濃縮紅橘汁貯藏過程中的風味物質變化及其機制

曾 鳴，崔翠翠，王 冬，劉傳備，李 開，宋 昊

（1.北京一輕研究院，北京 101111；2.北京一輕食品集團有限公司，北京 102600）

紅橘是蕓香科柑橘屬的一種水果，其重要品種之一大紅袍（Citrus reticulateBlanco ‘Dahongpao’）被廣泛種植于川渝地區。大紅袍果實呈正圓形或扁圓形，個頭較大，果皮顏色鮮紅，果肉細嫩化渣，汁多，風味濃郁。采用大紅袍紅橘濃縮汁加工所得的系列食品深受廣大消費者喜愛。

風味變化是柑橘汁加工貯藏過程中的一大重要問題，表現為特征香氣減弱、產生蒸煮異味等[1-2]。濃縮柑橘汁貯藏過程中的風味變化問題更難應對，因為各種底物經濃縮后濃度較高，導致各類化學反應更易發生[3-5]。

近些年柑橘汁風味變化研究主要集中在鮮榨橙汁、市售橙汁等方面。Li Xiao等[6]對比了鮮榨橙汁在不同溫度貯藏后產生異味物質的差別，發現溫度越高、貯藏期越長，橙汁中生成的異味物質越多。林雯雯[7]研究表明超聲處理可以使鮮榨橙汁中的醇醛類物質轉化為酯類物質，且會加速橙汁中檸檬烯的氧化。王珺等[8]研究了超高壓殺菌、熱殺菌對酶法去皮甜橙全果揮發性風味的不同影響，發現超高壓殺菌會使醇醛類物質增加，而熱殺菌則相反。郭莉等[9]研究了不同加工單元操作對塔羅科血橙汁香氣成分的影響。牛云蔚等[10]發現市售橙汁在貯藏過程中主要香氣成分含量呈下降趨勢。目前，針對濃縮柑橘汁風味物質變化及其機制的研究還相對欠缺。

因此，本實驗以濃縮紅橘汁為研究對象，采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜[6-10]聯用技術分析濃縮紅橘汁貯藏過程中的風味物質變化，歸納濃縮紅橘汁的風味變化路徑，并結合主成分分析（principal component analysis，PCA） 、相關性分析，為研究柑橘汁貯藏期風味變化機制、開發風味劣變控制方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

濃縮紅橘汁（60 °Brix，滅酶，品種為大紅袍）南充佳美食品工業有限公司；C7～C30飽和正構烷烴美國Supelco公司；環己酮（純度＞99.0%） 美國TCI公司。

1.2 儀器與設備

7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司；手動進樣器及萃取頭（50/30 μm二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷） 美國Supelco公司；Ci7800色差儀 美國X-Rite公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

將濃縮紅橘汁樣品裝于鋁箔袋中，抽真空密封，置于37 ℃貯藏，貯藏時間分別為7、14、21、28、35 d。每份樣品取3 個平行，測定結果取均值。

1.3.2 顏色測定

將濃縮紅橘汁樣品放入石英皿，用Ci7800色差儀測定各樣品顏色，并根據式（1）計算不同貯藏期樣品與初始樣品之間的色差ΔE：

式中：L*、a*、b*分別為貯藏一段時間后樣品的亮度值、紅綠值、黃藍值；L0*、a0*、b0*分別為初始樣品的亮度值、紅綠值、黃藍值。

1.3.3 頂空-固相微萃取

取5 g濃縮紅橘汁樣品，置于15 mL專用樣品瓶中，加入內標物環己酮，密封，置于50 ℃水浴中平衡15 min，將老化好的萃取頭插入樣品瓶中，置于50 ℃水浴中頂空萃取40 min，將萃取頭插入氣相色譜儀進樣口，240 ℃解吸5 min，進行分析。

1.3.4 氣相色譜-質譜檢測條件

氣相色譜條件：DB-WAX石英毛細管色譜柱（30 m×320 μm，0.25 μm）；進樣口溫度240 ℃；升溫程序：40 ℃保持3 min，以5 ℃/min升至120 ℃，保持4 min，10 ℃/min升溫至200 ℃，保持4 min，20 ℃/min升至240 ℃，保持8 min；載氣氦氣（He）流速1.5 mL/min，不分流。

質譜條件：電子電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度240 ℃；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；質量掃描范圍m/z30.00～500.00。

1.4 數據處理

定性分析：利用安捷倫質譜數據處理系統結合NIST 11標準質譜庫對各化合物進行檢索，并通過C7～C30飽和正構烷烴作為對照標準計算保留指數，參照相關文獻報道，綜合定性。

定量分析：采用內標法半定量，各樣品風味物質含量按式（2）計算：

2 結果與分析

2.1 濃縮紅橘汁貯藏過程中的顏色變化

圖1 濃縮紅橘汁貯藏過程中的顏色變化Fig. 1 Color changes of red orange juice concentrate during storage

采用色差儀測定柑橘汁的色值變化可有效評價柑橘汁的品質變化[11]。如圖1所示，隨著貯藏時間的延長，濃縮紅橘汁樣品的亮度值、紅特征值、黃特征值均下降，與初始樣品的色差越來越大，說明樣品在不斷劣變，視覺表現為樣品由鮮明的橘紅色逐漸變為暗沉的棕褐色。

2.2 濃縮紅橘汁貯藏過程中的風味物質變化

通過譜庫檢索和保留指數對比，鑒定出濃縮紅橘汁貯藏過程中發現的61 種風味物質，主要為萜類、醇類、醛類、酮類、酸類、酯類物質，并采用內標法確定相對含量，結果如表1所示。

表1 濃縮紅橘汁貯藏過程中的風味物質變化Table 1 Flavor changes of red orange juice concentrate during storage

續表1

由表1可知，濃縮紅橘汁在貯藏過程中有大量風味化合物的含量發生了變化，例如檸檬烯等化合物的含量明顯降低，而糠醛等化合物的含量明顯升高。通過歸納分析含量發生變化的化合物，推測出5 條風味物質變化路徑。

2.2.1 萜類和類胡蘿卜素的前體降解

柑橘類水果中具有豐富的萜類[12]和類胡蘿卜素[13]，其合成涉及一系列復雜過程[14-15]。異戊烯焦磷酸作為活性前體之一，在萜類、類胡蘿卜素合成過程中都有重要作用[14-15]。由表1可知，濃縮紅橘汁在貯藏過程中產生了異戊烯焦磷酸的降解產物異戊烯醇[16]，及異戊烯焦磷酸異構物二甲基烯丙基焦磷酸的降解產物甲基丁烯醇[17]。這也是首次在柑橘汁貯藏過程中發現異戊烯醇、甲基丁烯醇的積累，說明濃縮紅橘汁中可能有部分前體存在并發生了降解，它們的具體含量變化及降解機理有待進一步研究。異戊烯醇具有濃酯氣息，氣味閾值在1 μg/mL左右[18]，甲基丁烯醇也有特殊刺激性氣味，它們可能對濃縮紅橘汁的風味有一定的負面作用。

2.2.2 柑橘典型香氣化合物降解

柑橘汁中具有豐富的揮發性化合物，包括萜類、醛類、酯類等典型香氣化合物[19-21]。檸檬烯是濃縮紅橘汁中含量最高的風味成分，它是柑橘汁中重要香氣物質，但氣味閾值也較高[20]，故對濃縮紅橘汁風味只有部分貢獻。γ-松油烯、α-松油烯、巴倫西亞橘烯具有明顯柑橘香氣，對濃縮紅橘汁香氣有重要貢獻[19-21]。β-月桂烯、α-蒎烯具有令人愉快的香脂香氣[19-21]，對濃縮紅橘汁風味具有重要的修飾作用。己醛、辛醛、癸醛、丁酸乙酯、乙酸丁酯等含量較少，但它們大都有強烈的水果香氣[19-21]，對濃縮紅橘汁風味也有一定貢獻。由表1可知，檸檬烯、γ-松油烯、α-松油烯、β-月桂烯、α-蒎烯、巴倫西亞橘烯、己醛、辛醛、癸醛、丁酸乙酯、乙酸丁酯等柑橘典型香氣化合物發生了明顯降解。檸檬烯、γ-松油烯、β-月桂烯等萜烯類物質含有不飽和雙鍵，容易在酸性條件下發生水合、水解反應，生成α-松油醇、β-松油醇、反式香芹醇、順式香芹醇等對濃縮紅橘汁香氣有負面作用的萜醇類物質[22-24]。

2.2.3 糖類降解

柑橘類水果含有豐富的多糖和單糖[25]，它們在濃縮過程中會被富集，包括纖維素、半纖維素、果膠、蔗糖、葡萄糖、果糖等。半纖維素、果膠等多糖能在酸性條件下部分降解[26-29]，生成木糖、阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖醛酸等五碳糖、甲基五碳糖、糖醛酸，并進一步變化產生糠醛、5-甲基糠醛等呋喃類化合物[26-29]以及副產物乙酸。纖維素、蔗糖等在酸性條件下會部分降解生成葡萄糖、果糖，并與柑橘汁中原始存在的葡萄糖、果糖等六碳糖進一步變化產生5-羥甲基糠醛等[26-29]。盡管柑橘汁貯藏過程中糖的酸催化降解機制已較為明確[30-31]，但濃縮紅橘汁中發生降解的具體糖類成分還有待進一步測定。

由表1可知，濃縮紅橘汁在貯藏過程中生成了大量的糠醛，以及相對少量的2-乙酰基呋喃、5-甲基糠醛、5-羥甲基糠醛、糠醇等呋喃類化合物。糠醛具有類似苦杏仁的氣味，氣味閾值不高，在濃縮紅橘汁貯藏過程中大量產生，對香氣有顯著的負面影響。

2.2.4 類胡蘿卜素降解

類胡蘿卜素廣泛存在于柑橘果肉、果皮中[32]，包括葉黃素、玉米黃素、β-隱黃質、β-胡蘿卜素等。類胡蘿卜素含有多個不飽和共軛雙鍵，在不同位置斷裂會生成異佛爾酮、藏花醛、甲基庚烯酮、環檸檬醛、二氫獼猴桃內酯、香葉基丙酮、橙花醛等不同化合物[33-34]。

由表1可知，上述降解產物在濃縮紅橘汁中均被檢出，其中在貯藏過程中含量明顯升高的類胡蘿卜素降解產物主要為異佛爾酮、藏花醛、4-氧代異佛爾酮。這也是首次在柑橘類果汁貯藏過程中發現類胡蘿卜素降解產物的積累，結合相關研究報道過濃縮橙汁貯藏過程中類胡蘿卜素總量在不斷下降[5]，后續可深入研究柑橘汁貯藏期類胡蘿卜素具體降解機理。異佛爾酮帶有薄荷或樟腦氣味，其香氣閾值較低[35]，藏花醛具有木香、藥香氣味，它們對濃縮紅橘汁的風味有一定的負面作用。

2.2.5 阿魏酸降解

阿魏酸是柑橘果肉、果皮中的主要酚酸之一[36]。除了游離狀態，阿魏酸還主要通過醚化、酯化、糖苷化形式與多聚糖、木質素結合[37]。在濃縮柑橘汁中，酸性環境能使上述共價鍵發生斷裂，釋放出阿魏酸[38]。阿魏酸經過脫羧反應，產生4-乙烯基愈創木酚[39-40]。

由表1可知，濃縮紅橘汁在貯藏過程中不斷生成4-乙烯基愈創木酚，其香味閾值較低，是濃縮紅橘汁貯藏過程中生成的主要異味物質之一，添加100 μg/L就能使新鮮橙汁產生陳舊、腐敗的味道[41]。

2.3 PCA與相關性分析

表2 主成分特征值及貢獻率Table 2 Eigenvalue and contribution rates of principal components

對不同貯藏期濃縮紅橘汁的61 種風味物質含量進行PCA[42-44]。將數據標準化，結果如表2所示，3 個主成分的累計貢獻率達到89.202%，可以反映原始變量的絕大部分信息，其中PC1特征值為39.049，貢獻率高達64.015%。

圖2 PCA載荷圖Fig. 2 PCA loading plots

各變量對各主成分的影響則可由主成分載荷圖反映，載荷系數越接近1或-1，說明該主成分對該變量的代表性越強。由圖2可以看出，異戊烯醇、甲基丁烯醇、α-松油醇、β-松油醇、順式香芹醇、反式香芹醇、糠醛、2-乙酰基呋喃、5-甲基糠醛、5-羥甲基糠醛、糠醇、異佛爾酮、藏花醛、4-氧代異佛爾酮、4-乙烯基愈創木酚等異味物質與PC1高度負相關（載荷系數＜-0.8），檸檬烯、γ-松油烯、β-月桂烯、α-蒎烯、巴倫西亞橘烯、己醛、癸醛、丁酸乙酯等柑橘典型香氣化合物與PC1高度正相關（載荷系數＞0.8）。上述結果說明PC1反映的是濃縮紅橘汁貯藏過程中含量發生明顯變化的風味物質集合，PC2、PC3則主要反映含量沒有明顯變化的物質。

圖3 濃縮紅橘汁貯藏過程中的PC1綜合得分Fig. 3 PC1 scores of red orange juice concentrate during storage

將標準化后的風味物質含量數據與成分得分系數矩陣結合，可計算出各主成分的綜合得分，結果如表3所示。其中PC1綜合得分隨貯藏時間的變化曲線如圖3所示，可以看出，隨著濃縮紅橘汁貯藏時間不斷延長，PC1得分在不斷降低，說明PC1得分變化跟濃縮紅橘汁品質變化有一定的關系。

表4 濃縮紅橘汁色差與主成分得分的相關性Table 4 Correlation between color difference and principal component scores of red orange juice concentrate

對主成分綜合得分數據與濃縮紅橘汁色差數據進行Pearson分析，結果如表4所示，得出PC1綜合得分與色差的相關系數為-0.973，呈極顯著負相關，說明PC1所代表的濃縮紅橘汁風味物質變化與色差變化一樣能有效反映濃縮紅橘汁的品質變化。

3 結 論

采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術，內標法半定量分析了濃縮紅橘汁貯藏過程中主要風味化合物的變化。通過成分變化推測出5 條風味物質變化路徑：萜類和類胡蘿卜素的前體降解、柑橘典型香氣物質降解、糖類降解、類胡蘿卜素降解、阿魏酸降解。其中已有柑橘汁相關研究報道、機制較為明確的是柑橘典型香氣物質，如檸檬烯等降解生成松油醇和香芹醇[22-24]、糖類降解生成呋喃類化合物[30-31]、阿魏酸降解生成4-乙烯基愈創木酚[39-40]。本實驗發現異戊烯醇、甲基丁烯醇的累積，推測出萜類和類胡蘿卜素的前體降解，還需開發精密方法測定異戊烯焦磷酸、異構物二甲基烯丙基焦磷酸含量變化來進一步驗證。類胡蘿卜素降解有少數柑橘汁研究報道[5]，但側重于總量變化，未涉及產物分析。本實驗結果表明類胡蘿卜素降解產物異佛爾酮、藏花醛的積累，其中異佛爾酮可能是由葉黃素降解產生[33]，藏花醛可能是由玉米黃素降解產生[34]，進一步揭示了相關機制。

總體來看，濃縮紅橘汁貯藏過程中生成了大量的異味物質，如異戊烯醇、甲基丁烯醇、α-松油醇、β-松油醇、順式香芹醇、反式香芹醇、糠醛、2-乙酰基呋喃、5-甲基糠醛、5-羥甲基糠醛、糠醇、異佛爾酮、藏花醛、4-氧代異佛爾酮、4-乙烯基愈創木酚，遠多于鮮榨橙汁和市售橙汁貯藏研究中常報道的數種異味物質[1,6,10,38]，如α-松油醇、4-松油烯醇、糠醛、4-乙烯基愈創木酚、香芹酮。這說明以濃縮汁為研究對象可能更有利于探究柑橘汁風味劣變規律，但需研究更多不同品種柑橘的濃縮汁進行驗證。此外，PCA和相關性分析結果表明，濃縮紅橘汁貯藏過程中風味物質的變化可以有效反映其品質變化。研究結果對探明濃縮紅橘汁貯藏期風味變化機制，并進一步開發品質劣變控制方法，有一定的參考價值。