浓缩红橘汁贮藏过程中的风味物质变化及其机制

曾 鸣，崔翠翠，王 冬，刘传备，李 开，宋 昊

（1.北京一轻研究院，北京 101111；2.北京一轻食品集团有限公司，北京 102600）

红橘是芸香科柑橘属的一种水果，其重要品种之一大红袍（Citrus reticulateBlanco ‘Dahongpao’）被广泛种植于川渝地区。大红袍果实呈正圆形或扁圆形，个头较大，果皮颜色鲜红，果肉细嫩化渣，汁多，风味浓郁。采用大红袍红橘浓缩汁加工所得的系列食品深受广大消费者喜爱。

风味变化是柑橘汁加工贮藏过程中的一大重要问题，表现为特征香气减弱、产生蒸煮异味等[1-2]。浓缩柑橘汁贮藏过程中的风味变化问题更难应对，因为各种底物经浓缩后浓度较高，导致各类化学反应更易发生[3-5]。

近些年柑橘汁风味变化研究主要集中在鲜榨橙汁、市售橙汁等方面。Li Xiao等[6]对比了鲜榨橙汁在不同温度贮藏后产生异味物质的差别，发现温度越高、贮藏期越长，橙汁中生成的异味物质越多。林雯雯[7]研究表明超声处理可以使鲜榨橙汁中的醇醛类物质转化为酯类物质，且会加速橙汁中柠檬烯的氧化。王珺等[8]研究了超高压杀菌、热杀菌对酶法去皮甜橙全果挥发性风味的不同影响，发现超高压杀菌会使醇醛类物质增加，而热杀菌则相反。郭莉等[9]研究了不同加工单元操作对塔罗科血橙汁香气成分的影响。牛云蔚等[10]发现市售橙汁在贮藏过程中主要香气成分含量呈下降趋势。目前，针对浓缩柑橘汁风味物质变化及其机制的研究还相对欠缺。

因此，本实验以浓缩红橘汁为研究对象，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱[6-10]联用技术分析浓缩红橘汁贮藏过程中的风味物质变化，归纳浓缩红橘汁的风味变化路径，并结合主成分分析（principal component analysis，PCA） 、相关性分析，为研究柑橘汁贮藏期风味变化机制、开发风味劣变控制方法提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

浓缩红橘汁（60 °Brix，灭酶，品种为大红袍）南充佳美食品工业有限公司；C7～C30饱和正构烷烃美国Supelco公司；环己酮（纯度＞99.0%） 美国TCI公司。

1.2 仪器与设备

7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司；手动进样器及萃取头（50/30 μm二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷） 美国Supelco公司；Ci7800色差仪 美国X-Rite公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

将浓缩红橘汁样品装于铝箔袋中，抽真空密封，置于37 ℃贮藏，贮藏时间分别为7、14、21、28、35 d。每份样品取3 个平行，测定结果取均值。

1.3.2 颜色测定

将浓缩红橘汁样品放入石英皿，用Ci7800色差仪测定各样品颜色，并根据式（1）计算不同贮藏期样品与初始样品之间的色差ΔE：

式中：L*、a*、b*分别为贮藏一段时间后样品的亮度值、红绿值、黄蓝值；L0*、a0*、b0*分别为初始样品的亮度值、红绿值、黄蓝值。

1.3.3 顶空-固相微萃取

取5 g浓缩红橘汁样品，置于15 mL专用样品瓶中，加入内标物环己酮，密封，置于50 ℃水浴中平衡15 min，将老化好的萃取头插入样品瓶中，置于50 ℃水浴中顶空萃取40 min，将萃取头插入气相色谱仪进样口，240 ℃解吸5 min，进行分析。

1.3.4 气相色谱-质谱检测条件

气相色谱条件：DB-WAX石英毛细管色谱柱（30 m×320 μm，0.25 μm）；进样口温度240 ℃；升温程序：40 ℃保持3 min，以5 ℃/min升至120 ℃，保持4 min，10 ℃/min升温至200 ℃，保持4 min，20 ℃/min升至240 ℃，保持8 min；载气氦气（He）流速1.5 mL/min，不分流。

质谱条件：电子电离源；电子能量70 eV；传输线温度240 ℃；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；质量扫描范围m/z30.00～500.00。

1.4 数据处理

定性分析：利用安捷伦质谱数据处理系统结合NIST 11标准质谱库对各化合物进行检索，并通过C7～C30饱和正构烷烃作为对照标准计算保留指数，参照相关文献报道，综合定性。

定量分析：采用内标法半定量，各样品风味物质含量按式（2）计算：

2 结果与分析

2.1 浓缩红橘汁贮藏过程中的颜色变化

图1 浓缩红橘汁贮藏过程中的颜色变化Fig. 1 Color changes of red orange juice concentrate during storage

采用色差仪测定柑橘汁的色值变化可有效评价柑橘汁的品质变化[11]。如图1所示，随着贮藏时间的延长，浓缩红橘汁样品的亮度值、红特征值、黄特征值均下降，与初始样品的色差越来越大，说明样品在不断劣变，视觉表现为样品由鲜明的橘红色逐渐变为暗沉的棕褐色。

2.2 浓缩红橘汁贮藏过程中的风味物质变化

通过谱库检索和保留指数对比，鉴定出浓缩红橘汁贮藏过程中发现的61 种风味物质，主要为萜类、醇类、醛类、酮类、酸类、酯类物质，并采用内标法确定相对含量，结果如表1所示。

表1 浓缩红橘汁贮藏过程中的风味物质变化Table 1 Flavor changes of red orange juice concentrate during storage

续表1

由表1可知，浓缩红橘汁在贮藏过程中有大量风味化合物的含量发生了变化，例如柠檬烯等化合物的含量明显降低，而糠醛等化合物的含量明显升高。通过归纳分析含量发生变化的化合物，推测出5 条风味物质变化路径。

2.2.1 萜类和类胡萝卜素的前体降解

柑橘类水果中具有丰富的萜类[12]和类胡萝卜素[13]，其合成涉及一系列复杂过程[14-15]。异戊烯焦磷酸作为活性前体之一，在萜类、类胡萝卜素合成过程中都有重要作用[14-15]。由表1可知，浓缩红橘汁在贮藏过程中产生了异戊烯焦磷酸的降解产物异戊烯醇[16]，及异戊烯焦磷酸异构物二甲基烯丙基焦磷酸的降解产物甲基丁烯醇[17]。这也是首次在柑橘汁贮藏过程中发现异戊烯醇、甲基丁烯醇的积累，说明浓缩红橘汁中可能有部分前体存在并发生了降解，它们的具体含量变化及降解机理有待进一步研究。异戊烯醇具有浓酯气息，气味阈值在1 μg/mL左右[18]，甲基丁烯醇也有特殊刺激性气味，它们可能对浓缩红橘汁的风味有一定的负面作用。

2.2.2 柑橘典型香气化合物降解

柑橘汁中具有丰富的挥发性化合物，包括萜类、醛类、酯类等典型香气化合物[19-21]。柠檬烯是浓缩红橘汁中含量最高的风味成分，它是柑橘汁中重要香气物质，但气味阈值也较高[20]，故对浓缩红橘汁风味只有部分贡献。γ-松油烯、α-松油烯、巴伦西亚橘烯具有明显柑橘香气，对浓缩红橘汁香气有重要贡献[19-21]。β-月桂烯、α-蒎烯具有令人愉快的香脂香气[19-21]，对浓缩红橘汁风味具有重要的修饰作用。己醛、辛醛、癸醛、丁酸乙酯、乙酸丁酯等含量较少，但它们大都有强烈的水果香气[19-21]，对浓缩红橘汁风味也有一定贡献。由表1可知，柠檬烯、γ-松油烯、α-松油烯、β-月桂烯、α-蒎烯、巴伦西亚橘烯、己醛、辛醛、癸醛、丁酸乙酯、乙酸丁酯等柑橘典型香气化合物发生了明显降解。柠檬烯、γ-松油烯、β-月桂烯等萜烯类物质含有不饱和双键，容易在酸性条件下发生水合、水解反应，生成α-松油醇、β-松油醇、反式香芹醇、顺式香芹醇等对浓缩红橘汁香气有负面作用的萜醇类物质[22-24]。

2.2.3 糖类降解

柑橘类水果含有丰富的多糖和单糖[25]，它们在浓缩过程中会被富集，包括纤维素、半纤维素、果胶、蔗糖、葡萄糖、果糖等。半纤维素、果胶等多糖能在酸性条件下部分降解[26-29]，生成木糖、阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖醛酸等五碳糖、甲基五碳糖、糖醛酸，并进一步变化产生糠醛、5-甲基糠醛等呋喃类化合物[26-29]以及副产物乙酸。纤维素、蔗糖等在酸性条件下会部分降解生成葡萄糖、果糖，并与柑橘汁中原始存在的葡萄糖、果糖等六碳糖进一步变化产生5-羟甲基糠醛等[26-29]。尽管柑橘汁贮藏过程中糖的酸催化降解机制已较为明确[30-31]，但浓缩红橘汁中发生降解的具体糖类成分还有待进一步测定。

由表1可知，浓缩红橘汁在贮藏过程中生成了大量的糠醛，以及相对少量的2-乙酰基呋喃、5-甲基糠醛、5-羟甲基糠醛、糠醇等呋喃类化合物。糠醛具有类似苦杏仁的气味，气味阈值不高，在浓缩红橘汁贮藏过程中大量产生，对香气有显著的负面影响。

2.2.4 类胡萝卜素降解

类胡萝卜素广泛存在于柑橘果肉、果皮中[32]，包括叶黄素、玉米黄素、β-隐黄质、β-胡萝卜素等。类胡萝卜素含有多个不饱和共轭双键，在不同位置断裂会生成异佛尔酮、藏花醛、甲基庚烯酮、环柠檬醛、二氢猕猴桃内酯、香叶基丙酮、橙花醛等不同化合物[33-34]。

由表1可知，上述降解产物在浓缩红橘汁中均被检出，其中在贮藏过程中含量明显升高的类胡萝卜素降解产物主要为异佛尔酮、藏花醛、4-氧代异佛尔酮。这也是首次在柑橘类果汁贮藏过程中发现类胡萝卜素降解产物的积累，结合相关研究报道过浓缩橙汁贮藏过程中类胡萝卜素总量在不断下降[5]，后续可深入研究柑橘汁贮藏期类胡萝卜素具体降解机理。异佛尔酮带有薄荷或樟脑气味，其香气阈值较低[35]，藏花醛具有木香、药香气味，它们对浓缩红橘汁的风味有一定的负面作用。

2.2.5 阿魏酸降解

阿魏酸是柑橘果肉、果皮中的主要酚酸之一[36]。除了游离状态，阿魏酸还主要通过醚化、酯化、糖苷化形式与多聚糖、木质素结合[37]。在浓缩柑橘汁中，酸性环境能使上述共价键发生断裂，释放出阿魏酸[38]。阿魏酸经过脱羧反应，产生4-乙烯基愈创木酚[39-40]。

由表1可知，浓缩红橘汁在贮藏过程中不断生成4-乙烯基愈创木酚，其香味阈值较低，是浓缩红橘汁贮藏过程中生成的主要异味物质之一，添加100 μg/L就能使新鲜橙汁产生陈旧、腐败的味道[41]。

2.3 PCA与相关性分析

表2 主成分特征值及贡献率Table 2 Eigenvalue and contribution rates of principal components

对不同贮藏期浓缩红橘汁的61 种风味物质含量进行PCA[42-44]。将数据标准化，结果如表2所示，3 个主成分的累计贡献率达到89.202%，可以反映原始变量的绝大部分信息，其中PC1特征值为39.049，贡献率高达64.015%。

图2 PCA载荷图Fig. 2 PCA loading plots

各变量对各主成分的影响则可由主成分载荷图反映，载荷系数越接近1或-1，说明该主成分对该变量的代表性越强。由图2可以看出，异戊烯醇、甲基丁烯醇、α-松油醇、β-松油醇、顺式香芹醇、反式香芹醇、糠醛、2-乙酰基呋喃、5-甲基糠醛、5-羟甲基糠醛、糠醇、异佛尔酮、藏花醛、4-氧代异佛尔酮、4-乙烯基愈创木酚等异味物质与PC1高度负相关（载荷系数＜-0.8），柠檬烯、γ-松油烯、β-月桂烯、α-蒎烯、巴伦西亚橘烯、己醛、癸醛、丁酸乙酯等柑橘典型香气化合物与PC1高度正相关（载荷系数＞0.8）。上述结果说明PC1反映的是浓缩红橘汁贮藏过程中含量发生明显变化的风味物质集合，PC2、PC3则主要反映含量没有明显变化的物质。

图3 浓缩红橘汁贮藏过程中的PC1综合得分Fig. 3 PC1 scores of red orange juice concentrate during storage

将标准化后的风味物质含量数据与成分得分系数矩阵结合，可计算出各主成分的综合得分，结果如表3所示。其中PC1综合得分随贮藏时间的变化曲线如图3所示，可以看出，随着浓缩红橘汁贮藏时间不断延长，PC1得分在不断降低，说明PC1得分变化跟浓缩红橘汁品质变化有一定的关系。

表4 浓缩红橘汁色差与主成分得分的相关性Table 4 Correlation between color difference and principal component scores of red orange juice concentrate

对主成分综合得分数据与浓缩红橘汁色差数据进行Pearson分析，结果如表4所示，得出PC1综合得分与色差的相关系数为-0.973，呈极显著负相关，说明PC1所代表的浓缩红橘汁风味物质变化与色差变化一样能有效反映浓缩红橘汁的品质变化。

3 结 论

采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术，内标法半定量分析了浓缩红橘汁贮藏过程中主要风味化合物的变化。通过成分变化推测出5 条风味物质变化路径：萜类和类胡萝卜素的前体降解、柑橘典型香气物质降解、糖类降解、类胡萝卜素降解、阿魏酸降解。其中已有柑橘汁相关研究报道、机制较为明确的是柑橘典型香气物质，如柠檬烯等降解生成松油醇和香芹醇[22-24]、糖类降解生成呋喃类化合物[30-31]、阿魏酸降解生成4-乙烯基愈创木酚[39-40]。本实验发现异戊烯醇、甲基丁烯醇的累积，推测出萜类和类胡萝卜素的前体降解，还需开发精密方法测定异戊烯焦磷酸、异构物二甲基烯丙基焦磷酸含量变化来进一步验证。类胡萝卜素降解有少数柑橘汁研究报道[5]，但侧重于总量变化，未涉及产物分析。本实验结果表明类胡萝卜素降解产物异佛尔酮、藏花醛的积累，其中异佛尔酮可能是由叶黄素降解产生[33]，藏花醛可能是由玉米黄素降解产生[34]，进一步揭示了相关机制。

总体来看，浓缩红橘汁贮藏过程中生成了大量的异味物质，如异戊烯醇、甲基丁烯醇、α-松油醇、β-松油醇、顺式香芹醇、反式香芹醇、糠醛、2-乙酰基呋喃、5-甲基糠醛、5-羟甲基糠醛、糠醇、异佛尔酮、藏花醛、4-氧代异佛尔酮、4-乙烯基愈创木酚，远多于鲜榨橙汁和市售橙汁贮藏研究中常报道的数种异味物质[1,6,10,38]，如α-松油醇、4-松油烯醇、糠醛、4-乙烯基愈创木酚、香芹酮。这说明以浓缩汁为研究对象可能更有利于探究柑橘汁风味劣变规律，但需研究更多不同品种柑橘的浓缩汁进行验证。此外，PCA和相关性分析结果表明，浓缩红橘汁贮藏过程中风味物质的变化可以有效反映其品质变化。研究结果对探明浓缩红橘汁贮藏期风味变化机制，并进一步开发品质劣变控制方法，有一定的参考价值。