热处理对驼乳营养成分与挥发性风味物质的影响

何静，阿拉腾萨其拉，吉日木图,2*

1(内蒙古农业大学，乳品生物技术与工程教育部重点实验室，内蒙古 呼和浩特，010018) 2(内蒙古骆驼研究院，内蒙古 巴丹吉林，737300)

动物乳是人类食物的重要来源，含有丰富的营养物质，包括易消化的蛋白质、钙、维生素和矿物质等[1]。由于营养成分的丰富，乳也成为微生物生长的肥沃介质，这些微生物可能会导致乳制品变质，也会引发人类的食源性疾病。因此，乳制品通常需经过工业化加工，以确保人类食用安全并延长其保质期。热处理是保存乳制品安全的最常见的方法。目前大量研究证实，热处理会导致蛋白质在二级、三级或四级结构上呈自然展开状态，但是一级结构中主链肽键未裂解，从而产生不被肠道水解的蛋白质[2]。先前研究报道，巴氏杀菌对牛乳和人乳酪蛋白结构影响不大，但对乳清蛋白结构存在一定影响[3-5]。乳糖作为动物乳和人乳中主要的碳水化合物在加热过程中也会发生热变，影响鲜乳的风味[6-7]。热处理还会致维生素B12、维生素E、维生素C、叶酸和核黄素等水溶性维生素含量减少[8]。此外，在热处理过程中，会导致乳中赖氨酸损失[2]、游离脂肪酸含量增加[9]，更会导致乳中的各种天然酶和微生物代谢的酶变性或数量改变[10]。

当采用热处理来减少或破坏微生物和酶活性以确保安全性和延长货架期时，鲜乳的风味同时也会发生变化。不同热处理产生的风味直接或间接地影响乳制品风味质量及应用特性，例如微生物的杀灭、乳清蛋白和酪蛋白间的交联、脂肪的氧化、美拉德和焦糖化反应等，这些变化均使牛乳产生不同于原料乳的风味组成，并会伴随蒸煮味、氧化味、焦糊味等风味产生[11-12]。驼乳不含β-乳球蛋白，富含大量的维生素C、免疫球蛋白、抑菌活性物质和多不饱和脂肪酸，具有极高的营养价值[13-14]。但是驼乳作为一种特色乳，目前对其风味的报道较少。因此，本研究以驼乳为研究对象，研究了驼乳在加热过程中基础成分的变化。同时通过电子舌、电子鼻和GC-MS对不同热处理的驼乳中的风味物质进行检测，并采用主成分分析(principal component analysis，PCA)建立不同热处理驼乳挥发性风味物质的评价模型，以期为驼乳的生产加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集

所用鲜驼乳采自内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特后旗一牧场。从该牧场采集成年母驼的乳样，将采集后乳样随机分为3组(每组3个重复)，采集新鲜骆驼乳，简单过滤除去砂石、毛发等杂质后，将乳样温度迅速降至4 ℃，保持该温度快速运送至实验室。对鲜驼乳分别进行低温长时杀菌(65 ℃，30 min)、高温短时杀菌(85 ℃，15 s)、超高温瞬时杀菌(ultra-high temperature instantaneous sterilization，UHT)处理[(135±5) ℃，5 s]，其中一部分鲜驼乳不进行处理。热处理方式：采用中试 UHT 设备对健康奶驼生产的驼乳进行热处理。首先将驼乳预热到 60～65 ℃，采用二级均质[(20±2) MPa]后进入中试 UHT 中分别进行 85 ℃，15 s 和 (135±5) ℃，5 s 杀菌热处理。将热处理后不同驼乳样品和未处理的鲜驼乳在-20 ℃ 冷冻保存，备用。工艺流程如下：

1.2 仪器与设备

PEN3便携式电子鼻，德国AIRSENSE公司；7697A-7890B-5977C 气相色谱-质谱联用，美国Agilent公司；L-8900氨基酸分析仪，日本日立公司。

1.3 实验方法

1.3.1 基本营养成分的检测

对未处理和采取不同热处理的驼乳样品进行基础营养指标检测。驼乳脂肪含量参照GB 5009.6—2016盖勃法测定；蛋白质含量参照GB 5009.5—2016自动凯氏定氮仪法测定；乳糖含量参照GB 5413.5—2010莱因-埃农氏法测定；灰分含量参照GB 5009.4—2016方法测定；维生素C检测采用GB 5413.18—2010方法测定。

1.3.2 电子舌检测

数据采集前，需进行电子舌检测系统自检、诊断和矫正等过程，以确保电子舌传感器响应信号的可靠性和稳定性，电子舌检测系统工作温度控制在25 ℃左右。之后取35 mL不同热处理驼乳分别于电子舌检测样品杯中作为待测液。将待测液倒入容量为100 mL的烧杯中，数据采集序列为超纯水和待测液交替进行，为使传感器响应值趋于平稳，每个样品数据采集时间为120 s，选取第120 s时的响应值作为特征值进行分析。其中酸、甜、苦、涩、鲜、咸等6味采用Sample_Measurement程序测定[11]，每个样品测定3个 平行值。

1.3.3 电子鼻检测

取35 mL不同热处理驼乳利用PEN3电子鼻电子舌检测样品。采用PEN3电子鼻对驼乳样品中的气味进行检测。PEN3电子鼻传感器阵列包括10个金属氧化物传感器，分别为W1C(对芳香性化合物敏感)、W5S(对氮氧化合物敏感)、W3C(对氨类和芳香化合物敏感)、样品在密封状态下通过顶空抽样方式检测，载气为空气，顶空温度25 ℃，内部流量为300 mL/min， 进样流量300 mL/min，测定时间120 s。数据处理：响应曲线在60 s后达到稳定，选取63、64和65 s的响应值，并计算其平均值为测试值。具体见表1。

表1 电子鼻传感器及其响应物质

1.3.4 GC-MS分析

采用气相色谱-质谱联用仪对所有样品中的挥发性气味成分进行相对定量分析。气相色谱条件：起始温度为35 ℃，保持5 min；以5 ℃/min升温至140 ℃，保持2 min；以10 ℃/min升温至250 ℃，保持3 min；汽化室温度250 ℃；载气为氦气(≥99.999%)，流速1.0 mL/min；不分流进样。

质谱条件:电离方式为电子轰击离子源(electron impact ion source，EI)，电子能量 70 eV;发射电流100 μA；离子源温度为230 ℃；质量扫描范围 30～550(m/z)。

1.4 数据分析

所有数据均表示为平均值±标准差。使用SPSS 24(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)进行单因素方差分析(analysis of variance，ANOVA)和Duncan检验。使用SPSS 24、SIMCA 14.1(Umetrics，Sweden)和R版本3.6.0(MathSoft Inc.，Massachusetts，USA)进行PCA、热图分析。所有检验的统计学显著性标准均为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同热处理驼乳营养成分分析

热处理会影响乳中脂肪、蛋白质、乳糖和水溶性维生素等的含量[8]。据报道，随着温度增加会导致乳成分发生一定程度蛋白质变性、乳糖异构化以及美拉德反应[2, 15]。如表2所示，与未处理的原料乳比较，UHT处理驼乳的部分营养成分发生一定程度的损失。其中乳糖作为动物乳和人乳中主要的碳水化合物在加热过程中会发生热变，其含量在UHT灭菌驼乳中显著降低(P<0.05)。此外，UHT灭菌驼乳会导致维生素C和蛋白质的含量也显著降低(P<0.05)。

表2 不同热处理驼乳的主要营养成分

2.2 不同热处理驼乳电子舌结果分析

食物的呈味是一个复杂的过程，电子舌体系中味觉物质的信号由传感器获得，并以类似人味觉感受方式检测出味觉物质，该方法已被广泛应用于乳品行业检测中[16]。因此，采用电子舌分析不同热处理驼乳的整体滋味的特点。如表3所示，利用电子舌传感器对不同的加热条件的杀菌驼乳的味觉指标进行测定，其中咸味的味感值最大，酸味的味感值最小，其他味感值介于两者之间。其中65 ℃条件处理30 min驼乳的涩味和苦味响应值显著低于其他组(P<0.05)。此外，随着加热温度升高，加热时间缩短，驼乳的甜味和酸味的响应值明显增加，其中UHT处理的最大(P<0.05)。导致滋味发生改变的可能原因是在加热过程中蛋白质分解为游离氨基酸或蛋白质与乳糖发生美拉德反应，对鲜乳的滋味产生较大改变；此外，热处理后脂肪的水解会影响鲜乳的酸味，乳糖的组成和含量会影响甜味，钠盐会在咸味方面发挥一定作用。

表3 不同热处理驼乳电子舌建立的味觉指标

对所有样品的电子舌响应值进行PCA，结果显示第1和第2主成分的累积贡献率达99.9%，说明前2个主成分包含样品几乎所有信息，能够有效地反映样品的整体信息。由图1可知，不同加热处理驼乳所在区域不重叠，各样品差异显著，未加热处理的驼乳与其他样品距离较远，差异明显。该结果说明不同热处理方式对驼乳的滋味有明显的影响。利用电子鼻响应值PCA可很好地区分不同热处理样品，差异显著，其中低温长时巴氏杀菌组与其他组有明显的差异。

图1 不同方法处理驼乳电子舌分析的PCA图

2.3 不同热处理驼乳电子鼻结果分析

由图2可知，不同热处理样品的W1W、W1S和W2W传感器响应值差异显著，说明各样本中的硫化氢、烃类物质、芳香族化合物和有机硫化物存在显著差异，且UHT处理的W1W、W1S和W2W传感器响应值最大。同时，对所有样品的电子鼻响应值进行PCA，结果显示第1主成分贡献率为80.4%，第2主成分贡献率为16.4%，第1主成分和第2主成分累积贡献率96.8%，包含的大部分的样本信息，可有效地表达各样品间差异性。如图3所示，利用PCA可很好地区分不同热处理的驼乳样品，其中2种巴氏杀菌乳气味较类似，与UHT处理乳样品气味差异较大。这可能是由于鲜乳的UHT处理会导致驼乳中蛋白质、碳水化合物、脂类以及其他化合物的挥发性化合物的形成，从而影响乳的香气[17]。

图2 传感器对不同热处理驼乳的雷达图

图3 不同热处理驼乳电子鼻PCA图

本研究采用偏最小二乘回归分析，研究不同热处理产物中风味和滋味之间的相关性。以不同热处理驼乳的6个感官属性作为X变量，以电子鼻10个传感器作为Y变量，电子鼻10个传感器指标和感官属性的相关性载荷图见图4。尽管有些风味物质不能用感官滋味属性来解释，但在该研究中证实，风味与滋味之间仍存在一定相关性。如图4所示，W1S、W1W、W2W传感器和鲜味和甜味感官属性一定程度上相关。

图4 不同热处理驼乳挥发性化合物与感官属性之间相关性的PLSR分析

2.4 不同热处理驼乳挥发性风味物质分析

利用GC-MS技术检测不同热处理条件下驼乳中的风味物质，结果显示未处理的驼乳中主要为醇、酯、烷、酸等物质；经过热处理后挥发性风味物质与原乳比，在组成和含量上发生较大变化，尤其是UHT灭菌驼乳(图5)。如图6所示，加热前后，驼乳中醛类(己醛、庚醛、苯甲醛、壬醛等)和酮类化合物(丙酮、1-苯甲酰氧基-2,5-吡咯烷二酮)发生较大变化。据报道，醛、酮物质和有机酸是美拉德反应的主要产物[18]，其中酮类物质是乳制品中重要的风味物质，会形成独特的风味，它可以在乳样品中产生奶油味和甜味[19-20]；醛类物质也是乳中风味物质的主要成分，是乳中脂肪氧化反应的中间产物[21-22]。因此，推测这可能也是UHT灭菌驼乳具有独特风味的主要组成成分。同时，在该研究中显示，在高温处理驼乳中烷烃类化合物(如六甲基-环三硅氧烷)含量也明显增加。据报道，烷烃类物质可能来源于牛奶中游离脂肪酸的自动氧化[23]。因此推测，在脂肪存在的情况下，热处理在135 ℃时可能更容易发生美拉德反应，从而导致其产物留在驼乳中。同时，鲜乳加热后脂肪酸发生了一系列化学反应，生成了酯类等物质，乳中酯类物质主要通过脂肪酸与脂肪醇发生酯化反应形成，通常酯类物质具有特殊的香气，对乳的风味形成具有重要作用[24-25]。本研究发现会产生大量的3-甲基庚基乙酸酯，尤其UHT乳中(图6)。与前人研究一致，不同热处理条件的驼乳与牛乳主要挥发性风味物质为醇、酯、烷、酸等物质[26]，但是，在加热处理后的驼乳中，研究未检测酚类物质。

图5 不同热处理条件下驼乳挥发性风味物质种类对比

图6 不同热处理驼乳的挥发性物质热图

3 结论

本研究对3种不同热处理驼乳的挥发性风味物质和营养物质进行了比较分析，证实UHT灭菌处理会对驼乳基本营养成分造成一定程度的损失，尤其是维生素C、蛋白质和乳糖的含量。在此基础上，采用电子鼻和电子舌分析可很好地区分不同热处理的驼乳，气味和滋味都会发生很大的差异，但气味与滋味之间也存在一定相关性。同时，研究采用GC-MS鉴定出不同热处理条件的驼乳挥发性物含量发生变化，尤其UHT处理驼乳醛类和烷烃类化合物显著增加。由此可见，不同的热处理方式对驼乳的风味品质有不同的影响。在满足杀菌和产品工艺要求情况下，随着人民生活水平的不断提高，对于杀菌乳品质的个性化要求会越来越多，因此本研究将为生产加工不同热处理品质的驼乳产品提供依据。