超高压处理对橙囊胞香气成分的影响

施卢晋， 孙金才， 陈 珊， 娄永江

（1.宁波大学 海洋学院，浙江 宁波 315200；2.浙江海通食品集团有限公司，浙江 宁波315200）

橙子由于其可口的味道而备受消费者喜爱，虽然它的保鲜期短，但是它富含各种营养成分，同时口感新鲜，使其成为世界上消费最多的水果之一。橙子在加工过程中颜色会变深，营养成分也会有一定的损失，而非热力加工技术在保持产品新鲜度的同时又可以保持营养成分，因此它对开发新鲜、自然、安全的果汁具有重要意义。就目前的非热力杀菌技术而言，超高压技术是最为成熟的，它可以在较低温度下杀死微生物[1-2]、延长货架期、抑制酶活性或直接灭酶[3-4]、改变生物大分子的结构[5]、保持果汁原有色泽[6]，又能有效保持果汁的新鲜度和原有的营养成分[7]，对营养成分中的还原型维生素C保留率达94.92%[8]，因此能够在较大限度上满足广大需求人群对果汁自然、安全、新鲜的要求。作者以南非进口脐橙为实验对象，研究超高压处理对橙囊胞饮料中香气成分的影响，以期为开发高品质饮料提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

南非进口脐橙；DJ14B-D06D榨汁机：九阳股份有限公司；HPP.M1-600/5超高压设备：天津华泰森淼生物工程技术有限公司；DZQ400-10真空包装机：南京星火包装机械有限公司；安捷伦6890-5975型气相色谱-质谱联用仪器：美国安捷伦公司制造。

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备 将脐橙清洗、沥干水分后，一部分经剥皮、榨汁、过滤制得纯橙汁，另一部分经漂烫和酸碱处理后得到橙囊胞。将制得的橙囊胞和纯橙汁以6.8∶3.2的比例混合均匀并分组，真空包装冷藏备用，并于当天进行超高压处理。

1.2.2 样品处理与分析 在室温条件下，取适量预先制得的样品在100、300、500 MPa等三种压力下分别处理5、10、15 min，共计9组实验，分析每组实验样品中香气成分的变化，并作对照。每组实验重复测量3次，取其平均值。

1.3 分析测定

1.3.1 香气成分检测 采用气相色谱－质谱联用分析法测定香气成分。

色谱条件：HP-5弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 um）；载气为高纯氦气，分流进样，分流比10∶1，流量 1.0 mL/min；进样口温度 250 ℃；升温程序：60℃保留2 min，3℃/min速率升温至150℃，保留2 min，8℃/min的速率升温至230℃，保留5 min。

质谱条件：离子源 EI（70 eV），发热电流 0.25 mA，电子倍增器电压（EM）1 000 V，质量扫描范围50～500 AMU。接口温度280℃，离子温度230℃。

定量分析：采集的质谱图用计算机谱库（nist02）进行检索，再结合样品保留时间、质谱和文献进一步定量分析。

1.3.2 分析软件 试验数据采用Excel 2003和SAS-9.1软件分析。

2 结果与分析

2.1 橙囊胞的主要香气成分

橙囊胞的主要香气成分数见表1。

表1 橙囊胞的主要香气成分质量分数Table 1 Percentage of the key aroma compounds in the orange cyst

对照样品中共检测出72种物质，其中醇类8种，烯类19种，醛酮类13种，酯类10种，烷烃类20种，羧酸类2种。主要香气成分有柠檬烯、凡伦橘烯、人参烯、丁酸乙酯、葵醛、香芹酮、芳樟醇和松油醇，占所有检测成分的90.11%。蒋和体[9]在研究超高压处理对忠县柑橘基地品种园的脐橙橙汁品质影响的研究中发现，对橙汁香气成分起主要作用的是芳樟醇、柠檬烯、β-水芹烯、松油烯-4-醇、乙酸乙酯和3-羟基己烯。

2.2 超高压处理对烯类物质的影响

柠檬烯是橙囊胞中最主要的香气成分，由图1可知，对照样品中柠檬烯占总质量分数的62.68%，100 MPa、5 min处理后的样品中的柠檬烯减少了2.9%，300 MPa、5 min 处理后的样品和 300 MPa、10 min处理后的样品分别增加了2.2%和0.6%，其他高压处理后的样品中柠檬烯均大幅度减少50%以上。研究表明，柠檬烯虽然具有一定的抗氧化活性[10]，在储藏过程中会和空气中的氧气发生氧化反应[11]，尽管反应速度很慢，也会导致柠檬烯的损失。而在高压条件下，氧气浓度虽不变，但空间受压致使局部空间的氧气浓度增加，从而加快了柠檬烯的氧化，柠檬烯作为橙囊胞最主要的香气成分，它的损失对橙囊胞香气品质有很大影响。同时在酸的作用下，柠檬烯容易发生水合反应生成α-松油醇[12]，而在高压环境下，橙囊胞中柠檬烯的氧化和水合反应速度都会加快，造成柠檬烯的大量损失。凡伦橘烯和人参烯作为重要的烯类香气成分，他们的总体变化趋势有升有降，虽然变化显著，但是没有一定的规律，具体有待进一步研究。烯类物质是橙囊胞中最主要的香气成分，它的损失对其香味和口味都会产生重要影响，其中又尤其以柠檬烯最为显著。

图1 超高压处理对柠檬烯、凡伦橘烯和人参烯质量分数的影响Fig.1 Effect of high hydrostatic pressure on contents of limonene，fanlun orange vinyl and ginseng squalene

2.3 超高压处理对酯类物质的影响

酯类物质大多散发愉快的花香果气，橙囊胞香气成分中的主要酯类成分是丁酸乙酯。由图2可知，丁酸乙酯在300 MPa、10 min处理后的样品中增加9.61%，100 MPa高压处理5 min和300 MPa高压处理5 min的样品均减少25%，其他样品中均未检测到丁酸乙酯。超高压处理也使得样品中的酯类物质种数减少，随着时间压力的不同而不同程度减少。在300 MPa为最优值。而在同一压力下，随着时间的增加，酯类种类会减少。可知在300 MPa、5 min时，酯类物质的保留效果最佳。高压条件会给酯类成分的质量分数带来影响。现有的研究结果表明，高压对果汁中合成酯的酶有一定影响，表现钝化或者是激活作用[13-14]，同时酯类物质在有水分和加压条件下易发生水解反应而减少。

图2 超高压处理对丁酸乙酯质量分数的影响Fig.2 Effect of high hydrostatic pressure on content of ethyl butyrate

2.4 超高压处理对醛酮类物质的影响

构成橙囊胞香气成分的醛类物质主要包括葵醛和香芹酮，葵醛具有洋甘菊油香气，香芹酮呈香芹、莳萝籽和黑面包香味。高压处理使醛酮类质量分数增加，在300 MPa高压处理5 min的样品中检测到醛酮种类最多，达到10种。由图3可知，同对照样品相比，高压处理后的样品中葵醛质量分数均增加，其中500 MPa处理15 min后，样品中葵醛质量分数增加到原来的1.25倍。香芹酮是橙汁陈化的指标，经过高压处理，香芹酮被检测到，在100 MPa下处理10 min的样品中质量分数最高，达到0.2%。因此，高压处理在加速柠檬烯氧化的同时也会造成香芹酮质量分数的上升，这些都会给橙囊胞的香气带来不良的影响。

图3 超高压处理对葵醛和香芹酮质量分数的影响Fig.3 Effect of high hydrostatic pressure on contents of sunflower aldehyde and carvone

2.5 超高压处理对醇类物质的影响

构成橙囊胞香气成分的醇类物质主要包括芳樟醇和松油醇，芳樟醇具有铃兰香气，松油醇具有强烈的柚子香气，经高压处理后这2种物质的成分均增加。由图4可知，在500 MPa高压下处理15 min后的样品中，芳樟醇和松油醇质量分数都达到最大值，分别为对照样品质量分数的3.64倍和10.2倍。松油醇是衡量橙囊质变的重要指标，大幅度的增加不利于橙囊胞的香气风味。研究表明，一些有机反应虽然在常压条件下进行缓慢或者不能进行，但在高压下可以顺利进行这些反应。所以高压更有利于柠檬烯发生水合反应生成α-松油醇，使其质量分数增加，从而不利于橙囊胞的香气风味。同时超高压处理会激活一些糖苷酶活性，使结合醇类物质分解，而压力增加导会致温度升高，酶活性增强，随着时间的延长反应速率会加快，因而500 MPa高压处理15 min后的样品中醇类物质增加的最多。

图4 超高压处理对芳樟醇和松油醇质量分数的影响Fig.4 Effect of high hydrostatic pressure on contents of linalool and terpineol

超高压处理过程中，压力每提高100 MPa，超高压室内温度会提高2～3℃，600 MPa高压处理时，温度会提高12～18℃，温度的升高会造成化合物的分解和氧化[15]，导致酯、烯类物质在种类和数量上有所下降，同时会造成醛酮类物质种类和数量上有所上升。

此外，为了更准确的确定最佳的处理压力和处理时间，作者还对样品中的囊胞破碎率、VC、还原糖、色泽等指标进行了测定。在用1%甲基蓝测定样品中囊胞破碎率时发现，压力越大，处理时间越长，囊胞破碎率越高，500 MPa高压处理15 min的样品破碎率达到11.7%；在用2，6-二氯靛酚法测定样品中VC时发现，随着压力增大，处理时间的延长，样品中VC质量分数虽有小幅度减少，但VC保留率保持在92%～95%的较高水平；在用直接滴定法测定样品中还原糖质量分数时发现，处理压力和处理时间对还原糖质量分数的影响不显著 （P>0.05）；在用TCP2测色色差计测定样品色泽变化时发现，100 MPa和300 MPa对样品色泽影响不显著（P>0.05），但是当压力达到500 MPa时，色泽变暗，说明压力不宜选择500 MPa。

3 结语

橙囊胞的主要香气成分为柠檬烯、凡伦橘烯、人参烯、丁酸乙酯、葵醛、香芹酮、芳樟醇和松油醇，其中柠檬烯占62.68%，是最主要的香气成分。超高压处理后，香气成分发生变化，醇类质量分数变化相对较少，烯类、酯类物质质量分数有所下降，相反醛酮类则增加，这些都与高压造成的温度上升有关。柠檬烯是主要香气成分之一，在未经高压处理的样品中达到62.68%，高压处理后，在300 MPa、5 min，300 MPa、10 min两个样品中分别增加2.2%和0.6%，在100 MPa、5 min处理的样品中减少2.9%，其他样品中均减少50%以上。500 MPa超高压处理时样品中产生了较多的烷烃类物质，而烷烃类物质是由于烯类发生化学反应产生的不利风味物质，说明压力不宜选择500 MPa。处理时间越长，烯类、酮类、酯类物质均减少，烷烃类物质增加，因此处理5 min较有利于橙囊胞香气成分的保留。此外，在测定样品中囊胞破碎率时发现，压力越大，处理时间越长，囊胞破碎率越高，500 MPa高压处理15 min的样品破碎率达到11.7%；在测定样品中VC质量分数时发现，随着压力增大，处理时间的延长，样品中VC质量分数虽有小幅度减少，但VC保留率保持在92%～95%的较高水平；在测定样品中还原糖质量分数时发现，处理压力和处理时间对还原糖质量分数的影响不明显（P>0.05）；在用TCP2测色色差计测定样品色泽变化时发现，100 MPa和300 MPa对样品色泽影响不显著（P>0.05），但是当压力达到500 MPa时，样品色泽变暗。综上所述，在实际生产中，最佳的处理压力是300 MPa，最佳处理时间为5 min。

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