不同奶啤风味成分分析

刘思琪，王玉超，李 丹，李晓磊，段翠翠

（长春大学 农产品重点加工实验室，吉林 长春 130022）

奶啤是二次发酵技术酿制的一种含适度二氧化碳、低酒精度、营养丰富的新型健康乳制饮品[1]。奶啤口感酸甜，酒味柔和，清匀爽口，天然的酸乳香与浓郁的醇香浑然一体，形成了奶啤特有的香气[2-3]。奶啤中乳酸菌增殖因子及乳酸菌物质对维持肠道内菌群平衡，调整肠道运动有一定作用[4]。

目前对奶啤的研究仍集中于工艺方面，郭水连等[5]以酶法辅助乳酸及酒精共同发酵，并对工艺条件进行了优化，为一种新型奶啤的开发和研究提供借鉴和理论依据；王凌琴等[6]从乳酸菌饮料中分离筛选乳杆菌与啤酒酵母二次发酵制成新型奶啤并进行工艺优化及品质评价，其产品酒香和乳香和谐，风味饱满，口感细腻、清爽，酸甜适中。也有学者对复合奶啤进行研制，如红枣雪梨复合奶啤等[7]，丰富奶啤产品风味及种类。

现阶段对其风味的分析研究较少，不同的原料和产地、加工工艺等使得奶啤的口感、成分组成、风味等也有所差异，气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）联用技术是气味分析的高效方法，在食品中应用广泛。张剑林等[13]利用气相色谱-质谱联用技术测得牛奶奶啤及两种驴乳奶啤中分别含有46种、52种及44种香气成分。本研究以4种奶啤为原料，通过气相色谱-质谱联用技术和高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）法对奶啤的成分进行了分析检测，以期为奶啤的酿造及品质分析提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

天润奶啤：新疆天润生物科技有限公司；金河奶啤、海伦司奶啤：青岛天惠乳业有限公司；西域春奶啤：台山市得力道食品有限公司；氯化钠（化学纯）：美国Aladdin公司；甲基磺酸（色谱纯）：日本Cnw公司；硫酸钠（色谱纯）、草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸、丙酸标准品（色谱纯）：美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

P 2010 Ultra气相色谱-质谱联用仪：日本Shimadzu公司；Centrifuge 5430离心机：德国Eppendorf公司；P680A LPJ-4高效液相色谱仪：德国Dionex公司。

1.3 方法

1.3.1 挥发性物质测定[8]

（1）样品前处理

采用顶空吸附，吸取2 mL奶啤样品，放入15 mL顶空进样瓶，加入1 g氯化钠，密封，在磁力加热搅拌器上60 ℃平衡15 min，推出老化过的萃取头（50/30 μm DVB/CAR/PDMS），顶空吸附40 min，取出萃取头进样解吸5 min后拔出。

（2）检测条件

色谱条件：色谱柱：DB-WAX（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；程序升温：进样口温度230 ℃，初始温度50 ℃保持3 min，以1 ℃/min升至70 ℃，以4 ℃升至140 ℃，以7 ℃升至180 ℃，以4 ℃升至230 ℃保留8 min；进样模式：分流进样；分流比：10∶1；载气：高纯氦气（He）；流速：1.76 mL/min。

质谱条件：电离方式为电子电离（electron ionization，EI）源；离子源温度230 ℃；采集方式Scan；电子能量70 eV；质量扫描范围为35～500 m/z。

（3）香气成分分析

定性分析：采用保留指数和谱库检索比对进行定性，谱库比对时要求与系统自带的标准质谱库（美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）-11）匹配度＞90%。

定量分析：采用气相色谱峰面积归一化法定量计算出各香气成分相对含量。

1.3.2 有机酸的测定

样品前处理：准确吸取2 mL样品，用流动相定容到10 mL，吸取适量溶液，10 000 r/min 高速离心10 min，吸取上清液过0.22 μm微孔滤膜，用于有机酸分析[9]。

标准品配制：分别准确称取一定量的草酸、乳酸、富马酸、苹果酸、柠檬酸、丙酸标准品，用流动相配制成1 mg/mL、5 mg/mL、1 mg/mL、20 mg/mL、20 mg/mL、99 mg/mL的标准溶液，再依次稀释成0.083 mg/mL、0.520 mg/mL、0.083 mg/mL、1.670 mg/mL、1.670 mg/mL、8.250 mg/mL的混合标准溶液，用于进样分析。

测定条件：Thermo Acclaim Origanic Acid色谱柱（4 mm×250 mm，5 μm）；流动相：配制100 mmol/L Na2SO4溶液，并用甲基磺酸调pH至2.65；流速：0.5 mL/min；进样量：5 μL；洗脱方式：等度洗脱；检测器：UV检测器；检测波长：210 nm；柱温：30 ℃。

有机酸结果计算：采用单点校正法进行定量分析，计算公式如下：

式中：X为有机酸样品的质量浓度，g/L；A为测得有机酸样品的峰面积；A0为测得有机酸标准品的峰面积；c为有机酸标品的质量浓度，g/L。

1.3.3 香气测定

香气轮分析：将检测到的风味化合物进行香气活性值（aroma activity value，OAV）计算并作雷达图。

OAV指香气化合物质量浓度/阈值。本实验中风味化合物的嗅觉阈值及气味描述引自参考文献[10-12]。

1.3.4 数据处理

利用Microsoft Office Excel 2013对样本所得数据进行整理计算，利用Origin 2018软件对香气化合物进行主成分分析（principal component analysis，PCA）并作图。

2 结果与分析

2.1 奶啤中挥发性物质分析

香气成分是衡量奶啤风味品质的主要指标[13]，四种奶啤中各香气物质及含量见表1。

表1 四种奶啤挥发性物质组成及含量Table 1 Composition and content of volatile ingredients of four kinds of milk beer

续表

结果表明，奶啤中共鉴定出58种风味物质，主要是醇、酯、酸和醛类等物质。高级醇是酵母酒精发酵过程中氨基酸或糖代谢的产物[14-16]，多数醇类阈值较高，但能够呈现酒香或植物清香味，同时与有机酸类发生酯化反应，产生酯类物质的同时形成极少量的醛、酮等重要的风味物质，间接对风味产生影响[17-18]。奶啤中均含有的醇类物质为苯乙醇和苯甲醇，具有玫瑰、花香、蜂蜜香。天润奶啤中醇类含量最高，为34.92%，其中异戊醇带有苹果白兰地香气和辛辣味[19]，含量为10.21%，但超过一定指标会有不愉快气味。其余3种奶啤中醇类含量分别为19.44%、21.94%和20.31%。

4种奶啤中，天润奶啤中含有丁酸、己酸、辛酸和正癸酸，其阈值较低，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0.3 mg/L[20]。丁酸具有脂肪腐臭、奶酪、甜味，辛酸具腐臭、涩味、奶油味[21]。山梨酸是作为防腐剂加入，且金河、西域春、海伦司奶啤中含量较高，天润奶啤中较低，无明显风味。奶啤酿造工艺会影响酸类物质的产生，而导致风味有所差异。

酯类风味物质主要由醇类和有机酸发生酯化反应生成[22]，大部分酯类物质风味阈值较低，但对风味作用很大，多具有水果香味和花香，使整体风味清甜[23-25]。4种奶啤中，酯类总含量分别为11.32%、25.39%、23.61%和30.62%。其中天润奶啤中酯类种类与其他3种明显不同，除乙酸乙酯等共有的6种酯类以外，还含有丁酸异戊酯、癸酸乙酯、己酸烯丙酯、庚酸烯丙酯、丙二酸二乙酯和菠萝酯，含量分别为0.91%、0.82%、1.43%、0.19%、0.56%、1.46%。

醛类和酮类都是羰基类化合物，醛类风味阈值较低，由于醛基的不饱和性，属于不稳定的中间体化合物[26]，其氧化快，在长时间的发酵过程中，易生成酸类物质，或被还原成相应的醇[27]，有助于奶啤香气的形成。天润奶啤中含量较高的醛类物质为苯甲醛，具有杏仁味甜香[28]，含量为1.64%，金河奶啤有3种醛类物质，含量为3.20%，西域春奶啤中醛类物质只有1种，含量约为0.14%，海伦司奶啤中醛类物质含量2.74%。酮类物质只在西域春和海伦司中有检出，为香叶基丙酮和甲基壬基甲酮，含量分别为0.17%和0.15%，赋予奶啤奶油香气，使其整体风味更丰满[18]。

2.2 奶啤挥发性物质主成分分析

将奶啤中共有的苯甲醇、苯乙醇等11种挥发性物质进行主成分分析，结果见表2。

表2 奶啤中11种挥发性成分解释的总方差Table 2 Total variance of 11 volatile components in milk beer

通常，主成分方差贡献率累积超过85%时，可以用主成分代表原始数据[29]，由表2可知，第一主成分和第二主成分的累积贡献率达到99.29%。以PC1为横坐标，PC2为纵坐标绘制载荷图，见图1。由图1可知，四种奶啤中11种挥发性物质在PC1正半轴分布较为散乱，在PC2负半轴分布较为集中，说明四组奶啤挥发性香气品质存在差异[16]。乙酸乙酯、苯甲醇、丁位癸内酯、二甲基邻苯二甲酸酯、丁位十二内酯、乙基麦芽酚等6种挥发性物质分布比较集中，对奶啤的风味有一定的影响。PC1主要与乙醇、苯乙醇、乙酸苯乙酯呈正相关，苯乙醇对PC1贡献较大。PC2主要与乙醇、正癸酸呈正相关，其中乙醇对PC2贡献最大。因此确定主要挥发性物质为乙醇、苯乙醇、乙酸苯乙酯和正癸酸。

图1 奶啤中11种挥发性成分的载荷图Fig.1 Load diagram of 11 volatile components in milk beer

2.3 有机酸含量测定结果与分析

奶啤中各种有机酸的含量、阈值及风味特征描述见表3。

表3 奶啤中有机酸含量测定结果Table 3 Determination results of organic acids content in milk beer

由表3可知，奶啤中有机酸主要为乳酸和柠檬酸。天润奶啤中乳酸含量最高，为1.850 g/L，乳酸阈值低，是影响奶啤风味的主要有机酸，其他样品中柠檬酸含量较高，分别为1.849 g/L、1.555 g/L、2.073 g/L。草酸带涩味，柠檬酸清爽，乳酸酸味柔和，苹果酸酸味圆润，呈味缓慢持久，多种有机酸共同作用使奶啤具有丰富饱满的风味特征[12]。

2.4 香气轮分析

为评价有机酸对风味的影响，OAV＞1的物质对该样品呈现出的整体香气有贡献[31]。因此对所有OAV＞1的香气化合物均予以列出并作香气轮廓图分析[32]，结果见表4和图2。

表4 奶啤中有机酸的OAVTable 4 OAV of organic acids in milk beer

图2 奶啤中香气成分的香气轮廓图Fig.2 Aroma profile of aroma components in milk beer

如图2所示，4种奶啤呈味特征极为相似，但天润奶啤以突出的酸味柔和感为主要特征，气味强度接近于100，金河奶啤以清爽并带有新鲜感的酸味为主要特征，气味强度高于40。这可能与原料、菌种、酿造时间、加工工艺等不同有关。

3 结论

通过GC-MS分析，4种奶啤共鉴定出58种挥发性物质，主要为醇类、酯类、酸类等物质，天润奶啤中醇类含量最高，酯类和酸类含量最低，金河、西域春、海伦司奶啤中酯类和酸类含量最高。奶啤中有机酸主要为乳酸和柠檬酸，经香气轮分析，4种奶啤呈味特征极为相似，但天润与海伦司奶啤酸味柔和感较强，金河与西域春奶啤表现为清爽并带有新鲜感的酸味。本研究为奶啤制备和风味物质的分析提供一定依据。