甜橙果肉粉对橙油风味物质的吸附性能研究

曾 鸣，曾 辉，吴明辉，陈玥璋，荣 光，崔翠翠，王 冬，宋 昊

（1.北京一轻研究院有限公司, 北京 101111；2.北京一轻食品集团有限公司, 北京 102600）

柑橘是全世界年产量最高的水果，其中用来加工榨汁的主要品种是甜橙。甜橙富含果肉，其中部分果肉在加工过程中可根据需要被分离出，后续回填橙汁或另作他用[1-7]。甜橙果肉主要由纤维素、半纤维素、木质素、果胶、蛋白质等营养成分构成，也含有少量的类胡萝卜素、多酚类化合物[8-10]。目前，针对甜橙果肉的研究主要有成分分析[11-13]、发酵利用[14-15]等。甜橙果肉一般被认为具有赋予橙汁风味的作用[16]，有研究表明将5%甜橙果肉加入含10.5%蔗糖、0.25%柠檬酸的糖酸溶液中可赋予其一定的新鲜果味[17]。还有研究表明柑橘果肉的持水力优于果皮[18]。然而，甜橙果肉与风味物质相互作用的相关报道还很少，其构效关系和相关机制值得深入研究，对深度利用甜橙果肉的风味保持能力大有裨益。甜橙油作为与甜橙果肉来源相同的天然风味物质，含有大量柑橘特征香气化合物，适合作为吸附质用于研究甜橙果肉的吸附能力。本研究测定了甜橙果肉粉的基本组成，表征了甜橙果肉粉的微观结构和表面性质，并通过甜橙果肉粉吸附密闭空间中橙油挥发性成分的实验，揭示了甜橙果肉粉吸附甜橙油风味物质的一些特点，旨在为甜橙果肉的进一步开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甜橙原汁（基本生产工艺：清洗、榨汁、粗滤、灭菌） 南充佳美食品工业有限公司；橙油 江西省野芳香料贸易有限公司；C7～C30饱和正构烷烃标准品色谱纯，美国Supelco公司。

HF-2000R高速冷冻离心机 上海利鑫坚离心机有限公司；LGJ-10D冷冻干燥机 北京四环科学仪器厂有限公司；ME204万分之一电子天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；BSD-PS2比表面积及孔径分析仪 贝士德仪器科技（北京）有限公司；SU8020场发射扫描电子显微镜 日本Hitachi公司；7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪、DBWAX毛细管色谱柱（30 m×250 μm, 0.25 μm） 美国Agilent公司；萃取头（50/30 μm二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷） 美国Supelco公司；DWHL398超低温冷冻储存箱 中科美菱低温科技有限责任公司。

1.2 实验方法

1.2.1 甜橙果肉粉制备 将甜橙原汁置于高速冷冻离心机中，在4 ℃条件下以8000 r/min离心30 min，收集甜橙果肉，置于烧杯中并添加水，搅拌使甜橙果肉充分分散于水中（尽可能除去残留在果肉表面的可溶性糖），再次在4 ℃条件下以8000 r/min离心30 min，收集甜橙果肉置于超低温冷冻储存箱在-80 ℃条件下预冻6 h，冻实甜橙果肉放入冷冻干燥机中在-60 ℃条件下冻干，研磨成粉过100目筛，置于干燥器中保存。

1.2.2 基本理化指标测定 总膳食纤维含量按照GB 5009.88—2014方法测定。蛋白质含量按照GB 5009.5—2016中第一法凯氏定氮法测定。脂肪含量按照GB 5009.6—2016中第二法酸水解法测定。淀粉含量按照GB 5009.9—2016中第一法测定。总灰分按照GB 5009.4—2016中第一法测定。

1.2.3 扫描电镜观察 采用SU8020高分辨场发射扫描电子显微镜观察冻干甜橙果肉粉的微观结构。加速电压：3.0 kV，放大倍数：1000、20000、50000倍。

1.2.4 氮气吸附-脱附等温线测定 称取2 g冻干甜橙果肉粉于比表面积及孔径分析仪的样品管中，经真空脱气后，进行氮气吸附-脱附测试，恒温浴温度-195.85 ℃。

1.2.5 风味物质吸附及GC-MS测定 吸附实验前，先将冻干甜橙果肉粉在60 ℃条件下真空脱气2 h。参照姚晶晶等[19]的方法构建甜橙果肉粉吸附风味物质实验体系。称取0.2 g甜橙果肉粉均匀分散于直径6 cm的表面皿上，然后将表面皿置于容积1 L的密封储藏罐中，同时在密封罐底避开表面皿加入0.1 g橙油作为吸附质，密封后置于20 ℃条件下吸附6 h。同时设置不加入橙油的空白吸附组。吸附结束后将冻干甜橙果肉粉转入15 mL萃取瓶中，同时设置不加甜橙果肉粉、直接加入橙油的对照组。加入5 mL水和1 g氯化钠，50 ℃条件下平衡15 min，插入萃取头继续萃取40 min，萃取结束后将萃取头插入GC-MS进样口在240 ℃条件下解吸5 min，载气（氦气）流速1.0 mL/min，不分流进样。

气相色谱升温条件：初始温度40 ℃保持3 min,以3 ℃/min的速度升至80 ℃，保持4 min，再以8 ℃/min的速度升温至200 ℃，保持4 min，再以15 ℃/min的速度升至240 ℃，保持8 min。

质谱分析条件：EI源，电子能量70 eV，传输线温度240 ℃，离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，质量扫描范围20～500 m/z。

1.3 数据处理

质谱鉴定出的化合物用NIST 11质谱库检索，并通过C7～C30饱和正构烷烃在相同色谱条件下的保留时间来计算保留指数，对照相关文献报道，综合定性。采用峰面积归一化法计算各化合物的相对含量。每个样品平行测定三次。采用Excel 2019处理其他实验数据，采用Origin 9.0绘图。

2 结果与分析

2.1 甜橙果肉粉的基本理化指标

为了保证甜橙果肉的成分和结构不发生变化，首先利用多次离心除去附着在甜橙果肉表面的可溶性糖，并采用冷冻干燥方法获取了冻干甜橙果肉粉，测定了相关指标。由表1可知，甜橙果肉粉中含量最高的是膳食纤维，含量占一半以上。膳食纤维一般形状不规则、不平整，具有很多凹槽、狭缝结构[20-22]，是影响甜橙果肉粉吸附能力的主要因素。此外，甜橙果肉粉还含有一定量的蛋白质、脂肪、淀粉，它们与膳食纤维共同构成了果肉复合物，这种组成可能对甜橙果肉粉形成空间网络结构有一定的帮助[23]。

表1 甜橙果肉粉的主要成分Table 1 Main components of sweet orange pulp powder

2.2 甜橙果肉粉的微观结构

图1 a～c为甜橙果肉粉的扫描电子显微镜观测结果。由图1a可知，当放大倍数为1000倍时，可以看出甜橙果肉粉颗粒大小不一，形状不规则，从颗粒的边缘观察可以发现单个颗粒以片状堆叠结构为主。这种特殊结构可能来源于果肉粉的复合组成：由膳食纤维、蛋白质、脂肪、淀粉交联而成。进一步放大颗粒表面至20000倍和50000倍，可以清楚的看见果肉粉颗粒的复合结构，如图1b～c所示，其中杆状成分可能是膳食纤维，无规则颗粒和交联成分可能是蛋白质、脂肪和淀粉，它们一起形成了丰富的褶皱和缝隙，增大了果肉粉颗粒的比表面积，为其吸附风味物质提供了结构基础[22]。

图1 甜橙果肉粉的扫描电镜图Fig.1 Scanning electron microscope images of sweet orange pulp powder

2.3 甜橙果肉粉的吸附特性

扫描电子显微镜主要观察的是甜橙果肉粉的浅表结构，其整体吸附特性可通过分析其氮气吸附-脱附等温线来判断。图2为甜橙果肉粉的氮气吸附-脱附等温线，其特征接近于国际纯粹与应用化学联合会提出分类的IV型等温线[24]，在低P/P0区域为单分子层快速吸附，单分子层吸附饱和后开始发生多分子层吸附，P/P0从0.05至0.60，吸附量都在缓慢增长，当P/P0接近0.80时，吸附量开始显著增加但没有吸附饱和平台[25-26]，且脱附等温线与吸附等温线不重合，出现了明显的脱附迟滞回线，说明甜橙果肉粉中有一定量的介孔和大孔存在，在其中发生了毛细凝聚现象，但孔结构不规整，主要可能是狭缝、楔形结构[25-26]。

图2 甜橙果肉粉的氮气吸附-脱附等温线Fig.2 N2 adsorption-desorption isotherms of sweet orange pulp powder

以P/P0从0.07至0.30的吸附量数据V为基础，按照BET方法[24]，将P/V（P0-P）对P/P0作图，进行线性回归，如图3所示。结果表明，线性回归的相关系数为0.99996， 回归线斜率为1.376，截距为0.082，由此可计算出甜橙果肉粉的比表面积为2.98 m2/g，高于柑橘皮及一些常见膳食纤维的比表面积[22]。这是因为甜橙果肉粉中膳食纤维与蛋白质、脂肪、淀粉等交联构成复合物，它们形成了丰富的褶皱和缝隙结构，从而增大果肉粉的比表面积，赋予其一定的吸附性能。

图3 BET多点法拟合直线Fig.3 Fitting straight line with multipoint BET method

2.4 甜橙果肉粉对橙油风味物质的吸附

经GC-MS测定，通过谱库检索及保留时间对比综合定性，分别从甜橙果肉粉吸附橙油挥发性成分前、甜橙果肉粉吸附橙油挥发性成分后、橙油中鉴定出21、47、35个化合物，主要是萜类、醛类等，具体见表2，它们的总离子流色谱图如图4所示。甜橙果肉粉从橙油的挥发性气体中吸附了大量的风味化合物，吸附后检出的47个化合物总峰面积约是吸附前检出的21个化合物总峰面积的28倍。

图4 三种样品挥发性成分的总离子流色谱图Fig.4 Total ion chromatograms of volatile components in three samples

表2 甜橙果肉粉吸附橙油前后的风味物质及含量Table 2 Flavor components and contents in sweet orange pulp powder before and after adsorption of orange oil

续表 2

由表2可知，甜橙果肉粉吸附橙油挥发性成分前，持有的风味物质主要是柠檬烯和醛类。柠檬烯是相对含量最高的单个组分，占17.896%±1.306%。醛类合计占73.578%±7.777%，数量有13种，包括戊醛、己醛、辛醛、壬醛、癸醛等饱和脂肪醛，（E）-2-庚烯醛、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-壬烯醛、（E）-2-癸烯醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛等不饱和脂肪醛，以及糠醛等杂醛。辛醛、壬醛、癸醛普遍存在于柑橘中，有强烈的柑橘、水果香气[27]。（E）-2-庚烯醛等不饱和醛同时具有柑橘和脂肪香气[28]。糠醛是柑橘加工储藏过程中产生的异味物质[29]。这些醛类化合物经水洗、冷冻干燥后仍可检出，说明它们与果肉的相互作用较紧密，可能是这些直链脂肪醛同时具有极性与非极性基团，能与果肉中的膳食纤维和蛋白质通过亲水、疏水相互作用相结合，其具体机制有待进一步研究。此外，芳樟醇、3,5-辛二烯-2-酮、壬醇、香叶基丙酮、β-紫罗兰酮、百里香酚、二氢猕猴桃内酯等成分也有少量检出。

作为吸附质，橙油中含有的风味物质主要是萜类及其含氧萜类衍生物，数量有24种，合计占98.432%±3.903%，其中相对含量最高的也是柠檬烯，高达79.692%±1.559%，因为橙油等柑橘类精油含量最高的组分一般就是柠檬烯[30-31]。在橙油中含量较高的萜烯类化合物还有β-月桂烯、γ-萜品烯、α-蒎烯、桧烯、β-蒎烯、（E）-β-罗勒烯、α-可巴烯、α-侧柏烯、（Z）-β-罗勒烯等。其中γ-萜品烯、β-月桂烯、β-水芹烯等伴有一定的柑橘、水果香气[31-32]，α-蒎烯、桧烯、β-蒎烯等具有明显的脂香、松香气息[31,33]。此外，橙油中还有一些萜醇、萜醛等含氧萜类衍生物，包括芳樟醇、α-萜品醇、香茅醇、橙花醇、（E）-香芹醇、香叶醇、（Z）-香芹醇、香茅醛、β-柠檬醛、α-柠檬醛等，其中β-柠檬醛、α-柠檬醛等有柠檬香气，芳樟醇、香茅醇、橙花醇、香叶醇有花香气息[31,34]，α-萜品醇、（E）-香芹醇、（Z）-香芹醇为柠檬烯转化成分[35-36]，对橙油风味有一定负面作用。橙油中还检出了甜橙果肉粉中含有的部分醛类、萜类物质，包括辛醛、壬醛、癸醛、苯甲醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛、芳樟醇。此外，庚醇、乙酸辛酯、辛醇、百里香酚甲醚、壬醇、百里香酚等其它成分也有少量检出。

甜橙果肉粉吸附橙油挥发性成分后，持有的风味物质构成与橙油基本一致，两组数据的相关系数高达0.9986，在0.01水平上显著相关，说明甜橙果肉粉能很好地吸附橙油中的风味物质。其中相对含量最高的也是萜类物质，合计占96.649%±1.763%。醛类相对含量则由1.162%±0.111%上升至2.802%±0.339%，这是因为甜橙果肉粉原本也含有一定量的醛类。甜橙果肉粉吸附了较高比例的柑橘典型香气组分，其中有仅在橙油中检出的成分例如γ-萜品烯、β-月桂烯、β-水芹烯、β-柠檬醛、α-柠檬醛等，也有果肉粉和橙油共同含有的成分例如辛醛、壬醛、癸醛、芳樟醇等。此外，香茅醛、香茅醇、橙花醇、香叶醇等呈花香化合物也被一定程度的吸附。上述萜醇、萜醛等含氧萜类衍生物也同时具有极性与非极性基团，因此可以与甜橙果肉粉吸附较紧密。而在橙油中相对含量较多的α-蒎烯、桧烯、3-蒈烯、β-蒎烯等呈松香的双环单萜类组分，在吸附后的甜橙果肉粉中占比反而明显降低，说明这部分萜类与甜橙果肉粉的相互作用相对较弱。

3 结论

本研究对甜橙果肉粉的理化指标、微观结构、吸附性能等进行了测定、观察和分析，发现其组成丰富，除了含有膳食纤维（51.87%±3.12%）外，还含有一定量的蛋白质（20.47%±0.58%）、脂肪（11.33%±1.60%）、淀粉（4.06%±0.59%）。这些不同成分的交联使甜橙果肉粉在微米级别上具备了丰富的褶皱、狭缝结构，氮气吸附-脱附等温线分析结果表明其比表面积高达2.98 m2/g，比一般果蔬膳食纤维的比表面积要大，这些要素形成了其发挥风味吸附作用的结构基础。吸附实验表明，除对橙油主要成分柠檬烯有明显的吸附作用外，甜橙果肉粉对橙油中直链脂肪醛及含氧萜类衍生物等典型呈香组分也有一定的吸附作用。因此，开发一些柑橘风味的烘焙产品或冷食产品时，可以考虑添加一些甜橙果肉粉并使其预先吸附天然柑橘精油或柑橘香精，再将其用于下一步生产工艺，从而增强最终产品的风味。