熱處理對(duì)駝乳營(yíng)養(yǎng)成分與揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響

何靜，阿拉騰薩其拉，吉日木圖,2*

1(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，乳品生物技術(shù)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特，010018) 2(內(nèi)蒙古駱駝研究院，內(nèi)蒙古 巴丹吉林，737300)

動(dòng)物乳是人類食物的重要來(lái)源，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括易消化的蛋白質(zhì)、鈣、維生素和礦物質(zhì)等[1]。由于營(yíng)養(yǎng)成分的豐富，乳也成為微生物生長(zhǎng)的肥沃介質(zhì)，這些微生物可能會(huì)導(dǎo)致乳制品變質(zhì)，也會(huì)引發(fā)人類的食源性疾病。因此，乳制品通常需經(jīng)過(guò)工業(yè)化加工，以確保人類食用安全并延長(zhǎng)其保質(zhì)期。熱處理是保存乳制品安全的最常見(jiàn)的方法。目前大量研究證實(shí)，熱處理會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)在二級(jí)、三級(jí)或四級(jí)結(jié)構(gòu)上呈自然展開(kāi)狀態(tài)，但是一級(jí)結(jié)構(gòu)中主鏈肽鍵未裂解，從而產(chǎn)生不被腸道水解的蛋白質(zhì)[2]。先前研究報(bào)道，巴氏殺菌對(duì)牛乳和人乳酪蛋白結(jié)構(gòu)影響不大，但對(duì)乳清蛋白結(jié)構(gòu)存在一定影響[3-5]。乳糖作為動(dòng)物乳和人乳中主要的碳水化合物在加熱過(guò)程中也會(huì)發(fā)生熱變，影響鮮乳的風(fēng)味[6-7]。熱處理還會(huì)致維生素B12、維生素E、維生素C、葉酸和核黃素等水溶性維生素含量減少[8]。此外，在熱處理過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致乳中賴氨酸損失[2]、游離脂肪酸含量增加[9]，更會(huì)導(dǎo)致乳中的各種天然酶和微生物代謝的酶變性或數(shù)量改變[10]。

當(dāng)采用熱處理來(lái)減少或破壞微生物和酶活性以確保安全性和延長(zhǎng)貨架期時(shí)，鮮乳的風(fēng)味同時(shí)也會(huì)發(fā)生變化。不同熱處理產(chǎn)生的風(fēng)味直接或間接地影響乳制品風(fēng)味質(zhì)量及應(yīng)用特性，例如微生物的殺滅、乳清蛋白和酪蛋白間的交聯(lián)、脂肪的氧化、美拉德和焦糖化反應(yīng)等，這些變化均使牛乳產(chǎn)生不同于原料乳的風(fēng)味組成，并會(huì)伴隨蒸煮味、氧化味、焦糊味等風(fēng)味產(chǎn)生[11-12]。駝乳不含β-乳球蛋白，富含大量的維生素C、免疫球蛋白、抑菌活性物質(zhì)和多不飽和脂肪酸，具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[13-14]。但是駝乳作為一種特色乳，目前對(duì)其風(fēng)味的報(bào)道較少。因此，本研究以駝乳為研究對(duì)象，研究了駝乳在加熱過(guò)程中基礎(chǔ)成分的變化。同時(shí)通過(guò)電子舌、電子鼻和GC-MS對(duì)不同熱處理的駝乳中的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，并采用主成分分析(principal component analysis，PCA)建立不同熱處理駝乳揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的評(píng)價(jià)模型，以期為駝乳的生產(chǎn)加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

所用鮮駝乳采自內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特后旗一牧場(chǎng)。從該牧場(chǎng)采集成年母駝的乳樣，將采集后乳樣隨機(jī)分為3組(每組3個(gè)重復(fù))，采集新鮮駱駝乳，簡(jiǎn)單過(guò)濾除去砂石、毛發(fā)等雜質(zhì)后，將乳樣溫度迅速降至4 ℃，保持該溫度快速運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室。對(duì)鮮駝乳分別進(jìn)行低溫長(zhǎng)時(shí)殺菌(65 ℃，30 min)、高溫短時(shí)殺菌(85 ℃，15 s)、超高溫瞬時(shí)殺菌(ultra-high temperature instantaneous sterilization，UHT)處理[(135±5) ℃，5 s]，其中一部分鮮駝乳不進(jìn)行處理。熱處理方式：采用中試 UHT 設(shè)備對(duì)健康奶駝生產(chǎn)的駝乳進(jìn)行熱處理。首先將駝乳預(yù)熱到 60～65 ℃，采用二級(jí)均質(zhì)[(20±2) MPa]后進(jìn)入中試 UHT 中分別進(jìn)行 85 ℃，15 s 和 (135±5) ℃，5 s 殺菌熱處理。將熱處理后不同駝乳樣品和未處理的鮮駝乳在-20 ℃ 冷凍保存，備用。工藝流程如下：

1.2 儀器與設(shè)備

PEN3便攜式電子鼻，德國(guó)AIRSENSE公司；7697A-7890B-5977C 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，美國(guó)Agilent公司；L-8900氨基酸分析儀，日本日立公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 基本營(yíng)養(yǎng)成分的檢測(cè)

對(duì)未處理和采取不同熱處理的駝乳樣品進(jìn)行基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)檢測(cè)。駝乳脂肪含量參照GB 5009.6—2016蓋勃法測(cè)定；蛋白質(zhì)含量參照GB 5009.5—2016自動(dòng)凱氏定氮儀法測(cè)定；乳糖含量參照GB 5413.5—2010萊因-埃農(nóng)氏法測(cè)定；灰分含量參照GB 5009.4—2016方法測(cè)定；維生素C檢測(cè)采用GB 5413.18—2010方法測(cè)定。

1.3.2 電子舌檢測(cè)

數(shù)據(jù)采集前，需進(jìn)行電子舌檢測(cè)系統(tǒng)自檢、診斷和矯正等過(guò)程，以確保電子舌傳感器響應(yīng)信號(hào)的可靠性和穩(wěn)定性，電子舌檢測(cè)系統(tǒng)工作溫度控制在25 ℃左右。之后取35 mL不同熱處理駝乳分別于電子舌檢測(cè)樣品杯中作為待測(cè)液。將待測(cè)液倒入容量為100 mL的燒杯中，數(shù)據(jù)采集序列為超純水和待測(cè)液交替進(jìn)行，為使傳感器響應(yīng)值趨于平穩(wěn)，每個(gè)樣品數(shù)據(jù)采集時(shí)間為120 s，選取第120 s時(shí)的響應(yīng)值作為特征值進(jìn)行分析。其中酸、甜、苦、澀、鮮、咸等6味采用Sample_Measurement程序測(cè)定[11]，每個(gè)樣品測(cè)定3個(gè) 平行值。

1.3.3 電子鼻檢測(cè)

取35 mL不同熱處理駝乳利用PEN3電子鼻電子舌檢測(cè)樣品。采用PEN3電子鼻對(duì)駝乳樣品中的氣味進(jìn)行檢測(cè)。PEN3電子鼻傳感器陣列包括10個(gè)金屬氧化物傳感器，分別為W1C(對(duì)芳香性化合物敏感)、W5S(對(duì)氮氧化合物敏感)、W3C(對(duì)氨類和芳香化合物敏感)、樣品在密封狀態(tài)下通過(guò)頂空抽樣方式檢測(cè)，載氣為空氣，頂空溫度25 ℃，內(nèi)部流量為300 mL/min， 進(jìn)樣流量300 mL/min，測(cè)定時(shí)間120 s。數(shù)據(jù)處理：響應(yīng)曲線在60 s后達(dá)到穩(wěn)定，選取63、64和65 s的響應(yīng)值，并計(jì)算其平均值為測(cè)試值。具體見(jiàn)表1。

表1 電子鼻傳感器及其響應(yīng)物質(zhì)

1.3.4 GC-MS分析

采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)所有樣品中的揮發(fā)性氣味成分進(jìn)行相對(duì)定量分析。氣相色譜條件：起始溫度為35 ℃，保持5 min；以5 ℃/min升溫至140 ℃，保持2 min；以10 ℃/min升溫至250 ℃，保持3 min；汽化室溫度250 ℃；載氣為氦氣(≥99.999%)，流速1.0 mL/min；不分流進(jìn)樣。

質(zhì)譜條件:電離方式為電子轟擊離子源(electron impact ion source，EI)，電子能量 70 eV;發(fā)射電流100 μA；離子源溫度為230 ℃；質(zhì)量掃描范圍 30～550(m/z)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。使用SPSS 24(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)進(jìn)行單因素方差分析(analysis of variance，ANOVA)和Duncan檢驗(yàn)。使用SPSS 24、SIMCA 14.1(Umetrics，Sweden)和R版本3.6.0(MathSoft Inc.，Massachusetts，USA)進(jìn)行PCA、熱圖分析。所有檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性標(biāo)準(zhǔn)均為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同熱處理駝乳營(yíng)養(yǎng)成分分析

熱處理會(huì)影響乳中脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖和水溶性維生素等的含量[8]。據(jù)報(bào)道，隨著溫度增加會(huì)導(dǎo)致乳成分發(fā)生一定程度蛋白質(zhì)變性、乳糖異構(gòu)化以及美拉德反應(yīng)[2, 15]。如表2所示，與未處理的原料乳比較，UHT處理駝乳的部分營(yíng)養(yǎng)成分發(fā)生一定程度的損失。其中乳糖作為動(dòng)物乳和人乳中主要的碳水化合物在加熱過(guò)程中會(huì)發(fā)生熱變，其含量在UHT滅菌駝乳中顯著降低(P<0.05)。此外，UHT滅菌駝乳會(huì)導(dǎo)致維生素C和蛋白質(zhì)的含量也顯著降低(P<0.05)。

表2 不同熱處理駝乳的主要營(yíng)養(yǎng)成分

2.2 不同熱處理駝乳電子舌結(jié)果分析

食物的呈味是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，電子舌體系中味覺(jué)物質(zhì)的信號(hào)由傳感器獲得，并以類似人味覺(jué)感受方式檢測(cè)出味覺(jué)物質(zhì)，該方法已被廣泛應(yīng)用于乳品行業(yè)檢測(cè)中[16]。因此，采用電子舌分析不同熱處理駝乳的整體滋味的特點(diǎn)。如表3所示，利用電子舌傳感器對(duì)不同的加熱條件的殺菌駝乳的味覺(jué)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，其中咸味的味感值最大，酸味的味感值最小，其他味感值介于兩者之間。其中65 ℃條件處理30 min駝乳的澀味和苦味響應(yīng)值顯著低于其他組(P<0.05)。此外，隨著加熱溫度升高，加熱時(shí)間縮短，駝乳的甜味和酸味的響應(yīng)值明顯增加，其中UHT處理的最大(P<0.05)。導(dǎo)致滋味發(fā)生改變的可能原因是在加熱過(guò)程中蛋白質(zhì)分解為游離氨基酸或蛋白質(zhì)與乳糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，對(duì)鮮乳的滋味產(chǎn)生較大改變；此外，熱處理后脂肪的水解會(huì)影響鮮乳的酸味，乳糖的組成和含量會(huì)影響甜味，鈉鹽會(huì)在咸味方面發(fā)揮一定作用。

表3 不同熱處理駝乳電子舌建立的味覺(jué)指標(biāo)

對(duì)所有樣品的電子舌響應(yīng)值進(jìn)行PCA，結(jié)果顯示第1和第2主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)99.9%，說(shuō)明前2個(gè)主成分包含樣品幾乎所有信息，能夠有效地反映樣品的整體信息。由圖1可知，不同加熱處理駝乳所在區(qū)域不重疊，各樣品差異顯著，未加熱處理的駝乳與其他樣品距離較遠(yuǎn)，差異明顯。該結(jié)果說(shuō)明不同熱處理方式對(duì)駝乳的滋味有明顯的影響。利用電子鼻響應(yīng)值PCA可很好地區(qū)分不同熱處理樣品，差異顯著，其中低溫長(zhǎng)時(shí)巴氏殺菌組與其他組有明顯的差異。

圖1 不同方法處理駝乳電子舌分析的PCA圖

2.3 不同熱處理駝乳電子鼻結(jié)果分析

由圖2可知，不同熱處理樣品的W1W、W1S和W2W傳感器響應(yīng)值差異顯著，說(shuō)明各樣本中的硫化氫、烴類物質(zhì)、芳香族化合物和有機(jī)硫化物存在顯著差異，且UHT處理的W1W、W1S和W2W傳感器響應(yīng)值最大。同時(shí)，對(duì)所有樣品的電子鼻響應(yīng)值進(jìn)行PCA，結(jié)果顯示第1主成分貢獻(xiàn)率為80.4%，第2主成分貢獻(xiàn)率為16.4%，第1主成分和第2主成分累積貢獻(xiàn)率96.8%，包含的大部分的樣本信息，可有效地表達(dá)各樣品間差異性。如圖3所示，利用PCA可很好地區(qū)分不同熱處理的駝乳樣品，其中2種巴氏殺菌乳氣味較類似，與UHT處理乳樣品氣味差異較大。這可能是由于鮮乳的UHT處理會(huì)導(dǎo)致駝乳中蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類以及其他化合物的揮發(fā)性化合物的形成，從而影響乳的香氣[17]。

圖2 傳感器對(duì)不同熱處理駝乳的雷達(dá)圖

圖3 不同熱處理駝乳電子鼻PCA圖

本研究采用偏最小二乘回歸分析，研究不同熱處理產(chǎn)物中風(fēng)味和滋味之間的相關(guān)性。以不同熱處理駝乳的6個(gè)感官屬性作為X變量，以電子鼻10個(gè)傳感器作為Y變量，電子鼻10個(gè)傳感器指標(biāo)和感官屬性的相關(guān)性載荷圖見(jiàn)圖4。盡管有些風(fēng)味物質(zhì)不能用感官滋味屬性來(lái)解釋，但在該研究中證實(shí)，風(fēng)味與滋味之間仍存在一定相關(guān)性。如圖4所示，W1S、W1W、W2W傳感器和鮮味和甜味感官屬性一定程度上相關(guān)。

圖4 不同熱處理駝乳揮發(fā)性化合物與感官屬性之間相關(guān)性的PLSR分析

2.4 不同熱處理駝乳揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

利用GC-MS技術(shù)檢測(cè)不同熱處理?xiàng)l件下駝乳中的風(fēng)味物質(zhì)，結(jié)果顯示未處理的駝乳中主要為醇、酯、烷、酸等物質(zhì)；經(jīng)過(guò)熱處理后揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)與原乳比，在組成和含量上發(fā)生較大變化，尤其是UHT滅菌駝乳(圖5)。如圖6所示，加熱前后，駝乳中醛類(己醛、庚醛、苯甲醛、壬醛等)和酮類化合物(丙酮、1-苯甲酰氧基-2,5-吡咯烷二酮)發(fā)生較大變化。據(jù)報(bào)道，醛、酮物質(zhì)和有機(jī)酸是美拉德反應(yīng)的主要產(chǎn)物[18]，其中酮類物質(zhì)是乳制品中重要的風(fēng)味物質(zhì)，會(huì)形成獨(dú)特的風(fēng)味，它可以在乳樣品中產(chǎn)生奶油味和甜味[19-20]；醛類物質(zhì)也是乳中風(fēng)味物質(zhì)的主要成分，是乳中脂肪氧化反應(yīng)的中間產(chǎn)物[21-22]。因此，推測(cè)這可能也是UHT滅菌駝乳具有獨(dú)特風(fēng)味的主要組成成分。同時(shí)，在該研究中顯示，在高溫處理駝乳中烷烴類化合物(如六甲基-環(huán)三硅氧烷)含量也明顯增加。據(jù)報(bào)道，烷烴類物質(zhì)可能來(lái)源于牛奶中游離脂肪酸的自動(dòng)氧化[23]。因此推測(cè)，在脂肪存在的情況下，熱處理在135 ℃時(shí)可能更容易發(fā)生美拉德反應(yīng)，從而導(dǎo)致其產(chǎn)物留在駝乳中。同時(shí)，鮮乳加熱后脂肪酸發(fā)生了一系列化學(xué)反應(yīng)，生成了酯類等物質(zhì)，乳中酯類物質(zhì)主要通過(guò)脂肪酸與脂肪醇發(fā)生酯化反應(yīng)形成，通常酯類物質(zhì)具有特殊的香氣，對(duì)乳的風(fēng)味形成具有重要作用[24-25]。本研究發(fā)現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生大量的3-甲基庚基乙酸酯，尤其UHT乳中(圖6)。與前人研究一致，不同熱處理?xiàng)l件的駝乳與牛乳主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為醇、酯、烷、酸等物質(zhì)[26]，但是，在加熱處理后的駝乳中，研究未檢測(cè)酚類物質(zhì)。

圖5 不同熱處理?xiàng)l件下駝乳揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類對(duì)比

圖6 不同熱處理駝乳的揮發(fā)性物質(zhì)熱圖

3 結(jié)論

本研究對(duì)3種不同熱處理駝乳的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行了比較分析，證實(shí)UHT滅菌處理會(huì)對(duì)駝乳基本營(yíng)養(yǎng)成分造成一定程度的損失，尤其是維生素C、蛋白質(zhì)和乳糖的含量。在此基礎(chǔ)上，采用電子鼻和電子舌分析可很好地區(qū)分不同熱處理的駝乳，氣味和滋味都會(huì)發(fā)生很大的差異，但氣味與滋味之間也存在一定相關(guān)性。同時(shí)，研究采用GC-MS鑒定出不同熱處理?xiàng)l件的駝乳揮發(fā)性物含量發(fā)生變化，尤其UHT處理駝乳醛類和烷烴類化合物顯著增加。由此可見(jiàn)，不同的熱處理方式對(duì)駝乳的風(fēng)味品質(zhì)有不同的影響。在滿足殺菌和產(chǎn)品工藝要求情況下，隨著人民生活水平的不斷提高，對(duì)于殺菌乳品質(zhì)的個(gè)性化要求會(huì)越來(lái)越多，因此本研究將為生產(chǎn)加工不同熱處理品質(zhì)的駝乳產(chǎn)品提供依據(jù)。