牛奶风味数据库应用(二) | 分子感官科学研究：破解乳脂分馏重组乳的香气密码

乳脂是乳制品风味的重要来源，但不同乳脂组分对风味的贡献究竟有何差异？北京工商大学食品与健康学院王蓓教授团队联合岛津中国创新中心，从乳脂的干法分馏入手，借助分子感官科学的研究范式，深入探究了不同分馏温度下获得的乳脂组分对重组乳风味的塑造能力。该研究利用岛津气相色谱质谱联用仪（GCMS）以及团队自建的牛奶风味数据库为复杂乳基质中挥发性成分的快速、准确定性定量分析提供了重要技术保障。研究成果以"Decoding flavor formation in recombined milk: The role of milk fat fractions from dry fractionation and their fatty acid profiles"为题，已发表在《LWT - Food Science and Technology》。

【研究背景】

乳脂是乳制品风味的核心组分，它不仅赋予产品醇厚的口感和丝滑的质地，更重要的是，它是风味形成的重要前体库。乳脂中含有复杂的脂肪酸组成，包括饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。这些脂肪酸在加工过程中，通过氧化、水解、热降解等一系列生化反应，转化为醛类、酮类、内酯类、醇类等挥发性风味化合物，共同塑造了乳制品独特的香气轮廓。

干法分馏是一种根据熔点差异物理分离乳脂组分的技术。在特定温度下进行静态结晶，乳脂会自然分为液态组分（富含不饱和脂肪酸、低熔点）和固态组分（富含饱和脂肪酸、高熔点）。已有研究表明，在不同温度（如30℃和25℃）下获得的乳脂组分，其脂肪酸谱存在系统性差异，为研究脂肪酸谱与香气化合物的因果关系提供了理想的同源对比模型。

目前关于乳脂与风味关系的研究，主要集中在脂肪含量差异对感官属性的影响，而较少关注不同脂肪类型如何驱动风味形成。此外，干法分馏温度的变化如何通过改变脂肪酸谱进而影响最终的风味输出的机制尚不明确。本研究旨在阐明不同分馏温度获得的乳脂组分对重组乳风味的影响规律，明确关键香气活性化合物，并揭示脂肪酸前体转化为香气化合物的分子机制。研究采用分子感官科学策略，整合定量描述分析（QDA）、电子鼻、气相色谱-质谱联用及嗅闻技术、香气提取稀释分析（AEDA）、稳定同位素稀释分析（SIDA）及脂肪酸谱分析等多种技术手段，最终揭示乳脂风味形成的双通路机制，为开发减脂不减香的健康乳制品提供理论依据。

【研究内容】

样品制备与感官评价：液态组分显著增强奶香与甜香

研究团队以无水黄油为原料，依次在30℃和25℃进行干法分馏，获得30℃液态组分（30L）与固态组分（30S）、25℃液态组分（25L）与固态组分（25S）。将这些组分以4%比例添加到脱脂乳中，制成重组乳样品：25L-M、25S-M、30L-M、30S-M，以及未分馏乳脂对照组（MF-M）和纯脱脂乳对照组（skim-M）。

12名经过培训的感官评价人员采用六点尺度法，对六种样品的奶香、脂肪香、甜香、奶腥味、蒸煮味、青草香进行了QDA。结果显示：25L-M样品在奶香、脂肪香、甜香三个属性上得分最高，显著优于其他重组乳和脱脂乳（图1A）。所有重组乳的奶腥味和蒸煮味评分均显著低于脱脂乳，说明乳脂能有效掩蔽不良风味。

图1. （A）感官评价雷达图；（B）电子鼻响应雷达图；（C）PCA得分图；（D）载荷图

电子鼻与GC-MS分析：自建牛奶风味数据库助力精准鉴定74种挥发物

研究采用PEN3电子鼻系统对样品进行整体香气指纹分析。主成分分析的得分图（图1C）和载荷图（图1D）显示电子鼻可有效区分不同乳脂组分重组乳的整体香气特征，其中醇类、醛类、酮类和硫化物是导致液态组分香气突出的关键差异化合物。

依托自建牛奶风味数据库进行挥发性化合物的GC-MS鉴定。该数据库整合了标准品离子碎片信息和保留指数，结合岛津GC-MS/MS的高灵敏度多反应监测（MRM）模式，显著提升了复杂乳制品基质中挥发性化合物分析的灵敏度、准确性和效率。这一技术优势使得研究团队能够可靠地检测到低浓度香气活性化合物，为后续精准定量和香气活度值（OAV）计算奠定了基础。基于数据库匹配，共鉴定出74种挥发性化合物（图2A、图2B），包括12种醇类、6种醛类、16种酸类、10种酯类、6种内酯、15种酮类等。

各重组乳中挥发性化合物显示出显著浓度差异：25L-M总挥发物含量最高，约为脱脂乳的7.5倍；30S-M和25S-M约为脱脂乳的7倍。酸类、内酯类、酮类在所有重组乳中显著高于脱脂乳，确认乳脂是这些风味前体的主要来源。基于聚类结果，后续研究聚焦于四个代表性样品：25L-M、30L-M、30S-M、skim-M。

图2. （A）挥发物种类与含量；（B）聚类热图；（C）PCA分析

GC-O-MS+AEDA：嗅辨40种气味活性物质，锁定21种关键贡献者

采用GC-O-MS技术结合AEDA，在四个代表性样品中共嗅辨出40种气味活性化合物，其中包括7种醇类、6种醛类、9种酸类、6种内酯、5种酮类等。其中21种FD（风味稀释因子）≥8的化合物被认定为主要香气贡献者（图3A）。醇类化合物贡献果香、花香和青草香；醛类化合物贡献脂肪香、黄油香和坚果香；酸类化合物贡献酸香和发酵香，同时也是酯类和酮类的重要前体；内酯类化合物贡献甜香、奶香和椰子香。25L-M样品中FD≥8的化合物数量最多，说明25℃分馏更有利于浓缩香气前体分子。

图3. （A）21种香气活性化合物（FD≥8）的堆叠条形图；（B）21种香气活性化合物（FD≥8）的韦恩图；（C）12种香气活性化合物（FD≥8且OAV≥1）的热图；（D）香气活性化合物与感官属性之间关系的网络可视化图。

精准定量、香气活度值分析与脂肪酸谱：锁定12种关键化合物并揭示前体差异

研究采用外标法对21种FD≥8的化合物进行定量，并计算OAV，对其中9种化合物进一步采用稳定同位素稀释分析进行精准定量，最终确认12种OAV≥1的关键香气活性化合物（图3C）。其中，壬醛和辛醛主要贡献脂肪香；γ-十二内酯因极低的嗅觉阈值，OAV高达33.18至39.68，是重组乳中最具影响力的甜香贡献者；δ-癸内酯贡献甜香和奶香；己醛贡献青草香；丁酸在低浓度下贡献愉悦的奶香；2(5H)-呋喃酮香气活度值高达33.05至53.42，贡献焦糖香和甜香。液态组分中醛类和内酯类的OAV普遍高于固态组分，与其更高的不饱和脂肪酸含量相一致。

感官属性与香气活性化合物的相关性分析（图3D）验证了上述发现：δ-癸内酯和γ-十二内酯与甜香呈强正相关，壬醛和辛醛与脂肪香呈强正相关，己醛与青草香呈强正相关。

脂肪酸前体分析共鉴定出25种脂肪酸，包括18种饱和脂肪酸和7种不饱和脂肪酸。随着分馏温度降低，不饱和脂肪酸比例从未分馏乳脂对照组的24.5%升至25℃液态组分重组乳的28.5%。25L-M中短链和中链脂肪酸显著富集。液态组分富集油酸和亚油酸，固态组分富集棕榈酸和硬脂酸。

双通路机制模型：从脂肪酸到香气化合物的完整图谱

将12种关键香气活性化合物与25种脂肪酸进行相关性热图分析（图4A），发现了两个显著的关联模式。中短链饱和脂肪酸与内酯类化合物呈强正相关；不饱和脂肪酸与醛类化合物呈强正相关。基于此，研究提出乳脂风味形成的双通路机制（图4B）。

通路一（饱和脂肪酸通路）：中短链饱和脂肪酸通过脂解释放游离脂肪酸，随后羟基脂肪酸发生环化反应，生成内酯类化合物，贡献甜香和奶香。

通路二（不饱和脂肪酸通路）：不饱和脂肪酸发生自动氧化生成氢过氧化物，随后通过β-断裂或Hock裂解，生成醛类化合物，贡献脂肪香和青草香。

这两条通路共同作用，形成了重组乳复杂而平衡的香气特征。

图4. （A）脂肪酸与关键香气活性化合物相关性热图；（B）双通路形成机制模型

【小结与展望】

本研究依托自建牛奶风味数据库，采用分子感官科学策略，系统揭示了乳脂分馏组分对重组乳风味的影响机制。岛津GCMS的高灵敏度、宽动态范围，结合自建牛奶风味数据库中标准品离子碎片信息与保留指数的整合支撑，为74种挥发性化合物的精准鉴定、40种气味活性物质的有效筛选以及12种关键香气活性化合物的准确定量提供了核心技术保障。研究首次提出乳脂风味的双通路机制：中短链饱和脂肪酸通过脂解和环化生成内酯类化合物，贡献甜香和奶香；不饱和脂肪酸通过自动氧化和裂解生成醛类化合物，贡献脂肪香和青草香。未来可基于此机制优化分馏工艺，开发低脂高香的乳制品；进一步探究关键香气化合物的生成动力学；拓展不同来源乳脂的风味差异研究，推动风味导向的乳脂分馏技术工业化应用。

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参考文献：

Xu K, Zhang Z, Zhou J, et al. Decoding flavor formation in recombined milk: The role of milk fat fractions from dry fractionation and their fatty acid profiles. LWT, 2026, 243: 119181.

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