羅　麗,孫　科,魯迎瑞,劉　恭,何　蕭,宋　禮,張?zhí)m威

(1.甘肅華羚生物技術(shù)研究中心,甘肅蘭州 730000;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150090)

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頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析曲拉干酪素?fù)]發(fā)性成分及來源

羅麗1,孫科1,魯迎瑞1,劉恭1,何蕭1,宋禮1,張?zhí)m威2,*

(1.甘肅華羚生物技術(shù)研究中心,甘肅蘭州 730000;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150090)

通過SPME-GC-MS檢測不同來源干酪素、曲拉及鮮奶中的揮發(fā)性成分,分析曲拉干酪素的特殊揮發(fā)性成分及來源。結(jié)果表明,曲拉干酪素特殊揮發(fā)性成分主要為3-羥基-2-丁酮、甲苯和二氧化硫,2-丁酮、壬醛可能對(duì)曲拉干酪素特殊氣味具有獨(dú)特貢獻(xiàn)。其中,3-羥基-2-丁酮部分來源于曲拉,部分來源于生產(chǎn)環(huán)節(jié);2-丁酮、壬醛和甲苯來源于生產(chǎn)環(huán)節(jié),二氧化硫可能源于生產(chǎn)環(huán)節(jié),也可能源于貯藏過程。此外,曲拉原料地域差異對(duì)干酪素氣味影響較大,色澤對(duì)其氣味的影響較小。

曲拉,干酪素,GC-MS分析,特殊揮發(fā)性成分,來源

曲拉是牧民將牦牛乳脫脂、煮沸、加酸發(fā)酵、風(fēng)干而制成的奶干渣,含有蛋白、脂肪、乳糖和礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì),其主要成分是酪蛋白,含量達(dá)到80%左右[1],是當(dāng)?shù)啬撩竦膫鹘y(tǒng)食物。酪蛋白又稱干酪素,具有良好的黏合、成膜、光亮、乳化以及穩(wěn)定的性能,廣泛應(yīng)用于皮革、造紙、塑料、紡織、醫(yī)藥以及食品等行業(yè)[2-3]。甘肅、青海等地利用曲拉富含的牦牛乳酪蛋白作為生產(chǎn)干酪素原料,取得了良好經(jīng)濟(jì)效益,但曲拉制作過程中,由于部分成分氧化和微生物作用等導(dǎo)致不飽和脂肪酸的產(chǎn)生,不飽和脂肪酸與空氣中氧作用形成過氧化物,再進(jìn)一步氧化形成醛、酮、酸類化合物[4-5],這些揮發(fā)性化合物導(dǎo)致曲拉干酪素形成異味,不易讓人接受。因此,曲拉干酪素不愉快的氣味成了制約曲拉干酪素市場發(fā)展的重要因素之一。

為解決曲拉干酪素異味問題,本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)曲拉及干酪素?fù)]發(fā)性成分的對(duì)比分析,找出曲拉干酪素不同于牛乳干酪素的揮發(fā)性成分,初步討論曲拉干酪素特殊揮發(fā)性成分及其來源。并通過比較不同產(chǎn)地曲拉及不同色澤曲拉的差異揮發(fā)性成分,初步說明不同產(chǎn)地及品質(zhì)曲拉原料對(duì)曲拉干酪素成品氣味的影響,為生產(chǎn)高品質(zhì)曲拉干酪素提供支持。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

牦牛乳采自甘肅省合作市;牛乳采自甘肅省蘭州市榆中縣;牛乳干酪素、牦牛乳干酪素自制;曲拉干酪素甘肅華羚酪蛋白股份有限公司;曲拉產(chǎn)地分別為甘肅(深色、淺色)、青海、四川、西藏，購自甘肅華羚酪蛋白股份有限公司;氯化鈉分析純。

SPME手動(dòng)進(jìn)樣手柄、萃取纖維頭75 μm CAR/PDMS美國Supelco公司;7890全二維氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀美國Agilent公司;AL104電子天平梅特勒-托利多儀器有限公司;DZKW恒溫水浴鍋上海實(shí)驗(yàn)儀器廠。

圖1　揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.1　Total ion chromatogram of volatile components 注:A牛乳干酪素;B牦牛乳干酪素;C曲拉干酪素;D牛乳;E牦牛乳;F曲拉。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1干酪素制備工藝流程(牦)牛乳干酪素:(牦)牛乳(1000 mL)→脫脂(40～45 ℃,6600 r/min離心脫脂10 min)→巴氏殺菌(72 ℃,15～20 s)→冷卻→凝乳(30～32 ℃、不斷攪拌脫脂乳、緩慢加入稀鹽酸至pH4.6)→加熱20 min至50 ℃→洗滌(300 mL蒸餾水分四次洗滌)→脫水(4000 r/min離心10 min)→造粒(20目)→干燥(55 ℃,6 h)

曲拉干酪素:曲拉→溶解(40～45 ℃用20% NaOH調(diào)節(jié)pH至9.0,溶解時(shí)間45 min)→過濾→脫脂(40～45 ℃,6600 r/min離心脫脂10 min)→巴氏殺菌(72 ℃,15～20 s)→冷卻→凝乳(30～32 ℃、不斷攪拌脫脂乳、緩慢加入稀鹽酸至pH4.6)→加熱20 min至50 ℃→洗滌(300 mL蒸餾水分四次洗滌)→脫水(4000 r/min離心10 min)→造粒(20目)→干燥(55 ℃,6 h)

1.2.2樣品前處理取10 g干酪素(或乳)樣品放入50 mL頂空瓶中,密封瓶口,在60 ℃水浴中平衡30 min。將已經(jīng)老化好的萃取頭插入頂空瓶中進(jìn)行萃取吸附30 min,拔出萃取頭,插入氣相色譜儀,推出纖維頭于250 ℃解吸5 min,拔出萃取頭。

1.2.3色譜條件OV1701石英毛細(xì)柱(60 m×0.25 mm,0.5 μm);載氣(He)流速1 mL/min;分流進(jìn)樣,分流比20∶1,分流流量:20 mL/min;升溫程序:50 ℃保持1 min,5 ℃/min升溫至260 ℃,保持10 min;進(jìn)樣口溫度:250 ℃。

1.2.4質(zhì)譜條件電子轟擊(EI)離子源:電子能量70 eV;離子源溫度:230 ℃;四級(jí)桿溫度:150 ℃;質(zhì)量掃描范圍:m/z 30～550。

1.2.5數(shù)據(jù)處理利用隨機(jī)攜帶的Xcalibur工作站NIST Libary和Wiley Libary自動(dòng)檢索各組分質(zhì)譜數(shù)據(jù),并參考文獻(xiàn)及標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)結(jié)果進(jìn)行核對(duì)與確認(rèn),僅報(bào)道正反匹配度均大于800(最大值為1000)的鑒定結(jié)果。

2　結(jié)果與分析

2.1干酪素氣味成分分析

利用SPME纖維頭吸附不同原料干酪素中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),GC-MS檢測結(jié)果見圖1(A～C),根據(jù)GC-MS分析所得質(zhì)譜信息經(jīng)計(jì)算機(jī)用NIST MS Search標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢索,得到曲拉干酪素、牦牛乳干酪素和牛乳干酪素中含有揮發(fā)性成分20多種。表1表示的曲拉干酪素、牦牛乳干酪素和牛乳干酪素的揮發(fā)性物質(zhì)及相對(duì)百分含量中,醛類、烴類物質(zhì)在三種干酪素中均有檢出,且在揮發(fā)性成分中相對(duì)含量較高,為主要揮發(fā)性物質(zhì),可能為干酪素氣味主要來源。在牛乳干酪素中未檢出酸類物質(zhì),而在其余兩種干酪素中均有檢出,提示酸類物質(zhì)可能對(duì)曲拉干酪素、牦牛乳干酪素氣味具有貢獻(xiàn)。

表1　揮發(fā)性成分氣-質(zhì)聯(lián)用分析結(jié)果Table 1　GC-MS analysis of volatile components

續(xù)表

注:“-”代表未檢出。

2.2曲拉干酪素特殊揮發(fā)性成分分析

由表1可以看出,牛乳干酪素共檢出22種揮發(fā)性物質(zhì),為酮類、醛類和烴類等,其中醛類和烴類相對(duì)含量較高,分別為36.47%、26.35%。牦牛乳干酪素共檢出18種揮發(fā)性物質(zhì),包括酸類、酮類、醛類和烴類等,其中相對(duì)含量較高的是醛類,達(dá)到25.84%。曲拉干酪素共檢出19種揮發(fā)性物質(zhì),包括酸類、酮類、醛類和烴類等,相對(duì)含量較高的是醛類和烴類,達(dá)到23.74%、25.41%,因此,各種揮發(fā)性成分及含量具有較大差異。

短鏈脂肪酸(C1～C3)一般具有刺鼻氣味,C4～C8脂肪酸刺激性逐漸減小,但腐臭味逐漸增強(qiáng)[6]。奶及奶制品中含有不同種類的金屬離子,如Cu2+和Fe3+等,其主要作用是分解氫過氧化物,產(chǎn)生新的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)從而提高乳脂肪的氧化率[7]。光氧化對(duì)乳制品酸敗具有促進(jìn)作用,其酸敗程度與光線波長、光照強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間有關(guān),而且核黃素在牛奶中可用作感光劑,促進(jìn)乳脂肪的光氧化作用進(jìn)程[8]。其中,乙酸具有醋味,丁酸具有持久、刺鼻、酸敗的奶油氣息[9-10],與對(duì)照干酪素比較,曲拉干酪素、牦牛乳干酪素中檢出的乙酸、丁酸在牛乳干酪素中未檢出,因此,進(jìn)一步說明乙酸、丁酸不作為曲拉干酪素特殊氣味貢獻(xiàn)物質(zhì)。

酮類化合物由不飽和脂肪酸的β-氧化降解或熱降解以及氨基酸降解或者微生物代謝產(chǎn)生[11]。3-羥基-2-丁酮具有強(qiáng)烈的黃油、脂肪氣味[12],2-丁酮具有果香、甜味、輕微乳樣香氣[9],與對(duì)照干酪素比較,3-羥基-2-丁酮是曲拉干酪素、牦牛乳干酪素富含的差異成分,且曲拉干酪素中2-丁酮相對(duì)含量較牦牛乳干酪素高,說明3-羥基-2-丁酮對(duì)曲拉干酪素區(qū)別于牛乳干酪素的特殊氣味具有貢獻(xiàn),2-丁酮可能對(duì)曲拉干酪素區(qū)別于牛乳干酪素的特殊氣味具有貢獻(xiàn)。

乳制品中醛類大多由脂肪酸和游離脂肪酸發(fā)生自動(dòng)氧化而生成,具有強(qiáng)烈刺鼻氣味,隨分子量增大,刺激性逐漸減小,并呈現(xiàn)愉快香氣,一般C8～C12飽和醛有良好的香氣[8]。壬醛具有板油氣息[6],與對(duì)照干酪素比較,曲拉干酪素中揮發(fā)性成分壬醛相對(duì)含量較高,因此,壬醛可能對(duì)曲拉干酪素區(qū)別于牛乳干酪素的特殊氣味具有重要貢獻(xiàn)。

烴類化合物閾值高,不具有風(fēng)味活性,對(duì)風(fēng)味貢獻(xiàn)不大,但由苯環(huán)、萘環(huán)和蒽環(huán)組成的芳香烴具有較強(qiáng)的芳香風(fēng)味[6]。六甲基環(huán)三硅氧烷和八甲基環(huán)四硅氧烷作為烷烴類化合物,是含Si-O-Si鍵結(jié)構(gòu)的聚合物,無異味,乙酸乙烯,即乙酸乙烯酯,作為烯烴類化合物,具有甜的醚味,但其閾值高,對(duì)風(fēng)味貢獻(xiàn)不大[13],甲苯具有堅(jiān)果味、杏仁味和苦澀味[14],只在牦牛乳、牦牛乳干酪素和曲拉干酪素中檢出,且在曲拉干酪素中的相對(duì)含量最大,因此,甲苯對(duì)曲拉干酪素區(qū)別于牛乳干酪素的特殊氣味具有貢獻(xiàn)。

含硫化合物在天然風(fēng)味中,具有非常重要作用,不但與腐爛蔬菜的氣味密切相關(guān),而且與許多食品熱處理過程中產(chǎn)生的不愉快氣味有關(guān),含硫風(fēng)味物質(zhì)在極低的感覺閾值便可對(duì)食品風(fēng)味產(chǎn)生貢獻(xiàn)[8]。曲拉干酪素中含硫化合物二氧化硫是曲拉干酪素區(qū)別于牛乳干酪素的揮發(fā)性成分,二氧化硫具有刺激性臭味,說明二氧化硫?qū)η衫宜靥厥鈿馕毒哂胸暙I(xiàn)作用。

綜上所述,3-羥基-2-丁酮、甲苯和二氧化硫是曲拉干酪素區(qū)別于其它干酪素的特殊揮發(fā)性成分,它們與2-丁酮、壬醛綜合作用,對(duì)形成曲拉干酪素特殊氣味具有獨(dú)特貢獻(xiàn)。

2.3曲拉干酪素特殊揮發(fā)性成分來源分析

表1綜合比較可以看出,牦牛乳揮發(fā)性成分種類多于普通牛乳,主要是戊醛、己醛、糠醛。在原料牦牛乳制成曲拉后,出現(xiàn)了多種新的揮發(fā)性成分,導(dǎo)致曲拉風(fēng)味復(fù)雜,氣味不愉悅。普通牛乳在制成干酪素后也出現(xiàn)了多種揮發(fā)性成分。由此可見,在干酪素制備過程中由于原料曲拉的特殊性,會(huì)導(dǎo)致多種新?lián)]發(fā)性成分的產(chǎn)生,因此控制干酪素的生產(chǎn)過程能有效的控制干酪素的揮發(fā)性成分。

表2　曲拉揮發(fā)性成分氣-質(zhì)聯(lián)用分析Table 2　GC-MS analysis of volatile components of Qula

3-羥基-2-丁酮在曲拉、牦牛乳干酪素和曲拉干酪素中均存在,由相對(duì)含量可以看出,曲拉中3-羥基-2-丁酮相對(duì)含量高于曲拉干酪素,而牦牛乳干酪素中只含有少量3-羥基-2-丁酮,因此認(rèn)為曲拉干酪素中3-羥基-2-丁酮部分來源于曲拉,部分來源于生產(chǎn)環(huán)節(jié);2-丁酮只在牦牛乳中未檢出,由相對(duì)含量可以看出,曲拉中2-丁酮相對(duì)含量低于曲拉干酪素,因此認(rèn)為曲拉干酪素中2-丁酮來源于生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

壬醛在牦牛乳、普通牛乳均不存在,但在干酪素中均存在,且曲拉干酪素和牦牛乳干酪素中的含量明顯高于曲拉,因此分析認(rèn)為,曲拉干酪素中壬醛來源于生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

甲苯在曲拉干酪素中的含量明顯高于牦牛乳和牦牛乳干酪素,但在曲拉中并未檢到,因此,分析認(rèn)為曲拉干酪素中甲苯來源于生產(chǎn)過程;二氧化硫具有刺激性氣味,只在曲拉干酪素中含有,因此,分析認(rèn)為曲拉干酪素中二氧化硫來源于生產(chǎn)環(huán)節(jié)或貯藏過程。

2.4曲拉揮發(fā)性成分對(duì)比分析

圖2　曲拉揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.2　Total ion chromatogram of volatile components of Qula

續(xù)表

由表2不同地區(qū)曲拉揮發(fā)性成分檢測結(jié)果可以看出,甘肅、青海、四川和西藏四個(gè)地區(qū)的曲拉中,四川曲拉所檢出揮發(fā)性物質(zhì)種類最少,青海曲拉所檢出的揮發(fā)性物質(zhì)種類最多。酸類、醇類在四川曲拉檢出種類最少、相對(duì)含量最低;酮類物質(zhì)在四川曲拉中相對(duì)含量最高,但在甘肅曲拉中最低,且種類最少;酯類物質(zhì)在四川曲拉和西藏曲拉中均未檢出;醛類物質(zhì)是主要的揮發(fā)性物質(zhì),四川曲拉中相對(duì)含量最多。

通過對(duì)比分析,曲拉干酪素所檢出的特殊揮發(fā)性成分3-羥基-2-丁酮在四川曲拉中相對(duì)含量最低,而在西藏曲拉中相對(duì)含量最高;甲苯在四川曲拉和西藏曲拉中均無檢出,壬醛在青海曲拉、四川曲拉中的相對(duì)含量較低,因此,四川曲拉所含曲拉干酪素檢出的特殊揮發(fā)性氣味成分較少,含量較低,對(duì)制備曲拉干酪素來說相對(duì)較好。

由表2不同色澤曲拉揮發(fā)性成分檢測結(jié)果可以看出,深色曲拉區(qū)別于淺色曲拉的特殊揮發(fā)性物質(zhì)為丙酮、2-丁酮、2,3-丁二酮、壬醛、正己烷和二甲基三硫,丙酮具有辛辣甜味氣味,2-丁酮具有似丙酮的氣味,2,3-丁二酮呈奶油香氣,壬醛具有板油氣味,正己烷具汽油味,二甲基三硫類似新鮮洋蔥氣息;淺色曲拉區(qū)別于深色曲拉的揮發(fā)性物質(zhì)為異戊醇、甲苯和6,6-二甲基富烯,甲苯具有芳香氣味,異戊醇有不愉快的氣味,6,6-二甲基富烯具有刺激氣味,因此深色曲拉具有的特殊氣味明顯多于淺色曲拉,但由于曲拉干酪素所檢出的特殊揮發(fā)性物質(zhì)在深色曲拉和淺色曲拉中差異不明顯,因此曲拉色澤對(duì)制備的曲拉干酪素氣味影響較小。

3　結(jié)論

本研究采用SPME技術(shù),結(jié)合GC/MS檢測分析,經(jīng)對(duì)比分析得到,曲拉干酪素區(qū)別于鮮奶干酪素的特殊揮發(fā)性物質(zhì)主要有3-羥基-2-丁酮、甲苯和二氧化硫,2-丁酮、壬醛對(duì)曲拉干酪素特殊氣味可能具有一定貢獻(xiàn)。其中,2-丁酮、壬醛和甲苯來源于生產(chǎn)環(huán)節(jié),二氧化硫可能源于生產(chǎn)環(huán)節(jié),也可能源于產(chǎn)品貯藏過程,3-羥基-2-丁酮一部分源于原料曲拉,一部分源于生產(chǎn)環(huán)節(jié)。曲拉地域?qū)η衫宜貧馕队绊懢哂幸欢ㄗ饔?甘肅、青海、四川和西藏曲拉中,四川曲拉作為原料相對(duì)較好;曲拉色澤對(duì)曲拉干酪素氣味影響不大。

原料曲拉和曲拉干酪素生產(chǎn)環(huán)節(jié)生成的多種揮發(fā)性成分對(duì)終產(chǎn)品干酪素的氣味產(chǎn)生一定的作用。因此,為解決曲拉干酪素特殊氣味問題,首先,應(yīng)選取氣味較好的曲拉為原料,其次,應(yīng)主要從生產(chǎn)環(huán)節(jié)入手,改進(jìn)工藝,減少相關(guān)揮發(fā)性物質(zhì)的產(chǎn)生。

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Analysis of volatile compounds and sources from Qula casein based by SPME-GC-MS method

LUO Li1,SUN Ke1,LU Ying-rui1,LIU Gong1,HE Xiao1,SONG Li1,ZHANG Lan-wei2,*

(1.Gansu Hualing Biotechnology Research Center,Lanzhou 730000,China;2.College of Food Science and Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China)

In this stuy,in order to explore the special volatile compounds of Qula casein as well as their source ,the SPME-GC-MS had been used to detect the volatile chemistries of caseins extracte from different raw materials as well as Qula and fresh milk. The results indicated that acetic acid,3-oxhydryl-2-butanone,nonanal,toluene and sulfur dioxide were the distinctively substance of the Qula casein,which had unique contribution to the Qula casein special odor and acetic acid was root in Qula. 3-oxhydryl-2-butanone was partly root in Qula,and partly from the production process. Nonanal,toluene and sulfur dioxide were from the preparation procedure. In addition,regional divergence of Qula had a biggish contribution to the smell of casein but not the color of the raw material.

Qula;casein;GC-MS analysis;special volatile components;source

2015-12-22

羅麗(1987-),女,碩士,研究方向:食品科學(xué),E-mail:1072838931@qq.com。

張?zhí)m威(1961-),男,博士,教授,研究方向:乳制品及益生菌功能,E-mail:zhanglw@hit.edu.cn。

國際科技合作重點(diǎn)項(xiàng)目計(jì)劃(2011DFA32550)。

TS252.1

A

1002-0306(2016)14-0083-07

10.13386/j.issn1002-0306.2016.14.008