《Food Chemistry: X》：Elucidation of key aroma-active compounds and sensory profiles in raw and thermally sterilized milks: Perspective from molecular sensory science
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热处理显著影响乳品风味，但目前缺乏基于分子感官科学对不同灭菌工艺下乳中关键风味物质的研究。本研究采用GC-O-MS、AEDA、OAV及重组-缺失实验等技术，系统阐明了生乳与四种热处理乳（PAST、ID-UHT、INF-UHT、INJ-UHT）的香气轮廓，鉴定出80种挥发物及45种气味活性物质，并最终验证了16种关键风味活性物质（AACs）。研究明确了不同工艺下标志性香气物质（如1-辛烯-3-醇、丁酸在所有乳样中均为关键贡献者），为优化乳品加工工艺、提升产品感官品质提供了重要科学依据。
（论文解读）
牛奶作为全球普及的营养食品，其风味是决定消费者接受度的关键因素。在追求食品安全与货架期的同时，我们是否真正了解不同热灭菌处理对牛奶那微妙而复杂的“灵魂”——香气——产生了怎样的影响？传统的高温短时巴氏杀菌、超高温瞬时灭菌等方法在杀灭微生物、延长保质期的同时，也通过美拉德反应、脂质氧化等一系列化学反应，深刻塑造着牛奶最终的感官品质。然而，现有研究多集中于比较不同灭菌方法对牛奶挥发性化合物谱的影响，却少有研究能从“分子感官科学”这一结合了仪器分析与人类嗅觉感知的策略出发，系统地阐明不同热处理牛奶之间感官差异的化学基础，并精准锁定那些真正贡献于整体风味的关键活性香气化合物。这导致乳品行业在优化加工工艺以平衡风味与安全时，缺乏精细的靶向依据。
本研究发表在《Food Chemistry: X》上，旨在填补这一空白。研究人员从分子感官科学的视角，系统比较了生鲜乳以及经过四种不同热灭菌工艺（巴氏杀菌-PAST、间接加热超高温灭菌-ID-UHT、蒸汽浸入式超高温灭菌-INF-UHT、蒸汽注入式超高温灭菌-INJ-UHT）处理的牛奶的香气轮廓，并鉴定其关键风味活性物质。研究明确了高强度灭菌（ID-UHT和INJ-UHT）可增强乳香、脂香和甜香属性，但也提升了“蒸煮味”，而INF-UHT工艺的香气则更接近生鲜乳。通过建立牛奶风味数据库、鉴定气味活性物质、计算气味活性值（OAV），并最终通过香气重组与缺失实验进行验证，研究成功揭示了不同加工方式下牛奶香气特征的化学本质。
为了开展这项研究，研究者们采用了一套结合感官评价与精密仪器分析的系统方法。首先，他们使用定量描述性分析（QDA）对五种乳样进行感官评价。其次，利用固相微萃取箭头（SPME-Arrow）结合气相色谱-嗅闻-质谱联用（GC-O-MS）技术和香气稀释分析（ADA），识别出气味活性化合物及其风味稀释（FD）因子。然后，通过外标法和稳定同位素稀释分析（SIDA）对关键香气物质进行准确定量，并结合OAV评估其风味贡献。最后，在去味的乳模拟基质中进行香气重组和缺失实验，以验证鉴定出的关键香气活性化合物对整体风味的真实贡献。所有乳样均来自同一批次生鲜乳，以排除原料差异的干扰。
3.1. QDA感官评价在生鲜乳和四种热灭菌乳样品中的结果
通过QDA评价发现，高强度热灭菌处理（ID-UHT和INJ-UHT）显著增强了乳香、脂香和甜香属性，但也使“蒸煮”属性显著增强。蒸汽浸入式超高温灭菌（INF-UHT）工艺由于灭菌后均质，保护了脂肪球膜的完整性，其整体香气轮廓更接近生鲜乳。此外，热处理降低了与新鲜感相关的“青草/青香”属性，而“氧化”属性在不同处理间变化不大。
3.2. 通过GC–MS鉴定乳样品中的挥发性化合物
研究共鉴定出80种挥发性化合物，分属9大类。酸类是含量和种类最丰富的组分，但热灭菌后其含量显著下降，同时伴随着酮类和内酯类物质的增加。ID-UHT和INJ-UHT乳中的酮类物质含量更高。醛类、酮类、内酯类以及部分酸类物质被认为是牛奶中的主要挥发性成分，其含量变化与感官评价结果相符。
3.3. 通过GC-O和ADA鉴定乳样品中的气味物质和FD因子
结合GC-O-MS和ADA，在五种乳样中共检测到45种气味物质，FD因子范围为1-64。共有26种气味物质（FD≥8）被鉴定出来，主要包括醛类、酮类、内酯类和酸类。其中，己醛、(E)-2-辛烯醛和苯甲醛在所有五种乳样中均显示出较高的FD因子。1-辛烯-3-醇和3,7-二甲基-1-辛醇在所有样品中均被检测到。研究还指出，柠檬烯、苯乙烯和2,4-二叔丁基苯酚等物质可能来源于饲料或包装材料的迁移。
3.4. 使用OAVs鉴定牛奶中的香气活性化合物
对26种FD≥8的化合物进行准确定量并计算其OAV，最终筛选出21种OAV≥1的潜在关键香气活性化合物（AACs）。其中，有12种AACs在五种乳样中均表现出OAV≥1，包括1-辛烯-3-醇、己醛、辛醛、壬醛、(E)-2-辛烯醛、丁酸、癸酸、十一烷酸、γ-壬内酯、δ-癸内酯、2(5H)-呋喃酮和2-十五烷酮。
3.5. 通过SIDA定量主要气味活性风味化合物
为进一步提高定量的准确性，研究首次采用稳定同位素稀释分析（SIDA）对8种主要AACs（FD≥64且OAV≥1）进行了准确定量。这8种化合物包括己醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、1-辛烯-3-醇、丁酸、辛酸和癸酸。SIDA的结果与外标法存在差异，这凸显了SIDA在复杂食品基质中精确定量痕量成分的优势。
3.6. 香气重组和缺失实验
基于鉴定和定量结果，研究人员将OAV≥1的AACs按其天然浓度加入去味乳基质中进行香气重组。重组模型成功再现了五种乳样91.9%至98.2%的整体香气轮廓，验证了分析结果的准确性。随后进行的缺失实验通过三角形检验法评估了各类别或单个AACs缺失后对整体风味的影响。最终，研究在五种乳样中确定了16种关键AACs。其中，1-辛烯-3-醇和丁酸是所有乳样共有的关键贡献者；辛醛、壬醛、γ-壬内酯和2(5H)-呋喃酮是热灭菌乳的标志性物质；而2,3-丁二酮和δ-癸内酯则被确定为ID-UHT和INJ-UHT乳的特异性标志物。
3.7. 结论
本研究运用分子感官科学，系统比较了生鲜乳与四种热灭菌乳的香气轮廓和关键香气活性化合物。感官评价表明，PAST和INF-UHT的香气更接近生鲜乳，而高强度灭菌（ID-UHT和INJ-UHT）显著增强了乳香、脂香和甜香，但同时也提升了“蒸煮味”。通过构建风味数据库，共鉴定出80种挥发物和45种气味物质。结合FD因子、OAV及SIDA定量，筛选出21种潜在关键AACs，并最终通过重组与缺失实验验证了16种关键AACs。其中，1-辛烯-3-醇和丁酸是贯穿所有乳样的共性关键贡献者；辛醛、壬醛、γ-壬内酯和2(5H)-呋喃酮是热灭菌乳的特征物质；2,3-丁二酮和δ-癸内酯则是ID-UHT和INJ-UHT乳的特异性标志物。
这项研究的意义在于，它首次从分子感官科学的角度，系统解析并验证了不同热加工乳中关键风味活性化合物的指纹图谱。研究不仅深化了对牛奶风味化学基础的理解，更为乳品工业针对性地优化加工工艺（例如，通过调整工艺参数来调控特定香气物质的生成）、精准调控产品风味、开发满足不同消费者偏好的乳制品提供了坚实的科学依据和理论指导。
