加工过程中夏橙汁香气成分的SPME-GC-MS分析

郭 莉，吴厚玖，王 华*，孙志高

(中国农业科学院柑桔研究所，西南大学柑桔研究所，国家柑桔工程技术研究中心，重庆 400712)

加工过程中夏橙汁香气成分的SPME-GC-MS分析

郭 莉，吴厚玖，王 华*，孙志高

(中国农业科学院柑桔研究所，西南大学柑桔研究所，国家柑桔工程技术研究中心，重庆 400712)

采用固相微萃取-气相色谱-质谱法对伏令夏橙汁加工过程中5个关键点样品的主要香气成分进行分析，共鉴定出50种香气成分，主要为柠檬烯(84.79%～86.92%)、β-月桂烯(3.87%～5.83%)、α-蒎烯(1.03%～2.05%)、芳樟醇(0.02%～1.72%)、葵醛(0.15%～0.28%)、辛醛(0.03%～0.52%)和丁酸乙酯(0.12%～0.44%)等。加工过程对夏橙汁香气成分种类和含量有重要影响，5个样品香气成分种类分别为38种、36种、31种、30种和20种。精滤后烃类相对含量增加2.01%，醇类物质下降2.00%；脱气后烃类下降0.95%，醇类下降0.15%；灭菌后香气成分与脱气后相近；浓缩还原对香气影响最大，烃类和醇类比精滤后橙汁分别降低3.85%、1.16%。

夏橙汁；加工；香气成分；固相微萃取；气相色谱-质谱法

夏橙(Citrus sinensis Osbeck)是普通甜橙的一种，由于其特殊的采收季节(4～5月)而备受关注，是优质柑橘晚熟品种和柑橘汁加工的主要品种。香气是橙汁品质的重要指标，主要为烯烃类、醇类、醛类、酯类等物质[1]。橙汁在加工中需要经过压榨、精滤、脱气、灭菌等过程，会对香气成分产生一定影响。本实验以重庆长寿产伏令夏橙为原料，从国家柑桔工程技术研究中

心中试车间橙汁加工生产线取样，采用固相微萃取(SPME)提取橙汁香气成分，气相色谱-质谱(GC-MS)进行分离鉴定，面积归一化法进行定量分析，为橙汁加工调配、橙汁品质鉴定及质量控制提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

夏橙：伏令夏橙，购于重庆长寿，采收于2010年5月25日。

SXGT16刷式洗果机 重庆鹏通食品机械有限责任公司；FMC全果榨汁机 美国JBT公司；GT6G7螺旋压汁机 浙江轻工机械厂；BNTQ-2000真空脱气罐 温州贝诺机械有限公司；管式杀菌机 天津奔科科技有限公司；灌装机 廊坊百冠包装机械有限公司；GC-MS 2010气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司；固相微萃取(SPME)装置 美国Supelco公司。

1.2 方法

1.2.1 样品的准备

橙汁加工工艺流程：鲜果→清洗→拣选→分级→压榨→精滤→脱气→巴氏杀菌→灌装；加工时间为2010年5月2 6日，从压榨、精滤、脱气、灭菌灌装4个关键点取样，取精滤后果汁旋转蒸发浓缩再还原作为浓缩还原汁。

1.2.2 样品预处理

移取5mL橙汁于25mL SPME专用样品瓶中，用聚四氟乙烯隔垫密封，50℃恒温磁力搅拌，平衡10min，将50/30 μ m DVB/CAR/PDMS萃取头通过密封垫插入样品瓶，顶空吸附30min，缩回纤维头后拔出萃取头，将萃取头插入GC-MS进样口，250℃解析10min，启动仪器采集数据。

1.2.3 GC-MS分析

色谱条件：石英毛细色谱柱Rtx-5MS(30m×0.25mm，0.25μm)；He为载气，流速1.0mL/min，无分流进样；进样口温度：250℃；升温程序：40℃保持3min，以5℃/min升至150℃，再以10℃/min升至220℃，保持5min。

质谱条件：电子轰击(E I)离子源；检测器电压830eV；离子源温度250℃；接口温度250℃；ACQ方式Scan；扫描速度666u/s；扫描质量范围m/z 40～350。1.2.4 定量分析

通过仪器所配置的NIST 08.LIB和NIST 08s.LIB谱库进行自动检索，结合相似度并参考有关文献色谱保留指数，进行定性，采用峰面积归一化定量分析法计算各组分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 夏橙在榨汁加工各阶段的香气成分鉴定

图1为榨汁加工各阶段夏橙汁香气成分总离子流图。通过谱图检索和SI值，结合有关文献，确定了夏橙汁中共50种香气成分，采用峰面积归一化法计算出各组分的相对含量，结果见表1。

图1 榨汁加工各阶段夏橙汁香气成分总离子流图Fig.1 Total ion current chromatograms of the Varomatic components in alencia orange juice from five processing control points

表1 夏橙汁香气成分SPME-GC-MS分析结果Table 1 Identification and relative content of aromatic components in Valencia orange juice by using SPME-GC-MS analysis

从表1可知，5个夏橙汁样品被检测出的各种成分数量和含量受加工过程影响均有不同。直接压榨后夏橙汁共鉴别出38种香气成分，占总峰面积的99.15%，主要为柠檬烯(84.79%)、β-月桂烯(5.44%)、芳樟醇(1.72%)、β-水芹烯(1.36%)、α-蒎烯(1.11%)。精滤后鉴别出36种香气成分，占总峰面积的98.93%，主要为柠檬烯(86.52%)、β-月桂烯(5.83%)、β-水芹烯(1.47%)、α-蒎烯(1.33%)、芳樟醇(0.75%)。脱气后鉴别出31种香气成分，占总峰面积的98.39%，主要为柠檬烯(86.92%)、β-月桂烯(4.56%)、β-水芹烯(1.46%)。灭菌后鉴别出30种香气成分，占总峰面积的98.79%，主要为柠檬烯(86.65%)、β-月桂烯(5.10%)、β-水芹烯(1.69%)。浓缩还原后鉴别出的香气成分最少，仅20种，占总峰面积的93.99%，主要为柠檬烯(83.69%)、β-月桂烯(3.87%)、α-蒎烯(2.05%)。

5个夏橙汁样品香气成分中均以烯烃类占主要成分，其中以柠檬烯相对含量最高(84.79%～86.92%)，平均85.71%，张妍等[1]研究了3种非浓缩还原橙汁香气成分，柠檬烯含量最高的也仅82%。柠檬烯属单萜类化合物，有类似柠檬的香味，是柑橘属主要香气成分，这表明提取柠檬烯，或者调配高含量柠檬烯果汁，伏令夏橙是比较好的原料。Ahmed等[2]研究发现在调配橙汁饮料时，柠檬烯含量达到190mg/L时，风味最佳。β-月桂烯含量为(3.87%～5.83%)，平均4.96%，仅次于柠檬烯，而在血橙中仅占1.87%[3]。β-月桂烯是链状单萜碳水化合物，是香料的重要原料，具有令人愉快的、清淡的香脂气味[4]，是合成萜烯类香料如香叶醇等的重要原料。

芳樟醇(0.02%～1.72%)，又名沉香醇、里那醇，是本实验中相对含量最高的一种醇类，平均含量为0.83%，乔宇等[5]对3种柑橘果实香气研究发现，芳樟醇在大叶尾张、锦橙、酸橙中相对含量分别为3.35%、1.20%、13.48%，芳樟醇可作为酸橙的重要特征香气物质。芳樟醇带有浓青香甜气息，香气柔和，似玫瑰木、紫丁香，被广泛用于香水和香皂中，此外在未脱气橙汁中检测出1-辛醇(0.2%～0.85%)等常见醇类香气成分，其含量与大叶尾张(0.55%)、锦橙(0.51%)、酸橙(0.42%)基本相当[5]。

葵醛(0.18%～0.28%)是相对含量最高的醛类，平均含量为0.21%，辛醛(0.03%～0.52%)在未浓缩橙汁中检测出，平均含量为0.16%，葵醛和辛醛具强烈橙香，是柑橘风味的特征香气成分[6]，也是锦橙和葡萄柚皮精油的主要醛类香气成分[7]，可作为调配橙汁的重要香气成分指标。

丁酸乙酯(0.12%～0.44%)，平均含量为0.23%，是未浓缩橙汁中相对含量最高的酯类，浓缩还原后乙酸乙酯相对含量较高(0.28%)，这两种酯均有浓郁的水果味，对橙汁赋予柑橘果香有重要的影响，乔宇等[5]认为丁酸乙酯可作为锦橙的重要特征香气。

此外在 5种橙汁中均检测到α-蒎烯(1.03%～2.05%)、β-水芹烯(0.92%～1.69%)、巴伦西亚橘烯(0.18%～0.95%)、γ-松油烯(0.11%～0.37%)，未浓缩橙汁中检测出β-蒎烯(0.05%～0.09%)等常见烯烃类香气成分，这些烯烃类所特有的芳香对橙汁香气成分有积极地作用[2]。Tonder等[8]和Qiao等[9]通过气相色谱-嗅觉测量法(GC-O)分析指出柠檬烯、β-月桂烯、芳樟醇、辛醛、葵醛和丁酸乙酯等对柑橘香气成分有重要贡献。本实验在脱气前均检测到香芹酮，初榨后含量为0.06%，精滤后为0.01%。Elss等[10]发现香芹酮含量0.5mg/L以上，橙汁或苹果汁便有特征香味。

2.2 夏橙汁在加工过程中香气成分变化分析

本实验中鉴定出的50种香气成分中，烃类有26种、醇类5种、醛类5种、酮类2种、酯类1 2种，各大类相对含量见表2。

从表1、2可知，从压榨到灭菌，醇类相对含量下降，烃类、醛类和酯类有所上升，酮类变化不明显，这表明加工过程对香气成分变化有一定影响。浓缩还原由于是采用旋转蒸发仪模拟浓缩，香气成分损失较多，相对含量也较低。

精滤后烯烃类和醇类种类减少，醇类相对含量从3.18%降低为1.18%，降低了2.00%，这与张弛[11]的研究结果一致。芳樟醇是精滤中下降最多的香气物质，降低了0.97%，可能过滤过程中发生了氧化。烯烃类相对含量增加2.01%，主要是柠檬烯、β-月桂烯、β-水芹烯相对含量增加影响，其中柠檬烯是精滤过程增加最多的香气物质，增加了1.73%。初榨橙汁中检测出的α-可巴烯、石竹烯、β-金合欢烯、乙酸香茅酯、乙酸橙花酯、乙酸薰衣草酯等却未检出，可能是精滤后含量有所下降，低于检出值。精滤后新检测出了α-崖伯烯、2,2,3,5,6-五甲基-3-庚烯、壬醛、乙醛以及丁酸甲酯等橙汁香气成分。壬醛有玫瑰一般的香气，常用于配制人造玫瑰油和玫瑰型香精，赋予橙汁特殊的香味。

表2 夏橙汁加工过程中香气成分种类及含量Table 2 Change of aromatic compositions in Valencia orange juice at five processing control points

脱气后橙汁相比精滤后橙汁，烯烃类种类减少了5种，含量也有所下降，比精滤时低0.95%。β-月桂烯是脱气过程中下降最多的物质，下降了1.27%，柠檬烯增加最多，增加了0.40%，大根叶烯D等未能检出。脱气后醇类下降0.15%，对1-孟烯-8-醇未能检出。脱气后新检测出2-甲基环己酮(0.16%)、环戊甲酸-2-乙基环己基酯(0.04%)、领苯二甲酸二甲酯(0.02%)等酮类、酯类物质，这些是柑橘果香物质，表明加工过程对于橙汁香味有一定积极作用。Jordan等[12]也研究了脱气对香气成分的影响，并认为橘汁香气成分的损失与脱气工艺有关。

灭菌后香气成分种类与脱气后相近，烃类和醇类比精滤后种类和含量均有下降，这可能是由于果汁在灭菌的持续加热过程中，β-月桂烯、β-蒎烯、1-辛醇、α-蒎烯等均有所损失[13]，这几种成分相对含量分别减少0.73%、0.35%、0.24%、0.21%。灭菌后酯类含量增加，主要是一些公认的带水果香味的丁酸乙酯、乙酸乙酯、己酸乙酯以及邻苯二甲酸二甲酯等酯类物质从相对含量较低或未检出灭菌后有所提高，提高了橙汁品质[5]。邻苯二甲酸二甲酯呈无色透明微黄色，有芳香味，他们对灭菌后果汁香气均有一定贡献。故虽然灭菌后果汁与初榨橙汁相比，烯烃类和醇类等呈香物质有所损失，但同时产生的另外一些醛类和酯类物质形成柑橘特有的果香，对风味有积极作用。有一些物质可能对橙汁香气没有作用反而恶化香气，例如α-松油醇是柠檬烯的降解产物，会给人以不愉快风味[14]，在本实验中未发现。

浓缩还原后挥发性成分种类最少[5]，烃类和醇类分别从精滤时的21种和4种下降为14种和1种，相对含量分别降低了3.85%和1.16%。王丽霞等[15]通过自制还原橙汁和统一鲜橙多橙汁饮料香气比较，发现鲜橙多香气成分种类比浓缩还原汁要多。这可能是是浓缩过程中，香气成分随着水和油的蒸发而损失，致使橙汁原有的风味受到影响。可见，浓缩还原汁调配过程中可以适当添加一部分非浓缩汁，以增加橙汁风味。

3 结 论

3.1 采用固相微萃取-气质联用对加工过程中伏令夏橙汁的香气成分进行分析，共鉴定出5 0种香气成分，主要为柠檬烯(84.79%～86.92%)、β-月桂烯(3.87%～5.83%)、α-蒎烯(1.03%～2.05%)、β-水芹烯(0.92%～1.69%)、γ-松油烯(0.11%～0.37%)、芳樟醇(0.02%～1.72%)、葵醛(0.15%～0.28%)和辛醛(0.03%～0.52%)和丁酸乙酯(0.12%～0.44%)等。

3.2 加工过程对伏令夏橙汁香气成分种类和含量有重要影响，5个样品香气成分种类分别为38种、36种、31种、30种和20种。精滤后烯烃类相对含量增加2.01%，醇类物质下降2.00%；脱气后烃类种类相比精滤后减少了5种，烃类含量下降0.95%，醇类下降0.15%，新检测出2-甲基环己酮(0.16%)、环戊甲酸-2-乙基环己基酯(0.04%)、领苯二甲酸二甲酯(0.02%)等柑橘果香物质。灭菌后香气成分种类与脱气后相近。浓缩还原对香气影响最大，烃类和醇类分别从精滤时的21种和4种下降为14种和1种，相对含量分别降低3.85%、1.16%。

3.3 研究加工过程中夏橙汁的香气成分变化，对了解加工过程对橙汁香气成分的影响、橙汁调配、橙汁掺假鉴定及质量控制有一定参考意义，但橙汁香气不仅受香气成分种类和相对含量的影响，还与人的感官阈值有关[16]，故对香气评价还有待于应用GC-O[17]和电子鼻等进行研究。

[1] 张妍, 乔宇, 张韵, 等. 三种非浓缩还原橙汁香气成分分析[J]. 食品科学, 2008, 29(6): 379-382.

[2] AHMED E M, DENNISON R A, SHAW P E. Effect of selected oil and essence volatile components on flavor quality of pump out orange juice[J]. J Agric Food Chem, 1978, 26(2): 368-372.

[3] 陈朸为, 乔宇, 潘思轶. 固相微萃取-气质联用分析塔罗科血橙汁香气成分[J]. 食品科学, 2007, 28(7): 396-399.

[4] PHILIP E S, MANUEL G M. Quantification of volatile constituents in orange juice drinks and its use for comparison with pure juices by multivariate analysis[J]. Lebensm-Wiss u -Technol, 1997, 30: 497-501.

[5] 乔宇, 谢笔钧, 张弛, 等. 顶空固相微萃取-气质联用技术分析3种柑橘果实的香气成分[J]. 果树学报, 2007, 24(5): 699-704.

[6] NISPEROS-CARRIEDO M O, SHAW P E. Comparison of volatile flavor components in fresh and processed orange juices[J]. J Agric Food Chem, 1990, 38(4): 1048-1052.

[7] 柴倩. 橘皮精油提取、成分分析及其贮藏加工过程中的品质变化研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2007.

[8] TONDER D, PESTERSEN M A, POLL L, et al. Discrimination between freshly made and stored reconstituted orange juice using GC odor profiling and aroma values[J]. Food Chem, 1998, 61: 223-229.

[9] QIAO Yu, XIE Bijun, ZHANG Yan, et al. Characterization of aroma active compounds in fruit juice and peel oil of jinchen sweet orange fruit(Citrus sinensis(L.) Osbeck) by GC-MS and GC-O[J]. Molecules,2008, 13: 1333-1344.

[10] ELSS S, KLEINHENZ S, SCHREIER P. Odor and taste thresholds of potential carry-over/off-flavor compounds in orange and apple juice[J].Sciencedirect, 2007, 40: 1826-1831.

[11] 张弛. 柑橘汁加工中关键单元操作对香气成分影响的研究[D]. 武汉:华中农业大学, 2007.

[12] JORDAN M J, GOODNER K L, LAENCINA J. Deaeration and pasteurization effects on the orange juice aromatic fraction[J]. Lebensmittel Wissenschaft Technologie, 2003, 36(4): 391-396.

[13] FARNWORTH E R, LAGACE M, COUTURE R, et al. Thermal processing, storage conditions, and the composition and physical properties of orange juice[J]. Food Research International, 2001, 34: 25-30.

[14] PELEG H, STRIEM B J, NAIM M, et al. Phenolic compounds contributing to off-flavors in citrus products[C]//GOREN R, MENDEL K.Proceedings of international citrus congress. Rehovot: Balaban Publishers,1988: 1743-1748.

[15] 王丽霞, 钟海雁, 崔涛, 等. 橙汁饮料香气组分的初步分析[J]. 食品与机械, 2006, 22(3): 86-89.

[16] REGA B, FOUNIER N, GUICHARD E. Solid phase microextraction(SPME) of orange juice flavor: odor representativeness by direct gas chromatography olfactometry (D-GC-O)[J]. J Agric Food Chem, 2003,51(24): 7092-7099.

[17] ARENA E, GUARRERA N, CAMPISI S, et al. Comparison of odour active compounds detected by gas-chromatography-olfactometry between hand-squeezed juices from different orange varieties[J]. Food Chem,2006, 98: 59-63.

SPME-GC-MS Analysis of Aromatic Compositions in Valencia Orange Juice During Processing Units

GUO Li，WU Hou-jiu，WANG Hua*，SUN Zhi-gao
(Citrus Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Citrus Research Institute, Southwest University,National Citrus Engineering Research Center, Chongqing 400712, China)

The aromatic components in Valencia orange juice from five processing control points were analyzed and identified by solid phase micro extraction-gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS). Totally 50 aromatic components were found, and main components were as follows: limonene (84.79%－86.92%), β-myrcene (3.87%－5.83%), αpinene (1.03%－2.05%), linalool (0.02%－1.72%), decanal (0.15%－0.28%), nonanal (0.03%－0.52%) and ethyl butyrate(0.12%－0.44%). Processing had important influence on the varieties and contents of aromatic components, and the varieties in 5 samples were 38, 36, 31, 30 and 20, respectively. After the refining filtration, the contents of hydrocarbons increased 2.01%, and the contents of alcohols decreased by 2.00%. After deaeration, the contents of hydrocarbons and alcohols decreased by 0.95% and 0.15%, respectively. After pasteurization, the juice had the similar aromatic constituents with those of the deaerated juice. The contents of hydrocarbons and alcohols decreased by 3.85% and 1.16% respectively after reconstituting from concentrate.

Valencia orange juice；process；aromatic components；solid phase micro extraction；gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

TS207.3

A

1002-6630(2010)24-0259-05

2010-08-05

国家现代农业(柑橘)产业技术体系经费项目[农业部农办科函(2008)17号]；“十一五”国家科技支撑计划项目(2007BAD47B05)；中央高校基本科研业务费专项(XDK2010C085)

郭莉(1980—)，女，助理研究员，硕士，研究方向为柑橘加工及生物技术。E-mail：guolifood@163.com

王华(1963—)，男，副研究员，硕士，研究方向为柑橘加工及综合利用。E-mail：wanghua40@163.com