乳清醋營(yíng)養(yǎng)成分分析及功能性評(píng)價(jià)研究

瑪麗娜,劉揚(yáng),烏蘭塔娜,陳玉萍*

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,呼和浩特 010020;2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,呼和浩特 010020)

谷物制曲釀醋是中華民族對(duì)世界飲食文明的貢獻(xiàn)之一,各具風(fēng)味特色的米醋在我國(guó)已有上千年的歷史。關(guān)于米醋從工藝、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)、保健等方面的研究報(bào)道很多[1-3]。本文報(bào)道的乳清醋是近年出現(xiàn)于釀造王國(guó)的新兵。它是以乳清為原料釀制的醋,而乳清則是現(xiàn)代乳品工業(yè)的副產(chǎn)品,其干物質(zhì)含量相對(duì)較低,滲透壓較高,導(dǎo)致加工處理技術(shù)復(fù)雜,設(shè)備昂貴,處理成本高,往往被企業(yè)當(dāng)作廢水排棄。然而乳清液中仍然含有乳糖、乳清蛋白等多種有機(jī)物質(zhì)和礦物質(zhì)等可利用物質(zhì)[4-6]。研制和開(kāi)發(fā)乳清醋則是變廢為寶,既可減少對(duì)環(huán)境的污染又能獲得經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)外有乳清粉、乳清飲料、制取乙醇的研究報(bào)道[7-9],也有很多釀制果醋的報(bào)道[10-13],但沒(méi)有查閱到乳清醋的報(bào)道。如同米醋和果醋,乳清醋也涉及到工藝、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)、功能等方面的研究和探討。研究分析乳清醋的主要營(yíng)養(yǎng)成分及其保健特點(diǎn),找出與米醋營(yíng)養(yǎng)成分的不同之處,可以全面地認(rèn)識(shí)乳清醋這一新生食物,有利于實(shí)現(xiàn)加工增值和綜合提高乳業(yè)資源的利用率,并為產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)乳清醋提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料

乳清液樣本由內(nèi)蒙古伊利股份公司提供。在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)乳品實(shí)驗(yàn)室對(duì)乳清樣品分別進(jìn)行了馬克斯克魯維酵母酒精發(fā)酵和巴斯德醋酸桿菌醋酸發(fā)酵工藝而制得乳清醋(總酸為5.52 mg/dL)作為測(cè)試樣本。

1.1.2 主要試劑

5-磺基水楊酸、鹽酸、硝酸、高氯酸、氧化鑭(均為優(yōu)級(jí)純);純鎂、純鋅、鐵粉、金屬錳(均為光譜純)。

1.1.3 主要儀器設(shè)備

6890N/5975B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)安捷倫公司;L-8900氨基酸自動(dòng)分析儀 日立高新技術(shù)公司;WFX-210原子吸收分光光度計(jì) 北京科瑞?？茖W(xué)儀器有限公司;固相微萃取手動(dòng)進(jìn)樣器 美國(guó)Supelco公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 乳清醋中游離氨基酸含量的測(cè)定

使用L-8900氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定。取1 mL樣品,加入3 mL 10%的5-磺基水楊酸,振蕩混勻,4 ℃靜置30 min;高速離心機(jī)在12 000×g、4 ℃下離心15 min,上清液經(jīng)0.22 μm膜過(guò)濾上機(jī)。根據(jù)質(zhì)量濃度與峰面積的關(guān)系,使用外標(biāo)法定量確定氨基酸組分,單位ng/μL。條件:855-350型色譜柱(4.6 mm×60 mm);柱溫134 ℃;雙通道紫外檢測(cè)波長(zhǎng)440 nm 和570 nm;進(jìn)樣量20 μL,時(shí)間148 min。

1.2.2 乳清醋中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定

采樣前將固相微萃取器插在氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣口處,在250 ℃下進(jìn)行老化,同時(shí)做空白試驗(yàn),直至無(wú)色譜峰出現(xiàn)。量取5 mL乳清醋樣于150 mL頂空瓶中,加入2 g氯化鈉,密封后置于水浴鍋中30 ℃平衡30 min,取出老化好的萃取頭,插在樣品瓶中,50 ℃下萃取40 min,將萃取頭取出,插入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣口,250 ℃下解吸5 min。色譜條件 Agilent 6890N氣相色譜儀,HP-SMS毛細(xì)管色譜柱(30 m×250 μm,0.25 μm)。柱溫按程序升溫,初溫35 ℃保持6 min,然后以5 ℃/min升至150 ℃,再以10 ℃/min升至250 ℃。采用不分流進(jìn)樣,進(jìn)樣口溫度270 ℃,載氣為He,流量1.0 mL/min。 質(zhì)譜條件:Agilent 5975 MSD質(zhì)譜儀,電子轟擊離子源(EI),離子源溫度230 ℃,接口溫度280 ℃,掃描質(zhì)量范圍(m/z)10～450。環(huán)境條件:室溫25 ℃。

1.2.3 乳清醋中礦物質(zhì)及維生素含量的測(cè)定

鉀、鈉、鈣、鐵、鎂、錳、鋅的測(cè)定采用GB 5413.21—2010的方法;氯的測(cè)定采用GB/T 12457-2008的方法;磷的測(cè)定采用GB/T 5009.87-2003的方法;硒的測(cè)定采用GB 5009.93-2010的方法;碘的測(cè)定采用GB/T 13882-2010的方法;維生素B1的測(cè)定采用GB/T 5009.84-2003的方法;維生素B2的測(cè)定采用GB/T 5009.85-2003的方法;維生素C的測(cè)定采用 GB/T 5009.86-2003的方法;維生素A和維生素E的測(cè)定采用GB/T 5009.82-2003的方法。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 乳清醋中游離氨基酸含量的測(cè)定結(jié)果與分析

乳清醋中游離氨基酸含量的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。發(fā)現(xiàn)25種氨基酸,包含9種人體必需的氨基酸(Thr、Val、Met、Leu、Ile、Phe、Trp、Lys、His),占氨基酸總量的33.35%。

表1 乳清醋游離氨基酸含量測(cè)定結(jié)果Table 1 Determination results of free amino acid content in whey vinegar

此外,有16種具有增強(qiáng)人和動(dòng)物免疫功能作用的蛋白和非蛋白氨基酸,其中含量最高的是精氨酸(27.531 8 ng/μL),對(duì)于人體排尿解毒、調(diào)節(jié)人體酸堿平衡有重要作用。值得注意的是,乳清醋中含有非蛋白氨基酸氨基丁酸及其3種異構(gòu)體:α-氨基丁酸、β-氨基異丁酸和γ-氨基丁酸(GABA)。后者GABA的濃度為8.493 8 ng/μL,占氨基酸總含量的3.3%,具有重要的生理活性功能。

2.2 乳清醋中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量的測(cè)定結(jié)果與分析

乳清醋中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在GC-MS圖中的出峰情況見(jiàn)圖1,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

圖 1 乳清醋中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS圖Fig.1 GC-MS spectra of volatile flavor substances in whey vinegar

表2 乳清醋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果Table 2 Determination results of volatile flavor substances in whey vinegar

由表2可知,通過(guò)頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用測(cè)得乳清醋中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有36種,包括7大類(lèi)化合物,其中酸類(lèi)5種、酯類(lèi)5種、酮類(lèi)4種、醇類(lèi)10種、醛類(lèi)6種、酚類(lèi)2種、烷烴類(lèi)4種。在酸類(lèi)物質(zhì)中作為主要功能成分的乙酸的相對(duì)百分含量為34.85%。 酯類(lèi)物質(zhì)包括乙酸乙酯(10.435%)、乳酸乙酯(0.161%)、乙酸異戊酯(0.046%)、乙酸甘油酯(0.086%)、2-羥基己酸乙酯(0.359%)。其中乙酸乙酯具有水果香氣,它是所測(cè)得5種酯類(lèi)化合物中含量最豐富的,并且乙酸乙酯的相對(duì)百分含量?jī)H次于乙酸,在36種化合物中位于第二位,因此對(duì)乳清醋的香氣起著重要的呈味作用。 此外,乙酸異戊酯在乳清醋中含量雖然不高,但由于它具有較強(qiáng)的新鮮果香,有類(lèi)似熟香蕉、生梨和蘋(píng)果的氣味,因此是釀造制品中所希望得到的香味物質(zhì)之一。而乳酸乙酯的存在增加了乳清醋的濃厚感,改善了液態(tài)發(fā)酵醋的口味單調(diào)感。

除了酯類(lèi)物質(zhì),其他幾類(lèi)化合物對(duì)乳清醋香氣的形成同樣是不可缺少的。其中 2-庚酮具有梨的香氣,糠醛和苯甲醛具有苦杏仁的香氣,己醇具有水果香氣,庚醇、苯甲醇都有特殊的芳香氣味,2-壬酮具有奶油的香氣,苯乙醇具有柔和、愉快而持久的玫瑰香氣。三癸醛具有甜橘香氣,4-乙基苯酚具有木酚香氣。

在表2中列出的序號(hào)27的α-萜烯醇和序號(hào)34的叔丁基對(duì)甲酚(BHT),相對(duì)百分含量依次為0.418%和0.104%。它們不僅是風(fēng)味成分,而且具有重要的生物活性功能。

2.3 乳清醋礦物質(zhì)與維生素含量的測(cè)定結(jié)果與分析

乳清醋礦物質(zhì)與維生素含量的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3和表4。同國(guó)產(chǎn)白米醋和蘋(píng)果醋相應(yīng)含量做了對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 乳清醋、白米醋、蘋(píng)果醋中礦物質(zhì)含量的測(cè)定結(jié)果Table 3 Determination results of mineral content in whey vinegar, white rice vinegar and apple vinegar

由表3可知,在11種礦物質(zhì)成分中,乳清醋中除氯和鈉的含量遠(yuǎn)低于白米醋和蘋(píng)果醋,鐵含量略低于白米醋和蘋(píng)果醋,其他8種成分的含量均高于白米醋和蘋(píng)果醋。乳清醋的鉀、鈣、鎂、鋅、硒的含量遠(yuǎn)高于白米醋和蘋(píng)果醋。以鉀的含量為例,乳清醋71.80 mg/dL,相應(yīng)的山西白米醋、廣東白米醋、蘋(píng)果醋的鉀含量依次為0.028,0.825,22.10 mg/dL。又以硒的含量為例,乳清醋硒含量為1.026 1 μg/L,而山西白米醋、廣東白米醋和蘋(píng)果醋依次為 <0.05 μg/L,0.069 3 μg/L和 0.214 3 μg/L。乳清醋高鉀低鈉的特點(diǎn)正符合健康攝食的要求,鉀、鈣、鎂、鋅、硒等元素在調(diào)節(jié)人類(lèi)免疫功能方面有著非常重要的作用,鈣是補(bǔ)體的激活劑,其對(duì)免疫系統(tǒng)有多方面的作用。鋅可直接刺激胸腺細(xì)胞的增殖,使胸腺素分泌增加,維持細(xì)胞免疫的完整性。硒能增強(qiáng)抗體對(duì)抗原的應(yīng)答反應(yīng),促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖,提高機(jī)體抗感染能力,還可提高NK細(xì)胞對(duì)腫瘤的殺傷力[14]。

由表4可知, 乳清醋的維生素A、B1、B2、C、E均高于山西白米醋幾倍乃至幾十倍,廣東白米醋和蘋(píng)果醋的相應(yīng)含量,以維生素A為例, 乳清醋為20.2 μg/L,而山西白米醋為0.594 μg/L,廣東白米醋為3.57 μg/L,蘋(píng)果醋為0.446 μg/L。又如維生素B1,乳清醋含量為43.6 μg/L,而后3種依次為1.28,0.18,0.69 μg/L。這些維生素在人類(lèi)和動(dòng)物機(jī)體免疫系統(tǒng)的正常功能中發(fā)揮著重要作用,維生素E能維持機(jī)體生物膜的完整性和穩(wěn)定性,可調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因表達(dá),從而改善免疫狀況,提高抗感染能力。而維生素A是T細(xì)胞生長(zhǎng)分化、激活過(guò)程中不可缺少的因子,可促進(jìn)B細(xì)胞產(chǎn)生抗體,和NK細(xì)胞增殖。Friedman和Sklan認(rèn)為對(duì)動(dòng)物而言,維生素A在擴(kuò)大和增強(qiáng)免疫能力方面顯示的作用遠(yuǎn)比飼料效價(jià)和最佳生長(zhǎng)大得多。維生素B1與B2可提高粒細(xì)胞的數(shù)量及其吞噬能力[14]。

3 討論

我們?cè)谌榍宕谞I(yíng)養(yǎng)分析中發(fā)現(xiàn)了幾點(diǎn)值得研究討論之處。第一,在乳清醋的氨基酸分析中檢測(cè)到了色氨酸(Tryptophan,Trp)和γ-氨基丁酸(GABA)成分。通過(guò)謝曉材[2]、李利軍等[3]、Xia等[15]對(duì)米醋產(chǎn)品氨基酸成分的分析研究可知,國(guó)內(nèi)諸多品牌的米醋(如山西老陳醋、鎮(zhèn)江香醋、四川保寧麩醋、天津獨(dú)流老醋等)中均未發(fā)現(xiàn)色氨酸和γ-氨基丁酸。色氨酸是必需氨基酸之一,雖然其含量在必需氨基酸中排位靠后,但它有很多重要生理功能,它是人體血清素,也稱(chēng)5-羥基色胺的前體物質(zhì),廣泛存在于大腦、血管、神經(jīng)系統(tǒng)、胃腸道系統(tǒng),是抑制性神經(jīng)遞質(zhì),具有調(diào)控血管收縮、平滑肌肉收縮、調(diào)節(jié)人體循環(huán)等作用,有抗高血壓、抗抑郁、抗失眠、抗胃腸道紊亂等功能,人體缺失色氨酸會(huì)引發(fā)很多疾病[16-18]。γ-氨基丁酸(GABA)的生理活性近年來(lái)得到了許多學(xué)者的關(guān)注,這方面的研究報(bào)道很多。作為非蛋白質(zhì)氨基酸,GABA具有生物活性功能,參與很多生理活動(dòng)[19-20],在大腦神經(jīng)傳導(dǎo)和T細(xì)胞抗炎反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。Xia等[21]發(fā)現(xiàn)GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白能維持巨噬細(xì)胞產(chǎn)生白細(xì)胞介素-1β。GABA是人體抑制神經(jīng)傳導(dǎo)質(zhì),褪黑素組成成分之一,對(duì)于生長(zhǎng)激素和催乳激素有增強(qiáng)作用。對(duì)失眠、高血壓等病癥有治療作用,大腦缺乏GABA時(shí)易患上阿爾茨海默癥、抑郁癥、精神分裂癥等疾病[22-23]。乳清醋的色氨酸來(lái)源于乳清蛋白的水解產(chǎn)物,而GABA則來(lái)源于乳酸菌代謝過(guò)程中產(chǎn)生的脫羧酶,使得谷氨酸脫去羧基產(chǎn)生GABA。許多米醋中檢測(cè)不到色氨酸的原因與原料來(lái)源有關(guān)。谷物中的蛋白屬于非完全蛋白,不含色氨酸或含量較低,且加工過(guò)程也會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)損失。此外,在米醋的谷物性原料中雖含有谷氨酸,但由于缺乏脫羧酶,不能降解產(chǎn)生GABA,因此在最終的米醋產(chǎn)品中難以檢測(cè)到這一氨基酸(除非另行添加)。第二,乳清醋風(fēng)味物質(zhì)中含有α-萜烯醇和叔丁基對(duì)甲酚(見(jiàn)表2中序號(hào)27和34)。在米醋風(fēng)味物質(zhì)研究中,則未見(jiàn)到含有這兩項(xiàng)風(fēng)味物質(zhì)的報(bào)道。它們不僅是芳香性風(fēng)味成分,而且具有生物活性功能。α-萜烯醇具有抗炎作用,Suza等[24]報(bào)道了α-萜烯醇對(duì)胃潰瘍有保護(hù)性治療效果,叔丁基對(duì)甲酚(BHT)是公認(rèn)的具有抗氧化作用和阻斷體內(nèi)自由基鏈反應(yīng)從而保護(hù)細(xì)胞膜的功能。此外,Abrew等[25]研究報(bào)道,BHT對(duì)于內(nèi)分泌(甲狀腺激素、雄激素、雌激素)紊亂具有調(diào)節(jié)作用。在米醋中缺少該兩種成分的原因尚不清楚。第三,乳清醋具有高鉀富硒的特點(diǎn)。高鉀低鈉是健康攝食的方向。硒是微量元素,從20世紀(jì)50年代開(kāi)始,人們認(rèn)識(shí)到了硒在人體生理活動(dòng)中的重要作用,認(rèn)同了第21位蛋白氨基酸就是硒代半胱氨酸(Se-Cys)[26]。人體許多酶類(lèi)的活性離不開(kāi)硒的參與,Romagne等[27]報(bào)道,人體內(nèi)有54 種蛋白質(zhì)含有Se-Cys。Bermano等[28]報(bào)道,補(bǔ)充富硒食物可以有效地抵抗COVID-19疫病。Chen等[29]進(jìn)行了用強(qiáng)化硒的食物飼喂小白鼠試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)硒對(duì)于動(dòng)物免疫調(diào)節(jié)和免疫抑制有明顯影響。Kang等[30]報(bào)道,缺少磷酸化硒合成酶會(huì)加重骨關(guān)節(jié)炎病情。乳清醋的高鉀富硒特點(diǎn)源于其乳清原料,而米醋礦物質(zhì)檢測(cè)中缺少硒,我們認(rèn)為這是由于原料中缺少硒。

本研究對(duì)乳清醋中的有機(jī)酸組分研究不足,對(duì)于乳清醋中水溶性短肽類(lèi)沒(méi)有涉及。短肽類(lèi)水解物可能具有更多生物活性功能值得研究。乳清醋在成熟陳釀期,也會(huì)發(fā)生各種螯合、絡(luò)合、酯化和內(nèi)酯化等反應(yīng),產(chǎn)生新的風(fēng)味物質(zhì)或其他功能性成分,這些都有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

乳清醋營(yíng)養(yǎng)成分中必需氨基酸種類(lèi)齊全,具有全價(jià)蛋白質(zhì)特點(diǎn),而且含有γ-氨基丁酸,α-萜烯醇和叔丁基對(duì)甲酚等生物活性成分,高鉀富硒,除餐桌調(diào)味外,還具有營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)和保健功能。