SPME-GC-MS检测不同中西方奶酪的挥发性风味物质及比较

马艳丽1，曹雁平1,2，杨贞耐1，王 蓓1,3,*

(1.北京工商大学食品学院，北京 100048；2. 北京工商大学 食品添加剂与配料北京高校工程研究中心，北京 100048；

3.北京工商大学 北京市食品风味化学重点实验室，北京 100048)

摘 要：利用固相微萃取-气相色谱-质谱分析方法，检测并比较4种传统中式酸凝奶酪(奶疙瘩、奶豆腐、乳扇、乳饼)与西方切达奶酪中挥发性风味组分的差别。结果表明：奶疙瘩、奶豆腐、乳扇、乳饼中分别鉴定得到41、25、26种和29种挥发性化合物，切达奶酪中鉴定得到20种挥发性化合物。通过比较，得到奶疙瘩含有较多的芳香及杂环化合物；乳扇和切达奶酪中的主要挥发性物质为脂肪酸类化合物；奶豆腐和乳饼中的主要挥发性风味组分相似，均为脂肪酸类和醇类化合物。归纳其差别的原因主要是制作工艺的不同。

关键词：传统中式酸凝奶酪；切达奶酪；挥发性风味物质；固相微萃取；气相色谱-质谱联用

Comparative Analysis of Volatile Compounds in Different Cheese Samples by SPME-GC-MS

MA Yan-li1，CAO Yan-ping1,2，YANG Zhen-nai1，WANG Bei1,3,*

(1. School of Food and Chemical Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China；

2. Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients,

Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China；

3. Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)

Abstract：SPME coupled with GC-MS was applied to analyze the flavor substances in four Chinese traditional acid-coagulated cheese samples and one western Cheddar cheese. Totally 41, 25, 26 and 29 volatile components were individually distinguished in milk knots, hurood, dairy fan, and dairy cake, and 20 volatile compounds were identified in Cheddar cheese. The analysis of differences among all these cheese samples showed that the major volatile compounds in traditional acid-coagulated cheese and Cheddar cheese were different. Milk knots contained relatively more aromatic and heterocyclic compounds, while fatty acids were the major aroma volatile in dairy fan and Cheddar cheese. The major volatile flavor compounds in hurood and dairy cake were similar, and most of them were fatty acids and alcohols. These differences may result from the different manufacturing processes.

Key words：Chinese traditional acid-coagulated cheese；Cheddar cheese；volatile compounds；solid phase microextraction (SPME)；gas chromatograph-mass spectrometry (GC-MS)

中图分类号：TS252.53 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)20-0103-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201320020

近年来我国乳品行业迅速发展，产品结构发生了巨大变化，其中奶酪的生产和消费越来越为人们所关注。但当前我国大多数消费者仅知道奶酪主要产自于国外，而对我国自己生产的传统奶酪了解甚少。我国的乳文化已有几千年的历史，在众多种类的传统乳制品中，奶酪制品历史悠久，风味独特，在乳制品中占有重要的地位。常见的传统奶酪有新疆哈萨克族的奶疙瘩、蒙古族的奶豆腐、云南大理白族的乳扇、云南彝族的乳饼等[1]。我国传统奶酪与进口奶酪相比，成熟时间短，强烈风味物质产生得少，更能迎合国人的口味，而且成本较低，非常适合我国当前奶酪市场发展的需要。

通常来说奶酪按不同的加工方法可分为酸凝奶酪和酶凝奶酪两种。酸凝奶酪是利用酪蛋白在等电点附近形成凝胶而成，不需要经过较长的成熟阶段(我国传统奶酪)；而酶凝奶酪主要是在凝乳酶的作用下形成凝乳，一般要经过成熟过程(西方传统奶酪)[2]。目前，国外对西方奶酪成熟过程中挥发性风味物质的形成以及影响因素已经做了大量细致深入的研究[3-7]，而国内对于我国不同传统酸凝奶酪中挥发性风味物质的研究却相对较少，尤其是不同种类传统奶酪风味组分的研究更是鲜有报道。

本研究主要采用顶空固相微萃取(solid phase microextraction，SPME)和气相色谱-质谱联用技术(gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS) [8]对4种我国传统酸凝奶酪(奶疙瘩、奶豆腐、乳扇、乳饼)和最常见的西方切达奶酪中的挥发性风味组分进行比较和分析，对不同制作工艺得到的奶酪中的各种风味组分的来源及贡献进行进一步的分析与讨论，从而为制备适合我国消费者需要的传统酸凝奶酪研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

奶疙瘩采集自新疆阿勒泰地区；奶豆腐采集自内蒙锡林郭勒地区；乳扇、乳饼采集自云南大理；切达奶酪产自美国。

正构烷烃(C6～C30，色谱纯) 美国Sigma-Aldrich公司。

1.2 仪器与设备

6890N-5973I气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司；SPME装置的手柄、固定搭载装置及75μm CAR/PDMS萃取头 美国Supelco公司；DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器 河南予华仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 固相微萃取

取7g奶酪样品放入50mL顶空瓶中，将待吸附样品在80℃水浴中平衡30min，然后将已经老化好的萃取头插入顶空瓶中进行萃取，吸附时间30min。

1.3.2 气相色谱条件

氦气作载气，流速1mL/min，样品通过DB-Wax(30m×0.25mm，0.25μm)毛细管柱。传统酸凝奶酪(奶疙瘩、奶豆腐、乳扇、乳饼)升温程序：起始柱温35℃，保持4min，以4℃/min升到100℃，保持2min，然后3℃/min升到150℃，最后以10℃/min升到230℃，保持2min；切达奶酪升温程序：起始柱温35℃，保持4min，以4℃/min升到100℃，保持2min，然后6℃/min升到150℃，最后以5℃/min升到230℃，保持5min。

1.3.3 质谱条件

电子电离(electron ionization，EI)源，电子能量70eV，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，扫描模式Scan，质量扫描范围m/z 20～350。

1.3.4 可挥发性成分的鉴定

待鉴定化合物的质谱与NIST 08谱库中的质谱对比，同时将正构烷烃C6～C30分别与传统酸凝奶酪和切达奶酪在相同的气相色谱条件下得出GC保留时间，并计算待鉴定挥发性成分的保留指数，将其与该挥发性成分在相同毛细管柱分析的文献[9-11]报道中的保留指数进行对比。

2 结果与分析

2.1 GC-MS的检测结果

A、B、C、D、E别为奶疙瘩、奶豆腐、乳扇、乳饼、切达奶酪。

图 1 5种不同奶酪样品挥发性成分总离子流图

Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components in five

cheese samples

固相微萃取技术能有效地吸附样品中的挥发性组分，5种奶酪样品中共检测出65种风味成分(表1)，检出的物质主要包括脂肪酸类化合物、酯类化合物、醛类化合物、酮类化合物、醇类化合物、芳香及杂环化合物、醚类化合物和含硫化合物，每种化合物都有各自的风味特征。从表1可知，奶疙瘩、奶豆腐、乳扇、乳饼中分别鉴定得到41、25、26种和29种挥发性化合物，切达奶酪中鉴定得到20种挥发性化合物。不同样品的挥发性化合物的种类和百分比有较大差别：奶疙瘩中含量最高的是芳香及杂环类化合物，奶豆腐、乳饼中含量最高的是醇类化合物，乳扇、切达奶酪中含量最高的均是脂肪酸类化合物。现根据化合物种类分别进行讨论结果见表1。

表 1 5种不同奶酪样品中挥发性成分的气-质联用分析结果

Table 1 GC-MS analysis of volatile components in five cheese samples

2.2 脂肪酸酸类

脂肪酸类物质对于奶酪的风味具有重要的影响，不仅因为它们本身是风味物质而且它们是其他风味物质(如甲基酮、醇、酯等)的前体物质。5种奶酪样品中脂肪酸的含量在风味物质总量中所占的比例都较高，而且均含有丁酸、己酸、辛酸、癸酸这4种挥发性较强的中、短碳链脂肪酸，这类脂肪酸的阈值较低，在低质量浓度下均具有较为浓郁的奶香味，尤其是丁酸和己酸，其阈值均小于0.3mg/L[12]。已有研究表明，丁酸和己酸的质量浓度与切达奶酪的风味强度有较大联系[13]。

图 2 5种奶酪样品中4种主要挥发性脂肪酸的相对含量

Fig.2 Relative contents of four major volatile fatty acids in different cheese samples

丁酸是原料乳中固有的脂肪酸，常常赋予奶酪特殊的酸臭味，从表1和图2可以看出，奶疙瘩、奶豆腐、乳饼中所含的丁酸的相对含量相似，而乳扇、切达奶酪中丁酸相对含量相似，且均比其他3种奶酪高。己酸具有刺激味，是奶酪发酵过程中乳脂肪降解产生的，5种奶酪样品中，乳扇所含己酸的量远远高于其他4种，这可能与其生产工艺有关，乳扇制作工艺是将木瓜提取液(酸水)加温到70℃后加入鲜奶，在酸和热的作用，奶迅速凝固，通过搅拌使奶变成丝状凝块，再经过一定的工艺过程制备而成[14]。酸水的使用在一定程度上引入一些复合酶系，从而发生了一系列水解反应，导致乳扇中含有较多的脂肪酸类物质，其中己酸含量最多，因而己酸是乳扇中重要的特征风味组分。从不同种类脂肪酸的含量上看，4种传统酸凝奶酪中奶豆腐、乳扇、乳饼中己酸含量较高，而切达奶酪中丁酸的含量较高，这也许是因为传统酸凝奶酪是降低酪蛋白等电点来凝乳，切达奶酪是凝乳酶凝乳的缘故。此外，乳蛋白被水解而生成的氨基酸在微生物的作用下还可能会进一步生成短链脂肪酸(C1～C4)，从而对奶酪中短链脂肪酸含量产生影响[15]。

2.3 酯类

通常而言，短链的酯类化合物不仅在常温条件下挥发性较强，还具有极低的阈值(10-9级)，因而中、短碳链的脂肪酸乙酯具有较大的风味贡献潜力，例如：丁酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯等，这类酯类物质的混合物被称为黄油酯[16]，是乳制品中的特征风味组分，因而对于奶酪香气轮廓的形成具有重要的意义。此外，酯类化合物除了能够赋予奶酪特殊的酯香(类似花果香)外，还可进一步缓和因中、短碳链脂肪酸浓度过高所带来的刺激性味道，从而赋予奶酪更加柔和的香气，因而对奶酪风味有着重要作用[17]。5种奶酪样品中，乳饼中酯类化合物的含量最高，这与其含有较多的脂肪酸类物质和醇类物质有关，因为奶酪中酯类组分的来源一是脂肪酸与醇类发生酯化反应，二是乙醇与甘油酯的酯交换反应。奶豆腐中也含有较多的脂肪酸类和醇类化合物，但其含有的酯类却远远低于乳饼，这也许与奶豆腐制作工艺有关：奶豆腐是将牛乳加热搅拌分离上浮脂肪后进行自然发酵，待酪蛋白凝块后排出部分乳清，然后将凝乳块在加热状态下搅拌，最后装模制成[18]。在制作过程中由于牛乳中大部分乳脂被除去，产品中脂肪含量较低，因而其在发酵过程中所生成的脂肪酸含量也相对较少。

2.4 醛类、酮类和醇类

醛类和酮类都是羰基类化合物，它们的化学性质比较活泼，属于不稳定的中间体化合物，在一定条件下易被还原成相应的醇[19]。因此它们在5种奶酪样品中的含量都不高，尽管如此，由于这类化合物阈值较低，因而醛类和酮类组分仍是奶酪风味中不可缺少的部分。奶酪中醛类化合物来源于脂肪酸代谢、氨基酸转氨作用或Strecker降解。奶酪中较常见的直链醛类如己醛、壬醛，一般具有青草味和牛舍味，其含量一旦超过某个阈值就会产生令人不愉快的气味。

酮类物质风味独特，感知阈值低，其中乳制品中最重要的挥发组分是甲基酮类物质，其产生于脂肪酸的β氧化过程中，它们会赋予奶酪水果味、花香味及霉腐味。5种奶酪中挥发性风味分析结果表明，奶疙瘩和切达奶酪中的甲基酮种类和含量较多，这类化合物可以赋予奶酪清新的奶油香气，使其风味变得更为丰满，进一步提高奶酪的感官品质。

醇类在奶酪中是比较普遍的风味物质，4种酸凝奶酪中的醇类物质无论从含量还是种类都要多于切达奶酪。从制作工艺上看，奶疙瘩和奶豆腐是通过野生菌株自然发酵产酸降低鲜乳pH值至酪蛋白的等电点得到凝乳，乳扇和乳饼是通过添加可食用酸(乳扇加酸水，乳饼加食醋或乳酸)来调节酸度得到凝乳，而切达奶酪是微生物发酵剂和凝乳酶复合作用得到，因此也许由于我国传统奶酪与切达奶酪制作工艺差别较大，其大多是通过野生菌株的自然发酵得到，因而会两类奶酪中醇类组分差别较大。

2.5 芳香及杂环类化合物

从表1可以看出，5种奶酪样品中，乳饼与切达奶酪中芳香及杂环类化合物含量相差不大，乳扇中含量最少，而奶疙瘩中含量最高，共有12种，约占总挥发组分的17.31%。这类化合物在一定浓度内会令奶酪风味更加饱满。例如，甲苯赋予奶酪坚果味、杏仁味及苦涩味，苯乙醇具有玫瑰花香味，呋喃酮也通常也会呈现出水果味等令人愉快的风味[20]。

2.6 醚类及含硫化合物

5种奶酪样品中，奶疙瘩和切达奶酪中检测出醚类化合物，而检测到含硫化合物的只有奶疙瘩。一般来讲，醚类化合物对于奶酪风味的贡献度相对较小，而含硫化合物的作用则不容小觑，奶酪中的含硫化合物主要来源于乳蛋白中甲硫氨酸的降解[21]，因而奶疙瘩中检测出的甲硫醇、二甲基二硫以及硫酯类都对其整体特征香气轮廓的形成发挥着显著的作用。

3 结 论

不同的奶酪制作工艺导致了各种奶酪独特的风味特征，而且奶酪中的挥发性风味物质组成比较复杂，传统酸凝奶酪与切达奶酪中挥发性风味组分的种类和含量也不尽相同，通过SPME富集，GC-MS分离与检测，切达奶酪中共鉴定出20种挥发性化合物，奶疙瘩中41种，奶豆腐中25种，乳扇中26种，乳饼中29种。切达奶酪中含量最高的是脂肪酸类化合物，奶疙瘩中含有的挥发性化合物种类最多，其中含量较高的是芳香及杂环类化合物，乳扇中含量最高的是脂肪酸类化合物，奶豆腐和乳饼中含量最高的是脂肪酸类和醇类化合物。

参考文献：

[1] 刘柯, 卢曦元, 曹成龙, 等. 我国酸凝奶酪的发展现状[J]. 中国乳品工业, 2011, 39(4): 39-41.

[2] ALEWIJN M, SLIWINSKI E L, WOUTERS J T M. Production of fat-derived (favour) compounds during the ripening of gouda cheese[J]. International Dairy Journal, 2005, 15(6/9): 733-740.

[3] FRANK D C, OWEN C M, PATTERSON J. Solid phase microextraction (SPME) combined with gas-chromatography and olfactometry-mass spectrometry for characterization of cheese aroma compounds[J]. Food Science and Technology, 2004, 37(2): 139-154.

[4] HAUFF S, VETTER W. Quantification of fatty acids as methyl esters and phospholipids in cheese samples after separation of triacylglycerides and phospholipids[J]. Analytica Chimica Acta, 2009, 636(2): 229-235.

[5] DElGADO F J, GONZÁLEZ-CRESPO J, CAVA R, et al. Characterisation by SPME-GC-MS of the volatile profile of a Spanish soft cheese P.D.O. Torta del Casar during ripening[J]. Food Chemistry, 2010, 118(1): 182-189.

[6] RIU-AUMATELL M, VARGAS L, VICHI S, et al. Characterisation of volatile composition of white salsify (Tragopogon porrifolius L.) by headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) and simultaneous distillation-extraction (SDE) coupled to GC-MS[J]. Food Chemistry, 2011, 129(2): 557-564.

[7] KURTOVIC I, MARSHALL S N, MILLER M R, et al. Flavour development in dairy cream using fish digestive lipases from Chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha) and New Zealand hoki (Macruronus novaezealandiae)[J]. Food Chemistry, 2011, 127(4): 1562-1568.

[8] LE-QUÉRÉ J L. Cheese/cheese flavor[M]//FUQUAY J W. Encyclopedia of dairy sciences. 2th ed. London: Academic Press Inc, 2011: 675-684.

[9] LI Ning, ZHENG Fuping, CHEN Haitao, et al. Identification of volatile components in Chinese Sinkiang fermented camel milk using SAFE, SDE, and HS-SPME-GC/MS[J]. Food Chemistry, 2011, 129(3): 1242-1252.

[10] FRANCISCO J D, JOSÉ G C, RAMÓN C, et al. Characterisation by SPME-GC-MS of the volatile profile of a Spanish soft cheese P.D.O. Torta del Casar during ripening[J]. Food Chemistry, 2010, 118(1): 182-189.

[11] LRT＆odour database[DB/OL]. [2012-09-30]. http://www. odour. org. uk/.

[12] TOELSTEDE S, HOFMANN T. Sensomics mapping and identification of the key bitter metabolites in Gouda cheese[J]. Agriculture and Food Chemistry, 2008, 56(8): 2795-2804.

[13] SHAKEEL-UK R. Ripening of Cheddar cheese made from blends of raw and pasteurized materials[J]. International Dairy Journal, 2000, 10(1/2): 33-44.

[14] 韩卫明. 云南传统乳制品: 乳扇、乳饼的加工[J]. 养殖技术顾问, 2004(7): 48.

[15] MOLIMARD P, SPINNLER H E. Review: compounds involved in the flavor of surface mold-ripened cheeses: origins and properties[J]. Journal of Dairy Science, 1996, 79(2): 169-184.

[16] 孙宝国, 刘玉平. 食用香料手册[M]. 北京: 中国石化出版社, 2004: 344-345.

[17] NOGUEIRA M C L, LUBACHEVSKY G, RANKIN S A. A study of the volatile composition of Minas cheese[J]. Lebensm-Wissu-Technology, 2005, 38(5): 555-563.

[18] 肖芳. 内蒙古锡盟地区传统手工奶豆腐的加工工艺及其营养分析[J]. 中国乳品工业, 2011, 39(8): 28-19.

[19] FEMÁDEZ G E, CARBONELL M, GAVA P, et al. Evolution of the volatile components of ewe raw milk Zamorano cheese Sesonal variation[J]. International Dairy Journal, 2004, 14(8): 701-711.

[20] CURIONI P M G, BOSSET J O. Key odorants in various cheese types as determined by gas chromatography-olfactometry[J]. International Dairy Journal, 2002, 12(12): 959-984.

[21] YVON M, RIJNEN L. Cheese flavour formation by amino acid catabolism[J]. International Dairy Journal, 2001, 11(4/7): 185-201.