低温低氧工艺对苹果汁品质与香气特征的影响

路遥，张凯杰，李根，赵岩，丁辰，马寅斐，和法涛，朱风涛，初乐*

（1.中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东 济南 250014；2.江苏楷益智能科技有限公司，江苏 无锡 214000）

苹果是蔷薇科苹果属植物的果实[1]。 中国是苹果栽培大国，种植面积与产量均为世界第一，苹果总产量约占全球总产量的55%，在世界苹果产业中占有重要地位[2]。

除了鲜食之外，大量苹果尤其是一些品质良好但是外观欠佳的果实一般用作生产果汁的原料[3]，苹果汁按照加工方式不同可以分为浓缩还原汁（from concentrate，FC）和非浓缩还原汁（not from concentrate，NFC），NFC 果汁是一种既保留了天然风味， 又含有丰富营养的纯天然果汁，在欧美和日本市场盛行[4]。 由于没有澄清和浓缩等复杂工艺，可以最大程度保留VC、多酚和果胶等生理活性因子，但这也会导致NFC 果汁在加工贮藏过程中发生褐变分层等问题，这也是制约NFC 果汁发展的主要问题，同时传统NFC 苹果汁加工完成后会先用大桶运输到灌装地再进行分装，因此在整个加工过程中会经过多次杀菌，多次高温处理也会对NFC果汁的风味产生不良影响[5]。 通过对低温低氧破碎榨汁、杀菌工艺的研究，发现低温低氧加工在保持色泽、浑浊稳定性等方面具有优势[6]。

本文通过对比低温低氧加工NFC 苹果汁、传统工艺加工NFC 苹果汁以及浓缩还原苹果浊汁在营养成分、抗氧化物质、香气成分的不同并分析原因，旨在对低温低氧加工NFC 苹果汁技术应用前景进行分析。

1 材料及方法

1.1 材料与仪器

红富士苹果（4 ℃贮藏）：市售；福林酚：北京索莱宝科技有限公司；抗坏血酸、没食子酸、绿原酸、表儿茶素、根皮苷（分析标准品）：上海源叶生物科技有限公司；其他分析试剂均为分析纯。

pHS-3C 雷磁pH 计：上海仪电科学仪器股份有限公司；UV-1800 型紫外可见分光光度计：上海美谱达仪器有限公司；UM5 破碎机： 德国STEPHAN 公司；高效液相色谱仪、TRACE ISQ 气相色谱-质谱联用仪：美国赛默飞科技公司；C200 嗅闻仪：德国GERSTEL 科技公司。

1.2 试验方法

1.2.1 苹果汁加工工艺

1.2.1.1 低温低氧NFC 苹果汁

原料→清洗→预冷（1 d～2 d）→破碎压榨（低温<10 ℃，低氧）→均质→杀菌→灌装

1.2.1.2 传统NFC 苹果汁

原料→清洗→破碎→压榨→灭酶→冷却→均质→杀菌→灌装

1.2.1.3 浓缩还原苹果浊汁

原料→清洗→破碎→果浆酶解→压榨→果汁酶解→灭酶→冷却→浓缩（20°Brix）→还原（12°Brix）→灌装

1.2.2 分析方法

1.2.2.1 常规理化指标

可溶性固形物（soluble solids content，SSC）的测定：采用阿贝折光仪进行测定；可滴定酸(total acid，TA)测定：参考GB 12456—2008《食品中总酸的测定》，使用电位滴定法进行测定； 抗坏血酸： 参考GB 5009.86—2016《食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定》，使用2，6-二氯靛酚滴定法进行测定； 果胶含量： 参考NY/T 2016—2011《水果及其制品中果胶含量的测定》，使用分光光度法进行测定。

1.2.2.2 总酚含量测定

采用福林-肖卡法测定，参考Daniela 等[7]的方法。

1）标准曲线的绘制

取不同体积的100 mg/L 没食子酸标准溶液，用蒸馏水补充至1 mL，加5 mL 福林试剂（原液稀释10 倍后使用），充分摇匀。 1 min 后加入7.5%的碳酸钠溶液4 mL，充分混匀，蒸馏水定容至10 mL，放置于水浴锅中在75 ℃条件下反应10 min， 立即冷却后于765 nm处比色测定吸光值， 用蒸馏水反应试管作为空白，调零。 总酚标准曲线见图1。

图1 总酚标准曲线Fig.1 Standard curve line of TP

2）样品测定

取1 mL 样液代替没食子酸标准溶液，其他测试条件同标准曲线的制备方法，测定样品的吸光值，按标准曲线计算样品中没食子酸的含量。

1.2.2.3 挥发性成分

采用气相色谱-质谱联用仪对苹果汁的挥发性成分进行测定[8]。

1）样品处理

量取5 mL 样品于顶空进样瓶中， 加入1 g 氯化钠，进样瓶40 ℃平衡30 min，将老化处理过的萃取头（SPME Fiber Assembly：DVB/CAR/PDMS, Autosampler）插入进样瓶中，顶空吸附30 min，解吸。

2）气相色谱与质谱条件

色谱柱：TG-WAXMS 色谱柱（30 mm × 0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：起始温度40 ℃，保持2 min，然后以5 ℃/min 升温至150 ℃，保持2 min，最后以8 ℃/min升温至250 ℃，保持5 min；载气（He）流速1.2 mL/min，压力7.652 2 psi；进样量1 μL；不分流。 电子电离离子源：电子能量70 eV，质量扫描范围m/z 35～450，0.2 scans/s;传输线温度280 ℃，离子源温度280 ℃。

3）数据处理

NIST MS search 2.0 负责数据采集及分析，CAS（chemical abstracts service）号及配比度确定风味物质；采用内标法对各挥发性成分进行定量，内标为2-辛醇。

1.2.2.4 单体酚测定

样品处理：苹果汁经0.22 μm 滤膜过滤后备用。

色谱条件： 紫外检测器；Waters-dC18 色谱柱（4.6 mm×250 mm,5 μm）；柱温35 ℃，进样量15 μL，波长280 nm。 梯度洗脱：流动相A：色谱乙醇，流动相B：0.165%磷酸水溶液，流速为1.0 mL/min。 洗脱程序：0～40 min，A 相为24.5%；40 min ～41 min，A 相为24.5%～25%；41 min ～50 min，A 相为25%～30%，50 min～80 min，A相为30%。

样品单体酚测定采用外标法， 以保留时间定性，以峰面积定量，每个样品重复3 次。

1.2.2.5 嗅闻分析

嗅闻条件：TG-WAXMS 色谱柱（30 mm×0.25 mm，0.25 μm）；流量1.45 mL/min；输出温度250 ℃；出口温度200 ℃。

嗅闻分析：由10 名工作人员组成（5 男5 女，年龄范围在20 岁～40 岁之间），提前对其进行培训，掌握操作技能及苹果汁香气专业词汇描述能力后，进行GCO 分析。香气强弱分别用4 个等级表示，分别为无、弱、中、强。 嗅闻过程中记录以下指标：保留时间、强度值和香气描述。

1.2.2.6 数据分析

采用Microsoft Excel 2019 处理数据并做图， 每组数据平行试验3 次，结果表示为平均值±标准偏差。 利用IBM SPSS Statistics 25 进行统计学分析，不同字母表示在0.05 水平上有显著性差异，相同字母表示在0.05水平上无显著性差异。

2 结果与分析

2.1 基本理化指标测定结果

不同工艺苹果汁可溶性固形物（soluble solids content，SSC）、不溶性固形物（insoluble solids，ISS）、总酸（total acid，TA）、果胶含量的对比见表1。

表1 不同工艺苹果汁可溶性固形物、不溶性固形物、总酸、果胶含量的对比Table 1 Contents of SSC，ISS，TA and pectin of different apple juice

由表1 可知，3 种工艺的果汁理化性质存在显著性差异（P＜0.05）。 低温低氧组NFC 苹果汁SSC、ISS、TA、 果胶显著低于传统工艺NFC 苹果汁和浓缩还原苹果浊汁，可能是传统工艺和浓缩汁加工过程中存在多次加热， 使果汁中果胶等一些不溶性物质溶出，不溶性固形物增加，同时在加热过程中水分蒸发使糖酸含量升高。

2.2 抗氧化成分测定结果

不同工艺苹果汁总酚、抗坏血酸、绿原酸、表儿茶素、根皮苷的对比见表2。

表2 不同工艺苹果汁总酚、抗坏血酸、绿原酸、表儿茶素、根皮苷的对比Table 2 Contents of TP，VC，Chlorogenic acid,epicatechin and phloridin of different apple juice

酚类化合物是植物生长过程中产生的次级代谢产物，常以酚酸和黄酮类化合物存在[9]。 苹果多酚是苹果中多元酚类化合物的总称，结构特点是一个或一个以上苯环结合多个羟基[10]，这类物质可以通过阻断自由基侵袭或激活体内抗氧化酶，从而有效减少与衰老相关的疾病包括癌症、冠心病及其他老年疾病，并延缓皮肤的氧化损伤[11-13]。多酚和抗坏血酸是NFC 苹果汁中最主要的抗氧化成分，也是与其他工艺苹果汁最主要的优势。 由表2 可知，低温低氧工艺NFC 苹果汁中抗氧化成分显著高于其他两组（P＜0.05），可能是传统工艺过高的加热温度和多次杀菌对酚类和VC造成了破坏，而浓缩还原苹果浊汁经过灭酶、浓缩等，使多酚等物质显著降低（P＜0.05）。表儿茶素、绿原酸和根皮苷是苹果中含量较高且具有代表性的几种酚类物质[14]。从表中可以看出， 在低温低氧工艺这3 种酚类的含量显著高于传统工艺和浓缩还原苹果浊汁（P＜0.05），其原因在于酚类物质对高温敏感，这些物质在高温条件下遭到了破坏，导致其含量降低。 上述结果可以更好地表明低温低氧工艺下的NFC 苹果汁有着更强的抗氧化、抗血脂功效。

2.3 挥发性成分测定结果

目前， 已经鉴定出的苹果汁香气成分已有300 多种[15]，主要包括酯类、醇类、醛类[16-17]。 KATO T[18]、郭静等[15]的研究结果表明乙酸丁酯、乙酸己酯、丁酸丙酯、丁酸己酯、己酸丁酯、2-甲基丁酸乙酯、2-甲基丁酸丁酯、己醇、己醛和反-2-己烯醛等是苹果汁中的特征成分。 正己醇、反-2-己烯醇和乙酸丁酯是公认在苹果产品风味中占有重要地位的风味物质[19]。Wolter C 等[20]在2010 年提出了一个苹果汁香气模型AromaIndex，可以较好地体现出苹果汁的香气特征， 其中包括5 种酯：2-甲基丁酸乙酯、2-甲基乙酸丁酯、丁酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸己酯，前4 种酯之和被称为总酯；2 种醛：正己醛、反-2-己烯醛，二者之和被称为总醛；3 种醇：正己醇、反-2-己烯醇、2-甲基丁醇。 在本次试验中，通过气相色谱-质谱连用对3 种苹果汁香气成分进行定量分析，共检测出61 种香气成分，试验结果如表3 所示。

表3 不同工艺苹果汁GC-MS 测定结果Table 3 The result of GC-MS in different apple juice mg/L

由表3 可知， 可以较好地体现苹果汁香气特征的10 种典型香气成分均有检测到且在不同工艺加工苹果汁中含量存在显著性差异（P＜0.05）。 其中低温低氧工艺苹果汁中这些香气成分含量最高， 总量达到57.85 mg/L， 说明低温低氧工艺下的苹果汁香气特征更加符合苹果汁该有的香气， 其中呈现苹果香气的2-甲基丁酸乙酯和乙酸己酯含量最高， 含量分别达到24.82 mg/L 和20.37 mg/L， 说明这两种物质是低温低氧NFC 苹果汁中最主要的呈味物质。 传统工艺NFC苹果汁中这10 种香气成分含量相对较低， 含量为38.13 mg/L，分析其原因可能是在加工过程中香气物质在多次高温杀菌处理时收到了破坏，而在浓缩还原苹果浊汁中这10 种香气成分总含量仅为2.69 mg/L，原因可能在于在灭酶过程中长时间的热处理对这些香气物质破坏严重。 以上结果可以说明低温低氧工艺生产出的NFC 苹果汁香气特征更好。

2.4 嗅闻测定结果

苹果汁嗅闻测定结果见表4。

表4 苹果汁嗅闻测定结果Table 4 The result of GC-O in different apple juice

通过10 名经过培训的工作人员对3 种苹果汁进行嗅闻测定，共嗅闻出26 种香气物质，其主要香气特征可以归纳为苹果味、甜香、果香、花香、刺激味5 种，根据这些香气物质在3 种苹果汁中香气强度的高低绘制香气轮廓图，结果如图2 所示。

图2 苹果汁香气特征轮廓图Fig.2 Aroma profile of different apple juice

由图2 可知， 低温低氧工艺生产出来的苹果汁在苹果香、甜香、花香、水果香香气强度上均高于传统工艺和浓缩还原苹果浊汁，其原因在于在加工过程中较少的高温处理使各种香气成分受到的破坏更少，得以更好的保留，传统工艺NFC 苹果汁的刺激味强度高于低温低氧苹果汁，其原因可能是因为在加工过程中的长时间的高温处理使果汁中某些物质发生反应，产生了不良的气味，而浓缩还原苹果浊汁因为在加工过程中经过了灭酶处理， 挥发性物质含量损失较为严重，导致苹果浊汁中各种5 种香气特征的香气强度都显著低于NFC 苹果汁。 综上所述，低温低氧苹果汁可以更好的保留苹果汁中各种令人愉悦的气味且产生的不良气味更少，更容易得到消费者们的喜爱。

3 结论

NFC 苹果汁相较浓缩还原汁可以更好地保留苹果中各种功能性成分，并且可以更好的保留苹果原有的香气特征。 与传统工艺制作出的NFC 苹果汁相比，低温低氧工艺加工出的苹果汁由于在加工过程中经历更少的高温处理且缩短了加工时间，可以最大程度的保留苹果中多酚、抗坏血酸等抗氧化、抗肿瘤功能成分，使其具有更高的保健价值。 与传统工艺NFC 苹果汁和苹果浓缩还原汁相比，低温低氧工艺NFC 苹果汁可以更好地保留苹果原有的香气成分，同时在加工过程中产生的不良气味也相对较少，更易受到消费者们的喜爱，得到消费者们的认可。