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牛乳加热及乳粉加工中热相关工艺对氧化风味的影响研究

作　者: 李延华
导　师: 张兰威
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 乳粉氧化风味物质加热贮藏颗粒特性
分类号: TS252.5
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

由于生鲜乳的供应存在地域、季节等因素的限制，乳粉的加工和使用一直受到人们的重视。无论乳粉被直接消费，还是复原后替代生鲜乳作为生产原料应用于食品中，都存在一定的缺陷。其中，乳粉加工及贮藏过程中发生的氧化风味劣变是限制其食用和应用的主要瓶颈。本课题的目的是研究加热处理以及乳粉加工中的热相关工艺，包括预热、浓缩、干燥对牛乳中氧化风味物质（OFC）的影响；分析牛乳体系中脂质氧化环境和风味前体的暴露情况，同时分析乳粉颗粒的形态和表面组成特性受加工工艺的影响情况，研究它们在加工环节和乳粉贮藏环节对氧化风味形成的作用及潜在机理。首先，采用固相微萃取-气相色谱-质谱分析加热乳中的挥发性物质，发现OFC随加热强度的增加而增加，与原料乳相比，90℃超过2min加热可明显增加己醛含量（P<0.05），90℃、20min加热时己醛含量增加了2.70倍；在设定的加热强度内，建立了OFC和加热参数之间良好的回归关系：决定系数大于0.86。加热后牛乳体系的氧化环境发生改变，与原料乳相比，90℃、20min加热时，DPPH·清除率降低了23.15%，过氧化值（POV）增加了37.23%。对OFC前体（乳脂肪）受热破坏情况的研究发现：低强度加热不会导致脂肪球分布出现明显变化；同时，随着加热强度的增加乳脂肪球膜中的具有保护作用的XDH/XO和BTN蛋白逐步遭到破坏。乳粉加工中热相关工艺对OFC形成的影响研究表明：与原料乳和加热乳相比，浓缩乳和乳粉中OFC显著增加，而浓缩乳中的OFC略高于乳粉。此外，也发现浓缩溜出液中OFC的浓度高于浓缩乳，这表明浓缩过程中发生风味物质损失的同时，也会发生严重的脂质氧化反应。对乳粉加工过程中牛乳氧化环境和风味前体暴露情况的研究表明，与原料乳相比，经过预热、浓缩及干燥处理后，牛乳体系的DPPH·清除率出现不同程度的降低，而POV呈现增加趋势；浓缩后牛乳脂肪球发生了聚集，浓缩乳的脂肪球d3,2显著增加（P<0.05）；加热或浓缩均可改变乳脂肪球膜中XDH/XO和BTN蛋白组成。通过分析指出乳粉加工工艺造成的牛乳体系中氧化环境和风味前体暴露情况的显著改变，是OFC显著增加的诱因和起点。乳粉的颗粒特性与贮藏后氧化风味的形成密不可分。乳粉颗粒表面特性分析发现：仅干燥工艺显著影响乳粉表面游离脂肪含量（P<0.05）；乳粉贮藏后表面游离脂肪中油酸、亚油酸及总不饱和脂肪酸的含量降低不明显；X射线光电子能谱分析表明乳粉颗粒的表面组成与整体组成明显不同，并且显著受热相关工艺影响。另外，乳粉颗粒影像信息的量化统计得到乳粉颗粒大小的范围为33.24-53.60μm，静态等温吸附测定得到乳粉颗粒的孔隙率范围为1.73-17.09mm3/g，发现这些乳粉颗粒的形态特性会受到乳粉工艺的影响，即这些乳粉的表面特性是工艺可控的。乳粉OFC浓度在贮藏中呈现增加趋势，同时发现不同乳粉加工工艺及参数对贮藏中OFC的形成产生不同的影响。乳粉贮藏后复原乳的总抗氧化能力基本完全耗尽，而POV出现大幅度增加。乳粉颗粒特性与贮藏中OFC浓度的相关性研究发现：乳粉颗粒的形态而非颗粒的表面组成是造成贮藏中乳粉OFC显著增加的主要影响因素。对贮存中乳粉的自由基检测结果表明：在贮藏3月和6月乳粉中均发现自由基存在，该自由基以单峰形式存在，g值为2.0054，随着贮藏时间的延长，自由基强度增加。另外，乳粉氧化风味的控制研究表明，添加抗坏血酸可以有效降低曝光或避光贮藏乳粉中OFC的形成，并发现形成了新的自由基。最后，乳粉复原乳在酸奶中的应用研究表明：乳粉复原乳酸奶中醛类、甲基酮类、烯醛类、烯酮类、呋喃、苯并噻唑等化合物均有检出，新生产的乳粉复原乳酸奶中这些化合物含量较低，同时发现加热强度影响酸奶发酵剂的风味物质代谢，这些发现将为乳粉在酸奶中的应用奠定理论基础。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-17
第1章绪论  17-36
  1.1 课题背景及研究目的和意义  17-18
  1.2 牛乳中的风味物质  18-21
    1.2.1 牛乳中风味物质的主要特征  18-19
    1.2.2 牛乳中风味物质的形成途径  19-20
    1.2.3 牛乳中的异味及产生原因  20-21
  1.3 风味物质的分析方法  21-23
    1.3.1 风味物质的分离方法  21
    1.3.2 风味物质的鉴定与评价  21-23
  1.4 加热处理对牛乳中风味前体的影响  23-26
    1.4.1 含氮化合物  23-24
    1.4.2 乳脂肪  24-25
    1.4.3 糖类  25-26
    1.4.4 其它成分  26
  1.5 牛乳热处理对风味物质产生的影响  26-29
    1.5.1 热杀菌的影响  26-27
    1.5.2 乳粉加工中热相关工艺的影响  27-29
  1.6 乳粉氧化风味的形成及影响因素  29-33
    1.6.1 乳脂质的氧化  29-30
    1.6.2 乳脂质氧化与乳粉的氧化风味的关系  30
    1.6.3 影响乳粉脂质氧化风味形成的因素  30-33
  1.7 复原乳在发酵乳制品中的应用分析  33-34
  1.8 课题来源及研究内容  34-36
第2章试验材料与方法  36-49
  2.1 试验材料  36-38
    2.1.1 仪器与设备  36-37
    2.1.2 试剂与药品  37-38
  2.2 实验方法  38-48
    2.2.1 加热影响牛乳氧化风味物质的研究方法  38-41
    2.2.2 热处理工艺对乳粉氧化风味物质的影响  41-44
    2.2.3 乳粉颗粒表面特性的分析方法  44-46
    2.2.4 乳粉贮藏中氧化风味变化的研究方法  46-47
    2.2.5 牛乳加热与干燥影响酸奶风味品质的分析  47-48
  2.3 数据处理与统计分析  48-49
第3章不同加热强度对牛乳氧化风味物质的影响  49-68
  3.1 引言  49
  3.2 加热对牛乳 OFC 的影响研究  49-59
    3.2.1 乳中风味物质的检测与评估  50-53
    3.2.2 牛乳加热过程中 OFC 变化  53-57
    3.2.3 牛乳 OFC 变化与加热参数间的依赖关系  57-59
  3.3 加热对牛乳体系 DPPH·清除率和过氧化值的影响  59-62
    3.3.1 DPPH·清除率  59-60
    3.3.2 过氧化值  60-61
    3.3.3 热诱 OFC 变化与牛乳氧化体系的稳定性  61-62
  3.4 加热对氧化风味前体的影响研究  62-67
    3.4.1 脂肪球颗粒的动态光衍射表征  62-65
    3.4.2 热诱脂肪球膜蛋白的变化  65-66
    3.4.3 热诱 OFC 变化与牛乳中氧化风味前体暴露情况分析  66-67
  3.5 本章小结  67-68
第4章乳粉加工中热相关工艺对氧化风味物质形成的影响  68-83
  4.1 引言  68-69
  4.2 乳粉的理化组成分析  69-70
    4.2.1 乳粉基本组分分析  69
    4.2.2 乳粉总脂肪的脂肪酸组成  69-70
  4.3 乳粉加工中 OFC 的变化  70-73
  4.4 浓缩过程中风味物质损失  73-75
  4.5 乳粉加工中 DPPH·清除率和过氧化值的变化  75-76
    4.5.1 DPPH·清除率  75-76
    4.5.2 过氧化值  76
  4.6 乳粉加工中乳脂肪球分布的变化  76-79
    4.6.1 不同乳样品的脂肪球粒径  77-78
    4.6.2 不同乳样品的脂肪球比表面积  78
    4.6.3 脂肪球膜蛋白组成的变化  78-79
  4.7 乳粉加工中 OFC 形成的影响因素分析  79-82
    4.7.1 风味前体氧化与 OFC 的形成  79-81
    4.7.2 乳粉加工中风味前体暴露及其对 OFC 形成的影响  81
    4.7.3 浓缩和干燥中风味物质损失的影响  81-82
  4.8 本章小结  82-83
第5章乳粉加工中热相关工艺对其颗粒特性的影响  83-95
  5.1 引言  83
  5.2 乳粉颗粒的表面游离脂肪  83-85
  5.3 表面游离脂肪中不饱和脂肪酸分析  85-86
  5.4 乳粉颗粒的形态观察及影像 IPP 分析  86-88
  5.5 低温氮吸附法表征乳粉的孔径分布差异  88-91
    5.5.1 乳粉的吸附等温线  88-89
    5.5.2 不同乳粉的孔径分布差异  89-91
  5.6 X-射线光电子能谱分析乳粉颗粒的表面组成  91-94
  5.7 本章小结  94-95
第6章乳粉贮藏过程中氧化风味的变化研究  95-107
  6.1 引言  95
  6.2 乳粉贮藏过程中 OFC 变化  95-98
  6.3 乳粉 DPPH·清除率和过氧化值在贮藏中的变化  98-100
  6.4 乳粉贮藏过程中自由基的 ESR 检测  100-101
  6.5 TOC 和 ASC 的添加对乳粉风味劣变的抑制研究  101-104
    6.5.1 TOC 和 ASC 的添加对乳粉贮藏中 OFC 的影响  101-102
    6.5.2 TOC 和 ASC 的添加对乳粉贮藏中自由基的影响  102-104
  6.6 乳粉颗粒表面特性对乳粉贮藏中 OFC 形成的影响  104-106
  6.7 本章小结  106-107
第7章牛乳热处理环节对酸奶制品风味品质的影响  107-123
  7.1 引言  107
  7.2 生鲜乳的热处理对酸奶品质的影响研究  107-111
    7.2.1 酸奶中风味物质分析  108-110
    7.2.2 酸奶质地特性分析  110-111
  7.3 复原乳在酸奶加工中的应用及风味影响研究  111-116
    7.3.1 复原乳不同热杀菌强度对其风味物质的影响  111-112
    7.3.2 复原乳不同热杀菌强度对酸奶中风味物质的影响  112-115
    7.3.3 复原乳不同热杀菌强度对酸奶质地的影响  115-116
  7.4 不同加工工艺乳粉对复原乳酸奶风味的影响研究  116-119
  7.5 复原乳酸奶中风味物质及其影响因素分析  119-122
    7.5.1 酸奶中典型的风味物质  119-120
    7.5.2 不同酸奶中的风味物质差异及其风味贡献  120-121
    7.5.3 生产原料对复原乳酸奶风味的影响  121
    7.5.4 乳粉工艺对复原乳酸奶风味的影响  121-122
  7.6 本章小结  122-123
结论  123-124
创新点  124
展望  124-125
参考文献  125-139
附录  139-141
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果  141-144
致谢  144-145
个人简历  145

牛乳加热及乳粉加工中热相关工艺对氧化风味的影响研究

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