宽皮柑橘果汁中挥发性硫化物和风味活性组分研究

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宽皮柑橘是世界上主要的柑橘品种,广泛种植于中国、土耳其、摩洛哥等国家。宽皮柑橘果实主要以皮薄、易剥为特点,并以独特的风味和营养价值而广受欢迎。目前,宽皮柑橘主要用于鲜食,仅少部分用于商业果汁的生产,这主要与果汁加工、贮藏、销售过程中产生的异味有关。然而,造成这些异味的化合物以及非挥发性前体物质并未完全检测出。挥发性硫化物(VSCs)是一类具有异味属性的挥发性化合物,在食品中广泛存在。由于浓度低、感官阈值低、化学性质活泼特点,导致食品中VSCs的检测面临挑战。近年来,由于分析物收集技术的进步和分析设备灵敏性的提高,使食品中VSCs的全面检测成为可能,也为深入探索食品风味提供了时机。本文以宽皮柑橘作为研究对象,采用GC-MS/PFPD、GC×GC-MS/O、GC-FID/O检测果汁在热杀菌、贮藏、货架期间的VSCs变化,以及对果汁中的风味活性组分进行了系统的研究;检测了不同宽皮柑橘品种中重要硫前体蛋氨酸和S-甲基甲硫氨酸(MMS)的含量,并研究了两种硫前体的热动力学和光动力学,揭示硫前体的降解机制和VSCs对宽皮柑橘汁风味影响,为宽皮柑橘果汁工业化生产、贮藏、商业销售提供理论指导。主要研究结果如下:(1)静态顶空SPME结合GC-MS/PFPD测定宽皮柑橘汁中的VSCs:以10种宽皮柑橘为研究对象,首次利用不同极性(Wax和DB-5)毛细管色谱柱并结合PFPD硫检测器和MS(SIM)检测器,对鲜榨和热处理的宽皮柑橘汁中的VSCs进行准确定性和定量分析;在本章中共检测到5种VSCs:羰基硫(COS)、硫化氢(H2S)、二硫化碳(CS2)、甲硫醇(MeSH)、甲硫醚(DMS);其中MeSH是具有强烈臭味的化合物,首次在加热的宽皮柑橘汁检测到;气味活性值(OAV)也表明仅MeSH(OAV=25.5)和DMS(OAV=10.8)两种VSCs影响果汁的整体风味。通过对10个不同品种的宽皮柑橘果汁中VSCs进行主成分分析(PCA),研究发现温州蜜柑类的柑橘自成一簇,可明显区分与其它宽皮柑橘果汁品种。此外,对6种非挥发性硫前体物质进行了热降解研究:二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)和S-甲基甲硫氨酸(MMS)热降解会产生DMS化合物;蛋氨酸热降解会产生甲硫基丙醛(Met)、MeSH、二甲基二硫醚(DMDS)、二甲基三硫醚(DMTS)4种化合物,且维生素C加速了蛋氨酸的降解;半胱氨酸会产生少量H2S和CS2;硫胺素加热产生H2S和2-甲基-3-呋喃硫醇;谷胱甘肽热降解产生H2S。(2)GC×GC-MS/O、GC-FID/O及GC-MS/PFPD对宽皮柑橘汁中VSCs和风味活性组分研究:在前期研究的基础上,针对经热杀菌的宽皮柑橘汁中VSCs和风味活性组分进行研究。首先,以北口温蜜(KW)、桥本温蜜(HW)、无核椪柑(SP)、新生系3号椪柑(XP)4种宽皮柑橘作为研究对象,采用GC×GC-MS/O、GC-FID/O、GC-MS/PFPD三种设备,对鲜榨和热杀菌的宽皮柑橘果汁中VSCs进行定性和定量分析,在本章中共检测到7种VSCs:COS、H2S、CS2、MeSH、DMS、Met、1-对孟烯-8-硫醇;其中时间-强度法(OMSE)可以检测到H2S(臭鸡蛋味)、MeSH(烂白菜味)、DMS(白菜味,硫磺味)、Met(熟土豆味)、1-对孟烯-8-硫醇(葡萄柚味)5种硫化物;香气提取物稀释分析(AEDA)也初步鉴定了果汁中最具有风味活性的VSCs为Met和1-对孟烯-8-硫醇;热杀菌导致果汁中H2S、1-对孟烯-8-硫醇的浓度降低,MeSH、DMS、CS2、Met的浓度升高;在4种热杀菌前后的宽皮柑橘果汁中共鉴定出30种挥发性非硫风味活性组分,通过OAVs比较,对宽皮柑橘果汁风味贡献较大的主要味萜烯类化合物。此外,通过PanelCheck V1.4.2软件评价感官小组成员的感官评估能力,建立合格感官小组。感官实验结果表明,热杀菌促进了果汁中异味、蒸煮味产生,降低了果汁整体风味属性。(3)顶空指纹图谱法评价贮藏期间宽皮柑橘果汁中VSCs和风味活性组分的变化:选取椪柑作为研究对象,将PET瓶装果汁分别放置于4℃、25℃、40℃三个不同贮藏温度下12周、9周、7周,分别采用GC-MS/PFPD、GC×GC-MS/O、GC-FID/O,对贮藏期间宽皮柑橘果汁中VSCs进行定性和定量分析,本章共鉴定出11种VSCs:H2S、MeSH、CS2、DMS、硫代醋酸S-甲酯(MTA)、(甲硫基)乙酸乙酯(EMA)、DMDS、2-甲基噻吩(2-MT)、3-甲基噻吩(3-MT)、DMTS、Met。在4℃、25℃和40℃贮藏温度下,利用MVDA技术结合VID系数分别筛选出8种、9种、10种在贮藏期间浓度发生显著变化的VSCs;AEDA检测发现Met是贮藏期间最具有风味活性的硫化物;通过OAVs计算发现MeSH、DMS、DMTS和Met是影响果汁整体风味的VSCs;LC-MS/MS研究发现,贮藏期间,果汁中非挥发性硫前体蛋氨酸和MMS发生降解,促进了VSCs的产生。此外,在贮藏末期,采用GC×GC-MS/O发现了椪柑果汁中24种(4℃)、18种(25℃)、22(40℃)种香气活性组分(FD≥2),其中芳樟醇(花香),β-大马酮(果香,烟味),β-紫罗酮(花香)为重要风味活性非硫化合物(FD≥64)。(4)顶空指纹图谱法评价光照对货架期间宽皮柑橘汁中VSCs和风味活性组分的影响:选取椪柑作为研究对象,采用LED(3024 Lux)和UV(360 nm,25μW/cm2)灯光照射PET瓶装果汁50天,通过GC-MS/PFPD对货架期间椪柑果汁中11VSCs进行定性和定量分析,其中MeSH、CS2、DMDS、2-MT、3-MT、DMTS、MTA和EMA首次在宽皮柑橘汁中检测到。利用MVDA技术发现dark组、LED组、UV组中Met的VID分别为0.79、0.85、0.92。货架期间,LED和UV灯光促进了光敏剂核黄素的降解,加速了蛋氨酸的降解和MeSH、DMTS、Met化合物的生成;OAV计算发现硫化物对果汁整体风味的贡献不同:Met>MeSH>DMS>DMTS;感官实验表明,货架期间光照(LED和UV灯光)促进了果汁风味的劣变。在货架末期dark、UV、LED三个不同灯光条件下,采用GC×GC-MS/O分别确定椪柑果汁28种、28种、30种香气活性组分,其中对伞花烃芳(橘香)、芳樟醇(花香)、β-大马酮(果香,烟味)、β-紫罗酮(花香)为重要风味活性非硫化合物(FD≥64)。(5)宽皮柑橘果汁中蛋氨酸、MMS的热降解和光降解动力学:首先,采用邻苯二甲醛/3-巯基丙酸(OPA-3MPA)衍生化法测定15种宽皮柑橘果汁中MMS和蛋氨酸两种前体物质,MMS含量范围为0.153.78μg/mL,蛋氨酸含量范围为0.465.20μg/mL。其次MMS、蛋氨酸、Met的热降解都属于一级动力学,通过计算得到MMS的Ea=126904 J/mol·K,A为3.91*1014;蛋氨酸的Ea=55099.26 J/mol·K,A为406.25;Met的Ea=67371.17 J/mol·K,A为3079260.4;蛋氨酸、Met的光降解也属于一级动力学;验证实验结果表明:椪柑果汁热动力学实验中MMS、蛋氨酸、Met的降解速率低于模拟实验,这可能与果汁中基质的差异有关;此外,光照验证实验结果与模拟实验趋势相同。
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