乙酸乙酯-M、乙酸乙酯-D和二甲基二硫醚是3组中共有的香气活性物质。在F20和B20中,3-羟基-2-丁酮-M的ROAV最高,分别为37.96和53.60。2,3-丁二酮也表现出较高的ROAV,分别为20.26和28.30。而S20组中乙酸乙酯-D是主要的香气活性物质(ROAV=17.74)。在19种醇类中,仅鉴定出1种ROAV>1的化合物(1-戊醇-M),这与醇类较高的气味阈值有关。同时,1-戊醇被确定为益生菌新鲜奶酪中的关键香气化合物,与甜味和果香味有关[23]。醛类被确定为B20组中独特的香气活性物质,包括丙醛、丁醛和己醛。2-庚酮则是F20中独有的香气活性物质,其特点是明显的果香味,并与蓝纹奶酪特征风味的形成有关[24]

表3 酸奶油中挥发性化合物的气味描述和ROAV

Table 3 Odor description and ROAV of volatile flavor compounds in sour cream

化合物名称气味描述气味阈值/(mg/kg)ROAVF20B20S20乙酸-M酸味、刺鼻220.04 0.08 0.05 乙酸-D酸味、刺鼻220.00 0.01 0.02 1-戊醇-M脂香,甜味0.120.24 2.51 0.16 1-戊醇-D脂香,甜味0.120.06 0.69 0.03 1-戊烯-3-醇黄油味,辛辣味0.350.08 0.20 0.05 1-丁醇果味,甜味4.330.01 0.01 ND 2-戊醇-M青草香10.01 0.01 0.09 2-戊醇-D青草香10.01 0.01 0.03 2-甲基丙醇-M酒味,苦味—NDNDND2-甲基丙醇-D酒味,苦味—NDNDND(Z)-2-戊烯-1-醇清新,金属味0.720.07 0.11 0.04 3-甲基丁醇麦芽香气,果味3.06ND0.01 0.01 1-丙醇-M酒精味,辛辣味0.80.10 0.21 0.04 1-丙醇-D酒精味,辛辣味0.80.01 0.03 ND2-丁醇-M酒味,甜味0.50.06 0.09 0.20 2-丁醇-D酒味,甜味0.50.01 0.01 0.19 3-甲基-3-丁烯-1-醇——NDNDND乙醇酒精味,香味2000.01 0.01 ND2-丙醇-M木质香9.78NDNDND2-丙醇-D木质香9.780.01 0.01 0.03 2-甲基-2-丙醇——NDNDND庚醛脂肪味0.060.17 0.51 0.06 3-甲基-2-丁烯醛甜味,坚果味—NDNDND(E)-2-己烯醛甜味0.030.29 0.70 0.12 (E)-2-戊烯醛草莓味,水果味—NDNDND己醛-M青草味,果味0.009 13.40 14.52 1.26 己醛-D青草味,果味0.009 10.35 2.08 0.19 戊醛坚果味,辛辣味0.20.02 0.80 0.03 3-甲基丁醛焦糖味,杏仁味0.0290.14 0.39 0.16 丁醛-M青香,刺鼻0.0170.64 3.29 0.40 丁醛-D青香,刺鼻0.0170.10 1.59 0.19 丙醛-M泥土味,坚果味0.0225.44 13.90 1.07 丙醛-D泥土味,坚果味0.0221.33 6.07 0.17 2-庚酮-M果香味0.142.08 2.21 0.07 2-庚酮-D果香味0.141.24 0.85 0.03 3-羟基-2-丁酮-M奶油味,黄油味0.01437.96 53.60 6.00 3-羟基-2-丁酮-D奶油味,黄油味0.01430.83 31.61 0.85 2-己酮-M青草味,霉味0.014.28 2.88 0.22 2-己酮-D青草味,霉味0.010.53 0.32 0.07

续表3

注:气味描述来源于https://flavornet.org/flavornet.html;气味阈值来源于相关文献[25]和《化合物嗅觉阈值汇编》第2版[26];“—”表示无相应的气味描述或阈值;ND表示未检出。

化合物名称气味描述气味阈值/(mg/kg)ROAVF20B20S205-壬酮桃子味,甜味0.050.24 0.36 0.45 2-戊酮香蕉味,果味1.380.33 0.38 0.01 2,3-丁二酮黄油味0.004 520.26 28.30 0.50 2-丁酮-M乳香味,清新香气0.0324.12 6.47 0.85 2-丁酮-D乳香味,清新香气0.03212.45 15.44 0.24 丙酮苹果味0.083 212.66 18.27 1.04 乙酸乙酯-M果香味,甜味0.0057.06 11.41 14.05 乙酸乙酯-D果香味0.0052.29 4.01 17.74 乙酸丙酯果香味,梨味0.240.03 0.06 0.38 乙酸甲酯甜味,果味1.7ND 0.01 0.01 二甲基二硫醚硫味,洋葱味0.001 1100 100 100 1,1-二乙氧基乙烷青草香气,泥土味—NDNDND

综合VIP值和ROAV分析发现,二甲基二硫醚、1-戊醇-M、己醛-M、丙醛-M、丙醛-D、2-庚酮-M、2-庚酮-D、2-丁酮-D、丙酮、3-羟基-2-丁酮-M和3-羟基-2-丁酮-D等11种化合物是形成不同乳脂原料酸奶油特征风味的关键香气化合物(VIP>1,ROAV>1)。这些化合物的存在共同塑造了3种酸奶油的独特风味。基于关键香气化合物的含量进行聚类分析,结果如图8所示。各组样品组内聚类紧密,组间分离明显,进一步证实3组样品的风味特征存在显著差异。F20以酮类为主,B20富含醛类化合物;而S20的整体风味较弱,并且由于二甲基二硫醚含量的升高可能产生令人不悦的感官特性。因此,F20的整体风味最优,并且酮类、醛类和硫化物是影响不同乳脂原料酸奶油风味差异的主要化合物。

图8 关键香气化合物的气泡热图

Fig.8 The bubble heatmap of key aroma compounds

2.5 酸奶油的感官评价

采用QDA研究了不同乳脂原料酸奶油在气味、滋味和整体喜好度上的差异,结果如图9所示。乳脂基和黄油基酸奶油在气味和滋味属性上呈现出不同的风味轮廓。在气味方面,F20中酸香味(6.50)和奶香味(5.90)的强度显著增加,而黄油味(6.00)和氧化味(4.00)则是B20样品中最显著的气味特征(P<0.001)。在滋味方面,F20和S20在酸味、甜味、涩味和乳脂感上具有较高评分。黄油基酸奶油由于较高的醛类化合物导致异味得分显著增加(P<0.05)。此外,F20的整体得分最高(7.60),其特点是浓郁的奶香味和酸甜风味,这与酮类物质的含量有关。相反,B20由于过强的氧化味和黄油味导致感官体验不佳,进而使整体喜好度显著下降。据报道,脂肪球表面的天然乳脂球膜能够阻止脂肪酶的水解作用。但在黄油生产过程中乳脂球膜结构被破坏,使得裸露的脂肪球更易发生氧化酸败,严重影响乳制品的风味[27]。因此,乳脂基酸奶油展现出更优的感官品质,更易被消费者接受。

a-气味;b-滋味和整体喜好度

图9 酸奶油的感官评价

Fig.9 Sensory evaluation of sour cream

3 结论

本研究综合运用电子鼻、电子舌、GC-IMS及感官评价技术,系统分析了不同乳脂原料酸奶油的风味差异。研究发现,乳脂原料是决定酸奶油风味差异的关键因素。电子鼻结果显示,乳脂基和黄油基酸奶油在醇类、醛类、硫化物、碳氢化合物以及芳香族化合物的含量上存在显著差异。电子舌分析表明,样品在酸味、甜味、涩味和鲜味方面有明显差异。二者可以有效区分不同酸奶油样品的整体气味和滋味轮廓。通过GC-IMS共鉴定出59种挥发性风味物质,包括酸、醇、醛、酮、酯和硫化物。结合VIP值和ROAV,确定二甲基二硫醚、1-戊醇-M、己醛-M、丙醛-M、丙醛-D、2-庚酮-M、2-庚酮-D、2-丁酮-D、丙酮、3-羟基-2-丁酮-M和3-羟基-2-丁酮-D等11种关键香气化合物。值得注意的是,F20中丰富的酮类物质赋予产品浓郁的果香味和奶油味,整体喜好度较高;B20中醛类物质的积累导致氧化异味的产生,而S20中较高的硫化物含量可能对产品风味产生不利影响。与市售产品相比,乳脂基酸奶油的整体风味特征更加丰富。本研究为酸奶油的风味评价和品质提升提供新的见解,为开发风味浓郁的高品质酸奶油产品奠定了理论基础。

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Effect of cream raw material type on the flavor of sour cream

MA Songlin1,2, HONG Qing1, ZHANG Huanchang1, CAI Xin1,2, WANG Guojiao1, LIU Zhenmin1*

1(State Key Laboratory of Dairy Biotechnology, Shanghai Engineering Research Center of Dairy Biotechnology, Dairy Research Institute, Bright Dairy &Food Co.Ltd., Shanghai 200039, China)2(College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

ABSTRACT To investigate the impact of cream raw material on the flavor profile of sour cream, this study prepared samples using fresh cream and butter as raw materials, respectively.The flavor profiles were characterized using an electronic nose and electronic tongue.The composition of volatile compounds was determined by gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS), combined with sensory evaluation for systematic analysis.The results showed that there were significant differences in the odor and taste characteristics of sour creams derived from different cream raw materials (P<0.05).GC-IMS analysis identified a total of 59 volatile compounds and 11 key aroma compounds, with aliphatic aldehydes and methyl ketones being the primary differential compounds contributing to the distinct flavors.Furthermore, the dairy-based sour cream exhibited superior sensory quality.This study comprehensively elucidated the impact of cream raw material on the flavor profile of sour cream, providing theoretical and practical guidance for optimizing product quality and regulating flavor.

Key words sour cream;butter;gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS);flavor;sensory evaluation

第一作者:硕士研究生(刘振民教授级高级工程师为通信作者,E-mail:liuzhenmin@brightdairy.com)

基金项目:市国资委企业创新发展和能级提升项目(2022013)

收稿日期:2025-11-17,改回日期:2026-01-20

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.045201

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