甜橙果肉粉對橙油風(fēng)味物質(zhì)的吸附性能研究

曾 鳴，曾 輝，吳明輝，陳玥璋，榮 光，崔翠翠，王 冬，宋 昊

（1.北京一輕研究院有限公司, 北京 101111；2.北京一輕食品集團有限公司, 北京 102600）

柑橘是全世界年產(chǎn)量最高的水果，其中用來加工榨汁的主要品種是甜橙。甜橙富含果肉，其中部分果肉在加工過程中可根據(jù)需要被分離出，后續(xù)回填橙汁或另作他用[1-7]。甜橙果肉主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分構(gòu)成，也含有少量的類胡蘿卜素、多酚類化合物[8-10]。目前，針對甜橙果肉的研究主要有成分分析[11-13]、發(fā)酵利用[14-15]等。甜橙果肉一般被認(rèn)為具有賦予橙汁風(fēng)味的作用[16]，有研究表明將5%甜橙果肉加入含10.5%蔗糖、0.25%檸檬酸的糖酸溶液中可賦予其一定的新鮮果味[17]。還有研究表明柑橘果肉的持水力優(yōu)于果皮[18]。然而，甜橙果肉與風(fēng)味物質(zhì)相互作用的相關(guān)報道還很少，其構(gòu)效關(guān)系和相關(guān)機制值得深入研究，對深度利用甜橙果肉的風(fēng)味保持能力大有裨益。甜橙油作為與甜橙果肉來源相同的天然風(fēng)味物質(zhì)，含有大量柑橘特征香氣化合物，適合作為吸附質(zhì)用于研究甜橙果肉的吸附能力。本研究測定了甜橙果肉粉的基本組成，表征了甜橙果肉粉的微觀結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，并通過甜橙果肉粉吸附密閉空間中橙油揮發(fā)性成分的實驗，揭示了甜橙果肉粉吸附甜橙油風(fēng)味物質(zhì)的一些特點，旨在為甜橙果肉的進一步開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甜橙原汁（基本生產(chǎn)工藝：清洗、榨汁、粗濾、滅菌） 南充佳美食品工業(yè)有限公司；橙油 江西省野芳香料貿(mào)易有限公司；C7～C30飽和正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)品色譜純，美國Supelco公司。

HF-2000R高速冷凍離心機 上海利鑫堅離心機有限公司；LGJ-10D冷凍干燥機 北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司；ME204萬分之一電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；BSD-PS2比表面積及孔徑分析儀 貝士德儀器科技（北京）有限公司；SU8020場發(fā)射掃描電子顯微鏡 日本Hitachi公司；7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、DBWAX毛細(xì)管色譜柱（30 m×250 μm, 0.25 μm） 美國Agilent公司；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；DWHL398超低溫冷凍儲存箱 中科美菱低溫科技有限責(zé)任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 甜橙果肉粉制備 將甜橙原汁置于高速冷凍離心機中，在4 ℃條件下以8000 r/min離心30 min，收集甜橙果肉，置于燒杯中并添加水，攪拌使甜橙果肉充分分散于水中（盡可能除去殘留在果肉表面的可溶性糖），再次在4 ℃條件下以8000 r/min離心30 min，收集甜橙果肉置于超低溫冷凍儲存箱在-80 ℃條件下預(yù)凍6 h，凍實甜橙果肉放入冷凍干燥機中在-60 ℃條件下凍干，研磨成粉過100目篩，置于干燥器中保存。

1.2.2 基本理化指標(biāo)測定 總膳食纖維含量按照GB 5009.88—2014方法測定。蛋白質(zhì)含量按照GB 5009.5—2016中第一法凱氏定氮法測定。脂肪含量按照GB 5009.6—2016中第二法酸水解法測定。淀粉含量按照GB 5009.9—2016中第一法測定?？偦曳职凑誈B 5009.4—2016中第一法測定。

1.2.3 掃描電鏡觀察 采用SU8020高分辨場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察凍干甜橙果肉粉的微觀結(jié)構(gòu)。加速電壓：3.0 kV，放大倍數(shù)：1000、20000、50000倍。

1.2.4 氮氣吸附-脫附等溫線測定 稱取2 g凍干甜橙果肉粉于比表面積及孔徑分析儀的樣品管中，經(jīng)真空脫氣后，進行氮氣吸附-脫附測試，恒溫浴溫度-195.85 ℃。

1.2.5 風(fēng)味物質(zhì)吸附及GC-MS測定 吸附實驗前，先將凍干甜橙果肉粉在60 ℃條件下真空脫氣2 h。參照姚晶晶等[19]的方法構(gòu)建甜橙果肉粉吸附風(fēng)味物質(zhì)實驗體系。稱取0.2 g甜橙果肉粉均勻分散于直徑6 cm的表面皿上，然后將表面皿置于容積1 L的密封儲藏罐中，同時在密封罐底避開表面皿加入0.1 g橙油作為吸附質(zhì)，密封后置于20 ℃條件下吸附6 h。同時設(shè)置不加入橙油的空白吸附組。吸附結(jié)束后將凍干甜橙果肉粉轉(zhuǎn)入15 mL萃取瓶中，同時設(shè)置不加甜橙果肉粉、直接加入橙油的對照組。加入5 mL水和1 g氯化鈉，50 ℃條件下平衡15 min，插入萃取頭繼續(xù)萃取40 min，萃取結(jié)束后將萃取頭插入GC-MS進樣口在240 ℃條件下解吸5 min，載氣（氦氣）流速1.0 mL/min，不分流進樣。

氣相色譜升溫條件：初始溫度40 ℃保持3 min,以3 ℃/min的速度升至80 ℃，保持4 min，再以8 ℃/min的速度升溫至200 ℃，保持4 min，再以15 ℃/min的速度升至240 ℃，保持8 min。

質(zhì)譜分析條件：EI源，電子能量70 eV，傳輸線溫度240 ℃，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，質(zhì)量掃描范圍20～500 m/z。

1.3 數(shù)據(jù)處理

質(zhì)譜鑒定出的化合物用NIST 11質(zhì)譜庫檢索，并通過C7～C30飽和正構(gòu)烷烴在相同色譜條件下的保留時間來計算保留指數(shù)，對照相關(guān)文獻報道，綜合定性。采用峰面積歸一化法計算各化合物的相對含量。每個樣品平行測定三次。采用Excel 2019處理其他實驗數(shù)據(jù)，采用Origin 9.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜橙果肉粉的基本理化指標(biāo)

為了保證甜橙果肉的成分和結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，首先利用多次離心除去附著在甜橙果肉表面的可溶性糖，并采用冷凍干燥方法獲取了凍干甜橙果肉粉，測定了相關(guān)指標(biāo)。由表1可知，甜橙果肉粉中含量最高的是膳食纖維，含量占一半以上。膳食纖維一般形狀不規(guī)則、不平整，具有很多凹槽、狹縫結(jié)構(gòu)[20-22]，是影響甜橙果肉粉吸附能力的主要因素。此外，甜橙果肉粉還含有一定量的蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉，它們與膳食纖維共同構(gòu)成了果肉復(fù)合物，這種組成可能對甜橙果肉粉形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一定的幫助[23]。

表1 甜橙果肉粉的主要成分Table 1 Main components of sweet orange pulp powder

2.2 甜橙果肉粉的微觀結(jié)構(gòu)

圖1 a～c為甜橙果肉粉的掃描電子顯微鏡觀測結(jié)果。由圖1a可知，當(dāng)放大倍數(shù)為1000倍時，可以看出甜橙果肉粉顆粒大小不一，形狀不規(guī)則，從顆粒的邊緣觀察可以發(fā)現(xiàn)單個顆粒以片狀堆疊結(jié)構(gòu)為主。這種特殊結(jié)構(gòu)可能來源于果肉粉的復(fù)合組成：由膳食纖維、蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉交聯(lián)而成。進一步放大顆粒表面至20000倍和50000倍，可以清楚的看見果肉粉顆粒的復(fù)合結(jié)構(gòu)，如圖1b～c所示，其中桿狀成分可能是膳食纖維，無規(guī)則顆粒和交聯(lián)成分可能是蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉，它們一起形成了豐富的褶皺和縫隙，增大了果肉粉顆粒的比表面積，為其吸附風(fēng)味物質(zhì)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[22]。

圖1 甜橙果肉粉的掃描電鏡圖Fig.1 Scanning electron microscope images of sweet orange pulp powder

2.3 甜橙果肉粉的吸附特性

掃描電子顯微鏡主要觀察的是甜橙果肉粉的淺表結(jié)構(gòu)，其整體吸附特性可通過分析其氮氣吸附-脫附等溫線來判斷。圖2為甜橙果肉粉的氮氣吸附-脫附等溫線，其特征接近于國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會提出分類的IV型等溫線[24]，在低P/P0區(qū)域為單分子層快速吸附，單分子層吸附飽和后開始發(fā)生多分子層吸附，P/P0從0.05至0.60，吸附量都在緩慢增長，當(dāng)P/P0接近0.80時，吸附量開始顯著增加但沒有吸附飽和平臺[25-26]，且脫附等溫線與吸附等溫線不重合，出現(xiàn)了明顯的脫附遲滯回線，說明甜橙果肉粉中有一定量的介孔和大孔存在，在其中發(fā)生了毛細(xì)凝聚現(xiàn)象，但孔結(jié)構(gòu)不規(guī)整，主要可能是狹縫、楔形結(jié)構(gòu)[25-26]。

圖2 甜橙果肉粉的氮氣吸附-脫附等溫線Fig.2 N2 adsorption-desorption isotherms of sweet orange pulp powder

以P/P0從0.07至0.30的吸附量數(shù)據(jù)V為基礎(chǔ)，按照BET方法[24]，將P/V（P0-P）對P/P0作圖，進行線性回歸，如圖3所示。結(jié)果表明，線性回歸的相關(guān)系數(shù)為0.99996， 回歸線斜率為1.376，截距為0.082，由此可計算出甜橙果肉粉的比表面積為2.98 m2/g，高于柑橘皮及一些常見膳食纖維的比表面積[22]。這是因為甜橙果肉粉中膳食纖維與蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等交聯(lián)構(gòu)成復(fù)合物，它們形成了豐富的褶皺和縫隙結(jié)構(gòu)，從而增大果肉粉的比表面積，賦予其一定的吸附性能。

圖3 BET多點法擬合直線Fig.3 Fitting straight line with multipoint BET method

2.4 甜橙果肉粉對橙油風(fēng)味物質(zhì)的吸附

經(jīng)GC-MS測定，通過譜庫檢索及保留時間對比綜合定性，分別從甜橙果肉粉吸附橙油揮發(fā)性成分前、甜橙果肉粉吸附橙油揮發(fā)性成分后、橙油中鑒定出21、47、35個化合物，主要是萜類、醛類等，具體見表2，它們的總離子流色譜圖如圖4所示。甜橙果肉粉從橙油的揮發(fā)性氣體中吸附了大量的風(fēng)味化合物，吸附后檢出的47個化合物總峰面積約是吸附前檢出的21個化合物總峰面積的28倍。

圖4 三種樣品揮發(fā)性成分的總離子流色譜圖Fig.4 Total ion chromatograms of volatile components in three samples

表2 甜橙果肉粉吸附橙油前后的風(fēng)味物質(zhì)及含量Table 2 Flavor components and contents in sweet orange pulp powder before and after adsorption of orange oil

續(xù)表 2

由表2可知，甜橙果肉粉吸附橙油揮發(fā)性成分前，持有的風(fēng)味物質(zhì)主要是檸檬烯和醛類。檸檬烯是相對含量最高的單個組分，占17.896%±1.306%。醛類合計占73.578%±7.777%，數(shù)量有13種，包括戊醛、己醛、辛醛、壬醛、癸醛等飽和脂肪醛，（E）-2-庚烯醛、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-壬烯醛、（E）-2-癸烯醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛等不飽和脂肪醛，以及糠醛等雜醛。辛醛、壬醛、癸醛普遍存在于柑橘中，有強烈的柑橘、水果香氣[27]。（E）-2-庚烯醛等不飽和醛同時具有柑橘和脂肪香氣[28]?？啡┦歉涕偌庸Σ剡^程中產(chǎn)生的異味物質(zhì)[29]。這些醛類化合物經(jīng)水洗、冷凍干燥后仍可檢出，說明它們與果肉的相互作用較緊密，可能是這些直鏈脂肪醛同時具有極性與非極性基團，能與果肉中的膳食纖維和蛋白質(zhì)通過親水、疏水相互作用相結(jié)合，其具體機制有待進一步研究。此外，芳樟醇、3,5-辛二烯-2-酮、壬醇、香葉基丙酮、β-紫羅蘭酮、百里香酚、二氫獼猴桃內(nèi)酯等成分也有少量檢出。

作為吸附質(zhì)，橙油中含有的風(fēng)味物質(zhì)主要是萜類及其含氧萜類衍生物，數(shù)量有24種，合計占98.432%±3.903%，其中相對含量最高的也是檸檬烯，高達79.692%±1.559%，因為橙油等柑橘類精油含量最高的組分一般就是檸檬烯[30-31]。在橙油中含量較高的萜烯類化合物還有β-月桂烯、γ-萜品烯、α-蒎烯、檜烯、β-蒎烯、（E）-β-羅勒烯、α-可巴烯、α-側(cè)柏烯、（Z）-β-羅勒烯等。其中γ-萜品烯、β-月桂烯、β-水芹烯等伴有一定的柑橘、水果香氣[31-32]，α-蒎烯、檜烯、β-蒎烯等具有明顯的脂香、松香氣息[31,33]。此外，橙油中還有一些萜醇、萜醛等含氧萜類衍生物，包括芳樟醇、α-萜品醇、香茅醇、橙花醇、（E）-香芹醇、香葉醇、（Z）-香芹醇、香茅醛、β-檸檬醛、α-檸檬醛等，其中β-檸檬醛、α-檸檬醛等有檸檬香氣，芳樟醇、香茅醇、橙花醇、香葉醇有花香氣息[31,34]，α-萜品醇、（E）-香芹醇、（Z）-香芹醇為檸檬烯轉(zhuǎn)化成分[35-36]，對橙油風(fēng)味有一定負(fù)面作用。橙油中還檢出了甜橙果肉粉中含有的部分醛類、萜類物質(zhì)，包括辛醛、壬醛、癸醛、苯甲醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛、芳樟醇。此外，庚醇、乙酸辛酯、辛醇、百里香酚甲醚、壬醇、百里香酚等其它成分也有少量檢出。

甜橙果肉粉吸附橙油揮發(fā)性成分后，持有的風(fēng)味物質(zhì)構(gòu)成與橙油基本一致，兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)高達0.9986，在0.01水平上顯著相關(guān)，說明甜橙果肉粉能很好地吸附橙油中的風(fēng)味物質(zhì)。其中相對含量最高的也是萜類物質(zhì)，合計占96.649%±1.763%。醛類相對含量則由1.162%±0.111%上升至2.802%±0.339%，這是因為甜橙果肉粉原本也含有一定量的醛類。甜橙果肉粉吸附了較高比例的柑橘典型香氣組分，其中有僅在橙油中檢出的成分例如γ-萜品烯、β-月桂烯、β-水芹烯、β-檸檬醛、α-檸檬醛等，也有果肉粉和橙油共同含有的成分例如辛醛、壬醛、癸醛、芳樟醇等。此外，香茅醛、香茅醇、橙花醇、香葉醇等呈花香化合物也被一定程度的吸附。上述萜醇、萜醛等含氧萜類衍生物也同時具有極性與非極性基團，因此可以與甜橙果肉粉吸附較緊密。而在橙油中相對含量較多的α-蒎烯、檜烯、3-蒈烯、β-蒎烯等呈松香的雙環(huán)單萜類組分，在吸附后的甜橙果肉粉中占比反而明顯降低，說明這部分萜類與甜橙果肉粉的相互作用相對較弱。

3 結(jié)論

本研究對甜橙果肉粉的理化指標(biāo)、微觀結(jié)構(gòu)、吸附性能等進行了測定、觀察和分析，發(fā)現(xiàn)其組成豐富，除了含有膳食纖維（51.87%±3.12%）外，還含有一定量的蛋白質(zhì)（20.47%±0.58%）、脂肪（11.33%±1.60%）、淀粉（4.06%±0.59%）。這些不同成分的交聯(lián)使甜橙果肉粉在微米級別上具備了豐富的褶皺、狹縫結(jié)構(gòu)，氮氣吸附-脫附等溫線分析結(jié)果表明其比表面積高達2.98 m2/g，比一般果蔬膳食纖維的比表面積要大，這些要素形成了其發(fā)揮風(fēng)味吸附作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。吸附實驗表明，除對橙油主要成分檸檬烯有明顯的吸附作用外，甜橙果肉粉對橙油中直鏈脂肪醛及含氧萜類衍生物等典型呈香組分也有一定的吸附作用。因此，開發(fā)一些柑橘風(fēng)味的烘焙產(chǎn)品或冷食產(chǎn)品時，可以考慮添加一些甜橙果肉粉并使其預(yù)先吸附天然柑橘精油或柑橘香精，再將其用于下一步生產(chǎn)工藝，從而增強最終產(chǎn)品的風(fēng)味。