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乳制品中的酶解风味成分

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:新鲜黄油的典型风味受到乳中不饱和脂肪酸的氧化而形成的羰基化合物的影响。黄油脂肪中的不饱和甘油三酯被推测为在加热过程中产生了这些强烈风味物。乳脂肪的脂解也被用于为烘焙、谷物产品、糖果糕点、咖啡伴侣和其他类乳制品生成奶油和黄油的风味。尽管LPL活力通常存在于哺乳动物乳中,但它对乳脂肪的消化作用在幼小动物上还没有得到证实。

乳制品中的酶解风味成分

(一)黄油的风味化合物

鉴于商业意义,黄油和乳脂肪的风味得到了深入的研究。不同种类的黄油和乳脂肪已经鉴定出了超过230种的挥发性化合物。新鲜黄油的典型风味受到乳中不饱和脂肪酸的氧化而形成的羰基化合物的影响。

Forss等报道了采用气味活度值(浓度对嗅觉阈值的比率)评价,δ-癸内酯δ-辛内酯、癸酸、月桂酸、粪臭素和吲哚作为重要的乳脂肪风味的贡献物。此外,Siek的数据证实在新鲜黄油中,丁酸、己酸、δ-癸内酯的含量在味觉阈值以上。

新鲜的和贮存一段时间的乳脂肪的挥发部分经香气提取稀释分析(AEDA),Widder等断定双乙酰、丁酸、δ-辛内酯、粪臭素、δ-癸内酯、顺-6-十二碳烯酸-癸内酯、1-辛烯-3-酮、1--己烯-3-酮是乳脂肪风味的重要贡献物。乳脂肪在室温贮存过程中,1-辛烯-3-酮、反-2-壬烯醛和顺-1,5-辛二烯-3-酮的浓度会提高。

Schieberle等对不同种类黄油[即爱尔兰酸奶油(ISC)、发酵黄油(CB)、酸奶油(SC)、甜奶油(SwC)和农庄酸奶油(FSC)]进行了感官评价。表7-10表明了ISC黄油整体的气味强度最高。表中显示通过AEDA在ISC的馏分中检测到19种香味活性化合物,最大的风味稀释因素为δ-癸内酯、粪臭素、顺-6-十二碳烯酸-内酯和继反-2-壬烯醛、顺,顺-3,6壬二烯醛、顺-2-壬烯醛和1-辛烯-3-酮之后的双乙酰。

表7-10 爱尔兰酸奶油黄油中的强烈风味物

续表

风味提取物稀释分析也应用于了加热后的黄油。主要的香味化合物已被确认为δ-辛内酯、粪臭素、δ-癸内酯、2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮(Furaneol)以及1-己烯-3-酮、顺-2-壬烯醛、反-2-壬烯醛、反,反-2,4-癸二烯醛、反-4,5-环氧树脂-反-2-癸烯醛、γ-辛内酯和1-辛烯-3-酮。黄油脂肪中的不饱和甘油三酯被推测为在加热过程中产生了这些强烈风味物。此外,蛋白质的热降解和美拉德反应是导致形成粪臭素、甲硫基丙醛和呋喃酮的因素。

(二)乳及乳品中脂解的有利影响

1. 理想风味的产品

脂肪分解为很多乳品提供特征性风味起了重要作用,特别是很多种干酪的成熟都伴随着脂解,它们源于微生物的作用或者事先加入的酶,即在原奶中加入乳LPL。脂解不是很普遍,但在一些干酪中更明显(如青纹干酪和硬质的意大利类型的)。深度的脂解对于干酪来说也是不能接受的。

在一些霉菌成熟干酪中,游离脂肪酸含量(高达总脂肪酸的25%)非常高是可以接受的(例如,相比优质切达的游离脂肪酸含量小于4000mg/kg,蓝纹干酪的大于66000mg/kg)。高含量的丁酸是意大利硬质干酪和某些腌制干酪的标志,例如希腊菲塔羊奶干酪(Greek Feta)高达520mg/kg,罗马诺干酪(Romano)的大于3000mg/kg。然而,风味物质的不平衡导致这些干酪出现不良的酸败味、膻味(C4:0~C8:0)或者皂味(C10:0~C12:0)。

在成熟切达中,乳脂肪的脂解形成了一些丁酸和大部分的高游离脂肪酸,这种脂解主要来自于乳酸菌的脂肪酶。在瑞士品种干酪中,酸增加是通过丙酸杆菌的脂肪酶作用或者通过发酵。意大利的品种中,波罗伏洛干酪(Provolone)和佩科里诺干酪(Pecorino)从前胃酯酶的作用产物获得它们的特征性风味,传统的是从用于凝乳的凝乳酶膏的作用产物中获得,而现在是以商业化的口腔腺提取物的形式获得。在蓝纹类干酪中,如古冈佐拉干酪(Gorgonzola)、罗奎福特干酪(Roquefort)和斯蒂尔顿干酪(Stilton),娄地青霉脂肪酶产生的游离脂肪酸作为风味成分本身和甲基酮的前体物质都是重要的,它给这些干酪提供了辣味。卡地干酪青霉脂肪酶在表面霉菌成熟干酪[如布里干酪(Brie)和卡门培尔(Camembert)]中起到了同样的作用。脂肪酶制剂已经被用于提高风味和加速干酪成熟,例如切达、水牛奶高达(BuValo Milk Gouda)、蓝纹干酪。

典型的特殊品种的干酪风味制剂可以由适当的特异性的脂肪酶产生。这些风味物被用在再制干酪和酱汁。乳脂肪的脂解也被用于为烘焙、谷物产品、糖果糕点咖啡伴侣和其他类乳制品生成奶油和黄油的风味。

2. 乳脂肪的消化

新生儿、尤其是早产儿脂肪的吸收比成年人更有限,这是由于脂肪酶产量相对低以及婴儿胰腺分泌的胆盐。

尽管LPL活力通常存在于哺乳动物乳中,但它对乳脂肪的消化作用在幼小动物上还没有得到证实。Olivecrona等推断LPL可能在绑定乳脂肪球和黏膜、绑定到肠道细胞表面、脂质转移到细胞方面起辅助作用,这些作用可能不依赖酶的水解活性。

人乳中胆盐刺激的脂肪酶是作为一种辅助牛奶脂肪消化的酶。它的稳定性和活力都与新生儿胃肠道的环境相关。它不具有特异性,可以水解甘油酯和其他营养学意义的酯,例如视黄基和胆固醇酯。婴儿在消化了新鲜人乳之后,胆盐刺激性脂酶(BSSL)可以在他们的胃和肠道中检测到,并且平均脂肪吸收率比喂养牛乳配方粉或加热过的人乳之后更高。脂肪吸收率的增长对于早产儿或者胰功能不全的婴儿特别有意义。

Bernback等发现体外人乳甘油三酯的完全消化需要胃脂肪酶、胰腺协同脂肪酶和BSSL的协同作用。当BSSL对甘油三酯和甘油二酯的水解起作用时,它特别的功能是水解单甘酯成游离脂肪酸和甘油,使之更容易被吸收。然而,这并不适用于棕榈酸,它作为游离酸很难被吸收,而是作为2-单酰甘油被吸收。这种酸大约70%在人乳三酰基甘油的sn-2位被酯化。体内研究中,在狗和老鼠的实验模型中显示,BSSL在胃内脂解比体外实验发挥更大的作用。BSSL也有神经酰胺酶活力,它可以通过酸性鞘磷脂酶C水解之后从鞘磷脂分解产生神经酰胺。

在喂养小猫的配方粉中以纯化的人BSSL作为补充组分,小猫生长速度比单独喂养配方粉快两倍,从而建议以BSSL产品作为膳食补充。

通过调查婴儿母乳喂养对贾第虫病的抵御能力发现,在体外,人、大猩猩和白眉猴乳能够抵御兰伯氏贾第虫。Hamosh报道,人乳中第三种脂肪酶,即血小板活化因子乙酰水解酶,可以在预防炎症性反应上起到作用。

(三)风味的分析方法

1. 游离脂肪酸

乳或乳品中所有游离脂肪酸的定量是个困难的分析问题,已经有大量的研究以此为主题。

游离脂肪酸的范围从水溶性、短链酸,如丁酸(C4:0)和己酸(C6:0)到非水溶性、长链酸,如软脂酸(C16:0)和硬脂酸(C18:0)。乳和乳品中它们伴随着相对大量的脂肪、甘油三酯、水溶性酸。

方法通常涉及的初始步骤是分离脂肪酸,含有或不含有乳脂肪;接下来是定量步骤,含有或不含有酸的衍生物。直接的方法是采用红外或生物传感器技术,不需要预处理步骤是明显的优势,适用于在线游离脂肪酸监控。

关于脂肪分离的方法,乳制品产业局(BDI)的方法是最常见的,仅仅检测脂溶性游离脂肪酸,因此会低估总游离脂肪酸水平。但是对于乳品,例如黄油,仅检测脂溶性游离脂肪酸是不会觉察到总游离脂肪酸的微小的增长的,只是长链游离脂肪酸的出现会对风味产生不良影响。

溶剂萃取法可测定游离脂肪酸的比例,然而,游离脂肪酸在滴定定量时,由于提取物中乳酸、酸性磷脂和其他酸性干扰化合物,其中的一些方法会高估游离脂肪酸含量。基于异丙醇、庚烷、硫酸混合物的溶剂萃取法已经在几个国家使用,采用自动化的方法用于日常大量的样品分析。

通常在溶剂萃取之后,鉴于游离脂肪酸对各种载体的吸附,从而可作为对产品中所有游离脂肪酸定性的最好的方法。这些方法中,一些通过气相色谱(GC)定量游离脂肪酸的方法,目前可作为参考方法。在一些早期的固体吸附方法中,脂肪的水解会导致高估游离脂肪酸的真实含量。然而,采用减活氧化铝离子交换树脂开发出了一些方法,不会发生脂肪水解。(www.xing528.com)

作为游离脂肪酸的毛细管气相色谱法提供了很好的组分酸的测定方法。同样的,乳游离脂肪酸在高效液相色谱(HPLC)分析中可获得高分辨率色谱图。因此,目前获得乳和乳品中单体游离脂肪酸的精确数据成为可能。

基于操作简易性的考虑,非常需要一些无需从乳脂肪或产品中分离游离脂肪酸的测定方法。Spangelo等报道乙腈提取的牛奶与碘甲烷在阴离子交换树脂为催化剂时,游离脂肪酸能够甲酯化。Miwa和Yamamoto衍生出了乳和乳品中游离脂肪酸,通过与2-硝基苯盐酸化物直接反应用于HPLC分析。

Koops等涉及酰基-CoA合成酶、酰基-CoA氧化酶和产生的过氧化氢色度检测的方法有望成为例行检测程序。此方法已经自动化并且显示出与农场牛奶样品的BDI方法很好的一致性。在另一个酶方法中,Christmass等联合使用酰基-CoA合成酶、UDP-葡萄糖磷酸化酶、葡萄糖磷酸变位酶、葡萄糖-6-磷酸盐-1-脱氢酶和烟酰胺嘌呤核苷酸(NADH)-荧光素酶以判定人乳中游离脂肪酸。生成物NADH的荧光测定克服了加入奶、影响色度检测时浑浊的问题。

几篇公开发表的论文中比较了乳和乳制品中游离脂肪酸检测的多种方法。总之,各种方法间是高度相关的,尽管不同方法有不同的局限。

因此,要依据应用来选择方法。对游离脂肪酸的常规分析,BDI方法或它的改进法,以及基于Dole的萃取法看起来是最普遍的。而对于产品中所有游离脂肪酸的精确检测,毛细管GC或HPLC方法是可选择的方法。酸或甲酯的毛细管气相色谱法是国际乳品联合会(IDF)的推荐方法。

上述多数方法已被用在乳的游离脂肪酸的检测上,大多数可应用于其他产品。但需要在萃取程序中做一些微小的改变,例如无水硫酸钠的包含物去除水或者酸性水溶液,包含物经水洗步骤去除乳酸。Collomb和Spahni建议上述IDF推荐方法可作为通用方法。

2. 脂肪酶活力

大量的方法已经用来检测各种来源脂肪酶的活力,它们用到的底物、底物形式、添加到实验中的混合物和检测水解程度的方法有很多的不同。

脂肪酶的天然底物是甘油三酯,但是由于甘油三酯的复杂性以及它们很少含有色团或其他能够随时检测产品的标记,于是开发出了几个合成的底物。这使得不同的检测技术,如分光光度法、荧光法、色谱或辐射线测定将被利用。重要的是,真正的脂肪酶仅仅对非水溶性酯类有活力,而酯酶的分解仅仅在水溶性酯中。因此,用于乳和乳品的方法中所采用的底物是非常重要的。这种底物检测的是真正的脂肪酶而不是酯酶,因为乳脂水解中脂肪酶才是起重要作用的,而酯酶的作用则无关紧要。

由于脂肪酶在油-水界面对油脂产生作用,以合适的物理形式制备底物对于最大程度发挥脂肪酶活力非常重要。促进脂肪酶活力的方法包括:利用乳化成分的乳化;形成凝胶;水溶性有机溶剂溶解,例如2-甲氧乙醇四氢呋喃,紧接着添加至水反应混合物;声波降解法,含有或不含有乳化剂;形成薄膜或单层。

最常见的脂质底物的形式是一种乳化液,通过表面活性剂使之稳定的,包含胆盐和胶。无论所使用的方法,好的乳化剂的形式是必要的,由于脂肪酶反应率依靠在底物-水界面中底物的表面积,这可以通过剧烈的摇晃、混合、超声处理、或底物在水介质中的均质来获得。然而,尽管这些方法可以生产出相对好的乳化剂,但是在各方法中可以利用的脂类表面积仍不相同,因为底物系统的理化性质不相同。由此,从报道中获得的脂肪酶活力的比较数据因不同的分析方法而不同。

乳化的非水溶性底物通常与缓冲溶液酶制剂反应,酶活力可以通过反应产物连续测定,或者通过反应一段时间,测定形成的产物总量或被利用了的底物。酶活力的一个单位(U)通常被定义为在给定条件下一段时间内(如1min)释放一定量产物(如1μmol)所需要的酶的总量。

乳品工业中目前的挑战是细菌脂肪酶低含量的测定方法,它可引起乳和乳品中的不良现象,特别在长货架期产品。由此,上述描述的很多敏感的方法可以应用于检测在酶与甘油三酯底物反应过程中释放出的少量的游离脂肪酸。为了最大化细菌酶分析的灵敏度,采用在自有LPL没有活力的温度下长时间反应的方式。

此外,用β-萘酚辛酸酯或p-硝基苯酯作为底物的比色测定,以及用4-甲基伞形酮酯的荧光试验已被提议作为测定乳和乳品中细菌酶的敏感方法。然而,例如非酶水解的问题、乳脂肪和乳蛋白干扰以及测得的活力与乳脂肪的少有的相关性等问题限制了这些方法用于预测贮存期乳品的脂解稳定性。基于伞形酮酯的试验比那些采用4-甲基伞形酮酯的试验显示出很多优势,可以应用在乳和乳制品。

针对细菌脂肪酶开发敏感的酶联免疫吸附(ELISA)方法上取得了进展,然而,这种技术检测酶蛋白而不是它的活力,因此对于乳品工业的实际价值很小。在此领域期望有进一步的研究。

Deeth和Touch评估了各种方法对于乳品应用的适用性。他们认为分为两类:筛选试验和确认测试。前者可在相对短的时间内容纳大量的样本,但可能导致一些错误的结果。后者包含天然甘油三酯底物的应用,通常是乳脂肪,一般更加耗时。对于这两类的每一个,受欢迎的方法参考如下:筛选试验包括,用非三酰甘油底物的荧光和比色分析试验;使用三丁酸甘油酯的滴定分析;使用三丁酸甘油酯、三油精或乳脂肪的琼脂扩散试验。确认测试包括,以三油精和乳脂肪作为底物的色谱分析;以三油精和乳脂肪作为底物的滴定分析。

(四)风味物的制备

将脂肪酶应用于乳品,生产改性产品的基本制作过程一般包括以下几个步骤:底物的准备(一般为炼乳、黄油或干酪);酶制剂溶液的准备和标准化;应用与底物相对应的酶制剂(即确定酶制剂的添加量);均质促进乳状液的形成和提高活力;保温至获得最佳转化;产生最小值挥发性风味时将酶灭活;最终产品的标准化、配制和包装。

1. 酶解稀奶油产品

脂解稀奶油是通过脂肪酶用于新鲜稀奶油而生产的天然乳香味的产品。乳脂水解释放出的游离脂肪酸和4种短链脂肪酸对挥发性风味的形成起主要作用,在完成产品时需控制风味形成。脂解稀奶油是一个产热的过程,能使添加的脂肪酶失活。产热过程中还能生成二级风味混合物(如内酯)。有的脂解稀奶油还可通过向稀奶油中接种乳酸菌制成,其生产过程中稀奶油产酸优先于脂解。除了稀奶油,纯黄油也可作为脂解的底物。黄油在25℃是固体(室温),当反应终止和混合物冷却后,脂解黄油还会恢复成固态。

脂解稀奶油和脂解发酵稀奶油制品可用于糖果、干酪、蛋糕调味汁、浸渍汁、沙拉甜点生面团、汤和焙烤食品等加强风味。需要清淡风味效果的添加量为0.05%~0.1%,要有更加显著的效果可以增加到0.1%~0.5%。部分脂解黄油用于油、脂肪、谷物、小吃和焙烤食品,例如用于爆米花的油可以含有0.05%~1%的脂解黄油。

2. 黄油风味物

近十多年来,黄油脂肪的水解技术生产和浓缩游离脂肪酸以提高产品的黄油风味得到了广泛应用。最近,生物技术专家开发的方法可生产各种纯度很高的酶,成本低且产量大。微生物来源的脂肪酶实用性的提高,使得研究者在创新领域中利用这些酶的催化特性成为可能。已建立起的脂肪酶的良好应用是采用天然来源的原料生产酶解风味物。

脂肪酶在疏水性载体的固定化具有如下潜力:保存和在某些情况下提高脂肪酶对底物的活力;提高热稳定性;避免脂肪酶改性产品带有的残效活力的污染;提高单位脂肪酶的系统效率;允许连续工艺的开发。脂肪酶对疏水界面的亲和性构成了这种机制的必须元素,在这个途径中酶要产生作用,以及固定化脂肪酶可以利用的、由微孔疏水聚合物制成的一束中空纤维组成的反应堆。

3. 酶改性干酪风味产品

天然干酪价格高,在许多食品配制中可加入酶改性干酪(浓缩干酪风味物,EMC)。EMC用于食品制作可能成为风味的唯一来源或者给予一种风味比较温和的干酪特殊风味。EMC风味包括帕马森干酪、罗马诺干酪、波罗伏洛干酪、古乌达干酪、切达干酪和瑞士干酪的风味物。另外,还有一种流行的干酪风味是蓝色干酪风味,这种风味来自类脂物,它的形成包括4个主要的酶解过程:①游离脂肪酸通过脂肪酶从乳脂中释放出来;②游离脂肪酸被氧化成β-酮酸;③β-酮酸经过脱羧作用生成甲基酮;④甲基酮被还原成仲醇。

与罗马诺干酪、波罗伏洛干酪和蓝色干酪相比,切达干酪、瑞士干酪、荷兰球形干酪和古乌达干酪仅经过程度非常低的脂解,在生产中它要求添加凝乳酶、胃液酯酶或胃脂肪酶以增加切达干酪的风味。添加蛋白酶和脂肪酶加速切达干酪的成熟,主要靠脂解来产生强烈的风味,同时要求少量的蛋白酶水解,应避免广泛的蛋白质水解产生的苦味肽和其他不受欢迎的风味。

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