蘋果汁香氣物質研究進展

鄧健康，劉　璇，吳昕燁，畢金峰，*，焦　藝，鐘耀廣

（1.中國農業(yè)科學院農產品加工研究所，農業(yè)部農產品加工重點實驗室，北京100193；2.上海海洋大學食品學院，上海201306）

蘋果汁香氣物質研究進展

鄧健康1，2，劉璇1，吳昕燁1，畢金峰1，*，焦藝1，鐘耀廣2

（1.中國農業(yè)科學院農產品加工研究所，農業(yè)部農產品加工重點實驗室，北京100193；2.上海海洋大學食品學院，上海201306）

香氣成分是構成蘋果汁典型風味、影響其整體品質的重要因素。研究其香氣化合物對于保持蘋果汁的特征香氣、提高蘋果汁的整體香氣品質具有重要意義。該文概述了蘋果汁中主要的香氣成分、蘋果汁香氣物質分析方法、香氣活性物質及其閾值的研究、蘋果汁香氣的主要來源和影響因素，以期為進一步深入研究和工業(yè)化生產提供理論指導。

蘋果汁，香氣，分析，香氣活性物質

蘋果（Malus domestica）是薔薇科（Rosaceae）蘋果屬（Malus）植物的果實，果實汁多、脆嫩、酸甜適口，耐貯藏[1]。聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織（FAO，Food and Agriculture Organization）統(tǒng)計數據顯示，2012年中國蘋果產量達到3700萬t，約占世界蘋果產量的1/2[2]。蘋果汁是主要的蘋果加工制品。以陜西省為例，大部分蘋果用于生產出口國際市場的蘋果汁，占國際濃縮蘋果汁市場約1/3的份額[3]。蘋果汁是世界上最受歡迎的果汁之一，富含糖類、多酚、果膠、維生素C等營養(yǎng)成分[4]。蘋果汁具有獨特的風味，其中香氣成分是影響其質量和產品典型性的重要因素，是評價蘋果汁品質的一個重要指標。

國內外研究學者已經對蘋果汁的香氣物質進行了廣泛而深入的研究，目前的研究主要包括以下幾個方面：不同品種、成熟度、不同加工類型和產地的蘋果汁的香氣物質差異；香氣物質提取和分析方法的研究；香氣活性物質的研究；香氣活性物質閾值的研究；加工過程中香氣物質的保持和變化等。

該文對蘋果汁中主要的香氣成分、香氣化合物的分析方法、香氣活性物質鑒定和閾值、蘋果汁香氣的主要來源和影響因素的研究進行了綜述，以期對蘋果汁香氣成分的研究提供參考。

1　蘋果汁中主要的香氣成分

香氣是蘋果汁典型風味的重要組成部分，目前已經鑒定出的蘋果汁香氣成分已有300多種[5]。主要包括酯類、醇類、醛類[6-8]，另含有少量酮類、萜烯類、醚類、烴類、酚類、脂肪酸類物質。因影響因素眾多，不同蘋果汁中香氣物質的種類存在差異，例如Komthong等[9]的研究表明喬納金鮮榨蘋果汁中酯類、醇類和醛類分別占38%、34%、23%；而鐘烈洲[10]檢測出了紅富士鮮榨蘋果汁46種香氣成分，其中酯類占56.8%，烯烴類占11.66%，醛類占8.77%，醇類占6.04%。乙酸酯類是蘋果汁主要的香氣成分，其中高濃度的乙酸丁酯（甜香味和果香味）和乙酸己酯（甜香味和果香味）是多種蘋果汁的特征成分[7]。與Kato等[11]的研究結果類似，郭靜等[5]鑒定出了乙酸丁酯、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-己烯醛等蘋果汁中的特征香氣成分。

2　蘋果汁中香氣化合物的分析方法

蘋果汁中的香氣成分很復雜，且多數含量很低，如何有效提取香氣化合物是一項重要的工作，目前主要的提取方法有：固相萃取法[12]、液液萃取法[13]、蒸餾萃取法[14]、靜態(tài)頂空[5]、動態(tài)頂空[15]。氣相色譜-質譜聯(lián)用技術（GC-MS）是目前分析蘋果汁中香氣成分的常規(guī)方法，本文不再贅述。雖然已有許多分析方法可以獲得各種香氣物質單體的種類和含量，但是形成香氣的成分對于香氣的貢獻程度還取決于各單體的閾值、風味輪廓，目前的研究，缺乏與人嗅覺感受結果的系統(tǒng)化和科學對照。

電子鼻是近年來興起的快速檢測和表觀描述香氣成分的檢測方法，可得到樣品中香氣成分的整體信息。常用的判別方法有主成分分析（PCA）、偏最小二乘法（PLS）等線性判別法（LDA）[16]和人工神經網絡（ANN）[17-18]等非線性表征模型。電子鼻廣泛應用于等級判定、類型識別、品種區(qū)分、質量控制和香氣品質檢測[19-20]。Bleibaum等[21]探討了電子鼻、電子舌與感官評價（定量描述分析蘋果汁感官品質和消費者接受程度）的關聯(lián)性，結合電子鼻和電子舌技術可用于蘋果汁質量控制。由此可見，電子鼻作為一種香氣特征的快速檢測、識別技術，在表征蘋果汁香氣輪廓等方面具有應用的可能性。

3　蘋果汁香氣活性物質和閾值

雖然國內外研究已經鑒定出蘋果的香氣化合物種類眾多，但并不是每種揮發(fā)性組分對食品的整體風味都有貢獻，僅有少量的組分能被人的嗅覺捕捉到，并對食品的整體風味有貢獻，這類物質就是香氣活性物質[22]。

表1　蘋果汁中香氣活性化合物的閾值Table.1　Aroma description and threshold value of odor-active aroma compounds of apple juice

閾值和香氣值是衡量香氣強度的兩個定量數據[22]。蘋果汁的香氣特征不僅與構成香氣的物質及含量有關，其形成的感官風味特征還取決于各香氣物質單體的風味閾值。香氣閾值是指與空白相比，能用嗅覺辨別的香氣成分最低濃度值。香氣值是香氣成分的濃度與閾值的比值。目前多數香氣成分對特征蘋果汁香氣的貢獻尚未被完全理解。因此針對蘋果汁香氣活性物質及其閾值的研究尤為必要。蘋果汁中的酯類、醛類和醇類物質賦予了蘋果汁的特征香味，其中酯類和醛類的閾值低達ppb級，盡管含量較低，但是構成了蘋果汁主要的香氣強度，醇類物質閾值較高，通常在ppm級，因其相對含量較高，也是蘋果汁中重要的香氣物質[23]。

不同類型蘋果汁的香氣活性物質不同，香氣物質的閾值在不同基質中存在差異。Nikfardjam等[15]發(fā)現非濃縮還原蘋果汁香氣的感官印象主要是“果香”、“成熟味”、“甜香”，主要的香氣活性物質是正丁醇、2-甲基-1-丁醇、丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯；濃縮還原蘋果汁感官印象主要是“綠草味”、“新鮮味”、“酯味”，主要香氣活性物質是乙醛、反-2-己烯醛、3-甲基-1-丁醇、乙酸乙酯、己醛。Elss等[24]采用不同基質，對蘋果汁與橙汁加工過程中常見的6種香氣成分進行閾值分析，結果表明2-甲基丁酸甲酯和2-甲基丁酸乙酯的水溶液中的閾值分別為0.25、0.1μg/L，有較高的感官活性，其他基質（蘋果汁、橙汁）中閾值提高數倍至數十倍。表1列舉了蘋果汁中特征香氣成分的香味描述和在不同基質中閾值。

4　蘋果果實與蘋果汁香氣的關系

蘋果汁中的香氣物質來源于蘋果果實及加工工藝。相對于果實，蘋果汁中含有較高的6碳醛類物質，這類物質源于果實破碎后脂肪氧化酶催化亞油酸和亞麻酸發(fā)生的氧化反應[27]。對于同一品種蘋果，趙光遠等[28]的研究表明蘋果加工成渾濁蘋果汁，酯類的相對含量由46.94%減少為30.26%，醇類和醛類分別由38.8%、6.7%增加為46.16%、9.8%，其中己醛相對含量由6.61%增加為7.59%。在張曉華等[29]的研究中發(fā)現，津輕、紅星和喬納金等3種完整蘋果果實與鮮榨果汁的香氣成分共有成分有2-甲基乙酸丁酯、乙酸己酯、丁酸-2-甲基己酯、己酸己酯、2-甲基丁酸丁酯、丁酸-2-甲基戊酯、丁酸己酯、p-烯丙基-苯甲醚、丁酸-2-甲基己酯，蘋果果實中α-法呢烯、丁酸己酯、2-甲基丁酸己酯、己酸己酯的相對含量之和占到總含量69%以上，而鮮榨蘋果汁中的主要成分（相對含量50%以上）為2-甲基乙酸丁酯、反-2-己烯醛、己醛和乙酸己酯，值得注意的是：己醛、反-2-己烯醛只存在于蘋果汁中，說明蘋果汁中的香氣成分部分來源于果實本身，部分來源于榨汁后發(fā)生的變化。對于加工過程和方式對香氣成分的影響，將在下文中論述。

5　蘋果汁中香氣成分主要影響因素

5.1品種

不同品種的蘋果之間香氣呈現差異性，因而品種是蘋果汁香氣成分的影響因素之一，不同品種蘋果汁呈現出獨特的風味特征。在Jaros等[30]研究的6個不同品種蘋果汁中，有12種共有的香氣成分，卻有25個香氣成分存在于單一某個品種。富士蘋果是目前我國的主栽品種，因其酸甜可口，風味濃郁著稱。其乙酸丁酯、乙酸己酯和乙酸異戊酯含量較高[31]，這三種成分都有甜香味和果香味[30]。澳洲青蘋可滴定酸含量高，是制備蘋果汁的理想品種，但與其他品種相比，澳洲青蘋香味不明顯，揮發(fā)物質含量低。澳洲青蘋蘋果汁中順-3-己烯醇、反-2-己烯醛和己醛（青草味）含量較高，乙酸酯類物質（果香和花香）含量較低[7]，所以青草味重，而優(yōu)雅的果香較淡。

5.2產地

不同產地有不同的土壤條件、光照、溫度和濕度等，直接影響蘋果的生長狀況[32]。Guo等[3]以逐步線性判別分析區(qū)分來自5個產地的6種蘋果汁，能體現產地間差異性的物質是乙酸丁酯（甜香味和果香味）、2-甲基丁酸己酯（刺激味）、乙酸戊酯（果香味）和反-2-己烯醛（青草味）。目前，針對不同產地間蘋果汁的香氣質量差異尚未引起足夠關注，未來的研究，應著重于關注不同產地蘋果汁的香氣質量差異。

5.3成熟度

蘋果汁的香氣成分與蘋果原料的成熟度關系密切，因此選用不同成熟度的果實對蘋果汁的香氣質量有一定的影響。果實成熟度是影響蘋果汁中酯類、醇類和醛類物質含量的原因之一。醛類物質可以代謝成醇類物質，進而與羧酸發(fā)生酯化反應，所以醛類物質與醇類物質的比例也被用來作為蘋果成熟度的一個指標[33]。未成熟蘋果果實的揮發(fā)性物質以己醛、2-己烯醛等為主[34]。Braga[6]的研究表明富士和嘎啦蘋果的鮮榨蘋果汁，隨著原料成熟度增加，乙醛含量明顯增加。Gan等[7]研究發(fā)現由金冠和澳洲青蘋榨汁，蘋果汁含有較多的反-2-己烯醛、己醛、反-3-己烯醇（青草味），卻含有較少的酯類物質，除品種差異外，Gan等[7]認為可能與金冠和澳洲青蘋成熟度較低有關。

5.4加工過程及方式

蘋果汁中的部分香氣成分來源于加工工藝過程中的變化。為提高產品質量和延長貨架期，蘋果榨汁后通常需要某些形式的加工，目前國內外學者針對加工過程對蘋果汁香氣的影響做了深入研究，主要目的是在保持新鮮水果的香氣質量，提高蘋果汁的感官品質。

5.4.1褐變對香氣的影響蘋果汁尤其是濃縮蘋果清汁在加工過程中，褐變是難以避免的，酶促褐變過程是引起蘋果汁質量變化的重要因素。蘋果汁褐變過程同時伴隨香氣成分的變化。Komthong等[9]通過感官評價和儀器分析褐變過程中蘋果汁氣味的變化，在褐變初期2h內酯類物質增加明顯，反-2-己烯醛明顯減少，與之對應，褐變過程中甜香味增加，青草味減少?？箟难嶙鳛榭购肿儎蚱浞乐购肿兊挠行院桶踩远粡V泛應用于蘋果濁汁的加工中。Komthong等[35]發(fā)現與不添加抗壞血酸的蘋果汁相比，添加不同濃度的抗壞血酸會引起蘋果汁的香味不同程度的變化，會對蘋果汁香氣產生消極影響，尤其是青草味增加，當添加量為0.2%（w/v）時，己醛和反-2-己烯醛會增加4～5倍。因此為獲得感官品質更好的蘋果汁，同時需要考量抗壞血酸的使用量對風味的影響。

5.4.2酶解過程對香氣的影響蘋果中富含果膠，未成熟果實制取的果汁淀粉含量可達1%[36]。果膠含量高會降低出汁率和澄清度，使用果膠酶可以提高蘋果的出汁率和澄清度，淀粉含量減少可降低后混濁的風險，改善果汁品質。Su等[37]研究了工業(yè)生產過程中不同酶解階段蘋果汁澄清過程中香氣物質的變化，發(fā)現第一酶解階段（果膠甲酯酶）后乙酸丁酯（溶劑味）、丁酸乙酯（果香味）、2-甲基丁酸乙酯（煮熟蘋果味）、丁酸丙酯（煮熟蘋果味）、己醛（青草味）、反-2-己烯醛（綠蘋果味）減少，而經過第二階段淀粉酶和果膠酶的酶解后，己醛、反-2-己烯醛含量增加而其余四種成分呈現減少的趨勢。新鮮蘋果汁中的風味活性物質來源于蘋果破碎后脂肪氧化和氨基酸代謝，在第二階段酶解時，溫度達到果膠酶最適溫度時，脂肪氧化酶等蘋果汁中的酶也被活化，引起己醛和反-2-己烯醛的含量增加。

5.4.3濃縮過程對香氣的影響蘋果汁的濃縮可降低產品的運輸、儲藏和包裝成本，工業(yè)上蘋果汁濃縮常采用多級真空蒸發(fā)除去水分。高溫會引起酯類物質的濃度變化[11]。原因可能是熱處理導致酯類物質與其他物質發(fā)生反應，或改變基質（如果膠等多糖類物質）對香氣成分的截留作用。蘋果汁在加工過程中存在的芳香物質的逸散問題至今仍難以得到有效解決。Aguiar等[38]將反滲透和膜蒸餾用于蘋果汁濃縮，濃縮還原后的果汁，香氣處于可接受的范圍之內。Onsekizoglu等[39]結合滲透蒸餾和膜蒸餾用于蘋果汁濃縮，可以減少反-2-己烯醛的損失，有望替代傳統(tǒng)的高溫蒸發(fā)技術以解決香氣成分變化和逸散的難題。

5.4.4其他加工方式對香氣的影響高壓脈沖電場可在不引起溫度劇烈變化時，殺滅蘋果汁中的腐敗菌并使酶失活。高壓脈沖電場與高溫短時滅菌處理對蘋果汁香氣成分的影響，二者都會引起乙酸、己醛、己酸丁酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、丁酸甲酯和乙酸己酯不同程度的損失，前者使乙酸乙酯損失更顯著，后者使乙酸損失100%[40]。超高壓處理[41]前后蘋果濁汁氣味沒有發(fā)生明顯改變，50℃協(xié)同320MPa高壓處理后酯類、酸類物質含量增加而醛類、醇類卻下降，酮類沒有明顯變化，引起的各香氣成分物質的變化在0.28%～6.16%范圍內，這是因為超高壓使酶發(fā)生鈍化，協(xié)同溫度溫和，與傳統(tǒng)熱加工相比，有效保留了果汁中的香氣成分。

除以上常見的加工過程外，也有少量關于超聲波和微波對蘋果汁香氣成分影響的報道[10]。因此，未來研究的重點應放在非熱加工技術如何最大限度保留蘋果果實香氣成分，加工過程中香氣成分形成和損失的機理，香氣成分逸散的控制措施等等。

6　展望

香氣是蘋果汁品質的關鍵因素。蘋果汁香氣成分的定性和定量分析方法較為成熟，但蘋果汁中香氣成分的研究還存在很多問題，缺乏電子鼻和感官評價等表征蘋果汁香氣輪廓的研究；缺乏香氣活性物質的鑒定及閾值的研究；加工過程中的香氣成分的逸散機理和控制技術的研究仍需加強，其中非熱加工方式在香氣成分逸散的控制上已經展現出一定的應用前景。

蘋果汁香氣的形成是一個復雜過程，形成蘋果汁特征香氣的單體物質種類眾多，含量差異大，不同品種產地和成熟度的果實也會引起產品香氣的不同，而且不同產品加工工藝的差異，各加工階段對香氣成分的影響程度和趨勢不同。今后的工作應大力開展基于組學技術的多學科研究，加強香氣物質變化機理研究，掌握蘋果汁加工過程中香氣的形成機理；更好地了解各種香氣成分和感官的關系，以及各香氣成分單體如何互作來影響蘋果汁的整體風味。

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Advance in research of aroma compounds of apple juice

DENG Jian-kang1，2，LIU Xuan1，WU Xin-ye1，BI Jin-feng1，*，JIAO Yi1，ZHONG Yao-guang2
（1.Key Laboratory of Agricultural Product Processing and Quality Control，Institute of Agro-products Processing Science and Technology，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100193，China；2.College of Food Science&Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

Aroma component was one of the main factors affecting the characteristic flavor and quality of apple processing products.In order to maintain the characteristic flavor and enhance the total aroma quality，it was important to study the aroma compounds in apple juices.In this paper，the main aroma compounds in apple juices were introduced.In addition，the analysis methods of aroma compounds in apple juices，the identification of aroma-active compounds and their odor thresholds，the main sources and key drivers of aroma compounds were summarized.The aim of this paper was to provide theoretical guidance for apple juice industry and further research.

apple juice；aroma；analysis；odor-active components

TS255.4 4

A

1002-0306（2015）04-0386-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.075

2014－07－04

鄧健康（1989-），男，在讀碩士研究生，研究方向：蘋果制汁特性研究。

畢金峰（1970-），男，博士，研究員，研究方向：果蔬精深加工與副產物綜合利用技術。

2013年公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（201303076）；新疆生產建設兵團科技支疆計劃（2013AB020）。