添加橙油對橙汁風味和穩定性的影響

崔翠翠，劉 月，榮 光，曾 鳴,4,*，宋 昊

（1.北京一輕控股有限責任公司，北京 100022；2.北京一輕研究院有限公司，北京 101111；3.北京北冰洋食品有限公司，北京 102600；4.北冰洋（北京）飲料食品有限公司，北京 102600）

橙汁是一種廣受全世界消費者喜愛的飲品，不僅能夠提供人體所需的多種維生素和礦物質，同時還富含類黃酮和多酚等生物活性物質[1]，具有預防氧化應激、抵抗炎癥，以及防治相關慢性疾病的作用[2]。根據溶解性不同，橙汁中的營養功效成分可分為親水性成分和親脂性成分兩大類，親水性營養成分主要包括水溶性果膠、維生素、礦物質和有機酸等，親脂性成分主要包括橙油和黃酮類化合物等。其中，橙油是一類復雜的有機化合物，包含200 多種化學物質成分，主要成分為檸檬烯和芳樟醇等萜烯類化合物[3]。這些小分子物質少量存在于飲料中便能起到強化香氣，增加果汁感等作用，因此，橙油在飲料生產上應用非常廣泛，但其含量對飲料尤其是橙汁飲料風味的影響尚不清晰，值得深入研究。

由于橙油自身理化性質不穩定[4-5]，在水體系的飲料產品中表現出較低的溶解度。橙油還會與橙汁中的內源活性成分發生相互作用，進而影響橙汁體系的穩定性。YANG 等[6]發現柑橘黃酮在橙油中表現出更好的溶解性，ZHAO 等[7]發現柑橘果膠具有乳化作用，與精油形成的乳液粒徑最小最穩定。同時，通過以柑橘果膠為乳化劑、柑橘精油為油相、含有柑橘水溶性成分的溶液為水相，可以構建出高穩定性的柑橘乳液體系[8]。以上研究只是針對單個柑橘內源活性成分與柑橘油的相互作用，體系比較單一，尚缺乏真實橙汁體系穩定性如何受橙油影響的研究。商業橙汁產品在貨架期需維持較好的穩定性，故有必要了解橙汁加工時混入橙油含量對橙汁穩定性的影響，為生產加工穩定的橙汁產品提供理論依據。

因此，本研究通過向橙汁中添加不同比例的橙油，并測定橙汁中香氣化合物及狀態的變化，來探究橙油添加量對橙汁風味物質組成和穩定性的影響，以期為相關橙汁加工及飲料生產企業提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

濃縮橙汁 南充佳美食品工業有限公司；橙油江西省野芳香料貿易有限公司；C7～C30飽和正構烷烴 色譜純，美國Supelco 公司；α-甲基肉桂醛標準品 純度≥97%，色譜純，美國Supelco 公司。

ME204 型萬分之一電子天平 瑞士梅特勒-托利多公司；7890A-5975C 型氣相色譜質譜聯用儀、DB-WAX 毛細管色譜柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）美國Agilent 公司；SPME 萃取頭（50/30 μm 二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷） 美國Supelco公司；APV-1000 型高壓均質機 斯必克流體技術有限公司；Turbiscan Lab 穩定性分析儀 法國Formulaction 公司；DW-HL398 型超低溫冷凍儲存箱中科美菱低溫科技有限責任公司；IKA RCT digital磁力攪拌器 德國艾卡儀器設備公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 稱取適量濃縮橙汁加純凈水進行攪拌稀釋，制備可溶性固形物含量為12.5°Brix 的橙汁。向橙汁中分別添加0、0.10%、0.25%、0.50%和1.00%的橙油，采用磁力攪拌器（1000 r/min，5 min）使橙油充分分散在橙汁中，之后采用均質機進行均質，均質壓力為30 MPa，均質2 次，裝瓶后于85 °C水浴鍋殺菌15 min，從而制備不同比例橙油的橙汁樣品，以備后續風味物質的檢測，感官品評和穩定性分析。

1.2.2 GC-MS 分析

1.2.2.1 HS-SPME 參考文獻[9]的方法并做適當修改，分別吸取5 mL 不同橙油含量的橙汁，置于20 mL 頂空進樣瓶中，加入2.0 g NaCl、1 μL 內標（10.045 mg/mL 的α-甲基肉桂醛），密封。設置自動進樣器程序為：45 °C 平衡15 min 后，插入SPME 萃取頭萃取40 min，最后在GC-MS 進樣口240 °C 解析10 min，進行GC-MS 分析。

1.2.2.2 GC-MS 分析條件 參考文獻[9]的方法并做適當修改，氣相色譜柱為DB-WAX 石英毛細管柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm），進樣口溫度為240 °C；升溫程序為：40 °C 保持3 min，以3 °C/min 升至120 °C，保持5 min，然后以5 °C/min 升至200 °C，保持5 min，再以20 °C/min 升至240 °C，保持10 min；He 流速為1.0 mL/min，分流進樣。

1.2.2.3 質譜條件 電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量70 eV，傳輸線溫度240 °C，離子源溫度230 °C，四極桿溫度150 °C，質量掃描范圍20.00～400.00 m/z，溶劑延遲5 min。

1.2.3 定性定量分析 將掃描結果與NIST11 譜庫（匹配度大于80）對照進行成分鑒定，并將化合物的保留指數（retention index，RI）與文獻值進行驗證，從而實現未知化合物的定性。RI 根據改進的Kovats法計算，采用相同的儀器條件對C7～C30正構烷烴標準品進行GC-MS 分析，根據正構烷烴標準品的保留時間計算未知化合物的保留指數[10]，化合物RI 按公式（1）計算。此外，采用α-甲基肉桂醛為內標進行半定量分析，根據被測化合物和內標物相應的色譜峰面積之比，計算被測組分含量，化合物的濃度按公式（2）計算。

式中，tn和tn+1為碳數為n、n+1 的正構烷烴的保留時間，min；ti為tn與tn+1之間的第i 個化合物的保留時間，min。

式中，Cx、Ci分別為樣品揮發性化合物和內標化合物的濃度，μg/L；Sx、Si分別為樣品揮發性化合物和內標化合物的峰面積。

1.2.4 感官品評 參照橙汁飲料的感官評價要求[11]，選擇12 名經過專業培訓的人員（男女比例為1:1，年齡在35 歲以上占比約33%）組成感官評價小組，制定感官評價標準，見表1。分別從色澤、橙香、滋味和整體風味這4 個維度進行品評，滿分100 分。

表1 橙汁感官評價標準Table 1 The sensory evaluation criteria of orange juice

1.2.5 穩定性分析 將待測樣品放入20 mL 的測量池內，選用背散射光模式對樣品進行分析[12]。采用掃描模式進行測量，測量探頭從樣品池的底部到樣品池的頂部每40 μm 測量一次，完成樣品池從底部到頂部的一次掃描。掃描曲線給出了不同掃描時間透射光和反射光隨樣品高度的變化關系，以樣品初始值為對照，樣品與之的相對值反映體系的變化。掃描時長設定為24 h，0～1 h 內每隔5 min 掃描一次，1～3 h內每隔10 min 掃描一次，3～24 h 內每隔30 min 掃描一次，溫度設定為37 ℃，第一次掃描顯示藍色，最后一次顯示紅色，曲線從左到右代表樣品從底部到頂部。

1.3 數據處理

成分含量所得結果以平均值±標準差表示。本研究所得數據采用Origin 2019 進行繪圖，SIMCA 14.1 進行偏最小二乘判別分析（PLS-DA）。Turbiscan 穩定性分析儀采集數據使用TurbiSoft 2.0 軟件進行數據分析。所有實驗重復3 次。

2 結果與分析

2.1 橙油添加對橙汁揮發性組分的影響

對含有不同比例橙油的橙汁進行HS-SPMEGC-MS 測定，其揮發性組分的定性和定量結果如表2 所示。在未添加橙油的橙汁中只檢測到了19 種風味化合物，其中D-檸檬烯的含量最高（4.134 μg/L），其次為苯甲醛（0.283 μg/L），還檢測到β-紅沒藥烯、β-月桂烯、芳樟醇、苯乙酮、巴倫西亞橘烯和香芹酮等揮發性香氣物質。D-檸檬烯一般為柑橘類精油的主要揮發性成分，具有柑橘味和水果味，但香氣閾值較高，呈現的香氣強度不高[13-14]。苯甲醛在感官分析上具有較低的閾值，具有杏仁香，賦予橙汁獨特的甜橙氣味[15]。巴倫西亞橘烯也具有典型的柑橘香氣，在多種柑橘中都有檢出[16]。

表2 添加不同比例的橙油對橙汁揮發性組分的影響Table 2 Effect of different orange oil addition on the flavor components of orange juice

當添加0.10%、0.25%、0.50%和1.00%的橙油后，檢測到的揮發性成分分別增加至58、69、70、71 種。在添加1.00%橙油的橙汁檢出的71 種化合物中，醇類有18 種、萜類有29 種、酯類有4 種、醛類有14 種、酮類有6 種。其中，除苯乙酮外，剩下的70 種揮發性成分在橙汁中的含量隨著橙油添加量的增加而增加，說明這些化合物是橙油的主要揮發性組分。

揮發性組分中增加最明顯的化合物為萜類，萜類物質對橙油的香氣具有重要貢獻，在柑橘中種類最多，含量也最高。對個體香氣成分而言，增加明顯的化合物有D-檸檬烯、β-月桂烯、α-蒎烯、側柏烯、β-水芹烯、3-蒈烯、γ-松油烯和巴倫西亞橘烯。當橙油添加量從0 增至0.10%、1.00%時，D-檸檬烯的含量由4.134 μg/L 增至184.030、599.809 μg/L，其含量顯著性地高于D-檸檬烯的閾值，可使其發揮的香氣作用有明顯提升。同時，β-月桂烯的含量在橙油添加量為1.00%時也達到了42.778 μg/L，其具有令人愉快的香脂香氣[17-18]，對甜橙果實香氣品質也有一定的貢獻。此外，據報道，其他含量增加明顯的萜類化合物有α-蒎烯、3-蒈烯、巴倫西亞橘烯和γ-松油烯，也能明顯影響橙汁的橘香，對甜橙汁主體風味的呈現起著十分重要的作用[19]。

醇類化合物中增加最明顯的組分依次為芳樟醇、辛醇和α-松油醇。隨著橙油添加量的增加，芳樟醇的含量由原始的0.024 μg/L 最高增加至11.846 μg/L，辛醇和α-松油醇的含量基本上在0～2.500 μg/L 范圍內。研究表明，芳樟醇和辛醇分別呈現花香和蠟質香，被認為是柑橘果實的香氣活性物質[14,20]。α-松油醇是檸檬烯的降解產物，低濃度時呈現明顯的甜香，但是其含量增加會對柑橘汁香氣產生負面影響，影響果汁的感官品質，被看作是柑橘汁陳化的指標[21]。

醛類化合物中增加最明顯的組分依次為癸醛、正辛醛、橙花醛、順式-檸檬醛和（+）-香茅醛。其中，癸醛和正辛醛的含量在橙油添加量為0.50%時已經分別達到4.532 μg/L 和3.022 μg/L，而橙花醛和順式-檸檬醛的含量則分別為1.760 μg/L 和1.095 μg/L。癸醛是柑橘汁中重要的直鏈醛，主要呈現類似橙子的香氣[22]。據報道，正辛醛具有醛香、臘香、蘋果皮香、橙柑香氣，并且香氣閾值低，極度稀釋后有甜橙樣香氣，其含量的增加有利于加強柑橘汁的主體風味[23]。順式-檸檬醛和香茅醛則分別與花香和薄荷味呈現較強的相關性，可以對柑橘汁風味起到一定的修飾作用[24]。

酯類和酮類化合物增加量較少，其在1.00%橙油添加量橙汁中的合計含量分別為0.422 μg/L 和0.911 μg/L。酯類主要貢獻果香，其中丁酸乙酯是構成橙香的關鍵風味物質之一，其香氣閾值較低，故少量存在也能對甜橙汁的香氣有著顯著性的作用[19]；酮類一般認為具有青香氣味、香草香和果香，其中含量比較高的香芹酮一般呈現留蘭香，其存在反而減弱了橙香強度，但不會改變整體風味[25]。

2.2 橙油添加量與揮發性組分的相關性分析

為了探究不同橙油添加量與橙汁揮發性組分的相關性，采用有監督的偏最小二乘判別分析（PLSDA）模型對不同橙油添加量的橙汁香氣物質進行分析（圖1）。結果顯示，前兩個主成分的累計貢獻率達到了99.695%，說明前兩個主成分能很好地概括原始數據的大部分信息。由圖1 可知，未添加橙油的橙汁、低添加量的橙汁（0.10%和0.25%）和高添加量的橙汁（0.50%和1.00%）樣品基本能區分開來，高添加量的橙汁樣品（0.50%和1.00%）整體分布于主成分1 的負半軸（圖1a），結合載荷圖可知（圖1b），幾乎所有定量的香氣物質基本上都處在負半軸，這表明添加橙油能顯著性地影響橙汁的香氣物質組成。

圖1 不同橙油添加量對橙汁香氣物質PLS-DA 分析Fig.1 PLS-DA analysis of aroma compounds in orange juice with different orange oil addition

為了進一步篩選出橙油帶給橙汁的關鍵特征差異香氣物質，將每種香氣物質在模型中的變量投影重要性值（variable importance for the projection，VIP）進行分析。通常認為，VIP 值大于1 的變量（香氣成分）對于模型的判別是重要的。如圖1c 所示，VIP 大于1 的香氣物質，主要包括萜類物質（α-蒎烯、左旋-β-蒎烯、側柏烯、β-月桂烯、D-檸檬烯、反式-摩勒-3,5-二烯、檸檬烯環氧化物、α-蓽澄茄油烯、β-古巴烯、β-石竹烯、巴倫西亞橘烯、β-紅沒藥烯、Δ-杜松烯），醛類物質（（+）-香茅醛、苯甲醛、十一醛、十二醛、甜橙醛），醇類物質（（-）-4-萜品醇、1-壬醇），這些化合物都是區分不同橙油添加量的橙汁樣品的重要香氣物質，其中，重要的關鍵化合物依次為D-檸檬烯，β-月桂烯，巴倫西亞橘烯，十一醛，（-）-4-萜品醇，左旋-β-蒎烯和側柏烯。

2.3 添加橙油對橙汁感官屬性的影響

分別對添加不同比例橙油的橙汁進行感官品評，結果如表3 所示。由表3 可知，0.10%橙油添加量的橙汁其滋味和整體風味最優，而橙香要略差于0.25%和0.50%的橙油添加量樣品，但三者之間沒有顯著性差異（P＞0.05）。未添加橙油的橙汁其色澤、橙香均最差，這說明橙油能有效提高橙汁的顏色屬性和橙香風味。當逐漸增加橙油的添加量時，橙汁的橙香顯得過于濃郁，甚至呈現不典型的橙香，其滋味和整體風味也均呈現下降的趨勢，這說明橙油添加量高于0.50%時，將不利于提高橙汁的感官品質。綜合色澤、橙香、滋味和整體風味評分，可以發現，0.10%橙油添加量樣品的總分高于70 以上，與0.25%的橙油添加量樣品之間無顯著性差異（P＞0.05），這說明橙油添加量在0.10%～0.25%之間時橙汁的感官風味最佳。

表3 不同橙油添加量的橙汁的感官品評結果Table 3 Sensory score of orange juice with different orange oil addition

2.4 添加橙油對橙汁穩定性的影響

添加不同比例橙油的橙汁背反射光強度隨時間的變化如圖2～圖6 所示，結果表明：添加不同比例的橙油對橙汁的穩定性影響顯著，這可能是由于橙油通過與橙汁中的膳食纖維和蛋白質通過親水、疏水相互作用相結合，從而影響橙汁的穩定體系[26]。

圖2 未添加橙油橙汁的穩定性曲線Fig.2 Stability curve of orange juice without addition of orange oil

未添加橙油（圖2）和添加0.10%橙油（圖3）的橙汁，其背散射光隨時間的變化相似，即在下部出現沉淀，15～20 mm 處以及頂部出現下凹的峰，說明存在輕微的澄清。出現這種現象主要是由于橙汁中的果肉粒徑較大，無法通過布朗運動保持懸浮狀態，受重力作用逐漸下沉[27]。

圖3 添加橙油0.10%（W/W）后橙汁的穩定性曲線Fig.3 Stability curve of orange juice with addition of orange oil (0.10%, W/W)

圖4 為橙油添加量為0.25%（W/W）的橙汁，其背散射光分別在上部和下部增強，說明橙汁中的果肉部分發生了上浮、部分發生了下沉。由揮發性成分可知，添加橙油引入的關鍵性揮發性化合物主要為萜類和直鏈脂肪醛，包括D-檸檬烯、β-月桂烯、巴西倫亞橘烯和（-）-4-萜品醇等，這些揮發性化合物同時具有極性和非極性基團，因此可以與部分果肉通過相互作用發生吸附作用，使得這部分果肉密度小于橙汁主體溶液密度，引起上浮，其余未發生吸附作用的果肉密度則大于橙汁主體溶液密度，引起下沉[28-29]。

圖4 添加橙油0.25%（W/W）后橙汁的穩定性曲線Fig.4 Stability curve of orange juice with addition of orange oil(0.25%, W/W)

圖5 和圖6 分別為橙油添加量為0.50%（W/W）和1.00%（W/W）的橙汁，其穩定性曲線與圖2、圖3呈現完全相反的現象。隨著時間推移，其背散射光強逐漸在上部增強，說明果肉發生了上浮現象。結合前面揮發性物質的分析中，發現橙油向橙汁中引入了大量的揮發性成分，尤其是D-檸檬烯，標準狀態下D-檸檬烯的密度約為0.84 g/mL，被甜橙果肉大量吸附后，會導致甜橙果肉復合物密度小于橙汁主體溶液密度，進而發生上浮現象[30]。因此，混入或添加過多橙油會導致橙汁發生果肉上浮的非常見現象，在加工橙汁或含果肉橙汁飲料時應注意避免。

圖5 添加橙油0.50% （W/W）后橙汁的穩定性曲線Fig.5 Stability curve of orange juice with addition of orange oil (0.50%, W/W)

圖6 添加橙油1.00% （W/W）后橙汁的穩定性曲線Fig.6 Stability curve of orange juice with addition of orange oil (1.00%, W/W)

3 結論

本研究采用HS-SPME-GC-MS 對添加不同比例橙油的橙汁樣品進行定性定量分析，發現添加橙油能有效提升橙汁的香氣物質含量。隨著橙油比例的增加，D-檸檬烯、β-月桂烯、α-蒎烯、芳樟醇、側柏烯和癸醛等柑橘特征揮發性成分的含量增加最為明顯，D-檸檬烯香氣閾值雖較高，但含量的顯著升高對橙汁香氣提升的作用也不可忽視，其他萜烯、醛類和醇類也是橙油中影響風味的關鍵性化合物。然而，添加不同比例的橙油，橙汁會不同程度的出現上浮下沉以及上浮嚴重的現象，這說明橙油引入的這些揮發性成分會顯著性地影響橙汁的穩定性。因此，在實際加工橙汁飲料時，可通過控制橙汁加工自然引入或回添橙油來提升橙汁風味，但如果不希望出現果肉上浮現象，應盡量控制橙汁飲料中橙油含量小于或等于0.10%，感官測試也表明添加0.10%橙油的橙汁其滋味和整體風味最優。以上結果為研究橙油的揮發性組分在橙汁體系的作用機制奠定基礎，同時，對橙汁加工和橙汁飲料的開發提供參考。后續橙油組分與中低濃度橙汁飲料的相互作用值得進一步研究探討。

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