榨前分离苹果清汁中香气成分分析

邓 红, 王小宏, 贺小化, 夏秋敏, 郭玉蓉, 孟永宏,*

(1.陕西师范大学食品工程与营养科学学院,陕西西安 710062;2.天水长城果汁集团有限公司,甘肃天水 741024)

水果蔬菜在其成熟的过程中会形成各种挥发性和半挥发性的香气成分,如酯、醛、醇和挥发性酸类物质等,并以一定的比例构成了果蔬特有的香气.随着国际市场对果蔬品质要求的不断提高以及食品工业对天然风味物质需求的不断增加,果品香气已成为衡量果品品质的重要指标之一[1-3].果汁中挥发性香气成分是果汁的一个重要特征参数,是判断果汁品质的一个考察因素,因此测定其香气成分组成和含量比例关系,对于果汁的品质鉴定及生产加工具有重要的意义.

苹果是我国具有明显优势的农产品,苹果的香气是构成其风味和品质的重要特征之一,其香气成分非常复杂,现今已知的组分超过了350种,其中酯类香气成分是构成苹果特征香气最重要的组分[4-6].

目前,提取香气物质的方法很多,如溶剂萃取法、水蒸气蒸馏法、固相微萃取法等.应用较多的是固相微萃取法,该方法无需有机溶剂,分析样品量少,操作简单、快速,灵敏度高、成本低;通过吸附/脱吸附技术,富集样品中的挥发性和半挥发性成分,能尽可能减少香气物质的损失,并能与气相色谱-氢火焰检测器(GC-FID)、气相色谱-质谱(GC-MS)联用[7-8].因此,固相微萃取已经广泛应用于水、食品、环境以及生物样品分析,特别在香气成分分析中发挥了很大作用[9-11].

GC-MS联用技术是分析化学的里程碑,其具有气相色谱GC的高分辨率和质谱MS的高灵敏度,是生物样品中药物与代谢物定性定量的有效工具,已广泛应用于复杂混合物的检测和分析[12].特别是近年来,随着分析仪器和样品前处理技术的发展,GC-MS联用技术在植物挥发性成分的分析水平得到很大提高.

本研究采用固相萃取技术结合GC-MS联用仪分析测定自行开发的新工艺——榨前分离技术生产的苹果清汁香气成分,同时对比榨前分离果汁与传统工艺果汁在香气成分上的差异,考察基于冷破碎关键设备的榨前分离新工艺对果汁香气成分的影响,旨在评价本实验室开发的新工艺下果汁的品质,为苹果加工技术的改进和新技术的应用提供试验依据.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红富士苹果原料采于陕西省咸阳市长武县果园,置冷库(0±1℃)贮藏待用.

氯化钠、氢氧化钠、酚酞、邻苯二甲酸氢钾、抗坏血酸等分析纯试剂和4-甲基-2-戊醇标品(纯度≥98%)、甲醛(色谱纯)等均购自西安森博化玻仪器供应站.

1.2 仪器与设备

1.2.1 主要仪器

WF-A2000型榨汁机,浙江永康市伟丰电器公司;800B型低速台式离心机,上海市安亭科学仪器厂;SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵,郑州市长城科工贸有限公司;YP601N型电子天平,上海市精密科学仪器有限公司;HH-6型电热恒温水浴锅,金坛市佳美仪器有限公司;7890A/5975C型气相色谱-质谱联用仪,美国 Agilent公司;顶空固相微萃取手动进样手柄,美国Supelco公司;HP-5型气质色谱柱,美国Agilent公司;65 μm PDMS/DVB型固相微萃取头:美国Supelco公司.

1.2.2 实验设备

冷破碎设备,陕西师范大学食品学院与西安鼎合机械公司共同研制,见图1.

图1 冷破碎设备Fig.1 Cold pulping equipment

1.3 实验方法

1.3.1 苹果清汁的制备工艺

工艺流程:原料果冲洗→拣选→破碎打浆(传统工艺与榨前分离工艺)→离心→过滤→超滤→苹果汁香气成分分析→贮藏.

其中:破碎打浆环节中的传统工艺为整果破碎;榨前分离工艺为用冷破碎设备去皮去核后再破碎.制得两组样品,分别是榨前分离工艺苹果清汁和传统工艺苹果清汁.

1.3.2 固相微萃取

参考文献[13]的方法,将65 μm PDMS/DVB固相微萃取的萃取头在气相色谱的进样口进行老化,老化温度为250℃,载气为He气,体积流量为0.8 mL/min,分流比50∶1,老化时间为2 h.

取果汁样品4 mL于10 mL顶空样品瓶中,加入1 mg/mL内标4-甲基-2-戊醇标准溶液0.01 mL,混匀,密封,在40℃水浴中恒温处理10 min,萃取头安装在顶空固相微萃取手动进样手柄中,将萃取头穿透隔垫插入到样品瓶中,推出纤维头,打开磁力搅拌使转子在果汁中迅速转动,于40℃恒温顶空吸附30 min,缩回纤维头,从样品瓶中拔出萃取头直接插入气相色谱仪并推出纤维头,于250℃解析6 min,同时启动仪器采集数据,待分析.

1.3.3 气相色谱质谱分析

气相色谱条件:毛细管柱TRACE TR-5 MS 30 m ×0.25 mm ×0.25 μm;载气为 He,纯度 ≥99.999%,载气流量0.8 mL/min;不分流进样;检测器为FID(氢火焰离子化检测器),温度为300℃;进样口温度为280℃.程序升温:起始温度40℃保持3 min,然后以3℃/min升温至140℃,保持5 min,再以10℃/min的速率升温至270℃,保持1 min.

质谱条件:EI电离源,电离电压为70 eV,离子源温度230℃,全离子扫描(SCAN),扫描范围30～400 u.

定性分析:各组分质谱经计算机质谱库(NIST 2008版本:V.2.0.F)检索及进行资料分析,选取匹配度大于80(最大值100)的鉴定结果,才能确定该香气成分.

定量分析:选择内标法进行定量.以4-甲基-2-戊醇为内标,以苹果中常见的代表性的芳香成分,如反式-2-己烯醛测定其对4-甲基-2-戊醇的相对响应值.果汁样品中鉴定的酸类、醇类和酯类物质的质量浓度以相应的真实物质或结构相近的物质的相对响应值进行计算.

2 结果与分析

2.1 榨前分离工艺苹果清汁和传统工艺苹果清汁的香气成分分析结果

本实验制备的苹果清汁样品通过气相色谱-质谱联用分析后得的总离子流图见图2和图3.可以看出,两种工艺的果汁中的香气成分有很大的相似性,且出峰时间比较接近,这些香气成分中含量较高的有:α-法尼烯、反式-2-己烯醛、乙酸己酯、乙酸乙酯等.在传统工艺果汁中,检测到一种物质5-羟甲基糠醛,其含量较高;但在榨前分离苹果汁中未检测到,这种物质是葡萄糖或果糖在高温下发生美拉德反应、焦糖化反应及抗坏血酸氧化分解反应的共同中间产物,对产品的颜色和风味有一定影响[14].

各类香气成分如表1,苹果汁的香气成分与苹果本身的香气一样,主要为酯类、醛类、醇类、酸类、酮类和其他一些物质,与其他研究者得出的结论相吻合[15].

图2 榨前分离苹果清汁芳香成分总离子流图Fig.2 Total ionic chromatogram of aroma component in apple juice produced by pressing pre-peeled apple

图3 传统工艺苹果清汁芳香成分总离子流图Fig.3 Total ionic chromatogram of aroma component in apple juice produced by traditional technology

榨前分离苹果清汁经气质分离出30多个峰,鉴定了23种香气成分,总量为22.23 μg/mL;传统工艺果汁经气质分离出48个峰,共鉴定了33种香气成分,总量为 52.30 μg/mL.

从香气成分的种类和含量看,传统工艺苹果清汁都高于榨前分离清汁,尤其是含量上多了57.49%,有显著性差异,说明榨前分离工艺对苹果清汁的香气成分影响较大.由于果皮是香气成分最集中和种类最丰富的部位[16],而榨前分离工艺中果皮在榨汁前就被去掉,因此很大一部分香气成分就损失掉了.所以,榨前分离工艺中以果皮为主的副产品具有很大的香气回收价值,将香气的回收并回添至果汁中非常必要.

2.2 两种工艺下苹果清汁的香气成分比较

将榨前分离工艺苹果清汁和传统工艺苹果清汁的香气成分的种类进行对比,结果见图4.

由图4可见,将果汁中的香气成分分为6类,传统工艺果汁中,这几类化合物的含量从高到低为:醛类香气、脂类香气、烯类香气、酮类香气、酸类香气、醇类香气.醛类香气是苹果汁中香气的主要物质,质量浓度为17.357 μg/mL,占香气总量的32.77%,反式-2-己烯醛均在样品中检测出较高的含量,该物质可作为果汁香气的特征成分;脂类香气的总量为16.743 μg/mL,占香气总量的32.01%,其中乙酸己酯的含量较高,该成分是脂类香气的代表;烯类香气的总量为11.195 μg/mL,占香气总量的21.41%,其中α-法尼烯的含量较高,是烯类香气的代表;酮类香气的总量为1.377 μg/mL,占香气总量的2.63%;酸类香气的总量为 2.60 μg/mL,占香气总量的4.97%,其中13-二十碳烯酸的含量较高;醇类香气的总量为2.259 μg/mL,占香气总量的4.32%,其中1-己醇含量较高可以作为醇类香气的代表,其他香气成分占香气总量的1.07%.

表1 榨前分离与传统工艺果汁芳香成分检测结果Tab.1 Results of aroma component in apple juice produced by different technology

续表1

图4 不同工艺果汁中香气成分质量浓度对比Fig.4 Comparison diagram of aroma component in different apple juice concentrate

榨前分离果汁中6类香气的排序从高到低为:烯类香气、脂类香气、醛类香气、醇类香气、酮类香气、酸类香气.各类香气成分的含量都低于传统工艺果汁,烯类香气的含量为8.465 μg/mL,比传统工艺果汁减少了24.39%;脂类香气的含量为6.666 μg/mL,比传统工艺果汁减少了60.19%;醛类香气的含量为 5.526 μg/mL,比传统工艺果汁减少了68.16%;醇类香气的含量为0.561 μg/mL,比传统工艺果汁减少了75.16%;酮类香气的含量为0.441 μg/mL,比传统工艺果汁减少了67.97%;酸类香气的含量为0.077 μg/mL,比传统工艺果汁减少了97.04%.

从以上数据可以看出,榨前分离工艺对果汁香气的影响是显著的,含量较高的三类香气有醛类、脂类和烯类,从这三类香气来看,对醛类香气的影响是最大的,脂类香气次之,烯类香气影响较小;对于果汁中含量较少的酮类、酸类和醇类香气的影响也是显著的,降低百分比均大于75%.

3 结 论

1)榨前分离苹果清汁经气质分离出30多个峰,鉴定了23种香气成分,总量为22.23 μg/mL,传统工艺果汁经气质分离出48个峰,共鉴定了33种香气成分,总量为52.30 μg/mL,榨前分离工艺清汁中的香气含量减少了57.49%.

2)两种工艺下苹果清汁香气成分含量较高的共性成分有:α-法尼烯、反式-2-己烯醛、乙酸己酯、乙酸乙酯、3(2H)-呋喃酮、13-二十碳烯酸、1-己醇等.

3)榨前分离苹果清汁中各类香气成分的含量都低于传统工艺果汁,烯类香气的含量减少了24.39%,脂类香气的含量减少了60.19%,醛类香气的含量减少了68.16%,醇类香气的含量减少了75.16%,酮类香气的含量减少了67.97%,酸类香气的含量减少了97.04%.

榨前分离工艺对果汁香气的影响是显著的,含量较高的三类香气中,对醛类香气的影响是最大的,脂类香气次之,烯类香气影响较小;对果汁中含量较少的酮类、酸类和醇类香气的影响也是显著的.自行开发的榨前分离新工艺其果皮副产品中香气的回收与回添非常必要.

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