详细介绍

  超高温灭菌（UHT）牛奶营养成分含量丰富，组分种类非常之多，其中脂肪、蛋白质、碳水化合物、VC和核黄素等营养物质，都会受到温度、光照、氧气和微生物等影响，发生物理和化学变化，随着反应程度的加深，会产生异味、营养成分损失和颜色恶化等，其中特征风味是影响牛奶质量的首要因素，进而将影响消费者的健康安全及用奶体验，特别是温度和光照共同作用下的UHT牛奶光氧化反应对风味影响尤为关键。对于UHT牛奶而言，风味变化对产品的质量辨别起到关键性作用，因此了解并利用UHT牛奶风味对品质控制非常重要。

  江南大学机械工程学院的李泽鹏、卢立新*，内蒙古乳业技术研究院有限责任公司的邓玉明等应用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）联用技术检测多种温度、光照强度下3 种配方UHT牛奶在贮存过程中挥发性风味成分变化，应用相关性检验和熵权法表征牛奶特征风味的综合作用，开展以贮存温度、光通量和初始不饱和脂肪酸含量为影响的特征风味和综合作用预测，为不同环境下贮藏不同配方食品的风味变化预测提供理论支撑。

  基于部分感官评价结果绘制的感官评价轮廓图（图1）展示了不同配方UHT牛奶新鲜风味和变质风味具有差异性，其中脂肪含量对风味影响显著。新鲜GM牛奶和UM牛奶各项指标均使消费的人满意；尽管DM牛奶由于脂肪含量偏低，导致颜色偏黄，奶香味不足且寡淡味和蒸煮味显著，但仍然被消费者高度认可。GM牛奶、UM牛奶和DM牛奶发生严重光氧化变质后，均产生了严重的油腻味、粉末味、纸板味、苦味且颜色明显变白，导致其感官评价分值显著下降，消费者已经不可接受。

  选择有代表性的2 组（298 K、33.35 lm/L和310 K、300.18 lm/L）多个时间试样进行风味评分和整体总分的相关性分析，结果见表4。油腻味、粉末味、奶香味、纸板味、苦味、寡淡味、甜味和颜色等指标对于3 种不同配方牛奶光氧化引起的品质变化均有较高相关性，蒸煮味仅对UM牛奶和DM牛奶具有非常明显相关性，而臭味和涩味影响不显著。在明显影响的风味中，寡淡味和甜味与感官评分成负相关趋势，随着品质下降，感官评分反而上升。这是由于不同品质牛奶的这2 种风味差异性不大，并且脂肪光氧化过程让感官评价小组产生了复杂的风味感受导致的。在区分配方差异的基础上，对试样进行风味评分和整体总分的相关性分析，其结果与单项分析结果相同，油腻味、粉末味、奶香味、纸板味、寡淡味、甜味和颜色等指标对于3 种不同配方牛奶光氧化引起的品质变化均有显著相关性，可作为总体评分的主要评价依据。

  本实验中2-戊酮、2-壬酮、2-庚酮、2-十一烷酮、2-辛酮、己醛、壬醛、戊醛、苯甲醛、二甲基三硫等测定日内精密度为1.28%～9.42%，日间精密度为6.06%～12.92%，4 个加标浓度下的平均回收率为83.94%～110.44%，表明测试方法有良好的精密度和加标回收率。尽管部分短链脂肪酸ME值较大，牛奶基质复杂存在一定影响，但大部分物质ME值在89.43%～121.23%之间，故可忽略ME，并可利用标准曲线 风味物质定性与定量分析结果

  如图2所示，确定UHT牛乳中的挥发性风味物质有醛酮类、酸类、酯类、烃类，其他的还有二甲醚、二甲硫、苯类等物质。经光氧化反应后，牛奶品质变化成消费者不可接受时，GM牛奶、UM牛奶、DM牛奶样品中醛、酮、醇和酸类物质种类和含量明显增多，同时伴随产生硫化物。这些挥发性物质的生成会带来多种风味的综合效应继而影响消费者感官感受，已有多个研究证实其浓度的高低与风味存在一定相关性。如表5所示，挥发性风味物质浓度的差异性与风味差异性基本吻合。

  UHT牛奶中部分挥发性风味化合物鉴定结果见图3。针对牛奶特征风味变化以及对应挥发性风味物质的相关性分析表明，己醛、壬醛、2-辛酮、2-庚酮、苯甲醛等挥发性风味物质变化与牛奶特征风味评价变化规律保持一致，数据分析结果也表明两者显著相关（在0.05水平上显著相关）且相对误差较小。同时通过OPLS-DA分析2 种品质3 种牛奶的风味物质进行检测验证，验证不同品质牛奶的风味物质差异性（表6）。统计VIP值大于1的变量，确定己醛、壬醛、2-辛酮、2-庚酮等挥发性风味物质与特征风味变化显著相关；苯甲醛含量影响2 种感官风味，VIP值接近于1与特征风味变化相关。

  在包装特性基本一致前提下，相关机理研究及本研究表明，贮存温度、样品接受光通量、牛奶初始不饱和脂肪酸含量对风味物质生成速率影响显著。全面实验中不同实验条件的不同配方牛奶，己醛、壬醛等挥发性物质随时间的变化符合零级反应动力学，其t时刻下风味物质质量浓度可表示为：

  反应活化能（Ea）表征UHT牛奶从稳定态转变为易发生化学反应的活跃状态所需要能量，Arrhenius方程系数（A0）表征不同配方UHT牛奶反应本性常数。不饱和脂肪酸作为光氧化主要反应底物，不一样的产品间其含量差异显著，也会对光氧化反应本性和活化能造成显著性差异影响。因此，研究它们与反应本性和活化能之间的关系，可以表征特定条件下的反应速率（表7），贮存温度、样品接受光通量、牛奶初始不饱和脂肪酸含量的影响可利用Arrhenius方程表征，即：

  式中：A 0 为Arrhenius方程系数；R为通常气体常数，8.314 J/（mol·K）；T为绝对温度/K；E a 为反应活化 能/（J/mol）； k 1 为挥发性风味物质 E a 的综合影响系数；FA 0 为牛奶初始不饱和脂肪酸量；FA 0max 为模型配方GM牛奶初始不饱和脂肪酸量； B Eamax 为初始不饱和脂肪酸量对E a 影响的初始量；IF为单位体积牛奶所受光通量；IF max 为模 型最高光通量；E amin 为配方最小活化能；k 2 为挥发性风味 物质 A 0 的综合影响系数； B A0max 为初始不饱和脂肪酸量对 A 0 影响的初始量； A 0 min 为配方最小Arrhenius公式系数.

  熵权法通过离散程度的研究，可表征单一指标与综合评价之间的作用关系。为进一步分析挥发性风味物质对牛奶气味和风味的综合作用，可运用熵权法分析各风味对牛奶综合评价影响程度。由于脂肪酸含量差异，光氧化反应情况会有明显差异，造成的牛奶风味变化差别显著，而且无论是新鲜牛奶还是处理相同时间的牛奶，消费者感官评分均有着非常明显差异性。针对这种特异性影响，需分别建立相关的特征性关系，确保对于不同不饱和脂肪酸含量牛奶变质的预测更为准确。为此分析消费者感官评分，确定了不同初始不饱和脂肪酸含量牛奶的各风味物质指标权重（表8），预测风味分数和线所示。因此建立UHT牛奶综合评价的估算模型为：

  式中：PS为预测风味分数；TS为真实风味分数；TSFAinitial为不饱和脂肪酸含量牛奶初始真实分数；KFAmax为GM牛奶预测分数与真实分数之间的相关斜率；FA0为牛奶初始不饱和脂肪酸量；FA0max为模型配方GM牛奶初始不饱和脂肪酸量。

  通过分别建立不同初始不饱和脂肪酸含量牛奶风味物质与时间的相关关系，再与真实风味分数进行联系，可特征性表征消费者对于牛奶品质变化的喜好程度，对不同贮存条件下的不同配方牛奶品质随时间变化进行预测。在实验范围内，真实分数预测值与消费者评价线%以内，表征和预测牛奶品质情况准确。本研究在气温变化的基础上，新引入光通量和初始不饱和脂肪酸含量多因素进行考究，更加完整地重现了实际储运情况，将牛奶风味和品质变化考虑更详细，为未来研究提供了新的研究思路。

  研究考虑贮存温度、光通量、不饱和脂肪酸初始含量等影响，开展3 种不同配方UHT牛奶的差异性风味变化分析，通过OPLS-DA法确定纸板味、油脂味、粉末味、苦味等是表征消费者感官最为准确的特征风味，随后采用HS-SPME-GC-MS技术标定特征风味物质含量，相较于前人对于单一特定牛奶品质预测研究，创新性建立不同配方产品特异性风味物质与综合评价之间的联系，预测UHT牛奶在品质变化过程中的综合评价变化，对不同配方UHT牛奶产品特征风味判别及预测提供参考和借鉴。