乳粉单体颗粒结构特性对氧化风味劣变的影响及OFC形成机制

The flavor deterioration during the production and storage of milk powder is a bottleneck that restricts the consumption and application of milk powder. Lipid oxidations happen even in low oxygen environment, which cause the formation of oxidized flavor compounds (OFC) resulting in the low quality of the sealed product. Our previous studies have shown that the relationship between internal structure of milk powder particle and the OFC content was highly dependent. The mechanism on the formation of oxidized flavor as affected by the particle characteristics of milk powder particle is still not clear. The purpose of present research is to investigate the effect of the morphology of single milk powder particle on OFC, to research the potential pathway and the relative mechanism on the formation of OFC, and to study the impact mechanism of the radical formed during the storage of milk powder on the formation of OFC. The gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and gas chromatography-olfactometry (GC-O) methods will be used to determine the characteristic compounds of oxidized flavor in milk powder. The structural properties of the particles and their impact on the formation of OFC in milk powder will be deeply studied with multi-aspect and multi-scale observations using the technology of adsorption-desorption isotherms, electron microscopy technology combined with a novel quantify processing method of image information and X-ray photoelectron spectroscopy technology. The radicals will be measured with electron spin resonance spectrometer to evaluate their internal and external factors that affect their occurrence and intensity and their impact mechanism on the formation of OFC. Therefore, the research will provide important theoretical basis and reference in controlling the flavor defects and in improving application quality of milk powder.

乳粉加工及贮藏中发生的风味劣变是限制其应用的主要瓶颈，在密封贮存条件下乳粉仍会发生氧化，并形成氧化风味化合物（OFC），降低产品质量，前期研究表明乳粉单体颗粒的内部结构与OFC的形成存在高度依赖关系。目前有关颗粒特性对乳粉氧化风味形成的机制尚不清楚，本项目旨在研究单体颗粒结构特性在低残氧贮存中对乳粉OFC形成的作用；基于制备可控性和风味前体暴露分析，探寻OFC的形成途径及相关机理；同时，研究乳粉贮藏中自由基对OFC形成的潜在作用机制。采用GC-MS、GC-O技术分析乳粉中的氧化风味特征效应物；利用静态等温吸附技术、电子显微镜结合影像信息量化处理技术、X射线光电子能谱分析等技术多尺度、多层面研究乳粉颗粒结构及其对OFC形成的影响；通过顺磁共振波谱技术，明确乳粉中自由基发生和生长的内、外驱动因素，并评估对OFC的影响。本项目将为控制乳粉的风味缺陷，提高乳粉应用品质提供理论依据和参考。

乳粉无论是直接被消费或复原后替代生鲜乳作为生产原料应用于食品中，都存在一定氧化风味缺陷。本项目采用不同加工条件制备乳粉样品，明确了不同加工条件对乳粉颗粒的外貌结构、中空颗粒、表面组成等方面的影响，跟踪了乳粉中氧化风味特征效应物的变化，研究了不同工艺乳粉及市售乳粉在贮藏过程中的品质变化，探讨了不同乳粉中自由基生成情况，揭示了乳粉颗粒特性的差异对氧化劣变的影响。本研究发现乳粉颗粒存在中空结构，随着加工工艺不同，乳粉颗粒表面的聚集程度、孔隙结构出现差异。红外光谱及电镜结果表明乳粉颗粒的微观结构随加工工艺的不同会发生变化。GC-MS结果表明不同工艺乳粉中的风味组成差异较大，随着贮藏时间的延长，部分工艺乳粉颗粒样品中氧化风味效应物的浓度具有显著性差异（P<0.05）。加热、浓缩处理能够促进醛类、酮类等化合物的形成。干燥过程中可以通过调控出风温度来改善粉体的风味质量。不同市售乳粉在贮藏过程中更加容易发生氧化风味劣变，其中醛类、酮类的氧化风味效应物具有风味贡献。氧化风味化合物的前体物研究发现：加工处理中随着热处理强度的增加，乳粉颗粒的表面脂肪含量增高，蛋白质含量降低。在贮藏过程中不同颗粒乳粉中游离脂肪含量会发生较大的变化，这将促成脂肪氧化产生的风味化合物的形成；贮藏过程中游离脂肪中不饱和脂肪酸出现不同程度的降低趋势，但其中的油酸、亚油酸及总不饱和脂肪酸的含量没有显著差异（P>0.05）。不同乳粉贮藏期间乳糖结晶释放出包封乳脂肪，这将促使乳粉发生氧化劣变。乳粉加工工艺的差异可影响乳粉贮藏过程中过氧化值、羟甲基糠醛、色值等指标。随着乳粉贮藏时间的延长，自由基强度增加，但不具有规律性。添加维生素、矿物质的乳粉及市售乳粉中发现新的自由基类型。通过本项目对不同工艺乳粉的颗粒结构、表面特性、氧化风味特征效应物及氧化程度的研究，可为乳粉的生产加工、工业化应用及品质提升提供理论依据。