奶酪按照加工方式可分为原制奶酪和再制奶酪。其中,再制奶酪是由一种或多种天然奶酪作为主要生产原料,加入辅料混合后,将原料进行加热、搅拌和乳化后最终制成的成品[1]。相比于原制奶酪,再制奶酪具有质地均匀、香气温和等特点,更适合我国消费者偏好,近年来消费量呈持续上升趋势[2],具有广泛的应用前景。

风味是衡量奶酪品质特性的主要指标之一[3],很大程度上影响着消费者对产品的接受度。再制奶酪作为我国奶酪市场的主流产品,在加工过程中会造成产品香气的极大损失和变化,香气物质总含量损失率可达30%左右,这已成为制约再制奶酪品质提升的关键瓶颈。减少再制奶酪加工过程的风味损失和加强奶酪加工技术创新是国产奶酪研制和开发的重点。陈臣等[4]利用气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)、气相色谱-嗅闻(gas chromatography-olfactory,GC-O)以及快速气相色谱型电子鼻探究了不同加工方式对传统奶酪风味的影响,鉴定了其特征香气物质,发现微波处理后的奶酪中酸类物质含量增加,油炸和焙烤后奶酪原有风味物质明显减少,但新生成美拉德和焦糖化反应等相关产物。廖紫玉等[5]基于HS-SPME-GC-MS分析加工方式对即食传统奶酪风味品质的影响,发现在生食、油炸、空气煎炸乳扇中分别有16、18、21种关键香气成分,其中热加工处理提升了奶酪的奶香味。采用现代风味组学技术对再制奶酪的风味特性进行全面深入的研究,结合加工中的风味品质变化,深入分析各种加工因素对奶酪风味的影响,能为奶酪生产提供更科学有效的调控策略,对开发符合中国消费者偏好的再制奶酪具有重要意义。

本研究采用GC-MS、GC-O、电子鼻技术,结合香气活力值(odor activity value,OAV)和感官评价的方法,深入探究了不同乳化盐、柠檬酸、稳定剂添加量以及乳化时间、乳化温度和剪切速率等工艺参数对马苏里拉奶酪再制前后香气品质的影响,并在单因素实验的基础上利用响应面法进行优化;最后利用香气补偿策略弥补优化后缺失的特征性风味物质、评估最终对再制马苏里拉奶酪风味的调控效果。希望本研究可为减少加工过程中的风味损失,增强消费者对再制奶酪的喜好度提供理论支持及工艺参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原制奶酪(质量分数50%的8个月成熟切达奶酪与质量分数50%的马苏里拉奶酪混合物)、酪蛋白,甘肃华羚乳品股份有限公司;变性淀粉,宜瑞安食品配料有限公司;黄油,光明乳业股份有限公司;β-胡萝卜素,巴斯夫(中国)股份有限公司;六偏磷酸钠、焦磷酸钾,潍坊英轩实业有限公司;食盐,中盐上海市盐业有限公司;柠檬酸,河南高宝实业有限公司;正构烷烃(C6～C30)、2-辛醇,分析纯,美国密苏里州圣路易斯SigmaAldrich公司;δ-十二内酯、乙偶姻、3-甲基丁醛,湖北成丰化工有限公司;丙二醇(食品级),美国陶氏化学公司;2-辛酮、苯乙醛、2-十二酮、2-十一酮、己酸,上海泰坦科技股份有限公司;己醛、桃醛、乙酸丁酯,上海麦克林生化科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

7890B-5977B型气相色谱质谱联用仪,美国Agilent科技有限公司;Gerstel ODP-3型嗅闻仪,德国Gerstel公司;SAAB-57330U SPME 型手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS 型萃取纤维,美国Supelco公司;EMS-10S型恒温水浴锅,常州市人和仪器厂;ME104E 型电子天平,Mettler Toledo仪器(上海)有限公司;Thermomix TM6 型美善品多功能奶酪料理机,德国福维克集团有限公司;PEN3 型电子鼻,德国Airsense公司;F2型pH计,梅特勒公司。

1.3 实验方法

1.3.1 再制马苏里拉奶酪的制备

再制马苏里拉奶酪配方参考文献[6-7]并加以改进,确定的样品配方为质量分数分别为20%的原制奶酪(质量分数50%的8个月成熟切达奶酪+质量分数50%的马苏里拉奶酪)、20%的酪蛋白、20%的黄油、1%～1.5%的乳化盐 (焦磷酸钾与六偏磷酸钠质量比为1∶1)、1.5%～2.5%的柠檬酸、1.5%食盐、5%～6%变性淀粉和0.04% β-胡萝卜素,利用纯净水补足余量至100%。

再制马苏里拉奶酪的制备工艺:1)参考文献[8]的方法,使用厚度为6 mm的剪切刀,在多功能奶酪料理机的熔化锅中对除黄油和原制奶酪以外的原料进行剪切预混合,持续时间为3 min。预剪切温度为45 ℃,预剪切速率为600 r/min;2)将原制奶酪加入熔化锅中,采用蒸汽夹层锅蒸汽加热至70～72 ℃,以700 r/min的速率搅拌,持续3 min;3)在熔化锅中加入黄油,蒸汽加热至72 ℃,以250 r/min的速率搅拌乳化,持续8 min;4)迅速灌装并用冷水冷却,1 h内降温至4～7 ℃,冷藏7 d。切成2 mm×2 mm×2 mm的粒状,即得再制马苏里拉奶酪。在-18 ℃条件下冷冻保藏。

1.3.2 奶酪中香气活性化合物的鉴定

1.3.2.1 挥发性风味物质检测

采用Chen等[9]的方法,利用HS-SPME前处理方法提取奶酪中的挥发性风味物质,将奶酪在液氮中冷冻5 min,随后用研钵磨细得到均匀的样品。称取3 g粉末样品置于20 mL顶空瓶中,加入内标化合物2-辛醇(20 μL,220 mg/L)。用聚四氟乙烯硅胶隔垫封口后60 ℃水浴平衡30 min,将萃取头插入顶空瓶中60 ℃水浴条件下萃取30 min,待进样。将每根纤维插入GC的前进样口,并在250 ℃解吸5 min。每次萃取前,将纤维置于250 ℃进样口老化10 min。

GC条件:HP-Innowax色谱柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm);载气为氦气,流速为1 mL/min。升温程序:初始柱温40 ℃保持4 min,以3 ℃/min升至100 ℃并保持2 min,再以4 ℃/min的升温速率升温至150 ℃,最后以10 ℃/min的升温速率升温至230 ℃并保持10 min;前进样口温度250 ℃。MS条件:电子电离源;电离能量70 eV;离子源温度230 ℃;接口温度250 ℃;四极杆温度150 ℃;采用全扫描模式,质量扫描范围m/z 30～450。各样品均进行3次平行测定。将挥发性风味物质的质谱数据与NIST 17谱库数据进行对比,利用正构烷烃(C6～C30)计算挥发性风味物质的保留指数(RI),并与文献中报道的RI值进行比较,最后利用标准品的质谱、保留时间和保留指数对奶酪样品中未知香气成分进行准确定性分析,同时采用内标法和外标法相结合的方法对挥发性风味物质进行定量分析[10-11],用2-辛醇(20 μL,220 mg/L)作为内标,计算样品中待测化合物与内标的峰面积比率。将标准品溶液配制成5个浓度梯度,在相同GC-MS条件下解析,以化合物的浓度(x轴)和峰面积(y轴)建立标准曲线,计算化合物浓度。

1.3.2.2 关键风味物质检测

使用配备嗅觉检测端口的气相色谱系统(GC-O)鉴定挥发性风味物质。等量的气相色谱载气被分别输送到MS检测器和嗅探器,传送线的温度保持在280 ℃。GC条件和升温条件相同。

从40名接受了嗅觉培训的候选人中筛选15名嗅觉灵敏且熟悉奶酪香气的人员,组成嗅闻小组。每位小组成员使用玻璃嗅探器来嗅闻各样品的色谱柱流出物,并记录其气味的起始和结束时间,以及它们的气味特征和强度。气味强度按照0到5的等级进行评估,其中0表示无气味,3表示气味适中,5表示气味强烈。每次做3个平行实验,所得数据采用Dravnieks公式来计算每种气味的修正频率[12]。

1.3.2.3 香气活性化合物的确定

用于评估每种化合物对奶酪样品整体香气贡献的OAV,当化合物的OAV大于或等于1时,被认为对样品的整体香气有贡献,即为香气活性化合物,OAV越大表明香气贡献越高,计算方法见式(1)。

(1)

式(1)中,w表示挥发性化合物的质量比,μg/kg;OT表示该化合物的文献阈值,μg/kg。

1.3.2.4 电子鼻检测

称取样品3.0 g装入顶空瓶内,室温平衡30 min后放入电子鼻样品盘中进行检测。该过程包括100 s的自动清洗和90 s的样品测定。每个样品采集3个测量值,取75～77 s之间的平均值进行分析。电子鼻设备共有10个传感器,在对每个样品的数据采集过程中,由于每个传感器会对某一类特征气体响应剧烈,因此可以确定该样品主要挥发气体是哪一类型,10个不同金属氧化物传感器及其对应的性能描述如下:W1C为苯类芳香成分、W5S为氮氧化合物、W3C为氨类芳香成分、W6S为氢化物、W5C为短链烷烃、W1S为甲基类、W1W为无机硫化物、W2S为醇类、醛类、酮类、W2W为有机硫化物和W3S-长链烷烃。

1.3.3 再制马苏里拉奶酪辅料的优化

以1.3.1节中再制马苏里拉奶酪配方为基础,保持其他辅料质量分数不变。在制备完成后的第3天,对不同样品的挥发性风味物质进行测定,并与加工前的样品和空白对照组样品进行比较,分别考察不同质量分数下乳化盐添加量(0.5%、1.0%、1.5%)、柠檬酸添加量(1.5%、2.0%、2.5%)和稳定剂添加量(5.0%、5.5%、6.0%)对再制马苏里拉奶酪香气变化的影响。

1.3.4 再制马苏里拉奶酪再制工艺的优化

以1.3.3节中确定好的再制马苏里拉奶酪原辅料配方为基础,分别研究乳化温度、乳化时间、剪切速率对再制马苏里拉奶酪香气变化的影响。因素设定为乳化温度70、73、76、79 ℃,乳化时间8 min,剪切速率为250 r/min;乳化时间3、6、9、12 min,设定乳化温度为72 ℃,剪切速率为250 r/min;剪切速率100、150、200、250 r/min,设定乳化温度为72 ℃,乳化时间为8 min。探究再制工艺单因素对再制马苏里拉奶酪香气的影响。

1.3.5 再制加工条件的响应面法优化

在单因素实验的基础上,选取对再制马苏里拉奶酪风味损失影响较大的乳化盐、稳定剂、乳化时间、剪切速率4个因素为响应变量,以感官评分为响应值,采用Design-Expert软件中的Box-Behnken模型设计4因素3水平组合响应面分析试验,预测最优的再制马苏里拉奶酪制备工艺。

4个因素的水平设置。不同质量分数下乳化盐添加量(0.5%、1.0%、1.5%)、稳定剂添加量(5.0%、5.5%、6.0%)和乳化时间(3 min、6 min、9 min)、剪切速率(150 r/min、200 r/min、250 r/min)。

1.3.6 感官评定

参照Chen等[9]的感官评价方法并略有调整。邀请15名经过培训的研发人员对响应面不同水平设计得到的再制马苏里拉奶酪进行感官测试打分,这15名评价员是从60名候选人中筛选出的具有较强香气识别能力的成员,GB/T 16291.1—2012《感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则第1部分:优选评价员》被用作选拔和培训感官评价员的参考。感官评价按照ISO 8589: 2007标准在标准感官实验室中进行。用于测试的样品均被分割成5 g的块状,采用3位随机数字编码,单独贮存在50 mL有盖且无味的棕色玻璃杯中。总分为100分,其中风味、组织状态、硬度、切条性各占25分,样品以随机顺序呈递,每次评价之间评价员将被要求休息2 min以避免嗅觉疲劳。具体评价标准见表1。

1.3.7 香气补偿实验

根据单因素实验确定的柠檬酸添加量和乳化温度,响应面优化试验确认的乳化盐添加量、稳定剂添加量、乳化时间和剪切速率为最佳工艺条件,进行再制马苏里拉奶酪的制作,经再制马苏里拉奶酪乳化后分别添加质量分数为0.1%的3-甲基丁醛、δ-十二内酯和乙偶姻等香原料溶于食品级丙二醇后进行香气补偿实验,通过剪切作用在奶酪中进一步分散,并以再制马苏里拉奶酪的香气损失和变化作为指标,与未添加香原料和加工前的奶酪作为对照进行比较,弥补香气的损失,完善再制马苏里拉奶酪的风味特征。

1.4 数据处理

使用SPSS 21.0软件进行独立样本t-检验和单因素方差分析(ANOVA),并使用Duncan’s检验对数据之间的差异显著性进行分析。当P<0.05时,表明样本之间存在显著差异。数据分析和图形绘制则使用Origin Pro软件。

2 结果与分析

2.1 再制马苏里拉奶酪加工前样品中特征性风味物质的鉴定

GC-MS检测出的挥发性风味物质结果见附录附表1和图1,加工前的原辅料混合奶酪浆液中共检出40种挥发性风味物质,包括酸类11种、醛类5种、酮类5种、酯类4种、内酯类4种、烯烃类4种、醇类3种、芳香及杂环类3种、含硫化合物1种。其中酸类物质含量最高,高达9 386.85 μg/kg,醇类物质虽然种类较少,但其含量较高,为1 065.2 μg/kg,仅次于酸类和酮类。

食物中香气化合物对食物香气的贡献与它们在食物中的浓度和感觉阈值密切相关。OAV大于或等于1的物质被认为是香气活性化合物,采用MS和RI共同结合定性,将挥发性化合物的质谱数据与NIST 17谱库数据进行对比,利用正构烷烃(C6～C30)计算挥发性化合物的保留指数(RI),并与文献中报道的RI值进行比较[13-17],基于GC-O结果结合OAV计算和良好风味属性物质的选取最终定性成功的特征性风味物质共有11种(见表2),包括3-甲基丁醛、己醛、乙偶姻、2-辛酮、2-十一酮、2-十二酮、己酸、桃醛、δ-十二内酯、乙酸丁酯、苯乙醛,通过外标法利用标准曲线进行定量。根据外标法计算可知,加工前的奶酪样品中特征性风味物质总质量比为23 120.73 μg/kg。其中,3-甲基丁醛的OAV高达1 701.94,表明其在马苏里拉奶酪加工前的整体风味中起到了关键作用,这与Natrella等[18]的研究结果相一致。

奶酪的低成熟度常伴有醛类化合物的存在,这些化合物会迅速转化为醇类和酸类,随着奶酪的成熟,其含量逐渐减少。尽管醛类物质在奶酪中的存在时间短暂,但对奶酪的风味具有重要影响。OAV大于1的醛类物质包括3-甲基丁醛、己醛、桃醛和苯乙醛,它们赋予马苏里拉奶酪丰富的坚果、青草、椰子和蜂蜜香气[19],对整体风味产生积极影响。

脂肪酸类化合物对马苏里拉奶酪的风味至关重要,既是奶酪主要风味的来源,还是其他风味物质的前体,可与乳糖发酵过程中产生的醇类发生反应,生成更多的酯类化合物。OAV大于1的脂肪酸类化合物中,己酸是一种挥发性较强的中、短碳链脂肪酸,具有浓郁的奶香味和腐臭奶酪香气,对马苏里拉奶酪的风味贡献较大。

奶酪中还含有丰富的酯类化合物,尤其是短链酯类,其挥发性较强,阈值较低,能够掩盖奶酪中不愉快的酸性风味,赋予奶酪甜味、水果味和花香味,提升感官品质。OAV大于1的酯类物质有乙酸丁酯,其与甲基丙烯酸丁酯的混合物被称为黄油酯[20],是奶制品中的特征性风味组分。此外,内酯类化合物,如δ-十二内酯,对奶酪的整体风味也发挥着不可替代的作用,赋予奶酪奶油、椰子等油脂香气。

酮类物质在奶酪的风味中扮演着重要角色,其感知阈值低,包括具有奶油香气的甲基酮类化合物,一般由不饱和脂肪酸的β-氧化降解或热降解、氨基酸降解或微生物代谢产生[21]。其中乙偶姻、2-十一酮和2-十二酮是重要的奶香味来源[22-23],对马苏里拉奶酪的风味形成具有促进作用[24-25]。

2.2 辅料优化对再制马苏里拉奶酪香气变化的影响

2.2.1 乳化盐添加量

乳化盐的添加量会影响奶酪的乳化效果和结构特性,进而影响到产品的口感和风味。合理选择和控制乳化盐的添加量,对于调控奶酪的风味品质具有重要意义。对不同乳化盐添加量制得的再制马苏里拉奶酪香气损失和变化情况进行分析,结果见图2。由图2(a)可知,未添加乳化盐的空白对照组中大部分风味物质的OAV未检测出或者较低,说明乳化盐添加量在加工过程中对香气的释放和活性影响较大。对比加工前可见,3-甲基丁醛和δ-十二内酯在加工之后未检出。由图2(b)和图2(c)可知,当未添加乳化盐时,风味物质总数减少到22个;特征性风味物质总质量比为1 517.72 μg/kg。添加1%的乳化盐后,风味物质总数减少到36个,特征性风味物质总质量比为21 541.58 μg/kg,较加工前仅下降6.83%。随着乳化盐添加量的增加,风味物质总数略有下降,这可能是由于高含量的乳化盐导致奶酪中水分的分布不均匀,引起水分的聚集或析出,奶酪中的风味物质被水分冲走或溶解,从而造成风味损失[26-27],也有可能是高含量的乳化盐与奶酪中其他成分之间的化学反应增加,改变风味物质的结构或导致其分解,从而降低奶酪的风味质量[28]。由图2(d)可知,在气味方面,加工前的样品与其他样品之间存在显著差异,只有W1C传感器的响应值相对于加工前响应值有所提升,其中1%乳化盐组的响应值是所有组中降低最少的。

2.2.2 柠檬酸添加量

柠檬酸具有酸味和清新的特点,适量添加可以增加奶酪的风味层次。它可以提升奶酪的整体口感,使其更加清爽、清香[29]。对不同柠檬酸添加量制得的再制马苏里拉奶酪香气损失和变化情况进行分析,结果见图3。由图3(a)可知,经加工后,3-甲基丁醛和δ-十二内酯未被检出,己醛、己酸和桃醛在柠檬酸添加量的质量分数为2%的条件下加工后OAV有所提升。酸类和醛类含量的增加可能是由于柠檬酸为弱酸,添加后降低了奶酪的pH值。这可能促进某些风味物质的生成,同时抑制其他不利于风味的化学反应,从而改善奶酪的风味[30]。由图3(b)和图3(c)可知,添加2.0%柠檬酸组,风味物质总数减少得最少,为34个;特征性风味物质总质量比为 31 120.50 μg/kg,较加工前提升了34.60%;相比其他组,香气提升率最高。由图3(d)可知,在气味方面,加工前后的样品之间存在显著差异,不同柠檬酸添加量在电子鼻的10种传感器中响应值都有所下降,但相较于未添加柠檬酸的空白对照组,W2S响应值有显著提升,这与添加了柠檬酸之后醛类、酮类物质增加有关,其中2%柠檬酸组的响应值降低最少。

2.2.3 稳定剂添加量

对不同稳定剂添加量制得的再制马苏里拉奶酪香气损失和变化情况进行分析,结果见图4。由图4(a)可知,经热加工后,3-甲基丁醛和δ-十二内酯未被检测出,2-十一酮、己酸在稳定剂添加量的质量分数为5.5%的条件下热加工后OAV有所提升。在未添加稳定剂的空白对照组中,大部分风味物质的OAV未检测出或较低,说明稳定剂在加工过程中对香气的释放和活性影响较大。由图4(b)和图4(c)可知,再制马苏里拉奶酪热加工前后空白对照组风味物质的损失显著(P<0.05),其中添加5.5%的稳定剂后,风味物质总数减少到35个,特征性风味物质总质量比为25 282.52 μg/kg,较加工前提升了9.35%;相比其他组,损失的风味物质数量最少,香气提升率最高。由图4(d)可知,在气味方面,加工前后的样品之间存在显著差异,只有W2S和W2W传感器的响应值有所提升,这与添加稳定剂之后酮类物质的含量有所增加有关。

稳定剂可以吸收水分形成稳定的凝胶结构从而调节奶酪中水分的含量和分布。水分含量的变化可能会影响奶酪中挥发性风味物质的溶解度和释放,进而影响其风味[31]。适量的稳定剂能够增强奶酪的乳化稳定性,但过量使用可能会导致奶酪的口感过于黏稠或出现异味,从而降低产品的整体品质。因此,在加工过程中需要准确控制稳定剂的添加量,以确保产品的口感和风味达到最佳。

2.3 再制工艺优化对再制马苏里拉奶酪香气变化的影响

2.3.1 乳化温度

对不同乳化温度制得的再制马苏里拉奶酪香气损失和变化情况进行分析,结果见图5。由图5(a)可知,70 ℃条件下特征性风味物质的损失最大,并且未检测到3-甲基丁醛、2-十二酮、δ-十二内酯。73 ℃条件下,部分风味物质的OAV相较于加工前有所提高,表明温度的升高对于部分风味物质的释放或生成有一定促进作用。在76 ℃条件下,3-甲基丁醛和δ-十二内酯未被检测出,但2-辛酮和己酸均比其他乳化温度条件下的OAV高。进一步升高乳化温度,部分风味物质的OAV出现了下降,可能是由于过高的温度导致了风味物质的降解或转化。由图5(b)和图5(c)可知,乳化温度为76 ℃时,风味物质总数减少到34个,特征性风味物质总质量比较加工前得到了一定的提升;相比其他组,损失的风味物质数量最少,提升的浓度最高。由图5(d)可知,在气味方面,加工前后的样品之间存在显著差异,不同乳化温度下,W1C传感器的响应值超过加工前响应值,在W2S传感器下,76 ℃乳化温度的响应值超过加工前的响应值,这与2-辛酮和己酸含量的增加有关。

乳化温度会影响乳清蛋白和酪蛋白的聚集和交联速率,但较高的乳化温度可能会促进蛋白质的聚集和交联,从而形成更为稳定的凝胶结构。这种凝胶结构可能会影响奶酪中挥发性风味物质的释放速率和程度,从而影响奶酪的风味[32]。因此在加工过程中要选择合适的乳化温度来保证奶酪产品的风味品质。

2.3.2 乳化时间

对不同乳化时间制得的再制马苏里拉奶酪香气损失和变化情况进行分析,结果见图6。由图6(a)可知,在乳化时间为3 min条件下,部分风味物质未被检出,同时检测到的特征性风味物质,其OAV相较于其他组的OAV低,与加工前相比,特征性风味物质损失较大。6 min条件下,部分风味物质的OAV较加工前有所提升,如己醛、2-辛酮等,其中2-辛酮的OAV为所有组最高,为196.79。表明乳化时间升高对于部分风味物质的释放或生成有一定促进作用。在9 min条件下,3-甲基丁醛、δ-十二内酯及乙酸丁酯且未被检测出。在12 min条件下,部分风味物质的OAV相较于6 min和9 min的乳化时间出现了下降,如乙偶姻,这可能是由于过长的乳化时间会导致风味物质的降解或转化。由图6(b)和图6(c)可知,再制马苏里拉奶酪热加工前后风味物质的损失显著(P<0.05),其中乳化时间为6 min时,风味物质总数减少得最少,为37个,特征性风味物质总质量比较加工前有一定的提升。由图6(d)可知,在气味方面,加工前后的样品之间存在显著差异,乳化时间6 min、9 min和12 min下在W2S和W1C传感器的响应值超过加工前响应值,这可能与己醛、2-辛酮、己酸和桃醛含量有所增加有关。

乳化时间会对乳清蛋白和酪蛋白的聚集和交联过程造成影响,进而影响奶酪中挥发性风味物质的释放速率和程度[33]。另外,乳化时间的延长会增加奶酪中氧化反应的程度,导致风味物质的生成或分解,从而影响奶酪的风味。

2.3.3 剪切速率

对不同剪切速率制得的再制马苏里拉奶酪香气损失和变化情况进行分析,结果见图7。由图7(a)可知,在剪切速率为100 r/min条件下,部分风味物质未被检测,一些检测到的特征性风味物质的OAV也较低,与加工前相比,风味物质的损失较大。在150 r/min条件下,己酸和苯乙醛的OAV都大于加工前的值。在200 r/min的条件下,己醛和2-辛酮OAV均是所有组中最高的。在250 r/min的条件下,桃醛的OAV大于加工前的OAV。

由图7(b)和图7(c)可知,再制马苏里拉奶酪热加工前后风味物质的损失显著(P<0.05)。当剪切速率为200 r/min时,风味物质总数减少到38个,特征性风味物质总质量比减少了2.10%。由图7(d)可知,在气味方面,加工前后的样品之间存在显著差异,剪切速率为150 r/min、200 r/min 和250 r/min 时,在W2S传感器的响应值超过加工前的电子鼻响应值,这可能与己醛、2-辛酮、桃醛和苯乙醛含量有所增加有关。

高剪切速率可能会导致蛋白质更快速地聚集和交联,形成更为紧密和稳定的凝胶结构,而低剪切速率形成的凝胶结构则相对松散[34]。但过高剪切速率可能会加剧奶酪中的氧化反应,导致风味物质的生成或分解增加[35]。

2.4 优化再制加工条件的确定

根据单因素实验结果,选择Box-Behnken模型进行响应面优化试验的设计,选择对风味影响较大的乳化盐、稳定剂、乳化时间和剪切速率4个因素为自变量进行响应面设计,以感官评分为响应值,感官评分结果见表3,方差分析结果见附录附表2,对其等高线图和响应曲面图进行分析,见图8。

各因素对感官评分(y)的响应回归方程为y=85.63+0.440 8A+0.065 8B+1.03C-0.723 3D-0.032 5AB-0.042 5AC-0.002 5AD+0.002 5BC-0.002 5BD-2.58A2-2.58B2-2.86C2-2.15D2。该模型的回归方差具有极显著性差异(P<0.01),一次项C、D与二次项A2、B2、C2、D2对产品综合评分有极显著影响,一次项A对产品感官评价有显著影响,交互项AB、AC、AD、BC、BD、CD对产品综合评分无显著影响。并且,失拟项(P=0.452 3>0.05)不显著,说明拟合程度良好。模型校正系数 R2=0.984 5,模型修正系说明因变量与自变量之间具有一定的线性关系,回归模型与预测值之间有良好的拟合程度,该模型可用于理论预测。且通过F值可得,4个因素对感官评分的影响由大到小依次为C(乳化时间)、D(剪切速率)、A(乳化盐添加量)、B(稳定剂添加量)。

随着各因素数值升高,再制马苏里拉奶酪感官评分呈现先上升后下降的趋势。以感官评分最大值为最优参数,通过响应面数据分析得出再制马苏里拉奶酪最佳生产工艺为:乳化盐添加量的质量分数为1%、稳定剂添加量的质量分数为5.5%,乳化时间5 min、剪切速率为200 r/min,感官评价的理论值为85.79分。在最佳工艺参数下进行3次平行实验,得到再制马苏里拉奶酪的感官评分为(84.80±0.62)分,相对误差为1.88%,与预测值无显著差异,表明采用响应面法优化得到的再制马苏里拉奶酪生产工艺参数是可靠的。研究表明在该特定工艺参数下,再制马苏里拉奶酪的风味达到最佳状态,这表明通过优化工艺,可以有效减少风味损失。感官评分的提高直接反映了消费者对产品喜好度的增加,满足了消费者对高品质再制奶酪的需求。

2.5 香气补偿对再制马苏里拉奶酪风味的影响

为进一步完善再制马苏里拉奶酪的风味特征,通过对加工前后的样品进行对比分析可知,3-甲基丁醛和δ-十二内酯在加工后未被检出,影响奶酪中坚果味和桃子味等感官属性的表达,尤其是3-甲基丁醛,在加工前其OAV最高,而乙偶姻作为奶酪中的重要风味物质,可以贡献奶油味等风味,在加工后损失较多,因此选择上述3种物质进行香气补偿。对香原料添加制得的再制马苏里拉奶酪香气损失和变化情况进行分析,结果见图9。由表4和图9(a)可知,添加了3种香原料的再制马苏里拉奶酪中3-甲基丁醛、乙偶姻、δ-十二内酯的OAV中有显著提升,补齐了之前未检查出来的物质,其中3种特征性风味物质的OAV大于加工前的OAV,分别是2-辛酮、己酸和桃醛。加工后3-甲基丁醛的质量比为 1 632.48 μg/kg,乙偶姻的质量比为 1 006.65 μg/kg,δ-十二内酯的质量比为101.46 μg/kg。加工后香原料的检出量与添加量之间差异较大,除来自热加工导致的挥发性损失外,奶酪中的酪蛋白、脂肪等大分子物质会与香料发生物理吸附或化学结合进一步影响检出量。此外研究表明3-甲基丁醛作为醛类化合物,可在奶酪成熟的过程中转移为3-甲基丁酸和3-甲基丁醇,乙偶姻可能在微生物或酶的作用下转化为其他化合物,导致其自身检出量下降[36]。

由图9(b)、图9(c)可知,未添加香原料加工后的风味物质总数为35,特征性风味物质总质量比为22 241.38 μg/kg,经过优化后的加工后奶酪特征性风味物质总质量比仅降低3.80%,添加香原料加工后的风味物质总数为38个,特征性风味物质总质量比为26 008.24 μg/kg,总质量比较加工前提升了12.49%。由图9(d)可知,在气味方面,3种样品之间存在显著差异,未添加香原料组和添加香原料组在电子鼻的8种传感器中响应值都有所下降,但是W2S和W1C传感器的响应值超过加工前的电子鼻响应值,这可能与加工后醛类、酮类和芳香成分、苯类物质含量有所增加有关,并且添加香原料组的响应值比未添加香原料组更接近于加工前的响应值,优化过的再制奶酪与加工前的奶酪之间不具有显著性差异。

3 结 论

本研究以再制马苏里拉奶酪加工过程中的风味品质为考察指标,经单因素和响应面设计优化,确定了再制马苏里拉奶酪最佳的生产工艺参数为乳化盐添加量为质量分数1%、稳定剂添加量为质量分数5.5%、乳化时间5 min、剪切速率200 r/min。基于响应面优化试验的基础上进行香气补偿实验,添加δ-十二内酯、乙偶姻和3-甲基丁醛3种香料后,质量比分别达到101.46、1 006.65、1 632.48 μg/kg,挥发性风味物质总数为38个,特征性风味物质总质量比为26 008.24 μg/kg,较加工前提升了12.49%,显著提升了再制马苏里拉奶酪的风味品质,具有较好的调控效果,对再制奶酪产业快速发展具有重要意义。

附录:补充数据

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Appendix: supplementary data

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参考文献：

[1] SETH K, BAJWA U. Effect of acidulants on the recovery of milk constituents and quality of Mozzarella processed cheese[J]. Journal of Food Science and Technology, 2015, 52(3): 1561-1569.

[2] 李红娟, 王祎, 刘燕, 等. 热烫拉伸融化过程对Mozzarella干酪品质、分子间作用力及微观结构的影响[J]. 食品科学, 2020, 41(3): 30-36.LI H J, WANG Y, LIU Y, et al. Effects of thermal, stretching and melting treatments on quality, intermolecular force and microstructure of Mozzarella cheese[J]. Food Science, 2020, 41(3): 30-36.

[3] TIAN H X, XIONG J J, YU H Y, et al. Flavor optimization in dairy fermentation: from strain screening and meta-bolic diversity to aroma regulation[J]. Trends in Food Science &Technology, 2023, 141: 104194.

[4] 陈臣, 刘政, 黄轲, 等. 基于GC-MS、GC-O及电子鼻评价不同加工方式对乳扇风味的影响[J]. 食品科学, 2021, 42(16): 108-117.CHEN C, LIU Z, HUANG K, et al. Effects of different processing methods on the flavor of dairy fan evaluated using GC-MS, GC-O and electronic nose[J]. Food Science, 2021, 42(16): 108-117.

[5] 廖紫玉, 魏光强, 田洋, 等. 基于HS-SPME-GC-MS分析加工方式对即食乳扇风味品质的影响[J]. 中国乳品工业, 2022, 50(3): 14-21.LIAO Z Y, WEI G Q, TIAN Y, et al. Based on HS-SPME-GC-MS analysis of the effect of processing me-thods on the flavor quality of instant Rushan[J]. China Dairy Industry, 2022, 50(3): 14-21.

[6] 邵辉, 王剑飞, 陈晓宇, 等. 乳化条件的选择及其对块状再制干酪物性的影响[J]. 中国乳品工业, 2015, 43(9): 23-25.SHAO H, WANG J F, CHEN X Y, et al. Choice of emulsifying conditions and its influence on massive remakes cheese property[J]. China Dairy Industry, 2015, 43(9): 23-25.

[7] 段剑平, 侯团伟, 李敬刚, 等. 一种含有益生菌的酸味型再制干酪及其制备方法: CN111317035A[P]. 2020-06-23.

[8] 陈臣, 段建平. 原辅料对再制马苏里拉干酪品质特性的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(1): 182-187.CHEN C, DUAN J P. Effect of formulated ingredients on quality characteristics of processed Mozzarella cheese[J]. Food Science, 2017, 38(1): 182-187.

[9] CHEN C, TIAN T H, YU H Y, et al. Characterisation of the key volatile compounds of commercial Gouda cheeses and their contribution to aromas according to Chinese consumers’ preferences[J]. Food Chemistry: X, 2022, 15: 100416.

[10] SEVINDIK B. Stability of volatile compounds of Turkish saffron (Crocus sativus) after one-year storage [J]. Journal of Raw Materials to Processed Foods, 2020, 1(2): 72-79.

[11] 徐晓琳. 传统酸凝奶酪乳扇的关键香气鉴定及调控研究[D]. 上海: 上海应用技术大学, 2020.XU X L. Identification and regulation of key aroma compounds of traditional Chinese milk fan[D]. Shanghai: Shanghai Institute of Technology, 2020.

[12] DRAVNIEKS A. Atlas of odor character profiles[M].Pennsylvania: American Society for Testing and Mate-rials, 1985:1-354.

[13] XIAO Z B, XIANG P, ZHU J C, et al. Evaluation of the perceptual interaction among sulfur compounds in mango by Feller’s additive model, odor activity value, and vector model[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67(32): 8926-8937.

[14] FRAUENDORFER F, SCHIEBERLE P. Key aroma compounds in fermented Forastero cocoa beans and changes induced by roasting[J]. European Food Research and Technology, 2019, 245(9): 1907-1915.

[15] SUN-WATERHOUSE D, WADHWA S S. Industry-relevant approaches for minimising the bitterness of bioactive compounds in functional foods: a review[J]. Food and Bioprocess Technology, 2013, 6(3): 607-627.

[16] VAN GEMERT L J. Odour thresholds: compilations of odour threshold values in air, water and other media[M].The Netherlands: Oliemans Punter &Partners BV, 2011.

[17] LIU H, WANG Z Y, ZHANG D Q, et al. Characterization of key aroma compounds in Beijing roasted duck by gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry, odor-activity values, and aroma-recombination experiments[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67(20): 5847-5856.

[18] NATRELLA G, GAMBACORTA G, DE PALO P, et al. Evolution of volatile compounds from milk to curd during manufacturing of Mozzarella[J]. Mljekarstvo, 2020, 70(1): 50-58.

[19] 何坚. 香料化学与工艺学:天然、合成、调和香料[M]. 北京: 化学工业出版社, 1995.HE J. Chemistry and Technology of Spices: natural, synthetic and blended spices[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 1995.

[20] 孙宝国, 刘玉平. 食用香料手册[M]. 北京: 中国石化出版社, 2004.SUN B G, LIU Y P. Handbook of edible spices[M]. Beijing: China Petrochemical Press, 2004.

[21] PATTON S. The methyl ketones of blue cheese and their relation to its flavor[J]. Journal of Dairy Science, 1950, 33(9): 680-684.

[22] 秦晓. 养殖暗纹东方鲀风味物质鉴定分析[D]. 上海: 上海海洋大学, 2015.QIN X. Characterization of flavor substances of farmed Takifugu obscurus[D]. Shanghai: Shanghai Ocean University, 2015.

[23] 陈臣, 田同辉, 刘政, 等. 基于感官评价、GC-IMS和GC-MS的中式酸凝奶酪挥发性风味比较[J]. 食品科学, 2023, 44(16): 228-236.CHEN C, TIAN T H, LIU Z, et al. Comparative study on volatile flavor of Chinese acid-curd cheese using sensory evaluation, gas chromatography-ion mobility spectrometry and gas chromatography-mass spectrometry[J]. Food Science, 2023, 44(16): 228-236.

[24] TIAN H X, ZHENG G M, YU H Y, et al. Investigation of the interaction between lactones and ketones in a Cheddar cheese matrix using Feller’s additive model, σ-τ plots, U-models, and aroma addition experiments[J]. Journal of Dairy Science, 2024, 107(8): 5496-5511.

[25] 朱晓阳, 龙奇志, 钟海雁. 炒籽温度对茶油关键香气成分及感官品质的影响[J]. 食品与机械, 2019, 35(5): 48-54.ZHU X Y, LONG Q Z, ZHONG H Y. Effects of roasted temperature to seed processing on the keyaroma components and sensory quality of Camellia oil[J]. Food &Machinery, 2019, 35(5): 48-54.

[26] HANSEN M J, ADAMSEN A P S, WU C D, et al. Additivity between key odorants in pig house air[J]. Atmosphere, 2021, 12(8): 1008.

[27] AMER D A, ALBADRI A A M, EL-HAMSHARY H A, et al. Impact of salting techniques on the physio-chemical characteristics, sensory properties, and volatile organic compounds of ras cheese[J]. Foods, 2023, 12(9): 1855.

[28] RULIKOWSKA A, KILCAWLEY K N, DOOLAN I A, et al. The impact of reduced sodium chloride content on Cheddar cheese quality[J]. International Dairy Journal, 2013, 28(2): 45-55.

[29] SINGH T P, BAM J, DESHWAL G K, et al. Quality and functional attributes of vacuum-packed yak milk Mozzarella cheeseas influenced by storage[J]. Indian Journal of Dairy Science, 2024, 77(2): 110-116.

[30] MOREIRA R V, COSTA M P, FRASAO B S, et al. Effect of ripening time on bacteriological and physicochemical goat milk cheese characteristics[J]. Food Science and Biotechnology, 2020, 29(4): 459-467.

[31] JEEWANTHI R K C, PAIK H D. Modifications of nutritional, structural, and sensory characteristics of non-dairy soy cheese analogs to improve their quality attri-butes[J]. Journal of Food Science and Technology, 2018, 55(11): 4384-4394.

[32] BATISTA A L D, SILVA R, CAPPATO L P, et al. Quality parameters of probiotic yogurt added to glucose oxidase compared to commercial products through microbiological, physical-chemical and metabolic activity analyses[J]. Food Research International, 2015, 77: 627-635.

[33] LUCEY J A. Formation, structural properties, and rheo-logy of acid-coagulated milk gels[M]∥Cheese. Amsterdam: Elsevier,2017: 179-197.

[34] MASSOUD R, BELGHEISI S, MASSOUD A. Effect of high pressure homogenization on improving the quality of milk and sensory properties of yogurt: a review[J]. International Journal of Chemical Engineering and Applications, 2016, 7(1): 66-70.

[35] MESA J, HINESTROZA-CRDOBA L I, BARRERA C, et al. High homogenization pressures to improve food quality, functionality and sustainability[J]. Molecules, 2020, 25(14): 3305.

[36] CHEN C, SHENG M Q, ZHOU J N, et al. Enhancing nutty flavor in Cheddar cheese through a novel strategy targeting 3-methylbutanal biosynthesis during ripening[J]. Food Bioscience, 2025, 74: 107923.

Influencing Factors and Regulation of Aroma Changes during Mozzarella Cheese Reprocessing

CHEN Shuai1, CHEN Kai1, YUAN Haibin2, TIAN Huaixiang2, NIE Hangxin2, SHENG Meiqi2, WANG Xu1, CHEN Chen2,*

(1.Jiangsu Fuyang Food Co., Ltd., Suqian 223900, China; 2.School of Perfume and Aroma Technology, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China)

Abstract： To explore the influence factors of aroma changes and develop mitigation strategies for flavor loss in processed Mozzarella cheese manufacturing, the effects of emulsifying salt concentration, citric acid levels, stabilizer dosage, emulsification temperature, emulsification time, and shear rate on the aroma profile of processed Mozzarella cheese were systematically investigated using gas chromatography-mass spectrometry, gas chromatography-olfaction, and electronic nose technology and sensory evaluation. On the basis of single factor experiments, response surface optimization was used to optimize the processing technology of processed Mozzarella cheese, and the aroma changes before and after processing were compared and analyzed. The optimal repreparation process parameters for processed Mozzarella cheese were emulsifying salt mass fraction 1%, stabilizer mass fraction 5.5%, emulsification time 5 min, and shear rate 200 r/min. A comparative analysis of cheese before and after processing showed that 3-methylbutanal and δ-dodecalactone were not detected after processing, which impaired the expression of sensory attributes such as nutty and peach-like flavours in cheese. As an important flavour compound in cheese, acetoin contributed creamy notes and other sensory properties, yet it suffered substantial losses after processing. Therefore, under optimised conditions, aroma compensation experiments were carried out on the processed Mozzarella cheese. After processing, the total number of volatile aroma substances of processed Mozzarella cheese were 38, and the total mass ratio of characteristic flavor substances was 26 008.24 μg/kg, which was 12.49% higher than that before processing, indicating a good regulatory effect. It was hoped that this study could provide technical references for the production of processed Mozzarella cheese products.

Keywords： processed cheese; Mozzarella cheese; flavoromics; process parameters; aroma compensation

doi：10.12301/spxb202400810

文章编号：2095-6002(2026)03-0082-16

引用格式：陈帅,陈凯,袁海彬,等. 马苏里拉奶酪再制过程中香气变化的影响因素及其调控[J]. 食品科学技术学报,2026,44(3):82-97.

CHEN Shuai, CHEN Kai, YUAN Haibin, et al. Influencing factors and regulation of aroma changes during Mozzarella cheese reprocessing[J]. Journal of Food Science and Technology, 2026,44(3):82-97.

中图分类号： TS252.4

文献标志码： A

收稿日期： 2024-12-25

基金项目： 国家自然科学基金资助项目(32472309)。

Foundation: National Natural Science Foundation of China (32472309).

第一作者： 陈 帅,男,工程师,主要从事乳制品加工方面的研究。

*通信作者： 陈 臣,男,教授,主要从事食品生物技术、食品风味化学方面的研究。

(责任编辑：李 宁)