发酵乳中挥发性风味物质GC-MS指纹图谱的研究

创新点

    1. 采用SPME-GC-MS等技术，阐明在发酵和贮藏过程中不同阶段发酵乳中挥发性风味物质的多样性。

    2. 构建GC指纹图谱，同时采用主成分分析、系统聚类分析及相关性分析等方法对指纹谱数据进行评价。

    研究背景

    发酵乳是以新鲜的牛奶为原料，经过2种或2种以上的乳酸菌发酵制成的产品。目前，主要应用于酸奶制造的乳酸菌发酵剂有Streptococcus thermophilus和Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus。这两种发酵剂在酸奶发酵过程中相互作用，产生的代谢产物赋予发酵乳特有的风味、质地、口感和营养价值。发酵乳中的风味物质可归类为碳氢化合物、醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、内酯类、含硫化合物、吡啉与呋喃衍生物等。为了解发酵乳中挥发性风味物质的组成及含量，可以利用SPME-GC-MS与指纹图谱技术相结合法，检测分析单菌及复配发酵牛乳中挥发性风味物质。

    实验设计及结果

    研究对象

    将S. thermophilus和L. delbrueckii subsp. bulgaricus以单菌和复配发酵，研究单菌和复配发酵乳在发酵及贮藏的不同阶段挥发性风味物质的差异及动态变化情况。

    实验设计

    将菌库保藏的S. thermophilus和L. delbrueckii subsp. bulgaricus活化后接种到全脂乳培养基中，在42℃静置培养，待pH值降至4.5后转移至4℃冰箱贮藏14d，在发酵和贮藏期间分别选取10个不同的时间点取样，进行SPME-GC-MS检测分析。

    实验结果

    利用GC-MS技术对发酵牛乳的风味物质进行检测分析，目前已鉴定的风味物质有100余种，包括酸类、酮类、醛类、醇类、酯类、烷烃类和芳香族类化合物等。图1为发酵乳样品中挥发性风味物质的GC-MS总离子流图。
 

    
图 1 发酵牛乳样品中挥发性风味物质总离子流图

    采用Pearson相关系数计算发酵及贮藏过程各阶段风味物质相关性，并绘制热图（图2）。结果表明在发酵及贮藏不同阶段发酵乳中挥发性风味物质差异显著。

图2 发酵过程及贮藏期间挥发性风味物质相关性分析

    利用色谱指纹图谱相似度评价软件绘制发酵过程及贮藏期间发酵乳样品的的重叠色谱图（图3）。结果发现在发酵及贮藏各阶段复配发酵乳样品的GC指纹图谱与对照指纹图谱的相似度在0.17-0.93之间，体现了GC指纹图谱在发酵过程及贮藏期间的动态变化。另外，样品重复试验的相似值大于均90%，表明该方法重复性良好，符合指纹图谱要求。

图3 发酵过程及贮藏期间发酵乳样品的重叠色谱图

    运用主成分分析在发酵及贮藏各阶段的挥发性风味物质（OAV≥0.1）（图4,5）。结果表明关键性风味物质在发酵及贮藏各阶段呈不断变化状态，使发酵乳呈现出不同的风味特征。

图4 发酵过程及贮藏期间发酵乳样品主成分得分图

图5 发酵过程及贮藏期间发酵乳样品中挥发性风味物质（OAV≥0.1）主成分载荷图

    结论

    通过对发酵乳中风味物质的分析，可以更好的理解发酵乳中挥发性风味物质与发酵乳品质之间的关系及其相互作用机理，同时，该研究成果还可成为评价发酵乳制品质量、鉴定发酵乳制品种类、预测发酵乳制品货架期的一种手段。

    相关文章

    1.  Dan T, Wang D, Sun TS*, et al. 2017. Characterization of volatile compounds in fermented milk using solid-phase microextraction methods coupled with gas chromatography-mass spectrometry. Journal of Dairy Science, 100(4):2488-2500.

    2.  王丹, 丹彤, 孙天松,等. SPME-GC-MS结合ROAV分析单菌及复配发酵牛乳中关键性风味物质. 食品科学, 2017, 38(8):145-152. 

    3. 王丹, 丹彤, 孙天松,等. 嗜热链球菌IMAU10638发酵乳贮藏期间挥发性风味物质的SPME-GC-MS分析鉴定. 中国乳品工业, 2015, 43(10):13-17.   

    4. 周亭亭, 王丹, 陈永福,等. 基于SPME-GC-MS法分析发酵乳中挥发性风味物质. 中国乳品工业, 2017, 45(3).