柑橘汁中糖苷键合态香气物质的研究进展

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(1.浙江大学食品科学与营养系,浙江杭州 310058；2.浙江工业大学海洋学院食品系,浙江杭州 310014)

柑橘汁中糖苷键合态香气物质的研究进展

林雯雯1,楼舒婷1,孙玉敬2,叶兴乾1,*

(1.浙江大学食品科学与营养系,浙江杭州 310058；2.浙江工业大学海洋学院食品系,浙江杭州 310014)

糖苷键合态香气物质是一类不具有挥发性、以糖苷形式存在的香气前体物质,在酸或酶的作用下可以水解释放出游离态香气。香气是影响柑橘汁品质的重要因素,研究糖苷键合态香气物质对减少加工过程的香气损失、提高柑橘汁香气质量具有重要意义。文章综述了柑橘汁中糖苷键合态香气物质的化学结构、提取和分析方法、香气物质的释放方式和柑橘汁中主要的香气物质及其阈值。

柑橘汁,键合态香气物质,糖苷

柑橘汁是世界上最受欢迎、贸易量最大的果汁产品之一。香气物质是影响果汁品质的重要因素,研究香气物质对于减少柑橘汁在加工和储藏过程中的香气损失、提高香气质量具有重要意义。

柑橘汁中的游离态香气成分主要有酯类、醛类和萜烯类化合物,其中萜烯类化合物的含量最高[1]。除了游离态香气,柑橘中还有以结合态形式存在的香气物质。糖苷键合态香气物质就是一类不具有挥发性的、以糖苷形式存在的香气前体物质,在酸或酶的作用下可以释放出游离态芳香物质,进而被人们感受到。键合态香气物质的含量一般比游离态的含量高,是果汁中潜在的香气来源[2]。国内外研究者已经对不同水果的糖苷键合态香气物质进行了广泛的研究,集中在葡萄[4]、猕猴桃[5]、柑橘[6]、苹果[7]、番茄[8]、芒果[9]等方面。

1 糖苷键合态香气物质的化学结构

1.1配基部分(Aglycone)

糖苷配基就是糖苷中与糖类物质结合的挥发性化合物,只要是有羟基的香气物质都有可能和糖结合在一起,从而以糖苷键合态的形式存在。糖苷键合态香气物质的配基主要有萜烯类物质、C13-降异戊二烯类物质、苯的衍生物、羟基酯类,以及一些C6醇类物质[10]。

萜烯类物质具有五的倍数个碳原子,包括半萜、单萜、倍半萜等,具有很好的气味和生物活性。在柑橘汁的游离态香气物质中,萜烯类物质是含量最高的,占总含量的99%。这些物质也是橙皮精油的主要成分,由于极性较弱,所以更容易出现在果肉中[11]。以萜烯类物质为配基的糖苷键合态物质是柑橘汁中最重要的一类键合态香气物质,其进行水解释放对香气的增强有着重要作用。C-13降异戊二烯类物质主要来源于水果中的类胡萝卜素,也是柑橘汁中比较重要的一类配基。苯的衍生物主要有苯甲醇、苯乙醇、香兰素等；C6醇主要包括己烯醇和己醇。

Fan[12]对锦橙皮和汁中的游离态和键合态香气物质进行对比研究发现,萜烯类和醛类物质是皮和汁中含量最多的两种游离态香气物质；橙汁中主要的键合态物质有苯的衍生物和羟基酯类,皮中主要是C13降异戊二烯类和单萜类物质。

图1 糖苷键合态香气物质中常见的配基Fig.1 Structures of the common aglycones of glycosidic aroma compounds

1.2糖基部分(Glycone)

键合态香气物质的糖基部分一般是β-d-葡萄糖苷或者是双糖苷,很少有三糖苷出现[10]。配基直接与β-d-葡萄糖苷相连；对于双糖苷,则在该葡萄糖上再连接一个糖基。目前已解决确定的第二个糖基主要有α-l-阿拉伯呋喃糖苷、α-l-阿拉伯糖吡喃糖苷、α-l-鼠李糖吡喃糖苷、β-d-吡喃葡萄糖苷、β-d-芹菜糖呋喃糖苷、β-d-木糖吡喃糖苷。

孙爱东[13]等用HPLC法比较了甜橙酸解和酶解后的糖含量。酸解作用剧烈,可解离出葡萄糖和果糖；酶解仅能解离出葡萄糖,且含量比酸解得到的低。Boulanger对古布阿苏果(Cupuacu)进行酸解处理后,检测到葡萄糖、鼠李糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖和甘露糖6种糖,其中葡萄糖的含量最多。

图2 香气前体化合物中已经鉴定的第二个糖基Fig.2 Confirmed disaccharide of glycosidically aroma precursors

2 糖苷键合态香气物质的提取和分析

2.1提取方法

从果汁、果酒中分离提取糖苷键合态香气物质的一般流程是:将果汁、果酒等原料通过吸附剂,然后水洗去除可溶性糖和酸,再用乙醚、二氯甲烷或戊烷洗去游离态挥发性物质,最后用甲醇等有机溶剂将截留在吸附剂上的键合态香气物质洗脱出来。

提取过程中常用的吸附剂主要有C18反相吸附剂、Amberlite XAD-2树脂、反相C-18硅胶、LiChrolut EN树脂等四种。其中,Amberlite XAD-2树脂对糖苷键合态物质的吸附能力非常强,是目前使用最为广泛的方法[15]。反相C-18硅胶和LiChrolut EN树脂常被用于葡萄中萜烯类物质的分离鉴定。Gómez[16]就采用了LiChrolut EN树脂吸附的方法对3种红葡萄酒中的游离态和键合态香气物质进行了检测。此外,还有微波提取法,此法提取过程简便、快速,不需要对样品进行过多的预处理,但是提取得到的物质还需要进一步纯化。

2.2分析方法

通过提取分离的方法得到前体的浓缩物之后,可以对其进行酸解或酶解处理,使其释放出糖苷配基,然后对得到的配基进行GC-MS分析。目前大多数游离态物质都有标准品,方便对其进行定性定量的测定。这种方法测定配基简单快速,但是对于糖基部分则不能准确测定。因为在对糖苷键合态物质进行水解释放的过程中,水解的作用力比较剧烈,在破坏配基和糖基之间糖苷键的同时,还会将二糖或多糖之间的键打开,进一步水解成单糖,从而无法准确地鉴定二糖的结构[17]。

对糖基进行分析一般是采用直接对糖苷键合态香气物质三氟乙酰化的方法,再进一步进行分析检测。酰胺类化合物在非质子溶剂中与糖苷的羟基发生反应生成相应的三氟乙酯化合物,增加了衍生物的挥发性。这种方法不需要对糖苷键合态物质进行水解,可以比较准确地鉴定二糖苷。Kilic[18]用三氟乙酰衍生法对月桂树叶子中糖苷键合态香气物质进行了鉴定,大多数是β-d-葡萄糖苷,二糖苷以6-O-β-d-木糖吡喃糖基-β-d-葡萄糖苷为主,也有少量的6-O-α-l-阿拉伯呋喃糖基-β-d-葡萄糖苷、6-O-α-l-鼠李糖吡喃糖基-β-d-葡萄糖苷及6-O-α-l-阿拉伯吡喃糖基-β-d-葡萄糖苷。谷勋刚[19]建立了气相色谱/电子捕获检测法测定键合态糖苷,采用三氟乙酰胺对目标物进行衍生,可以对6种糖苷进行有效分离和准确测定。

3 糖苷键合态香气物质的释放方式

水果在成熟、加工、贮藏过程中,或者在酸解、酶解、加热等作用下,配基会与糖基部分分离,释放出香气。

范刚[20]研究了锦橙果实在成熟过程中游离态和键合态香气物质的变化。挂果期的果肉中游离挥发性物质和键合态的含量相差不大,中熟期键合态挥发性物质的含量比游离态的高,而完熟期的相反。这说明在锦橙成熟的过程中,键合态组分被释放出来了。加工过程对水果键合态香气物质也有一定的影响。Ananthakumar[21]等研究了辐照对肉豆蔻中键合态挥发性物质的影响,发现α-松油醇葡萄糖苷是对辐照最敏感的键合态挥发性物质。在辐照剂量为5kGy的条件下,键合态挥发性物质的总量下降约50%。

目前常用的释放糖苷键合态香气物质的方式一般是酸水解和酶水解。

3.1酸水解

酸水解操作简单,所需时间短,作用比较剧烈,得到的水解产物更为丰富,但是没有选择性,对形成比较适宜的芳香物质难以控制。

糖苷键合态香气物质的酸水解速率与体系的pH、温度、配基的结构等因素有关。如配基是三级醇(如芳樟醇、α-松油醇)的键合态物质比一级醇(香叶醇、橙花醇)的更容易降解。酸水解会导致单萜物质的分子重排,从而生成其他新的物质[22]。这种释放配基的方式与白酒的老化过程相似。

孙爱东[13]等研究发现:酸解后的键合态芳香组分多于酶解后组分,且嗅感分析表明,多数不是橙汁的典型风味成分,不适合在加工中使用,而酶解后的橙汁风味典型温和。范刚[23]等比较了锦橙键合态香气物质酸解和酶解的效果发现,两种方法水解解离得到的香气组分存在很大的差异。嗅感分析表明,酶解解离的锦橙键合态香气组分具有较温和的甜香气味,柑橘香气比较突出；酸解得到的香气组分具有淡淡的甜香味,但刺激性气味更浓。周志[24]等采用微波辅助酸解对刺梨汁中的键合态香味物质进行研究发现,微波辅助酸解释放出了一些单一酸解尚未释放出的如半乳糖酸内酯、赤藓糖醇等风味增强剂。微波辅助酸水解和酸水解释放的香气组分大多不同,这可能与其水解机制和作用强度不同有关。

3.2酶水解

酶解具有高效、专一性强、条件温和、分子不会发生重排等特点,且酶解后的风味典型温和、产物更接近实际,因此更适合于水果中糖苷键合态香气物质的释放。

Gunata[25]等首先证实了葡萄中存在糖苷键合态香气物质,且能够被β-葡萄糖苷酶水解释放。β-葡萄糖苷酶可以打断茶叶、水果、鲜花等植物中的糖苷键,使跟糖基结合的香气物质释放出来。

宛晓春[26]对柠檬中的键合态物质进行了水解释放,检测出α-蒎烯、芳樟醇、α-萜品醇、香茅醇等9种萜烯类化合物。β-葡萄糖苷酶可以有效地对柠檬汁进行增香,且香气柔和、不刺激。孙爱东[27]比较了来源于微生物的β-葡萄糖苷酶与常规的桃仁酶酶释放出的键合态芳香组分的成分和含量,结果表明:桃仁酶对橙汁的键合态组分的酶解效果好于微生物酶,但对橙皮的作用效果相反。叶顺君[28]比较了黑曲霉β-葡萄糖苷酶和桃仁β-葡萄糖苷酶对橙汁和柠檬汁中糖苷键合态香气物质的释放效果,结果显示:桃仁β-葡萄糖苷酶对橙汁和柠檬汁的酶解效果比黑曲霉β-葡萄糖苷酶好。

将固定化酶用于食品增香保香的研究一直是研究的热点。对酶进行固定化可以更好地控制反应的进行,提高酶的使用效率,增加产物的收率,并可以反复使用,降低生产成本。Gueguen[29]等以DuoliteA-568为载体固定酵母菌来源的β--葡萄糖苷酶,研究了其对葡萄酒和杏果汁香气的增香效果,且对其稳定性进行了研究。结果显示:固定化葡萄糖苷酶能够显著增加葡萄酒中的橙花醇、香叶醇、芳樟醇、苯甲醇、苯乙醇的含量,且能够显著增加杏果汁中的芳樟醇、α和γ松油烯、苯乙醇和α-蒎烯的含量。Fan[30]等对β-葡萄糖苷酶的固定化条件进行了优化,并对其释放橙汁中键合态香气物质的效果进行了研究,结果发现固定化β-葡萄糖苷酶可以有效地对糖苷键合态物质进行水解释放。

4 柑橘汁中主要的香气物质及其阈值

糖苷键合态香气物质在酸或酶存在的条件下会将游离态香气物质释放出来,所以对游离态组分进行分析和总结对进一步进行键合态组分的研究有着重要意义。

乔宇[31]用HS-SPME结合GC-MS检测了三个品种柑橘中(国庆1号、宫川、大叶尾张)的香气物质,主要的香气活性物质有柠檬烯、芳樟醇、γ-松油烯、β-月桂烯、α-蒎烯等。后来又对血橙[32]中的香气物质进行了鉴定,主要成分有柠檬烯、β-月桂烯、丁酸乙酯、反式-2-己烯醛、巴伦西亚桔烯等。Allegrone[33]用顶空固相微萃取结合GC-MS的方法对意大利四种柠檬汁中的挥发性成分做了比较。四种柠檬汁的萜烯类物质(柠檬烯、α-侧伯烯,α-蒎烯、α-松油烯、β-罗勒烯、β-月桂烯、β-蒎烯、γ-松油烯和异松油烯)含量最高,占总挥发性物质的70%～90%。其中柠檬烯是所有柠檬汁中含量最高的单萜类物质。

不同的香气化合物由于阈值和在基质中的浓度不同,对柑橘汁整体香气的贡献也是不同的,仅凭某种香气成分含量的高低不能准确地判断其对整体风味的贡献。香气值是指风味物质浓度与香气阈值的比值,只有具有较高香气值的风味物质才是食品的特征香气[34]。通常风味物质的阈值在水或者空气中测定,对于不同的体系,阈值的差别比较大。Plotto[35]等采用除味橙汁为载体,对橙汁中常见的香气物质进行了鉴定,并将其在水中和除味橙汁中的阈值进行了比较,发现除味橙汁中气味的阈值高出水中15倍(如柠檬醛,己醛)到200倍(β-蒎烯、柠檬烯)；各物质的鼻后嗅觉阈值与文献中较一致,高出文献值2%～60%,只有辛醛高出187%。

5 展望

香气是影响柑橘汁品质最重要的因素之一,如何解决加工过程中香气物质的损失是整个果汁产业面临的难题。目前对柑橘汁中香气物质的研究主要集中在不同种类柑橘汁中香气活性成分的鉴定、香气物质阈值的研究、加工贮藏过程中香气物质的变化等方面。

表1 橙汁中常见的香气物质在水中和除味果汁中的阈值比较[36-37]Table1 Comparison of threshold value of odor-active aroma compounds in in water and deodorized orange juice[36-37]

除了游离态香气物质,柑橘中还存在着大量潜在的键合态香气物质,对其进行水解释放是增强果汁香气的一种有效手段。国内外研究者已经从多种水果中鉴定出了糖苷键合态香气化合物,其中以葡萄及葡萄酒中的键合态香气化合物的研究最多,对于柑橘汁的研究还比较少,而且对于键合态香气物质的水解方法主要是限于酸解法和酶解法等化学方法,而关于物理释放方法的研究鲜有报道。

所以,寻求一种高效、方便的物理方法对柑橘汁中的键合态香气物质进行释放是今后的研究重点。释放过程中异味物质的产生机理和修饰也有待进一步探讨。此外,作为全世界最重要的果汁之一,如何将柑橘汁中释放出的糖苷键合态香气物质经济地在实际生产中进行应用,还有待进一步研究。

[1]Dharmawan J,Kasapis S,Curran P,etal.Characterization of volatile compounds in selected citrus fruits from Asia. Part I:freshly-squeezed juice[J].Flavour Frag J,2007,22(3):228-232.

[2]El Hadi MAM,Zhang FJ,Wu FF,etal.Advances in fruit aroma volatile research[J].Molecules,2013,18(7):8200-8229.

[3]Ugliano M,Bartowsky EJ,McCarthy J,etal.Hydrolysis and transformation of grape glycosidically bound volatile compounds during fermentation with three Saccharomyces yeast strains[J].J Agric Food Chem,2006,54(17):6322-6331.

[4]问亚琴,崔婧,潘秋红.葡萄果实糖苷键合态萜烯物质的研究进展[J].园艺学报,2012,39(9):1679-1686.

[5]Garcia CV,Quek SY,Stevenson RJ,etal.Characterisation of bound volatile compounds of a low flavour kiwifruit species:Actinidiaeriantha[J].Food Chem,2012,134(2):655-661.

[6]范刚,乔宇,柴倩,等.锦橙果肉和果皮中游离态和键合态香气物质研究[J].食品科学,2007,28(10):436-439.

[7]Morales AL,Duque C.Free and glycosidically bound volatiles in the mammee apple(Mammea americana)fruit[J].Eur Food Res Technol,2002,215(3):221-226.

[8]Ortiz-Serrano P,Gil JV.Quantitation of free and glycosidically bound volatiles in and effect of glycosidase addition on three tomato varieties(Solanumlycopersicum L.)[J].J Agric Food Chem,2007,55(22):9170-9176.

[9]Lalel HJD,Singh Z,Tan SC.Glycosidically-bound aroma volatile compounds in the skin and pulp of ＂Kensington Pride＂mango fruit at different stages of maturity[J].Postharvest Biol Technol,2003,29(2):205-218.

[10]Sarry JE,Günata Z.Plant and microbial glycoside hydrolases:volatile release from glycosidic aroma precursors[J]. Food Chem,2004,87(4):509-521.

[11]Qiao Y,Xie BJ,Zhang Y,etal.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(6):1333-1344.

[12]Fan G,Qiao Y,Yao X,etal.Free and bound volatile compounds in juice and peel of Jincheng oranges[J].Eur Food Res Technol,2009,229(4):571-578.

[13]孙爱东,葛毅强,阎红,等.甜橙键合态芳香组分的酶(酸)解解离方法研究[J].食品与发酵工业,2001,27(3):33-36.

[14]Boulanger R,Crouzet J,Free and bound flavour components of Amazonian fruits:3-glycosidically bound components of cupuacu[J].Food Chem,2000,70(4):463-470.

[15]Cai K,Xiang Z,Pan W,etal.Identification and quantitation of glycosidically bound aroma compounds in three tobacco types by gas chromatography-mass spectrometry[J].J Chromatogr A,2013,13(11):149-156.

[16]Gómez García-Carpintero E,Sánchez-Palomo E,Gómez Gallego MA,etal.Free and bound volatile compounds as markers of aromatic typicalness of Moravia Dulce,Rojal and Tortosí red wines[J].Food Chem,2012,131(1):90-98.

[17]范刚,王可兴,潘思轶.水果中糖苷键合态香气物质的研究进展[J].中国农业科学,2010,43(24):5100-5111.

[18]Kilic A,Kollmannsberger H,Nitz S.Glycosidically bound volatiles and flavor precursors in Laurusnobilis L.[J].J Agric Food Chem,2005,53(6):2231-2235.

[19]谷勋刚,姚成程,张正竹,等.气相色谱/电子捕获检测法测定键合态糖苷的研究[J].分析测试学报,2011,30(3):289-292.

[20]范刚.柑橘及其加工制品中游离态和键合态挥发性物质的研究[D].武汉:华中农业大学,2010.

[21]Ananthakumar A,Variyar PS,Sharma A.Estimation of aroma glycosides of nutmeg and their changes during radiation processing[J].J Chromatogr A,2006,1108(2):252-257.

[22]Mateo JJ,Jiménez M.Monoterpenes in grape juice and wines[J].J Chromatogr A,2000,881(1):557-567.

[23]范刚,张弛,柴倩,等.锦橙汁键合态香气物质酸解和酶解效果比较研究[J].食品科学,2007,28(12):169-172.

[24]周志,范刚,王可兴,等.微波辅助酸解释放刺梨汁键合态香气物质的效果[J].食品科学,2012,33(8):99-103.

[25]Gunata YZ,Bayonove CL,Baumes RL,etal.The aroma of grapes I. Extraction and determination of free and glycosidically bound fractions of some grape aroma components[J].J Chromatogr A,1985,331:83-90.

[26]宛晓春,汤坚,袁身淑,等.柠檬汁中游离态和键合态萜类化合物的研究[J].食品与发酵工业,1991,4:31-37.

[27]孙爱东,葛毅强,倪元颖,等.不同来源的增香酶酶解橙汁(皮)中键合态主要芳香物质的效果分析[J].食品与发酵工业,2001,27(11):1-4.

[28]叶顺君.柑桔汁酶解增香调控技术研究[D].四川农业大学,2007.

[29]Gueguen Y,Chemardin P,Janbon G,etal.A very efficient β-glucosidase catalyst for the hydrolysis of flavor precursors of wines and fruit juices[J].J Agric Food Chem,1996,44(8):2336-2340.

[30]Fan G,Xu Y,Zhang X,etal.Characteristics of immobilised β-glucosidase and its effect on bound volatile compounds in orange juice[J].Int J Food Sci Tech,2011,46(11):2312-2320.

[31]乔宇,谢笔钧,张妍,等.三种温州蜜柑果实香气成分的研究[J].中国农业科学,2008,41(5):1452-1458.

[32]乔宇,谢笔钧,柴倩,等.血橙果实香气成分的气相色谱-质谱分析[J].质谱学报,2008,29(1):1-5.

[33]Allegrone G,Belliardo F,Cabella P.Comparison of volatile concentrations in hand-squeezed juices of four different lemon varieties[J].J Agric Food Chem,2006,54(5):1844-1848.

[34]Ahmed EM,Dennison RA,Dougherty RH,etal.Flavor and odor thresholds in water of selected orange juice components[J]. J Agric Food Chem,1978,26(1):187-191.

[35]Plotto A,Margaría CA,Goodner KL,etal.Odour and flavour thresholds for key aroma components in an orange juice matrix:terpenes and aldehydes[J]. Flavour Frag J,2004,19(6):491-498.

[36]Plotto A,Margaría CA,Goodner KL,etal.Odour and flavour thresholds for key aroma components in an orange juice matrix:esters and miscellaneous compounds[J].Flavour Frag J,2008,23(6):398-406.

Advances in research of glycosidically bound aroma compounds of citrus juice

LINWen-wen1,LOUShu-ting1,SUNYu-jing2,YEXing-qian1,*

(1.Department of Food Science & Nutrition,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China;2.Department of food science and technology,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310014,China)

Glycosidically bound aroma compounds are non-volatile and odourless glycosides,which can be liberated from glycosides by acid or enzymatic hydrolysis. Aroma component is one of the most important factors affecting the quality of citrus juice. Studies on the glycosidic compounds in citrus juice are important in reducing the characteristic aroma loss and enhancing the total aroma quality of the fruit juice.In this paper,the chemical composition,methods for the extraction and analysis of the glycosidically bound aroma compounds were introduced. In addition,the methods of liberating the glycosides and the main aroma active compounds were discussed.

Citrus juice;bound aroma compounds;glycosides

2013-12-13 *通讯联系人

林雯雯(1990-),女,硕士研究生,研究方向:食品加工与工程。

TS255.1

A

1002-0306(2014)17-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2014.17.001