微波輔助酸解釋放刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質的效果

周 志，范 剛，王可興，莫開菊，程 超，潘思軼,*

(1.華中農業(yè)大學食品科學技術學院，湖北 武漢 430070；

2.湖北民族學院 生物資源保護與利用湖北省重點實驗室，湖北 恩施 445000)

微波輔助酸解釋放刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質的效果

周 志1,2，范 剛1，王可興1，莫開菊2，程 超2，潘思軼1,*

(1.華中農業(yè)大學食品科學技術學院，湖北 武漢 430070；

2.湖北民族學院 生物資源保護與利用湖北省重點實驗室，湖北 恩施 445000)

以野生刺梨汁為研究對象，采用微波輔助酸解，結合Amberlite XAD-2樹脂吸附和GC-MS分析技術，研究其釋放鍵合態(tài)香氣物質的最佳微波輔助酸解條件，并與單一酸解比較其釋放鍵合態(tài)香氣物質的效果。結果表明：pH1.0含糖苷類物質的刺梨汁水相經800W功率的微波能輔助酸解3min后，再在40℃酸解36h，釋放的鍵合態(tài)香氣物質的種類最多；其中含量最高的是辛酸，其次為棕櫚酸、4-(3-羥基-1-丁烯基)-3,5,5-三甲基-2-環(huán)己烯-1-酮、4-(5-羥基-2,6,6-三甲基-1-環(huán)己烯基)-3-丁烯-2-酮、2,4-二叔丁基苯酚等；微波輔助酸解釋放刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質效果明顯優(yōu)于同pH值和同溫度下酸解時間更長的單一酸解效果。

刺梨；鍵合態(tài)香氣化合物；微波輔助酸解

刺梨(Rosa roxburghii Tratt.)系薔薇科落葉灌木植物，別名山刺梨、賽哇(西藏)、野石榴(陜西)、刺果兒和蜂糖果(鄂西)等，多分布于海拔1000～1600m的山區(qū)和丘陵地帶[1]。刺梨富含VC、SOD、VP等生物活性物質[2]，其營養(yǎng)價值和藥用價值極高，具有抗氧化、增強免疫、延緩衰老、抗腫瘤等多種生理作用[2-4]。

糖苷類物質(glycoside compounds)是植物體內的二級代謝產物，廣泛存在于植物體的花、果實、根、葉等器官中，在葉子中由生物合成作用產生糖苷鍵合態(tài)的芳香前體，然后輸送到花中，花開時通過植物體內源酶的酶解作用釋放出各種芳香組分[5]。糖苷鍵合態(tài)香氣物質(glycosidically bound aroma compound)是一類不具揮發(fā)性，常與水果中的糖類物質通過糖苷鍵結合，以糖苷形式存在的香氣前體物質。這類物質在酸或酶的作用下水解釋放出能被人們嗅覺感受到的被稱為游離態(tài)香氣物質(free aroma compounds，FAC)。早在1969年，Francis等[6]就對玫瑰花瓣中糖苷形式的單萜醇進行了研究，開辟了糖苷鍵合態(tài)香氣物質研究的新領域。Stahl-Biskup等[7]闡述了與糖苷連接的揮發(fā)性化合物現狀，并報道了150個植物種類中分布著脂肪醇、烷基酚和去甲基異戊二醇等糖苷配基近200種。

糖苷鍵合態(tài)香氣物質釋放出游離態(tài)香氣物質的常用方法主要有酸法[8-10]或酶法[11-13]。目前，微波技術應用于天然活性物質的提取[14-16]已成為研究熱點，且已應用于食品殺菌的生產實際中。夏濤等[17]研究認為微波浸提可提高茶葉中鍵合態(tài)糖苷類香氣前體的浸出量。Bureau等[18]報道了微波輔助提取葡萄汁中的鍵合態(tài)香氣物質具有簡便和高效的特點。但將微波技術應用于刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質釋放方面的研究尚無報道。本實驗將微波技術與酸法相結合，研究其對刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質的釋放效果，為今后微波殺菌技術應用于高品質果汁產品加工奠定一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

野生鮮刺梨采于湖北省恩施市高山地帶，采摘時間為9月中下旬。

環(huán)己酮(色譜純) 美國Fluka公司；C8～C22正構烷烴(色譜純) 美國Sigma公司；AmberliteXAD-2(20～60目) 美國Supelco公司；正戊烷、甲醇、乙醚、乙酸乙酯、鹽酸、氫氧化鈉、檸檬酸、磷酸氫二鈉、無水硫酸鈉均為分析純。

1.2 儀器與設備

6890N/5975MSD氣質聯用儀 美國Agilent公司；SL280A型榨汁機 浙江蘇泊爾炊具股份有限公司；TDL-5-A型離心機 上海安亭科學儀器廠；R-210型旋轉蒸發(fā)器(帶V-700 型真空泵) 瑞士B. chi公司；DW-86L626型超低溫冰箱 青島海爾特種電器有限公司；K.D濃縮器 廣州精科儀器有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鄭州長城科工貿有限公司；P80D23N2L-A9型格蘭仕微波爐 佛山市順德區(qū)格蘭仕微波爐電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 刺梨果汁的制備

新鮮刺梨果經挑選、洗凈和切碎后用榨汁機壓榨取汁。汁液經過濾、4500r/min離心15min后于－76℃超低溫條件下凍藏，備用。

1.3.2 Amberlite XAD-2樹脂處理

稱取50g Amberlite XAD-2樹脂置于索氏抽提器中，分別用甲醇、乙酸乙酯和戊烷各回流處理10h，然后浸入甲醇中備用。使用時將洗凈的XAD-2樹脂以甲醇為溶劑進行濕法裝柱，用500mL蒸餾水洗柱(流速10mL/min)后備用。

1.3.3 刺梨汁中游離態(tài)和鍵合態(tài)香氣成分的分離

凍藏刺梨原汁在3 0℃水浴條件下解凍，然后以3mL/min流速流經填充有Amberlite XAD-2樹脂的柱子(Φ 2.2cm×50cm)，接著用300mL去離子水洗柱以除去水溶性的糖、酸物質。再用300mL乙醚-戊烷(1:1，V/V)洗柱去除游離態(tài)揮發(fā)性物質，接著用300mL甲醇洗脫出吸附在樹脂上的糖苷類物質，收集的甲醇部分在旋轉蒸發(fā)器上減壓濃縮(水浴溫度32℃)至干，用30mL 0.06mol/L的檸檬酸-Na2HPO4緩沖液(pH 5.0)溶解，再用80mL乙醚-戊烷(1:1，V/V)分3次萃取以去除可能殘存的游離態(tài)揮發(fā)性物質，獲得的30mL水相備用。

1.3.4 微波輔助酸法釋放刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質的單因素試驗

將1.3.3節(jié)獲得的30mL水相用1mol/L HCl溶液調整至一定pH值后，置于聚四氟乙烯管(Φ 26mm×20cm)中，密封，然后用800W微波輔助酸解一段時間，冷卻，轉入50mL頂空瓶密封后，于40℃水浴中繼續(xù)酸解一段時間，將酸解結束后的樣品冷卻后用1mol/L NaOH溶液調pH值至中性，再用80mL乙醚-戊烷(1:1，V/V)分3次萃取酸解液，無水硫酸鈉干燥，K.D濃縮器濃縮至15mL，N2濃縮至0.5mL，取1μL供氣相色譜-質譜分析(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)。各因素水平：微波處理時間1、2、3、4min，pH值為0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4，水浴處理時間12、2 4、36、4 8、6 0h。

1.3.5 鍵合態(tài)香氣物質的微波輔助酸法釋放的正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選取pH值、微波處理時間和水浴處理時間三因素，采用L9(34)正交設計，研究釋放刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質的最佳微波輔助酸解條件。因素水平見表1。

表1 微波輔助酸解因素和水平表Table1 Factors and levels of orthogonal array design

1.3.6 GC-MS分析條件

氣相色譜條件：HP-5毛細管柱(30m×320μm，0.25μm)；載氣為氦氣；進樣口溫度250℃；升溫程序為起始溫度40℃，保持3min，以4℃/min升溫至220℃，再以10℃/min升溫至250℃，保持5min。采用微量進樣器進樣，進樣量分流比為1:20，溶劑延遲時間為6min。

質譜條件：色譜-質譜接口溫度280℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃；離子化方式：EI；電子能量70eV；質量掃描范圍45～550u。

1.3.7 揮發(fā)性成分的鑒定及定量

揮發(fā)性成分經過GC-MS分析鑒定后，其結果用計算機譜庫(NIST 05/WILEY)進行檢索及分析，并采用線性保留指數(retention index，RI)和質譜檢索進行二維定性，結合相關的文獻資料，確認揮發(fā)性物質的化學成分。

揮發(fā)性成分的含量采用內標法進行定量，內標物為環(huán)己酮。計算公式為：

2 結果與分析

2.1 微波輔助酸解釋放鍵合態(tài)香氣物質的單因素試驗

2.1.1 微波處理時間的選擇

圖1 微波處理時間對刺梨鍵合態(tài)香氣物質的釋放效果Fig.1 Effect of microwave treatment time on the release of bound volatile aroma compounds

孫愛東等[9]采用pH1.0、煮沸30min的酸解條件對甜橙中的糖苷鍵合態(tài)香氣物質水解釋放后發(fā)現，酸解能夠釋放較多的鍵合態(tài)組分。由圖1可知，隨微波處理時間的延長，釋放鍵合態(tài)香氣物質的數量越多；但當時間超過4min時，鍵合態(tài)香氣物質的數量又有所下降。這主要是由于當前微波殺菌設備無反壓控制裝置，在實驗或生產實踐中當微波作用強度過強或微波作用時間過長時易出現脹袋或脹罐的現象，從而導致鍵合態(tài)香氣物質的逸散。

2.1.2 pH值的選擇

圖2 pH值對刺梨鍵合態(tài)香氣物質的釋放效果Fig.2 Effect of hydrolysis pH on the release of bound volatile aroma compounds

圖2表明，隨著含刺梨糖苷類物質的水相pH值的增加，釋放鍵合態(tài)香氣物質的數量反而減少。這可能是較強的酸性環(huán)境更有利于鍵合態(tài)香氣前體物質糖苷鍵的斷裂。但刺梨汁的酸度過高，會影響刺梨產品的感官品質(主要是口感)。為了適應低酸低鹽食品的消費趨勢，通過降低pH值獲得更多鍵合態(tài)香氣物質的同時需保證產品口感。

2.1.3 水浴處理時間的選擇

圖3 水浴處理時間對刺梨鍵合態(tài)香氣物質的釋放效果Fig.3 Effect of water bath treatment time on the release of bound volatile aroma compounds

圖3表明，隨水浴處理時間的延長，釋放鍵合態(tài)香氣物質的數量越多，但當水浴處理時間超過48h時，鍵合態(tài)香氣物質數量變化不大。

2.2 微波輔助酸解釋放鍵合態(tài)香氣物質條件優(yōu)化

由表2可知，影響刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質釋放效果因素的優(yōu)先順序為：微波處理時間＞pH值＝水浴處理時間。隨著微波處理時間的延長，刺梨汁中產生鍵合態(tài)香氣物質的種類逐漸增多；隨著含有糖苷類物質水相pH值的逐漸增高，釋放出的鍵合態(tài)香氣物質的種類反而下降；隨著40℃水浴處理時間越長，刺梨汁中釋放出的鍵合態(tài)香氣物質越豐富。因此，微波輔助酸解釋放刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質條件的最佳組合為：A1B3C3，即pH1.0含糖苷類物質的水相經800W功率的微波能輔助酸解3min，再于40℃酸解36h。

表2 微波輔助酸解釋放鍵合態(tài)香氣物質正交試驗設計及結果Table 2 Orthogonal array design scheme and experimental results

2.3 微波輔助酸解與酸解釋放鍵合態(tài)香氣物質效果比較

采用最佳微波輔助酸解條件，對含糖苷類物質水相進行鍵合態(tài)香氣物質釋放的重復實驗，并與pH1.0含糖苷類物質的水相在40℃直接酸解48h和96h進行比較，結果見表3。

由表3可知，微波輔助酸解和酸解均能促進刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質的釋放，且微波輔助酸解對刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質的釋放效果明顯優(yōu)于單一酸解的效果。去除游離態(tài)香氣物質的刺梨汁水相，采用pH1.0、40℃酸解48h，可釋放7種鍵合態(tài)香氣物質；采用pH1.0、40℃酸解96h，可釋放10種鍵合態(tài)香氣物質；而采用pH1.0、微波3min結合40℃酸解36h，可釋放17種鍵合態(tài)香氣物質。這三種釋放刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質的方式所釋放的共同鍵合態(tài)香氣物質有辛酸、4-(3-羥基-1-丁烯基)-3,5,5-三甲基-2-環(huán)己烯-1-酮和棕櫚酸3種。微波輔助酸解釋放出了一些單一酸解尚未釋放出的如半乳糖酸內酯、赤蘚糖醇和4-(5-羥基-2,6,6-三甲基-1-環(huán)己烯基)-3-丁烯-2-酮等風味增強劑。

pH1.0刺梨汁在40℃溫度下酸解48h所釋放的鍵合態(tài)香氣物質中，含量最高的是4-(3-羥基-1-丁烯基)-3,5,5-三甲基-2-環(huán)己烯-1-酮(2771.9μg/L)，其次為辛酸(471.2μg/L)、棕櫚酸(283.9μg/L)、2-甲基間苯二酚(177.8μg/L)、3-羥基苯甲醇(38.4μg/L)，含量最少的是2,5-二叔丁基苯酚(5.4μg/L)。pH1.0、40℃酸解96h所釋放的鍵合態(tài)香氣物質中，含量最高的是4-(3-羥基-1-丁烯基)-3,5,5-三甲基-2-環(huán)己烯-1-酮(3837.0μg/L)，其次為棕櫚酸(1810.2μg/L)、辛酸(1103.6μg/L)、2-(3-甲基苯氧基)乙醇(374.2μg/L)、2-羥基環(huán)十六烷酮(161.1μg/L)、3-羥基苯甲醇(118.5μg/L)，含量最低的是2-甲基間苯二酚(13.3μg/L)。而pH1.0、微波3min結合40℃酸解36h所釋放的鍵合態(tài)香氣物質中，含量最高的是辛酸(4365.5 μg/L)，其次為棕櫚酸(2608.8μg/L)、4-(3-羥基-1-丁烯基)-3,5,5-三甲基-2-環(huán)己烯-1-酮(2442.4μg/L)、4-(5-羥基-2,6,6-三甲基-1-環(huán)己烯基)-3-丁烯-2-酮(695.6μg/L)、2,4-二叔丁基苯酚(400.9μg/L)，含量最低的是α-無水葡萄糖酯(1.4μg/L)。

表3 不同水解方法水解出來的刺梨汁中鍵合態(tài)風味組分Table 3 Bound volatile aroma compounds of Cili pear juice as released by different hydrolysis methods

3 結論與討論

微波輔助酸解釋放刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質的最佳條件為：pH1.0含糖苷類物質的水相經800W功率的微波能輔助酸解3min后，再在40℃溫度下酸解36h。最佳條件下的微波輔助酸解釋放刺梨汁鍵合態(tài)香氣物質效果明顯優(yōu)于同pH值同溫度下酸解時間更長的單一酸解效果。pH1.0相同介質下，微波輔助酸解(微波3min結合40℃酸解36h)能釋放17種鍵合態(tài)香氣物質，而40℃單一酸解96h只能釋放10種，40℃單一酸解48h釋放僅有7種。

孫愛東等[9]采用pH1.0、煮沸30min的酸解條件對甜橙中的糖苷鍵合態(tài)香氣物質水解釋放后發(fā)現，酸解后的多數物質對橙汁的典型風味貢獻不大。本研究嗅感分析表明，微波輔助酸解釋放的刺梨汁揮發(fā)性香氣較酸解釋放的更濃郁，更愉悅，但其大多數揮發(fā)性香氣物質對刺梨汁的天然風味貢獻不大。Maicas等[19]研究發(fā)現含萜烯醇類配基的糖苷鍵合態(tài)香氣物質經酸水解后，配基在酸性條件下可發(fā)生分子重排而轉變?yōu)榱硪环N物質。微波輔助酸水解和酸水解釋放的香氣組分大多不同，這可能與其水解機制和作用強度不同有關。隨著微波輔助酸解機制的深入研究及其對釋放香氣物質的調控，將微波輔助酸解技術應用于提高果蔬制品的風味將具有廣闊的應用前景。

[1] 劉孟軍. 中國野生果樹[M]. 北京: 中國農業(yè)出版社, 1998: 217-222.

[2] 方修貴, 李嗣彪, 鄭益清. 刺梨的營養(yǎng)價值及其開發(fā)利用[J]. 食品工業(yè)科技, 2004, 25(1): 137-138.

[3] Van RENSBURG C J, ERASMUS E, TOIT D, et al. Rosa roxburghii supplementation in a controlled feeding study increases plasma antioxidant capacity and glutathione redox state[J]. Eur J Nutr, 2005, 44(7):452-457.

[4] ZHANG Chunni, LIU Xiaozhuan, QIANG Hongjuan, et al. Inhibitory effects of Rosa roxburghii Tratt juice on in vitro oxidative modification of low density lipoprotein and on the macrophage growth and cellular cholesteryl ester accumulation induced by oxidized low density lipoprotein[J]. Clin Chim Acta, 2001, 313(2): 37-43.

[5] WILLAMS P J, SEFTON M A, MARINOS V A. Recent developments in flavor and fragrance chemistry[C]//Proceedings of the Third International Haarman and Reimer Symposium in Tokyo. Tokyo, 1993: 283-290.

[6] FRANCIS M J O, ALLCOCK C. Geraniol β-D-glucoside occurrence and synthesis in rose flowers[J]. Phytochemistry, 1969, 8(8): 1339-1347.

[7] STAHL-BISKUP E, INTERT F, HOLTHUIJEZEN J, et al. Glycosidically bound volatiles: a review 1986-1991[J]. J Flavour and Fragrance,1993, 8(2): 61-80.

[8] GUNATA Y Z, BAYONOVE C, BAUMES R, et al. Stability of free and bound fractions of some aroma components of grape cv Muscat during the wine processing[J]. American Journal of Enology and Viticulture,1985, 37: 112-114.

[9] 孫愛東, 葛毅強, 閻紅, 等. 甜橙鍵合態(tài)芳香組分的酶(酸)解解離方法研究[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2000, 27(3): 33-36.

[10] 范剛, 張弛, 柴倩, 等. 錦橙汁鍵合態(tài)香氣物質酸解和酶解效果比較研究[J]. 食品科學, 2007, 28(12): 169-172.

[11] GUNATA Z, BITTEUR S, BRILLOUET J M, et al. Sequential enzymic hydrolysis of potentially aromatic glycosides from grape[J]. Carbohydrate Research, 1988, 184: 139-149.

[12] 湯堅, 何其儻. β-葡甙酶水解法分析新鮮芹菜的游離態(tài)與糖甙鍵合態(tài)揮發(fā)性化合物[J]. 無錫輕工業(yè)學院學報, 1990, 9(4): 22-29.

[13] 孫愛東, 葛毅強, 倪元穎, 等. 不同來源的增香酶酶解橙汁(皮)中鍵合態(tài)主要芳香物質的效果分析[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2001, 27(11):1-4.

[14] 汪興平, 周志, 莫開菊, 等. 微波對茶多酚浸出及其結構和組成的影響研究[J]. 農業(yè)工程學報, 2002, 18(2): 110-114.

[15] SPIGNO G, De FAVERI D M. Microwave-assisted extraction of tea phenols: a phenomenological study[J]. Journal of Food Engineering,2009, 93(2): 210-217.

[16] WANG Sijin, CHEN Fang, WU Jihong, et al. Optimization of pectin extraction assisted by microwave from apple pomace using response surface methodology[J]. Journal of Food Engineering, 2007, 78(2): 693-700.

[17] 夏濤, 時思全, 宛曉春. 微波、超聲波浸提對茶湯香氣的影響[J]. 南京農業(yè)大學學報, 2004, 27(3): 99-102.

[18] BUREAU S, RAZUNGLES A, BAUMES R, et al. Glycosylated flavor precursor extraction by microwaves from grape juice and grapes[J]. Journal of Food Science, 1996, 61(3): 557-559.

[19] MAICAS S, MATEO J J. Hydrolysis of terpenyl glycosides in grape juice and other fruit juices: a review[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2005, 67(3): 322-335.

Releasing Effect of Microwave-Assisted Acid Hydrolysis on Bound Volatile Aroma Compounds in Rosa roxburghii Tratt (Cili Pear) Juice

ZHOU Zhi1,2，FAN Gang1，WANG Ke-xing1，MO Kai-ju2，CHENG Chao2，PAN Si-yi1,*
(1. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China；2. Key Laboratory of Biologic Resources Protection and Utilization of Hubei Province, Hubei Institute for Nationalities, Enshi 445000, China)

The bound volatile aroma compounds of wild Cili pear juice were extracted by chromatographic separation on an Amberlite XAD-2 column followed by microwave-assisted acid hydrolysis (acid hydrolysis first under microwave treatment and then in a 40 ℃ water bath) and analyzed by GC-MS. One-factor-at-a-time and orthogonal array design methods were used for the optimization of microwave-assisted acid hydrolysis conditions. The most types of bound volatile aroma compounds were extracted when the water phase fraction obtained from Amberlite XAD-2 column chromatographic separation was adjusted to pH 1 with 1 mol/L HCl solution, treated by microwave for 3 min at 800 W and then kept in a 40 ℃ water bath for 36 h.Octanoic acid was identified as the most abundant compound, followed by n-hexadecanoic acid, 4-(3-hydroxy-1-butenyl)-3,5,5-trimethyl-2-cyclohexen-1-one, 4-(5-hydroxy-2,6,6-trimethyl-1-cyclohexen-1-yl)-3-buten-2-one, 2,4-bis(1,1-dimethylethyl)-phenol, etc. Under the same conditions of pH and water bath temperature, microwave-assisted acid hydrolysis was more effective in releasing bound volatile aroma compounds from wild Cili pear juice than single acid hydrolysis for a longer time.

Rosa roxburghii Tratt；bound volatile aroma compounds；microwave-assisted acid hydrolysis

TS214.2

A

1002-6630(2012)08-099-05

2011-11-25

周志(1974—)，男，副教授，博士研究生，研究方向為食品風味化學。E-mail：zhouzhi77716@163.com

*通信作者：潘思軼(1964—)，男，教授，博士，研究方向為食品科學。E-mail：pansiyi@mail.hzau.edu.cn