加工和儲藏條件對橙汁芳香成分的影響*

應(yīng)潔琦，葉興乾，孫玉敬

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程和食品學(xué)院，浙江 杭州，310058)

橙汁是世界上最受歡迎的果汁，長期以來消費(fèi)量位居世界果汁之首。橙汁的風(fēng)味差異主要是受果實(shí)品種、成熟度、橙汁加熱時間和溫度等影響。此外，儲藏時間-溫度條件和包裝容器類型也會對橙汁風(fēng)味產(chǎn)生影響。熱加工能有效減少微生物數(shù)量和降低酶活性，而且更經(jīng)濟(jì)，但是，熱加工會降低橙汁中某些揮發(fā)性性成分的濃度，并發(fā)生一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，生成新物質(zhì)［1］。橙汁加工中的其他步驟也能改變橙汁風(fēng)味，如橙汁的榨取、果肉含量和脫氣處理等［2］。此外，包裝材料、儲藏時間-溫度條件及微生物污染會使橙汁產(chǎn)生異味［3－7］。

研究加工、包裝和儲藏對橙汁芳香物質(zhì)的影響，可提高市售橙汁風(fēng)味品質(zhì)，更加符合消費(fèi)者需求。本文概述商業(yè)化加工和儲藏過程中橙汁香氣活性成分的變化、包裝相互作用導(dǎo)致的氣味變化以及儲藏過程中經(jīng)化學(xué)和微生物途徑產(chǎn)生的異味物質(zhì)。

1 橙汁中的芳香物質(zhì)

果蔬中的揮發(fā)性芳香成分是果實(shí)成熟和后熟過程中產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，大部分是由脂肪酸和氨基酸的前體物轉(zhuǎn)化而來。鮮榨橙汁的芳香成分主要是醛類和酯類，還有少數(shù)醇類和萜烯烴類［8－11］。香氣活性化合物使鮮榨橙汁具有柑橘香、青香、甜香以及花香［12－14］。例如，檸檬烯、檸檬醛具柑橘香，己醛、辛醛和癸醛具青香，丁酸乙酯、橙花醇有甜香，而芳樟醇、α-松油醇、香葉醇則具有花香。

幾種典型芳香物質(zhì)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 加工方法對橙汁芳香物質(zhì)的影響

2.1 榨汁

植物學(xué)上，橙子(Citrus sinensis)是一種漿果，具有芳香果皮和果肉。橙皮包括外層的黃皮層(flavedo)和內(nèi)層的白軟皮(albedo)，其中黃皮層含有許多油腺和色素。果肉由充滿液體的汁馕或囊泡填充的楔形切面(segments)組成，這些汁囊是柑橘汁可食部分的主要來源［15］。在機(jī)械榨汁過程中，汁囊破裂出汁，使存在于水果內(nèi)部的化合物成游離狀態(tài)。在榨取過程中，果皮被打碎，黃皮層中的皮油混合入果汁。果汁含有天然油在組成上與皮油有輕微差別。商用榨汁機(jī)的類型和壓力大小會影響皮油和汁油比例及果汁中揮發(fā)成分組成，使果汁的整體風(fēng)味發(fā)生變化。手工榨得橙汁皮油含量較少，機(jī)械方法榨取橙汁中，某些醛類(辛醛、壬醛和癸醛)和萜烯類(主要是檸檬烯、月桂烯和芳樟醇)的含量較高，主要由于這些物質(zhì)存在于皮油中［16］。因此，機(jī)械方法榨取的橙汁與手工榨得的橙汁感官屬性會有所差異。

2.2 過濾

榨汁后通過不銹鋼篩網(wǎng)，將雜質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞壁物質(zhì)和胚胎種子從果汁中分離，工業(yè)上，將這種加工過程稱為過濾。果肉和果汁分離的過濾壓不同，則果汁組成就不同。用高壓可將果肉中的液體部分混入果汁，通過篩網(wǎng)的固體顆粒則經(jīng)過隨后的均質(zhì)過程，分散成更小的顆粒。果汁揮發(fā)性物質(zhì)分別存在于果肉懸浮顆粒和液體中，烴類(單烴和倍半萜烯)幾乎都在果肉中，而其氧化后的產(chǎn)物(酯類、醇類和脂肪醛類)則更多存在于液體中［17－19］。如果去除細(xì)小懸浮顆粒使果汁澄清，會導(dǎo)致果汁中的芳香化合物數(shù)量大大減少。有報道稱，鮮榨橙汁中的揮發(fā)性化合物有將近80%都來源于懸浮顆粒。手工橙汁和市售橙汁風(fēng)味差異就是由于果肉含量和懸浮顆粒大小不用［20］。

圖1 橙汁中幾種芳香物質(zhì)的結(jié)構(gòu)

2.3 脫氣

脫氣，就是在熱處理之前將果汁中混入的空氣排出或減少的加工方法，會對果汁品質(zhì)產(chǎn)生一定影響［21］。多數(shù)揮發(fā)性醇類、醛類和萜烯類物質(zhì)含量經(jīng)脫氣處理后會明顯減少。這些揮發(fā)性物質(zhì)對橙汁香氣具有較大貢獻(xiàn)，其含量減少會導(dǎo)致橙汁風(fēng)味品質(zhì)下降。

2.4 熱加工

加熱處理可以殺滅腐敗微生物和鈍化酶，從而提高儲藏過程中果汁穩(wěn)定性，但是會降低果汁品質(zhì)［22］。即使進(jìn)行高溫短時加熱，揮發(fā)性成分(主要是醛類和酯類)也會受到影響，產(chǎn)生新物質(zhì)或前體物，果汁的香氣則會因?yàn)閾p失原有的芳香物質(zhì)而改變。在橙汁加熱過程中，皮油組分、酚類化合物、糖類、氨基酸、脂類、抗壞血酸和含硫組分等物質(zhì)發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)［23］。這些反應(yīng)的產(chǎn)物包括含氧、含硫和含氮化合物，多數(shù)含氧的揮發(fā)性芳香物質(zhì)(醛類、酮類和醇類)是不飽和脂肪酸過氧化反應(yīng)的產(chǎn)物。熱處理可以加速萜烯類發(fā)生酸催化水合作用生成醇類，如α-松油醇。苯乙烯酸的降解使芳香醛類和醇類物質(zhì)增加，碳水化合物則降解生成呋喃醛、呋喃酮和其他美拉德型化合物，自由氨基酸降解生成Strecker醛類。多數(shù)重要的含硫芳香化合物在熱加工過程中生成。含硫芳香化合物可能是從半胱氨酸、胱氨酸和蛋氨酸等含硫氨基酸中衍生得到［24］。

2.5 非熱加工

熱加工是最普遍的橙汁加工方法，能殺滅橙汁中大多數(shù)的微生物并使酶失活。但加熱處理會降低產(chǎn)品的營養(yǎng)和風(fēng)味品質(zhì)，同時產(chǎn)生影響風(fēng)味的異味物［25］。

橙汁非熱加工是在常溫或小幅度升溫條件下進(jìn)行殺菌，不僅能保證食品在微生物方面的安全，而且能較好地保持食品固有的營養(yǎng)成分、風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)、色澤和新鮮程度及食品功能成分的生理活性［26］，符合消費(fèi)者對橙汁營養(yǎng)和原汁原味的要求，因此逐漸成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。目前，國內(nèi)外對橙汁非熱加工技術(shù)的研究主要集中在輻照、超高壓和脈沖電場。

Neimira［27］用不同水平的較低劑量射線(最高1.25 kGy)處理冷凍還原橙汁，橙汁外觀和氣味都無明顯變化。但Foley等［28］發(fā)現(xiàn)，用1.0 kGy劑量γ-射線輻照處理鮮榨橙汁會產(chǎn)生異味，此研究還指出，橙汁經(jīng)輻照處理后，其揮發(fā)物總量增加可能是射線照射使果膠組織中的揮發(fā)物釋放、橙油分解引起的。引起輻照橙汁風(fēng)味變壞的物質(zhì)是一些硫化物，如二甲基硫醚、二甲基二硫、甲硫醇和二甲基三硫化物［29］。Baxter等［30］用600 MPa高壓處理臍橙汁，采用 SPME結(jié)合GC-MS檢測分析，20種起關(guān)鍵作用的芳香化合物水平與傳統(tǒng)熱加工橙汁大致相同，觀察它們在儲藏期的變化，超高壓處理能一定程度減緩橙汁風(fēng)味品質(zhì)劣變。潘見［31］等用 SPME-GC-MS對不同壓力(100～500 MPa)超高壓處理的鮮榨橙汁中的香氣成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，檸檬烯成分的影響顯著，而500 MPa處理會造成較多的香氣損失。還有研究表明，脈沖電場(PEF)處理與巴氏殺菌相比，能更多地保留橙汁風(fēng)味物質(zhì)。Jia 等［32］分別用240 μs和480 μs脈沖電場處理橙汁，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)損失分別為3%、9%，而將橙汁90℃加熱1 min，其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)則損失22%。高壓脈沖電場的熱負(fù)荷較低，引發(fā)化學(xué)反應(yīng)較少，能保留較多橙汁原有風(fēng)味化合物，同時又能將微生物活性和酶活性降低到要求的水平。而引起風(fēng)味物質(zhì)損失主要是PEF真空脫氣使橙汁中揮發(fā)性風(fēng)味物損失。

2.6 濃縮、還原

為了降低運(yùn)輸和儲藏成本，市場上絕大多數(shù)橙汁都是榨汁后經(jīng)濃縮而成。商業(yè)上加工濃縮橙汁一般都是在高溫、輕度真空條件下，短時間內(nèi)脫水，揮發(fā)性芳香物質(zhì)在此過程中濃縮復(fù)原［33］。濃縮汁經(jīng)稀釋、再加熱并包裝而成濃縮還原型橙汁(RFC)，多數(shù)RFC橙汁的氣味不同于鮮榨汁，而更接近熱加工橙汁［34］。

隨著消費(fèi)者對橙汁品質(zhì)的要求不斷提高，許多研究都著重于分析不同種類橙汁在生產(chǎn)過程中風(fēng)味變化，尋找避免或減小風(fēng)味改變的措施［3，35］。巴氏殺菌橙汁和非濃縮橙汁中的揮發(fā)成分與新鮮橙汁無明顯差異，但是，濃縮還原橙汁(RFC)中乙醛、乙酸甲酯、乙酸乙酯和丁酸乙酯的含量有所降低，而癸醛、辛醛和芳樟醇的含量則稍有增加［36］。濃縮還原橙汁含有較少的高揮發(fā)性芳香化合物，一項(xiàng)研究列出了不同種類橙汁揮發(fā)性成分水平差異［37］。鮮榨橙汁和未經(jīng)巴氏殺菌的商業(yè)橙汁相較于RFC橙汁，含有更多易揮發(fā)芳香化合物。例如，鮮榨未殺菌橙汁中含有的乙醛是RFC橙汁的11～53倍。未經(jīng)熱處理的橙汁還含有大量揮發(fā)性物質(zhì)，鑒定出含有11～12種酯類、13種醛類和25～27種萜烯類，而RFC橙汁中含有4～6種酯類、7～8種醛類和18～20種萜烯類。以上結(jié)果表明，RFC橙汁中揮發(fā)性物質(zhì)的復(fù)原是不完整的。對橙汁進(jìn)行感官評價，一些罐裝濃縮還原橙汁(RFC)具有熱帶甜水果及葡萄柚味、蒸煮及焦糖味和霉味，而鮮榨橙汁則完全不具有上述感官性狀。

3 包裝、儲藏對橙汁芳香物質(zhì)的影響

橙汁包裝可以直接熱灌裝后對容器進(jìn)行滅菌再加蓋，也可將冷凍橙汁灌裝入滅菌后的容器再加蓋。采用熱灌裝會使許多橙汁中原有的芳香揮發(fā)成分損失，同時，由于高溫處理時間延長，促進(jìn)風(fēng)味物質(zhì)降解生成異味物。關(guān)于橙汁儲藏過程中揮發(fā)性成分變化的研究已有40多年，儲藏容器經(jīng)歷了從鍍錫鋼罐、玻璃瓶，到多層屋頂紙盒包裝和PET(聚對苯二甲酸乙二酯)吹塑瓶等。橙汁芳香化合物的變化主要是由于儲藏時間-溫度、氧含量、曝光度和容器吸收作用或化學(xué)污染。其中，最重要的是儲藏溫度［3］。有研究將糠醛作為判斷儲藏期品質(zhì)好壞的指標(biāo)［38］，糠醛是美拉德反應(yīng)的初產(chǎn)物，可以作為判定果汁是否經(jīng)過高溫處理的指標(biāo)。

3.1 儲藏期異味物

異味物是影響消費(fèi)者接受程度的主要因素，對柑橘類植物的異味特性已有所闡述［39］。將罐裝橙汁在35℃條件下儲藏12周，檢測到3種較高水平的異味成分，α-松油醇、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚和呋喃酮［40］。目前，已經(jīng)鑒定出巴氏殺菌橙汁中含有少量α-松油醇和呋喃酮。研究指出，在這3種儲藏異味成分中，4-乙烯基愈創(chuàng)木酚作用效果最明顯［41－42］。將 α-松油醇加入到橙汁中則會產(chǎn)生陳腐、霉變或松油等異味［40］。

3.2 儲藏溫度

儲藏溫度是影響橙汁貨架期的主要因素［3－4，43］。在4～6℃溫度下冷藏16周，橙汁的整體香氣無顯著改變。但將橙汁在較高溫度下儲藏，芳香成分就會發(fā)生變化。無菌包裝橙汁在21℃和26℃溫度下儲藏8個月，丁酸乙酯、己醛、辛醛、橙花醛和香葉醛含量逐漸減少，而乙酸乙酯、α-松油醇和呋喃醛的含量則增加［44］。α-松油醇隨儲藏時間延長呈線性增加，這是檸檬烯經(jīng)非氧化途徑降解［43］。比較不同儲藏溫度下的濃度差異［40］，商用橙汁在－18℃下儲藏12周，其α-松油醇的含量接近1 μg/mL，而相同的罐裝橙汁在35℃下儲藏相同時間，其含量為3.4～5.5 μg/mL。芳樟醇形成α-松油醇比檸檬烯更快速，芳樟醇與α-松油醇比例可作為評價橙汁儲藏時間或儲藏條件的依據(jù)［45］。

3.3 包裝交互作用

食品包裝材料可吸收一定量的芳香成分，某些污染物也可以從包裝材料轉(zhuǎn)移到橙汁中［4，46］。將低密度聚乙烯(LDPE)、聚碳酸酯(PC)和聚對苯二甲酸乙二酯(PET)與橙汁相互接觸［4］，多聚物處理樣和對照之間無明顯感官差異。在20℃、黑暗條件下儲藏29 d，橙汁中的揮發(fā)性成分有損失，但是對橙汁風(fēng)味感官沒有明顯影響。這種現(xiàn)象可能是由于包裝材料吸收的主要成分是氣味活性較低的萜烯類。此研究的結(jié)果與Martin等人用GC-O技術(shù)分析得到的結(jié)果一致。Martin等人發(fā)現(xiàn)盡管實(shí)驗(yàn)中檸檬烯含量明顯減少，但塑料聚合體LDPE和沙林樹脂對橙汁中香氣活性揮發(fā)成分無明顯影響［47］。無菌包裝的果味軟飲料在儲藏過程中，某些揮發(fā)性成分(如乙酸乙酯)會有所增加，這種變化是由于分層容器中溶劑發(fā)生轉(zhuǎn)移，而且不同包裝之間的差異較大。

3.4 氧效應(yīng)

實(shí)際生產(chǎn)中都采取各種措施降低柑橘汁產(chǎn)品中的氧含量，但是，幾乎沒有證據(jù)能證明氧氣含量會直接改變儲藏期柑橘汁的香氣。Trammell等［48］將柑橘汁于22℃條件下儲藏5個月，溶解氧水平分別為0.6、1.8、6.5 和10.1 mg/L。該研究表明，排除 O2并不會延長柑橘汁產(chǎn)品基于感官品質(zhì)的貨架期?？赡苁且?yàn)槠渌L(fēng)味敗壞反應(yīng)掩蓋了氧氣導(dǎo)致的品質(zhì)變化。隨后，有學(xué)者對酶法脫氧反應(yīng)進(jìn)行研究［49］，榨汁后立即加入葡萄糖氧化酶-過氧化氫酶，發(fā)現(xiàn)脫氧并不能延長巴氏殺菌汁的貨架期。O2的最主要作用是將抗壞血酸氧化成脫氫抗壞血酸［50］，脫氧抗壞血酸含有α-二羰基基團(tuán)，可以與相應(yīng)氨基酸發(fā)生Strecker反應(yīng)生成醛類。甲硫基丙醛就是甲硫氨酸(蛋氨酸)經(jīng)此途徑生成的。

3.5 光效應(yīng)

脂質(zhì)在光和O2共同作用下發(fā)生過氧化反應(yīng)，生成各種醛類［51］。光和O2都是橙汁儲藏期風(fēng)味變化的重要因素。將橙汁在有氧條件下曝露在光照中，就會產(chǎn)生被氧化的或蒸煮的異味［52］。

4 微生物污染對橙汁芳香物質(zhì)的影響

微生物(霉菌、酵母和細(xì)菌)可以引起橙汁的腐敗和感官敗壞。乳酸菌是橙汁中最常見的微生物，橙汁腐敗的特征通常是產(chǎn)生酸味或乳酪味［53］。這種微生物污染的代謝產(chǎn)物包括丁二酮、乙偶姻(3-羥基-2-丁酮)和具氣味活性的酸類(如乙酸和丁酸)。脂環(huán)酸芽孢桿菌(Alicyclobacillus)的不同菌株，與橙汁中有益的或防腐的異味物存在一定聯(lián)系［7］。與脂環(huán)酸芽孢桿菌種相關(guān)的有益異味物，主要是這些細(xì)菌的代謝產(chǎn)物愈創(chuàng)木酚(2-甲氧基苯酚)［54］和2種鹵代化合物(2，6-二氯苯酚和 2，6-二溴苯酚)［55］。并不是所有的脂環(huán)酸芽孢桿菌種和菌株都能產(chǎn)生這2種鹵化酚類化合物［7］，但是愈創(chuàng)木酚是主要的代謝產(chǎn)物。

5 結(jié)論

隨著我國橙汁消費(fèi)量的增長，橙汁的生產(chǎn)和發(fā)展受到越來越多的關(guān)注。市場上銷售的橙汁絕大多數(shù)都是經(jīng)加工處理的。研究表明，加工和儲藏對橙汁芳香物質(zhì)的影響主要是揮發(fā)性芳香物質(zhì)的減少，以及在熱、光和氧氣等作用下發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)，從而改變果汁的整體香氣。橙汁加工、包裝和儲藏過程中芳香物質(zhì)的變化機(jī)理、對異味物的控制以及橙汁風(fēng)味的還原和修飾具有重要意義，還有待于進(jìn)一步研究。此外，多數(shù)研究主要集中在加工、儲藏對揮發(fā)性芳香物質(zhì)的影響，非揮發(fā)性物質(zhì)與橙汁香氣釋放的關(guān)系還須進(jìn)一步探討。

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