低溫低氧工藝對蘋果汁品質與香氣特征的影響

路遙，張凱杰，李根，趙巖，丁辰，馬寅斐，和法濤，朱風濤，初樂*

（1.中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東 濟南 250014；2.江蘇楷益智能科技有限公司，江蘇 無錫 214000）

蘋果是薔薇科蘋果屬植物的果實[1]。 中國是蘋果栽培大國，種植面積與產量均為世界第一，蘋果總產量約占全球總產量的55%，在世界蘋果產業中占有重要地位[2]。

除了鮮食之外，大量蘋果尤其是一些品質良好但是外觀欠佳的果實一般用作生產果汁的原料[3]，蘋果汁按照加工方式不同可以分為濃縮還原汁（from concentrate，FC）和非濃縮還原汁（not from concentrate，NFC），NFC 果汁是一種既保留了天然風味， 又含有豐富營養的純天然果汁，在歐美和日本市場盛行[4]。 由于沒有澄清和濃縮等復雜工藝，可以最大程度保留VC、多酚和果膠等生理活性因子，但這也會導致NFC 果汁在加工貯藏過程中發生褐變分層等問題，這也是制約NFC 果汁發展的主要問題，同時傳統NFC 蘋果汁加工完成后會先用大桶運輸到灌裝地再進行分裝，因此在整個加工過程中會經過多次殺菌，多次高溫處理也會對NFC果汁的風味產生不良影響[5]。 通過對低溫低氧破碎榨汁、殺菌工藝的研究，發現低溫低氧加工在保持色澤、渾濁穩定性等方面具有優勢[6]。

本文通過對比低溫低氧加工NFC 蘋果汁、傳統工藝加工NFC 蘋果汁以及濃縮還原蘋果濁汁在營養成分、抗氧化物質、香氣成分的不同并分析原因，旨在對低溫低氧加工NFC 蘋果汁技術應用前景進行分析。

1 材料及方法

1.1 材料與儀器

紅富士蘋果（4 ℃貯藏）：市售；福林酚：北京索萊寶科技有限公司；抗壞血酸、沒食子酸、綠原酸、表兒茶素、根皮苷（分析標準品）：上海源葉生物科技有限公司；其他分析試劑均為分析純。

pHS-3C 雷磁pH 計：上海儀電科學儀器股份有限公司；UV-1800 型紫外可見分光光度計：上海美譜達儀器有限公司；UM5 破碎機： 德國STEPHAN 公司；高效液相色譜儀、TRACE ISQ 氣相色譜-質譜聯用儀：美國賽默飛科技公司；C200 嗅聞儀：德國GERSTEL 科技公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 蘋果汁加工工藝

1.2.1.1 低溫低氧NFC 蘋果汁

原料→清洗→預冷（1 d～2 d）→破碎壓榨（低溫<10 ℃，低氧）→均質→殺菌→灌裝

1.2.1.2 傳統NFC 蘋果汁

原料→清洗→破碎→壓榨→滅酶→冷卻→均質→殺菌→灌裝

1.2.1.3 濃縮還原蘋果濁汁

原料→清洗→破碎→果漿酶解→壓榨→果汁酶解→滅酶→冷卻→濃縮（20°Brix）→還原（12°Brix）→灌裝

1.2.2 分析方法

1.2.2.1 常規理化指標

可溶性固形物（soluble solids content，SSC）的測定：采用阿貝折光儀進行測定；可滴定酸(total acid，TA)測定：參考GB 12456—2008《食品中總酸的測定》，使用電位滴定法進行測定； 抗壞血酸： 參考GB 5009.86—2016《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定》，使用2，6-二氯靛酚滴定法進行測定； 果膠含量： 參考NY/T 2016—2011《水果及其制品中果膠含量的測定》，使用分光光度法進行測定。

1.2.2.2 總酚含量測定

采用福林-肖卡法測定，參考Daniela 等[7]的方法。

1）標準曲線的繪制

取不同體積的100 mg/L 沒食子酸標準溶液，用蒸餾水補充至1 mL，加5 mL 福林試劑（原液稀釋10 倍后使用），充分搖勻。 1 min 后加入7.5%的碳酸鈉溶液4 mL，充分混勻，蒸餾水定容至10 mL，放置于水浴鍋中在75 ℃條件下反應10 min， 立即冷卻后于765 nm處比色測定吸光值， 用蒸餾水反應試管作為空白，調零。 總酚標準曲線見圖1。

圖1 總酚標準曲線Fig.1 Standard curve line of TP

2）樣品測定

取1 mL 樣液代替沒食子酸標準溶液，其他測試條件同標準曲線的制備方法，測定樣品的吸光值，按標準曲線計算樣品中沒食子酸的含量。

1.2.2.3 揮發性成分

采用氣相色譜-質譜聯用儀對蘋果汁的揮發性成分進行測定[8]。

1）樣品處理

量取5 mL 樣品于頂空進樣瓶中， 加入1 g 氯化鈉，進樣瓶40 ℃平衡30 min，將老化處理過的萃取頭（SPME Fiber Assembly：DVB/CAR/PDMS, Autosampler）插入進樣瓶中，頂空吸附30 min，解吸。

2）氣相色譜與質譜條件

色譜柱：TG-WAXMS 色譜柱（30 mm × 0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：起始溫度40 ℃，保持2 min，然后以5 ℃/min 升溫至150 ℃，保持2 min，最后以8 ℃/min升溫至250 ℃，保持5 min；載氣（He）流速1.2 mL/min，壓力7.652 2 psi；進樣量1 μL；不分流。 電子電離離子源：電子能量70 eV，質量掃描范圍m/z 35～450，0.2 scans/s;傳輸線溫度280 ℃，離子源溫度280 ℃。

3）數據處理

NIST MS search 2.0 負責數據采集及分析，CAS（chemical abstracts service）號及配比度確定風味物質；采用內標法對各揮發性成分進行定量，內標為2-辛醇。

1.2.2.4 單體酚測定

樣品處理：蘋果汁經0.22 μm 濾膜過濾后備用。

色譜條件： 紫外檢測器；Waters-dC18 色譜柱（4.6 mm×250 mm,5 μm）；柱溫35 ℃，進樣量15 μL，波長280 nm。 梯度洗脫：流動相A：色譜乙醇，流動相B：0.165%磷酸水溶液，流速為1.0 mL/min。 洗脫程序：0～40 min，A 相為24.5%；40 min ～41 min，A 相為24.5%～25%；41 min ～50 min，A 相為25%～30%，50 min～80 min，A相為30%。

樣品單體酚測定采用外標法， 以保留時間定性，以峰面積定量，每個樣品重復3 次。

1.2.2.5 嗅聞分析

嗅聞條件：TG-WAXMS 色譜柱（30 mm×0.25 mm，0.25 μm）；流量1.45 mL/min；輸出溫度250 ℃；出口溫度200 ℃。

嗅聞分析：由10 名工作人員組成（5 男5 女，年齡范圍在20 歲～40 歲之間），提前對其進行培訓，掌握操作技能及蘋果汁香氣專業詞匯描述能力后，進行GCO 分析。香氣強弱分別用4 個等級表示，分別為無、弱、中、強。 嗅聞過程中記錄以下指標：保留時間、強度值和香氣描述。

1.2.2.6 數據分析

采用Microsoft Excel 2019 處理數據并做圖， 每組數據平行試驗3 次，結果表示為平均值±標準偏差。 利用IBM SPSS Statistics 25 進行統計學分析，不同字母表示在0.05 水平上有顯著性差異，相同字母表示在0.05水平上無顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 基本理化指標測定結果

不同工藝蘋果汁可溶性固形物（soluble solids content，SSC）、不溶性固形物（insoluble solids，ISS）、總酸（total acid，TA）、果膠含量的對比見表1。

表1 不同工藝蘋果汁可溶性固形物、不溶性固形物、總酸、果膠含量的對比Table 1 Contents of SSC，ISS，TA and pectin of different apple juice

由表1 可知，3 種工藝的果汁理化性質存在顯著性差異（P＜0.05）。 低溫低氧組NFC 蘋果汁SSC、ISS、TA、 果膠顯著低于傳統工藝NFC 蘋果汁和濃縮還原蘋果濁汁，可能是傳統工藝和濃縮汁加工過程中存在多次加熱， 使果汁中果膠等一些不溶性物質溶出，不溶性固形物增加，同時在加熱過程中水分蒸發使糖酸含量升高。

2.2 抗氧化成分測定結果

不同工藝蘋果汁總酚、抗壞血酸、綠原酸、表兒茶素、根皮苷的對比見表2。

表2 不同工藝蘋果汁總酚、抗壞血酸、綠原酸、表兒茶素、根皮苷的對比Table 2 Contents of TP，VC，Chlorogenic acid,epicatechin and phloridin of different apple juice

酚類化合物是植物生長過程中產生的次級代謝產物，常以酚酸和黃酮類化合物存在[9]。 蘋果多酚是蘋果中多元酚類化合物的總稱，結構特點是一個或一個以上苯環結合多個羥基[10]，這類物質可以通過阻斷自由基侵襲或激活體內抗氧化酶，從而有效減少與衰老相關的疾病包括癌癥、冠心病及其他老年疾病，并延緩皮膚的氧化損傷[11-13]。多酚和抗壞血酸是NFC 蘋果汁中最主要的抗氧化成分，也是與其他工藝蘋果汁最主要的優勢。 由表2 可知，低溫低氧工藝NFC 蘋果汁中抗氧化成分顯著高于其他兩組（P＜0.05），可能是傳統工藝過高的加熱溫度和多次殺菌對酚類和VC造成了破壞，而濃縮還原蘋果濁汁經過滅酶、濃縮等，使多酚等物質顯著降低（P＜0.05）。表兒茶素、綠原酸和根皮苷是蘋果中含量較高且具有代表性的幾種酚類物質[14]。從表中可以看出， 在低溫低氧工藝這3 種酚類的含量顯著高于傳統工藝和濃縮還原蘋果濁汁（P＜0.05），其原因在于酚類物質對高溫敏感，這些物質在高溫條件下遭到了破壞，導致其含量降低。 上述結果可以更好地表明低溫低氧工藝下的NFC 蘋果汁有著更強的抗氧化、抗血脂功效。

2.3 揮發性成分測定結果

目前， 已經鑒定出的蘋果汁香氣成分已有300 多種[15]，主要包括酯類、醇類、醛類[16-17]。 KATO T[18]、郭靜等[15]的研究結果表明乙酸丁酯、乙酸己酯、丁酸丙酯、丁酸己酯、己酸丁酯、2-甲基丁酸乙酯、2-甲基丁酸丁酯、己醇、己醛和反-2-己烯醛等是蘋果汁中的特征成分。 正己醇、反-2-己烯醇和乙酸丁酯是公認在蘋果產品風味中占有重要地位的風味物質[19]。Wolter C 等[20]在2010 年提出了一個蘋果汁香氣模型AromaIndex，可以較好地體現出蘋果汁的香氣特征， 其中包括5 種酯：2-甲基丁酸乙酯、2-甲基乙酸丁酯、丁酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸己酯，前4 種酯之和被稱為總酯；2 種醛：正己醛、反-2-己烯醛，二者之和被稱為總醛；3 種醇：正己醇、反-2-己烯醇、2-甲基丁醇。 在本次試驗中，通過氣相色譜-質譜連用對3 種蘋果汁香氣成分進行定量分析，共檢測出61 種香氣成分，試驗結果如表3 所示。

表3 不同工藝蘋果汁GC-MS 測定結果Table 3 The result of GC-MS in different apple juice mg/L

由表3 可知， 可以較好地體現蘋果汁香氣特征的10 種典型香氣成分均有檢測到且在不同工藝加工蘋果汁中含量存在顯著性差異（P＜0.05）。 其中低溫低氧工藝蘋果汁中這些香氣成分含量最高， 總量達到57.85 mg/L， 說明低溫低氧工藝下的蘋果汁香氣特征更加符合蘋果汁該有的香氣， 其中呈現蘋果香氣的2-甲基丁酸乙酯和乙酸己酯含量最高， 含量分別達到24.82 mg/L 和20.37 mg/L， 說明這兩種物質是低溫低氧NFC 蘋果汁中最主要的呈味物質。 傳統工藝NFC蘋果汁中這10 種香氣成分含量相對較低， 含量為38.13 mg/L，分析其原因可能是在加工過程中香氣物質在多次高溫殺菌處理時收到了破壞，而在濃縮還原蘋果濁汁中這10 種香氣成分總含量僅為2.69 mg/L，原因可能在于在滅酶過程中長時間的熱處理對這些香氣物質破壞嚴重。 以上結果可以說明低溫低氧工藝生產出的NFC 蘋果汁香氣特征更好。

2.4 嗅聞測定結果

蘋果汁嗅聞測定結果見表4。

表4 蘋果汁嗅聞測定結果Table 4 The result of GC-O in different apple juice

通過10 名經過培訓的工作人員對3 種蘋果汁進行嗅聞測定，共嗅聞出26 種香氣物質，其主要香氣特征可以歸納為蘋果味、甜香、果香、花香、刺激味5 種，根據這些香氣物質在3 種蘋果汁中香氣強度的高低繪制香氣輪廓圖，結果如圖2 所示。

圖2 蘋果汁香氣特征輪廓圖Fig.2 Aroma profile of different apple juice

由圖2 可知， 低溫低氧工藝生產出來的蘋果汁在蘋果香、甜香、花香、水果香香氣強度上均高于傳統工藝和濃縮還原蘋果濁汁，其原因在于在加工過程中較少的高溫處理使各種香氣成分受到的破壞更少，得以更好的保留，傳統工藝NFC 蘋果汁的刺激味強度高于低溫低氧蘋果汁，其原因可能是因為在加工過程中的長時間的高溫處理使果汁中某些物質發生反應，產生了不良的氣味，而濃縮還原蘋果濁汁因為在加工過程中經過了滅酶處理， 揮發性物質含量損失較為嚴重，導致蘋果濁汁中各種5 種香氣特征的香氣強度都顯著低于NFC 蘋果汁。 綜上所述，低溫低氧蘋果汁可以更好的保留蘋果汁中各種令人愉悅的氣味且產生的不良氣味更少，更容易得到消費者們的喜愛。

3 結論

NFC 蘋果汁相較濃縮還原汁可以更好地保留蘋果中各種功能性成分，并且可以更好的保留蘋果原有的香氣特征。 與傳統工藝制作出的NFC 蘋果汁相比，低溫低氧工藝加工出的蘋果汁由于在加工過程中經歷更少的高溫處理且縮短了加工時間，可以最大程度的保留蘋果中多酚、抗壞血酸等抗氧化、抗腫瘤功能成分，使其具有更高的保健價值。 與傳統工藝NFC 蘋果汁和蘋果濃縮還原汁相比，低溫低氧工藝NFC 蘋果汁可以更好地保留蘋果原有的香氣成分，同時在加工過程中產生的不良氣味也相對較少，更易受到消費者們的喜愛，得到消費者們的認可。