加工和储藏条件对橙汁芳香成分的影响*

应洁琦，叶兴乾，孙玉敬

(浙江大学生物系统工程和食品学院，浙江 杭州，310058)

橙汁是世界上最受欢迎的果汁，长期以来消费量位居世界果汁之首。橙汁的风味差异主要是受果实品种、成熟度、橙汁加热时间和温度等影响。此外，储藏时间-温度条件和包装容器类型也会对橙汁风味产生影响。热加工能有效减少微生物数量和降低酶活性，而且更经济，但是，热加工会降低橙汁中某些挥发性性成分的浓度，并发生一系列复杂化学反应，生成新物质［1］。橙汁加工中的其他步骤也能改变橙汁风味，如橙汁的榨取、果肉含量和脱气处理等［2］。此外，包装材料、储藏时间-温度条件及微生物污染会使橙汁产生异味［3－7］。

研究加工、包装和储藏对橙汁芳香物质的影响，可提高市售橙汁风味品质，更加符合消费者需求。本文概述商业化加工和储藏过程中橙汁香气活性成分的变化、包装相互作用导致的气味变化以及储藏过程中经化学和微生物途径产生的异味物质。

1 橙汁中的芳香物质

果蔬中的挥发性芳香成分是果实成熟和后熟过程中产生的次级代谢产物，大部分是由脂肪酸和氨基酸的前体物转化而来。鲜榨橙汁的芳香成分主要是醛类和酯类，还有少数醇类和萜烯烃类［8－11］。香气活性化合物使鲜榨橙汁具有柑橘香、青香、甜香以及花香［12－14］。例如，柠檬烯、柠檬醛具柑橘香，己醛、辛醛和癸醛具青香，丁酸乙酯、橙花醇有甜香，而芳樟醇、α-松油醇、香叶醇则具有花香。

几种典型芳香物质的结构如图1所示。

2 加工方法对橙汁芳香物质的影响

2.1 榨汁

植物学上，橙子(Citrus sinensis)是一种浆果，具有芳香果皮和果肉。橙皮包括外层的黄皮层(flavedo)和内层的白软皮(albedo)，其中黄皮层含有许多油腺和色素。果肉由充满液体的汁馕或囊泡填充的楔形切面(segments)组成，这些汁囊是柑橘汁可食部分的主要来源［15］。在机械榨汁过程中，汁囊破裂出汁，使存在于水果内部的化合物成游离状态。在榨取过程中，果皮被打碎，黄皮层中的皮油混合入果汁。果汁含有天然油在组成上与皮油有轻微差别。商用榨汁机的类型和压力大小会影响皮油和汁油比例及果汁中挥发成分组成，使果汁的整体风味发生变化。手工榨得橙汁皮油含量较少，机械方法榨取橙汁中，某些醛类(辛醛、壬醛和癸醛)和萜烯类(主要是柠檬烯、月桂烯和芳樟醇)的含量较高，主要由于这些物质存在于皮油中［16］。因此，机械方法榨取的橙汁与手工榨得的橙汁感官属性会有所差异。

2.2 过滤

榨汁后通过不锈钢筛网，将杂质细胞、细胞壁物质和胚胎种子从果汁中分离，工业上，将这种加工过程称为过滤。果肉和果汁分离的过滤压不同，则果汁组成就不同。用高压可将果肉中的液体部分混入果汁，通过筛网的固体颗粒则经过随后的均质过程，分散成更小的颗粒。果汁挥发性物质分别存在于果肉悬浮颗粒和液体中，烃类(单烃和倍半萜烯)几乎都在果肉中，而其氧化后的产物(酯类、醇类和脂肪醛类)则更多存在于液体中［17－19］。如果去除细小悬浮颗粒使果汁澄清，会导致果汁中的芳香化合物数量大大减少。有报道称，鲜榨橙汁中的挥发性化合物有将近80%都来源于悬浮颗粒。手工橙汁和市售橙汁风味差异就是由于果肉含量和悬浮颗粒大小不用［20］。

图1 橙汁中几种芳香物质的结构

2.3 脱气

脱气，就是在热处理之前将果汁中混入的空气排出或减少的加工方法，会对果汁品质产生一定影响［21］。多数挥发性醇类、醛类和萜烯类物质含量经脱气处理后会明显减少。这些挥发性物质对橙汁香气具有较大贡献，其含量减少会导致橙汁风味品质下降。

2.4 热加工

加热处理可以杀灭腐败微生物和钝化酶，从而提高储藏过程中果汁稳定性，但是会降低果汁品质［22］。即使进行高温短时加热，挥发性成分(主要是醛类和酯类)也会受到影响，产生新物质或前体物，果汁的香气则会因为损失原有的芳香物质而改变。在橙汁加热过程中，皮油组分、酚类化合物、糖类、氨基酸、脂类、抗坏血酸和含硫组分等物质发生一系列复杂的化学反应［23］。这些反应的产物包括含氧、含硫和含氮化合物，多数含氧的挥发性芳香物质(醛类、酮类和醇类)是不饱和脂肪酸过氧化反应的产物。热处理可以加速萜烯类发生酸催化水合作用生成醇类，如α-松油醇。苯乙烯酸的降解使芳香醛类和醇类物质增加，碳水化合物则降解生成呋喃醛、呋喃酮和其他美拉德型化合物，自由氨基酸降解生成Strecker醛类。多数重要的含硫芳香化合物在热加工过程中生成。含硫芳香化合物可能是从半胱氨酸、胱氨酸和蛋氨酸等含硫氨基酸中衍生得到［24］。

2.5 非热加工

热加工是最普遍的橙汁加工方法，能杀灭橙汁中大多数的微生物并使酶失活。但加热处理会降低产品的营养和风味品质，同时产生影响风味的异味物［25］。

橙汁非热加工是在常温或小幅度升温条件下进行杀菌，不仅能保证食品在微生物方面的安全，而且能较好地保持食品固有的营养成分、风味、质构、色泽和新鲜程度及食品功能成分的生理活性［26］，符合消费者对橙汁营养和原汁原味的要求，因此逐渐成为国内外研究热点。目前，国内外对橙汁非热加工技术的研究主要集中在辐照、超高压和脉冲电场。

Neimira［27］用不同水平的较低剂量射线(最高1.25 kGy)处理冷冻还原橙汁，橙汁外观和气味都无明显变化。但Foley等［28］发现，用1.0 kGy剂量γ-射线辐照处理鲜榨橙汁会产生异味，此研究还指出，橙汁经辐照处理后，其挥发物总量增加可能是射线照射使果胶组织中的挥发物释放、橙油分解引起的。引起辐照橙汁风味变坏的物质是一些硫化物，如二甲基硫醚、二甲基二硫、甲硫醇和二甲基三硫化物［29］。Baxter等［30］用600 MPa高压处理脐橙汁，采用 SPME结合GC-MS检测分析，20种起关键作用的芳香化合物水平与传统热加工橙汁大致相同，观察它们在储藏期的变化，超高压处理能一定程度减缓橙汁风味品质劣变。潘见［31］等用 SPME-GC-MS对不同压力(100～500 MPa)超高压处理的鲜榨橙汁中的香气成分进行分析发现，柠檬烯成分的影响显著，而500 MPa处理会造成较多的香气损失。还有研究表明，脉冲电场(PEF)处理与巴氏杀菌相比，能更多地保留橙汁风味物质。Jia 等［32］分别用240 μs和480 μs脉冲电场处理橙汁，挥发性风味物质损失分别为3%、9%，而将橙汁90℃加热1 min，其挥发性风味物质则损失22%。高压脉冲电场的热负荷较低，引发化学反应较少，能保留较多橙汁原有风味化合物，同时又能将微生物活性和酶活性降低到要求的水平。而引起风味物质损失主要是PEF真空脱气使橙汁中挥发性风味物损失。

2.6 浓缩、还原

为了降低运输和储藏成本，市场上绝大多数橙汁都是榨汁后经浓缩而成。商业上加工浓缩橙汁一般都是在高温、轻度真空条件下，短时间内脱水，挥发性芳香物质在此过程中浓缩复原［33］。浓缩汁经稀释、再加热并包装而成浓缩还原型橙汁(RFC)，多数RFC橙汁的气味不同于鲜榨汁，而更接近热加工橙汁［34］。

随着消费者对橙汁品质的要求不断提高，许多研究都着重于分析不同种类橙汁在生产过程中风味变化，寻找避免或减小风味改变的措施［3，35］。巴氏杀菌橙汁和非浓缩橙汁中的挥发成分与新鲜橙汁无明显差异，但是，浓缩还原橙汁(RFC)中乙醛、乙酸甲酯、乙酸乙酯和丁酸乙酯的含量有所降低，而癸醛、辛醛和芳樟醇的含量则稍有增加［36］。浓缩还原橙汁含有较少的高挥发性芳香化合物，一项研究列出了不同种类橙汁挥发性成分水平差异［37］。鲜榨橙汁和未经巴氏杀菌的商业橙汁相较于RFC橙汁，含有更多易挥发芳香化合物。例如，鲜榨未杀菌橙汁中含有的乙醛是RFC橙汁的11～53倍。未经热处理的橙汁还含有大量挥发性物质，鉴定出含有11～12种酯类、13种醛类和25～27种萜烯类，而RFC橙汁中含有4～6种酯类、7～8种醛类和18～20种萜烯类。以上结果表明，RFC橙汁中挥发性物质的复原是不完整的。对橙汁进行感官评价，一些罐装浓缩还原橙汁(RFC)具有热带甜水果及葡萄柚味、蒸煮及焦糖味和霉味，而鲜榨橙汁则完全不具有上述感官性状。

3 包装、储藏对橙汁芳香物质的影响

橙汁包装可以直接热灌装后对容器进行灭菌再加盖，也可将冷冻橙汁灌装入灭菌后的容器再加盖。采用热灌装会使许多橙汁中原有的芳香挥发成分损失，同时，由于高温处理时间延长，促进风味物质降解生成异味物。关于橙汁储藏过程中挥发性成分变化的研究已有40多年，储藏容器经历了从镀锡钢罐、玻璃瓶，到多层屋顶纸盒包装和PET(聚对苯二甲酸乙二酯)吹塑瓶等。橙汁芳香化合物的变化主要是由于储藏时间-温度、氧含量、曝光度和容器吸收作用或化学污染。其中，最重要的是储藏温度［3］。有研究将糠醛作为判断储藏期品质好坏的指标［38］，糠醛是美拉德反应的初产物，可以作为判定果汁是否经过高温处理的指标。

3.1 储藏期异味物

异味物是影响消费者接受程度的主要因素，对柑橘类植物的异味特性已有所阐述［39］。将罐装橙汁在35℃条件下储藏12周，检测到3种较高水平的异味成分，α-松油醇、4-乙烯基愈创木酚和呋喃酮［40］。目前，已经鉴定出巴氏杀菌橙汁中含有少量α-松油醇和呋喃酮。研究指出，在这3种储藏异味成分中，4-乙烯基愈创木酚作用效果最明显［41－42］。将 α-松油醇加入到橙汁中则会产生陈腐、霉变或松油等异味［40］。

3.2 储藏温度

储藏温度是影响橙汁货架期的主要因素［3－4，43］。在4～6℃温度下冷藏16周，橙汁的整体香气无显著改变。但将橙汁在较高温度下储藏，芳香成分就会发生变化。无菌包装橙汁在21℃和26℃温度下储藏8个月，丁酸乙酯、己醛、辛醛、橙花醛和香叶醛含量逐渐减少，而乙酸乙酯、α-松油醇和呋喃醛的含量则增加［44］。α-松油醇随储藏时间延长呈线性增加，这是柠檬烯经非氧化途径降解［43］。比较不同储藏温度下的浓度差异［40］，商用橙汁在－18℃下储藏12周，其α-松油醇的含量接近1 μg/mL，而相同的罐装橙汁在35℃下储藏相同时间，其含量为3.4～5.5 μg/mL。芳樟醇形成α-松油醇比柠檬烯更快速，芳樟醇与α-松油醇比例可作为评价橙汁储藏时间或储藏条件的依据［45］。

3.3 包装交互作用

食品包装材料可吸收一定量的芳香成分，某些污染物也可以从包装材料转移到橙汁中［4，46］。将低密度聚乙烯(LDPE)、聚碳酸酯(PC)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)与橙汁相互接触［4］，多聚物处理样和对照之间无明显感官差异。在20℃、黑暗条件下储藏29 d，橙汁中的挥发性成分有损失，但是对橙汁风味感官没有明显影响。这种现象可能是由于包装材料吸收的主要成分是气味活性较低的萜烯类。此研究的结果与Martin等人用GC-O技术分析得到的结果一致。Martin等人发现尽管实验中柠檬烯含量明显减少，但塑料聚合体LDPE和沙林树脂对橙汁中香气活性挥发成分无明显影响［47］。无菌包装的果味软饮料在储藏过程中，某些挥发性成分(如乙酸乙酯)会有所增加，这种变化是由于分层容器中溶剂发生转移，而且不同包装之间的差异较大。

3.4 氧效应

实际生产中都采取各种措施降低柑橘汁产品中的氧含量，但是，几乎没有证据能证明氧气含量会直接改变储藏期柑橘汁的香气。Trammell等［48］将柑橘汁于22℃条件下储藏5个月，溶解氧水平分别为0.6、1.8、6.5 和10.1 mg/L。该研究表明，排除 O2并不会延长柑橘汁产品基于感官品质的货架期。可能是因为其他风味败坏反应掩盖了氧气导致的品质变化。随后，有学者对酶法脱氧反应进行研究［49］，榨汁后立即加入葡萄糖氧化酶-过氧化氢酶，发现脱氧并不能延长巴氏杀菌汁的货架期。O2的最主要作用是将抗坏血酸氧化成脱氢抗坏血酸［50］，脱氧抗坏血酸含有α-二羰基基团，可以与相应氨基酸发生Strecker反应生成醛类。甲硫基丙醛就是甲硫氨酸(蛋氨酸)经此途径生成的。

3.5 光效应

脂质在光和O2共同作用下发生过氧化反应，生成各种醛类［51］。光和O2都是橙汁储藏期风味变化的重要因素。将橙汁在有氧条件下曝露在光照中，就会产生被氧化的或蒸煮的异味［52］。

4 微生物污染对橙汁芳香物质的影响

微生物(霉菌、酵母和细菌)可以引起橙汁的腐败和感官败坏。乳酸菌是橙汁中最常见的微生物，橙汁腐败的特征通常是产生酸味或乳酪味［53］。这种微生物污染的代谢产物包括丁二酮、乙偶姻(3-羟基-2-丁酮)和具气味活性的酸类(如乙酸和丁酸)。脂环酸芽孢杆菌(Alicyclobacillus)的不同菌株，与橙汁中有益的或防腐的异味物存在一定联系［7］。与脂环酸芽孢杆菌种相关的有益异味物，主要是这些细菌的代谢产物愈创木酚(2-甲氧基苯酚)［54］和2种卤代化合物(2，6-二氯苯酚和 2，6-二溴苯酚)［55］。并不是所有的脂环酸芽孢杆菌种和菌株都能产生这2种卤化酚类化合物［7］，但是愈创木酚是主要的代谢产物。

5 结论

随着我国橙汁消费量的增长，橙汁的生产和发展受到越来越多的关注。市场上销售的橙汁绝大多数都是经加工处理的。研究表明，加工和储藏对橙汁芳香物质的影响主要是挥发性芳香物质的减少，以及在热、光和氧气等作用下发生生物化学反应生成新的物质，从而改变果汁的整体香气。橙汁加工、包装和储藏过程中芳香物质的变化机理、对异味物的控制以及橙汁风味的还原和修饰具有重要意义，还有待于进一步研究。此外，多数研究主要集中在加工、储藏对挥发性芳香物质的影响，非挥发性物质与橙汁香气释放的关系还须进一步探讨。

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