周佳,賈蒙,張晨,馬亞琴

(西南大學(xué)柑桔研究所,國家柑桔工程技術(shù)研究中心,重慶,400712)

全球飲食正朝著天然、健康趨勢發(fā)展,消費(fèi)者比以往更關(guān)注食品的營養(yǎng)價(jià)值和功能特性。在果蔬加工領(lǐng)域,果汁產(chǎn)品歷經(jīng)了從澄清型果汁向鮮榨混濁型果汁、果醬和果泥的轉(zhuǎn)變勢態(tài),天然混濁汁如蘋果汁、柑橘汁、菠蘿汁、南瓜汁等因具有最少加工、營養(yǎng)豐富、口味純正的優(yōu)勢,備受消費(fèi)者青睞。然而在傳統(tǒng)加工背景下,天然混濁汁存在熱殺菌不適應(yīng)性和貯藏不穩(wěn)定性兩大缺陷,造成果汁熱殺菌后風(fēng)味劣變,貯藏期間極易分層沉淀,嚴(yán)重影響了果汁風(fēng)味品質(zhì)和口感屬性。此外,傳統(tǒng)果汁增香主要是通過添加匹配的香精和使用香味增效劑。近年來,隨著食品清潔標(biāo)簽概念的出現(xiàn),最少加工、無添加的增香工藝(如酶解增香、新型非熱加工技術(shù))應(yīng)運(yùn)而生。雖然這些增香技術(shù)能最大限度地保留果汁原有風(fēng)味,但由于對(duì)果汁內(nèi)部云狀顆粒-風(fēng)味的作用機(jī)制的研究還不夠透徹,其對(duì)于風(fēng)味提升的效果始終是有限的。因此,通過研究顆粒-風(fēng)味的作用機(jī)制進(jìn)一步明確果汁天然組分間物理、化學(xué)交互作用有助于改善和提升混濁果汁風(fēng)味品質(zhì)。

風(fēng)味作為評(píng)價(jià)果汁品質(zhì)的重要指標(biāo),通常被認(rèn)為是香氣(揮發(fā)性成分)、滋味(有機(jī)酸和糖)和口感(果肉、固酸比)的結(jié)合[1]。果汁的風(fēng)味在很大程度上取決于其香氣物質(zhì),香氣物質(zhì)是果實(shí)成熟過程中的次級(jí)代謝產(chǎn)物,其中大部分來自于脂肪酸和氨基酸及其前體物。目前已從果汁中檢測出近百種揮發(fā)性成分,包括醇類、醛類、酯類、酚類和烯類等物質(zhì)[2]。近年來,果汁中風(fēng)味化學(xué)的研究主要關(guān)注揮發(fā)性化合物的定性與定量,但揮發(fā)性化合物和非揮發(fā)性基質(zhì)間的相互作用在一定程度上影響揮發(fā)性化合物的釋放,最終影響果汁整體風(fēng)味品質(zhì)。而云狀顆粒作為非揮發(fā)性基質(zhì)的載體,其特性決定著果汁的整體品質(zhì)。對(duì)于云狀顆粒的研究起源于1965年SCOTT等[3]對(duì)橙汁中果肉懸浮物的鑒定,其發(fā)現(xiàn)橙汁中的云狀顆粒主要含有果膠、蛋白質(zhì)和脂質(zhì),并分析了各組分的理化性質(zhì)。1967年,YAMASAKI等[4]證實(shí)了其他水果中云狀顆粒的存在。此后水果及其加工產(chǎn)品中云狀顆粒的研究日益增多,特別是對(duì)柑橘濁汁、蘋果濁汁中云狀顆粒對(duì)果汁穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。20世紀(jì)70年代不少研究涉及了酶促反應(yīng)誘發(fā)果膠解酯化導(dǎo)致的的云損失問題,但直到二十世紀(jì)末云狀顆粒導(dǎo)致懸浮液穩(wěn)定性的內(nèi)在機(jī)制才被真正重視[5]。隨著對(duì)混濁汁穩(wěn)定性與云狀顆粒的作用機(jī)制持續(xù)深入的研究,風(fēng)味屬性與云狀顆粒結(jié)構(gòu)和組成之間的相關(guān)性,以及防止果汁加工貯存過程中風(fēng)味損失也逐漸成為研究熱點(diǎn)。而風(fēng)味釋放是一種復(fù)雜的現(xiàn)象,可以發(fā)生以下幾種機(jī)制:傳質(zhì)、基質(zhì)結(jié)構(gòu)阻礙、風(fēng)味-基質(zhì)相互作用等[6]。由于混濁汁基質(zhì)與揮發(fā)性化合物之間的相互作用會(huì)影響風(fēng)味化合物在食品中的遷移,不同配方的橙汁中揮發(fā)性化合物的釋放和保留存在差異。另外,近年來非熱加工技術(shù)在果汁加工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,使得非熱技術(shù)對(duì)混濁汁穩(wěn)定性、營養(yǎng)和風(fēng)味的影響,以及云狀顆粒和揮發(fā)性物質(zhì)間互作機(jī)制亦成為當(dāng)前的主流研究趨勢,但鮮有相關(guān)研究的綜述報(bào)道。因此,為了提高混濁汁的營養(yǎng)特性、風(fēng)味及其商業(yè)屬性,需要對(duì)加工環(huán)節(jié)、不同加工技術(shù)等條件下云狀顆粒與揮發(fā)性物質(zhì)之間的相關(guān)性進(jìn)行全面的歸納和展望。

本文介紹了云狀顆粒的組成結(jié)構(gòu),通過對(duì)不同加工工藝對(duì)云狀顆粒以及風(fēng)味的影響進(jìn)行綜述,闡釋了云狀顆粒與風(fēng)味的作用機(jī)制,旨在為提升和挖掘混濁汁品質(zhì)、風(fēng)味以及新型加工技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和理論參考。

1 云狀顆粒的組成與結(jié)構(gòu)

云狀顆粒作為果汁中重要的非揮發(fā)性基質(zhì),其構(gòu)成具有相似性,均由果膠、蛋白質(zhì)、多酚、脂質(zhì)、半纖維素、纖維素及其他次要成分的復(fù)雜混合物組成[7]。其中,果膠是一類由半乳糖醛酸所決定的多糖分子[8]。果膠的結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜,其分子主鏈由α-D-半乳糖醛酸基通過α-糖苷鍵連接而成,側(cè)鏈中含有α-L-鼠李糖基。根據(jù)其單糖組成及分子結(jié)構(gòu)的差異,可分為同型半乳糖醛酸聚糖、I型鼠李半乳糖醛酸聚糖、II型鼠李半乳糖醛酸聚糖、木糖半乳糖醛酸聚糖等類型[9]。果膠作為云狀顆粒的重要成分,被認(rèn)為在果汁風(fēng)味控制中起著重要作用。MITROPOULOU等[10]研究了果膠對(duì)“模型酒”溶液中特定香氣化合物頂空釋放的影響,發(fā)現(xiàn)在低濃度下添加果膠會(huì)提升所研究芳香化合物的釋放效果,而在較高濃度下,果膠會(huì)通過在氣相中鹽析疏水性化合物而表現(xiàn)出不同的行為。此外,蛋白質(zhì)在云狀顆粒體系的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變。蛋白質(zhì)的多層次結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其與風(fēng)味物質(zhì)的相互作用較為復(fù)雜,其氨基酸組成、側(cè)鏈結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)象和疏水區(qū)域都會(huì)影響香氣物質(zhì)的釋放和保留。而酚類作為一種小分子化合物與揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)一起,以物理或化學(xué)作用結(jié)合到蛋白/果膠體系中,影響蘋果濁汁穩(wěn)定性和風(fēng)味[11]。研究發(fā)現(xiàn)水果中的酚類物質(zhì)主要是酚酸同酯、醚或縮醛鍵以游離或結(jié)合的形式存在的,花青素、水解單寧(沒食子酸和鞣花丹寧)、黃酮醇、黃烷-3-醇和原花青素是漿果中的主要酚類物質(zhì)[12]。此外,已有研究關(guān)于多糖[10]、花青素[13]、兒茶酚[14]對(duì)葡萄酒中揮發(fā)性化合物釋放的影響,這些結(jié)果都表明葡萄酒中的非揮發(fā)性基質(zhì)可以顯著改變芳香化合物的揮發(fā)性和濃度。

近年來,關(guān)于蘋果濁汁中云狀顆粒的研究較為系統(tǒng)。蘋果濁汁中可溶性果膠含量、多酚/蛋白質(zhì)復(fù)合物的形成、酚類物質(zhì)的氧化聚合都會(huì)影響云狀顆粒的含量、大小和性狀,進(jìn)而影響蘋果濁汁的風(fēng)味感知。ZHU等[15]評(píng)價(jià)了云狀顆粒大小對(duì)蘋果濁汁營養(yǎng)含量和揮發(fā)性風(fēng)味的影響,發(fā)現(xiàn)果膠和總苯酚含量隨著粒徑的減小而降低,進(jìn)而影響氮氧化物、醇類和芳香族化合物。這與沈思雨[11]的研究結(jié)果一致,云狀顆粒粒徑與可溶性固形物、總酚和果膠含量呈正相關(guān)。此外,魏立威[16]研究發(fā)現(xiàn)蘋果濁汁中云狀顆粒多為擬球狀,少部分為尖峰狀;而楊梅汁中的云狀顆粒組分被半透明膜包圍呈現(xiàn)出球形或橢圓形的顆粒[17],說明云狀顆粒的微觀結(jié)構(gòu)具有一定的相似性。云狀顆粒獨(dú)特的空間構(gòu)象對(duì)蘋果濁汁的顏色、風(fēng)味及流變學(xué)特性也起到了非常重要的作用。由此可見,蘋果濁汁中云狀顆粒的研究可以為其他果汁中云狀顆粒的研究提供參考意見,即果汁中芳香性化合物的揮發(fā)性與非揮發(fā)性基質(zhì)的理化性質(zhì)、空間構(gòu)象和化合物濃度有關(guān)。

混濁果汁云狀顆粒的研究離不開分析技術(shù)和表征方法的發(fā)展成熟。傳統(tǒng)研究中通常應(yīng)用色譜或色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀等分析手段檢測果汁中云狀顆粒或風(fēng)味物質(zhì)的組分和含量,而對(duì)果汁中顆粒的物理特性研究相對(duì)較少,未能形成系統(tǒng)的分析手段。而因物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)不同而表現(xiàn)出其物化特性的差異卻在各自的領(lǐng)域被廣泛地研究和報(bào)道。如對(duì)果膠相關(guān)研究通常采用半乳糖醛酸含量、酯化度和甲氧基區(qū)域分布程度等指標(biāo)來描述其膠體體系的理化性質(zhì)[18]。對(duì)于蛋白質(zhì)則采用凝膠電泳分析、表面疏水性、疏基和二硫鍵分析來表征其組成和結(jié)構(gòu)特性[19]。然而,果汁中云狀顆粒和風(fēng)味組分多種組成以及相互鍵合的各種可能使得其體系呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣性特征,因此需要更為廣泛和成熟的分析檢測手段來對(duì)其體系進(jìn)行更為系統(tǒng)的研究,而應(yīng)用紅外光譜和熱重力分析等方法已能用于表征大分子復(fù)合物的結(jié)構(gòu)特性和鍵合狀態(tài)。隨著分析儀器的發(fā)展,激光粒度分析儀、電鏡、原子力顯微鏡、Zeta電位分析儀等精密儀器的出現(xiàn)極大地拓寬了研究人員對(duì)果汁云狀顆粒研究廣度和深度[20]。通過系統(tǒng)地利用色譜/質(zhì)譜檢測技術(shù)和顆粒表征手段,結(jié)合組學(xué)分析,可有效加深對(duì)由加工技術(shù)引起果汁顆粒特性、風(fēng)味組成以及相互作用變化的認(rèn)知。

2 果汁加工過程中云狀顆粒與風(fēng)味化合物作用規(guī)律

云狀顆粒組分與風(fēng)味化合物之間的相互作用會(huì)引起風(fēng)味化合物在食品中的遷移現(xiàn)象,進(jìn)而影響其香氣的釋放或保留。由于云狀顆粒大多數(shù)是大分子物質(zhì),在果汁加工過程中,其理化性質(zhì)和空間構(gòu)象會(huì)受到不同程度的影響,與揮發(fā)性物質(zhì)間的結(jié)合能力發(fā)生改變,進(jìn)而影響果汁芳香物質(zhì)的釋放。果汁生產(chǎn)包括很多步驟,主要有清洗、分級(jí)、榨汁、精濾、離心、酶處理、均質(zhì)化、殺菌(熱殺菌和非熱殺菌)和罐裝[21]。其中,精濾、酶解和殺菌等步驟對(duì)云狀顆粒的含量、大小、理化性質(zhì)和空間構(gòu)象影響最大,導(dǎo)致天然的“初級(jí)”水果風(fēng)味發(fā)生改變或消失[22]。通過總結(jié)果汁關(guān)鍵加工過程中云狀顆粒大小、含量、理化性質(zhì)和空間構(gòu)象變化、風(fēng)味變化,可以揭示混濁汁中云狀顆粒組分對(duì)風(fēng)味化合物的作用規(guī)律。

2.1 精濾、離心

混濁汁經(jīng)精濾和離心后能獲得不同粒徑的云狀顆粒,隨著離心轉(zhuǎn)數(shù)和精濾目數(shù)的增加,粒徑減小,顆粒形狀發(fā)生改變。此外,精濾離心減少了大部分香氣化合物的含量,從而降低其香氣強(qiáng)度,處理后的混濁汁與新鮮果汁香氣差異顯著,萜類化合物占橙汁中總揮發(fā)物的44%,經(jīng)離心處理后,其含量在果汁中下降到26%,而在果肉中增加到84%。相比之下,果汁中的醇類含量從20%增加到28%,而果肉中的醇類含量從20%下降到6%[23]。酮類和酚類的香氣活性值顯著降低,這可能與它們特定的理化性質(zhì)有關(guān)[15]。張晨[24]探究了離心處理對(duì)四大類柑橘汁中游離態(tài)香氣物質(zhì)種類及含量的影響,琯溪蜜柚果汁、雜柑果汁中游離態(tài)香氣物質(zhì)種類均高于其上清液汁,而橙類及寬皮柑橘果汁與上清液中游離態(tài)香氣物質(zhì)種類數(shù)相同;四大類柑橘汁中的游離態(tài)香氣物質(zhì)總量均顯著高于果汁上清液。由此可見,混濁汁較果汁上清液而言具備著種類更為豐富且含量更為濃郁的游離態(tài)香氣物質(zhì),而芳香物質(zhì)含量和種類的變化及在果汁中的分布狀態(tài)是引起果汁香氣品質(zhì)改變的主要因素。離心精濾過程中柑橘汁的整體香氣釋放主要與云狀顆粒與香氣化合物間的相互作用有關(guān),其相互作用受到芳香化合物溶解度和極性的強(qiáng)烈影響,柑橘汁中揮發(fā)性物質(zhì)的極性為:醇>醛>酮>酯>萜烯[23]。由于萜烯的水溶性較低,易被果膠膠束的疏水部分和“蛋盒”模型捕獲,離心后在橙汁果肉中積累,其香氣強(qiáng)度降低[8];具有高極性的醇類和低分子質(zhì)量的酯類更易溶解在果汁和果漿中,其香氣活性值沒有顯著變化[25]。

2.2 酶解

在果汁加工過程中常用果膠酶、纖維素酶和糖化酶進(jìn)行酶解,通過降低云狀顆粒粒徑來提高果汁的云穩(wěn)定性[26]。果汁經(jīng)酶解處理后可溶性果膠含量顯著增加,這可能是由于3種酶發(fā)揮水解作用使細(xì)胞壁破裂大分子內(nèi)容物溶出,果膠含量和分子結(jié)構(gòu)的變化將進(jìn)一步影響果汁的營養(yǎng)特性和風(fēng)味特征。蘋果濁汁經(jīng)酶解后產(chǎn)生了正辛醛、正庚醇和2-甲基丁基乙酸酯等揮發(fā)性化合物,新產(chǎn)生的風(fēng)味化合物一方面來源于果汁中逸散出來的小分子揮發(fā)性化合物;另一方面,果膠酶能釋放出水果中被云狀顆粒束縛的香氣物質(zhì),進(jìn)而顯示出蘋果的潛在揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[27]。這與ZHU等[26]的研究結(jié)果一致,果膠酶裂解蘋果果肉細(xì)胞釋放揮發(fā)性物質(zhì)導(dǎo)致蘋果濁汁中酯類物質(zhì)的含量顯著增加。被云狀顆粒束縛住的香氣物質(zhì)又稱為鍵合態(tài)香氣物質(zhì),其在結(jié)構(gòu)上包括一種芳香化合物(苷元)和一個(gè)糖基團(tuán)(糖元),它們可以通過內(nèi)糖苷酶或外糖苷酶水解釋放游離揮發(fā)物,現(xiàn)已經(jīng)在柑橘、葡萄、芒果、荔枝等多種水果中發(fā)現(xiàn)并研究了鍵合態(tài)芳香物質(zhì)[28]。WILKOWSKA等[29]研究調(diào)查了商業(yè)果膠酶制劑中糖苷酶的附帶活性,以及模型櫻桃汁中糖苷對(duì)應(yīng)物的香氣釋放,結(jié)果表明釋放的揮發(fā)性糖苷配基取決于果膠溶解制劑的底物特異性。

2.3 熱處理

2.4 非熱殺菌技術(shù)

目前,傳統(tǒng)的熱殺菌技術(shù)仍是延長果汁保質(zhì)期使用最廣泛的技術(shù)。然而,它經(jīng)常對(duì)果汁的感官特性和營養(yǎng)特性造成不利影響。非熱殺菌技術(shù)因其具有最大限度地保留果汁色、香、味的特性而被研究人員和果汁加工企業(yè)所關(guān)注。

超高壓是目前商業(yè)化程度最高的非熱加工技術(shù),具有低溫、環(huán)保、提升品質(zhì)的優(yōu)勢。超高壓通過破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜以消除病原微生物來確保食品安全,并延長產(chǎn)品的保質(zhì)期,也可以改變與芳香化合物產(chǎn)生有關(guān)酶的二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu),進(jìn)而導(dǎo)致其濃度的改變[34]。LIU等[35]發(fā)現(xiàn)超高壓處理可以延長芒果汁的保質(zhì)期,還能有效保留關(guān)鍵香氣化合物,如(E)-β-烯、(E)-2-非烯、(E、Z)-3、6-非脂肪-1-醇和丁酸乙酯,且對(duì)其總酚類物質(zhì)和總類胡蘿卜素含量幾乎沒有負(fù)面影響,說明超高壓處理增強(qiáng)了香氣活性物在果汁基質(zhì)中的滯留作用。此外,超高壓處理后芒果汁中的糖-揮發(fā)性化合物間的非共價(jià)相互作用(氫鍵、疏水相互作用)增強(qiáng),導(dǎo)致β-月桂烯在芒果汁中被捕獲[36]。因此,超高壓技術(shù)可以捕獲果汁中香氣化合物,能夠較好地保持果汁的整體風(fēng)味品質(zhì)。

超聲波具有綠色、節(jié)能、高效、低成本的優(yōu)勢。研究表明超聲波殺菌技術(shù)的應(yīng)用可以產(chǎn)生高質(zhì)量、微生物安全、高營養(yǎng)價(jià)值的果汁,還會(huì)影響食品風(fēng)味化合物的種類和濃度。超聲參數(shù)的變化如超聲頻率、能量、時(shí)間會(huì)顯著影響云狀顆粒與揮發(fā)性成分間的相互作用,改變食物的風(fēng)味屬性。ZHU等[37]評(píng)價(jià)了幾種殺菌方法(常規(guī)巴氏殺菌、微波處理、超聲波殺菌和超高壓殺菌)對(duì)蘋果濁汁風(fēng)味和營養(yǎng)特性的影響,結(jié)果表明超聲波殺菌顯著提高了可溶性蛋白和果膠的含量,殺菌果汁中發(fā)現(xiàn)了新的風(fēng)味化合物,如2-丁酸丙酯、丁酸己酯和十六酸甲酯,這可能是由超聲波的機(jī)械作用和空化效應(yīng)破壞細(xì)胞壁釋放芳香化合物引起的。此外,蘋果汁和蘋果酒經(jīng)超聲處理后能產(chǎn)生新的香氣物質(zhì),也能使原本的香氣物質(zhì)消失,可能是因?yàn)槌暡ǖ幕瘜W(xué)效應(yīng)產(chǎn)生大量的自由基,從而引發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng),影響了云狀顆粒與揮發(fā)性物質(zhì)間的相互作用。由此可見,超聲波處理果汁過程中風(fēng)味的形成可以被歸納為2種機(jī)制:一種是通過超聲波的物理效應(yīng) (空化、機(jī)械效應(yīng))產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切力、沖擊波和湍流破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞壁,進(jìn)而釋放揮發(fā)性物質(zhì);另一種是超聲波的化學(xué)效應(yīng)(自由基如羥自由基,H+的聲化學(xué)反應(yīng))產(chǎn)生大量自由基,影響云狀顆粒與揮發(fā)性物之間的相互作用,進(jìn)而引起果汁香氣的變化。因此,超聲波殺技術(shù)具有保留和提升果汁風(fēng)味和營養(yǎng)品質(zhì)的特性和優(yōu)勢。

除超聲波殺菌技術(shù)外,脈沖電場是一種很有前景且最適合液體殺菌的非熱加工技術(shù),在控制微生物和酶失活、延長保質(zhì)期、保存營養(yǎng)、維生素、風(fēng)味和感官屬性方面的優(yōu)勢明顯。李楠楠[38]從脈沖電場處理后的椪柑汁中檢測出43種揮發(fā)性成分,其總含量顯著高于鮮榨椪柑汁,進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)脈沖電場能較高程度地保留原有特征風(fēng)味成分,同時(shí)能夠抑制D-香芹酮等不良組分的產(chǎn)生。此外,JIA等[39]分別用240 μs和480 μs的脈沖電場、熱殺菌(90 ℃、1 min)處理橙汁,其揮發(fā)性風(fēng)味成分損失分別為3%、9%、22%。由此可見,脈沖電場處理過的橙汁比巴氏殺菌橙汁保留了更多的揮發(fā)性風(fēng)味成分。脈沖電場處理果汁過程中風(fēng)味的形成可以被歸納為2種機(jī)制:首先,脈沖電場引起的電穿孔可以增加細(xì)胞組分的滲透性和結(jié)締組織的熱熔。這種效應(yīng)增強(qiáng)了風(fēng)味前體(如氨基酸、脂肪酸)和其他物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、果膠)的結(jié)合能力,有利于保留果汁原有的風(fēng)味成分。其次,使用脈沖電場處理果汁會(huì)引起云狀顆粒理化性質(zhì)和空間結(jié)構(gòu)的改變,進(jìn)而影響和芳香物質(zhì)的相互作用。

近年來基于果汁消費(fèi)市場的需求、研究人員、果汁企業(yè)、消費(fèi)市場共同推動(dòng)下,有效提升了非熱加工設(shè)備的性能,加快了非熱加工技術(shù)在果汁加工領(lǐng)域的應(yīng)用。此外,非熱殺菌技術(shù)與食品結(jié)構(gòu)的關(guān)系、非熱加工機(jī)理、工藝優(yōu)化、食品質(zhì)構(gòu)屬性等有待進(jìn)一步系統(tǒng)地研究,以深入挖掘非熱加工技術(shù)在食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。加工創(chuàng)新技術(shù)對(duì)食品成分理化學(xué)和功能特性的影響取決于加工參數(shù)和條件,但現(xiàn)有的大多數(shù)有關(guān)分子間相互作用的研究都是基于體外模型系統(tǒng)。此外,隨著新型增香技術(shù)的廣泛應(yīng)用,食品基質(zhì)中非揮發(fā)性物質(zhì)與芳香物質(zhì)間的相互作用對(duì)食品的風(fēng)味品質(zhì)具有重要意義。但目前關(guān)于非熱加工相關(guān)的云狀顆粒-風(fēng)味間的研究較少,在今后的研究中可以利用代謝組學(xué)對(duì)多組分變化進(jìn)行研究,即根據(jù)各組分含量變化得出不同組分間的相關(guān)性,再對(duì)相關(guān)性較高的組分進(jìn)行物化特性表征。因此,將非熱加工技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮到更復(fù)雜的食品環(huán)境和加工條件,深入研究食品成分相互作用的能量理論和分子對(duì)接,有助于進(jìn)一步解釋食品生產(chǎn)過程中物理處理對(duì)食品風(fēng)味品質(zhì)的影響。

3 云狀顆粒與風(fēng)味化合物相互作用機(jī)制的研究

混濁汁在加工過程中風(fēng)味損失嚴(yán)重,而以果膠、蛋白質(zhì)和多酚三者為主構(gòu)成的云狀顆粒體系構(gòu)成了混濁汁的分散相,與風(fēng)味變化密切相關(guān)。因此,需要進(jìn)一步討論云狀顆粒體系影響風(fēng)味化合物的作用機(jī)制。

3.1 非共價(jià)結(jié)合

果膠方面,TERTA等[40]在2006年提出了2種作用機(jī)制來解釋果膠對(duì)芳香性化合物釋放的影響。第一種機(jī)制涉及生物大分子物質(zhì)與揮發(fā)性物質(zhì)間的相互作用,即非共價(jià)結(jié)合,果膠分子可以通過吸附、微區(qū)截留、絡(luò)合、包封和氫鍵作用來提高疏水性芳香化合物的保留率[41]?；诠z與某些揮發(fā)性成分之間的高度相關(guān)性,采用絡(luò)合法將乳清蛋白和果膠應(yīng)用于納米包封D-檸檬烯風(fēng)味,保護(hù)揮發(fā)性化合物在加工和貯藏期間可不被分解[42]。此外,有研究顯示化學(xué)鍵破壞劑通過破壞果膠與揮發(fā)性物質(zhì)間的疏水相互作用和氫鍵,進(jìn)而降低果膠與風(fēng)味物質(zhì)的親和力,如添加尿素和三氯乙酸鈉后,蘋果果膠與風(fēng)味化合物的結(jié)合顯著下降[11]。果膠改性如高甲酯化和高酰胺化能有效提升芳香化合物的保留率[43],這可能是因?yàn)楣z高甲酯化區(qū)域含有更多的疏水基團(tuán),能更好地捕獲芳香化合物。此外,酰胺分子間可以形成多個(gè)氫鍵,芳香化合物通過氫鍵與果膠結(jié)合,導(dǎo)致其釋放減少。由此可見,非共價(jià)作用對(duì)果膠與揮發(fā)性物質(zhì)間的相互作用有較大貢獻(xiàn),主要是疏水相互作用、氫鍵和離子相互作用,其貢獻(xiàn)度受試劑溶液本身和揮發(fā)性風(fēng)味的物理性質(zhì)的影響。

蛋白質(zhì)對(duì)風(fēng)味感知的影響主要是由芳香性化合物與蛋白質(zhì)間的相互作用引起的。為了更好地理解這種相互作用的影響因素,大多數(shù)關(guān)于蛋白質(zhì)芳香保留能力的研究都是在模型水溶液中進(jìn)行[44]。GUO等[45]研究了熱處理對(duì)水模型中香氣成分與大豆蛋白結(jié)合的影響,熱處理增加了大豆蛋白疏水表面的結(jié)合位點(diǎn),進(jìn)而增強(qiáng)對(duì)甲酸芳樟酯、乙酸芳樟酯、芳樟醇和香葉醇的結(jié)合能力。由此可見,風(fēng)味化合物可能是結(jié)合在蛋白質(zhì)的疏水表面。通過研究不同序列的醛類、酮類與蛋白質(zhì)間的相互作用,發(fā)現(xiàn)風(fēng)味物質(zhì)的保留率與其碳原子數(shù)成正相關(guān),進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)疏水相互作用和氫鍵是蛋白質(zhì)結(jié)合風(fēng)味物質(zhì)的主要作用力[46]。此外,有研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)經(jīng)高濃度氧化劑處理后發(fā)生再聚集和部分降解,其中,具有皺紋表皮的聚集蛋白更有利于與芳香物質(zhì)的疏水相互作用。由此可見,蛋白質(zhì)的構(gòu)象很大程度上決定了蛋白質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)之間的相互作用,而pH值、溫度、離子強(qiáng)度和壓力等因素的變化又可以改變蛋白質(zhì)構(gòu)象。因此,風(fēng)味調(diào)控是非常復(fù)雜的過程,大多數(shù)情況下,蛋白質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)之間的相互作用是可逆的,其作用力包括疏水作用力和氫鍵。

早在1982年,KING等[47]就提出具有擴(kuò)展π電子系統(tǒng)的風(fēng)味化合物(如苯甲酸乙酯和2,3-二乙基吡嗪)可以通過疏水和π-電子相互作用與多酚相互作用。然而,作者并沒有對(duì)該假設(shè)進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)或進(jìn)一步研究其相互作用機(jī)制。DUFOUR等[48]研究了表兒茶素和兒茶素對(duì)芳香化合物在水醇溶液中揮發(fā)性的影響,結(jié)果表明2種多酚對(duì)苯甲醛的親和力高于對(duì)3,5-二甲氧基苯酚的親和力,支持了疏水驅(qū)動(dòng)的假說。此外,隨著多酚濃度的增加,4-乙基苯酚和4-乙基愈創(chuàng)木酚的揮發(fā)性顯著下降,這可能是由π-π相互作用引起的[49]。而GUO等[50]通過研究(-)-表兒茶素、氫咖啡酸和根皮苷對(duì)蘋果酒中香氣化合物揮發(fā)性的影響,證明了多酚-芳香化合物的相互作用主要與2種驅(qū)動(dòng)力有關(guān),疏水相互作用作為主要驅(qū)動(dòng)力,會(huì)導(dǎo)致大多數(shù)疏水性芳香化合物的揮發(fā)性降低;而π-π堆積驅(qū)動(dòng)力會(huì)引起揮發(fā)性化合物的類似保留。

3.2 物理吸附

果膠與芳香性化合物相互作用的第二種機(jī)制與果膠分子的酯化度、分子質(zhì)量、化學(xué)官能團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)象有關(guān),果膠分子通過增稠或形成凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物理吸附方式來減少揮發(fā)性物質(zhì)的擴(kuò)散,進(jìn)而起到物理穩(wěn)定作用[51]。HANSSON等利用流變學(xué)方法研究了果膠凝膠質(zhì)地和芳香物質(zhì)頂空濃度的關(guān)系,結(jié)果表明凝膠樣品的芳香頂空濃度低于黏性溶液,這可能是由于果膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),抑制了芳香化合物從溶液內(nèi)部運(yùn)輸?shù)奖砻?。果膠溶液對(duì)3種異構(gòu)體揮發(fā)物(丁酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸異丁酯)的保留受其結(jié)構(gòu)特性而非理化性質(zhì)的影響,當(dāng)果膠溶液濃度增加時(shí),其芳香物質(zhì)保留率增加,這可能是由于隨著果膠溶液濃度的增加其黏度增加,多糖溶液的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜交錯(cuò),進(jìn)而限制了揮發(fā)性化合物釋放到頂部空間[52]。此外,有研究發(fā)現(xiàn)橙汁飲料中風(fēng)味物質(zhì)的釋放量在貯藏期間顯著降低,尤其是醛類化合物(即辛醛、癸醛、尼爾、香葉醛)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性風(fēng)味化合物的釋放受果膠濃度與其類型的顯著影響,而酯類(丁酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸異丁酯)在果膠中的保留主要取決于其結(jié)構(gòu)特性而非物化性質(zhì)[53]。云狀顆粒-風(fēng)味結(jié)合除了依賴疏水相互作用、氫鍵作用和π-π堆積,還部分依賴于非揮發(fā)性基質(zhì)獨(dú)特的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)芳香物質(zhì)的截留作用。

云狀顆粒體系的組成結(jié)構(gòu)、果汁關(guān)鍵加工過程中云狀顆粒與風(fēng)味化合物作用規(guī)律、云狀顆粒與風(fēng)味化合物相互作用機(jī)制揭示了渾濁果汁的顆粒性質(zhì)與風(fēng)味之間的相關(guān)性:果膠通過耦合揮發(fā)性物質(zhì)間的疏水相互作用來影響芳香性化合物的釋放和保留,同時(shí)增稠或形成凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可減少揮發(fā)性物質(zhì)的擴(kuò)散;蛋白質(zhì)則通過非共價(jià)鍵(疏水作用力和氫鍵)與芳香物質(zhì)結(jié)合;多酚通過疏水和π-電子相互作用與芳香物質(zhì)相互作用。

4 展望

云狀顆粒與揮發(fā)性物質(zhì)間的相互作用強(qiáng)烈影響香氣物質(zhì)的釋放,如何有效地保留、平衡、提升果汁的香氣是整個(gè)果汁產(chǎn)業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)。目前,熱殺菌仍是果汁行業(yè)最常用的殺菌方式,但非熱殺菌技術(shù)在果汁加工過程中就提升風(fēng)味和保持營養(yǎng)品質(zhì)方面優(yōu)勢明顯,如何在果汁加工過程中精準(zhǔn)地檢測、調(diào)控各因素對(duì)云狀顆粒中風(fēng)味物質(zhì)的保留和釋放的定量影響極具挑戰(zhàn)。因此,深入研究非熱殺菌提升果汁風(fēng)味、品質(zhì)的機(jī)理,有利于實(shí)現(xiàn)香氣品質(zhì)的定向調(diào)控,果汁產(chǎn)品的個(gè)性化定制,為加快最少加工的商業(yè)化應(yīng)用提供科學(xué)指導(dǎo)。同時(shí),果汁關(guān)鍵加工步驟對(duì)香氣物質(zhì)及香氣物質(zhì)與云狀顆粒間相互作用以及精準(zhǔn)剖析加工過程中香氣物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化和調(diào)控也是未來果汁香氣的研究重點(diǎn)。