明庭紅，蘇秀榕，周君，司開學(xué)，張紅燕，韓姣姣，崔晨茜，董麗莎，王朝陽，裘迪紅

1(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 寧波，315211) 2(杭州醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州，310053)

植物乳桿菌發(fā)酵牛乳揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的解析

明庭紅1，蘇秀榕1，周君1，司開學(xué)1，張紅燕1，韓姣姣1，崔晨茜1，董麗莎1，王朝陽1，裘迪紅2*

1(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 寧波，315211) 2(杭州醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州，310053)

利用電子鼻和頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用儀(headspace solid-phase microextraction-gas chromatograph-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)研究了發(fā)酵牛乳揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化和組成。測定牛乳發(fā)酵過程中的pH值，確定發(fā)酵時間。結(jié)果表明，電子鼻能夠靈敏地檢測到牛乳發(fā)酵過程中氣味的變化，主成分分析(principal component analysis,PCA)顯示各個樣品間差異明顯。通過GC-MS在新鮮牛乳和發(fā)酵0、2、4、6、8、10、12、14、16 h的牛乳中分別檢測出36和34、41、36、45、34、34、31、30、29種化合物，主要為烴類、醇類、醛類、酮類、酯類、酸類及其他化合物，其中醛類和酮類化合物的總峰面積和總濃度均較高，是發(fā)酵牛乳主要的揮發(fā)性風(fēng)味成分。

植物乳桿菌；發(fā)酵牛乳；電子鼻；頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用儀(HS-SPME-GC-MS)；揮發(fā)性風(fēng)味成分

植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)屬于乳桿菌科中的乳桿菌屬，革蘭氏陽性菌，它是人體胃腸道的益生菌群，它能通過與病原菌對限制性營養(yǎng)素的能力競爭，來抑制病原菌的生長，調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)的組成，形成生物學(xué)屏障。同時，植物乳桿菌代謝可以產(chǎn)生有機酸、細菌素、過氧化氫、雙乙酰等多種天然的抑菌物質(zhì)，具有維持腸道內(nèi)菌群平衡，降低膽固醇水平，提高機體免疫力，促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收，緩解乳糖不耐癥及抑制腫瘤細胞形成等多種功能[1]。有報道稱，益生菌發(fā)酵乳制品如牛奶、酸乳和乳酪在體內(nèi)模型中具有顯著的降血脂功能[2]，而且臨床實驗證明，植物乳桿菌具有有效地調(diào)節(jié)血清中脂質(zhì)的作用[3]?，F(xiàn)代乳品工業(yè)中常用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌發(fā)酵牛乳制備酸奶，而由于植物乳桿菌不僅能增進發(fā)酵食品的營養(yǎng)價值，改善口感和風(fēng)味，同時能產(chǎn)生抗菌物質(zhì)，延長發(fā)酵食品的保存時間，因此在功能性酸乳發(fā)酵中得到廣泛應(yīng)用[4]。

植物乳桿菌在牛乳發(fā)酵過程中能促進牛乳的酸化和成形，并通過乳糖和氨基酸代謝等代謝途徑生成各種風(fēng)味化合物，這些風(fēng)味物質(zhì)的來源大體有3種主要途徑[5]：原料中的成分，即新鮮牛乳中特有的奶香氣味等；加工過程中發(fā)生的變化，包括還原糖與氨基酸等水溶性物質(zhì)間發(fā)生的美拉德反應(yīng)，牛乳乳脂中的β-酮酸受熱產(chǎn)生甲基酮類的化合物，含氧酸產(chǎn)生的內(nèi)酯類化合物，以及各種裂解反應(yīng)等；微生物代謝，包括乳酸菌對牛乳中營養(yǎng)成分的分解和利用這些營養(yǎng)物質(zhì)進行生物合成作用。電子鼻由于具有檢測快速、操作簡便、靈敏度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點而被用于乳制品氣味的測定[6]，再結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)就能夠較好地對乳制品中風(fēng)味化合物進行定性和定量分析[7]。

本實驗以植物乳桿菌為牛乳發(fā)酵劑，通過電子鼻和頂空固相微萃取結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用(headspace solid-phase microextraction-gas chromatograph-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)技術(shù)，以各揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的峰面積、內(nèi)標物的峰面積和濃度為基礎(chǔ)參數(shù)，對揮發(fā)性化合物進行定量分析，量化評價不同揮發(fā)性物質(zhì)對發(fā)酵牛乳總體風(fēng)味的貢獻程度。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

伊利全脂奶粉(100 g奶粉含蛋白質(zhì)23.8 g，脂肪28.5 g，碳水化合物41.6 g，鈉520 mg)。

植物乳桿菌屬1株，高產(chǎn)蛋白酶，從泡菜中分離鑒定獲得，鑒定號為JX025073.1[8]。

1.2 儀器與設(shè)備

丁酸甲酯，標準品(0.898 g/mL，25 ℃)，上海沃凱化學(xué)試劑有限公司；MRS肉湯培養(yǎng)基，杭州微生物試劑有限公司；電子鼻，德國AIRSENSE公司PEN3型；50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭，65 μm PDMS，美國SUPELCO公司；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，7890/M7-80EI，美國Agilent公司、北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.3 方法

1.3.1 種子發(fā)酵液的制備

取適量已活化的保存于液體培養(yǎng)基中的植物乳桿菌于MRS肉湯培養(yǎng)基中，35 ℃搖床培養(yǎng)至菌體濃度約為107～108CFU/mL(OD600nm值約為2.0)。

1.3.2 樣品制備

將全脂奶粉加去離子水調(diào)配成12%的還原全脂牛乳，分裝到150 mL(100 mL/瓶)的三角瓶中，用透氣的微孔濾膜封口后，105 ℃，滅菌10 min[9]。取出放在無菌超凈臺中冷卻至 35～40 ℃，在無菌條件下，按體積分數(shù)為1%的接種量接入已活化的種子發(fā)酵液，于35 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)至pH為4.5左右終止發(fā)酵[10]。

在無菌條件下分別取未接菌的原料乳和發(fā)酵時間為0、2、4、6、8、10、12、14、16 h的牛乳100 μL于15 mL的樣品瓶中密封，每個樣品重復(fù)取樣5組，用于電子鼻的檢測。

取100 μL標準品丁酸甲酯(0.898 g/mL)，用超純水稀釋4×104倍后，取10 μL稀釋的丁酸甲酯加入到15 mL 的SPME頂空瓶中。在無菌條件下分別取未接菌的原料乳和發(fā)酵時間為0、2、4、6、8、10、12、14、16 h的牛乳990 μL于含內(nèi)標的樣品瓶(內(nèi)標含量為224.5 μg/mL)中混勻后，將經(jīng)過老化處理過的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插入頂空瓶中，于60 ℃水浴頂空微萃取30 min后，立即將萃取頭置于氣質(zhì)聯(lián)用儀進樣口解吸2 min，進行GC-MS分析。

1.3.3 電子鼻檢測

樣品進樣流量為300 mL/min，載氣流量為300 mL/min，測試時間為200 s，傳感器清洗時間為200～1 000 s。

1.3.4 GC-MS分析鑒定

色譜條件：VOCOL毛細管色譜柱(60 m×0.32 mm×1.8 μm)；程序升溫為35 ℃保持2 min，以3 ℃/min升至40 ℃，保持1 min，然后以5 ℃/min升至210 ℃，保持25 min；采用不分流進樣模式，載氣為He，流速為1.00 mL/min，不分流進樣。

質(zhì)譜條件：離子源溫度230 ℃，電離方式EI，電子能量70 eV，接口溫度250 ℃，掃描質(zhì)量范圍45～1 000 u，掃描時間63 min。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

電子鼻數(shù)據(jù)信號采集時間為200 s，取穩(wěn)定后的第199～200 s進行主成分分析(principal component analysis，PCA)。

氣質(zhì)所得數(shù)據(jù)采用計算機檢索譜庫WILEY及NIST 08處理，并參考有關(guān)文獻來確定檢出成分，所得結(jié)果與譜庫中化合物相似度低于80(最大值100)的組分視為未鑒定出，并通過面積歸一化法確定各揮發(fā)性物質(zhì)的樣品峰面積[11]，采用內(nèi)標法確定發(fā)酵牛乳中揮發(fā)性化合物的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)酵牛乳pH的測定

用酸度計(FE20-FiveEasy型)分別測定未接菌的牛乳和發(fā)酵0、2、4、6、8、10、12、14、16 h的牛乳的pH值。測得新鮮牛乳的pH值為6.66，接入植物乳桿菌后，發(fā)酵牛乳的pH值從0 h的6.50下降至發(fā)酵6 h的6.02，此階段的牛乳pH值下降緩慢。發(fā)酵6 h后牛乳的pH值下降較快，此時的牛乳開始出現(xiàn)凝塊，到發(fā)酵16 h時牛乳的pH值降為4.38，牛乳凝成塊狀，有較強的、酸酸的奶香味(圖1)。

圖1 牛乳發(fā)酵不同階段的pH值變化情況Fig.1 Changes of pH in the different stages during the fermentation of milk

2.2 電子鼻檢測

從牛乳發(fā)酵不同階段的PCA分析圖(圖2)中可知，第一主成分PC1的貢獻率為75.90%，第二主成分PC2的貢獻率為18.76%，總貢獻率為94.66%，表明PC1和PC2可以反映牛乳發(fā)酵不同階段的主要信息特征。從圖2可以看出，電子鼻能夠較好地區(qū)分不同發(fā)酵時間牛乳氣味的差異，新鮮原料乳和發(fā)酵0、2、4和6 h的牛乳揮發(fā)性主成分距離較近，氣味特征相近，說明在此階段發(fā)酵乳的氣味差別不大，這與圖1中牛乳pH值變化較小相一致，原因可能是發(fā)酵乳中接入的植物乳桿菌生長速度緩慢，代謝產(chǎn)物較少。發(fā)酵8～16 h，牛乳氣味差異較大，且此階段的發(fā)酵乳pH值變化較大，其原因是植物乳桿菌在牛乳中接種6 h后開始進入對數(shù)生長期，在此階段牛乳中的碳水化合物和蛋白質(zhì)被大量分解產(chǎn)生各種揮發(fā)性化合物。據(jù)此可以說明電子鼻能夠準確地區(qū)分不同發(fā)酵階段的牛乳。

圖2 牛乳發(fā)酵不同階段的PCA分析Fig.2 PCA analysis during the fermentation of milk

2.3 HS-SPME-GC-MS測定結(jié)果

實驗選用丁酸甲酯標準品為內(nèi)標物，其保留時間為19.114 min，圖3為待測組分GC-MS總離子流色譜圖。

圖3 GC-MS總離子流色譜圖Fig.3 GC-MS of the TIC chromatogram

利用頂空固相微萃取和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對不同發(fā)酵時間段的牛乳揮發(fā)性物質(zhì)進行分析，共鑒定出68種揮發(fā)性物質(zhì)，包括烴類16種、醇類8種、醛類7種、酮類19種、酯類9種和其他化合物9種(見表1)。

表1 發(fā)酵牛乳不同階段各種揮發(fā)性物質(zhì)的面積和濃度 單位：%，μg/L

續(xù)表1

續(xù)表1

化合物名稱新鮮0h2h4h6h8h10h12h14h16hA/BA/BA/BA/BA/BA/BA/BA/BA/BA/B2，4?二甲基?3?己酮3?Hexanone，2，4?dimethyl?030/244-051/399055/401--192/1741310/4130387/6661419/54402?羥基?2?環(huán)戊烯?1?酮2?Cyclopenten?1?one，2?hydroxy?------036/326-068/1198-2，3?辛二酮2，3?Octanedione051/416043/379053/415-026/227-----5?甲基?2?己酮2?Heptanone，5?methyl?027/220034/300030/235033/241028/244025/288----6?甲基?5?庚烯?2?酮5?Hepten?2?one，6?methyl?-035/309029/227-019/166040/461040/363---3′?氨基?6?甲氧基橙酮3′?Amino?6?methoxyaurone026/212----024/277-036/799--2?壬酮2?Nonanone977/7961695/5809666/5213687/5009646/5632414/4771418/3790401/5343314/5533219/2844苯乙酮Acetophenone033/269072/635051/399052/379049/427119/1371078/707037/493085/1498034/4412，4，6?環(huán)庚三烯?1?酮2，4，6?Cycloheptatrien?1?one1020/8312590/5200386/3021824/6008345/30081508/17379762/6909499/6648556/9798498/6466二氫?4?羥基?2(3H)?呋喃酮2(3H)?Furanone，dihydro?4?hydroxy?--------267/4705-2?十一烷酮2?Undecanone479/3903400/3526332/2599323/2355285/2485250/2881198/1795175/2332103/1815130/1688四羥基?6?丙基?2H?吡喃?2?酮2H?Pyran?2?one，tetrahydro?6?propyl?025/204---021/183042/484047/426160/2132--2?十三烷酮2?Tridecanone190/1548228/2010146/1143161/1174141/1229151/1740169/1532143/1905090/1586068/8826?己基?四羥基?2H?吡喃?2?酮2H?Pyran?2?one，6?hexyltetrahydro?320/2608332/2926126/986201/1466180/1569221/2547290/2629273/3637141/2485-總計4590/374033728/379473007/295793410/309452931/390673525/585452964/411362890/773282570/972651951/61803酯類Esters(9種)乙酸正丁酯Aceticacid，butylester----191/1665--077/1026--2?丙炔?1?醇丁酯2?Propyn?1?ol，acetate--------086/1515-4?乙基苯甲酸環(huán)戊基酯4?Ethylbenzoicacid，cyclopentylester046/375058/511047/368063/459-043/496----草酸異壬酯Oxalicacid，isobutylnonylester--053/415-042/366---065/1145-螺內(nèi)酯Spironolactone---078/569052/453089/1026----2?氧代?硬脂酸甲基酯Octadecanoicacid，2?oxo?，methylester-043/379031/243045/328034/296053/611057/517--022/2862?戊基亞硫酸十八烷酯Sulfurousacid，octadecyl2?pentylester--187/681-------2?甲基?3?羥基?2，4，4?三甲基丙酸戊酯Propanoicacid，2?methyl?，3?hydroxy?2，4，4?trimethylpentylester-------143/1905--4?十三烷基己酸酯Hexanoicacid，4?tridecylester--111/869-057/497-085/771-139/2449044/571總計046/357101/890429/2576186/1356185/3277185/2133142/1288143/2931204/5109066/857

續(xù)表1

化合物名稱新鮮0h2h4h6h8h10h12h14h16hA/BA/BA/BA/BA/BA/BA/BA/BA/BA/B其他化合物Others(9種)乙酸Aceticacid------299/2711765/101921634/28794827/10738N，N′?二甲基?1，2?乙二胺1，2?Ethanediamine，N，N′?dimethyl?057/464061/538053/415-------甲氧基苯基肟Oxime，methoxy?phenyl?---035/255------2?戊基?呋喃Furan，2?pentyl?030/244040/353040/313046/335027/235048/553022/199---1?丙氧基戊烷Pentane，1?propoxy?---030/219------辛酸Octanoicacid------267/2421--795/103232?甲基?月桂酸Dodecanoicacid，2?methyl?013/106---------二十烷二甲酸Docosanedioicacid------275/2494-405/7137362/47006，7?二甲氧基?2，2?二甲基?2H?1?苯并吡喃2H?1?Benzopyran，6，7?dimethoxy?2，2?dimethyl?078/636113/996--043/375-044/399---總計178/1450214/1887093/728111/809070/610048/553608/8224765/101922039/359311984/25761標準品丁酸甲酯Butanoicacid，methylester2755/224502547/224502868/224503079/224502575/224501948/224502476/224501685/224501274/224501729/22450

注：“A”表示樣品峰面積，單位為“%”；“B”表示化合物含量，單位為“μg/L”；“-”表示未檢出。

圖4 發(fā)酵不同階段牛乳中各類揮發(fā)性成分的峰面積和濃度Fig.4 The peak area and concentration of volatile compounds in milk during the different stages of fermentation

2.3.1 烴類化合物

從原料乳和發(fā)酵牛乳中共鑒定出16種烴類化合物，主要為烷烴類、烯烴類以及一些芳香族類化合物，牛乳中的烴類化合物所占比例均小于10%，總濃度均小于100 μg/L。牛乳發(fā)酵6 h時總峰面積達到最大為9.44%，此時濃度為82.31 μg/L，而總濃度最大出現(xiàn)在發(fā)酵8 h，為98.87 μg/L(表1和圖4)。烴類化合物主要來自烷基自由基的脂肪酸自氧化過程，大部分烴類化合物具有較高的閾值，對發(fā)酵牛乳的風(fēng)味貢獻不大[12]。檸檬烯具有類似檸檬的香味，主要出現(xiàn)在發(fā)酵前期，對酸奶發(fā)酵前期風(fēng)味物質(zhì)的形成有一定的影響。

2.3.2 醇類化合物

牛乳發(fā)酵過程中共鑒定出8種醇類化合物，發(fā)酵初期醇類化合物的總峰面積和總濃度均較低，發(fā)酵中期有所增加，發(fā)酵16 h時達到最大為6.32%和91.86 μg/L。由于醇類化合物大多都具有較高的感覺閾值[13]，且在牛乳發(fā)酵過程中各種醇類化合物的峰面積和濃度均較低，所以可以推測它們對發(fā)酵牛乳的風(fēng)味貢獻不大(表1和圖4)。

2.3.3 醛類化合物

牛乳發(fā)酵階段共產(chǎn)生7種醛類化合物，它們的總峰面積和總濃度隨發(fā)酵時間的延長呈遞減趨勢，其中發(fā)酵0 h牛乳中醛類化合物的總量最高為19.56%和172.40 μg/L，發(fā)酵12 h后的醛類化合物的種類和含量都有顯著地減少，這可能與后期發(fā)酵乳pH的顯著降低有關(guān)。有研究表明，乳脂肪經(jīng)脂肪酶的作用降解為游離脂肪酸，其中的脂肪酶由2個途徑產(chǎn)生[14]：牛乳中微生物代謝生成以及牛乳中本來含有，而發(fā)酵乳中的己醛、庚醛、辛醛、苯甲醛和壬醛多由乳脂中的脂肪酸及游離脂肪酸發(fā)生自動氧化及微生物代謝生成，這是發(fā)酵乳中醛類物質(zhì)產(chǎn)生的重要原因[15]。新鮮牛乳中的己醛、庚醛和辛醛含量最高，其峰面積和濃度分別為5.57%(43.39 μg/L)、4.33%(35.28 μg/L)和4.80%(47.26 μg/L)，己醛具有青草味[16]，庚醛具有不愉快的脂肪味，而辛醛具有很強的水果香味[17]，它們是復(fù)原乳中主要的揮發(fā)性風(fēng)味成分之一。發(fā)酵16 h牛乳中醛類化合物總峰面積和總濃度下降至3.96%和51.41 μg/L，此時僅有辛醛和2-羥基-苯甲醛兩種醛類化合物檢出，它們的含量分別為1.50%(19.47 μg/L)和2.46%(31.94 μg/L)，2-羥基-苯甲醛具有焦灼味及杏仁氣味，這兩種醛類對牛乳發(fā)酵后期酸奶的風(fēng)味形成具有重要作用(表1和圖4)。

2.3.4 酮類化合物

酮類化合物可能是由于多不飽和脂肪酸的氧化、熱降解、氨基酸降解或微生物代謝產(chǎn)生的[18]。酮類化合物是牛乳發(fā)酵過程產(chǎn)生的最主要風(fēng)味化合物之一，它們的感覺閾值相對較低，對發(fā)酵乳的風(fēng)味貢獻較大。酮類化合物的總峰面積隨發(fā)酵時間的延長而呈遞減趨勢，其總濃度呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，新鮮牛乳中酮類化合物的總峰面積最大為45.90%(374.03 μg/L)，在發(fā)酵14 h時其濃度達到最大為972.65 μg/L(25.70%)。新鮮原料乳中主要的酮類化合物有2-庚酮(14.12%，115.06 μg/L，水果香[19])、2-壬酮(9.77%，79.61 μg/L，果香、奶油香[19])、2,4,6-環(huán)庚三烯-1-酮(10.20%，83.12 μg/L)和2-十一烷酮(4.79%，39.03 μg/L，脂香、奶油濃香、干酪香[19])，2-十三烷酮(1.90%，15.48 μg/L，果香、乳品香)和6-己基-四羥基-2H-吡喃-2-酮(3.20%，26.08 μg/L)，這些酮類化合物共同構(gòu)成了新鮮牛乳特有的香味。發(fā)酵16 h的牛乳中主要的酮類化合物有2,3-丁二酮(12.65%，164.25 μg/L)、乙偶姻(15.09%，195.93 μg/L)、2-庚酮(5.83%，75.70 μg/L)、2,4-二甲基-3-己酮(4.19%，54.40 μg/L)、2-壬酮(2.19%，28.44 μg/L)、2,4,6-環(huán)庚三烯-1-酮(4.98%，64.66 μg/L)和2-十一烷酮(1.30%，16.88 μg/L)(表1和圖4)。其中，2,3-丁二酮又名雙乙酰，是一種具有強烈奶油香味的重要香料，它是乳酸菌通過葡萄糖代謝途徑生成的重要中間代謝產(chǎn)物丙酮酸，再利用非酶自然氧化脫羧作用而產(chǎn)生的[20]；而乙偶姻化學(xué)名為3-羥基-2-丁酮，具有令人愉悅的奶油香味，它是乳酸菌經(jīng)糖酵解途徑合成丙酮酸后再在α-乙酰乳酸合成酶的作用下生成乙酰乳酸和二氧化碳，隨后乙酰乳酸經(jīng)α-乙酰乳酸脫羧酶脫羧作用而產(chǎn)生的[21]。這2種酮類化合物是牛乳發(fā)酵過程中產(chǎn)生的重要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其含量的多少對乳制品風(fēng)味的形成具有重要影響。

2.3.5 酯類化合物

酯類物質(zhì)一般是由發(fā)酵或脂質(zhì)代謝生成的羧酸類和醇類酯化后的產(chǎn)物[22]。發(fā)酵牛乳中共檢測出9種酯類化合物，它們在發(fā)酵乳中的含量較低，新鮮牛乳中僅檢測出4-乙基苯甲酸環(huán)戊基酯一種酯類，其峰面積和濃度分別為0.46%和3.75 μg/L(表1和圖4)。隨著發(fā)酵時間的延長，酯類化合物的種類和含量都有所增加，發(fā)酵后期又呈現(xiàn)下降趨勢，這可能是由于酯類化合物主要是通過脂肪酸水解以及微生物代謝生成，尤其是中短鏈脂肪酸水解產(chǎn)生的甲基酮和內(nèi)酯直接會對發(fā)酵乳風(fēng)味產(chǎn)生影響[23]，可以推測發(fā)酵牛乳中的酯類化合物對后期牛乳發(fā)酵風(fēng)味的貢獻不大。

2.3.6 其他化合物

發(fā)酵乳中還檢出酸類、胺類、呋喃類和吡喃類等9種化合物，這些化合物在發(fā)酵初期所占比例較小，發(fā)酵10 h后化合物的種類和含量都有明顯增加，發(fā)酵14 h時牛乳中的乙酸峰面積和濃度均達到最大，分別為16.34%和287.94 μg/L，此時植物乳桿菌正處于對數(shù)生長期中期，其代謝活動旺盛，牛乳的pH值也下降較快。當發(fā)酵至16 h時，發(fā)酵牛乳中僅檢測出乙酸(8.27%，107.38 μg/L)、辛酸(7.95%，103.23 μg/L)和二十烷二甲酸(3.62%，47.00 μg/L)3類化合物，這些酸類化合物主要賦予發(fā)酵牛乳特有的酸味(表1和圖4)。

3 討論

基于原料乳成分、發(fā)酵條件、乳酸菌的種類及其代謝等因素的差異，不同條件下發(fā)酵牛乳所得到的牛乳風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量也有所不同。乳酸菌發(fā)酵牛乳時所產(chǎn)生的胞內(nèi)和胞外蛋白酶、肽酶對牛乳蛋白的降解及風(fēng)味化合物的形成都具有重要作用[24]。GC-MS數(shù)據(jù)分析表明，牛乳發(fā)酵過程中的醛類和酮類化合物的種類多、含量高，對發(fā)酵乳的風(fēng)味影響較大，而這些醛類和酮類化合物可能是由牛乳中的乳脂肪分解產(chǎn)生的，也可能是牛乳在加工過程中其內(nèi)部的氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)而生成的[25]，酮類化合物中的3-羥基-2-丁酮和2,3-丁二酮是發(fā)酵牛乳的特征性風(fēng)味化合物，該結(jié)論已得到論證[26-27]。文獻中報道的酸奶中常見的風(fēng)味物質(zhì)乙醛在本實驗中并未檢測到，可能與頂空固相微萃取所使用的萃取頭和萃取溫度等因素的不同有關(guān)，這與王偉軍[28]用SDE-GC-MS法測定發(fā)酵乳中風(fēng)味物質(zhì)也未檢測到乙醛的實驗結(jié)論相似。目前，已有許多研究表明，牛奶中的風(fēng)味前體物質(zhì)主要是β-乳球蛋白[29]，但關(guān)于牛乳中接種乳酸菌后，乳酸菌是如何利用β-乳球蛋白而形成揮發(fā)性風(fēng)味化合物，以及這類蛋白質(zhì)與揮發(fā)性風(fēng)味成分的結(jié)合機理的研究比較少[30-31]。實驗采用頂空固相微萃取技術(shù)來得到發(fā)酵牛乳中的揮發(fā)性化合物的，由于固相微萃取需要對樣品進行加熱處理且要保持一段時間，可能會對牛乳中熱敏性風(fēng)味成分有一定的影響，而有研究表明，利用溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)(SAFE)法結(jié)合GC-MS對酸牛奶的揮發(fā)性成分進行分析，避免了熱敏性揮發(fā)性物質(zhì)的損失[32]，所以今后可以有針對地選擇合適的萃取方法，同時也可以結(jié)合嗅覺檢測技術(shù)(GC/O)進一步確定這些風(fēng)味化合物的氣味類型和強度，為乳品風(fēng)味物質(zhì)的研究提供更好的檢測平臺。通過對植物乳桿菌發(fā)酵牛乳的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行研究發(fā)現(xiàn)，利用電子鼻和頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用儀(HS-SPME-GC-MS)技術(shù)可以檢測發(fā)酵牛乳揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化和組成。因此，以本實驗結(jié)果為基礎(chǔ)結(jié)合嗅覺檢測技術(shù)(GC/O)可以建立一個完善的發(fā)酵牛乳風(fēng)味評價體系，為今后改善酸奶風(fēng)味和提高酸奶品質(zhì)等方面提供理論參考。

4 結(jié)論

新鮮牛乳中主要的揮發(fā)性風(fēng)味化合物有醛類(43.39 μg/L己醛、35.28 μg/L庚醛、47.26 μg/L辛醛和15.24 μg/L 2-羥基-苯甲醛)和酮類(115.06 μg/L 2-庚酮、79.61 μg/L 2-壬酮、83.12 μg/L 2,4,6-環(huán)庚三烯-1-酮、39.03 μg/L 2-十一烷酮、15.48 μg/L 2-十三烷酮和26.08 μg/L 6-己基-四羥基-2H-吡喃-2-酮)；而牛乳經(jīng)植物乳桿菌發(fā)酵后，其在不同發(fā)酵階段的揮發(fā)性化合物的種類和含量都不同，發(fā)酵后期(16 h)主要的揮發(fā)性風(fēng)味化合物有醛類(19.47 μg/L辛醛、31.94 μg/L 2-羥基-苯甲醛)、酮類(164.25 μg/L 2,3-丁二酮、195.93 μg/L乙偶姻、75.70 μg/L 2-庚酮、54.40 μg/L 2,4-二甲基-3-己酮、28.44 μg/L 2-壬酮、64.66 μg/L 2,4,6-環(huán)庚三烯-1-酮、16.88 μg/L 2-十一烷酮)和酸類(107.38 μg/L乙酸、103.23 μg/L辛酸和47.00 μg/L二十烷二甲酸)。

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Analysis on volatile compounds in milk fermented byLactobacillusplantarum

MING Ting-hong1, SU Xiu-rong1, ZHOU Jun1, SI Kai-xue1, ZHANG Hong-yan1, HAN Jiao-jiao1, CUI Chen-xi, DONG Li-sha,QIU Di-hong2*

1(Shool of marine sciences, Ningbo University, Ningbo 315211, China) 2(Hangzhou Medical College, Hangzhou 310053, China)

The goal of this study was to discuss the change of the volatile substances in milk by fermentedLactobacillusplantarumduring fermentation, which provided a reference for the research on flavor materials in fermented milk. Electronic nose and headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS) were used to study the changes and compositions of the volatile substances in fermented milk. And the pH values of fresh milk and fermented milk during fermentation were measured to determine the optimal fermentation time. The results showed that the electronic nose could sensitively detect the changes of volatile flavor from milk during fermentation processing. PCA results revealed that there were obviously differences among samples. Then the GC-MS analysis indicated that 36, 34, 41, 36, 45, 34, 34, 31, 30, 29 kinds of volatile composition were respectively presented in the milk fermented for 0 h, 2 h, 4 h, 6 h, 8 h, 10 h, 12 h, 14 h and 16 h, which mainly included hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones, esters, acids and other compounds. Among them, aldehydes and ketones accounted for a higher proportion in total peak area and total concentration, and were the main volatile compounds in fermented milk.

Lactobacillusplantarum;fermented milk;electronic nose;headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry(HS-SPME-GC-MS);volatile flavor components

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201612029

碩士研究生(裘迪紅教授為通訊作者,E-mail：qiudihong@nbu.edu.cn)。

浙江省高等?？茖W(xué)校科研基金項目(2015B05)

2016-05-27，改回日期：2016-07-13