橙汁與寬皮橘汁關鍵香氣的比較及其在各自主體風味呈現中的作用

周琦，談安群，歐陽祝，廖洪波，李貴節*，程玉嬌，黃林華，王華*

1(西南大學 柑桔研究所，重慶，400712)2(重慶市水產技術推廣總站，重慶，401121) 3(重慶市質量和標準化研究院，重慶，400023)

柑橘是我國乃至全球第一大宗水果，柑橘汁是其最重要的加工產品，其中橙汁是全球消費量最高的果汁[1]。長期以來，我國寬皮橘的生產和鮮銷都具有較大優勢，然而受疫情影響、品種迭代等原因，近期國內寬皮橘鮮果滯銷問題凸顯，開展寬皮橘果汁加工，消化利用過剩的產能，是緩解和解決該問題的首選途徑。然而研究發現，寬皮橘汁的香氣成分與橙汁存在顯著差異[2-3]，前者風味低于后者。YU等[4]對13個品種的柑橘汁進行測定，結果發現椪柑的香氣物質種類最少，溫州蜜柑香氣物質的總含量最低，兩者香氣物質含量均遠低于甜橙。這一差異可能影響寬皮橘汁的接受度。

目前差異研究主要集中在分析甜橙和寬皮橘中個體品種的香氣種類和含量的不同上。DHARMAWAN等[5]對比Dalandan和Pontianak以及Mosambi這3種甜橙果汁，發現各品種都含有特異性的香氣物質，其中α-水芹烯、1-松油醇、反式-β-松油醇、2-(4-甲基苯基)丙-2-醇和百里酚以及微量的β-大馬酮、α-金合歡烯和α-甜橙醛只在寬皮橘汁中檢出。CARMEN等[6]發現，雖然Clemenules和Fortune寬皮橘汁的揮發性物質種類和含量相似，但Clemenules中3-戊酮和β-紫羅酮含量最高，而Fortune中乙酸乙酯和乙酸丙酯的含量最高，Powell臍橙中乙壬酯、3-蒈烯的含量最高。由于樣品來源、處理方式和分析檢測方法的不同，實驗結果不盡相同[7-10]，導致橙汁和寬皮橘汁兩類香氣屬性中關鍵香氣成分仍不明確。

通常所指的香氣活性物質是廣義上能直接被人所嗅聞到的揮發性有機物，也被稱為游離態香氣物質[11]；而特征香氣是指香氣活性物質含量與閾值的比值大于1的香氣[12]，也被稱為關鍵香氣[13]，關鍵香氣的組合能反映出樣品的主體風味，對樣品的整體香氣起主導作用[14]。本研究在上述基礎上，篩選出普遍存在于不同品種甜橙汁和寬皮橘汁中OAV>1的關鍵香氣，分別將其定義為甜橙共性關鍵香氣和寬皮橘共性關鍵香氣。已有研究發現，柑橘汁中的關鍵香氣種類的增加和遺漏會對柑橘汁主體風味呈現產生影響[15-16]，目前對于不同品種甜橙汁和寬皮橘汁中共性關鍵香氣對柑橘汁主體香氣風味呈現的影響，還鮮有報道。

本研究首先以國內主栽16種甜橙和20種寬皮橘為原料，分析比較兩類柑橘汁共性關鍵香氣的差異，再著重對共性關鍵香氣物質的重組、遺漏及其對柑橘汁主體風味呈現的影響做初步探究。以期為提高以寬皮橘汁為主要原料的果汁品質、以及香氣物質對風味呈現作用機理探索提供初步的分析和感官數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 實驗材料

成熟柑橘果實采自重慶開縣、重慶忠縣、江西南豐的柑橘園和中國農業科學院國家果樹種植柑橘資源圃，其中甜橙16種，寬皮橘20種，共計36種。樣品信息見表1。

表1 柑橘樣品信息Table 1 The information of citrus samples

1.1.2 實驗試劑

試劑：蔗糖、果糖、葡萄糖、檸檬酸、維生素C、正己烷、甲醇、環己酮、C5～C25正構烷烴，美國Honeywell公司。

標準品：α-蒎烯(≥98%)，北京邁瑞達科技有限公司；β-蒎烯(≥95%)，上海麥克林生化科技有限公司；β-月桂烯(≥90.0%)，大連美侖生物技術有限公司；α-水芹烯(≥75%)、γ-松油烯(95%)、巴倫西亞橘烯(≥70%)、葉醇(98%)、正辛醇(98%)、4-萜烯醇(95%)、α-松油醇(98%)、壬醛(97%)、癸醛(96%)、β-紫羅酮(96%)，天津希恩思生化科技有限公司；α-萜品烯(95%)、D-檸檬烯(95%)、萜品油烯(85%)、正己醛(97%)、丁酸乙酯(99%)、2-苯乙醇(98%)，上海邁瑞爾化學技術有限公司；香芹酮(95%)、芳樟醇(97%)、香茅醇(95%)、辛酸乙酯(98%)、橙花醇(95%)，上海畢得醫藥科技有限公司；香芹醇(95%)，西格瑪奧德里奇貿易有限公司；紫蘇醛，美國ChromaDex公司；對傘花烴(99%)，Acros Organics1公司。

1.2 儀器與設備

氣相色譜-質譜-描述脈沖式火焰光度檢測器聯用儀(gas chromatography-mass spectrometry-pulsed flame photometric detector, GC-MS-PFPD)(Agilent 7890 GC-5977 MSD，配備30 m×0.25 mm、0.25 μm的DB-5MS石英毛細管色譜柱)、氣相色譜-嗅辯/質譜儀(gas chromatography-olfactometry/mass spectrometry, GC-O/MS)(Agilent 7890 GC-5977 MSD，色譜柱采用SGE SolGel-Wax聚乙二醇色譜柱和SGE BPX5毛細管氣相色譜柱串聯組成，規格均為30 m×0.53 mm、0.5 μm)，美國Agilent公司；固相微萃取裝置(85 μm，CAR/PDMS)、50/30 μm二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷萃取頭(DVB/CAR/PDMS)，美國Supelco公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 原料處理及樣品制備

柑橘汁的制備[3]：采摘新鮮成熟的果實榨汁，經過100目紗網精濾，裝瓶備用。

待測樣品的前處理[3]：取5 mL搖勻后的柑橘汁于20 mL螺口萃取瓶中，準確加入內標物3 μL(甲醇稀釋40倍的環己酮)和1.7 g干燥后的NaCl，在萃取瓶頂空充氮20 s后封蓋，并用封口膜加封，在40 ℃下平衡20 min(240 r/min)，插入SPME萃取頭，使其纖維頭暴露在萃取瓶頂空恒定深度30 min(240 r/min)，230 ℃上機解析5 min。

1.3.2 實驗條件

GC-MS升溫程序：參考ZHOU等[17]的方法。

GC-O/MS升溫程序：參考CHENG等[18]的方法。

EI離子源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；四級桿溫度150 ℃；質量掃描范圍m/z35～350。

1.3.3 樣品香氣物質的定性與定量分析

揮發性物質的定性分析：香氣成分采用安捷倫系統圖譜庫(W10 N14.L和NIST14.L)、保留指數(retention index，RI)及部分外標相結合進行匹配[19-20]。

揮發性物質的定量分析：以環己酮為內標物，采用內標法半定量。其中D-檸檬烯的定量是將柑橘汁用模擬柑橘汁稀釋10倍后通過內標半定量計算得出。

香氣活度值按公式(1)計算：

OAV=香氣物質濃度/香氣閾值

(1)

1.3.4 感官分析

感官評價員的篩選：按照國標GB/T 14195—93評價員導則要求，綜合各方面能力篩選出10名符合要求的評價員。其中感官比較方法采用三角測試法。

香氣描述詞及參比體系的建立：總結文獻[21-22]中所報道的關于柑橘汁香氣的描述詞，經過小組討論，確定了本次研究的香氣描述詞為：甜香、花香、果香、青香、脂香、木香和柑橘香，其他類別的氣味(如肥皂味、藥味和腥臭味等)統稱為異味。其中香氣描述詞及參比物見表2。

標準品香氣描述詞的建立：由于各文獻對單一標準品的香氣描述詞表述不一，本實驗感官人員先通過對標準品進行扇聞，同時采用HS-SPME-GC-O/MS對各標準品進行3次嗅聞，最后結合已有文獻[19-20,23-25]和書籍中的描述詞討論確定該實驗中的描述詞。

表2 感官定義及訓練參比物Table 2 Definition of sensory attributes and training reference

1.3.5 模擬柑橘汁的配制

基質[3]：選取柑橘品種南豐蜜桔和長葉香橙制備柑橘汁；分別取寬皮橘汁和甜橙汁各100 mL于離心管中，在1 200×g(4 ℃)下離心10 min，去掉上清液保留沉淀，加入50 mL正己烷渦旋振蕩60 s，然后室溫超聲(P=300 W)10 min，充分萃取出沉淀中的揮發性物質，去除上清液，再次加入50 mL正己烷，重復以上操作3次，最后用N2流在40 ℃下將表面正己烷吹干，將基質平鋪于玻璃板上放入40 ℃烘箱將剩余正己烷完全烘干。

上清液：采用6.0 g蔗糖、3.0 g果糖、3.0 g葡萄糖和去離子水，配制成100.0 g糖溶液，并采用檸檬酸1.0 g調制溶液pH，最后加入維生素C使其質量濃度為500.0 mg/L，得到模擬柑橘汁上清液。

2）為提高系統分辨率，因而將檢測溫度分為不同的等級，考慮到系統交叉余量，因此將0℃至850℃劃分為低溫檔，750℃至1 250℃劃分為中溫檔，1 150℃至1 650℃劃分為高溫檔；結合不同的溫度范圍設計不同的一級放大電路，從而提高系統分辨率。

混合：將處理好的柑橘基質加入100 mL上清液中在搖床上搖勻，配制成模擬柑橘汁。

1.3.6 共性關鍵香氣的篩選及其重組、遺漏試驗

共性關鍵香氣的篩選：結合文獻[25-26]及書籍[23]計算出各香氣物質的OAV；篩選出普遍存在于16種甜橙汁中且OAV>1的關鍵香氣物質，即為橙汁共性關鍵香氣；以相同方法篩選出20種寬皮橘汁的關鍵香氣。

重組試驗：以南豐蜜桔和長葉香橙的定量數據為基礎并選取其各自的關鍵香氣物質，考慮到柑橘汁體系中懸浮的果肉微粒等非揮發性組分對香氣物質吸附等影響，重組時將揮發性物質標準品按照計算的濃度要求添加在配制好的模擬柑橘汁中并使用搖床搖勻，以此對柑橘汁的關鍵香氣進行重組。為了避免果汁顏色給感官結果帶來的影響，整個感官評價是在紅光的環境下進行。

香氣類別遺漏試驗：將甜橙汁與寬皮橘汁關鍵香氣根據其主要的香氣感官屬性進行分類，逐一遺漏柑橘香、花香和果香等感官屬性對應的一類成分，將遺漏后的重組模型與重組原樣進行對比。

逐一香氣遺漏試驗：按照OAV值從小到大逐一遺漏，每次遺漏后的樣品讓感官小組判斷重組樣是否還能嗅聞出柑橘香，并比較重組樣與上一個重組樣的橙香和橘香強度大小。若缺失某一香氣物質后不能嗅聞出柑橘香味，則保留該香氣物質繼續缺失下一個物質。

1.3.7 數據分析處理

氣相色譜分析采用Qualitative Workflows B.08.00和Data Analysis，其中Data Analysis設置積分參數為：初始面積截除：14；初始峰寬：0.020；關閉肩峰檢測；初始閾值：15.0；數據分析采用Microsoft Excel 2019；顯著性分析采用SPSS 26.0；熱圖分析采用TBtools v1.082；圖片處理采用Origin 2018。所有樣品平行實驗3次。

2 結果與討論

2.1 不同種類柑橘汁中共性特征香氣的分析

由圖1-a可知，甜橙汁中的β-月桂烯、香茅醇、對傘花烴、芳樟醇、壬醛、辛酸乙酯和乙酸丁酯的OAV普遍較高，其中乙酸丁酯的OAV甚至達到10 000以上，表明這幾種物質對甜橙汁的主體香氣起主導作用。其余共性關鍵香氣的OAV值相對較低，說明這些物質對甜橙汁的主體香氣存在一定的影響，但程度不如前幾種香氣物質。由圖1-b可知，寬皮橘汁中γ-松油烯、正己醛和壬醛的OAV相對較高；此外，除溫州蜜柑汁以外，其余品種的寬皮橘汁中芳樟醇的OAV普遍大于1 000，已有文獻報道芳樟醇是一種有著花香和柑橘香味且影響柑橘汁主體香氣的一種重要物質[8]；此外，大部分溫州蜜柑品種在β-月桂烯、萜品油烯、4-萜烯醇、α-松油醇和癸醛等共性關鍵香氣上均表現出OAV值較小，這也可能是溫州蜜柑汁總體香氣不如其他品種柑橘汁的原因之一。從整體上看，甜橙汁含有10種特有的共性關鍵香氣物質，其中丁酸乙酯、辛酸乙酯的OAV極高；此外，寬皮橘汁中γ-松油烯的OAV值普遍高于甜橙汁，且含有4種特有的共性關鍵香氣物質，其中正己醛的OAV較高，表明這幾種香氣成分分別對甜橙和寬皮橘的主體香氣有著十分重要的作用。由上述結果可知，雖然甜橙汁和寬皮橘汁存在部分相同的共性關鍵香氣，但是由于物質濃度不同所以香氣活度值也不同，對柑橘汁整體香氣的影響也不同，且兩類柑橘汁還存在各自特有且對主體香氣有極其重要影響的關鍵香氣物質。

a-甜橙汁；b-寬皮橘汁圖1 甜橙汁和寬皮橘汁共性關鍵香氣物質的活度值熱圖Fig.1 Heat map of OAV of the common key aroma substances in orange juices and mandarin juices

2.2 共性關鍵香氣成分重組驗證試驗

按照表3的濃度配制了重組樣品，重組后的樣品與柑橘汁原樣感官比較得分雷達圖如圖2所示。甜橙汁重組樣在果香和橘香這2種感官屬性上明顯高于甜橙汁原樣，而甜香、青香和脂香與原樣相接近，其中花香感官屬性略高于原樣，木香感官屬性略低于原樣；此外，兩者不愉悅的味道均得分較低。從整體而言，重組樣除了有稍濃的果香和橘香外，其他與原樣感官輪廓比較相似。寬皮橘汁重組樣在青香和橘香這2種感官屬性上明顯高于原樣；原樣在果香感官屬性上略低于重組樣，但在脂香感官屬性上略高于重組樣；此外，寬皮橘汁原樣的不愉悅味道得分略高于重組樣，這可能是由于新鮮寬皮橘汁中會有一股明顯的青澀味，從而使青香和不愉悅味道的得分略高。從上述結果可知，重組試驗大致證明了甜橙汁和寬皮橘汁各自的共性關鍵香氣分別對其主體香氣有決定性的貢獻，由共性關鍵香氣重構的組合樣能夠反映出甜橙汁和寬皮橘汁較為核心的風味特征。

表3 重組模型物質濃度Table 3 Concentration of substances in recombinational model

圖2 柑橘汁原樣與重組模型感官香氣雷達圖Fig.2 Radar map of sensory aroma of citrus juice and recombinational model

2.3 共性關鍵香氣遺漏試驗

2.3.1 香氣類別遺漏試驗

香氣物質的OAV大小能在一定程度上反映該揮發性物質對柑橘汁主體香氣成分的影響，但是各種香氣物質之間存在著復雜的相互作用，某些OAV值相對較低的香氣活性物質也可能對主體香氣產生極大的影響。遺漏試驗能夠有效地比較出各類及個別香氣物質對樣品整體香氣的影響情況。

由表4可知，甜橙汁重組樣的香氣屬性遺漏試驗中，遺漏所有柑橘香、花香和果香屬性的香氣物質，感官人員可以較好地識別出正確樣品；同時遺漏了所有萜類、醇類和醛類的香氣物質，感官人員能較好地識別出正確樣品，充分證明了這幾種類別的香氣物質對甜橙汁的主體香氣起極其顯著的作用。此外，D-檸檬烯在單獨的條件下表現出淡淡的檸檬香，氣味清淡，但是在單一香氣物質遺漏試驗中，所有感官人員均能正確識別缺少D-檸檬烯的樣品，說明了雖然D-檸檬烯香氣不濃郁，但是對甜橙汁的主體香氣卻有著十分重要的作用。個別OAV值相對較低的香氣物質可能對主體香氣也有著十分重要的作用，從遺漏巴倫西亞橘烯的結果中可以看出，雖然巴倫西亞橘烯在甜橙汁中的OAV值相對不高，但是10名感官人員中有7名對其進行了正確的識別，說明巴倫西亞橘烯對甜橙汁的主體香氣有較強的貢獻。同時，壬醛、芳樟醇和丁酸乙酯對甜橙汁的香氣有較強的影響，這也與它們的OAV值大小相對應。

表4 甜橙汁重組樣遺漏試驗結果Table 4 Results of omission test in sweet orange juice recombination

由表5可知，在寬皮橘汁重組樣品中，遺漏所有清涼香、柑橘香、花香和其他香屬性的香氣物質，感官人員均可以較好地識別出正確樣品；同時遺漏了所有萜類、醇類和醛類的香氣物質，感官人員依舊可以較好地識別出正確樣品，充分證明了這幾種類別的香氣物質對寬皮橘汁的主體香氣起到極其顯著的作用。同時，D-檸檬烯依舊對寬皮橘汁的主體香氣有著較強的作用。單一的γ-松油烯有著一股酸橙味，一般被認為是異味物質，但是遺漏試驗的結果表明，γ-松油烯對寬皮橘汁的主體香氣有著十分重要的作用。同時正己醛的香氣描述為生脂肪味，在遺漏試驗中，有7名感官人員正確地識別出遺漏正己醛的重組樣品，說明正己醛是寬皮橘汁主體香氣的重要物質。另外，壬醛也是影響寬皮橘汁香氣的重要物質。α-蒎烯雖然OAV值不高，但是在遺漏試驗中卻被感官人員準確地識別出，表明其對寬皮橘汁的主體香氣有著較大的貢獻。

表5 寬皮橘汁重組樣遺漏試驗結果Table 5 Results of omission test in mandarin juice recombination

對比2組缺失試驗，發現幾乎各大類的香氣物質對柑橘汁的香氣有著決定性的作用。D-檸檬烯、芳樟醇和壬醛對兩類柑橘汁的主體香氣都有顯著的作用。巴倫西亞橘烯、癸醛和丁酸乙酯對甜橙汁的香氣有著顯著的作用；α-蒎烯、γ-松油烯和正己醛對寬皮橘汁的香氣有著顯著的作用。

2.3.2 逐一香氣成分遺漏試驗

為深入分析共性關鍵香氣對這2種果汁的典型風味構成的影響，進行了逐一香氣遺漏試驗，結果見表6。由表6可知，重組甜橙風味3-2模型體系在缺失巴倫西亞橘烯后，橙香的風味強度顯著下降；表明了巴倫西亞橘烯會使3-2模型體系的橘香增強。3-5模型體系在缺失了香芹酮后，橙香的風味強度增強作用，表明香芹酮的存在會使3-5模型體系的橙香風味減弱。同時，3-7模型體系中缺失γ-松油烯后，橙香風味強度減弱。3-14模型體系中遺漏對傘花烴后橙香強度顯著下降。由3-15～3-20模型體系可以看出，癸醛、D-檸檬烯、壬醛、芳樟醇和丁酸乙酯是構成橙香的關鍵風味物質。

表6 甜橙汁重組樣逐一遺漏試驗結果Table 6 Results of omission one by one test in sweet orange juice

由表7可知，重組寬皮橘風味4-1模型體系在遺漏了α-蒎烯后，橘香的風味強度出現下降，表明α-蒎烯的存在會使4-1模型體系的橘香風味增強。4-2模型體系缺失了β-蒎烯后橘香的風味強度增強，表明β-蒎烯會抑制4-2模型體系的橘香風味，使其減弱。

表7 寬皮橘汁逐一缺失試驗結果Table 7 Results of omission one by one test in mandarin juice

同時4-7和4-9模型體系分別缺失正己醛和癸醛后橘香的風味強度增加和減弱，其中正己醛為生脂肪味，癸醛為霉味和黃瓜味，2種香氣活性物質均不表現出柑橘的味道，表明了正己醛和癸醛這2種物質分別與4-7和4-9模型體系中的化合物產生了某種反應，使其主體香味發生改變。由4-10～4-14可以知道，γ-松油烯、壬醛、D-檸檬烯和芳樟醇是構成南豐蜜桔橘香風味的關鍵風味物質。

2.3.3 單一共性關鍵香氣成分對主體風味呈現的影響

按照之前的定量條件重新配置了4組由癸醛、D-檸檬烯、壬醛、芳樟醇和丁酸乙酯組成的橙香重組體系，分別往里面添加巴倫西亞橘烯、香芹酮、γ-松油烯和對傘花烴。結果表明:橙香重組體系的果香味十分濃郁，能夠聞出橙香但強度較低；添加對傘花烴和巴倫西亞橘烯的組合體系橙香的風味強度增加，但添加巴倫西亞橘烯的組合樣存在明顯的酸橙味，而3-2模型體系中，并沒有這種風味，這可能與3-2模型體系中的化合物有關，導致了巴倫西亞橘烯與體系中的某些香氣物質發生了反應，改變了主體風味。同時，添加了香芹酮的模型體系風味變化不大。此外，添加了γ-松油烯的橙香重組體系橙香風味強度顯著增強，且幅度大于對傘花烴和巴倫西亞橘烯，但組合體系中存在一股不愉悅的氣味。

同時，配置了4組由γ-松油烯、壬醛、D-檸檬烯和芳樟醇組成的橘香重組體系，分別往里面添加α-蒎烯、β-蒎烯、正己醛和癸醛。結果發現，橘香重組體系中存在一股明顯的生橘皮味，同時橘香味也較為明顯；此外發現添加了α-蒎烯和癸醛的重組體系橘香味增強，且添加了α-蒎烯后會產生一種青澀的風味；添加了β-蒎烯的重組體系會導致主體風味發生改變；添加了正己醛的重組樣品橘香變化不大，這可能是由于橘香重組體系中生橘皮味較為濃郁，從而影響了橘香強度變化的感官。

3 結論

本研究對國內36個品種的柑橘進行分析，其中甜橙和寬皮橘汁中分別檢出20和14種共性關鍵香氣。采用去除揮發性有機物的柑橘汁基質構建風味模擬體系，重組試驗證明了共性關鍵香氣可以較好地還原其柑橘汁的風味；遺漏實驗發現了構成長葉香橙橙香和南豐蜜桔橘香的關鍵風味物質。此外，一定濃度的對傘花烴、巴倫西亞橘烯和γ-松油烯對甜橙汁的橙香均有增強的作用，其中γ-松油烯增強幅度最大，但會產生不愉悅的氣味，巴倫西亞橘烯會產生酸橙的氣味；α-蒎烯和葵醛對寬皮橘汁的橘香均有增強的作用，其中α-蒎烯會產生青澀的風味，兩類柑橘汁中部分共性關鍵香氣對柑橘汁主體風味呈現的影響十分顯著且復雜?；诖?，后續對柑橘汁進行復配時可以以共性關鍵香氣為基礎，解決寬皮橘汁風味偏淡和滯銷等問題。