乳制品的风味化学研究

——以开菲尔为例

1.乳制品风味物质概述

在乳制品风味方面的研究上,科研工作者[1]很早就开始采用溶剂萃取(Solvent extraction)、固相微萃取(Solid-phase microextractionSPME)、动态顶空(Dynamic headspace technique, DHS)、静态顶空(Static headspace technique, SHS)、气相质谱(Gas chromatography-mass spectrometryGC-MS)等技术可对这些化合物进行定性和定量分析。例如,Kwak[1]等在上世纪末就已经报道了乙醛、乙醇、双乙酰、丙酮、2-丁酮等化合物对酸奶风味的影响。此外,一些新技术也被用于发酵乳制品风味的研究,如:deBok[2]报道了利用气相色谱/飞行时间质谱(ultrafast GC/TOF-MS)联用仪构建挥发性风味物质的指纹图谱,确定一些主要的特征峰,并对其归属进行认定,同时探讨优良发酵菌株对发酵乳风味的影响[3,4]

大多数新鲜乳香气的主体成分是二甲基硫醚(阈值大概为12 ppb),含量稍高就会产生异味。此外,还有低级脂肪酸、醛、酮等。乳中分离出的δ-癸酸内酯具有乳香气,现已用作人工合成的调香剂和增香剂。而酸奶中丁二酮是其特征风味成分。奶酪的风味在乳制品中是最丰富的,有酯类、羰基化合物、游离脂肪酸等。乳制品产生不良风味的原因,主要包括:①乳脂氧化形成的氧化臭,其主体是C5-C11的醛类,尤其是2,4-辛二烯醛和2,4-壬二烯醛。②牛乳在脂水解酶的作用下,水解成低级脂肪酸,产生酸败味。③牛乳在日光下日照,会产生日光臭味。④牛乳长期贮存产生旧胶皮味,其主要成分是邻氨基苯乙酮[3,4]。其实,目前对乳制品的风味物质研究已经比较透彻。所以研究人员正将研究重点转移到一些新型发酵乳制品和并未探明风味相关领域的具有民族特色的发酵乳制品。

2.开菲尔的风味化学研究

目前,受最欢迎且最有发展潜力的发酵食品有康普茶(Kombucha)、德国酸菜(Sauerkraut)、朝鲜泡菜(Kimchi)、开菲尔(Kefir)等。

2.1开菲尔

开菲尔是一种起源于高加索地区的发酵乳制品[5]。这个名字来自于土耳其语中的Keyif,形容一个人喝醉后的令人愉悦的感觉。开菲尔被认为是高加索人长寿秘诀,开菲尔具有丰富的营养、还具有免疫调节,降低胆固醇、抗过敏、调节血糖、维持胃肠道健康、抗菌抗炎、减肥等益生特性,这些好处符合了人们对乳制品的健康诉求。

1开菲尔及其市售产品

Fig 1 Kefir and its commercial products

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开菲尔的化学组成极为丰富,富含蛋白质,维生素,脂质,矿物质,氨基酸和微量元素,且经过发酵,维生素B1B12K,叶酸,钙和氨基酸的含量都得到了显著地提升[6],强化了其益生特性。除此之外,对乳糖不耐症人群也十分友好。与酸奶相比,开菲尔含有更多的脂肪、蛋白质和益生菌,且具有酸而浓郁的味道,并没有酸奶那么黏稠,更适合作为饮品。开菲尔利用酵母、牛奶蛋白和细菌的混合物在室温下进行发酵,而酸奶通常只是利用了牛奶中的细菌进行发酵,而且有许多酸奶在开始时需要加热培养。而开菲尔中的活性酵母也让它具有更多的营养益处。当然不同的原料和生产方法会影响开菲尔的组成,并最终影响其风味。

2.2开菲尔中的风味物质

据有关文献记载,开菲尔的化学成分组成主要取决于所用奶的类型,开菲尔粒,培养物或混合物,添加剂以及生产技术[7]。而开菲尔的特有风味来源于发酵过程中的脂解,糖酵解和蛋白水解反应产生的挥发性化合物。通常来说,开菲尔的pH约为4.6,故具有一定的酸味;酒精度在0.5–2%之间,而且含有较浓郁的酵母味。有关文献表明,酵母菌产生的二氧化碳对于最终风味的形成也有一定的增效作用[7]

有研究者采用顶空固相微萃取(HS-SPME)监测了开菲尔发酵过程中挥发性风味化合物,共检测出8种,包括乙醇(39.3%),2-丁酮(31.6%),乙酸乙酯(8.9%),丁酸乙酯(5.5%),丙酮(3.6%),3-羟基-2-丁酮(乙酰丁酸酯,3.3%),2,3-丁二酮(二乙酰,2.9%)乙醛(1.7%),分别代表醇,酮,酯和醛类。 此外,发酵过程中开菲尔中的丙酮,二乙酰,乙醇,乙醛和乙酸乙酯等风味物质显著增加[8]。由于,乳类原料中脂解作用的发生,开菲尔中产生了游离脂肪酸(FFA),这对最后产品的味道和香气都有较大的影响。与乙醇相比,发酵过程中2-丁酮的含量更加稳定,乙酰水平则取决于pH值,并且在pH值从4.65的过程中明显降低[9,10]。这些发现表明,与只有2-丁酮相比,乙醛和酒精的存在为开菲尔生产制备提供了更好的条件。代谢组学分析是一种分析工具,有可能进一步鉴定开菲尔的成分并监测微生物环境或储存过程中生化指标的变化。通常认为,开菲尔应表现出令人愉悦的香气,风味和良好的口感,以满足消费者的要求,而风味的发挥也与其质地、流变学特性有关。通过代谢组学的研究发现由骆驼乳,牛乳,山羊乳生产的开菲尔具有相似的微生物学特性,在菌落组成上比较相近[11]。添加多糖(0.2%黄原胶)或石榴提取物可增加开菲尔的稳定性,并具有最佳的流变和感官特性[12,13],从而对风味的形成有一定的影响。与黄牛乳相比,水牛乳做的开菲尔抑制了酵母的生长,从而导致乙醇含量显著增加[14] 乙醇的出现赋予了水牛乳做的开菲尔独特而清新的香气[15] 有研究表明,与黄牛乳相比,水牛乳的感官和颜色特性得到了改善,这表明水牛乳和牛奶的组合可以帮助改善牛乳的整体品质[15] 添加2%的开菲尔粒到山羊奶可改善感官质量,感官上呈白色,并产生典型的开菲尔气味和酸味[16]。当评价开菲尔的风味属性时,采用例如酸味,甜味,咸味,苦味,奶油感,滑腻,爽滑,尖锐,产气,酒精味和金属味等评价指标进行评价,骆驼乳和牛乳制备的开菲尔得分不同。骆驼乳开菲尔样品比用牛奶制得的开菲尔更酸,并且香气更尖锐,尽管其稠度和外观得分均低于牛乳开菲尔,这主要是由于其较高的酸度所致[8]

使用植物基即豆浆和2%蔗糖制得的开菲尔也产生了独特的风味和香气化合物。冷藏两周后,发现乙醇,乙醛,二乙酰基和乙酰丙酮水平降低[17] 在储存期间,与牛乳开菲尔的pH值和酸度值或酸度稳定性之间不存在显著差异[12],而石榴汁和蜂蜜的添加影响了开菲尔的理化性质,流变学和感官特性。添加少于5%的石榴汁会降低pH值,同时增加粘度,而添加超过5%的石榴汁会显著降低蛋白质和开菲尔的浓度。感官分析表明,以2.5%的量添加蜂蜜会降低开菲尔的酸度,同时增加粘度和甜度[14]

据报道,山羊和羊奶制成的开菲尔中会形成多不饱和脂肪酸(PUFA),PUFA对开菲尔香气特征有显著影响。PUFA含量的增加导致山羊乳开菲尔中典型的乳清香气(与乳清相关的芳香族化合物)损失,而羊奶的乳脂香气(与乳脂相关的芳香族化合物)则变得更加浓郁[15]

如果在开菲尔生产过程中添加增稠剂(例如菊粉),产品的粘度值会变高,但对其化学,微生物组成,气味或风味没有明显影响[15]。增稠剂可能会改善开菲尔的整体稳定性并延长保质期。与牛乳相比,添加1%(w/v)葡萄糖和10%开菲尔粒的骆驼奶可以降低蛋白质,脂肪,乳糖含量,粘度,灰分,干物质和可滴定酸度等指标。但是,基于骆驼乳的开菲尔因为较高的胆固醇水平(18.247.97 mg / 100 g)可能没有基于牛乳开菲尔健康,这对于高脂血症消费者来说并不是件好事[16] 使用生活条件温和的乳酸菌发酵马奶,山羊和绵羊奶的混合物,所产生的开菲尔比单独的母乳更硬,稠度和粘度更高[14] 山羊乳和牛乳混合的开菲尔益生特性得到了加强,具有高蛋白,脂肪,富含维生素和矿物质特点[17],这肯定了为什么加入一种以上的奶有利于产品的生产。总之,开菲尔的香气,风味和良好的口感性能似乎受到开菲尔粒、菊粉、蔗糖等添加剂的影响,而奶的种类则影响了开菲尔的纹理和流变性。

3.乳制品中常见的风味缺陷及其预防措施

乳制品在生产储藏过程中非常容易受热、光、微生物感染而腐败变质,所以及时防止其发生风味的劣化具有重要的意义,在生产中常见的风味缺陷及其工业上的预防措施如下表所示。

          1风味缺陷及其预防措施

缺陷

预防措施

缺乏发酵乳的芳香味少

调整菌种比例,延长发酵时间,适当增加发酵温度,增加乳固体含量,减少菌种产黏能力。

苦味

缩短菌种贮藏时间,减少菌种蛋白分解活性,避免具有蛋白分解能力菌种的污染。

酸度过高

控制发酵过程及冷藏过程中的产酸

酸败

减少污染菌引起的脂肪分解,原料乳杀菌严格温度和时间。

酸度过低

加强发酵过程产酸,消除抑菌物质,防止污染。

 

结论

乳制品的风味是评价其质量的重要指标。目前,乳制品中发现的主要的风味物质有双乙酰、乙醛、乙偶姻、丙酮、2-丁酮、乙醇等,这些风味化合物在乳制品发酵和贮藏期间风味的形成发挥着重要作用。随着肠道菌群概念的兴起,越来越多的消费者开始采用发酵乳制品改善肠道健康,开菲尔正是一种热门的具有肠道调节等一系列益生功能的发酵饮料。开菲尔的特有风味来源于发酵过程中的脂解,糖酵解和蛋白水解反应产生的挥发性化合物。开菲尔的香气,风味和良好的口感性能则受到奶的种类、开菲尔粒、菊粉、蔗糖等添加剂的影响。近年来,关于乳制品风味的研究已取得较好的研究结果。目前对于风味的研究热点主要聚焦在关键风味化合物对乳制品风味的影响,这在国内外的主流期刊上是研究热点。随着检测技术的发展,我们将会对乳制品中的风味化合物进行更多系统的评价和分析。

参考文献

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Last modification:June 20, 2021
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