韩冷,李贵节,程玉娇*,余经刚,张萍,郑勇

1(西南大学 柑桔研究所,重庆,400712)2(国家柑桔工程技术研究中心,重庆,400712)3(重庆三峡柑橘集团有限公司,重庆,400000)

我国是全球柑橘种植大国,其产量位居世界首位。椪柑(CitrusreticulataBlanco cv.Ponkan)是我国宽皮柑橘的主栽品种之一,主要分布在我国广东、福建、浙江、广西、重庆、四川等地[1]。椪柑具有皮薄易剥的特点,目前主要用于鲜食,少量加工成柑橘汁和蜜饯等产品。因风味独特、营养价值丰富,柑橘汁受到越来越多消费者的喜爱。据美国农业部(United States Department of Agriculture,USDA)最新数据统计,2021年全球柑橘浓缩汁(65 °Brix)消费量到达169.9万t,而我国柑橘浓缩汁产量仅为2.7万t左右,占全球柑橘汁总产量的1.60%,未能充分发挥我国柑橘产量大国的优势[2]。随着我国柑橘鲜食市场的饱和,将宽皮柑橘加工成果汁,不仅可以解决鲜果剩余问题,也可提高柑橘鲜果附加值,满足全球消费者的需求,具有很大的市场前景。

为了吸引消费者的注意,饮料商品被放置于超市或商店的货架上常暴露于光照射下。光照导致饮料商品中的营养品质降低。阎然等[3]发现4 ℃条件下,冷白荧光灯光照(光照强度为1.51×106lux)非浓缩还原橙汁25 d,导致维生素C浓度降低和柠檬苦素的产生,降低非浓缩还原橙汁品质。CONRAD等[4]发现在荧光灯和紫外灯照射下,包装于聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)材质、PET+0.25%聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN)材质、PET+1%PEN材质和PET+4%PEN材质的4种聚酯瓶中的苹果汁和橙汁商品中抗坏血酸发生降解、颜色发生变化,降低2种果汁的商品价值。近年来,随着消费者生活水平的提高,除营养品质外,风味逐渐成为衡量产品品质优劣的重要指标。柑橘汁风味丰富,主要包括萜烯类、醇类、醛类、酯类、酮类和挥发性硫化物类等[5-6]。FENG等[7]采用气相-嗅辨仪(gas chromatography-olfactory,GC-O)结合香气提取物稀释分析法(aroma extract dilution analysis,AEDA)对橙汁和橘汁样品进行分析,研究发现丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、辛醛、癸醛和乙醛是橙汁的关键风味物质,芳樟醇、己醛、α-蒎烯、柠檬烯和(E,E)-2,4-癸二烯醛是宽皮柑橘汁的关键风味物质。光照导致饮料商品风味发生改变,影响消费者的接受度。已有文献报道,光照射可导致牛奶[8]、红酒[9]、苹果汁[10]、橙汁[11]、宽皮柑橘汁[12]和柠檬汁[13]等产品风味发生劣变。如HASHIZUME等[10]发现戊醛、2-甲基-1-戊-3-酮、己醛、(E)-2-庚烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮和反-2-辛烯醛是导致光照射苹果汁风味劣变的主要挥发性物质。CHENG等[12]采用气相-质谱/脉冲火焰检测器(gas chromatography-mass spectrometry/pulsed flame photometric detector,GC-MS/PFPD)检测经发光二极管(light-emitting diode,LED)灯光照射柑橘果汁中挥发性硫化物的变化规律,研究发现甲硫醇、二甲基三硫醚和3-甲硫基丙醛含量升高,并采用三角感官实验证明这3种挥发性硫化物是导致柑橘汁风味劣变的关键异味组分。李贵节等[14]发现长波紫外线影响非浓缩还原椪柑汁的风味组分变化,加速了风味品质劣变。关于光照对宽皮柑橘汁品质影响的研究相对较少,针对LED光照货架期宽皮柑橘汁中感官品质和风味品质的变化规律还未进行全面探究。

为了明确LED光照对宽皮柑橘汁感官风味品质的影响,本研究拟以椪柑果汁为研究对象,主要利用高效液相色谱-二级管阵列检测器(high-performance liquid chromatography-diode array detection,HPLC-DAD)、色差仪、二维气相色谱-质谱/嗅辨仪(multidimensional gas chromatography-mass spectrometry/olfactometry,MDGC-MS/O)结合时间强度法(odor specific magnitude estimation,OMSE),探究LED光照条件下,椪柑汁中感官品质和风味品质的变化规律,为预防宽皮柑橘汁光照货架期间品质变化提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 实验材料

椪柑果实采摘于重庆市北碚区歇马农场。

1.1.2 实验试剂

环己酮(纯度99%)、二甲基硫醚(99%)、α-蒎烯(98%)、莰烯(95%)、d-柠檬烯(95%)、β-月桂烯(90%)、对伞花烃(98%)、1-辛醇(97%)、α-松油醇(95%)、香茅醇(95%)、己醛(99%)、辛醛(99%)、丁酸乙酯(98%)、2-甲基丁酸乙酯(98%)、D-香芹酮(97%)、百里酚(99%),上海阿拉丁公司;3-甲硫基丙醛(97%)、异丁酸乙酯(99%),上海梯希爱公司;甲硫醇(97%),爱尔兰Reagecon公司;γ-松油烯(95%)、δ-榄香烯(97%)、葑醇(98%)、紫苏醛(95%)、乙酸香叶酯(96%)、4-乙酰基-1-甲基-环己烯(95%)、β-大马士酮(90%)、β-紫罗酮(98%)、4-萜烯醇(95%),上海源叶公司;萜品油烯(95%),北京百灵威科技有限公司;芳樟醇(98%)、香芹醇(97%)、壬醛(96%),上海麦克林生化科技有限公司。

1.2 仪器与设备

Agilent1260高效液相色谱-二级管阵列检测器-荧光检测器、Agilent 7890B GC-5977B MS二维气相色谱-质谱,美国安捷伦科技有限公司;嗅辨仪,美国风味分析(Volatile Analysis)公司;BP-5色谱柱(30 m×0.53 mm id×0.5 μm)、SLOGEL-wax色谱柱(30 m×0.53 mm id×0.5 μm),澳大利亚SGE分析科学公司;CJ3000布朗榨汁机,德国BRAUN公司;Color i5色差仪,美国GretagMacbeth公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头,美国Supelco公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器,上海力辰科技有限公司;pH计,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;2WJA阿贝折光仪,上海仪电物理光学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

以椪柑为原料,制备商业果汁产品,制备方法和贮藏时间参考程玉娇[15]的方法。在常温下(25 ℃),PET瓶装果汁置于避光和LED灯(3 024 lux)条件下放置50 d。采用“0 d”组表示椪柑汁在进行避光/光照处理前的果汁样品,“避光-50 d”表示椪柑汁在进行避光处理50 d的果汁样品,“光照-50 d”表示椪柑汁在进行LED光照处理50 d的果汁样品。

1.3.2 感官品质指标测定

采用阿贝折光仪和pH计测定椪柑汁的可溶性固形物(soluble solids content,SSC)和pH。

参考李申[16]的方法测定维生素C。

采用色差仪直接测定椪柑汁的L*、a*、b*、c*和橙汁(orange juice,OJ)指数值,其中,L*值表示亮度,a*值表示红色或绿色值,b*值表示黄色或蓝色值,c*表示色泽饱和度,OJ指数表示橙汁色泽评价指标,可用来评判橙汁的商业等级[17]。此外,ΔE通过公式(1)计算椪柑汁总色差值(ΔE),ΔE数值越大,表明椪柑汁的贮藏期间色泽变化程度越大。

(1)

1.3.3 顶空固相微萃取

采用顶空固相微萃取(SPME)对椪柑汁中挥发性物质进行萃取和浓缩。将5 mL椪柑汁置于20 mL顶空瓶中,加入转子和2.5 μL的环己酮溶液(9.423 mg/mL),混匀,密封。将顶空瓶置于40 ℃水浴锅中平衡20 min,采用2 cm 50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头萃取顶空瓶中挥发性组分30 min。

1.3.4 挥发性组分测定

MDGC-MS/O测定方法参考程玉娇[15]的方法,并略有修改。采用MDGC-MS/O对椪柑汁中挥发性组分进行测定。将备好的萃取头置于MDGC进样口200 ℃解析5 min,挥发性组分在串联的BP-5色谱柱(柱1:30 m×0.53 mm id×0.5 μm)和SLOGEL-wax色谱柱(柱2:30 m×0.53 mm id×0.5 μm)进行分离,随后分别进入MS和嗅辨检测器。柱温程序:初始温度35 ℃,7 ℃/min速度上升至70 ℃,10 ℃/min速度上升至100 ℃,4 ℃/min速度上升至140 ℃,6 ℃/min速度上升至212 ℃。载气He,柱1和柱2的流速分别为8.734 5和8.766 3 mL/min,MSD传输线温度280 ℃,电子电离电压70 eV,离子源温度230 ℃,m/z的扫描范围33～400 amu。采用10个挥发性物质(二甲基硫醚、三甲硫基丙醛、乙酸乙酯、丙酸乙酯、己烯醛、α-蒎烯、柠檬烯、γ-松油烯、芳樟醇和松油烯-4-醇)配制混标,对3名嗅辨人员进行培训。嗅辨仪加湿的空气流量调节为11 L/min,采用OMSE技术对风味物质强度进行测定。

1.3.5 挥发性组分的定性和半定量分析

定性分析:通过MS总离子流与NIST11、W10 N14数据库的匹配度;风味物质的气味属性;标品的保留时间进行定性。

半定量分析:通过环己酮内标法进行挥发性物质的半定量分析。定量如公式(2)所示:

(2)

式中:ρ待,待测的挥发性组分的质量浓度,μg/mL;A待,待测的挥发性组分的峰面积;ρ,内标质量浓度,μg/mL;A内标,内标组分在MS检测器或PFPD上的峰面积。

1.3.6 数据处理

采用SPSS 25.0对数据进行方差分析(analysis of variance,ANOVA)和Duncan多重检验;化学工作站F.01.01.2317对挥发性组分进行定性分析。

2 结果与讨论

2.1 感官品质指标分析

2.1.1 基础指标

SSC、pH和抗坏血酸(维生素C)常被用来衡量果汁品质高低的重要营养指标。采用阿贝折光仪和pH计对果汁中SSC和pH值进行测定,果汁中80%～85%的SSC是由糖组分构成[18],pH值可以反映果汁的酸碱强度。维生素C也称抗坏血酸,含有多个羟基,具有有机酸的性质。货架初期,椪柑汁中SSC为9.83±0.06°Brix,pH为3.95±0.03,且货架期间椪柑汁中的SSC和pH变化并不显著(P>0.05)。本研究中采用HPLC-DAD检测货架期果汁中维生素C含量,如表1所示,货架初期椪柑汁中的维生素C含量为(24.15±0.13) mg/100 mL,经货架期50 d后,避光组和光照组椪柑汁中的维生素C含量分别降低了72.63%和77.06%,且两组之间差异显著(P<0.05)。

表1 货架期初期和末期的椪柑汁中色差和抗坏血酸分析Table 1 Color parameters and ascorbic acid content in Ponkan mandarin juice at the beginning and end of shelf-life

2.1.2 色泽指标

色泽是椪柑汁重要的品质指标,也是决定消费者对产品接受度的重要因素。如表1所示,椪柑汁的L*在货架期间升高,其中,避光-50 d组与0 d组之间差异显著(P<0.05),光照-50 d组与0 d组之间差异不显著(P>0.05);椪柑汁的a*和b*值在货架期间出现降低,且光照加速a*和b*值的降低,0 d组、避光-50 d组与光照-50 d组之间变化差异显著(P<0.05);光照对货架期间椪柑汁的L*、a*和b*值影响变化,表明光照对椪柑汁亮度影响较小,但降低了椪柑汁的红色度和黄色度。货架期间椪柑汁的c*值降低,表明椪柑汁的色饱和度降低,即变得灰暗,这与CHOI等[19]贮藏期间血橙汁c*值变化的研究结果一致。USDA提出采用OJ指数对不同橙汁的色泽进行标准化测定和管理[20]。经过50 d的货架期,椪柑汁的OJ从42.39±0.14降低到41.27±0.17,货架后的椪柑汁OJ指数仍满足USDA的A级要求(OJ≥36)[17]。总色差(△E)是反映了货架初期与货架末期椪柑汁色泽变化的指标,在货架末期,避光组和光照组的△E分别为3.10±0.33和4.02±0.24,表明光照加速椪柑汁色差变化,降低椪柑汁的感官质量。

2.2 风味品质分析

2.2.1 货架期椪柑汁中挥发性物质定性分析

对货架期间椪柑汁中挥发性物质进行MDGC-MS/O检测分析,其中采用串联BP-5色谱柱(30 m×0.53 mm id×0.5 μm)和SLOGEL-wax色谱柱(30 m×0.53 mm id×0.5 μm)对货架期椪柑汁中挥发性组分进行分离,MS检测器对挥发性组分的总离子流图进行检测(图1),嗅辨仪对具有气味属性的挥发性组分进行检测。通过挥发性物质的总离子流图、气味属性和保留时间与NIST11、W10N14库的总离子流图匹配、与文献中风味物质的气味属性和标品的保留时间进行比较,对货架期间椪柑汁中挥发性物质进行定性分析。结果如表2所示,在货架初期和末期的椪柑汁中共鉴定出62种挥发性组分,包括3种挥发性硫化物类、16种萜烯类、17种醇类、8种醛类、8种酯类、5种酮类和5种其他化合物类,即在货架期间椪柑汁中,醇类物质种类占总挥发性物质种类的27.42%,其次为萜烯类物质25.81%、醛类12.90%、酯类12.90%、酮类8.06%、其他化合物类8.06%和挥发性硫化物类4.84%。其中,椪柑汁中挥发性硫化物(甲硫醇、二甲基硫醚和3-甲硫基丙醛)是食品中常见的异味物质,也是导致柑橘果汁风味劣变的主要物质[12,21]。货架期间时间和光照影响椪柑汁中挥发性组分的数量,在0 d组、避光-50 d组和光照-50 d组椪柑汁中分别检测到52种、54种和58种挥发性组分。其中,贮藏时间促进了货架末期椪柑汁中葑醇、2-莰醇、三甲基苯甲醇化合物的产生。此外,桧烯仅在货架初期0 d组检测到,甲硫醇仅在货架末期避光-50 d组中检测到,二甲基硫醚、1-异丙烯基-4-甲基环己烯、2-已烯醛、反式-3-戊烯-2-酮、甲苯和对二甲苯仅在光照-50 d组的椪柑汁中检测到。

a-0 d;b-避光-50 d;c-光照-50 d图1 货架期初期和末期的椪柑汁中挥发性组分色谱图Fig.1 The chromatography of volatile compounds in Ponkan mandarin juice at the beginning and end of shelf-life

表2 货架期初期和末期的椪柑汁中挥发性组分定性和定量分析Table 2 Identification and quantification of volatile compounds in Ponkan mandarin juice at the beginning and end of shelf-life

2.2.2 货架期椪柑汁中挥发性物质定量分析

采用环己酮为内标,对货架期椪柑汁中的挥发性组分进行定量分析,结果如表2所示,萜烯类是椪柑汁中主要的挥发性物质(70.64%～80.51%),在0 d组、避光-50 d组和光照-50 d组中萜烯类物质含量分别为(418 274.68±4 392.49)、(349 849.29±9 829.37)、(390 618.46±6 692.61) μg/L。这表明随着货架时间延长,椪柑汁中萜烯类物质总含量发生降低,这也主要体现在α-侧柏烯、α-蒎烯、莰烯、桧烯、β-蒎烯、3-蒈烯、α-松油烯、d-柠檬烯、γ-松油烯、萜品油烯和大牛儿烯 D共11种化合物含量的降低,其中光照加速了α-侧柏烯、α-松油烯、γ-松油烯、萜品油烯和大牛儿烯D含量的降低。此外,光照也促进β-月桂烯、对伞花烃、1-异丙烯基-4-甲基环己烯和δ-榄香烯4种萜烯类物质含量的升高。d-柠檬烯是柑橘汁中含量最大的萜烯类物质,随着货架时间的延长,d-柠檬烯含量发生降低(0 d组→避光-50 d组/光照-50 d组:(280 488.19±2 919.59) μg/L→(230 740.34±7 311.21) μg/L/(255 516.82±4 608.01) μg/L,这主要与d-柠檬烯降解为α-松油醇和4-萜烯醇有关,与PÉREZ-LPEZ等[22]的研究结果一致。

醇类是椪柑汁中含量第2的挥发性物质(15.26%～23.59%),随着货架时间延长,椪柑汁中醇类物质含量升高(0 d组→避光-50 d组/光照-50 d组:(79 257.29±483.68) μg/L→(114 748.33±2 047.74) μg/L/ (120 615.77±2 227.51) μg/L。光照促进了12种醇类化合物含量的升高,包括:乙醇、2-甲基-3-丁烯-2-醇、3-甲基-2-丁烯-1-醇、葑醇、反式-1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)环己-2-烯-1-醇、β-松油醇、4-萜烯醇、2-莰醇、香茅醇、橙花醇、三甲基苯甲醇、香芹醇;却降低了芳樟醇的含量。酯类、醛类和酮类也是碰柑汁中重要的挥发性组分,但含量较低,在0 d组、避光-50 d组和光照-50 d组三类化合物的含量分别占总挥发性组分的3.18%、3.24%、3.85%。在货架期间,醛类和酮类的含量呈升高趋势,酯类含量呈降低趋势。货架期间,光照促进了椪柑汁中4种醛类(己醛、2-己烯醛、苯醛、紫苏醛)、2种酯类(丁酸乙酯和乙酸橙花酯)和3种酮类(反式-3-戊烯-2-酮、D-香芹酮和β-紫罗酮)含量的升高;却加速了1种醛类(辛醛)、3种酯类(乙酸乙酯、丙酸乙酯和异丁酸乙酯)含量的降低。此外,货架时间和光照因素也促进了其他化合物含量变化,光照因素加速甲苯、对二甲苯、1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)苯、百里香酚甲醚和百里酚含量的升高。光照通过影响椪柑汁中挥发性组分含量发生变化,进而导致风味发生改变。

2.2.3 货架期椪柑汁中OMSE分析

嗅辨仪模拟人类鼻子的高灵敏性检测器,结合二维气相色谱-质谱(MDGC-MS)组合成MDGC-MS/O,可以对风味组分进行准确检测和鉴定。为探究椪柑汁中关键风味组分及其在货架期间的变化规律,采用OMSE对货架期椪柑汁的关键风味组分进行分析。结果如表3所示,在货架初期,椪柑汁中8种风味组分的气味强度>5,即α-蒎烯(松香)、莰烯(樟脑味)、d-柠檬烯(橘香)、芳樟醇(花香)、反式-4-(异丙基)-1-甲基环己-2-烯醇(薄荷味、辛香)、香茅醇(柠檬味)、异丁酸乙酯(果香)和β-大马士酮(果香),也是椪柑汁关键的风味组分;其中,椪柑汁中芳樟醇的气味强度值最高。货架初期和末期的椪柑汁中共鉴定出34种关键风味组分,包括挥发性硫化物类(3种)、萜烯类(9种)、醇类(8种)、醛类(5种)、酯类(4种)、酮类(4种)和其他化合物类(1种)。嗅辨检测出的萜烯类化合物种类最多,在货架期间,具有橘香气味属性的d-柠檬烯、γ-松油烯和萜品油烯组分的气味强度逐渐降低,这与3种化合物含量变化相一致;光照增强了具有霉味气味属性的β-月桂烯(0 d组→光照-50 d组:3.28→5.10)和溶剂味气味属性的对伞花烃(0 d组→光照-50 d组:4.28→6.67)气味强度。醇类也是重要的风味组分,其中4-萜烯醇和α-松油醇是衡量贮藏期间柑橘汁品质的重要参数[22],货架期间光照使椪柑汁中4-萜烯醇的气味强度从1.85升至3.60,α-松油醇的气味强度从1.45升至3.00。此外,货架期间,椪柑汁中检测到3种具有异味属性的挥发性硫化物:甲硫醇(烂白菜味)、二甲基硫醚(白菜味、硫磺味)和3-甲硫基丙醛(煮土豆味),这与CHENG等[12]货架期间椪柑汁中检测到的异味组分相一致;光照加速提升椪柑汁中具有煮土豆味的3-甲基硫丙醛气味强度(0 d组→避光-50 d组/光照-50 d组:3.28→7.05/8.48),这对椪柑汁风味劣变具有重要的影响。

表3 货架期初期和末期的椪柑汁中风味组分的OMSE分析Table 3 OMSE analysis of flavor compounds in Ponkan mandarin juice at the beginning and end of shelf-life

3 结论

本文采用色差仪、HPLC-DAD、MDGC-MS/O结合OMSE,对光照货架期间椪柑汁中基础品质指标(色差、抗坏血酸)和风味品质的变化规律进行研究。结果表明,货架期间,椪柑汁中SSC和pH值无显著变化(P>0.05),且光照使椪柑汁中抗坏血酸含量从(24.15±0.13) mg/100 mL降低到(5.54±0.07) mg/100 mL,同时加速椪柑汁色差变化,降低椪柑汁的营养品质和感官品质。货架末期,光照组椪柑汁中鉴定出58种挥发性组分,高于0 d组(52种)和避光-50 d组(54种),其中6种挥发性组分(二甲基硫醚、1-异丙烯基-4-甲基环己烯、2-已烯醛、反式-3-戊烯-2-酮、甲苯和对二甲苯)仅在光照-50 d组的椪柑汁中检测到。在货架期间,椪柑汁中主要挥发性组分d-柠檬烯和芳樟醇含量降低,异味组分α-松油醇和4-萜烯醇含量升高。MDGC-O结合OMSE在0 d组、避光-50 d组和光照-50 d组中共鉴定出28种、28种和29种气味组分;在货架初期椪柑汁中筛选出8种关键风味组分(气味强度>5),且发现货架期间的光照促进了异味组分二甲基硫醚(白菜味、硫磺味)、3-甲硫基丙醛(煮土豆味)、对伞花烃(溶剂味)、葑醇(土腥味)的气味强度增强。研究结果对柑橘果汁商品在销售期间防止风味劣变具有重要的理论指导意义。