申夢娜，喬海軍*，張衛(wèi)兵，賈志龍，張春艷，楊晰

1(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，甘肅 蘭州，730070)2(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州，730070) 3(山東海能科學(xué)儀器有限公司，山東 濟南，250000)

酸奶是典型的發(fā)酵乳制品，由于其豐富的營養(yǎng)價值和特有的功能特性，越來越受到消費者的青睞[1]。隨著消費者口味的改變及酸奶產(chǎn)品升級的需要，近年來，不同口味酸奶的開發(fā)成為酸奶市場的發(fā)展趨勢[2]。酸奶的風(fēng)味是評價其質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，不同品牌的酸奶因原料和發(fā)酵工藝的不同，在整體風(fēng)味上有著較大的差異[3]。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)對酸奶風(fēng)味品質(zhì)起決定性影響，因此酸奶中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)逐漸成為研究熱點[4]。

傳統(tǒng)方法分析酸奶揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)通常需要從復(fù)雜的基質(zhì)中分離并富集揮發(fā)性風(fēng)味成分[5]，如采用固相微萃取[6]、同時蒸餾萃取[7]和溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)[8]等常見的前處理方式。固相微萃取法雖然無需溶劑、靈敏度高，被廣泛應(yīng)用于酸奶中揮發(fā)性成分的提取，但其長時間加熱會改變不穩(wěn)定組分，精度低[5]，且對沸點相對較高的化合物提取效率不佳[9]。同時蒸餾萃取法與固相微萃取法相比，選擇性高、回收率高，但未減壓時不穩(wěn)定化合物會受熱分解，易產(chǎn)生熱效應(yīng)[5]。溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)法可以解決固相微萃取法無法有效萃取樣品中的痕量揮發(fā)性成分的問題，且避免了同時蒸餾萃取法過程中熱敏性揮發(fā)性成分的損失[10]，但相比固相微萃取法，對易揮發(fā)性成分的提取效率較低[9]。此外，這些復(fù)雜的前處理技術(shù)無法達到快速檢測的目的。氣相色譜-離子遷移率光譜法(gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS)技術(shù)無需樣品前處理，極大簡化了分析過程，可實現(xiàn)快速檢測，且其靈敏度更高，檢測限更低[11]，已逐漸應(yīng)用于食品分類與摻假、食品特征風(fēng)味分析、食品加工過程監(jiān)測和新產(chǎn)品開發(fā)等方面[12-13]。目前GC-IMS技術(shù)用于發(fā)酵乳制品揮發(fā)性風(fēng)味成分的檢測相對較少，將其用于市售風(fēng)味酸奶揮發(fā)性風(fēng)味化合物的分析尚未見報道。

本研究以市售莊園牧場3種口味的酸奶和4個不同品牌黃桃燕麥酸奶為研究對象，利用風(fēng)味感官評價分析不同酸奶的風(fēng)味特征及差異，并采用GC-IMS技術(shù)建立揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的指紋圖譜，結(jié)合主成分分析(principal component analysis，PCA)對不同酸奶樣品進行差異性分析。以期為酸奶的風(fēng)味改善和品質(zhì)調(diào)控提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酸奶樣品，購于北京華聯(lián)超市(蘭州海關(guān)銀灘雅苑店)，樣品信息詳見表1。

正構(gòu)酮類(2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮和2-壬酮)，均為分析純，北京國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器

FlaourSpec?風(fēng)味分析儀，德國G.A.S mbH公司(配有CTC PAL RSI自動頂空進樣裝置)；20 mL頂空進樣瓶，寧波哈邁儀器科技有限公司；1～5 mL移液槍，賽默飛世爾科技(中國)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 風(fēng)味感官評價方法

采用定量描述感官評價法[14]，從食品活性成分與風(fēng)味化學(xué)研究團隊成員中篩選出8名(4名男生，4名女生)感官評價員，經(jīng)培訓(xùn)后組成評價小組。依據(jù)評價員對風(fēng)味的描述，經(jīng)討論后確定了6個風(fēng)味感官評價指標(biāo)以及相應(yīng)的定義(表2)。

表2 市售酸奶樣品風(fēng)味感官評價指標(biāo)Table 2 Flaor sensory ealuation index of commercial yogurt samples

將酸奶樣品，感官評價指標(biāo)的定義和標(biāo)準(zhǔn)品同時呈送給評價小組，評價小組按0～5的標(biāo)度(0=不存在，1=剛好可識別，2=強度弱，3=中等，4=強，5=很強)評價每個酸奶樣品的香氣強度。每個樣品的香氣強度值取評價員風(fēng)味感官評價的平均值。

1.3.2 GC-IMS分析條件

頂空進樣條件：準(zhǔn)確取量5.00 mL樣品，移入20 mL頂空瓶中，封口。每份樣品重復(fù)3次。采用自動頂空方式進樣。進樣體積500 μL；孵育時間20 min；孵育溫度80 ℃，進樣針溫度85 ℃。

GC條件：FS-SE-54-CB-1色譜柱(15 m×0.53 mm，1 μm)，柱溫60 ℃，載氣流速程序：初始流速2 mL/min，保持2 min；8 min內(nèi)線性升至10 mL/min，然后10 min內(nèi)線性升至100 mL/min，再5 min內(nèi)線性升至150 mL/min。

IMS條件：溫度45 ℃；漂移氣(E1)和載氣(E2)均為N2(純度≥99.999%)，漂移氣流速150 mL/min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過外標(biāo)法(C4～C9正構(gòu)酮)計算化合物的相對保留指數(shù)和配套軟件GC×IMS Library Search(內(nèi)置NIST和IMS數(shù)據(jù)庫)對化合物進行定性分析；采用系統(tǒng)自帶分析軟件LA(Laboratory Analytical iewer)中Reporter和Gallery Plot插件進行圖譜的對比分析；Dynamic PCA插件進行主成分分析。按峰體積歸一化法計算各揮發(fā)性組分的相對含量。采用Origin 2018 Pro軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種莊園牧場酸奶揮發(fā)性風(fēng)味差異分析

2.1.1 不同莊園牧場酸奶的風(fēng)味感官評價結(jié)果

由圖1可知，不同酸奶樣品間風(fēng)味感官評價結(jié)果存在較大差異，其中焙烤味、青草味和花香味差異最大，乳酸味和果香味次之，奶香味差異最小。由風(fēng)味圖1可知，ZY-HT花香味和果香味較為強烈，ZY-TS次之，ZY-YW較弱；ZY-YW的奶香味和乳酸味較為濃郁；ZY-TS焙烤味最突出。同時3種酸奶中均有花香味和青草味作為修飾，且ZY-HT的青草味較為突出，可能是燕麥的添加為其貢獻了青草味。

圖1 不同莊園牧場酸奶風(fēng)味感官評價雷達圖Fig.1 Radar chart of flaor sensory ealuation of different yogurts from Zhuangyuan Pasture

2.1.2 不同莊園牧場酸奶GC-IMS譜圖差異

圖2是3種莊園牧場酸奶揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-IMS二維差譜圖，以ZY-TS樣品譜圖為參比，其他樣品譜圖扣減參比所得。圖中紅色表示該揮發(fā)性物質(zhì)的含量高于參比，藍(lán)色代表該物質(zhì)的含量低于參比，橫坐標(biāo)8.0 ms處紅色豎線為反應(yīng)離子峰(reaction ion peak，RIP)，RIP兩側(cè)的每一個點代表一種揮發(fā)性風(fēng)味化合物。顏色代表物質(zhì)的信號強度，顏色越深，強度越大[15]。3種酸奶中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有明顯差異。ZY-HT的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)最多，ZY-YW次之，ZY-TS最少，同一化合物的含量也存在較大差異。

圖2 不同莊園牧場酸奶的GC-IMS二維差譜圖Fig.2 GC-IMS two-dimensional differential spectrum of different yogurts from Zhuangyuan Pasture

2.1.3 不同莊園牧場酸奶揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的定性及含量差異分析

根據(jù)保留時間和遷移時間，通過軟件GC×IMS Library Search檢索，結(jié)合正構(gòu)酮C4～C9作為外標(biāo)對揮發(fā)性風(fēng)味化合物進行定性分析[16]，共檢測到69個信號峰，鑒定了其中的44種揮發(fā)性組分(表3)，包括酯類化合物15種、醛類化合物9種、酮類化合物9種、醇類化合物8種、酸類化合物2種和1種吡嗪類化合物，這些揮發(fā)性風(fēng)味化合物共同構(gòu)建了3種莊園牧場酸奶和4個品牌黃桃燕麥酸奶的特征風(fēng)味。

為了確定各類揮發(fā)性風(fēng)味化合物在3種酸奶中的含量差異，采用歸一化法計算各組分的相對含量，結(jié)果如圖3所示。吡嗪類(0.55%)在ZY-TS中含量最高，這可能是ZY-TS焙烤風(fēng)味突出的原因；ZY-YW中酮類(73.44%)和酸類(4.55%)含量明顯高于其他2種酸奶，這可能是ZY-YW奶香味較濃郁的原因；ZY-HT的酯類(23.78%)、醛類(21.6%)和醇類(12.37%)含量最高，這可能是ZY-HT果香味、花香味和青草味較為突出的原因。

2.1.4 不同莊園牧場酸奶的指紋圖譜

為解析3種莊園牧場酸奶的特征揮發(fā)性風(fēng)味化合物及差異，采用Gallery plot插件將GC-IMS二維圖譜中所有譜峰重構(gòu)為指紋圖譜(圖4)，并識別了它們的特征峰區(qū)域[18]。圖中每一行代表一個樣品中選取的全部信號峰，每一列代表同一揮發(fā)性風(fēng)味化合物在不同樣品中的信號峰，數(shù)字編號表示化合物未定性，不作分析。

從指紋圖譜(圖4)可清楚地看出3種酸奶的特征揮發(fā)性風(fēng)味化合物及差異。正己醇、2-乙基-5-甲基吡嗪、庚醛單體、乙酸丙酯、苯甲酸乙酯(單體和二聚體)和丁酸甲酯等構(gòu)成了ZY-TS的特征峰區(qū)域(圖中A區(qū)域)；2-戊酮、2-庚酮(單體和二聚體)、異戊醛、乙酸丁酯(單體和二聚體)、1-戊醇、乙酸戊酯(單體和二聚體)、糠醛(單體和二聚體)和2-壬酮(單體和二聚體)等構(gòu)成了ZY-YW的特征峰區(qū)域(圖中B區(qū)域)；正己醛二聚體、乙醇、苯甲醛(單體和二聚體)、乙酸乙酯、丁酸丁酯、芳樟醇(單體、二聚體和多聚體)、正己酸乙酯和氧化芳樟醇等構(gòu)成了ZY-HT的特征峰區(qū)域(圖中C區(qū)域)。這些特征峰區(qū)域不僅是ZY-TS、ZY-YW和ZY-HT酸奶樣品間具有明顯差異的原因，同時也決定了不同酸奶的風(fēng)味特征。2-乙基-5-甲基吡嗪為ZY-TS提供了獨特且濃郁的堅果味和烘烤味，掩蓋了其他香味[19]，使得ZY-TS的焙烤味最為突出。ZY-YW的特征揮發(fā)性風(fēng)味化合物2-壬酮貢獻了一定的奶香味和水果味，符合其風(fēng)味感官評價結(jié)果。ZY-HT的特征揮發(fā)性風(fēng)味化合物中正己醛二聚體、苯甲醛二聚體、乙酸乙酯、丁酸丁酯和芳樟醇單體含量遠(yuǎn)高于其他酸奶，它們分別為ZY-HT提供了突出的青草味、杏仁味、菠蘿味、蘋果味和花香味，與其風(fēng)味感官評價結(jié)果相一致。

此外，3-羥基-2-丁酮在3種酸奶中含量都較高，它給酸奶貢獻了強烈的奶香味。賦有奶酪味和油脂味的己酸(單體和二聚體)含量在ZY-YW和ZY-HT中均較高。2-丁酮和丙酮在ZY-TS和ZY-YW中含量均較高，它們能夠賦予酸奶較為濃郁的水果香韻，這與ERKAYA等[20]發(fā)現(xiàn)丙酮和2-丁酮是發(fā)酵乳中的主要風(fēng)味物質(zhì)結(jié)果一致。

2.1.5 不同莊園牧場酸奶的PCA

3種莊園牧場酸奶樣品的PCA結(jié)果如圖5所示。PC1和PC2貢獻率分別為61%和34%，累計方差貢獻率為95%，表明PCA結(jié)果有效。ZY-TS、ZY-YW和ZY-HT樣品分別分布在不同象限，且彼此之間距離較遠(yuǎn)，說明3種酸奶樣品之間的差異較大。PCA結(jié)果能夠很好地區(qū)分3種莊園牧場酸奶樣品。

2.2 4個品牌黃桃燕麥酸奶揮發(fā)性風(fēng)味差異分析

2.2.1 不同黃桃燕麥酸奶的風(fēng)味感官評價結(jié)果

由4個品牌黃桃燕麥酸奶的風(fēng)味感官評價雷達圖(圖6)可以看出，不同酸奶樣品間風(fēng)味感官評價結(jié)果差異較小，它們均具有較強的奶香味、果香味、花香味和青草味，乳酸味和焙烤味較弱。ZY-HT的奶香味、乳酸味、花香味和青草味較為強烈；GYR-HT花香味和青草味相對較弱；CQ-HT和AMX-HT的風(fēng)味感官評價結(jié)果相近；4個品牌酸奶樣品間果香味和焙烤味差異最小。

2.2.2 不同黃桃燕麥酸奶GC-IMS譜圖差異

4個品牌黃桃燕麥酸奶的GC-IMS二維差譜圖如圖7所示，ZY-HT的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)最少，CQ-HT、GYR-HT和AMX-HT酸奶樣品間的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)差異較小，CQ-HT和AMX-HT之間揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)最為相似，且4個酸奶樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量存在明顯差異。

2.2.3 不同黃桃燕麥酸奶的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量差異分析

4個品牌黃桃燕麥酸奶樣品揮發(fā)性風(fēng)味化合物的鑒定結(jié)果(同3種莊園牧場酸奶)見表3。

由圖8可知，4個品牌酸奶樣品間的揮發(fā)性風(fēng)味化合物含量存在明顯的差異，且酯類、醛類、酮類和醇類化合物含量均較高，酸類和吡嗪類化合物含量較低。ZY-HT中醛類、酮類和酸類化合物含量明顯高于其他3個品牌酸奶，這可能是ZY-HT與其他酸奶風(fēng)味特征差異較大的主要原因；而CQ-HT、GYR-HT和AMX-HT間揮發(fā)性風(fēng)味化合物含量差異較小，且CQ-HT和AMX-HT之間差異最小。

2.2.4 不同黃桃燕麥酸奶的指紋圖譜

從指紋圖譜(圖9)可清楚地看出4個品牌黃桃燕麥酸奶的特征揮發(fā)性風(fēng)味化合物及差異。乙醇、3-羥基-2-丁酮、丁酸甲酯、正己酸乙酯、苯甲酸乙酯(單體和二聚體)、正己醛二聚體、己酸二聚體和丁酸丁酯等構(gòu)成了ZY-HT的特征峰區(qū)域(圖中D區(qū)域)；2-甲基丁酸乙酯(單體和二聚體)、庚醛二聚體、異戊醛、葉醇和芳樟醇(單體、二聚體和多聚體)等構(gòu)成了CQ-HT的特征峰區(qū)域(圖中E區(qū)域)；正己醇、氧化芳樟醇、苯乙酮和乙酸丁酯(單體和二聚體)等構(gòu)成了GYR-HT的特征峰區(qū)域(圖中F區(qū)域)；2-甲基丁酸己酯、2-庚酮二聚體和2-壬酮單體等構(gòu)成了AMX-HT的特征峰區(qū)域(圖中G區(qū)域)。

ZY-HT的特征揮發(fā)性化合物中正己醛二聚體、3-羥基-2-丁酮和苯甲酸乙酯的含量遠(yuǎn)高于其他酸奶樣品，它們賦予了ZY-HT更加濃郁的青草味、奶香味和花香味。CQ-HT和AMX-HT的特征揮發(fā)性風(fēng)味化合物較為相似，其中賦有杏仁味的糖醛(單體和二聚體)含量在CQ-HT和AMX-HT中均較高。乙酸乙酯和乙酸丙酯在CQ-HT、GYR-HT和AMX-HT酸奶樣品中的含量均較高，它們分別貢獻了一定的菠蘿味和芹菜味。2-丁酮、苯甲醛(單體和二聚體)、己酸單體、2-戊酮和2-庚酮單體等在4個品牌酸奶中的含量都較高，它們?yōu)樗崮烫峁┝斯阄?、奶油味和花香味。ZHAO等[21]也發(fā)現(xiàn)苯甲醛和2-庚酮為酸奶中主要的揮發(fā)性風(fēng)味化合物。各酸奶樣品的特征揮發(fā)性風(fēng)味化合物GC-IMS指紋圖譜能夠很好地表征它們的風(fēng)味感官評價結(jié)果。

2.2.5 不同黃桃燕麥酸奶的PCA

從4個品牌黃桃燕麥酸奶樣品的PCA(圖10)可以看出，PC1和PC2貢獻率分別為47%和28%，累計方差貢獻率為75%，表明PCA結(jié)果有效。其中ZY-HT與其他酸奶的距離最遠(yuǎn)，與其他酸奶樣品間的差異最大；CQ-HT與AMX-HT均處于第一象限，距離最近差異最小。PCA結(jié)果能夠很好的區(qū)分ZY-HT、CQ-HT、GYR-HT和AMX-HT酸奶樣品。

3 結(jié)論

采用風(fēng)味感官評價結(jié)合GC-IMS技術(shù)，比較分析了3種莊園牧場酸奶和4個品牌黃桃燕麥酸奶的揮發(fā)性風(fēng)味化合物的差異，共鑒定了其中44種揮發(fā)性組分，包括酯類、醛類、酮類、醇類、酸類和吡嗪類化合物。實驗結(jié)果建立和表征了各酸奶樣品的特征揮發(fā)性風(fēng)味化合物指紋圖譜；3種不同莊園牧場酸奶樣品間的特征揮發(fā)性風(fēng)味化合物存在明顯差異；4個品牌黃桃燕麥酸奶樣品的指紋圖譜分析結(jié)果進一步證明GC-IMS技術(shù)適用于樣品痕量組分的檢測和差異性比較；各酸奶樣品的特征揮發(fā)性風(fēng)味化合物GC-IMS指紋圖譜差異很好地表征了風(fēng)味感官評價結(jié)果。PCA成功實現(xiàn)了不同酸奶樣品間的差異。該研究建立了基于GC-IMS技術(shù)分析酸奶揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的新方法，同時為酸奶的風(fēng)味改善和品質(zhì)調(diào)控提供了一定的科學(xué)依據(jù)。