巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁揮發性成分的分析比較

梅明鑫

（昌江黎族自治縣現代農業檢驗檢測預警防控中心，海南 昌江 572700）

檸檬（Citrus lemon（L.）Burm.F.）為蕓香科柑橘屬常綠小喬木，在世界柑橘業排名中居于第三位，年產量大約是世界柑橘總產量的10%[1]。我國檸檬年產量大約為80 000～100 000 t，占柑橘總產量的1%左右[2]。目前，世界各國的檸檬大多用于鮮食，而加工量只占總產量的20%左右，主要加工產品為檸檬濃縮果汁、原果汁、檸檬香精油以及從檸檬皮中提取果膠和膳食纖維等[3-6]。目前，國內研究較多的有尤力克、費米耐勞、香檸檬等主要栽培品種[7-9]，沃爾卡姆檸檬（Citrus volkameriana）外觀似橘子，具有宜人的香氣和風味，其味酸、略苦，皮薄多汁，富含維生素C、檸檬酸等，但對于其果實的相關研究尚處于空白。

果汁加工中的風味變化一直都是研究的熱點，而滅菌是果汁加工中不可或缺的操作工序，當前較為理想的殺菌方式有巴氏殺菌、微波殺菌、超聲波殺菌。超聲波是一種新型的食品工藝殺菌技術，具有高效、節能、低溫、營養成分損失少等多種優點，能夠較好地解決傳統加工過程中存在的營養流失和褐變問題。微波的優點是在達到殺菌效果的同時，確保了重要營養素等品質的最小損失。巴氏滅菌（≤100 ℃）是果汁加工中最常用的滅菌方式，國內工廠常用（80 ℃、10 min），傳統巴氏殺菌（65 ℃、30 min）雖能達到良好的殺菌效果，但對果汁的色澤和營養品質造成一定程度的不良影響。AGUILAR-ROSAS S F等[10]研究顯示，熱力滅菌（90 ℃、30 s）會引起蘋果汁香氣成分的顯著減少。王珺等[11]用頂空固相微萃取-氣相質譜聯用法（headspace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）對不同滅菌方式（超高壓400 MPa、10 min；熱殺菌100 ℃、5 min；不殺菌）處理酶法去皮甜橙全果的揮發性風味進行了分析，結果表明滅菌后揮發性風味物質的種類都有所降低，但是也生成了多種香氣物質。

目前，有關巴氏滅菌對沃爾卡姆新鮮檸檬原汁揮發性成分的影響鮮見報道。本實驗以新鮮的沃爾卡姆檸檬汁為研究對象，將新鮮檸檬汁在80 ℃條件下加熱10 min進行巴氏滅菌，并采用HS-SPME-GC-MS聯用技術對巴氏滅菌前后的檸檬汁樣品的揮發性成分進行分析，探究巴氏滅菌對新鮮檸檬汁中揮發性成分的影響，旨在為沃爾卡姆檸檬果汁篩選合適的滅菌方法及提高果汁品質提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沃爾卡姆檸檬：重慶上田生態農業開發有限公司；NaCl（分析純）：成都市科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設備

QP2010型GC-MS聯用儀：日本島津公司；手動固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）進樣器：美國珀金-埃爾默公司；50/30 μmDVB/CAR/聚二甲基硅氧烷PDMS固相微萃取頭：美國Supelco公司；HH-6型數顯恒溫水浴鍋：常州智博瑞儀器制造有限公司；FA2004A電子天平：上海精天電子儀器廠；JYZ-E96型螺旋榨汁機：九陽股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 新鮮沃爾卡姆檸檬原汁的制備

將新鮮的沃爾卡姆檸檬去皮、去籽，用榨汁機進行冷榨，所得原汁用200目尼龍布進行過濾，得到新鮮的檸檬原汁。

1.3.2 巴氏滅菌條件

分別量取新鮮的沃爾卡姆檸檬原汁各100 mL，分裝于2個150 mL錐形瓶中，密封，一個作為果汁未滅菌組，另一個置于水浴鍋中80 ℃條件下加熱10 min，取出后迅速進行流水冷卻，作為果汁滅菌組。

1.3.3 沃爾卡姆檸檬汁的揮發性成分萃取

沃爾卡姆檸檬中揮發性成分的提取采用頂空固相微萃取法。分別量取檸檬汁5 mL加入20 mL萃取瓶中，加入1.5 g NaCl，密封后插入萃取針，置于50 ℃水浴鍋中，平衡10 min后推出萃取針頭，頂空萃取30min，然后將萃取頭插入GC-MS進樣口，解吸5 min。

1.3.4 沃爾卡姆檸檬汁揮發性成分的GC-MS分析[12-14]

GC條件：DB-5MS 色譜柱（30 mm×0.25 mm，0.25 μm）；柱箱溫度40 ℃；進樣口溫度230 ℃；升溫程序：40 ℃保持3 min，以7 ℃/min升至130 ℃，保持2 min，最后以10 ℃/min升至230 ℃；載氣為氦氣（He）；流速1.00 mL/min；壓力49.5 kPa；不分流。

MS條件：電子電離（electronic ionization，EI）源；離子源溫度230 ℃；接口溫度230 ℃；溶劑延遲時間1 min；質量掃描范圍35～500 m/z；掃描速率1 000 amu/s。

1.3.5 定性定量分析

通過計算機譜庫美國國家標準技術研究所（national institute of standards and technology，NIST）08s進行檢索，與標準質譜進行對照并結合相關參考文獻進行定性分析，運用峰面積歸一化法確定各揮發性成分的相對百分含量。

1.3.6 數據處理

利用Excel 2013進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁揮發性成分的總離子流色譜圖

采用HS-SPME方法對巴氏滅菌前后檸檬汁的揮發性成分進行萃取，經GC-MS聯用儀進行分析鑒定，得出檸檬汁揮發性成分的總離子流色譜圖見圖1，各揮發性成分含量GC-MS分析結果見表1。

圖1 巴氏滅菌前（a）、后（b）沃爾卡姆檸檬汁揮發性風味成分GC-MS分析總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile flavor compounds in Volkamer lemon juice before (a) and after (b)pasteurization by GC-MS

從表1可以看出，采用HS-SPME-GC-MS聯用技術檢測并運用計算機譜庫（NIST08）進行檢索，結合相關參考文獻可初步定性滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁中分別有86種和94種揮發性成分。醇類與烷烴類是新鮮沃爾卡姆檸檬汁主要的揮發性成分。巴氏滅菌以后沃爾卡姆檸檬汁中揮發性風味物質的整體數量和相對含量均發生了不同程度的改變。

未滅菌的新鮮沃爾卡姆檸檬汁中，共檢測出86 種揮發性成分，占總峰面積的98.18%。其中，烷烯類77%，醇類18.56%，酯類1.47%，醛酮類1.88%。主體揮發性成分為檸檬烯（30.35%）、萜品油烯（11.75%）、β-蒎烯（7.37%）、α-松油醇（6.21%）、4-萜烯醇（5.15%）、月桂烯（3.81%）、香茅醇（3.69%）、1-β-紅沒藥烯3.43%、2-莰烯（2.79%）和（+）-α-柏木萜烯（2.11%）等。

表1 巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬果汁揮發性風味成分的GC-MS分析結果Table 1 Analysis results of volatile flavor components in Volkamer lemon juice before and after sterilization by GC-MS

續表

續表

巴氏滅菌后的沃爾卡姆檸檬汁中，共檢測出94 種揮發性成分，占總峰面積的99.45%。其中，烷烴類66.23%、醇類27.71%、酯類2.33%、醛酮類1.48%。其主體揮發性成分為檸檬烯（27.89%）、α-松油醇（11.62%）、萜品油烯（10.94%）、4-萜烯醇（6.62%）、β-蒎烯（5.27%）、（R）-（+）-β-香茅醇（4.97%）、月桂烯（3.22%）、2-莰烯（2.8%）、1-β-紅沒藥烯（2.64%）和（+）-香橙烯（1.87%）等。

2.2 巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁中主要呈香物質分類比較

如圖2所示，巴氏滅菌處理后，沃爾卡姆檸檬汁的主體揮發性及其相對含量發生了不同程度的變化。滅菌后的沃爾卡姆檸檬汁中，醇類和酯類物質的相對含量較滅菌前分別增加了9.15%與0.86%；而烷烯類、醛酮類揮發性成分的相對含量出現不同程度的降低。

2.2.1 烷烴類揮發性物質的比較

由圖2可知，烷烯類物質是沃爾卡姆檸檬汁的主要揮發性成分，其中相對含量較高的檸檬烯、β-蒎烯、月桂烯、1-β-紅沒藥烯及2-莰烯的相對含量在滅菌前后都超過2%。烷烴、烯烴類物質比醇類和酯類含量多。滅菌前后的沃爾卡上檸檬汁中檢出的烷烯類物質種類及含量都相對較多，種類分別為48和51種，相對含量分別為77%和66.23%，滅菌前后共有的揮發性成分只有34 種。

圖2 巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁中揮發性風味成分種類及相對含量Fig.2 Types and relative contents of volatile flavor components in Volkamer lemon juice before and after pasteurization

未滅菌組和滅菌組均檢出檸檬烯、α-蒎烯（松木味）、α-萜品烯（柑橘香味）、D-苧烯（柚香味）、異松油烯（檸檬氣味）、1-石竹烯（丁香花氣味）、巴倫西亞橘烯（柑橘香氣）、雪松烯、丁香烯、月桂烯、（+）-香橙烯等揮發性成分。檸檬烯的化學性質非常活潑，在與氧氣接觸下可自動氧化成一系列的氧化單環單萜，如香芹酮、檸檬烯-1,2-氧化物、檸檬烯氫過氧化物等；檸檬烯在酸的催化條件下發生水合反應可生成α-松油醇[15]，這些化學反應都會引起檸檬烯的損失。巴氏滅菌的溫度條件及檸檬原汁較低的pH值促進了一系列氧化反應和水合反應的進行，造成了檸檬烯的損失。α-蒎烯很早被證實對橙類的風味有積極作用，其含量與果皮精油在果汁油中的比例相關。巴倫西亞橘烯是一種半萜烯，有輕微的橙香味，在柑橘類果汁風味中均有檢出，對整體風味有重要作用[16]。α-萜品烯為單環單萜類化合物，未滅菌和熱滅菌條件下相對含量分別為1.20%、1.16%，這表明α-萜品烯受巴氏滅菌的影響不顯著，表現出較為穩定的特性。巴氏滅菌后，β-蒎烯、月桂烯及1-β-紅沒藥烯的相對含量均有所降低，可能是由于溫度促進了一系列的反應，生成了其他物質。

2.2.2 醇類揮發性物質的比較

醇類物質的相對含量在巴氏滅菌后大幅上漲，增加了9.15%。滅菌前后的沃爾卡姆檸檬汁中分別檢測到揮發性醇類物質為18和19種，其中相同的有12種。芳香醇類物質的閾值一般較低，故其香氣值（濃度/閾值）較高，其對總體香氣的影響不可忽視[17]。巴氏滅菌后醇類物質的相對含量有所增加，這可能是因為加熱使得某些以糖苷健結合的醇類釋放出來，以及氨基酸的去氨基和去碳酸基反應使得醇類物質的相對含量增加。滅菌前的檸檬汁中相對含量較高的醇類組分為α-松油醇、4-萜烯醇和香茅醇，相對含量分別為6.21%、5.15%和3.69%。巴氏滅菌后的檸檬汁中相對含量較高的醇類物質為α-松油醇、4-萜烯醇、（R）-（+）-β-香茅醇和小茴香醇，相對含量分別為11.62%、6.62%、4.97%和1.18%。

芳樟醇具有紫丁香、鈴蘭與玫瑰的花香，又有果香、木香氣息，是柑橘類水果重要的香氣成分。芳樟醇不穩定，容易降解成α-松油醇。α-松油醇具有微妙的丁香味，存在于許多水果中。檸檬烯在酸性條件下可以發生水合反應生成α-松油醇，巴氏滅菌后，α-松油醇的相對含量大幅度增加，而檸檬烯和芳樟醇的相對含量降低，說明巴氏滅菌促進了相關反應的進行。香茅醇只在滅菌前檢出，而在滅菌后出現了（R）-（+）-β-香茅醇，表明巴氏滅菌可能促進了香茅醇與（R）-（+）-β-香茅醇之間的轉化，二者都具有甜玫瑰香味。4-萜品醇在多種柑桔果汁中也有被檢出[18]。

2.2.3 酯類揮發性物質的比較

酯類物質的種類共17 種，滅菌前后的沃爾卡姆檸檬汁中分別有10種與13種，其中相同的有6種，巴氏滅菌后生成了6種新物質。滅菌前后檸檬汁中酯類物質中相對含量最高的均為棕櫚酸乙酯，滅菌前存在的一些香氣成分乙二醇二丁酸酯、14-（2-辛基環丙基）-十四烷酸甲酯和硬脂酸-1-[（十四烷氧基）羰基]十五烷基酯在滅菌后均未檢出。巴氏滅菌后，新生成了6種新物質，分別為乙酸薄荷酯、甲酸異莰酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯、（13Z）-13-十八碳烯酸乙酯、油酸乙酯和硬脂酸乙酯。酯類物質以乙酸酯為主，其具有花香和果香的感官特性，對檸檬汁總體香氣成分的形成作用不可忽視。雖然這些化合物的相對含量都不高，但由于其香氣的閾值低、香氣值（濃度/閾值）較高，加之其風味獨特，對檸檬汁的香氣形成也起著重要的作用。

2.2.4 醛酮類揮發性物質的比較

醛和酮類化合物主要是由酸的脫羧和醇的氧化形成[19]。滅菌前后的檸檬汁中共檢測出醛酮類物質10種，相同的揮發性成分有2種，滅菌前檸檬汁中相對含量較高的為（9Z）-9-十八烯醛、癸醛和壬醛，其相對含量分別為1.85%、0.83%、0.56%。滅菌后相對含量較高的為壬醛、胡椒酮和β-環檸檬醛，相對含量分別為0.56%、0.48%、0.30%。壬醛，具有青而微甜、尖銳的蜜蠟花香氣息。癸醛和壬醛等都是形成酯類物質的重要成分，對于檸檬果汁香氣成分的形成具有很好的輔助作用。滅菌前檸檬汁中癸醛的相對含量為0.83%，但是滅菌后未檢出。醛類的氣味閾值較低，相對含量較低時也能影響風味，并且可以與許多物質風味相重疊，對檸檬汁整體香氣起到一定的修飾作用，如β-環檸檬醛具有果香和花香氣息，香氣稍類似紫蘭酮和鳶尾，稍有油膩氣息。而酮類的閾值遠高于醛類，主要由脂質氧化生成，對整體風味的貢獻較為有限[20]。

2.2.5 其他類揮發性物質的比較

巴氏滅菌后，其他類揮發性物質成分增加了一種，相對含量增加量0.1%，總體上變化不大。巴氏滅菌后，壬二酸的相對含量由1.07%降到0.02%，有可能是生成了其他物質。

3 結論

采用HS-SPME與GC-MS聯用技術分析巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁中的揮發性成分。滅菌前后檸檬汁中的揮發性香氣成分種類和相對含量都發生了不同程度的改變。滅菌前后的檸檬汁中各自的揮發性香氣成分分別為86種和94種，相同的香氣成分有59種。烷烯類物質構成了檸檬汁揮發性成分的主體，其相對含量遠遠超過其他種類揮發性物質的相對含量。滅菌前后檸檬汁中的主要揮發性物質均為檸檬烯、萜品油烯、β-蒎烯、α-松油醇、4-萜烯醇、月桂烯、香茅醇、1-β-紅沒藥烯、2-莰烯等。

巴氏滅菌后的沃爾卡姆檸檬汁中，醇類和酯類物質的相對含量較滅菌前分別增加了9.15%與0.86%；而烷烯類、醛酮類揮發性物質成分的相對含量出現不同程度的降低。滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁中相對含量最高的成分都是檸檬烯，其相對含量分別為30.35%和27.89%，滅菌后揮發性成分的相對含量都有所減少，而其他一些揮發性成分如α-松油醇、4-萜烯醇、乙酸香茅酯等則有所上升。巴氏滅菌后增加了1,1-環戊二烯、（+）-環苜蓿烯、欖香烯、α-法尼烯、β-柏木烯、羅漢柏烯、1-辛醇、α-畢橙茄醇等35 種呈香物質。新鮮檸檬汁經巴士殺菌后會產生蒸煮味，在一定程度上影響果汁的風味但是巴氏滅菌后新鮮檸檬汁的主體揮發性成分沒有發生太大的變化。

綜上，巴氏殺菌對新鮮檸檬汁主體香氣成分的影響不大，適合作為該檸檬汁的殺菌方式。但是是否有更適宜的殺菌方式能夠盡可能減少檸檬汁中揮發性芳香成分的改變與損失，還需要今后更深入的研究。