杏(Prunus armeniaca L.)风味独特且营养丰富[1],是开发健康饮品的理想原料。香气作为杏汁的核心品质,主要由挥发性物质构成。然而,传统加工过程中的热处理(如热烫、高温杀菌),以及氧气接触,极易引发这些物质的损失与劣变,从而导致香气品质下降。研究表明,低温压榨在总糖、可溶性固形物含量及色泽保持上均优于传统工艺[2];同时,低温条件也能抑制常温加工中由多酚氧化酶所引发的褐变[3]。尽管低温压榨有助于保护热敏性物质,但加工过程中的氧气接触仍会引发氧化反应,造成香气成分损失。为应对果汁加工中的氧化问题,惰性气体处理是一种有效策略。在苹果汁研究中,低温低氧工艺可保留活性成分并减少不良风味[4];在荔枝混合果汁中,N2置换能降低溶解氧,维持果汁品质[5];CO2处理则可显著提升苹果汁抗氧化活性[6]。本研究采用CO2与N2辅助低温压榨,通过避氧与低温条件减缓氧化反应速率,最大程度保留杏汁原有风味。在风味分析方面,气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)作为一种新兴技术,具备高灵敏度、高分辨率等优势[7],已成功应用于西瓜汁[8]、沙棘汁[9]及草莓汁[10]等果蔬汁的风味解析,为本研究杏汁挥发性物质分析提供了可靠方法。
研究以鲜杏为原料,利用GC-IMS分析鲜榨杏汁(CK)、低温压榨杏汁(LPJ)、CO2辅助低温压榨杏汁(CA-LPJ)、N2辅助低温压榨杏汁(NA-LPJ)、酶解杏汁(EJ)的挥发性物质指纹图谱,结合差异谱图和主成分分析(principal component analysis,PCA),探究不同处理对杏汁挥发性风味物质的影响。通过测定杏汁理化特性、活性成分及抗氧化活性,以表征杏汁的品质变化,为高品质杏汁的加工提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
李光杏:选取成熟度一致的杏果实,可溶性固形物含量为(13±0.5)°Brix。
D-异抗坏血酸钠、植酸(均为食品级),河南高宝实业有限公司;EX果胶酶,法国Lallemand公司;NaOH、无水乙醇、Na2CO3、NaNO2、Al(NO3)3、丙酮、甲醇、过硫酸钾(均为分析纯),天津盛通泰化工有限公司;抗坏血酸、2,6-二氯酚靛酚、DPPH、ABTS、没食子酸、福林酚、β-胡萝卜素、芦丁(均为标准品,纯度≥98%),上海源叶生物科技有限公司。
1.2 仪器与设备
MS400气体检测仪,深圳市逸云天电子有限公司;WZS50手持折光仪,上海仪电物理光学仪器股份有限公司;FE20酸度计,上海梅特勒-托利仪器有限公司;TU-1810紫外分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;HW.SY-P1数显水浴锅,金坛市医疗仪器厂;JML-50胶体磨,上海科劳机械设备有限公司;KQ-400DE恒温数控超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司;NH310高精度色差仪,深圳市三恩驰科技有限公司;TGL-16 gR离心机,上海安亭科学仪器厂;BC/BD-629HK冰箱,青岛海尔集团有限公司;Flavour Spec® GC-IMS,德国G.A.S.公司;PEN3电子鼻,德国AIRSENSE公司。
1.3 方法
1.3.1 工艺流程
CK:杏子→清洗→去核切分→护色→破碎→过滤→成品→冷冻保藏
LPJ:杏子→清洗→冻融处理→低温压榨→护色→成品→冷冻保藏
CA-LPJ:杏子→清洗→CO2辅助冻融处理→CO2辅助低温压榨→护色→成品→冷冻保藏
NA-LPJ:杏子→清洗→N2辅助冻融处理→N2辅助低温压榨→护色→成品→冷冻保藏
EJ:杏子→清洗→去核切分→护色→破碎→酶解处理→过滤→成品→冷冻保藏
1.3.2 操作要点
CK:将杏果实清洗、去核,切分为1.5 cm×1.5 cm小块,经质量分数0.2%的D-异抗坏血酸钠与质量分数0.02%植酸复合护色后打浆,杏浆用双层纱布过滤。
LPJ:将杏果实清洗后,进行冻融处理(-17 ℃冷冻24 h,5 ℃解冻12 h)重复3次,并再次冷冻。随后于室温(25 ℃)解冻至微软,在5～10 ℃条件下压榨,收集渗出的杏汁并按CK组条件立即护色。
CA-LPJ:将杏果实清洗后,整果装入0.20 mm聚乙烯袋,充入95%(体积分数)CO2后密封,进行冻融处理(条件同LPJ)。随后于室温(25 ℃)解冻至微软,在95% CO2、5～10 ℃条件下压榨,收集渗出的杏汁并按CK组条件立即护色。
NA-LPJ:处理方法与CA-LPJ完全相同,仅将辅助气体由CO2替换为N2。
EJ:前处理(自清洗至护色)与CK组完全相同,打浆后添加质量分数0.2%的果胶酶,40 ℃酶解3 h,双层纱布过滤。
1.3.3 杏汁的理化指标
可溶性固形物使用手持折光仪测量。pH值采用酸度计测定。可滴定酸含量参照GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》中的酸碱指示剂滴定法测定。固酸比为可溶性固形物含量与可滴定酸含量的比值。透光率采用紫外可见分光光度计于625 nm波长处测定,以蒸馏水为参比,测定结果以透光率(%)表示。
1.3.4 杏汁的色泽
采用色差仪测定L*、a*、b*值。其中L*值表示亮度;a*值表示红绿偏向;b*值表示黄蓝偏向。ΔE计算如公式(1)所示:
(1)
式中:
对照组的数值;L*、a*、b*,不同处理杏汁的数值;ΔE,总色差的大小。
1.3.5 抗氧化物质含量
总酚含量采用Folin-Ciocalteu法测定[11],含量以没食子酸当量表示(mg GAE/mL),标准曲线回归方程为y=0.001 42x-0.006 84,R2=0.999 2。
总黄酮含量采用亚硝酸铝比色法测定[11],含量以芦丁当量表示(mg RE/mL),标准曲线回归方程为y=0.007x+0.020 9,R2=0.996 7。
抗坏血酸含量参照GB 5009.86—2016《食品中抗坏血酸的测定》中的第二法(2,6-二氯靛酚滴定法)进行测定。
1.3.6 类胡萝卜素含量
将V(丙酮)∶V(无水乙醇)=1∶1混合,配制为提取溶剂。称取10.00 mg β-胡萝卜素用2.00 mL氯仿溶解后,提取液定容至100.00 mL制得0.10 mg/mL母液。取0～0.80 mL母液梯度稀释至25.00 mL,在450 nm波长测定吸光度。以β-胡萝卜素含量(μg/mL)为横坐标,吸光度为纵坐标绘制标准曲线,标准曲线的回归方程为y=0.140 9x+0.000 5,R2=0.998 6。
样品的测定:称取0.50 mL样品,加入25.00 mL提取溶剂,于50 ℃下进行超声波辅助提取(超声波频率25 kHz,额定功率400 W),提取时间60 min。提取液冷却至室温后过滤,取上清液在450 nm处测定吸光度,根据标准曲线计算类胡萝卜素含量[12]。
1.3.7 DPPH自由基清除能力
取2.00 mL用体积分数80%甲醇配制的系列Trolox标准溶液(0、20、40、60、80、100 μmol/L),加入4.00 mL 0.1 mmol/L DPPH溶液(以体积分数80%甲醇为溶剂),混匀后避光反应30 min,于517 nm波长处测定吸光度。以Trolox浓度为横坐标、吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。取1.00 mL样品稀释液,以体积分数80%甲醇定容至2.00 mL,用相同方法测定吸光度并代入标准曲线y=-0.006 7x+0.677 7(R2=0.996 9)计算,结果以μmol TE/mL表示[13]。
1.3.8 ABTS阳离子自由基清除能力
将7 mmol/L ABTS溶液与2.45 mmol/L过硫酸钾溶液按体积比1∶1混合,室温避光静置12～14 h后,用体积分数80%甲醇稀释至其在734 nm波长下的吸光度为0.70±0.02。取0.40 mL系列浓度的Trolox标准溶液(0、25、50、75、100、125、150 μmol/L,以体积分数80%甲醇配制),分别加入3.60 mL上述ABTS工作液,混匀后室温静置1 min,于734 nm波长处测定吸光度。以Trolox浓度为横坐标,吸光度为纵坐标绘制标准曲线。取0.10 mL样品稀释液,以体积分数80%甲醇定容至0.40 mL,同法测定吸光度并代入标准曲线y=-0.003x+0.612 1(R2=0.998 9)计算,结果以μmol TE/mL表示[13]。
1.3.9 GC-IMS分析
取杏汁样品3.00 mL置于20.00 mL顶空进样瓶中,立即密封。顶空进样条件:样品于40 ℃下孵育10 min,孵化转速500 r/min,确保挥发性成分充分释放;随后使用加热至45 ℃的进样针自动抽取0.50 mL顶空气体注入GC系统。气相色谱分离条件:采用弱极性色谱柱(FS-SE-54-CB-0.5,15 m×0.53 mm),柱温恒定60 ℃;载气为高纯N2,流速按梯度程序运行:初始流速2 mL/min(0～2 min),2～5 min升至15 mL/min,5～10 min升至50 mL/min,10～15 min升至100 mL/min,15～20 min升至150 mL/min后停止。离子迁移谱检测条件:迁移管温度45 ℃,漂移气为N2;数据采集时间20 min。
1.3.10 风味物质相对气味活性值(relative odor activity value,ROAV)计算
ROAV通过标准化各组分气味活性值(odor activity value,OAV)与最大OAV的比值来量化气味贡献。ROAV≥1的组分属于关键气味物质,数值越大贡献越显著[14]。ROAV计算如公式(2)所示:
(2)
式中:Ci,任意挥发性组分的相对含量,%;Cmax,最大香气贡献组分的相对含量,%;Ti,任一挥发性组分阈值,μg/L;Tmax,最大香气贡献组分阈值,μg/L。
1.3.11 电子鼻分析
采用电子鼻分析杏汁的挥发性化合物。准确量取20.00 mL杏汁样品置于40.00 mL顶空样品瓶中,立即密封,于室温下平衡30 min以富集顶空气体。测定时,将电子鼻进样针插入样品瓶顶空部分抽取气体进行分析。电子鼻系统参数设置为载气流速250 mL/min,进样流速 250 mL/min,传感器清洗时间120 s,样品测定时间180 s。每个样品平行测定3次。
1.3.12 感官评价
由20名经过标准化培训的感官评价员(10男10女,年龄22～30岁)组成评定小组,分别从澄清度、香气、色泽、滋味和口感5个维度对样品进行系统评分。具体评定标准与分值如下(表1)。
表1 不同处理杏汁感官品评评分表
Table 1 Sensory evaluation scores of apricot juice in different treatment
项目评分标准分数/分澄清度(20分)完全透明,无悬浮物或沉淀,透光均匀18～20轻微浑浊或极少量悬浮物,透光性良好15～17明显浑浊或少量沉淀,透光性一般10～14严重浑浊或大量沉淀,透光性差0～6香味(20分)杏香浓郁纯正,无杂味,有自然果香18～20杏香较明显,但略淡或有轻微异味15～17香味淡薄或有轻微异味10～14香味怪异或有明显劣变味0～6
续表1
项目评分标准分数/分色泽(20分)橙黄至金黄色,色泽鲜亮均匀,无褐变18～20颜色较自然但略暗或轻微色差15～17色泽暗淡或轻微褐变10～14严重褐变或颜色异常0～6滋味(20分)酸甜协调,杏味突出,回味悠长,无不良风味18～20酸甜适中但杏味较淡,或后味略短15～17过酸、过甜或滋味寡淡,有轻微苦涩10～14酸味或甜味极度失衡,苦涩味明显,难以接受0～6口感(20分)顺滑细腻,稠度适中,无颗粒感或涩感18～20口感较柔和,但有轻微颗粒感或轻微涩感15～17粗糙、过稠或过稀,有明显涩感10～14口感极差,严重颗粒感、涩感0～6
1.4 数据处理
所有实验重复3次,数据以“平均值±标准差”表示。采用 SPSS 26.0软件对数据进行统计学分析、显著性检验及相关性分析,使用 Origin 2021 软件绘图,并应用 SIMCA 14.0 软件进行偏最小二乘判别分析(partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)。挥发性物质分析则采用GC-IMS仪器配套的分析软件及其插件包括Libraries、searchReporter和Gallery Plot完成物质定性与指纹图谱绘制。
2 结果与分析
2.1 不同处理对杏汁理化性质和色泽的影响
如表2所示,各处理组的可溶性固形物含量均显著高于CK(P<0.05),处理组LPJ、CA-LPJ与NA-LPJ的含量均为14.5°Brix,较CK和EJ提高了11.54%和7.41%。冻融处理形成的冰晶对细胞壁产生破坏,促进了细胞内含物的溶出[2]。各处理组的可滴定酸含量均显著高于CK(P<0.05),其中CA-LPJ含量最高为1.51%,比CK、LPJ、NA-LPJ和EJ分别提高了29.06%、7.09%、5.59和4.86%。这可能是CO2溶解在果汁中生成碳酸,产生酸化作用,导致了可滴定酸含量的提高[15]。所有处理组的固酸比均显著低于CK(P<0.05),其中EJ固酸比最低为9.37,较CK降低了15.5%。CA-LPJ与EJ的pH值较CK分别降低3.54%与3.28%;而LPJ与NA-LPJ与CK无显著差异。CA-LPJ的pH值下降主要归因于CO2溶解产生的碳酸,EJ的pH值下降则可能与酶解过程促进了酸性物质的溶出有关[16]。
表2 不同处理对杏汁色差和理化指标的影响
Table 2 Effects of different treatments on physicochemical indexes and color difference of apricot juice
指标不同处理杏汁CKLPJCA-LPJNA-LPJEJ可溶性固形物/°Brix13.0±0.16c14.5±0.24a14.5±0.16a14.5±0.14a13.5±0.08b可滴定酸/%1.17±0.06c1.41±0.04b1.51±0.01a1.43±0.03b1.44±0.01ab固酸比11.09±0.53a10.27±0.14b9.57±0.19bc10.18±0.29b9.37±0.13cpH值3.96±0.04a3.93±0.02a3.82±0.01b3.95±0.05a3.83±0.03bL*36.14±0.21a33.32±0.32c33.92±0.11b34.03±0.15b33.43±0.09ca*-0.23±0.05b-0.18±0.04b-0.35±0.03a-0.41±0.07a-0.20±0.03bb*4.97±0.05a3.39±0.06b1.37±0.02d1.32±0.08d2.25±0.15cΔE-3.23±0.28c4.23±0.05a4.23±0.10a3.84±0.07b透光率/%1.23±0.01d82.60±0.31c94.19±0.35a94.41±0.47a86.63±0.09b
注：不同字母表示组间差异显著(P<0.05)(下同)。
如图1所示,CK呈深橙褐色,浑浊无通透感。LPJ为暗黄色,澄清度较好。CA-LPJ与NA-LPJ均为淡黄色,色泽明亮,澄清度高。EJ呈浅暗黄色,液体通透。由表2可知,CK组的L*值显著高于所有处理组,而处理组中CA-LPJ与NA-LPJ的L*值又显著高于LPJ与EJ。CA-LPJ与NA-LPJ的b*值显著低于其他各组。所有处理组均与CK形成明显色差(ΔE>0),其中CA-LPJ与NA-LPJ的ΔE值最大(4.23)。在透光率方面,CK最低,而CA-LPJ与NA-LPJ最高,且显著高于其他处理组。CK的高L*值与低透光率是因为保留了较多悬浮颗粒与胶体物质,这些物质增强了光散射,导致L*值升高[17],并降低了光线穿透能力,从而透光率最低。相比之下,酶解与低温压榨处理则起到了澄清作用,从而显著提升透光率并降低L*值。其中,CA-LPJ与NA-LP的透光率最高,且因避氧低温条件减缓了氧化反应速率,保持了较高的L*值与较低的b*值,故与CK的色差最大(ΔE=4.23)。这表明避氧低温条件能最大程度地保持杏汁明亮的黄色色调。在苹果汁加工中,低温低氧工艺可有效抑制氧化劣变,保留其原有色泽[4]。
图1 不同处理杏汁
Fig.1 Different treatments of apricot juice
2.2 不同处理对杏汁营养品质与抗氧化能力的影响
如图2-a所示,与CK相比,LPJ、CA-LPJ和NA-LPJ的总酚含量分别显著增加10.29%、32.00%、34.86%,而EJ则显著降低6.29%;其中CA-LPJ与NA-LPJ的含量又显著高于LPJ(P<0.05),较LPJ分别提高19.69%和22.28%。冻融处理产生冰晶,损伤细胞结构促进总酚溶出,同时低温条件有效减少热敏性物质的损失。但总酚在空气中易发生氧化,CA-LPJ与NA-LPJ分别通过引入CO2与N2形成避氧环境,减缓氧化反应速率,从而获得较LPJ更高的总酚保留率。在枸杞原浆加工中,低氧环境能有效减少氧化,更好地保留其活性成分[18]。如图2-b所示,与CK相比,LPJ、CA-LPJ和NA-LPJ的黄酮含量分别显著增加12.52%、136.58%、132.27%,而EJ则显著降低了44.09%;其中CA-LPJ与NA-LPJ的含量又显著高于LPJ(P<0.05),较LPJ分别提高109.88%和106.17%。黄酮与总酚含量的变化趋势一致,共同验证冻融处理与避氧低温压榨能通过促进多酚溶出并减缓其氧化,显著提升黄酮保留率。如图2-c所示,与CK相比,LPJ、CA-LPJ和NA-LPJ的抗坏血酸含量分别显著增加了26.75%、38.22%、46.50%,而EJ则显著降低了5.10%;其中CA-LPJ与NA-LPJ的含量又显著高于LPJ(P<0.05),较LPJ分别提高9.05%和15.58%,且NA-LPJ的保留效果显著优于CA-LPJ,N2能提供更稳定的惰性环境。抗坏血酸易受热和氧作用而造成损失,其含量差异表明避氧低温处理能有效保留抗坏血酸含量。如图2-d所示,与CK相比,LPJ、CA-LPJ和NA-LPJ的类胡萝卜素含量分别显著降低了49.07%、40.46%、35.58%,而EJ则显著增加了28.22%;其中CA-LPJ与NA-LPJ的含量又显著高于LPJ(P<0.05),较LPJ分别提高16.90%和26.48%。类胡萝卜素的变化规律与其他活性成分显著不同,总酚、黄酮与抗坏血酸等水溶性成分主要存在于细胞质与液泡中,冻融处理破坏细胞膜后即可通过细胞壁孔隙扩散至汁液,辅以避氧低温条件可有效减少其氧化损失。而类胡萝卜素作为脂溶性色素,主要在纤维素细胞壁包裹的有色体中[19],其高效释放必须依赖细胞壁的彻底破坏。CK经胶体磨高强度剪切作用充分破坏细胞壁,释放率较高;冻融结合整果压榨处理(LPJ、CA-LPJ和NA-LPJ)虽破坏细胞膜,但对纤维素细胞壁破坏有限,故含量显著较低;EJ的类胡萝卜素含量显著高于所有处理组,这可能是由于物理剪切与酶解的共同作用,更有效地破坏了细胞壁结构,从而促进了类胡萝卜素的释放。
a-总酚;b-黄酮;c-抗坏血酸;d-类胡萝卜素
图2 不同处理对杏汁营养物质含量的影响
Fig.2 Effect of different treatments on nutrient content of apricot juice
注:不同字母表示差异显著(P<0.05)(图3同)。
如图3所示,与CK相比,LPJ、CA-LPJ和NA-LPJ的DPPH与ABTS阳离子自由基清除能力均显著升高,而EJ则显著降低;其中CA-LPJ与NA-LPJ的抗氧化活性又显著高于LPJ(P<0.05)。该趋势与总酚、黄酮及抗坏血酸含量变化一致。
a-DPPH自由基清除能力;b-ABTS阳离子自由基清除能力
图3 不同处理对杏汁抗氧化能力的影响
Fig.3 Effect of different treatments on antioxidant capacity of apricot juice
2.3 电子鼻分析
不同处理杏汁的气味轮廓较为相似(图4),其中传感器W1W、W5S和W2W的响应信号最为突出,表明硫化物、氮氧化合物和芳香成分是其主要气味特征,该结果与基于电子鼻与电子舌技术对杏汁风味鉴别与评价的研究结论高度一致[1]。雷达图显示,各处理组在关键传感器上的响应强度顺序为:EJ>CK>LPJ>CA-LPJ≈NA-LPJ。此差异主要源于细胞破坏程度、处理温度与氧化程度的不同。EJ处理在酶解过程中细胞破坏最彻底,且在40 ℃下为氧化反应提供了有利条件,因而通过氧化降解途径积累了更多的硫化物与氮氧化物[20]。LPJ处理虽存在氧气接触,但持续的低温条件有效减缓了氧化反应速率,故响应值低于CK。而CA-LPJ与NA-LPJ的避氧低温条件能最大程度减缓氧化反应,因此其响应值最低。
图4 不同处理杏汁的电子鼻雷达图
Fig.4 Radar diagram of electronic nose for different processed apricot juices
注:W1C对芳香成分灵敏;W5S对氮氧化合物很灵敏;W3C对氨水、芳香成分灵敏;W6S对氢气有选择性;W5C对烷烃、芳香成分灵敏;W1S对甲烷灵敏;W1W对硫化物灵敏;W2S对乙醇灵敏;W2W对芳 香成分、硫化物灵敏;W3S对烷烃灵敏。
2.4 GC-IMS挥发性风味物质分析
GC-IMS基于挥发性物质的保留时间与迁移时间实现快速定性分析。为量化挥发性物质的变化趋势,以CK谱图为参照进行背景扣除,得到不同处理杏汁的二维差异谱图(图5-a)。4组样品的挥发性物质主要分布于迁移时间7.0～14.0 ms、保留时间100～500 s。如图5-a所示,NA-LPJ和CA-LPJ的蓝色斑点数量明显增多、颜色加深,避氧低温条件有效减少由氧化反应主导的挥发性物质含量,与电子鼻中W1W、W5S和W2W响应值最低的结果相互印证。各处理组的影响程度依次为:NA-LPJ>CA-LPJ>LPJ>CK>EJ,这和电子鼻分析结果一致。
a-GC-IMS差异谱图;b-挥发性风味物质指纹图谱
图5 不同处理杏汁的GC-IMS差异谱图和挥发性风味物质指纹图谱
Fig.5 Differential GC-IMS spectra and fingerprints of volatile flavor substances of apricot juice from different treatments
为解析挥发性物质的变化规律,研究构建了特征指纹图谱(图5-b),并鉴定出25种挥发性物质,包括10种醛类、7种酯类、5种醇类、1种酮类及2种其他化合物。
如表3所示,醛类多来自脂肪酸氧化、氨基酸脱氨和糖类热降解,是许多天然水果和蔬菜中的主要挥发性化合物[21]。低浓度时贡献果香与清香;而高浓度时则会产生土腥味与金属味等不良异味[22]。不同工艺处理杏汁中共检测出醛类物质10种,其中(E)-2-己烯醛-D和丙醛是相对含量较高的2种醛类物质。(E)-2-己烯醛-D呈现青香、香蕉、脂肪味,在LPJ、CA-LPJ和NA-LPJ中的含量较CK分别显著降低69.6%、88.3%和95.7%;EJ与CK无显著差异。脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)途径是合成(E)-2-己烯醛的关键途径,在缺氧条件下LOX活性与反应速率受到抑制[23],CA-LPJ与NA-LPJ的避氧环境与低温条件共同抑制了LOX活性与反应速率,从而阻断了(E)-2-己烯醛的合成。丙醛在LPJ、CA-LPJ和NA-LPJ中也分别比EJ显著降低72.93%、61.28%和57.64%(P<0.05),从而减弱了其所带来的刺激性、青草气味。醛类物质的减少使得避氧低温压榨杏汁风味更加和谐。这与电子鼻分析分析中,对硫化物、氮氧化物和芳香成分灵敏的传感器W1W、W5S和W2W在EJ响应值最高相互印证。
表3 不同处理杏汁中鉴定的挥发性物质 单位:%
Table 3 Volatile substances identified in apricot juice from different treatments
化合物香气特征含量CKLPJCA-LPJNA-LPJEJ醛类(10种)己醛-M新鲜的、青香、脂肪味、水果味3.86±0.04c5.83±0.25b6.85±0.06a7.07±0.18a2.88±0.18d丙醛刺激性气味、青草气味2.17±0.20c2.16±0.12c3.09±0.01b3.38±0.41b7.98±0.22a3-甲基丁醛-D巧克力、脂肪味1.18±0.20d3.72±0.24c2.80±0.28c6.48±1.30a4.94±0.01b庚醛新鲜、醛、脂肪、青香草药、酒、果香1.74±0.02d2.63±0.12c3.40±0.04a2.96±0.11b1.64±0.04d壬醛玫瑰、柑橘等香气,有强的油脂气味0.68±0.02d1.27±0.11c1.44±0.03b1.68±0.05a0.77±0.06d2-甲基丙醛香蕉味、甜瓜味,微弱坚果气味2.88±0.03d4.50±0.15c6.11±0.12b7.11±0.15a2.45±0.20e3-甲基丁醛-M巧克力、脂肪味1.94±0.14c4.02±0.20b4.11±0.17b6.12±0.30a1.90±0.12c(E)-2-己烯醛-M青香、香蕉、脂肪4.25±0.04c5.72±0.51a4.89±0.17b2.51±0.21d3.94±0.30c正己醛-D青草味、果香9.88±0.07a9.34±0.32b6.62±0.04c4.85±0.11d9.45±0.23b(E)-2-己烯醛-D青香、香蕉、脂肪15.27±0.09a4.64±2.47b1.79±0.11c0.65±0.03c13.58±0.19a酯类(7种)乙酸乙酯-M清新的、果味、甜味、草味3.98±0.04d5.65±0.23c7.14±0.11b7.80±0.19a3.36±0.08e乙酸乙酯-D清新的、果味、甜味、草味17.34±0.08c20.56±0.82ab20.18±0.07b21.26±0.57a16.30±0.38d乙酸丁酯-M果香4.49±0.03c5.96±0.25b6.93±0.04a3.96±0.12d3.86±0.03d
续表3
化合物香气特征含量CKLPJCA-LPJNA-LPJEJ醋酸正丙酯-M果香,梨似香气4.07±0.03a3.14±0.04d3.77±0.03b1.70±0.06e3.59±0.13c乙酸丁酯-D果香6.49±0.06a5.75±0.21b5.52±0.05b1.26±0.05d4.16±0.70c乙酸己酯果味、青香、苹果、香蕉、甜味1.96±0.02a0.54±0.03c0.64±0.03c0.67±0.08c1.01±0.17b乙酸正丙酯-D果香,梨似香气7.62±0.07a1.72±0.05c1.95±0.02c0.62±0.01d5.73±0.59b醇类(5种)正己醇清新的、果味、酒精、甜、青香2.23±0.02a2.19±0.46a1.39±0.22b1.12±0.07b2.08±0.12a戊-1-烯-3-醇空灵、绿色、热带果香1.51±0.02a0.74±0.04e1.04±0.02c0.89±0.01d1.35±0.13b2-甲基-1-丙醇清新的、酒味、皮质1.71±0.20bc1.96±0.12b1.20±0.05d1.61±0.10c2.95±0.19a3-甲基丁-1-醇-M香蕉果香0.72±0.03e2.89±0.13b2.33±0.08c5.63±0.10a0.96±0.19d3-甲基丁-1-醇-D香蕉果香0.38±0.01d1.24±0.07b0.82±0.03c4.06±0.03a0.40±0.04d酮类(1种)2-庚酮梨、香蕉似的果香,轻微的药香0.99±0.13d1.57±0.13c1.97±0.04b2.23±0.01a0.81±0.09e其他(2种)2-甲基-3-甲硫基呋喃薄荷味、辣味0.97±0.06e1.60±0.12d3.51±0.20b3.90±0.07a2.54±0.02c乙苯芳香气味1.69±0.05a0.65±0.22c0.49±0.02c0.50±0.03c1.38±0.02b
注：风味描述来源于德国G.A.S.公司GC-IMS配套GCxIMS Library Search软件内置的香气特征数据库;M,单体;D,二聚体。
酯类化合物主要由有机酸与醇类通过酯化反应生成,是构成果汁香气轮廓的重要风味物质[24]。本研究在不同处理的杏汁中共检测出7种酯类化合物,其中以CA-LPJ的酯类总量最高为46.13%。乙酸乙酯-D是主要的酯类成分,具有清新的、果味、甜味和草味,其在LPJ、CA-LPJ与NA-LPJ中的含量均显著高于CK与EJ,且在NA-LPJ中相对含量最高为21.26%。LPJ通过低温抑制酯酶活性,延缓水解;CA-LPJ与NA-LPJ在低温基础上结合避氧处理,有效抑制酯类氧化[23];CA-LPJ中CO2溶解形成的酸性环境可能进一步抑制了酯酶活性,因而酯类总量最高。相比之下,EJ与CK处于有氧及室温条件下,酯类易发生水解与氧化,含量显著降低。此外,占比次高的乙酸乙酯-M与乙酸正丙酯-D分别赋予杏汁果香与梨似香气,二者均对杏汁特征风味的形成具有积极作用。整体来看,避氧低温压榨工艺显著提升了杏汁中主要酯类物质的含量,增强了其风味的强度与轮廓复杂度,使整体香气更具层次感与吸引力。
醇类是果汁果香的重要载体,可赋予果汁浓郁果香与甜香。不同工艺处理杏汁中共检测出醇类物质5种。其中,3-甲基丁-1-醇-M是杏汁中最主要的风味醇类之一,赋予杏汁香蕉果香;与CK相比,各处理组均显著上升(P<0.05);其中LPJ、CA-LPJ和NA-LPJ分别较EJ显著提高201.04%、142.71%、486.46%(P<0.05)。低温条件有效降低了其挥发速率,减少了物理逸散损失[25];同时,避氧环境通过抑制氧化反应,阻断其向醛、酸等物质的化学降解路径[5]。其次占比较高的是3-甲基丁-1-醇-D和正己醇,分别贡献香蕉果香、清新的、果味、甜香和青香。这些风味物质共同促进了杏汁特征风味的形成。
不同处理杏汁中还检测出酮类(1种)和其他类(2种),分别赋予杏汁梨与香蕉般的果香、轻微的药草清香和薄荷味、辣味以及芳香气味,也是杏汁的重要协调部分,影响杏汁的感官品质和口感特性。
2.5 挥发性风味物质PCA
采用PCA法比较杏汁的挥发性代谢物差异。PCA载荷图(图6-a)显示PC1和PC2贡献率分别为66.8%和18.6%,累计达85.4%,表明该模型能有效反映数据变异特征。图中箭头代表挥发性化合物,其方向和长度反映各化合物在PC1和PC2上的分布特征,邻近化合物具有相似含量变化或化学性质。PCA得分图(图6-b)显示各处理组样品在成分空间呈现明显分离,组内样本聚集紧密且组间分布离散,表明不同处理显著影响杏汁挥发性成分且实验重复性良好。
a-载荷图;b-PCA评分图
图6 不同处理杏汁挥发性化合物的因子载荷图和PCA评分图
Fig.6 Factor loading plot and PCA score plot of volatile compounds of apricot juice in different treatments
2.6 挥发性风味物质PLS-DA
运用PLS-DA建立不同处理杏汁挥发性成分的鉴别模型。PLS-DA得分图(图7-a)显示各处理组样品聚类良好且分离明显,表明不同工艺显著改变杏汁挥发性成分。PLS-DA模型(图7-b)参数显示R2X(0.986)和R2Y(0.985)表明解释率均超过98%,Q2值0.964证实模型具有优异预测性能。200次置换检验获得R2=0.114和Q2=-0.586,Q2截距为负值,证实模型拟合良好且稳定可靠。
a-PLS-DA得分图;b-置换检验结果
图7 不同处理杏汁挥发性成分PLS-DA得分图和PLS-DA模型的置换检验结果
Fig.7 PLS-DA score plot and permutation test results of volatile components in apricot juice under different treatments
基于稳定模型,采用变量重要性投影(variable importance in projection,VIP)值(图8)评估各变量对样品区分的贡献程度,VIP>1的挥发性成分可作为潜在标志物。经过分析筛选出11种差异挥发性成分分别是丙醛、2-甲基-3-甲硫基呋喃、(E)-2-已烯醛-M、2-甲基-1-丙醇、乙酸己酯、乙酸丁酯-M、戊-1-烯-3-醇、3-甲基丁醛-D、醋酸正丙酯-M、正已醇、3-甲基丁-1-醇-D,这些成分在不同处理杏汁的风味形成和品质差异中可能起到关键作用。
图8 不同处理杏汁挥发性成分的VIP值
Fig.8 VIP values of volatile components of apricot juice in different treatments
2.7 差异特征化合物分析
采用多元统计分析方法,以VIP>1且显著性水平P<0.05为标准,从不同处理组间共筛选出11种差异挥发性成分,包括4种醇类、3种酯类、3种醛类和1种其他类(表4)。通过ROAV分析(1≤ROAV≤100)鉴定出7种关键风味物质,分别为3-甲基丁醛-D、正己醇、(E)-2-己烯醛-M、丙醛、3-甲基丁-1-醇-D、2-甲基-3-甲硫基呋喃和乙酸丁酯-M。其中,3-甲基丁醛-D在所有处理中ROAV均为100.00,是贡献最突出的物质,赋予杏汁巧克力与脂肪风味;丙醛在EJ中的风味贡献最高,这与其相对含量最高的结果相互印证,共同证实了其刺激性青草气味是EJ的主要香气特征。2-甲基-3-甲硫基呋喃的薄荷味、辣味在EJ中贡献也最高,二者共同塑造了EJ的不良风味轮廓;正己醇、(E)-2-己烯醛-M和乙酸丁酯-M在CK与EJ中风味贡献最为突出,共同赋予杏汁青香、脂肪味和果香。在3个低温处理中,正己醇与(E)-2-己烯醛-M(青香、脂肪)在LPJ中的贡献大于NA-LPJ与CA-LPJ,而乙酸丁酯-M(果香)则在CA-LPJ中最高。不同惰性气体辅助压榨对风味物质的影响存在差异,其中CO2环境对乙酸丁酯-M的积累表现出独特优势,这与在橙汁加工中,CO2于温和体系下可特异性影响酶活性与代谢途径的结论相符[26];3-甲基丁-1-醇-D则在NA-LPJ中贡献最大,结合前文中其同系物3-甲基丁-1-醇-M在该组相对含量也最高,共同证实了NA-LPJ对于保留具有香蕉香气的高级醇类具有独特优势。
表4 不同处理杏汁中差异挥发代谢物的ROAV
Table 4 ROAV of differentially volatile metabolites in apricot juice from different treatments
化合物阈值/(μg/L)ROAVCKLPJCA-LPJNA-LPJEJ丙醛157.463.585.013.6828.002-甲基-3-甲硫基呋喃252.001.593.422.555.35(E)-2-己烯醛-M1911.537.496.262.1610.912-甲基-1-丙醇65050.010.010.000.000.02乙酸己酯6700.150.020.020.020.08乙酸丁酯-M583.992.562.911.123.50戊-1-烯-3-醇3580.220.050.070.040.203-甲基丁醛-D1100.00100.00100.00100.00100.00醋酸正丙酯-M2 0000.100.040.050.010.09正己醇5.620.539.736.043.2719.553-甲基丁-1-醇-D44.907.714.9916.585.26
2.8 感官评价
如图9所示,CA-LPJ与NA-LPJ的综合感官品质明显优于CK、LPJ和EJ,且二者之间无明显差异。这一结果,可从本研究所分析的风味物质与理化指标中得到解释。在风味方面,CA-LPJ与NA-LPJ的避氧与低温条件有效减缓了氧化反应速率,显著减少了(E)-2-己烯醛-D、丙醛等醛类物质的含量,并保留乙酸乙酯-D、3-甲基丁-1-醇-M等果香成分,从而保持了杏汁的纯正风味。在色泽方面,CA-LPJ与NA-LPJ同样更好地维持了杏汁明亮的黄色色调,避免了因氧化褐变导致的色泽劣变。在口感与澄清度方面,其优异表现主要归因于冻融处理与整果低温压榨工艺的共同作用:冷冻形成的冰晶刺破果肉细胞以促进内容物释放;同时,抗冻性强的果皮与纤维在压榨时构成的天然过滤骨架,有效截留了胶体与残渣,从而提升了汁液的清澈度与口感顺滑度[2]。避氧低温压榨不仅改变了杏汁的化学组成,还影响了其感官特性,使其呈现出独特的风味和口感。
图9 不同处理杏汁感官评价雷达图
Fig.9 Radar plot of sensory evaluation of apricot juice in different treatments
3 结论
本研究探究了不同处理方式对杏汁挥发性风味物质、理化性质、营养品质及感官特性的影响。结果表明,CA-LPJ与NA-LPJ均能通过避氧低温条件减缓氧化反应速率,从而显著提升杏汁综合品质。在风味层面,通过GC-IMS技术共鉴定出25种挥发性成分,两者均可有效减少醛类物质含量,提高酯类与醇类等果香成分保留,其中CA-LPJ在保留酯类物质方面更具优势,而NA-LPJ则在醇类保留方面表现更优,并成功筛选出7种关键风味物物质,阐明了不同处理间的风味差异。感官与理化分析表明,CA-LPJ与NA-LPJ在感官评价得分、活性成分保留及抗氧化能力上整体优于CK、LPJ和EJ,其中CA-LPJ的可滴定酸含量更高,NA-LPJ则更利于抗坏血酸的保留。
本研究为杏汁加工工艺的优化提供了理论依据,然而,不同气体处理条件对风味形成的内在机制尚未明确。因此,后续研究需系统优化工艺参数,并结合代谢组学等方法深入解析风味物质的转化机制,以进一步完善杏汁加工的技术体系。
[1] 高涵, 贾金辉, 赵海娟, 等.基于电子鼻与电子舌技术的杏汁风味鉴别与评价[J].中国南方果树, 2025, 54(3):145-152.Gao H, Jia J H, Zhao H J, et al.Discrimination and evaluation of the flavor of apricot juice based on electronic nose and electronic tongue technologies[J].South China Fruits, 2025, 54(3):145-152.
[2] 孔丽洁, 冯作山, 白羽嘉.不同工艺处理对杏汁理化指标及挥发性物质成分的影响[J].食品与发酵工业, 2023, 49(17):243-250.Kong L J, Feng Z S, Bai Y J.Effects of different processes on physicochemical parameters and volatile components of apricot juice[J].Food and Fermentation Industries, 2023, 49(17):243-250.
[3] 崔明月, 曲亚男, 蒋丽娜, 等.抑制剂对杏多酚氧化酶抑制作用[J].食品工业, 2019, 40(6):225-229.Cui M Y, Qu Y N, Jiang L N, et al.Inhibition effects on the polyphenol oxidase of apricot[J].The Food Industry, 2019, 40(6):225-229.
[4] 路遥, 张凯杰, 李根, 等.低温低氧工艺对苹果汁品质与香气特征的影响[J].食品研究与开发, 2021, 42(12):183-188.Lu Y, Zhang K J, Li G, et al.Effects of processes involving low-temperature and low-oxygen concentrations on the quality and aroma of apple juice[J].Food Research and Development, 2021, 42(12):183-188.
[5] 李维. 溶氧量对超高压处理荔枝混合果汁贮藏特性的影响[D].广州:华南农业大学, 2018.Li W.Effects of dissolved oxygen on storage characteristics of litchi mixed juice processed by ultra-high pressure[D].Guangzhou:South China Agricultural University, 2018.
[6] 黄若涵, 张天天, 刘芳, 等.高浓度CO2胁迫预处理与电子束辐照对NFC苹果汁品质的影响[J].食品工业科技, 2024, 45(9):325-332.Huang R H, Zhang T T, Liu F, et al.Effect of CO2 stress pretreatment and electron beam irradiation on the quality of NFC apple juice[J].Science and Technology of Food Industry, 2024, 45(9):325-332.
[7] 张碧莹, 隋雨萌, 张鑫, 等.气相色谱-离子迁移谱技术在食品真实性鉴别中的应用研究进展[J].食品科学, 2025, 46(1):227-236.Zhang B Y, Sui Y M, Zhang X, et al.Research progress in the application of gas chromatography-ion mobility spectrometry in food authentication[J].Food Science, 2025, 46(1):227-236.
[8] Yang F, Liu Y, Wang B, et al.Screening of the volatile compounds in fresh and thermally treated watermelon juice via headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry and comprehensive two-dimensional gas chromatography-olfactory-mass spectrometry analysis[J].LWT, 2021, 137:110478.
[9] Wu D, Xia Q L, Cheng H, et al.Changes of volatile flavor compounds in sea buckthorn juice during fermentation based on gas chromatography-ion mobility spectrometry[J].Foods, 2022, 11(21):3471.
[10] 张敬文, 潘磊庆, 屠康.基于E-nose、HS-SPME-GC-MS和GC-IMS检测三种草莓鲜榨汁的香气[J].食品工业科技, 2023, 44(3):286-296.Zhang J W, Pan L Q, Tu K.Aroma determination of three freshly squeezed strawberry juice based on E-nose, HS-SPME-GC-MS and GC-IMS[J].Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(3):286-296.
[11] 刘嘉敏, 王赛男, 陈丹妮, 等.穇子营养成分分析及其强抗氧化活性组分鉴定[J].食品科学, 2025, 46(9):206-215.Liu J M, Wang S N, Chen D N, et al.Nutritional components and strong antioxidant components of finger millet (Eleusine coracana(L.)Gaertn.)[J].Food Science, 2025, 46(9):206-215.
[12] 徐艺洁. 枸杞原浆加工过程中色泽变化与抑制方法的研究[D].武汉:华中农业大学, 2023.Xu Y J.Study on color change and control methods during processing of wolfberry pulp[D].Wuhan:Huazhong Agricultural University, 2023.
[13] 宋悦, 金鑫, 毕金峰, 等.超声辅助渗透处理对热风干燥及真空冷冻干燥黄桃片品质的影响[J].食品科学, 2020, 41(15):177-185.Song Y, Jin X, Bi J F, et al.Effect of Ultrasonic-assisted osmotic dehydration on the quality characteristics of hot air dried and vacuum freeze dried yellow peach chips[J].Food Science, 2020, 41(15):177-185.
[14] 张涛, 黄晨, 郭德军, 等.基于GC-IMS结合化学模式识别分析的广西主栽品种澳洲坚果干燥过程挥发性物质评价[J].食品工业科技, 2026,47(12):315-328.Zhang T, Huang C, Guo D J, et al.Evaluation of volatile substances in the drying process of macadamia nuts of Guangxi’s main cultivars based on GC-IMS combined with chemical pattern recognition analysis[J].Science and Technology of Food Industry,2026,47(12):315-328.
[15] 徐玉娟, 温靖, 肖更生, 等.高密度二氧化碳对荔枝汁品质的影响[J].食品科学, 2012, 33(15):71-74.Xu Y J, Wen J, Xiao G S, et al.Effect of Dense phase carbon dioxide on the quality of litchi juice[J].Food Science, 2012, 33(15):71-74.
[16] 张霁红, 康三江, 胡生海, 等.果胶酶对早酥梨醋发酵品质的影响研究[J].食品安全质量检测学报, 2021, 12(23):9177-9182.Zhang J H, Kang S J, Hu S H, et al.Effect of pectinase on fermentation quality of Zaosu pear vinegar[J].Journal of Food Safety &Quality, 2021, 12(23):9177-9182.
[17] Yang Y C, Bureau S, Wang X C, et al.Use of optical absorption and scattering properties to monitor the change of chemical characteristics, particle structure and viscoelasticity during apple puree processing[J].Food Chemistry, 2024, 461:140935.
[18] 张丽娟, 邹波, 肖更生, 等.枸杞原浆低氧打浆联合不同杀菌技术的比较分析[J].现代食品科技, 2022, 38(11):158-165.Zhang L J, Zou B, Xiao G S, et al.Comparative Analysis of Lycium barbarum pulp sterilization using combinations of low-oxygen beating and other techniques[J].Modern Food Science and Technology, 2022, 38(11):158-165.
[19] Li R H, Zeng Q Y, Zhang X X, et al.Xanthophyll esterases in association with fibrillins control the stable storage of carotenoids in yellow flowers of rapeseed (Brassica juncea)[J].New Phytologist, 2023, 240(1):285-301.
[20] 沈雨思, 朱丹实, 潘越, 等.NFC苹果浊汁褐变与品质相关性研究[J].食品科学技术学报, 2021, 39(5):156-164.Shen Y S, Zhu D S, Pan Y, et al.Study on correlation of browning and quality of NFC cloudy apple juice[J].Journal of Food Science and Technology, 2021, 39(5):156-164.
[21] 陈臣, 周洁, 周琦, 等.杏仁中的香气化合物及其风味品质影响因素研究进展[J].食品科学, 2023, 44(19):320-329.Chen C, Zhou J, Zhou Q, et al.Research progress on aroma compounds in almonds and factors influencing its flavor quality[J].Food Science, 2023, 44(19):320-329.
[22] 马雪莲, 王鹏, 耿敬章, 等.感官评价联合GC-MS与OPLS-DA解析加热温度对椒麻鸡赋味汤料呈香品质影响规律[J].食品科学, 2024, 45(17):127-134.Ma X L, Wang P, Geng J Z, et al.Effect of heating temperature on the flavor quality of Xinjiang spicy chicken seasoning sauce investigated by sensory evaluation combined with GC-MS and OPLS-DA[J].Food Science, 2024, 45(17):127-134.
[23] 陈敬鑫, 张德梅, 李永新, 等.低氧贮藏对采后果实风味的影响研究进展[J].食品科学, 2021, 42(13):273-280.Chen J X, Zhang D M, Li Y X, et al.Progress toward understanding the effect of low-oxygen storage on the flavor of postharvest fruits[J].Food Science, 2021, 42(13):273-280.
[24] Niu Y W, Wang R L, Xiao Z B, et al.Characterization of ester odorants of apple juice by gas chromatography-olfactometry, quantitative measurements, odour threshold, aroma intensity and electronic nose[J].Food Research International, 2019, 120:92-101.
[25] 谢小林, 张黔, 刘国华, 等.冷浸渍工艺对苹果汁化学成分和挥发性物质的影响[J].安徽农业科学, 2025, 53(5):156-160;206.Xie X L, Zhang Q, Liu G H, et al.The effect of cold maceration on chemical component and volatile substance of apple juice[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2025, 53(5):156-160;206.
[26] Sultani T M, Francisco A C P, Dacanal G C, et al.The combined effect of supercritical carbon dioxide and mild temperatures on pectin methylesterase inactivation in orange juice[J].Food Science and Technology International, 2023, 31(1):36-47.