LED光照貨架期間椪柑汁感官風味品質變化分析

韓冷,李貴節,程玉嬌*,余經剛,張萍,鄭勇

1(西南大學 柑桔研究所,重慶,400712)2(國家柑桔工程技術研究中心,重慶,400712)3(重慶三峽柑橘集團有限公司,重慶,400000)

我國是全球柑橘種植大國,其產量位居世界首位。椪柑(CitrusreticulataBlanco cv.Ponkan)是我國寬皮柑橘的主栽品種之一,主要分布在我國廣東、福建、浙江、廣西、重慶、四川等地[1]。椪柑具有皮薄易剝的特點,目前主要用于鮮食,少量加工成柑橘汁和蜜餞等產品。因風味獨特、營養價值豐富,柑橘汁受到越來越多消費者的喜愛。據美國農業部(United States Department of Agriculture,USDA)最新數據統計,2021年全球柑橘濃縮汁(65 °Brix)消費量到達169.9萬t,而我國柑橘濃縮汁產量僅為2.7萬t左右,占全球柑橘汁總產量的1.60%,未能充分發揮我國柑橘產量大國的優勢[2]。隨著我國柑橘鮮食市場的飽和,將寬皮柑橘加工成果汁,不僅可以解決鮮果剩余問題,也可提高柑橘鮮果附加值,滿足全球消費者的需求,具有很大的市場前景。

為了吸引消費者的注意,飲料商品被放置于超市或商店的貨架上常暴露于光照射下。光照導致飲料商品中的營養品質降低。閻然等[3]發現4 ℃條件下,冷白熒光燈光照(光照強度為1.51×106lux)非濃縮還原橙汁25 d,導致維生素C濃度降低和檸檬苦素的產生,降低非濃縮還原橙汁品質。CONRAD等[4]發現在熒光燈和紫外燈照射下,包裝于聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)材質、PET+0.25%聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN)材質、PET+1%PEN材質和PET+4%PEN材質的4種聚酯瓶中的蘋果汁和橙汁商品中抗壞血酸發生降解、顏色發生變化,降低2種果汁的商品價值。近年來,隨著消費者生活水平的提高,除營養品質外,風味逐漸成為衡量產品品質優劣的重要指標。柑橘汁風味豐富,主要包括萜烯類、醇類、醛類、酯類、酮類和揮發性硫化物類等[5-6]。FENG等[7]采用氣相-嗅辨儀(gas chromatography-olfactory,GC-O)結合香氣提取物稀釋分析法(aroma extract dilution analysis,AEDA)對橙汁和橘汁樣品進行分析,研究發現丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、辛醛、癸醛和乙醛是橙汁的關鍵風味物質,芳樟醇、己醛、α-蒎烯、檸檬烯和(E,E)-2,4-癸二烯醛是寬皮柑橘汁的關鍵風味物質。光照導致飲料商品風味發生改變,影響消費者的接受度。已有文獻報道,光照射可導致牛奶[8]、紅酒[9]、蘋果汁[10]、橙汁[11]、寬皮柑橘汁[12]和檸檬汁[13]等產品風味發生劣變。如HASHIZUME等[10]發現戊醛、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-辛烯醛是導致光照射蘋果汁風味劣變的主要揮發性物質。CHENG等[12]采用氣相-質譜/脈沖火焰檢測器(gas chromatography-mass spectrometry/pulsed flame photometric detector,GC-MS/PFPD)檢測經發光二極管(light-emitting diode,LED)燈光照射柑橘果汁中揮發性硫化物的變化規律,研究發現甲硫醇、二甲基三硫醚和3-甲硫基丙醛含量升高,并采用三角感官實驗證明這3種揮發性硫化物是導致柑橘汁風味劣變的關鍵異味組分。李貴節等[14]發現長波紫外線影響非濃縮還原椪柑汁的風味組分變化,加速了風味品質劣變。關于光照對寬皮柑橘汁品質影響的研究相對較少,針對LED光照貨架期寬皮柑橘汁中感官品質和風味品質的變化規律還未進行全面探究。

為了明確LED光照對寬皮柑橘汁感官風味品質的影響,本研究擬以椪柑果汁為研究對象,主要利用高效液相色譜-二級管陣列檢測器(high-performance liquid chromatography-diode array detection,HPLC-DAD)、色差儀、二維氣相色譜-質譜/嗅辨儀(multidimensional gas chromatography-mass spectrometry/olfactometry,MDGC-MS/O)結合時間強度法(odor specific magnitude estimation,OMSE),探究LED光照條件下,椪柑汁中感官品質和風味品質的變化規律,為預防寬皮柑橘汁光照貨架期間品質變化提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 實驗材料

椪柑果實采摘于重慶市北碚區歇馬農場。

1.1.2 實驗試劑

環己酮(純度99%)、二甲基硫醚(99%)、α-蒎烯(98%)、莰烯(95%)、d-檸檬烯(95%)、β-月桂烯(90%)、對傘花烴(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%)、異丁酸乙酯(99%),上海梯希愛公司;甲硫醇(97%),愛爾蘭Reagecon公司;γ-松油烯(95%)、δ-欖香烯(97%)、葑醇(98%)、紫蘇醛(95%)、乙酸香葉酯(96%)、4-乙酰基-1-甲基-環己烯(95%)、β-大馬士酮(90%)、β-紫羅酮(98%)、4-萜烯醇(95%),上海源葉公司;萜品油烯(95%),北京百靈威科技有限公司;芳樟醇(98%)、香芹醇(97%)、壬醛(96%),上海麥克林生化科技有限公司。

1.2 儀器與設備

Agilent1260高效液相色譜-二級管陣列檢測器-熒光檢測器、Agilent 7890B GC-5977B MS二維氣相色譜-質譜,美國安捷倫科技有限公司;嗅辨儀,美國風味分析(Volatile Analysis)公司;BP-5色譜柱(30 m×0.53 mm id×0.5 μm)、SLOGEL-wax色譜柱(30 m×0.53 mm id×0.5 μm),澳大利亞SGE分析科學公司;CJ3000布朗榨汁機,德國BRAUN公司;Color i5色差儀,美國GretagMacbeth公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭,美國Supelco公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,上海力辰科技有限公司;pH計,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;2WJA阿貝折光儀,上海儀電物理光學儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

以椪柑為原料,制備商業果汁產品,制備方法和貯藏時間參考程玉嬌[15]的方法。在常溫下(25 ℃),PET瓶裝果汁置于避光和LED燈(3 024 lux)條件下放置50 d。采用“0 d”組表示椪柑汁在進行避光/光照處理前的果汁樣品,“避光-50 d”表示椪柑汁在進行避光處理50 d的果汁樣品,“光照-50 d”表示椪柑汁在進行LED光照處理50 d的果汁樣品。

1.3.2 感官品質指標測定

采用阿貝折光儀和pH計測定椪柑汁的可溶性固形物(soluble solids content,SSC)和pH。

參考李申[16]的方法測定維生素C。

采用色差儀直接測定椪柑汁的L*、a*、b*、c*和橙汁(orange juice,OJ)指數值,其中,L*值表示亮度,a*值表示紅色或綠色值,b*值表示黃色或藍色值,c*表示色澤飽和度,OJ指數表示橙汁色澤評價指標,可用來評判橙汁的商業等級[17]。此外,ΔE通過公式(1)計算椪柑汁總色差值(ΔE),ΔE數值越大,表明椪柑汁的貯藏期間色澤變化程度越大。

(1)

1.3.3 頂空固相微萃取

采用頂空固相微萃取(SPME)對椪柑汁中揮發性物質進行萃取和濃縮。將5 mL椪柑汁置于20 mL頂空瓶中,加入轉子和2.5 μL的環己酮溶液(9.423 mg/mL),混勻,密封。將頂空瓶置于40 ℃水浴鍋中平衡20 min,采用2 cm 50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭萃取頂空瓶中揮發性組分30 min。

1.3.4 揮發性組分測定

MDGC-MS/O測定方法參考程玉嬌[15]的方法,并略有修改。采用MDGC-MS/O對椪柑汁中揮發性組分進行測定。將備好的萃取頭置于MDGC進樣口200 ℃解析5 min,揮發性組分在串聯的BP-5色譜柱(柱1:30 m×0.53 mm id×0.5 μm)和SLOGEL-wax色譜柱(柱2:30 m×0.53 mm id×0.5 μm)進行分離,隨后分別進入MS和嗅辨檢測器。柱溫程序:初始溫度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 ℃。載氣He,柱1和柱2的流速分別為8.734 5和8.766 3 mL/min,MSD傳輸線溫度280 ℃,電子電離電壓70 eV,離子源溫度230 ℃,m/z的掃描范圍33～400 amu。采用10個揮發性物質(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、檸檬烯、γ-松油烯、芳樟醇和松油烯-4-醇)配制混標,對3名嗅辨人員進行培訓。嗅辨儀加濕的空氣流量調節為11 L/min,采用OMSE技術對風味物質強度進行測定。

1.3.5 揮發性組分的定性和半定量分析

定性分析:通過MS總離子流與NIST11、W10 N14數據庫的匹配度;風味物質的氣味屬性;標品的保留時間進行定性。

半定量分析:通過環己酮內標法進行揮發性物質的半定量分析。定量如公式(2)所示:

(2)

式中:ρ待,待測的揮發性組分的質量濃度,μg/mL;A待,待測的揮發性組分的峰面積;ρ,內標質量濃度,μg/mL;A內標,內標組分在MS檢測器或PFPD上的峰面積。

1.3.6 數據處理

采用SPSS 25.0對數據進行方差分析(analysis of variance,ANOVA)和Duncan多重檢驗;化學工作站F.01.01.2317對揮發性組分進行定性分析。

2 結果與討論

2.1 感官品質指標分析

2.1.1 基礎指標

SSC、pH和抗壞血酸(維生素C)常被用來衡量果汁品質高低的重要營養指標。采用阿貝折光儀和pH計對果汁中SSC和pH值進行測定,果汁中80%～85%的SSC是由糖組分構成[18],pH值可以反映果汁的酸堿強度。維生素C也稱抗壞血酸,含有多個羥基,具有有機酸的性質。貨架初期,椪柑汁中SSC為9.83±0.06°Brix,pH為3.95±0.03,且貨架期間椪柑汁中的SSC和pH變化并不顯著(P>0.05)。本研究中采用HPLC-DAD檢測貨架期果汁中維生素C含量,如表1所示,貨架初期椪柑汁中的維生素C含量為(24.15±0.13) mg/100 mL,經貨架期50 d后,避光組和光照組椪柑汁中的維生素C含量分別降低了72.63%和77.06%,且兩組之間差異顯著(P<0.05)。

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

2.1.2 色澤指標

色澤是椪柑汁重要的品質指標,也是決定消費者對產品接受度的重要因素。如表1所示,椪柑汁的L*在貨架期間升高,其中,避光-50 d組與0 d組之間差異顯著(P<0.05),光照-50 d組與0 d組之間差異不顯著(P>0.05);椪柑汁的a*和b*值在貨架期間出現降低,且光照加速a*和b*值的降低,0 d組、避光-50 d組與光照-50 d組之間變化差異顯著(P<0.05);光照對貨架期間椪柑汁的L*、a*和b*值影響變化,表明光照對椪柑汁亮度影響較小,但降低了椪柑汁的紅色度和黃色度。貨架期間椪柑汁的c*值降低,表明椪柑汁的色飽和度降低,即變得灰暗,這與CHOI等[19]貯藏期間血橙汁c*值變化的研究結果一致。USDA提出采用OJ指數對不同橙汁的色澤進行標準化測定和管理[20]。經過50 d的貨架期,椪柑汁的OJ從42.39±0.14降低到41.27±0.17,貨架后的椪柑汁OJ指數仍滿足USDA的A級要求(OJ≥36)[17]。總色差(△E)是反映了貨架初期與貨架末期椪柑汁色澤變化的指標,在貨架末期,避光組和光照組的△E分別為3.10±0.33和4.02±0.24,表明光照加速椪柑汁色差變化,降低椪柑汁的感官質量。

2.2 風味品質分析

2.2.1 貨架期椪柑汁中揮發性物質定性分析

對貨架期間椪柑汁中揮發性物質進行MDGC-MS/O檢測分析,其中采用串聯BP-5色譜柱(30 m×0.53 mm id×0.5 μm)和SLOGEL-wax色譜柱(30 m×0.53 mm id×0.5 μm)對貨架期椪柑汁中揮發性組分進行分離,MS檢測器對揮發性組分的總離子流圖進行檢測(圖1),嗅辨儀對具有氣味屬性的揮發性組分進行檢測。通過揮發性物質的總離子流圖、氣味屬性和保留時間與NIST11、W10N14庫的總離子流圖匹配、與文獻中風味物質的氣味屬性和標品的保留時間進行比較,對貨架期間椪柑汁中揮發性物質進行定性分析。結果如表2所示,在貨架初期和末期的椪柑汁中共鑒定出62種揮發性組分,包括3種揮發性硫化物類、16種萜烯類、17種醇類、8種醛類、8種酯類、5種酮類和5種其他化合物類,即在貨架期間椪柑汁中,醇類物質種類占總揮發性物質種類的27.42%,其次為萜烯類物質25.81%、醛類12.90%、酯類12.90%、酮類8.06%、其他化合物類8.06%和揮發性硫化物類4.84%。其中,椪柑汁中揮發性硫化物(甲硫醇、二甲基硫醚和3-甲硫基丙醛)是食品中常見的異味物質,也是導致柑橘果汁風味劣變的主要物質[12,21]。貨架期間時間和光照影響椪柑汁中揮發性組分的數量,在0 d組、避光-50 d組和光照-50 d組椪柑汁中分別檢測到52種、54種和58種揮發性組分。其中,貯藏時間促進了貨架末期椪柑汁中葑醇、2-莰醇、三甲基苯甲醇化合物的產生。此外,檜烯僅在貨架初期0 d組檢測到,甲硫醇僅在貨架末期避光-50 d組中檢測到,二甲基硫醚、1-異丙烯基-4-甲基環己烯、2-已烯醛、反式-3-戊烯-2-酮、甲苯和對二甲苯僅在光照-50 d組的椪柑汁中檢測到。

a-0 d;b-避光-50 d;c-光照-50 d圖1 貨架期初期和末期的椪柑汁中揮發性組分色譜圖Fig.1 The chromatography of volatile compounds in Ponkan mandarin juice at the beginning and end of shelf-life

表2 貨架期初期和末期的椪柑汁中揮發性組分定性和定量分析Table 2 Identification and quantification of volatile compounds in Ponkan mandarin juice at the beginning and end of shelf-life

2.2.2 貨架期椪柑汁中揮發性物質定量分析

采用環己酮為內標,對貨架期椪柑汁中的揮發性組分進行定量分析,結果如表2所示,萜烯類是椪柑汁中主要的揮發性物質(70.64%～80.51%),在0 d組、避光-50 d組和光照-50 d組中萜烯類物質含量分別為(418 274.68±4 392.49)、(349 849.29±9 829.37)、(390 618.46±6 692.61) μg/L。這表明隨著貨架時間延長,椪柑汁中萜烯類物質總含量發生降低,這也主要體現在α-側柏烯、α-蒎烯、莰烯、檜烯、β-蒎烯、3-蒈烯、α-松油烯、d-檸檬烯、γ-松油烯、萜品油烯和大牛兒烯 D共11種化合物含量的降低,其中光照加速了α-側柏烯、α-松油烯、γ-松油烯、萜品油烯和大牛兒烯D含量的降低。此外,光照也促進β-月桂烯、對傘花烴、1-異丙烯基-4-甲基環己烯和δ-欖香烯4種萜烯類物質含量的升高。d-檸檬烯是柑橘汁中含量最大的萜烯類物質,隨著貨架時間的延長,d-檸檬烯含量發生降低(0 d組→避光-50 d組/光照-50 d組:(280 488.19±2 919.59) μg/L→(230 740.34±7 311.21) μg/L/(255 516.82±4 608.01) μg/L,這主要與d-檸檬烯降解為α-松油醇和4-萜烯醇有關,與PéREZ-LPEZ等[22]的研究結果一致。

醇類是椪柑汁中含量第2的揮發性物質(15.26%～23.59%),隨著貨架時間延長,椪柑汁中醇類物質含量升高(0 d組→避光-50 d組/光照-50 d組:(79 257.29±483.68) μg/L→(114 748.33±2 047.74) μg/L/ (120 615.77±2 227.51) μg/L。光照促進了12種醇類化合物含量的升高,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)環己-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;卻降低了芳樟醇的含量。酯類、醛類和酮類也是碰柑汁中重要的揮發性組分,但含量較低,在0 d組、避光-50 d組和光照-50 d組三類化合物的含量分別占總揮發性組分的3.18%、3.24%、3.85%。在貨架期間,醛類和酮類的含量呈升高趨勢,酯類含量呈降低趨勢。貨架期間,光照促進了椪柑汁中4種醛類(己醛、2-己烯醛、苯醛、紫蘇醛)、2種酯類(丁酸乙酯和乙酸橙花酯)和3種酮類(反式-3-戊烯-2-酮、D-香芹酮和β-紫羅酮)含量的升高;卻加速了1種醛類(辛醛)、3種酯類(乙酸乙酯、丙酸乙酯和異丁酸乙酯)含量的降低。此外,貨架時間和光照因素也促進了其他化合物含量變化,光照因素加速甲苯、對二甲苯、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。光照通過影響椪柑汁中揮發性組分含量發生變化,進而導致風味發生改變。

2.2.3 貨架期椪柑汁中OMSE分析

嗅辨儀模擬人類鼻子的高靈敏性檢測器,結合二維氣相色譜-質譜(MDGC-MS)組合成MDGC-MS/O,可以對風味組分進行準確檢測和鑒定。為探究椪柑汁中關鍵風味組分及其在貨架期間的變化規律,采用OMSE對貨架期椪柑汁的關鍵風味組分進行分析。結果如表3所示,在貨架初期,椪柑汁中8種風味組分的氣味強度>5,即α-蒎烯(松香)、莰烯(樟腦味)、d-檸檬烯(橘香)、芳樟醇(花香)、反式-4-(異丙基)-1-甲基環己-2-烯醇(薄荷味、辛香)、香茅醇(檸檬味)、異丁酸乙酯(果香)和β-大馬士酮(果香),也是椪柑汁關鍵的風味組分;其中,椪柑汁中芳樟醇的氣味強度值最高。貨架初期和末期的椪柑汁中共鑒定出34種關鍵風味組分,包括揮發性硫化物類(3種)、萜烯類(9種)、醇類(8種)、醛類(5種)、酯類(4種)、酮類(4種)和其他化合物類(1種)。嗅辨檢測出的萜烯類化合物種類最多,在貨架期間,具有橘香氣味屬性的d-檸檬烯、γ-松油烯和萜品油烯組分的氣味強度逐漸降低,這與3種化合物含量變化相一致;光照增強了具有霉味氣味屬性的β-月桂烯(0 d組→光照-50 d組:3.28→5.10)和溶劑味氣味屬性的對傘花烴(0 d組→光照-50 d組:4.28→6.67)氣味強度。醇類也是重要的風味組分,其中4-萜烯醇和α-松油醇是衡量貯藏期間柑橘汁品質的重要參數[22],貨架期間光照使椪柑汁中4-萜烯醇的氣味強度從1.85升至3.60,α-松油醇的氣味強度從1.45升至3.00。此外,貨架期間,椪柑汁中檢測到3種具有異味屬性的揮發性硫化物:甲硫醇(爛白菜味)、二甲基硫醚(白菜味、硫磺味)和3-甲硫基丙醛(煮土豆味),這與CHENG等[12]貨架期間椪柑汁中檢測到的異味組分相一致;光照加速提升椪柑汁中具有煮土豆味的3-甲基硫丙醛氣味強度(0 d組→避光-50 d組/光照-50 d組:3.28→7.05/8.48),這對椪柑汁風味劣變具有重要的影響。

表3 貨架期初期和末期的椪柑汁中風味組分的OMSE分析Table 3 OMSE analysis of flavor compounds in Ponkan mandarin juice at the beginning and end of shelf-life

3 結論

本文采用色差儀、HPLC-DAD、MDGC-MS/O結合OMSE,對光照貨架期間椪柑汁中基礎品質指標(色差、抗壞血酸)和風味品質的變化規律進行研究。結果表明,貨架期間,椪柑汁中SSC和pH值無顯著變化(P>0.05),且光照使椪柑汁中抗壞血酸含量從(24.15±0.13) mg/100 mL降低到(5.54±0.07) mg/100 mL,同時加速椪柑汁色差變化,降低椪柑汁的營養品質和感官品質。貨架末期,光照組椪柑汁中鑒定出58種揮發性組分,高于0 d組(52種)和避光-50 d組(54種),其中6種揮發性組分(二甲基硫醚、1-異丙烯基-4-甲基環己烯、2-已烯醛、反式-3-戊烯-2-酮、甲苯和對二甲苯)僅在光照-50 d組的椪柑汁中檢測到。在貨架期間,椪柑汁中主要揮發性組分d-檸檬烯和芳樟醇含量降低,異味組分α-松油醇和4-萜烯醇含量升高。MDGC-O結合OMSE在0 d組、避光-50 d組和光照-50 d組中共鑒定出28種、28種和29種氣味組分;在貨架初期椪柑汁中篩選出8種關鍵風味組分(氣味強度>5),且發現貨架期間的光照促進了異味組分二甲基硫醚(白菜味、硫磺味)、3-甲硫基丙醛(煮土豆味)、對傘花烴(溶劑味)、葑醇(土腥味)的氣味強度增強。研究結果對柑橘果汁商品在銷售期間防止風味劣變具有重要的理論指導意義。