榨前分離蘋果清汁中香氣成分分析

鄧 紅, 王小宏, 賀小化, 夏秋敏, 郭玉蓉, 孟永宏,*

(1.陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院,陜西西安 710062;2.天水長(zhǎng)城果汁集團(tuán)有限公司,甘肅天水 741024)

水果蔬菜在其成熟的過(guò)程中會(huì)形成各種揮發(fā)性和半揮發(fā)性的香氣成分,如酯、醛、醇和揮發(fā)性酸類物質(zhì)等,并以一定的比例構(gòu)成了果蔬特有的香氣.隨著國(guó)際市場(chǎng)對(duì)果蔬品質(zhì)要求的不斷提高以及食品工業(yè)對(duì)天然風(fēng)味物質(zhì)需求的不斷增加,果品香氣已成為衡量果品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[1-3].果汁中揮發(fā)性香氣成分是果汁的一個(gè)重要特征參數(shù),是判斷果汁品質(zhì)的一個(gè)考察因素,因此測(cè)定其香氣成分組成和含量比例關(guān)系,對(duì)于果汁的品質(zhì)鑒定及生產(chǎn)加工具有重要的意義.

蘋果是我國(guó)具有明顯優(yōu)勢(shì)的農(nóng)產(chǎn)品,蘋果的香氣是構(gòu)成其風(fēng)味和品質(zhì)的重要特征之一,其香氣成分非常復(fù)雜,現(xiàn)今已知的組分超過(guò)了350種,其中酯類香氣成分是構(gòu)成蘋果特征香氣最重要的組分[4-6].

目前,提取香氣物質(zhì)的方法很多,如溶劑萃取法、水蒸氣蒸餾法、固相微萃取法等.應(yīng)用較多的是固相微萃取法,該方法無(wú)需有機(jī)溶劑,分析樣品量少,操作簡(jiǎn)單、快速,靈敏度高、成本低;通過(guò)吸附/脫吸附技術(shù),富集樣品中的揮發(fā)性和半揮發(fā)性成分,能盡可能減少香氣物質(zhì)的損失,并能與氣相色譜-氫火焰檢測(cè)器(GC-FID)、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用[7-8].因此,固相微萃取已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水、食品、環(huán)境以及生物樣品分析,特別在香氣成分分析中發(fā)揮了很大作用[9-11].

GC-MS聯(lián)用技術(shù)是分析化學(xué)的里程碑,其具有氣相色譜GC的高分辨率和質(zhì)譜MS的高靈敏度,是生物樣品中藥物與代謝物定性定量的有效工具,已廣泛應(yīng)用于復(fù)雜混合物的檢測(cè)和分析[12].特別是近年來(lái),隨著分析儀器和樣品前處理技術(shù)的發(fā)展,GC-MS聯(lián)用技術(shù)在植物揮發(fā)性成分的分析水平得到很大提高.

本研究采用固相萃取技術(shù)結(jié)合GC-MS聯(lián)用儀分析測(cè)定自行開發(fā)的新工藝——榨前分離技術(shù)生產(chǎn)的蘋果清汁香氣成分,同時(shí)對(duì)比榨前分離果汁與傳統(tǒng)工藝果汁在香氣成分上的差異,考察基于冷破碎關(guān)鍵設(shè)備的榨前分離新工藝對(duì)果汁香氣成分的影響,旨在評(píng)價(jià)本實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新工藝下果汁的品質(zhì),為蘋果加工技術(shù)的改進(jìn)和新技術(shù)的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅富士蘋果原料采于陜西省咸陽(yáng)市長(zhǎng)武縣果園,置冷庫(kù)(0±1℃)貯藏待用.

氯化鈉、氫氧化鈉、酚酞、鄰苯二甲酸氫鉀、抗壞血酸等分析純?cè)噭┖?-甲基-2-戊醇標(biāo)品(純度≥98%)、甲醛(色譜純)等均購(gòu)自西安森博化玻儀器供應(yīng)站.

1.2 儀器與設(shè)備

1.2.1 主要儀器

WF-A2000型榨汁機(jī),浙江永康市偉豐電器公司;800B型低速臺(tái)式離心機(jī),上海市安亭科學(xué)儀器廠;SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵,鄭州市長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司;YP601N型電子天平,上海市精密科學(xué)儀器有限公司;HH-6型電熱恒溫水浴鍋,金壇市佳美儀器有限公司;7890A/5975C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,美國(guó) Agilent公司;頂空固相微萃取手動(dòng)進(jìn)樣手柄,美國(guó)Supelco公司;HP-5型氣質(zhì)色譜柱,美國(guó)Agilent公司;65 μm PDMS/DVB型固相微萃取頭:美國(guó)Supelco公司.

1.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

冷破碎設(shè)備,陜西師范大學(xué)食品學(xué)院與西安鼎合機(jī)械公司共同研制,見(jiàn)圖1.

圖1 冷破碎設(shè)備Fig.1 Cold pulping equipment

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 蘋果清汁的制備工藝

工藝流程:原料果沖洗→揀選→破碎打漿(傳統(tǒng)工藝與榨前分離工藝)→離心→過(guò)濾→超濾→蘋果汁香氣成分分析→貯藏.

其中:破碎打漿環(huán)節(jié)中的傳統(tǒng)工藝為整果破碎;榨前分離工藝為用冷破碎設(shè)備去皮去核后再破碎.制得兩組樣品,分別是榨前分離工藝蘋果清汁和傳統(tǒng)工藝蘋果清汁.

1.3.2 固相微萃取

參考文獻(xiàn)[13]的方法,將65 μm PDMS/DVB固相微萃取的萃取頭在氣相色譜的進(jìn)樣口進(jìn)行老化,老化溫度為250℃,載氣為He氣,體積流量為0.8 mL/min,分流比50∶1,老化時(shí)間為2 h.

取果汁樣品4 mL于10 mL頂空樣品瓶中,加入1 mg/mL內(nèi)標(biāo)4-甲基-2-戊醇標(biāo)準(zhǔn)溶液0.01 mL,混勻,密封,在40℃水浴中恒溫處理10 min,萃取頭安裝在頂空固相微萃取手動(dòng)進(jìn)樣手柄中,將萃取頭穿透隔墊插入到樣品瓶中,推出纖維頭,打開磁力攪拌使轉(zhuǎn)子在果汁中迅速轉(zhuǎn)動(dòng),于40℃恒溫頂空吸附30 min,縮回纖維頭,從樣品瓶中拔出萃取頭直接插入氣相色譜儀并推出纖維頭,于250℃解析6 min,同時(shí)啟動(dòng)儀器采集數(shù)據(jù),待分析.

1.3.3 氣相色譜質(zhì)譜分析

氣相色譜條件:毛細(xì)管柱TRACE TR-5 MS 30 m ×0.25 mm ×0.25 μm;載氣為 He,純度 ≥99.999%,載氣流量0.8 mL/min;不分流進(jìn)樣;檢測(cè)器為FID(氫火焰離子化檢測(cè)器),溫度為300℃;進(jìn)樣口溫度為280℃.程序升溫:起始溫度40℃保持3 min,然后以3℃/min升溫至140℃,保持5 min,再以10℃/min的速率升溫至270℃,保持1 min.

質(zhì)譜條件:EI電離源,電離電壓為70 eV,離子源溫度230℃,全離子掃描(SCAN),掃描范圍30～400 u.

定性分析:各組分質(zhì)譜經(jīng)計(jì)算機(jī)質(zhì)譜庫(kù)(NIST 2008版本:V.2.0.F)檢索及進(jìn)行資料分析,選取匹配度大于80(最大值100)的鑒定結(jié)果,才能確定該香氣成分.

定量分析:選擇內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量.以4-甲基-2-戊醇為內(nèi)標(biāo),以蘋果中常見(jiàn)的代表性的芳香成分,如反式-2-己烯醛測(cè)定其對(duì)4-甲基-2-戊醇的相對(duì)響應(yīng)值.果汁樣品中鑒定的酸類、醇類和酯類物質(zhì)的質(zhì)量濃度以相應(yīng)的真實(shí)物質(zhì)或結(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)的相對(duì)響應(yīng)值進(jìn)行計(jì)算.

2 結(jié)果與分析

2.1 榨前分離工藝蘋果清汁和傳統(tǒng)工藝蘋果清汁的香氣成分分析結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)制備的蘋果清汁樣品通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析后得的總離子流圖見(jiàn)圖2和圖3.可以看出,兩種工藝的果汁中的香氣成分有很大的相似性,且出峰時(shí)間比較接近,這些香氣成分中含量較高的有:α-法尼烯、反式-2-己烯醛、乙酸己酯、乙酸乙酯等.在傳統(tǒng)工藝果汁中,檢測(cè)到一種物質(zhì)5-羥甲基糠醛,其含量較高;但在榨前分離蘋果汁中未檢測(cè)到,這種物質(zhì)是葡萄糖或果糖在高溫下發(fā)生美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)及抗壞血酸氧化分解反應(yīng)的共同中間產(chǎn)物,對(duì)產(chǎn)品的顏色和風(fēng)味有一定影響[14].

各類香氣成分如表1,蘋果汁的香氣成分與蘋果本身的香氣一樣,主要為酯類、醛類、醇類、酸類、酮類和其他一些物質(zhì),與其他研究者得出的結(jié)論相吻合[15].

圖2 榨前分離蘋果清汁芳香成分總離子流圖Fig.2 Total ionic chromatogram of aroma component in apple juice produced by pressing pre-peeled apple

圖3 傳統(tǒng)工藝蘋果清汁芳香成分總離子流圖Fig.3 Total ionic chromatogram of aroma component in apple juice produced by traditional technology

榨前分離蘋果清汁經(jīng)氣質(zhì)分離出30多個(gè)峰,鑒定了23種香氣成分,總量為22.23 μg/mL;傳統(tǒng)工藝果汁經(jīng)氣質(zhì)分離出48個(gè)峰,共鑒定了33種香氣成分,總量為 52.30 μg/mL.

從香氣成分的種類和含量看,傳統(tǒng)工藝蘋果清汁都高于榨前分離清汁,尤其是含量上多了57.49%,有顯著性差異,說(shuō)明榨前分離工藝對(duì)蘋果清汁的香氣成分影響較大.由于果皮是香氣成分最集中和種類最豐富的部位[16],而榨前分離工藝中果皮在榨汁前就被去掉,因此很大一部分香氣成分就損失掉了.所以,榨前分離工藝中以果皮為主的副產(chǎn)品具有很大的香氣回收價(jià)值,將香氣的回收并回添至果汁中非常必要.

2.2 兩種工藝下蘋果清汁的香氣成分比較

將榨前分離工藝蘋果清汁和傳統(tǒng)工藝蘋果清汁的香氣成分的種類進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)圖4.

由圖4可見(jiàn),將果汁中的香氣成分分為6類,傳統(tǒng)工藝果汁中,這幾類化合物的含量從高到低為:醛類香氣、脂類香氣、烯類香氣、酮類香氣、酸類香氣、醇類香氣.醛類香氣是蘋果汁中香氣的主要物質(zhì),質(zhì)量濃度為17.357 μg/mL,占香氣總量的32.77%,反式-2-己烯醛均在樣品中檢測(cè)出較高的含量,該物質(zhì)可作為果汁香氣的特征成分;脂類香氣的總量為16.743 μg/mL,占香氣總量的32.01%,其中乙酸己酯的含量較高,該成分是脂類香氣的代表;烯類香氣的總量為11.195 μg/mL,占香氣總量的21.41%,其中α-法尼烯的含量較高,是烯類香氣的代表;酮類香氣的總量為1.377 μg/mL,占香氣總量的2.63%;酸類香氣的總量為 2.60 μg/mL,占香氣總量的4.97%,其中13-二十碳烯酸的含量較高;醇類香氣的總量為2.259 μg/mL,占香氣總量的4.32%,其中1-己醇含量較高可以作為醇類香氣的代表,其他香氣成分占香氣總量的1.07%.

表1 榨前分離與傳統(tǒng)工藝果汁芳香成分檢測(cè)結(jié)果Tab.1 Results of aroma component in apple juice produced by different technology

續(xù)表1

圖4 不同工藝果汁中香氣成分質(zhì)量濃度對(duì)比Fig.4 Comparison diagram of aroma component in different apple juice concentrate

榨前分離果汁中6類香氣的排序從高到低為:烯類香氣、脂類香氣、醛類香氣、醇類香氣、酮類香氣、酸類香氣.各類香氣成分的含量都低于傳統(tǒng)工藝果汁,烯類香氣的含量為8.465 μg/mL,比傳統(tǒng)工藝果汁減少了24.39%;脂類香氣的含量為6.666 μg/mL,比傳統(tǒng)工藝果汁減少了60.19%;醛類香氣的含量為 5.526 μg/mL,比傳統(tǒng)工藝果汁減少了68.16%;醇類香氣的含量為0.561 μg/mL,比傳統(tǒng)工藝果汁減少了75.16%;酮類香氣的含量為0.441 μg/mL,比傳統(tǒng)工藝果汁減少了67.97%;酸類香氣的含量為0.077 μg/mL,比傳統(tǒng)工藝果汁減少了97.04%.

從以上數(shù)據(jù)可以看出,榨前分離工藝對(duì)果汁香氣的影響是顯著的,含量較高的三類香氣有醛類、脂類和烯類,從這三類香氣來(lái)看,對(duì)醛類香氣的影響是最大的,脂類香氣次之,烯類香氣影響較小;對(duì)于果汁中含量較少的酮類、酸類和醇類香氣的影響也是顯著的,降低百分比均大于75%.

3 結(jié) 論

1)榨前分離蘋果清汁經(jīng)氣質(zhì)分離出30多個(gè)峰,鑒定了23種香氣成分,總量為22.23 μg/mL,傳統(tǒng)工藝果汁經(jīng)氣質(zhì)分離出48個(gè)峰,共鑒定了33種香氣成分,總量為52.30 μg/mL,榨前分離工藝清汁中的香氣含量減少了57.49%.

2)兩種工藝下蘋果清汁香氣成分含量較高的共性成分有:α-法尼烯、反式-2-己烯醛、乙酸己酯、乙酸乙酯、3(2H)-呋喃酮、13-二十碳烯酸、1-己醇等.

3)榨前分離蘋果清汁中各類香氣成分的含量都低于傳統(tǒng)工藝果汁,烯類香氣的含量減少了24.39%,脂類香氣的含量減少了60.19%,醛類香氣的含量減少了68.16%,醇類香氣的含量減少了75.16%,酮類香氣的含量減少了67.97%,酸類香氣的含量減少了97.04%.

榨前分離工藝對(duì)果汁香氣的影響是顯著的,含量較高的三類香氣中,對(duì)醛類香氣的影響是最大的,脂類香氣次之,烯類香氣影響較小;對(duì)果汁中含量較少的酮類、酸類和醇類香氣的影響也是顯著的.自行開發(fā)的榨前分離新工藝其果皮副產(chǎn)品中香氣的回收與回添非常必要.

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