加工和儲藏條件對橙汁芳香成分的影響*

應潔琦，葉興乾，孫玉敬

(浙江大學生物系統工程和食品學院，浙江 杭州，310058)

橙汁是世界上最受歡迎的果汁，長期以來消費量位居世界果汁之首。橙汁的風味差異主要是受果實品種、成熟度、橙汁加熱時間和溫度等影響。此外，儲藏時間-溫度條件和包裝容器類型也會對橙汁風味產生影響。熱加工能有效減少微生物數量和降低酶活性，而且更經濟，但是，熱加工會降低橙汁中某些揮發性性成分的濃度，并發生一系列復雜化學反應，生成新物質［1］。橙汁加工中的其他步驟也能改變橙汁風味，如橙汁的榨取、果肉含量和脫氣處理等［2］。此外，包裝材料、儲藏時間-溫度條件及微生物污染會使橙汁產生異味［3－7］。

研究加工、包裝和儲藏對橙汁芳香物質的影響，可提高市售橙汁風味品質，更加符合消費者需求。本文概述商業化加工和儲藏過程中橙汁香氣活性成分的變化、包裝相互作用導致的氣味變化以及儲藏過程中經化學和微生物途徑產生的異味物質。

1 橙汁中的芳香物質

果蔬中的揮發性芳香成分是果實成熟和后熟過程中產生的次級代謝產物，大部分是由脂肪酸和氨基酸的前體物轉化而來。鮮榨橙汁的芳香成分主要是醛類和酯類，還有少數醇類和萜烯烴類［8－11］。香氣活性化合物使鮮榨橙汁具有柑橘香、青香、甜香以及花香［12－14］。例如，檸檬烯、檸檬醛具柑橘香，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、香葉醇則具有花香。

幾種典型芳香物質的結構如圖1所示。

2 加工方法對橙汁芳香物質的影響

2.1 榨汁

植物學上，橙子(Citrus sinensis)是一種漿果，具有芳香果皮和果肉。橙皮包括外層的黃皮層(flavedo)和內層的白軟皮(albedo)，其中黃皮層含有許多油腺和色素。果肉由充滿液體的汁馕或囊泡填充的楔形切面(segments)組成，這些汁囊是柑橘汁可食部分的主要來源［15］。在機械榨汁過程中，汁囊破裂出汁，使存在于水果內部的化合物成游離狀態。在榨取過程中，果皮被打碎，黃皮層中的皮油混合入果汁。果汁含有天然油在組成上與皮油有輕微差別。商用榨汁機的類型和壓力大小會影響皮油和汁油比例及果汁中揮發成分組成，使果汁的整體風味發生變化。手工榨得橙汁皮油含量較少，機械方法榨取橙汁中，某些醛類(辛醛、壬醛和癸醛)和萜烯類(主要是檸檬烯、月桂烯和芳樟醇)的含量較高，主要由于這些物質存在于皮油中［16］。因此，機械方法榨取的橙汁與手工榨得的橙汁感官屬性會有所差異。

2.2 過濾

榨汁后通過不銹鋼篩網，將雜質細胞、細胞壁物質和胚胎種子從果汁中分離，工業上，將這種加工過程稱為過濾。果肉和果汁分離的過濾壓不同，則果汁組成就不同。用高壓可將果肉中的液體部分混入果汁，通過篩網的固體顆粒則經過隨后的均質過程，分散成更小的顆粒。果汁揮發性物質分別存在于果肉懸浮顆粒和液體中，烴類(單烴和倍半萜烯)幾乎都在果肉中，而其氧化后的產物(酯類、醇類和脂肪醛類)則更多存在于液體中［17－19］。如果去除細小懸浮顆粒使果汁澄清，會導致果汁中的芳香化合物數量大大減少。有報道稱，鮮榨橙汁中的揮發性化合物有將近80%都來源于懸浮顆粒。手工橙汁和市售橙汁風味差異就是由于果肉含量和懸浮顆粒大小不用［20］。

圖1 橙汁中幾種芳香物質的結構

2.3 脫氣

脫氣，就是在熱處理之前將果汁中混入的空氣排出或減少的加工方法，會對果汁品質產生一定影響［21］。多數揮發性醇類、醛類和萜烯類物質含量經脫氣處理后會明顯減少。這些揮發性物質對橙汁香氣具有較大貢獻，其含量減少會導致橙汁風味品質下降。

2.4 熱加工

加熱處理可以殺滅腐敗微生物和鈍化酶，從而提高儲藏過程中果汁穩定性，但是會降低果汁品質［22］。即使進行高溫短時加熱，揮發性成分(主要是醛類和酯類)也會受到影響，產生新物質或前體物，果汁的香氣則會因為損失原有的芳香物質而改變。在橙汁加熱過程中，皮油組分、酚類化合物、糖類、氨基酸、脂類、抗壞血酸和含硫組分等物質發生一系列復雜的化學反應［23］。這些反應的產物包括含氧、含硫和含氮化合物，多數含氧的揮發性芳香物質(醛類、酮類和醇類)是不飽和脂肪酸過氧化反應的產物。熱處理可以加速萜烯類發生酸催化水合作用生成醇類，如α-松油醇。苯乙烯酸的降解使芳香醛類和醇類物質增加，碳水化合物則降解生成呋喃醛、呋喃酮和其他美拉德型化合物，自由氨基酸降解生成Strecker醛類。多數重要的含硫芳香化合物在熱加工過程中生成。含硫芳香化合物可能是從半胱氨酸、胱氨酸和蛋氨酸等含硫氨基酸中衍生得到［24］。

2.5 非熱加工

熱加工是最普遍的橙汁加工方法，能殺滅橙汁中大多數的微生物并使酶失活。但加熱處理會降低產品的營養和風味品質，同時產生影響風味的異味物［25］。

橙汁非熱加工是在常溫或小幅度升溫條件下進行殺菌，不僅能保證食品在微生物方面的安全，而且能較好地保持食品固有的營養成分、風味、質構、色澤和新鮮程度及食品功能成分的生理活性［26］，符合消費者對橙汁營養和原汁原味的要求，因此逐漸成為國內外研究熱點。目前，國內外對橙汁非熱加工技術的研究主要集中在輻照、超高壓和脈沖電場。

Neimira［27］用不同水平的較低劑量射線(最高1.25 kGy)處理冷凍還原橙汁，橙汁外觀和氣味都無明顯變化。但Foley等［28］發現，用1.0 kGy劑量γ-射線輻照處理鮮榨橙汁會產生異味，此研究還指出，橙汁經輻照處理后，其揮發物總量增加可能是射線照射使果膠組織中的揮發物釋放、橙油分解引起的。引起輻照橙汁風味變壞的物質是一些硫化物，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高壓處理臍橙汁，采用 SPME結合GC-MS檢測分析，20種起關鍵作用的芳香化合物水平與傳統熱加工橙汁大致相同，觀察它們在儲藏期的變化，超高壓處理能一定程度減緩橙汁風味品質劣變。潘見［31］等用 SPME-GC-MS對不同壓力(100～500 MPa)超高壓處理的鮮榨橙汁中的香氣成分進行分析發現，檸檬烯成分的影響顯著，而500 MPa處理會造成較多的香氣損失。還有研究表明，脈沖電場(PEF)處理與巴氏殺菌相比，能更多地保留橙汁風味物質。Jia 等［32］分別用240 μs和480 μs脈沖電場處理橙汁，揮發性風味物質損失分別為3%、9%，而將橙汁90℃加熱1 min，其揮發性風味物質則損失22%。高壓脈沖電場的熱負荷較低，引發化學反應較少，能保留較多橙汁原有風味化合物，同時又能將微生物活性和酶活性降低到要求的水平。而引起風味物質損失主要是PEF真空脫氣使橙汁中揮發性風味物損失。

2.6 濃縮、還原

為了降低運輸和儲藏成本，市場上絕大多數橙汁都是榨汁后經濃縮而成。商業上加工濃縮橙汁一般都是在高溫、輕度真空條件下，短時間內脫水，揮發性芳香物質在此過程中濃縮復原［33］。濃縮汁經稀釋、再加熱并包裝而成濃縮還原型橙汁(RFC)，多數RFC橙汁的氣味不同于鮮榨汁，而更接近熱加工橙汁［34］。

隨著消費者對橙汁品質的要求不斷提高，許多研究都著重于分析不同種類橙汁在生產過程中風味變化，尋找避免或減小風味改變的措施［3，35］。巴氏殺菌橙汁和非濃縮橙汁中的揮發成分與新鮮橙汁無明顯差異，但是，濃縮還原橙汁(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則稍有增加［36］。濃縮還原橙汁含有較少的高揮發性芳香化合物，一項研究列出了不同種類橙汁揮發性成分水平差異［37］。鮮榨橙汁和未經巴氏殺菌的商業橙汁相較于RFC橙汁，含有更多易揮發芳香化合物。例如，鮮榨未殺菌橙汁中含有的乙醛是RFC橙汁的11～53倍。未經熱處理的橙汁還含有大量揮發性物質，鑒定出含有11～12種酯類、13種醛類和25～27種萜烯類，而RFC橙汁中含有4～6種酯類、7～8種醛類和18～20種萜烯類。以上結果表明，RFC橙汁中揮發性物質的復原是不完整的。對橙汁進行感官評價，一些罐裝濃縮還原橙汁(RFC)具有熱帶甜水果及葡萄柚味、蒸煮及焦糖味和霉味，而鮮榨橙汁則完全不具有上述感官性狀。

3 包裝、儲藏對橙汁芳香物質的影響

橙汁包裝可以直接熱灌裝后對容器進行滅菌再加蓋，也可將冷凍橙汁灌裝入滅菌后的容器再加蓋。采用熱灌裝會使許多橙汁中原有的芳香揮發成分損失，同時，由于高溫處理時間延長，促進風味物質降解生成異味物。關于橙汁儲藏過程中揮發性成分變化的研究已有40多年，儲藏容器經歷了從鍍錫鋼罐、玻璃瓶，到多層屋頂紙盒包裝和PET(聚對苯二甲酸乙二酯)吹塑瓶等。橙汁芳香化合物的變化主要是由于儲藏時間-溫度、氧含量、曝光度和容器吸收作用或化學污染。其中，最重要的是儲藏溫度［3］。有研究將糠醛作為判斷儲藏期品質好壞的指標［38］，糠醛是美拉德反應的初產物，可以作為判定果汁是否經過高溫處理的指標。

3.1 儲藏期異味物

異味物是影響消費者接受程度的主要因素，對柑橘類植物的異味特性已有所闡述［39］。將罐裝橙汁在35℃條件下儲藏12周，檢測到3種較高水平的異味成分，α-松油醇、4-乙烯基愈創木酚和呋喃酮［40］。目前，已經鑒定出巴氏殺菌橙汁中含有少量α-松油醇和呋喃酮。研究指出，在這3種儲藏異味成分中，4-乙烯基愈創木酚作用效果最明顯［41－42］。將 α-松油醇加入到橙汁中則會產生陳腐、霉變或松油等異味［40］。

3.2 儲藏溫度

儲藏溫度是影響橙汁貨架期的主要因素［3－4，43］。在4～6℃溫度下冷藏16周，橙汁的整體香氣無顯著改變。但將橙汁在較高溫度下儲藏，芳香成分就會發生變化。無菌包裝橙汁在21℃和26℃溫度下儲藏8個月，丁酸乙酯、己醛、辛醛、橙花醛和香葉醛含量逐漸減少，而乙酸乙酯、α-松油醇和呋喃醛的含量則增加［44］。α-松油醇隨儲藏時間延長呈線性增加，這是檸檬烯經非氧化途徑降解［43］。比較不同儲藏溫度下的濃度差異［40］，商用橙汁在－18℃下儲藏12周，其α-松油醇的含量接近1 μg/mL，而相同的罐裝橙汁在35℃下儲藏相同時間，其含量為3.4～5.5 μg/mL。芳樟醇形成α-松油醇比檸檬烯更快速，芳樟醇與α-松油醇比例可作為評價橙汁儲藏時間或儲藏條件的依據［45］。

3.3 包裝交互作用

食品包裝材料可吸收一定量的芳香成分，某些污染物也可以從包裝材料轉移到橙汁中［4，46］。將低密度聚乙烯(LDPE)、聚碳酸酯(PC)和聚對苯二甲酸乙二酯(PET)與橙汁相互接觸［4］，多聚物處理樣和對照之間無明顯感官差異。在20℃、黑暗條件下儲藏29 d，橙汁中的揮發性成分有損失，但是對橙汁風味感官沒有明顯影響。這種現象可能是由于包裝材料吸收的主要成分是氣味活性較低的萜烯類。此研究的結果與Martin等人用GC-O技術分析得到的結果一致。Martin等人發現盡管實驗中檸檬烯含量明顯減少，但塑料聚合體LDPE和沙林樹脂對橙汁中香氣活性揮發成分無明顯影響［47］。無菌包裝的果味軟飲料在儲藏過程中，某些揮發性成分(如乙酸乙酯)會有所增加，這種變化是由于分層容器中溶劑發生轉移，而且不同包裝之間的差異較大。

3.4 氧效應

實際生產中都采取各種措施降低柑橘汁產品中的氧含量，但是，幾乎沒有證據能證明氧氣含量會直接改變儲藏期柑橘汁的香氣。Trammell等［48］將柑橘汁于22℃條件下儲藏5個月，溶解氧水平分別為0.6、1.8、6.5 和10.1 mg/L。該研究表明，排除 O2并不會延長柑橘汁產品基于感官品質的貨架期?？赡苁且驗槠渌L味敗壞反應掩蓋了氧氣導致的品質變化。隨后，有學者對酶法脫氧反應進行研究［49］，榨汁后立即加入葡萄糖氧化酶-過氧化氫酶，發現脫氧并不能延長巴氏殺菌汁的貨架期。O2的最主要作用是將抗壞血酸氧化成脫氫抗壞血酸［50］，脫氧抗壞血酸含有α-二羰基基團，可以與相應氨基酸發生Strecker反應生成醛類。甲硫基丙醛就是甲硫氨酸(蛋氨酸)經此途徑生成的。

3.5 光效應

脂質在光和O2共同作用下發生過氧化反應，生成各種醛類［51］。光和O2都是橙汁儲藏期風味變化的重要因素。將橙汁在有氧條件下曝露在光照中，就會產生被氧化的或蒸煮的異味［52］。

4 微生物污染對橙汁芳香物質的影響

微生物(霉菌、酵母和細菌)可以引起橙汁的腐敗和感官敗壞。乳酸菌是橙汁中最常見的微生物，橙汁腐敗的特征通常是產生酸味或乳酪味［53］。這種微生物污染的代謝產物包括丁二酮、乙偶姻(3-羥基-2-丁酮)和具氣味活性的酸類(如乙酸和丁酸)。脂環酸芽孢桿菌(Alicyclobacillus)的不同菌株，與橙汁中有益的或防腐的異味物存在一定聯系［7］。與脂環酸芽孢桿菌種相關的有益異味物，主要是這些細菌的代謝產物愈創木酚(2-甲氧基苯酚)［54］和2種鹵代化合物(2，6-二氯苯酚和 2，6-二溴苯酚)［55］。并不是所有的脂環酸芽孢桿菌種和菌株都能產生這2種鹵化酚類化合物［7］，但是愈創木酚是主要的代謝產物。

5 結論

隨著我國橙汁消費量的增長，橙汁的生產和發展受到越來越多的關注。市場上銷售的橙汁絕大多數都是經加工處理的。研究表明，加工和儲藏對橙汁芳香物質的影響主要是揮發性芳香物質的減少，以及在熱、光和氧氣等作用下發生生物化學反應生成新的物質，從而改變果汁的整體香氣。橙汁加工、包裝和儲藏過程中芳香物質的變化機理、對異味物的控制以及橙汁風味的還原和修飾具有重要意義，還有待于進一步研究。此外，多數研究主要集中在加工、儲藏對揮發性芳香物質的影響，非揮發性物質與橙汁香氣釋放的關系還須進一步探討。

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