鄭宇，劉暢，李林潔，白曉磊，李淑靜，鄭文杰，王敏

1(天津科技大學生物工程學院，工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點實驗室，天津，300457)

2(天津出入境檢驗檢疫局動植物與食品檢測中心，天津，300461)

我國是世界第一大濃縮蘋果汁生產(chǎn)和出口國，2010年以來，出口量基本保持在60萬 t左右［1-2］。蘋果的揮發(fā)性風味物質是構成其風味和品質的重要特征之一，目前已知的組分超過了300種，主要包括醇類、酯類、醛類、烯類等，但只有20～40種主要揮發(fā)性風味物質直接影響蘋果香味特性，是構成濃縮蘋果汁蘋果特征香氣最重要的組分［3-6］，其中正己醇、反-2-己烯醛和乙酸丁酯是公認在蘋果產(chǎn)品風味中占有重要地位的風味物質［7-8］

濃縮蘋果汁加工生產(chǎn)的主要工序為蘋果的揀選、破碎、榨汁、前巴氏殺菌、酶解澄清、超濾、樹脂吸附、蒸發(fā)濃縮、后巴氏殺菌和無菌灌裝［9-10］。加工過程中溫度、壓力等條件以及酶解、超濾等工序均會導致一些揮發(fā)性風味物質濃度發(fā)生變化甚至消失，同時加工過程還會通過化學反應生成新的風味物質，從而影響濃縮果汁風味［11］。Aguilar-Rosas等比較了高溫瞬時熱處理殺菌和高壓脈沖非熱處理殺菌對蘋果汁揮發(fā)性風味物質的影響，發(fā)現(xiàn)2種方式處理后蘋果汁揮發(fā)性風味物質均明顯減少，高壓脈沖處理對產(chǎn)品風味的影響小于高溫瞬時殺菌［12］。阮美娟等利用氣相色譜-質譜分析了菠蘿汁中揮發(fā)性風味物質在濃縮過程中的變化，發(fā)現(xiàn)在真空濃縮過程中原果汁風味物質減少，菠蘿香味變淡［13］。

濃縮蘋果汁作為重要食品原料，其風味對產(chǎn)品品質有重要影響，濃縮蘋果汁加工生產(chǎn)過程中其揮發(fā)性風味物質種類和含量均有較大變化，然而，目前對濃縮蘋果汁生產(chǎn)全過程主要揮發(fā)性風味物質組成及其變化規(guī)律的認識仍不深入。本研究采用頂空固相微萃取與氣相色譜-質譜聯(lián)用技術，從原料果開始對濃縮蘋果汁加工全過程揮發(fā)性風味物質進行分析。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品

山西臨猗某濃縮蘋果汁生產(chǎn)車間取樣。根據(jù)濃縮蘋果汁生產(chǎn)工藝流程，選擇原料果、果漿酶解、壓榨、前巴氏殺菌、果膠酶解、超濾、樹脂吸附、蒸發(fā)濃縮、后巴氏殺菌、成品等10個關鍵點進行取樣。取樣后放入冰盒中立即帶回實驗室保存于4℃冰箱中。

1.1.2 儀器與設備

美國安捷倫公司Agilent 7890A GC-5975 MS氣-質聯(lián)用儀;美國安捷倫公司HP-5毛細管柱(30 m×250 μm ×0.25 μm);Supelco 公司75 μm CAR/PDMS固相微萃取頭。

1.2 實驗方法

1.2.1 濃縮蘋果汁加工過程揮發(fā)性風味物質變化規(guī)律分析

采用頂空固相微萃取與氣相色譜-質譜聯(lián)用技術，分別對濃縮蘋果汁加工過程10個樣品的揮發(fā)性風味物質進行分析，研究其在加工過程中種類、濃度等變化規(guī)律。

1.2.2 分析方法

1.2.2.1 頂空固相微萃取方法

取2 g樣品和4 mL水置于20 mL樣品瓶中，每個樣品分別加入2 g NaCl促進揮發(fā)性風味物質揮發(fā)，加入1 μL 1.6 mg/mL 2-辛醇作為內(nèi)標，40℃加熱平臺上平衡10 min，將萃取頭插入250℃的GC進樣口老化30 min后插入已平衡好的樣品瓶中進行吸附。吸附完成后，插入GC進樣口，進行解吸。原料果樣品制備過程:將原料果切成小塊后在研缽內(nèi)磨成果漿即為原料果樣品。

1.2.2.2 氣相色譜-質譜儀器條件

(1)氣相色譜條件:Agilent HP-5毛細管柱，氦載氣流速1 mL/min，進樣口溫度250℃，不分流。升溫程序為:柱溫起始溫度35℃，維持1 min后以1℃/min速率增加至70℃，維持2 min，再以5℃/min速率升溫至230℃，維持5 min，共75 min。

(2)質譜檢測條件:接口溫度為280℃，電離方式EI加電離源，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，電子能量70 eV，捕獲方式為全掃描(30～600 m/z)。

1.2.2.3 化合物定性和定量方法

對濃縮蘋果汁加工過程中的揮發(fā)性風味物質進行GC-MS分析，各組分質譜在NIST08質譜庫中進行檢索(化合物的匹配度為80 以上)，并參考相關文獻［8，14-15］初步確定化合物種類，在此基礎上通過保留指數(shù)法進一步定性。樣品中加入1 μL 1.6 mg/mL 2-辛醇作為內(nèi)標物進行相對定量。每個化合物相對濃度按照揮發(fā)性風味物質峰面積與內(nèi)標物峰面積比值計算，然后按照壓榨出汁率86%，蒸發(fā)濃縮7倍換算為該化合物在每克果漿揮發(fā)性物質中的相對濃度。以上實驗均做3個平行。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和OrginPro 8.1軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理，采用SIMCA-P 11.5軟件對濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風味物質進行主成分分析(principal component analysis，PCA)。

2 結果與分析

2.1 濃縮蘋果汁加工過程揮發(fā)性物質種類和濃度變化

濃縮蘋果汁加工過程共檢測到79種揮發(fā)性風味物質(如表1所示)，主要為醇類、酯類、醛類、烯類、酮類、芳香類、酚類和烷烴類等，其中酯類的種類數(shù)目最多達到33種，醛類10種，醇類7種。這些化合物在濃縮蘋果汁加工過程中變化規(guī)律如圖1(A)所示。從化合物種類來看，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，終產(chǎn)品濃縮蘋果汁中共檢測出19種化合物。果漿酶解后揮發(fā)性風味物質的數(shù)量最多，隨后逐漸下降。其中果漿酶解后樣品中揮發(fā)性風味物質種類數(shù)目比原料果中增加了約1倍，達到了34種，這是由于果漿酶是一種含有果膠裂解酶、聚半乳糖醛酸酶、糖苷酶組成的復合酶，可將果膠中的半乳糖醛酸分解為小分子的揮發(fā)性化合物釋放出來，而且還能降解一些糖苷鍵，使果汁中鍵合態(tài)的芳香物質前體變?yōu)橛坞x態(tài)的芳香物質，增加了芳香物質種類［16-17］。同時濃縮蘋果汁生產(chǎn)過程中還產(chǎn)生了多種烷烴類物質。加工過程各種化合物的相對濃度則呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，在原料果中最高。經(jīng)過果漿酶解和敞開式壓榨后分別降低了49.69%和20.19%。最終在成品中檢測出的揮發(fā)性風味物質總相對濃度最低。蒸發(fā)濃縮能夠將大量的水分蒸發(fā)達到濃縮的目的，同時許多揮發(fā)性化合物也一起被蒸發(fā)出去，導致?lián)]發(fā)性風味物質總相對濃度降低［18］。

表1 濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風味物質的變化Table 1 Changes of volatile flavour compounds in the concentrated apple juice production process 單位:μg/g

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

圖1 濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風味物質種類和相對濃度變化Fig.1 Change of volatile flavour compounds during the concentrated apple juice production process

按化合物種類和濃度對各類化合物進行了分類分析，表2表明在生產(chǎn)過程中醇類和酯類化合物的種類降低最多，說明這些化合物由于沸點較低，在濃縮蘋果汁加工過程中逐漸降低。表3顯示在生產(chǎn)過程中醇類、酯類、醛類為主要的揮發(fā)性風味物質。在原料果中酯類的種類最多，濃度較高，這與前人得到的酯類揮發(fā)性風味物質是構成蘋果特征香氣最重要的組分這一結論一致［3-6］。

2.2 濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風味物質主成分分析

在對濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風味物質變化分析的基礎上，采用統(tǒng)計學軟件(SIMCA-P 11.5)進行了主成分分析，進一步分析了揮發(fā)性風味物質的變化規(guī)律。

對濃縮蘋果汁加工過程中79種揮發(fā)性風味物質進行主成分分析，結果如圖2(A)所示，其中主成分1、主成分2和主成分3分別代表了79種揮發(fā)性風味物質總體信息的40.08%，25.26%和16.38%，3個主成分總共代表了總體信息的81.72%，能較好地代表樣品的總體信息。主成分分析圖中，距離大小說明樣品在主成分上的差別程度，距離越大差別越明顯［19］。圖2(A)表明蒸發(fā)濃縮、后巴氏殺菌和成品之間樣品的差異較小，原料果、果漿酶解、前巴氏殺菌、超濾和蒸發(fā)濃縮工序之間樣品的差異較大。

表2 濃縮蘋果汁加工過程揮發(fā)性風味物質種類比例變化 單位:%Table 2 Proportion of volatile flavor compounds during the concentrated apple juice production

表3 濃縮蘋果汁加工過程揮發(fā)性風味物質含量比例變化 單位:%Table 3 Contents of volatile flavor compounds during the concentrated apple juice production

對濃縮蘋果汁加工過程中8類揮發(fā)性風味物質進行主成分分析，結果由圖2(B)所示，主成分1、主成分2和主成分3分別代表了8類揮發(fā)性風味物質總體信息的50.90%，27.14%和15.70%，3個主成分總共代表了總體信息的93.74%，能很好地代表樣品的總體信息。蒸發(fā)濃縮、后巴氏殺菌工序和成品之間樣品的差異較小，超濾和樹脂吸附工序樣品間差異較小，其余工序樣品間差異較大。主成分綜合排名結果顯示酯類、醇類和醛類得分最高為正值，表明濃縮蘋果汁加工過程對這三類揮發(fā)性風味物質影響最大，因此本論文重點關注其在濃縮蘋果汁加工過程中的變化。

圖2 濃縮蘋果汁加工過程對揮發(fā)性風味物質的影響Fig.2 Effects of concentrated apple juice production process on volatile flavour compounds

2.3 濃縮蘋果汁加工過程主要揮發(fā)性風味物質種類和濃度的分類變化

成分分析表明濃縮蘋果汁加工過程對酯類、醇類和醛類這3類揮發(fā)性風味物質影響最大，其分類變化如圖3所示。

圖3 濃縮蘋果汁加工過程中主要揮發(fā)性風味物質種類和相對濃度的變化Fig.3 Changes of main volatile flavour compounds during the concentrated apple juice production process

由圖3(A)可知果漿酶解、壓榨和果膠酶解樣品中醇類的種類和相對濃度最高。在蘋果濁汁前巴氏殺菌過程中，醇類在較高的溫度下?lián)]發(fā)，導致種類和濃度分別降低了28.57%和45.47%。超濾后醇類種類和濃度分別下降了50.00%和57.86%，可能是由于這些物質與大分子物質結合，在超濾過程中被截留，也可能是由于這些揮發(fā)性風味物質在超濾循環(huán)中蒸發(fā)所致，前者被認為是超濾后醇類降低的主要原因［20］。在隨后減壓濃縮與后巴氏殺菌工序中高溫條件造成大部分醇類物質揮發(fā)，其中蒸發(fā)濃縮后醇類相對濃度下降了99.94%。最終成品中醇類的相對濃度為0.02%。

從圖3(B)可以看出，在濃縮蘋果汁加工過程中酯類揮發(fā)性風味物質相對濃度呈現(xiàn)先下降，后升高，最后又下降的趨勢。濃縮蘋果汁加工過程中果漿酶解后酯類種類增加了106.67%，但濃度卻下降了53.88%，這可能是敞開式壓榨過程中酯類揮發(fā)造成的。果膠酶解后酯類成分相對濃度增加了42.29%，這是因為該工序將果汁中的大分子物質酶解為小分子化合物，并且還可以降解一些糖苷鍵，使果汁中鍵合態(tài)的風味物質前體變?yōu)橛坞x態(tài)的揮發(fā)性風味物質，從而增加了揮發(fā)性風味物質的總量［17］。前巴氏殺菌的高溫使得酯類揮發(fā)減少。超濾后酯類化合物種類和相對濃度分別下降了34.48%和41.76%。蒸發(fā)濃縮后酯類相對濃度下降了85.83%。成品中酯類成分種類和相對濃度比后巴氏殺菌后分別降低了64.29%和82.35%。

從圖3(C)可以看出，濃縮蘋果汁加工過程中醛類成分種類未有較大改變，而相對濃度卻變化較大。在經(jīng)過果漿酶解和果膠酶解過程后分別下降了97.16%和97.07%。前巴氏殺菌的高溫可能使得醇在高溫環(huán)境下氧化產(chǎn)生醛類［21］，使其相對濃度增加了97.94%。蒸發(fā)濃縮使醛類成分揮發(fā)，相對濃度降低了94.34%。

綜上所述，果漿酶解和果膠酶解工序釋放出較多的風味物質;前巴氏殺菌工序使得醇類、酯類化合物含量下降，醛類升高;蒸發(fā)濃縮工序由于溫度升高，風味物質損失較多。此外，超濾工序后風味物質種類和含量也有明顯降低。

3 結論

采用頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜技術對濃縮蘋果汁加工全過程中揮發(fā)性風味物質變化規(guī)律進行了分析。濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風味物質種類減少了21種，相對濃度降低了99.77%;主成分分析表明，濃縮蘋果汁加工過程對醇類、酯類和醛類揮發(fā)性風味物質影響最大，其濃度分別降低了99.96%，99.93%和99.58%;對濃縮蘋果汁加工過程中揮發(fā)性風味物質有較大影響的關鍵工序為酶解、巴氏殺菌、超濾和蒸發(fā)濃縮。

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