添加橙油对橙汁风味和稳定性的影响

2024-04-01崔翠翠

食品工业科技 2024年7期

崔翠翠，刘月，荣光，曾鸣,4,*，宋昊

（1.北京一轻控股有限责任公司，北京 100022；2.北京一轻研究院有限公司，北京 101111；3.北京北冰洋食品有限公司，北京 102600；4.北冰洋（北京）饮料食品有限公司，北京 102600）

橙汁是一种广受全世界消费者喜爱的饮品，不仅能够提供人体所需的多种维生素和矿物质，同时还富含类黄酮和多酚等生物活性物质[1]，具有预防氧化应激、抵抗炎症，以及防治相关慢性疾病的作用[2]。根据溶解性不同，橙汁中的营养功效成分可分为亲水性成分和亲脂性成分两大类，亲水性营养成分主要包括水溶性果胶、维生素、矿物质和有机酸等，亲脂性成分主要包括橙油和黄酮类化合物等。其中，橙油是一类复杂的有机化合物，包含200 多种化学物质成分，主要成分为柠檬烯和芳樟醇等萜烯类化合物[3]。这些小分子物质少量存在于饮料中便能起到强化香气，增加果汁感等作用，因此，橙油在饮料生产上应用非常广泛，但其含量对饮料尤其是橙汁饮料风味的影响尚不清晰，值得深入研究。

由于橙油自身理化性质不稳定[4-5]，在水体系的饮料产品中表现出较低的溶解度。橙油还会与橙汁中的内源活性成分发生相互作用，进而影响橙汁体系的稳定性。YANG 等[6]发现柑橘黄酮在橙油中表现出更好的溶解性，ZHAO 等[7]发现柑橘果胶具有乳化作用，与精油形成的乳液粒径最小最稳定。同时，通过以柑橘果胶为乳化剂、柑橘精油为油相、含有柑橘水溶性成分的溶液为水相，可以构建出高稳定性的柑橘乳液体系[8]。以上研究只是针对单个柑橘内源活性成分与柑橘油的相互作用，体系比较单一，尚缺乏真实橙汁体系稳定性如何受橙油影响的研究。商业橙汁产品在货架期需维持较好的稳定性，故有必要了解橙汁加工时混入橙油含量对橙汁稳定性的影响，为生产加工稳定的橙汁产品提供理论依据。

因此，本研究通过向橙汁中添加不同比例的橙油，并测定橙汁中香气化合物及状态的变化，来探究橙油添加量对橙汁风味物质组成和稳定性的影响，以期为相关橙汁加工及饮料生产企业提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

浓缩橙汁南充佳美食品工业有限公司；橙油江西省野芳香料贸易有限公司；C7～C30饱和正构烷烃色谱纯，美国Supelco 公司；α-甲基肉桂醛标准品纯度≥97%，色谱纯，美国Supelco 公司。

ME204 型万分之一电子天平瑞士梅特勒-托利多公司；7890A-5975C 型气相色谱质谱联用仪、DB-WAX 毛细管色谱柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）美国Agilent 公司；SPME 萃取头（50/30 μm 二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷）美国Supelco公司；APV-1000 型高压均质机斯必克流体技术有限公司；Turbiscan Lab 稳定性分析仪法国Formulaction 公司；DW-HL398 型超低温冷冻储存箱中科美菱低温科技有限责任公司；IKA RCT digital磁力搅拌器德国艾卡仪器设备公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备称取适量浓缩橙汁加纯净水进行搅拌稀释，制备可溶性固形物含量为12.5°Brix 的橙汁。向橙汁中分别添加0、0.10%、0.25%、0.50%和1.00%的橙油，采用磁力搅拌器（1000 r/min，5 min）使橙油充分分散在橙汁中，之后采用均质机进行均质，均质压力为30 MPa，均质2 次，装瓶后于85 °C水浴锅杀菌15 min，从而制备不同比例橙油的橙汁样品，以备后续风味物质的检测，感官品评和稳定性分析。

1.2.2 GC-MS 分析

1.2.2.1 HS-SPME 参考文献[9]的方法并做适当修改，分别吸取5 mL 不同橙油含量的橙汁，置于20 mL 顶空进样瓶中，加入2.0 g NaCl、1 μL 内标（10.045 mg/mL 的α-甲基肉桂醛），密封。设置自动进样器程序为：45 °C 平衡15 min 后，插入SPME 萃取头萃取40 min，最后在GC-MS 进样口240 °C 解析10 min，进行GC-MS 分析。

1.2.2.2 GC-MS 分析条件参考文献[9]的方法并做适当修改，气相色谱柱为DB-WAX 石英毛细管柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm），进样口温度为240 °C；升温程序为：40 °C 保持3 min，以3 °C/min 升至120 °C，保持5 min，然后以5 °C/min 升至200 °C，保持5 min，再以20 °C/min 升至240 °C，保持10 min；He 流速为1.0 mL/min，分流进样。

1.2.2.3 质谱条件电子电离（electron ionization，EI）源，电子能量70 eV，传输线温度240 °C，离子源温度230 °C，四极杆温度150 °C，质量扫描范围20.00～400.00 m/z，溶剂延迟5 min。

1.2.3 定性定量分析将扫描结果与NIST11 谱库（匹配度大于80）对照进行成分鉴定，并将化合物的保留指数（retention index，RI）与文献值进行验证，从而实现未知化合物的定性。RI 根据改进的Kovats法计算，采用相同的仪器条件对C7～C30正构烷烃标准品进行GC-MS 分析，根据正构烷烃标准品的保留时间计算未知化合物的保留指数[10]，化合物RI 按公式（1）计算。此外，采用α-甲基肉桂醛为内标进行半定量分析，根据被测化合物和内标物相应的色谱峰面积之比，计算被测组分含量，化合物的浓度按公式（2）计算。

式中，tn和tn+1为碳数为n、n+1 的正构烷烃的保留时间，min；ti为tn与tn+1之间的第i 个化合物的保留时间，min。

式中，Cx、Ci分别为样品挥发性化合物和内标化合物的浓度，μg/L；Sx、Si分别为样品挥发性化合物和内标化合物的峰面积。

1.2.4 感官品评参照橙汁饮料的感官评价要求[11]，选择12 名经过专业培训的人员（男女比例为1:1，年龄在35 岁以上占比约33%）组成感官评价小组，制定感官评价标准，见表1。分别从色泽、橙香、滋味和整体风味这4 个维度进行品评，满分100 分。

表1 橙汁感官评价标准Table 1 The sensory evaluation criteria of orange juice

1.2.5 稳定性分析将待测样品放入20 mL 的测量池内，选用背散射光模式对样品进行分析[12]。采用扫描模式进行测量，测量探头从样品池的底部到样品池的顶部每40 μm 测量一次，完成样品池从底部到顶部的一次扫描。扫描曲线给出了不同扫描时间透射光和反射光随样品高度的变化关系，以样品初始值为对照，样品与之的相对值反映体系的变化。扫描时长设定为24 h，0～1 h 内每隔5 min 扫描一次，1～3 h内每隔10 min 扫描一次，3～24 h 内每隔30 min 扫描一次，温度设定为37 ℃，第一次扫描显示蓝色，最后一次显示红色，曲线从左到右代表样品从底部到顶部。

1.3 数据处理

成分含量所得结果以平均值±标准差表示。本研究所得数据采用Origin 2019 进行绘图，SIMCA 14.1 进行偏最小二乘判别分析（PLS-DA）。Turbiscan 稳定性分析仪采集数据使用TurbiSoft 2.0 软件进行数据分析。所有实验重复3 次。

2 结果与分析

2.1 橙油添加对橙汁挥发性组分的影响

对含有不同比例橙油的橙汁进行HS-SPMEGC-MS 测定，其挥发性组分的定性和定量结果如表2 所示。在未添加橙油的橙汁中只检测到了19 种风味化合物，其中D-柠檬烯的含量最高（4.134 μg/L），其次为苯甲醛（0.283 μg/L），还检测到β-红没药烯、β-月桂烯、芳樟醇、苯乙酮、巴伦西亚橘烯和香芹酮等挥发性香气物质。D-柠檬烯一般为柑橘类精油的主要挥发性成分，具有柑橘味和水果味，但香气阈值较高，呈现的香气强度不高[13-14]。苯甲醛在感官分析上具有较低的阈值，具有杏仁香，赋予橙汁独特的甜橙气味[15]。巴伦西亚橘烯也具有典型的柑橘香气，在多种柑橘中都有检出[16]。

表2 添加不同比例的橙油对橙汁挥发性组分的影响Table 2 Effect of different orange oil addition on the flavor components of orange juice

当添加0.10%、0.25%、0.50%和1.00%的橙油后，检测到的挥发性成分分别增加至58、69、70、71 种。在添加1.00%橙油的橙汁检出的71 种化合物中，醇类有18 种、萜类有29 种、酯类有4 种、醛类有14 种、酮类有6 种。其中，除苯乙酮外，剩下的70 种挥发性成分在橙汁中的含量随着橙油添加量的增加而增加，说明这些化合物是橙油的主要挥发性组分。

挥发性组分中增加最明显的化合物为萜类，萜类物质对橙油的香气具有重要贡献，在柑橘中种类最多，含量也最高。对个体香气成分而言，增加明显的化合物有D-柠檬烯、β-月桂烯、α-蒎烯、侧柏烯、β-水芹烯、3-蒈烯、γ-松油烯和巴伦西亚橘烯。当橙油添加量从0 增至0.10%、1.00%时，D-柠檬烯的含量由4.134 μg/L 增至184.030、599.809 μg/L，其含量显著性地高于D-柠檬烯的阈值，可使其发挥的香气作用有明显提升。同时，β-月桂烯的含量在橙油添加量为1.00%时也达到了42.778 μg/L，其具有令人愉快的香脂香气[17-18]，对甜橙果实香气品质也有一定的贡献。此外，据报道，其他含量增加明显的萜类化合物有α-蒎烯、3-蒈烯、巴伦西亚橘烯和γ-松油烯，也能明显影响橙汁的橘香，对甜橙汁主体风味的呈现起着十分重要的作用[19]。

醇类化合物中增加最明显的组分依次为芳樟醇、辛醇和α-松油醇。随着橙油添加量的增加，芳樟醇的含量由原始的0.024 μg/L 最高增加至11.846 μg/L，辛醇和α-松油醇的含量基本上在0～2.500 μg/L 范围内。研究表明，芳樟醇和辛醇分别呈现花香和蜡质香，被认为是柑橘果实的香气活性物质[14,20]。α-松油醇是柠檬烯的降解产物，低浓度时呈现明显的甜香，但是其含量增加会对柑橘汁香气产生负面影响，影响果汁的感官品质，被看作是柑橘汁陈化的指标[21]。

醛类化合物中增加最明显的组分依次为癸醛、正辛醛、橙花醛、顺式-柠檬醛和（+）-香茅醛。其中，癸醛和正辛醛的含量在橙油添加量为0.50%时已经分别达到4.532 μg/L 和3.022 μg/L，而橙花醛和顺式-柠檬醛的含量则分别为1.760 μg/L 和1.095 μg/L。癸醛是柑橘汁中重要的直链醛，主要呈现类似橙子的香气[22]。据报道，正辛醛具有醛香、腊香、苹果皮香、橙柑香气，并且香气阈值低，极度稀释后有甜橙样香气，其含量的增加有利于加强柑橘汁的主体风味[23]。顺式-柠檬醛和香茅醛则分别与花香和薄荷味呈现较强的相关性，可以对柑橘汁风味起到一定的修饰作用[24]。

酯类和酮类化合物增加量较少，其在1.00%橙油添加量橙汁中的合计含量分别为0.422 μg/L 和0.911 μg/L。酯类主要贡献果香，其中丁酸乙酯是构成橙香的关键风味物质之一，其香气阈值较低，故少量存在也能对甜橙汁的香气有着显著性的作用[19]；酮类一般认为具有青香气味、香草香和果香，其中含量比较高的香芹酮一般呈现留兰香，其存在反而减弱了橙香强度，但不会改变整体风味[25]。

2.2 橙油添加量与挥发性组分的相关性分析

为了探究不同橙油添加量与橙汁挥发性组分的相关性，采用有监督的偏最小二乘判别分析（PLSDA）模型对不同橙油添加量的橙汁香气物质进行分析（图1）。结果显示，前两个主成分的累计贡献率达到了99.695%，说明前两个主成分能很好地概括原始数据的大部分信息。由图1 可知，未添加橙油的橙汁、低添加量的橙汁（0.10%和0.25%）和高添加量的橙汁（0.50%和1.00%）样品基本能区分开来，高添加量的橙汁样品（0.50%和1.00%）整体分布于主成分1 的负半轴（图1a），结合载荷图可知（图1b），几乎所有定量的香气物质基本上都处在负半轴，这表明添加橙油能显著性地影响橙汁的香气物质组成。

图1 不同橙油添加量对橙汁香气物质PLS-DA 分析Fig.1 PLS-DA analysis of aroma compounds in orange juice with different orange oil addition

为了进一步筛选出橙油带给橙汁的关键特征差异香气物质，将每种香气物质在模型中的变量投影重要性值（variable importance for the projection，VIP）进行分析。通常认为，VIP 值大于1 的变量（香气成分）对于模型的判别是重要的。如图1c 所示，VIP 大于1 的香气物质，主要包括萜类物质（α-蒎烯、左旋-β-蒎烯、侧柏烯、β-月桂烯、D-柠檬烯、反式-摩勒-3,5-二烯、柠檬烯环氧化物、α-荜澄茄油烯、β-古巴烯、β-石竹烯、巴伦西亚橘烯、β-红没药烯、Δ-杜松烯），醛类物质（（+）-香茅醛、苯甲醛、十一醛、十二醛、甜橙醛），醇类物质（（-）-4-萜品醇、1-壬醇），这些化合物都是区分不同橙油添加量的橙汁样品的重要香气物质，其中，重要的关键化合物依次为D-柠檬烯，β-月桂烯，巴伦西亚橘烯，十一醛，（-）-4-萜品醇，左旋-β-蒎烯和侧柏烯。

2.3 添加橙油对橙汁感官属性的影响

分别对添加不同比例橙油的橙汁进行感官品评，结果如表3 所示。由表3 可知，0.10%橙油添加量的橙汁其滋味和整体风味最优，而橙香要略差于0.25%和0.50%的橙油添加量样品，但三者之间没有显著性差异（P＞0.05）。未添加橙油的橙汁其色泽、橙香均最差，这说明橙油能有效提高橙汁的颜色属性和橙香风味。当逐渐增加橙油的添加量时，橙汁的橙香显得过于浓郁，甚至呈现不典型的橙香，其滋味和整体风味也均呈现下降的趋势，这说明橙油添加量高于0.50%时，将不利于提高橙汁的感官品质。综合色泽、橙香、滋味和整体风味评分，可以发现，0.10%橙油添加量样品的总分高于70 以上，与0.25%的橙油添加量样品之间无显著性差异（P＞0.05），这说明橙油添加量在0.10%～0.25%之间时橙汁的感官风味最佳。

表3 不同橙油添加量的橙汁的感官品评结果Table 3 Sensory score of orange juice with different orange oil addition

2.4 添加橙油对橙汁稳定性的影响

添加不同比例橙油的橙汁背反射光强度随时间的变化如图2～图6 所示，结果表明：添加不同比例的橙油对橙汁的稳定性影响显著，这可能是由于橙油通过与橙汁中的膳食纤维和蛋白质通过亲水、疏水相互作用相结合，从而影响橙汁的稳定体系[26]。

图2 未添加橙油橙汁的稳定性曲线Fig.2 Stability curve of orange juice without addition of orange oil

未添加橙油（图2）和添加0.10%橙油（图3）的橙汁，其背散射光随时间的变化相似，即在下部出现沉淀，15～20 mm 处以及顶部出现下凹的峰，说明存在轻微的澄清。出现这种现象主要是由于橙汁中的果肉粒径较大，无法通过布朗运动保持悬浮状态，受重力作用逐渐下沉[27]。

图3 添加橙油0.10%（W/W）后橙汁的稳定性曲线Fig.3 Stability curve of orange juice with addition of orange oil (0.10%, W/W)

图4 为橙油添加量为0.25%（W/W）的橙汁，其背散射光分别在上部和下部增强，说明橙汁中的果肉部分发生了上浮、部分发生了下沉。由挥发性成分可知，添加橙油引入的关键性挥发性化合物主要为萜类和直链脂肪醛，包括D-柠檬烯、β-月桂烯、巴西伦亚橘烯和（-）-4-萜品醇等，这些挥发性化合物同时具有极性和非极性基团，因此可以与部分果肉通过相互作用发生吸附作用，使得这部分果肉密度小于橙汁主体溶液密度，引起上浮，其余未发生吸附作用的果肉密度则大于橙汁主体溶液密度，引起下沉[28-29]。

图4 添加橙油0.25%（W/W）后橙汁的稳定性曲线Fig.4 Stability curve of orange juice with addition of orange oil(0.25%, W/W)

图5 和图6 分别为橙油添加量为0.50%（W/W）和1.00%（W/W）的橙汁，其稳定性曲线与图2、图3呈现完全相反的现象。随着时间推移，其背散射光强逐渐在上部增强，说明果肉发生了上浮现象。结合前面挥发性物质的分析中，发现橙油向橙汁中引入了大量的挥发性成分，尤其是D-柠檬烯，标准状态下D-柠檬烯的密度约为0.84 g/mL，被甜橙果肉大量吸附后，会导致甜橙果肉复合物密度小于橙汁主体溶液密度，进而发生上浮现象[30]。因此，混入或添加过多橙油会导致橙汁发生果肉上浮的非常见现象，在加工橙汁或含果肉橙汁饮料时应注意避免。

图5 添加橙油0.50% （W/W）后橙汁的稳定性曲线Fig.5 Stability curve of orange juice with addition of orange oil (0.50%, W/W)

图6 添加橙油1.00% （W/W）后橙汁的稳定性曲线Fig.6 Stability curve of orange juice with addition of orange oil (1.00%, W/W)

3 结论

本研究采用HS-SPME-GC-MS 对添加不同比例橙油的橙汁样品进行定性定量分析，发现添加橙油能有效提升橙汁的香气物质含量。随着橙油比例的增加，D-柠檬烯、β-月桂烯、α-蒎烯、芳樟醇、侧柏烯和癸醛等柑橘特征挥发性成分的含量增加最为明显，D-柠檬烯香气阈值虽较高，但含量的显著升高对橙汁香气提升的作用也不可忽视，其他萜烯、醛类和醇类也是橙油中影响风味的关键性化合物。然而，添加不同比例的橙油，橙汁会不同程度的出现上浮下沉以及上浮严重的现象，这说明橙油引入的这些挥发性成分会显著性地影响橙汁的稳定性。因此，在实际加工橙汁饮料时，可通过控制橙汁加工自然引入或回添橙油来提升橙汁风味，但如果不希望出现果肉上浮现象，应尽量控制橙汁饮料中橙油含量小于或等于0.10%，感官测试也表明添加0.10%橙油的橙汁其滋味和整体风味最优。以上结果为研究橙油的挥发性组分在橙汁体系的作用机制奠定基础，同时，对橙汁加工和橙汁饮料的开发提供参考。后续橙油组分与中低浓度橙汁饮料的相互作用值得进一步研究探讨。