濃縮蘋果汁加工過程揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化規(guī)律*

鄭宇，劉暢，李林潔，白曉磊，李淑靜，鄭文杰，王敏

1(天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300457)

2(天津出入境檢驗(yàn)檢疫局動(dòng)植物與食品檢測中心，天津，300461)

我國是世界第一大濃縮蘋果汁生產(chǎn)和出口國，2010年以來，出口量基本保持在60萬 t左右［1-2］。蘋果的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是構(gòu)成其風(fēng)味和品質(zhì)的重要特征之一，目前已知的組分超過了300種，主要包括醇類、酯類、醛類、烯類等，但只有20～40種主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)直接影響蘋果香味特性，是構(gòu)成濃縮蘋果汁蘋果特征香氣最重要的組分［3-6］，其中正己醇、反-2-己烯醛和乙酸丁酯是公認(rèn)在蘋果產(chǎn)品風(fēng)味中占有重要地位的風(fēng)味物質(zhì)［7-8］

濃縮蘋果汁加工生產(chǎn)的主要工序?yàn)樘O果的揀選、破碎、榨汁、前巴氏殺菌、酶解澄清、超濾、樹脂吸附、蒸發(fā)濃縮、后巴氏殺菌和無菌灌裝［9-10］。加工過程中溫度、壓力等條件以及酶解、超濾等工序均會導(dǎo)致一些揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)濃度發(fā)生變化甚至消失，同時(shí)加工過程還會通過化學(xué)反應(yīng)生成新的風(fēng)味物質(zhì)，從而影響濃縮果汁風(fēng)味［11］。Aguilar-Rosas等比較了高溫瞬時(shí)熱處理殺菌和高壓脈沖非熱處理殺菌對蘋果汁揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)2種方式處理后蘋果汁揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)均明顯減少，高壓脈沖處理對產(chǎn)品風(fēng)味的影響小于高溫瞬時(shí)殺菌［12］。阮美娟等利用氣相色譜-質(zhì)譜分析了菠蘿汁中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在濃縮過程中的變化，發(fā)現(xiàn)在真空濃縮過程中原果汁風(fēng)味物質(zhì)減少，菠蘿香味變淡［13］。

濃縮蘋果汁作為重要食品原料，其風(fēng)味對產(chǎn)品品質(zhì)有重要影響，濃縮蘋果汁加工生產(chǎn)過程中其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類和含量均有較大變化，然而，目前對濃縮蘋果汁生產(chǎn)全過程主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成及其變化規(guī)律的認(rèn)識仍不深入。本研究采用頂空固相微萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，從原料果開始對濃縮蘋果汁加工全過程揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品

山西臨猗某濃縮蘋果汁生產(chǎn)車間取樣。根據(jù)濃縮蘋果汁生產(chǎn)工藝流程，選擇原料果、果漿酶解、壓榨、前巴氏殺菌、果膠酶解、超濾、樹脂吸附、蒸發(fā)濃縮、后巴氏殺菌、成品等10個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行取樣。取樣后放入冰盒中立即帶回實(shí)驗(yàn)室保存于4℃冰箱中。

1.1.2 儀器與設(shè)備

美國安捷倫公司Agilent 7890A GC-5975 MS氣-質(zhì)聯(lián)用儀;美國安捷倫公司HP-5毛細(xì)管柱(30 m×250 μm ×0.25 μm);Supelco 公司75 μm CAR/PDMS固相微萃取頭。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 濃縮蘋果汁加工過程揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化規(guī)律分析

采用頂空固相微萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，分別對濃縮蘋果汁加工過程10個(gè)樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析，研究其在加工過程中種類、濃度等變化規(guī)律。

1.2.2 分析方法

1.2.2.1 頂空固相微萃取方法

取2 g樣品和4 mL水置于20 mL樣品瓶中，每個(gè)樣品分別加入2 g NaCl促進(jìn)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)揮發(fā)，加入1 μL 1.6 mg/mL 2-辛醇作為內(nèi)標(biāo)，40℃加熱平臺上平衡10 min，將萃取頭插入250℃的GC進(jìn)樣口老化30 min后插入已平衡好的樣品瓶中進(jìn)行吸附。吸附完成后，插入GC進(jìn)樣口，進(jìn)行解吸。原料果樣品制備過程:將原料果切成小塊后在研缽內(nèi)磨成果漿即為原料果樣品。

1.2.2.2 氣相色譜-質(zhì)譜儀器條件

(1)氣相色譜條件:Agilent HP-5毛細(xì)管柱，氦載氣流速1 mL/min，進(jìn)樣口溫度250℃，不分流。升溫程序?yàn)?柱溫起始溫度35℃，維持1 min后以1℃/min速率增加至70℃，維持2 min，再以5℃/min速率升溫至230℃，維持5 min，共75 min。

(2)質(zhì)譜檢測條件:接口溫度為280℃，電離方式EI加電離源，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，電子能量70 eV，捕獲方式為全掃描(30～600 m/z)。

1.2.2.3 化合物定性和定量方法

對濃縮蘋果汁加工過程中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行GC-MS分析，各組分質(zhì)譜在NIST08質(zhì)譜庫中進(jìn)行檢索(化合物的匹配度為80 以上)，并參考相關(guān)文獻(xiàn)［8，14-15］初步確定化合物種類，在此基礎(chǔ)上通過保留指數(shù)法進(jìn)一步定性。樣品中加入1 μL 1.6 mg/mL 2-辛醇作為內(nèi)標(biāo)物進(jìn)行相對定量。每個(gè)化合物相對濃度按照揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)峰面積與內(nèi)標(biāo)物峰面積比值計(jì)算，然后按照壓榨出汁率86%，蒸發(fā)濃縮7倍換算為該化合物在每克果漿揮發(fā)性物質(zhì)中的相對濃度。以上實(shí)驗(yàn)均做3個(gè)平行。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和OrginPro 8.1軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，采用SIMCA-P 11.5軟件對濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行主成分分析(principal component analysis，PCA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 濃縮蘋果汁加工過程揮發(fā)性物質(zhì)種類和濃度變化

濃縮蘋果汁加工過程共檢測到79種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)(如表1所示)，主要為醇類、酯類、醛類、烯類、酮類、芳香類、酚類和烷烴類等，其中酯類的種類數(shù)目最多達(dá)到33種，醛類10種，醇類7種。這些化合物在濃縮蘋果汁加工過程中變化規(guī)律如圖1(A)所示。從化合物種類來看，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，終產(chǎn)品濃縮蘋果汁中共檢測出19種化合物。果漿酶解后揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的數(shù)量最多，隨后逐漸下降。其中果漿酶解后樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類數(shù)目比原料果中增加了約1倍，達(dá)到了34種，這是由于果漿酶是一種含有果膠裂解酶、聚半乳糖醛酸酶、糖苷酶組成的復(fù)合酶，可將果膠中的半乳糖醛酸分解為小分子的揮發(fā)性化合物釋放出來，而且還能降解一些糖苷鍵，使果汁中鍵合態(tài)的芳香物質(zhì)前體變?yōu)橛坞x態(tài)的芳香物質(zhì)，增加了芳香物質(zhì)種類［16-17］。同時(shí)濃縮蘋果汁生產(chǎn)過程中還產(chǎn)生了多種烷烴類物質(zhì)。加工過程各種化合物的相對濃度則呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，在原料果中最高。經(jīng)過果漿酶解和敞開式壓榨后分別降低了49.69%和20.19%。最終在成品中檢測出的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總相對濃度最低。蒸發(fā)濃縮能夠?qū)⒋罅康乃终舭l(fā)達(dá)到濃縮的目的，同時(shí)許多揮發(fā)性化合物也一起被蒸發(fā)出去，導(dǎo)致?lián)]發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總相對濃度降低［18］。

表1 濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化Table 1 Changes of volatile flavour compounds in the concentrated apple juice production process 單位:μg/g

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

圖1 濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類和相對濃度變化Fig.1 Change of volatile flavour compounds during the concentrated apple juice production process

按化合物種類和濃度對各類化合物進(jìn)行了分類分析，表2表明在生產(chǎn)過程中醇類和酯類化合物的種類降低最多，說明這些化合物由于沸點(diǎn)較低，在濃縮蘋果汁加工過程中逐漸降低。表3顯示在生產(chǎn)過程中醇類、酯類、醛類為主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。在原料果中酯類的種類最多，濃度較高，這與前人得到的酯類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是構(gòu)成蘋果特征香氣最重要的組分這一結(jié)論一致［3-6］。

2.2 濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主成分分析

在對濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化分析的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件(SIMCA-P 11.5)進(jìn)行了主成分分析，進(jìn)一步分析了揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化規(guī)律。

對濃縮蘋果汁加工過程中79種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如圖2(A)所示，其中主成分1、主成分2和主成分3分別代表了79種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總體信息的40.08%，25.26%和16.38%，3個(gè)主成分總共代表了總體信息的81.72%，能較好地代表樣品的總體信息。主成分分析圖中，距離大小說明樣品在主成分上的差別程度，距離越大差別越明顯［19］。圖2(A)表明蒸發(fā)濃縮、后巴氏殺菌和成品之間樣品的差異較小，原料果、果漿酶解、前巴氏殺菌、超濾和蒸發(fā)濃縮工序之間樣品的差異較大。

表2 濃縮蘋果汁加工過程揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類比例變化 單位:%Table 2 Proportion of volatile flavor compounds during the concentrated apple juice production

表3 濃縮蘋果汁加工過程揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量比例變化 單位:%Table 3 Contents of volatile flavor compounds during the concentrated apple juice production

對濃縮蘋果汁加工過程中8類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果由圖2(B)所示，主成分1、主成分2和主成分3分別代表了8類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總體信息的50.90%，27.14%和15.70%，3個(gè)主成分總共代表了總體信息的93.74%，能很好地代表樣品的總體信息。蒸發(fā)濃縮、后巴氏殺菌工序和成品之間樣品的差異較小，超濾和樹脂吸附工序樣品間差異較小，其余工序樣品間差異較大。主成分綜合排名結(jié)果顯示酯類、醇類和醛類得分最高為正值，表明濃縮蘋果汁加工過程對這三類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)影響最大，因此本論文重點(diǎn)關(guān)注其在濃縮蘋果汁加工過程中的變化。

圖2 濃縮蘋果汁加工過程對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響Fig.2 Effects of concentrated apple juice production process on volatile flavour compounds

2.3 濃縮蘋果汁加工過程主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類和濃度的分類變化

成分分析表明濃縮蘋果汁加工過程對酯類、醇類和醛類這3類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)影響最大，其分類變化如圖3所示。

圖3 濃縮蘋果汁加工過程中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類和相對濃度的變化Fig.3 Changes of main volatile flavour compounds during the concentrated apple juice production process

由圖3(A)可知果漿酶解、壓榨和果膠酶解樣品中醇類的種類和相對濃度最高。在蘋果濁汁前巴氏殺菌過程中，醇類在較高的溫度下?lián)]發(fā)，導(dǎo)致種類和濃度分別降低了28.57%和45.47%。超濾后醇類種類和濃度分別下降了50.00%和57.86%，可能是由于這些物質(zhì)與大分子物質(zhì)結(jié)合，在超濾過程中被截留，也可能是由于這些揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在超濾循環(huán)中蒸發(fā)所致，前者被認(rèn)為是超濾后醇類降低的主要原因［20］。在隨后減壓濃縮與后巴氏殺菌工序中高溫條件造成大部分醇類物質(zhì)揮發(fā)，其中蒸發(fā)濃縮后醇類相對濃度下降了99.94%。最終成品中醇類的相對濃度為0.02%。

從圖3(B)可以看出，在濃縮蘋果汁加工過程中酯類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對濃度呈現(xiàn)先下降，后升高，最后又下降的趨勢。濃縮蘋果汁加工過程中果漿酶解后酯類種類增加了106.67%，但濃度卻下降了53.88%，這可能是敞開式壓榨過程中酯類揮發(fā)造成的。果膠酶解后酯類成分相對濃度增加了42.29%，這是因?yàn)樵摴ば驅(qū)⒐械拇蠓肿游镔|(zhì)酶解為小分子化合物，并且還可以降解一些糖苷鍵，使果汁中鍵合態(tài)的風(fēng)味物質(zhì)前體變?yōu)橛坞x態(tài)的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，從而增加了揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的總量［17］。前巴氏殺菌的高溫使得酯類揮發(fā)減少。超濾后酯類化合物種類和相對濃度分別下降了34.48%和41.76%。蒸發(fā)濃縮后酯類相對濃度下降了85.83%。成品中酯類成分種類和相對濃度比后巴氏殺菌后分別降低了64.29%和82.35%。

從圖3(C)可以看出，濃縮蘋果汁加工過程中醛類成分種類未有較大改變，而相對濃度卻變化較大。在經(jīng)過果漿酶解和果膠酶解過程后分別下降了97.16%和97.07%。前巴氏殺菌的高溫可能使得醇在高溫環(huán)境下氧化產(chǎn)生醛類［21］，使其相對濃度增加了97.94%。蒸發(fā)濃縮使醛類成分揮發(fā)，相對濃度降低了94.34%。

綜上所述，果漿酶解和果膠酶解工序釋放出較多的風(fēng)味物質(zhì);前巴氏殺菌工序使得醇類、酯類化合物含量下降，醛類升高;蒸發(fā)濃縮工序由于溫度升高，風(fēng)味物質(zhì)損失較多。此外，超濾工序后風(fēng)味物質(zhì)種類和含量也有明顯降低。

3 結(jié)論

采用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)對濃縮蘋果汁加工全過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化規(guī)律進(jìn)行了分析。濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類減少了21種，相對濃度降低了99.77%;主成分分析表明，濃縮蘋果汁加工過程對醇類、酯類和醛類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)影響最大，其濃度分別降低了99.96%，99.93%和99.58%;對濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有較大影響的關(guān)鍵工序?yàn)槊附狻褪蠚⒕?、超濾和蒸發(fā)濃縮。

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