基于非靶向脂质组学技术，阐明了超高温灭菌牛奶储存过程中风味变化的脂质前体及其形成途径

《Food Chemistry》：Elucidation of lipid precursors and formation pathways for flavor changes during storage of UHT sterilized milk based on non-targeted lipidomics

本研究分析了UHT全脂奶（UWM）和脱脂奶（USM）在45天储存期间挥发性化合物（VOCs）及脂质组成的变化，发现35种VOCs，其中酮类占比超70%，且3种关键VOCs（2,3-丁二酮、2-庚酮、乙基醋酸酯）在UWM中显著高于USM（P<0.05）。脂质组学揭示1633种脂质，差异显著的甘油酯、甘油磷脂和鞘脂是VOCs的主要前体，磷脂酰胆碱、乙醇胺及肌醇与16-、18-、20-碳脂肪酸及Ceramides关联显著。为优化UHT奶风味及稳定性提供理论支撑。

　　

闫海霞|赵欣|沈一晓|赵英波|刘玲

中国沈阳农业大学食品科学学院，沈阳

摘要

本研究探讨了脂质在超高温灭菌（UHT）牛奶风味演变中的作用。在室温下，对UHT全脂牛奶（UWM）和脱脂牛奶（USM）中的挥发性化合物（VOCs）以及UWM中的脂质组成进行了45天的监测。结果显示共检测到35种VOCs，其中酮类化合物占比超过70%。2,3-丁二酮、2-庚酮、戊醛和乙酸乙酯是受脂质含量影响的关键VOCs。在这三种化合物中，UWM中的峰值面积显著高于USM（P<0.05）。脂质组学分析鉴定了UWM中的1633种脂质，其中19种为甘油酯、27种为甘油磷脂和25种为鞘脂，这些脂质是VOCs形成的主要前体。相关性分析进一步表明，磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰肌醇与16碳、18碳和20碳脂肪酸以及神经酰胺是关键VOCs的重要前体。这些发现为改善UHT牛奶的风味和储存稳定性提供了理论基础。

引言

超高温灭菌（UHT）牛奶是通过将原奶加热至135°C持续2-4秒制成的。由于其较长的保质期，UHT牛奶在中国液态乳制品市场中占据主导地位（Meng等人，2024年；Zhou等人，2025年）。然而，在储存过程中，它容易产生诸如陈腐、氧化和煮煮味等不良风味，从而影响消费者的接受度。这些感官劣化与牛奶营养成分的氧化和降解密切相关，尤其是脂质（Li等人，2019年；Wang、Huang等人，2024年；Wang、Sun等人，2024年）。

脂质不仅是重要的能量来源和必需营养素，还是挥发性化合物（VOCs）的关键前体。在牛奶中，脂质主要以脂肪球的形式存在，这些脂肪球由甘油酯（GLs）、甘油磷脂（GPs）和鞘脂（SPs）组成（Liu等人，2020年）。在加工和储存过程中，牛奶脂肪球膜的完整性容易受到破坏，导致膜内外的脂质水解和氧化。这些反应会产生具有强烈气味的VOCs，如醛类、酮类和酯类（Dias等人，2020年；Xu等人，2020年）。目前，已有研究初步探讨了乳制品中脂质的氧化和VOCs的形成机制。例如，Xiong等人（2024年）发现影响牦牛奶风味的关键脂质包括TAG（4:0_12:3_18:1）、TAG（6:0_8:0_18:1）、TAG（4:0_12:3_18:1）、TAG（12:0_18:2_18:3）和TAG（16:0e_18:1_22:5）。Li等人（2024年）确定甘油三酯（TAG）和磷脂酰乙醇胺（PE）是山羊奶发酵过程中VOCs的关键前体。此外，Tian等人（2025年）强调了热处理在内酯形成中的作用，并指出UHT处理促进了TAG（6:0_20:3_22:6）、TAG（18:0_6:0_22:6）和TAG（16:0_12:3_14:4）水解为游离脂肪酸，这些脂肪酸随后转化为δ-辛内酯和δ-癸内酯。酸奶的热处理（95°C加热300秒）主要诱导了短链TAG的水解，促进了γ-丁内酯的形成。

然而，目前的基于脂质组学的研究主要集中在不同来源、泌乳阶段和加工条件下的牛奶脂质变化特征上（Xiong等人，2024年；Zhang等人，2022年），仍缺乏关于储存过程中牛奶脂质变化及其对UHT牛奶风味影响的系统研究。此外，通过比较全脂牛奶和脱脂牛奶来筛选受脂质含量影响的挥发性化合物。因此，本研究选择了UHT全脂牛奶（UWM）和UHT脱脂牛奶（USM）作为研究对象，以全面阐明储存过程中UHT牛奶中的脂质-风味相互作用。利用电子鼻和气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）分析了UHT牛奶在储存过程中的风味变化，并探讨了受脂质影响的关键VOCs。随后，采用非靶向脂质组学方法分析了UWM中的脂质组成变化，并筛选出差异性脂质分子。最后，对这些差异性脂质与关键VOCs进行了相关性分析，以确定前体脂质并阐明风味变化的形成途径。这些发现为提升UHT牛奶的风味质量和储存稳定性提供了理论基础。

材料

从中国辽宁省沈阳市的乳品加工厂购买了当天生产的新鲜UWM和USM。甲醇（4 L，A456-4）、乙腈（4 L，A955-4）和异丙醇（AM9738）购自Thermos Fisher Scientific。甲基叔丁基醚（MTBE，34875）购自Sigma Aldrich，纯度为色谱级。

样品制备

将新鲜UWM和USM分配到密封的离心管中，每管含有9 mL牛奶。共收集了三个重复样品。

储存过程中UHT牛奶气味的分析

储存过程中牛奶的整体气味变化主要归因于羰基化合物、杂环化合物、氮氧化物和含硫化合物的生成。这些化合物通过脂质氧化、美拉德反应和蛋白质降解产生，且受脂质含量的显著影响（Tong等人，2019年）。本研究使用电子鼻初步评估了储存过程中UHT牛奶的气味。传感器W1C、W5S的描述如下：

结论

本研究系统分析了UHT牛奶储存过程中VOCs的变化及其形成途径。结果显示，储存过程中UWM和USM的气味变化存在显著差异，表明脂质在风味形成中起着关键作用。共检测到35种VOCs，其中酮类化合物最为丰富，其次是醛类化合物，这两种化合物的含量都随储存时间的延长而显著增加。通过整合VIP和ROAV值，确定了受

作者贡献声明

闫海霞：撰写初稿、方法学设计、实验实施、数据分析。赵欣：撰写初稿、方法学设计、实验实施、数据分析。沈一晓：指导工作、资源提供、方法学设计。赵英波：结果验证、资源提供。刘玲：撰写修订稿、指导工作、资源提供、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国辽宁省教育厅创新与发展项目（项目编号：LJ242510157005）的支持。