巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁揮發(fā)性成分的分析比較

梅明鑫

（昌江黎族自治縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)預(yù)警防控中心，海南 昌江 572700）

檸檬（Citrus lemon（L.）Burm.F.）為蕓香科柑橘屬常綠小喬木，在世界柑橘業(yè)排名中居于第三位，年產(chǎn)量大約是世界柑橘總產(chǎn)量的10%[1]。我國(guó)檸檬年產(chǎn)量大約為80 000～100 000 t，占柑橘總產(chǎn)量的1%左右[2]。目前，世界各國(guó)的檸檬大多用于鮮食，而加工量只占總產(chǎn)量的20%左右，主要加工產(chǎn)品為檸檬濃縮果汁、原果汁、檸檬香精油以及從檸檬皮中提取果膠和膳食纖維等[3-6]。目前，國(guó)內(nèi)研究較多的有尤力克、費(fèi)米耐勞、香檸檬等主要栽培品種[7-9]，沃爾卡姆檸檬（Citrus volkameriana）外觀似橘子，具有宜人的香氣和風(fēng)味，其味酸、略苦，皮薄多汁，富含維生素C、檸檬酸等，但對(duì)于其果實(shí)的相關(guān)研究尚處于空白。

果汁加工中的風(fēng)味變化一直都是研究的熱點(diǎn)，而滅菌是果汁加工中不可或缺的操作工序，當(dāng)前較為理想的殺菌方式有巴氏殺菌、微波殺菌、超聲波殺菌。超聲波是一種新型的食品工藝殺菌技術(shù)，具有高效、節(jié)能、低溫、營(yíng)養(yǎng)成分損失少等多種優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地解決傳統(tǒng)加工過(guò)程中存在的營(yíng)養(yǎng)流失和褐變問(wèn)題。微波的優(yōu)點(diǎn)是在達(dá)到殺菌效果的同時(shí)，確保了重要營(yíng)養(yǎng)素等品質(zhì)的最小損失。巴氏滅菌（≤100 ℃）是果汁加工中最常用的滅菌方式，國(guó)內(nèi)工廠常用（80 ℃、10 min），傳統(tǒng)巴氏殺菌（65 ℃、30 min）雖能達(dá)到良好的殺菌效果，但對(duì)果汁的色澤和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)造成一定程度的不良影響。AGUILAR-ROSAS S F等[10]研究顯示，熱力滅菌（90 ℃、30 s）會(huì)引起蘋(píng)果汁香氣成分的顯著減少。王珺等[11]用頂空固相微萃取-氣相質(zhì)譜聯(lián)用法（headspace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）對(duì)不同滅菌方式（超高壓400 MPa、10 min；熱殺菌100 ℃、5 min；不殺菌）處理酶法去皮甜橙全果的揮發(fā)性風(fēng)味進(jìn)行了分析，結(jié)果表明滅菌后揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類(lèi)都有所降低，但是也生成了多種香氣物質(zhì)。

目前，有關(guān)巴氏滅菌對(duì)沃爾卡姆新鮮檸檬原汁揮發(fā)性成分的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以新鮮的沃爾卡姆檸檬汁為研究對(duì)象，將新鮮檸檬汁在80 ℃條件下加熱10 min進(jìn)行巴氏滅菌，并采用HS-SPME-GC-MS聯(lián)用技術(shù)對(duì)巴氏滅菌前后的檸檬汁樣品的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，探究巴氏滅菌對(duì)新鮮檸檬汁中揮發(fā)性成分的影響，旨在為沃爾卡姆檸檬果汁篩選合適的滅菌方法及提高果汁品質(zhì)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沃爾卡姆檸檬：重慶上田生態(tài)農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司；NaCl（分析純）：成都市科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

QP2010型GC-MS聯(lián)用儀：日本島津公司；手動(dòng)固相微萃?。╯olid phase microextraction，SPME）進(jìn)樣器：美國(guó)珀金-埃爾默公司；50/30 μmDVB/CAR/聚二甲基硅氧烷PDMS固相微萃取頭：美國(guó)Supelco公司；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州智博瑞儀器制造有限公司；FA2004A電子天平：上海精天電子儀器廠；JYZ-E96型螺旋榨汁機(jī)：九陽(yáng)股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 新鮮沃爾卡姆檸檬原汁的制備

將新鮮的沃爾卡姆檸檬去皮、去籽，用榨汁機(jī)進(jìn)行冷榨，所得原汁用200目尼龍布進(jìn)行過(guò)濾，得到新鮮的檸檬原汁。

1.3.2 巴氏滅菌條件

分別量取新鮮的沃爾卡姆檸檬原汁各100 mL，分裝于2個(gè)150 mL錐形瓶中，密封，一個(gè)作為果汁未滅菌組，另一個(gè)置于水浴鍋中80 ℃條件下加熱10 min，取出后迅速進(jìn)行流水冷卻，作為果汁滅菌組。

1.3.3 沃爾卡姆檸檬汁的揮發(fā)性成分萃取

沃爾卡姆檸檬中揮發(fā)性成分的提取采用頂空固相微萃取法。分別量取檸檬汁5 mL加入20 mL萃取瓶中，加入1.5 g NaCl，密封后插入萃取針，置于50 ℃水浴鍋中，平衡10 min后推出萃取針頭，頂空萃取30min，然后將萃取頭插入GC-MS進(jìn)樣口，解吸5 min。

1.3.4 沃爾卡姆檸檬汁揮發(fā)性成分的GC-MS分析[12-14]

GC條件：DB-5MS 色譜柱（30 mm×0.25 mm，0.25 μm）；柱箱溫度40 ℃；進(jìn)樣口溫度230 ℃；升溫程序：40 ℃保持3 min，以7 ℃/min升至130 ℃，保持2 min，最后以10 ℃/min升至230 ℃；載氣為氦氣（He）；流速1.00 mL/min；壓力49.5 kPa；不分流。

MS條件：電子電離（electronic ionization，EI）源；離子源溫度230 ℃；接口溫度230 ℃；溶劑延遲時(shí)間1 min；質(zhì)量掃描范圍35～500 m/z；掃描速率1 000 amu/s。

1.3.5 定性定量分析

通過(guò)計(jì)算機(jī)譜庫(kù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（national institute of standards and technology，NIST）08s進(jìn)行檢索，與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜進(jìn)行對(duì)照并結(jié)合相關(guān)參考文獻(xiàn)進(jìn)行定性分析，運(yùn)用峰面積歸一化法確定各揮發(fā)性成分的相對(duì)百分含量。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁揮發(fā)性成分的總離子流色譜圖

采用HS-SPME方法對(duì)巴氏滅菌前后檸檬汁的揮發(fā)性成分進(jìn)行萃取，經(jīng)GC-MS聯(lián)用儀進(jìn)行分析鑒定，得出檸檬汁揮發(fā)性成分的總離子流色譜圖見(jiàn)圖1，各揮發(fā)性成分含量GC-MS分析結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 巴氏滅菌前（a）、后（b）沃爾卡姆檸檬汁揮發(fā)性風(fēng)味成分GC-MS分析總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile flavor compounds in Volkamer lemon juice before (a) and after (b)pasteurization by GC-MS

從表1可以看出，采用HS-SPME-GC-MS聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)并運(yùn)用計(jì)算機(jī)譜庫(kù)（NIST08）進(jìn)行檢索，結(jié)合相關(guān)參考文獻(xiàn)可初步定性滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁中分別有86種和94種揮發(fā)性成分。醇類(lèi)與烷烴類(lèi)是新鮮沃爾卡姆檸檬汁主要的揮發(fā)性成分。巴氏滅菌以后沃爾卡姆檸檬汁中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的整體數(shù)量和相對(duì)含量均發(fā)生了不同程度的改變。

未滅菌的新鮮沃爾卡姆檸檬汁中，共檢測(cè)出86 種揮發(fā)性成分，占總峰面積的98.18%。其中，烷烯類(lèi)77%，醇類(lèi)18.56%，酯類(lèi)1.47%，醛酮類(lèi)1.88%。主體揮發(fā)性成分為檸檬烯（30.35%）、萜品油烯（11.75%）、β-蒎烯（7.37%）、α-松油醇（6.21%）、4-萜烯醇（5.15%）、月桂烯（3.81%）、香茅醇（3.69%）、1-β-紅沒(méi)藥烯3.43%、2-莰烯（2.79%）和（+）-α-柏木萜烯（2.11%）等。

表1 巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬果汁揮發(fā)性風(fēng)味成分的GC-MS分析結(jié)果Table 1 Analysis results of volatile flavor components in Volkamer lemon juice before and after sterilization by GC-MS

續(xù)表

續(xù)表

巴氏滅菌后的沃爾卡姆檸檬汁中，共檢測(cè)出94 種揮發(fā)性成分，占總峰面積的99.45%。其中，烷烴類(lèi)66.23%、醇類(lèi)27.71%、酯類(lèi)2.33%、醛酮類(lèi)1.48%。其主體揮發(fā)性成分為檸檬烯（27.89%）、α-松油醇（11.62%）、萜品油烯（10.94%）、4-萜烯醇（6.62%）、β-蒎烯（5.27%）、（R）-（+）-β-香茅醇（4.97%）、月桂烯（3.22%）、2-莰烯（2.8%）、1-β-紅沒(méi)藥烯（2.64%）和（+）-香橙烯（1.87%）等。

2.2 巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁中主要呈香物質(zhì)分類(lèi)比較

如圖2所示，巴氏滅菌處理后，沃爾卡姆檸檬汁的主體揮發(fā)性及其相對(duì)含量發(fā)生了不同程度的變化。滅菌后的沃爾卡姆檸檬汁中，醇類(lèi)和酯類(lèi)物質(zhì)的相對(duì)含量較滅菌前分別增加了9.15%與0.86%；而烷烯類(lèi)、醛酮類(lèi)揮發(fā)性成分的相對(duì)含量出現(xiàn)不同程度的降低。

2.2.1 烷烴類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)的比較

由圖2可知，烷烯類(lèi)物質(zhì)是沃爾卡姆檸檬汁的主要揮發(fā)性成分，其中相對(duì)含量較高的檸檬烯、β-蒎烯、月桂烯、1-β-紅沒(méi)藥烯及2-莰烯的相對(duì)含量在滅菌前后都超過(guò)2%。烷烴、烯烴類(lèi)物質(zhì)比醇類(lèi)和酯類(lèi)含量多。滅菌前后的沃爾卡上檸檬汁中檢出的烷烯類(lèi)物質(zhì)種類(lèi)及含量都相對(duì)較多，種類(lèi)分別為48和51種，相對(duì)含量分別為77%和66.23%，滅菌前后共有的揮發(fā)性成分只有34 種。

圖2 巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁中揮發(fā)性風(fēng)味成分種類(lèi)及相對(duì)含量Fig.2 Types and relative contents of volatile flavor components in Volkamer lemon juice before and after pasteurization

未滅菌組和滅菌組均檢出檸檬烯、α-蒎烯（松木味）、α-萜品烯（柑橘香味）、D-苧烯（柚香味）、異松油烯（檸檬氣味）、1-石竹烯（丁香花氣味）、巴倫西亞橘烯（柑橘香氣）、雪松烯、丁香烯、月桂烯、（+）-香橙烯等揮發(fā)性成分。檸檬烯的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，在與氧氣接觸下可自動(dòng)氧化成一系列的氧化單環(huán)單萜，如香芹酮、檸檬烯-1,2-氧化物、檸檬烯氫過(guò)氧化物等；檸檬烯在酸的催化條件下發(fā)生水合反應(yīng)可生成α-松油醇[15]，這些化學(xué)反應(yīng)都會(huì)引起檸檬烯的損失。巴氏滅菌的溫度條件及檸檬原汁較低的pH值促進(jìn)了一系列氧化反應(yīng)和水合反應(yīng)的進(jìn)行，造成了檸檬烯的損失。α-蒎烯很早被證實(shí)對(duì)橙類(lèi)的風(fēng)味有積極作用，其含量與果皮精油在果汁油中的比例相關(guān)。巴倫西亞橘烯是一種半萜烯，有輕微的橙香味，在柑橘類(lèi)果汁風(fēng)味中均有檢出，對(duì)整體風(fēng)味有重要作用[16]。α-萜品烯為單環(huán)單萜類(lèi)化合物，未滅菌和熱滅菌條件下相對(duì)含量分別為1.20%、1.16%，這表明α-萜品烯受巴氏滅菌的影響不顯著，表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的特性。巴氏滅菌后，β-蒎烯、月桂烯及1-β-紅沒(méi)藥烯的相對(duì)含量均有所降低，可能是由于溫度促進(jìn)了一系列的反應(yīng)，生成了其他物質(zhì)。

2.2.2 醇類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)的比較

醇類(lèi)物質(zhì)的相對(duì)含量在巴氏滅菌后大幅上漲，增加了9.15%。滅菌前后的沃爾卡姆檸檬汁中分別檢測(cè)到揮發(fā)性醇類(lèi)物質(zhì)為18和19種，其中相同的有12種。芳香醇類(lèi)物質(zhì)的閾值一般較低，故其香氣值（濃度/閾值）較高，其對(duì)總體香氣的影響不可忽視[17]。巴氏滅菌后醇類(lèi)物質(zhì)的相對(duì)含量有所增加，這可能是因?yàn)榧訜崾沟媚承┮蕴擒战〗Y(jié)合的醇類(lèi)釋放出來(lái)，以及氨基酸的去氨基和去碳酸基反應(yīng)使得醇類(lèi)物質(zhì)的相對(duì)含量增加。滅菌前的檸檬汁中相對(duì)含量較高的醇類(lèi)組分為α-松油醇、4-萜烯醇和香茅醇，相對(duì)含量分別為6.21%、5.15%和3.69%。巴氏滅菌后的檸檬汁中相對(duì)含量較高的醇類(lèi)物質(zhì)為α-松油醇、4-萜烯醇、（R）-（+）-β-香茅醇和小茴香醇，相對(duì)含量分別為11.62%、6.62%、4.97%和1.18%。

芳樟醇具有紫丁香、鈴蘭與玫瑰的花香，又有果香、木香氣息，是柑橘類(lèi)水果重要的香氣成分。芳樟醇不穩(wěn)定，容易降解成α-松油醇。α-松油醇具有微妙的丁香味，存在于許多水果中。檸檬烯在酸性條件下可以發(fā)生水合反應(yīng)生成α-松油醇，巴氏滅菌后，α-松油醇的相對(duì)含量大幅度增加，而檸檬烯和芳樟醇的相對(duì)含量降低，說(shuō)明巴氏滅菌促進(jìn)了相關(guān)反應(yīng)的進(jìn)行。香茅醇只在滅菌前檢出，而在滅菌后出現(xiàn)了（R）-（+）-β-香茅醇，表明巴氏滅菌可能促進(jìn)了香茅醇與（R）-（+）-β-香茅醇之間的轉(zhuǎn)化，二者都具有甜玫瑰香味。4-萜品醇在多種柑桔果汁中也有被檢出[18]。

2.2.3 酯類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)的比較

酯類(lèi)物質(zhì)的種類(lèi)共17 種，滅菌前后的沃爾卡姆檸檬汁中分別有10種與13種，其中相同的有6種，巴氏滅菌后生成了6種新物質(zhì)。滅菌前后檸檬汁中酯類(lèi)物質(zhì)中相對(duì)含量最高的均為棕櫚酸乙酯，滅菌前存在的一些香氣成分乙二醇二丁酸酯、14-（2-辛基環(huán)丙基）-十四烷酸甲酯和硬脂酸-1-[（十四烷氧基）羰基]十五烷基酯在滅菌后均未檢出。巴氏滅菌后，新生成了6種新物質(zhì)，分別為乙酸薄荷酯、甲酸異莰酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯、（13Z）-13-十八碳烯酸乙酯、油酸乙酯和硬脂酸乙酯。酯類(lèi)物質(zhì)以乙酸酯為主，其具有花香和果香的感官特性，對(duì)檸檬汁總體香氣成分的形成作用不可忽視。雖然這些化合物的相對(duì)含量都不高，但由于其香氣的閾值低、香氣值（濃度/閾值）較高，加之其風(fēng)味獨(dú)特，對(duì)檸檬汁的香氣形成也起著重要的作用。

2.2.4 醛酮類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)的比較

醛和酮類(lèi)化合物主要是由酸的脫羧和醇的氧化形成[19]。滅菌前后的檸檬汁中共檢測(cè)出醛酮類(lèi)物質(zhì)10種，相同的揮發(fā)性成分有2種，滅菌前檸檬汁中相對(duì)含量較高的為（9Z）-9-十八烯醛、癸醛和壬醛，其相對(duì)含量分別為1.85%、0.83%、0.56%。滅菌后相對(duì)含量較高的為壬醛、胡椒酮和β-環(huán)檸檬醛，相對(duì)含量分別為0.56%、0.48%、0.30%。壬醛，具有青而微甜、尖銳的蜜蠟花香氣息。癸醛和壬醛等都是形成酯類(lèi)物質(zhì)的重要成分，對(duì)于檸檬果汁香氣成分的形成具有很好的輔助作用。滅菌前檸檬汁中癸醛的相對(duì)含量為0.83%，但是滅菌后未檢出。醛類(lèi)的氣味閾值較低，相對(duì)含量較低時(shí)也能影響風(fēng)味，并且可以與許多物質(zhì)風(fēng)味相重疊，對(duì)檸檬汁整體香氣起到一定的修飾作用，如β-環(huán)檸檬醛具有果香和花香氣息，香氣稍類(lèi)似紫蘭酮和鳶尾，稍有油膩氣息。而酮類(lèi)的閾值遠(yuǎn)高于醛類(lèi)，主要由脂質(zhì)氧化生成，對(duì)整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)較為有限[20]。

2.2.5 其他類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)的比較

巴氏滅菌后，其他類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)成分增加了一種，相對(duì)含量增加量0.1%，總體上變化不大。巴氏滅菌后，壬二酸的相對(duì)含量由1.07%降到0.02%，有可能是生成了其他物質(zhì)。

3 結(jié)論

采用HS-SPME與GC-MS聯(lián)用技術(shù)分析巴氏滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁中的揮發(fā)性成分。滅菌前后檸檬汁中的揮發(fā)性香氣成分種類(lèi)和相對(duì)含量都發(fā)生了不同程度的改變。滅菌前后的檸檬汁中各自的揮發(fā)性香氣成分分別為86種和94種，相同的香氣成分有59種。烷烯類(lèi)物質(zhì)構(gòu)成了檸檬汁揮發(fā)性成分的主體，其相對(duì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他種類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)的相對(duì)含量。滅菌前后檸檬汁中的主要揮發(fā)性物質(zhì)均為檸檬烯、萜品油烯、β-蒎烯、α-松油醇、4-萜烯醇、月桂烯、香茅醇、1-β-紅沒(méi)藥烯、2-莰烯等。

巴氏滅菌后的沃爾卡姆檸檬汁中，醇類(lèi)和酯類(lèi)物質(zhì)的相對(duì)含量較滅菌前分別增加了9.15%與0.86%；而烷烯類(lèi)、醛酮類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)成分的相對(duì)含量出現(xiàn)不同程度的降低。滅菌前后沃爾卡姆檸檬汁中相對(duì)含量最高的成分都是檸檬烯，其相對(duì)含量分別為30.35%和27.89%，滅菌后揮發(fā)性成分的相對(duì)含量都有所減少，而其他一些揮發(fā)性成分如α-松油醇、4-萜烯醇、乙酸香茅酯等則有所上升。巴氏滅菌后增加了1,1-環(huán)戊二烯、（+）-環(huán)苜蓿烯、欖香烯、α-法尼烯、β-柏木烯、羅漢柏烯、1-辛醇、α-畢橙茄醇等35 種呈香物質(zhì)。新鮮檸檬汁經(jīng)巴士殺菌后會(huì)產(chǎn)生蒸煮味，在一定程度上影響果汁的風(fēng)味但是巴氏滅菌后新鮮檸檬汁的主體揮發(fā)性成分沒(méi)有發(fā)生太大的變化。

綜上，巴氏殺菌對(duì)新鮮檸檬汁主體香氣成分的影響不大，適合作為該檸檬汁的殺菌方式。但是是否有更適宜的殺菌方式能夠盡可能減少檸檬汁中揮發(fā)性芳香成分的改變與損失，還需要今后更深入的研究。