水果制品增香技术研究进展

44 食品 f 水果制品增香技术研究进展 孙爱东 葛毅强’ 张 欣 蔡同一 摘 要 舟绍丁水果制品的增香速径，特别是对香精生产、风珠酶酶解、微生物产香技，卡进行 了详细阐述；综述了超临界萃取、分子蒸馏等一些新型芳香物质萃取技术 ，并对增香技术在水 果加工 中的应用前景进行了展望。 关键词 水果 生至 茎至竺巫 我国是世界上水果资源最丰富的国家 之一，素有“世界第一果园”、“世界园林之母” 之称。由于近几年大力发展果树业，水果的种 植面积和产量增长很快 ，远远超过前 30 a的 增长速度，果品的出口贸易也有了一定增长。 到 目前为止，苹果的种植面积和产量雄踞世 界第一位 ，柑桔、梨的产量也有了不同程度的 提高，小水果类果品如猕猴桃、沙棘、醋栗、李 子、杏、树莓等得到了进一步的开发与利用。 水果除部分用于鲜食外 ，多数用于加工 果汁、果酱(泥)、罐头、脱水制品，延长了果品 的贮存时间。但原材料经过加热、脱水、灭菌、 酸碱处理及冷冻贮藏等过程，天然风味物质 的损失很大。有的本身原料风味不浓郁，加工 后风味不佳；有的不但失去原有风味，而且还 产生影响食品品质的不良气味，如果汁的蒸 煮味、脱水制品的焦糊味，食品中的异味严重 影响了产品的消费和利用。目前，在果汁生产 过程中存在着四大难以解决的问题；褐变、后 混浊 、营养物损失、芳香物质逸散．其中芳香 物质的损失是一个比较难以解决的问题u1]。 常规的增香方法是添加香精特别是合成香精 使食品增香，但合成香精的食用受到卫生指 标的严格限制＆]。随着国内外市场对天然色 素、香料及食品添加剂的需求量逐年增加以 及 世界范围的“回归 自然 的趋势，“绿色食 品 和食用天然食品越来越受到欢迎 ，如何安 全 、无污染地恢复食品原有风味或增进其风 藿磊簧高 嚣矗竺 ÷．改回时间： 。。 一。 一。 水琴 毙 味是提高产品质量、出口创汇的大问题。 在世界范围内，研究食品风味已成为一 门新兴学科，它的研究方向主要包括 ：风味的 化学组成和含量，以及质量 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 和控制；味觉 或嗅觉与呈味或含香物质的组成及分子结构 的关系；提取、浓缩、分离、鉴别和测定天然或 人工合成风味物质的技术和方法；风味物质 的生成途径和机理以及人工合成；风味物质 之间的相互作用及各自的稳定性、安全性。但 我国对于风 味化学的研究起步较晚，近几年 才 有 一 些 关 于 食 品 风 味 成 分 的研 究 报 道_3 ，研究水平不论在深度还是广度上与 国外相 比有很大的差距，特别是在研究加工 食品的增香问题上距离更大。 1 增香途径探讨 食品风味是人人都熟悉、可以亲身感受 到的属性 ，它包括食品的色、香、味和形的综 合知觉概念，主要特点是其香味口]。 目前，对于食品风味的修饰、调和以恢复 其原有风味即增香技术的研究，主要从以下 几个途径考虑 ； l_I 添加匹配的香精 增加食 品风味的常规方法是添加香精。 香精来源有天然香精、天然同一香精、合成香 精 。合成香精的使用非常受限制 ，且增香效 果也不理想，通常植物是天然香精的“唯一 来源 ，一般通过蒸馏植物组织获得，但挥发性 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 25卷 第 1期 孙爱东等 ：水果制品增香技术研究进展 45 组分在植物组织中含量极微．且受到栽种面 积、生长期、产量、提取工艺等多方面的影响． 产量不高 ．不足于满足人们对香料的需求。目 前 ．从植物组织中提取香精的方法主要有 ： (1)蒸汽蒸馏法ls 虽然多种食用香料植物中精油成分的沸 点为 1 50～300C．但是将它 们的含香部分 (如根 、茎 、叶、花、果、籽等)经适当粉碎后 ，均 匀地装在蒸馏锅中与水蒸汽接触时 ．从细胞 和组织中渗出的精油与水分形成多相、多组 分的混合体系。精油是与水不相混合的两相 混合物。互不相容的混合物的蒸汽压等于多 个组分蒸汽压的总和 圉此 ．在精油的蒸汽压 和水的蒸汽压之和等于蒸馏锅内的压力情况 下 ，在低于 1oo c的温度下．精油就能与水蒸 汽一起被蒸馏出来 蒸馏法的设备简单，操作方便，但采用此 法处理得到的香精 ，只含有挥发性成分的香 气，味觉成分没有提取出来；另有一些原料在 蒸馏中长时间与蒸汽接触 ，有些娇嫩的香气 成分易遭到破坏分解 ，并产生一些原来植物 原料中所没有的成分 ，故常压蒸馏用于比较 稳定的芳香物质提取 ．减压蒸馏可降低 系统 的温度 ．在较温和 的条件 下提取。瑞士 u— nipektln公司的芳香物质回收设备正属于此 类，通过减压系统 降压，加热果汁使之在 4O ～ 50C下即可沸腾．产生二次蒸汽．夹带芳香 物质从果汁中分离出来，经冷却后成为芳香 物质的稀水溶液(见图1)。此法简单．易于控 制条件，但收集芳香物浓度低，需进行浓缩富 集。 景 汁 T 不合芳香枷质 的果汁}局部蒸蛊一水蒸汽+芳香耪质 + 芳香精质馏出转一精馏 + + (1，10o～1 000)芳香物盾最缩液 每撮 幕馏水 图 1 芳香物质回收示意图 (2)溶剂萃取法。s] 此法用来直接从食品中分离挥发 性物 质．或从蒸馏的稀水溶液中回收挥发性物质。 其原理基于挥发性物质在溶剂相和食品之间 的分配系数不同 这种方法可以通过溶剂的 选择排除那些不重要或干扰分析的化合物， 有选择性地提取芳香成分 在苹果香精的研 究中发现异戊烷对低级醇类有较高的 回收 率。但此法有溶剂残留。 (3)分子蒸馏法[s] 分子蒸馏从 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 上就要求装置的蒸发面 和冷凝面具有较短的距离，从而使蒸馏后 的 挥发性组分从样液表面逸 出后，经过较短 的 “平均 自由程”就可以到达冷凝系统中，蒸馏 系统的真空度通 常保持在 0．133Pa的状态 下 。 分子蒸馏法具有较高的提取效率。其显 著特点是低压、低温，减少 了系统中产生杂质 的机会。 (4)超临界萃取法：” 超临界萃取技术是基于在某一温度和压 力下，流体的性质介于气体与液体之间，它的 密度与液体近似，粘度与气体相近，溶质在其 中的扩散系数是液体的 100倍．这也是它的 萃取能力和萃取速度高于 一般溶剂的原因 所采取的萃取介质是 CO ，由于 CO 无毒、 无污染、便宜、易得 ，临界温度 31．0{5 C，临界 压力 7．3MPa，特别适合于易氧化、热敏性的 物质萃取。利用此法萃取，可得到比较安全、 芳香成分损失比较少的呈香物质 做罐头、果 汁的下脚料和皮渣含有丰富的芳香物质，利 用超临界萃取技术从这些物质中提取香精再 添加到水果制品中去，一方面起到增香效果， 另一方面也使水果加工品的弃料得到充分利 用 。 1．2 利用植物组织培养法生产香精 植物组织培育法是一种令植物细胞在培 养基或培养液中生长的技术 ，目标是进一步 将农业生产工业化，企求使植物的生长和收 成更易于控制 ，免受天气及其他环境因素的 影响 。 植物香料属于次级代谢物 ，通常只在 已 分化的特殊组织 中产生 ，故在培育植物细胞 去生产香料时，需靠控制培养液的成分和培 养的环境因素 、加入引发因子及诱发细胞分 维普资讯 http://www.cqvip.com 食品 与发酵工业 Food 8nd Fermemation Industries Vo1．25 No．1 化成 别特殊组织等．去提高其次级代谢物 的产率 目前．美 园 ESCA Agenetics公 司已开 发出来生产香草香料的生物技术，并 已获得 专利权 目前 已在实验工场阶段取得成功，利 用生物反应器生产出含有 85 香草醛的制 成 品(phyto vanilla) 同时制成品中还含有 与天然香草香料相同的成分达 200多种 1．3 捕集“活体香精” 90年代初，科学家发现水果从树上摘下 后 ，其化学成分会发生改变。一些被称为“瓤 鲜物质”的化学成分迅速消失，代之而生的是 被称为“分解物质”的成分。因此 ，科学家们致 力于“新鲜物质”收集方法的研究中，希望制 成能提供新鲜水果香味的增香剂 。 连接果树和水果的枝梗，是不断产生并 释放新鲜风昧物质的关键。为收集果树上水 果中的新鲜物质，国际香精香料公司(IFF) 发明了一种 Tenaz捕集器，这种装置能长时 间将空气吹向枝上的水果并将水果释放出来 的挥发性芳香物质加以收集和浓缩 ，经过洗 脱，即可得到“晤体香精”(1iving flavor)。以 桃子为例 ，活体桃子与采摘后的桃子在挥发 性组成上有很大的差异。活体桃子含有大量 低沸点的芳香物质 ，尤以辛酸甲酯的含量撮 高。二甲基二硫酯亦只在活体桃子中测量得 到，而这些正是使桃子拥有新鲜果香味的主 要成分。采摘后含量相当高的桃内酯和戊基 吡喃酮，在活体桃子中含量却很低。这些结果 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 如要获得风味天然的水果味增香剂 ，最 好是在活体水果的条件下收集挥发性物质。 复盆子、香蕉、芒果、苹果、桔子和柠檬的活体 组分分析，亦证明上述观点。 由于拥有这种捕集芳香挥发成分技术， IFF公司已在市场上推出了 15种活体香精 ． 用于沙拉酱、果汁、饮料、糕饼的增香。 1．4 利用风味增香酶使水果制品增香 在果蔬制品加工中，由于加热、脱水等工 序，食品的风味完全或部分失去，添加适当的 酶类可以使食品恢复其特有的香味，甚至有 时使其香味更好．其主要原理是添加的酶使 食品中原有的风味前体酶解产生香味物质。 风味酶 (flavorase)一词是 1965年 He— wittE 等人首次提出来的。无论是通过正常 瓤陈代谢积累起来的风味，或者通过组织细 胞被破坏后才产生的风味，都会在加工过程 中(主要是加热)被失掉，与此同时，产生风味 的酶也失活，但产生风味的前体却不一定消 失。如果把那些催化产生风味的酶添加到加 工食品中．则有可能使食品恢复原来新鲜 的 风味 在水果风味物质中，有些是以游离态存 在的．另有 一些 与糖类形成糖苷而以键合态 的形式存在(即风味前体物)“ 。法国的Cor— donnier和 Bayonove首先提出葡萄中可 能 存在键合态的不挥发的萜烯类化合物，键合 态单萜类化合物可以糖苷形式存在，随后 Di Stefano的酸水解实验使前体物质产生芳樟 醇、a一萜品醇、香叶酵等 香味 物质 Gue— gaen：17,18：指出风味酶可从不同的水果如芒 果、西番莲、葡萄中游离出丰富的萜烯类化合 物。Ping—Wu E” 研究指出菠萝汁中键合态的 芳香化合物可通过从杏仁中提取的酶水解释 放．如 DMHF、酚、内酯 、醇、酸、醛类，而磷酸 水解键合态键无芳香物产生。Granata 指 出葡萄酒中的芳香化合物主要是以糖苷键形 式存在的，因而其风味不能全部释放，酶解可 显著增加游离配基的含量．显著增加葡萄酒 的风味．且酶活性对已发酵成熟的酒比正在 发酵的酒效果明显 由此可以看出，通过酸、 酶处理 ，使键合态的芳香物质从前体中释放 出来 ，可以增加、再生、强化以及改变食品的 风味 ，对风味酶的研究已成为水果制品增香 的重要途径。 早先的实验中，使用的许多酶都是从食 品体系本身中提取出来的，非常不经济，资料 报道风味酶可从酵母、细菌 、真菌中获得。目 前 ．已报道从黑 曲霉、木霉等中进行菌种选 育，获得了能够水解糖苷键，从而释放出风味 的酶 。风味酶应用前景如何．毫无疑问将取决 维普资讯 http://www.cqvip.com 第25卷 第l期 孙爱东等：水果制品增香技术研究进息 于微生物来源及食品体系中风味形成途径的 阐明 食品风味的形成是一个生化过程。无沦 是在生物体系内形成，或是离体后才形成的， 都要有两个先决条件：一是形成风味物质的 底物；二是催化风味物质形成的酶系 所谓风 味酶实质上是在有底物存在的前提下，催化 这些底物形成某种风味的复合酶系。 1 5 利用微生物生产香味物质 微生物在 自然界无处不在，应用微生物 产生香气物质比化学合成及植物提取具有许 多优点，许多微生物在标准培养基上生长时 都能够合成香气物质，作为探索香气物质生 长的快速、可控的可能性，微生物为研究包括 许多重要的香气物质形成的生物合成途径提 供 较为理想的研究系统。来源丰富的细菌、 真菌、酵母都可产生香味物质。 1．5 1 由微生物生产萜烯类化合物 】] 萜烯类化台物是赋予香精油特殊香味的 重要组分，由五碳异戊二烯为基本单位，具有 开链、闭链、环式、饱和或不饱和结构。产萜烯 类的微生物多数为真菌，多见于腐烂的松木 上，属于子囊菌类和担子菌纲．其中的长喙壳 属(Ceratocystis)已成为广泛研究的对象，这 种真菌能在液体培养基上迅速生长，且经常 产生酵母状细胞，可作为大规模发酵的研究。 通过真菌发酵产生的萜烯类化合物主要有香 茅醇(鲜玫瑰香)、香叶醇(玫瑰香 ，甜果香)、 里那醇(鲜花香，甜柑桔香)、橙花醇(鲜甜玫 瑰香，苦 味)、a 萜 品醇 (丁香 花香，桃 香)。 1972年，Banthorpe等提出了在植物中较高 级萜烯类生物合成的基本途径．这种途径的 进一步阐明将使特定单萜类的产量增加，从 而使这些微生物成为风味物质商品化生产的 来源。Drawert和 Bantos报道从乳酸克鲁维 酵母中分离得到单萜类香茅醇、芳樟醇和香 叶醇，这些化台物的生产不需添加特别前体． 且 香 茅 醇和 芳 樟 醇 的 产量 可达 50t~g／L。 Sharpell[2 报道 了一系列假单胞菌 反其所 产 的 香 味、风 味 前 体 物 Kempler 和 Welsh 提 出利用细菌菌株可生产 L一薄荷 醇的过程 ，一种途径是利用假单胞菌属或纤 维单胞属将薄荷植物体中的薄荷醇转 化成 L一薄荷醇 芽胞杆菌属、气杆菌属、分枝杆菌 属、节杆菌属可以完成这一生物转化口 。 1．5．2 由微生物生产 内酯化合物 l_ 内酯化合物具有浓郁的香气，在各种具 有水果味、可可味、奶酪味、甜味及坚果味的 食品体系中都曾分离得到内酯。Maga口“ 报 道了食品体系中分离得到的各种内酯的味道 和香气特性。目前，内酯化合物主要由化学合 成 但是 ，用微生物生产的内酯可以得到具有 最适 活性的相对较纯的产物，同时，微生物可 以完成 由化学 台成需要许多步骤的生产过 程 假丝酵母、细菌在含有丙酮酸的培养液 中具有产生 内酯 的能力，绿色木霉在马铃薯 汁培养基中培养，可产生具有强烈可可味的 物质，培养液蒸馏分析发现，90 以上的挥发 油为具有这种特殊气味的化合物 6一戊烷基 n吡咯，这种化合物进行化学合成需 7个步 骤。香气掷孢酵母在标准培养基上生长可产 生特别的水果味，其主要挥发性组分为桃子 的主香癸内酯。 1．5．3 由微 生物生 产毗嗪 类 吡嗪为含 N的杂环化合物，吡嗪可产生 菠萝 、青菜、爆米花、马铃薯、坚果味。1 962年 Kosuge和 Kamiya 发现枯草杆 菌可产生 4 甲基吡嗪(TMP)，1967年 Demain 从谷 氨酸棒杆菌中分离得到亮氮酸、异亮氨酸缺 陷型的突变菌株也能大量产生 4一甲基吡嗪。 Adchi研究指出枯草杆菌产生的 4甲基吡嗪 是 由两分子 乙偶姻和两分子的氨组成，在棒 状菌属突变株中也发生类似反应。由于还原 异构酶的突变导致乙偶姻的积累。 假单胞菌属 还可产生烷 基吡嗪如 2甲 氧基 3 异丙吡嗪(MIPP)，它可产生奶 、蛋、 鱼肉的“霉土豆味”[2 ，突变菌株比一般菌株 产 MIPP的能力高 375倍 ，特别是此菌株还 产生 2一甲氧基 3 异丁基吡嚷和 4 甲氧基吡 维普资讯 http://www.cqvip.com 48 食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Voi．25 No．1 嗪 。 1．5．4 由微生物生产的其它芳香化合物 苯甲醛和香兰素是 2种典型的芳香醛， 苯 甲醛可产生出苦杏仁和樱桃的风味，已被 鉴定为微生物的次级代谢产物，植物来源的 苯甲醛可通过樱桃和苦杏仁中葡萄糖苷前体 物扁桃腈和苦杏仁苷降解得到口 。通过对许 多微生物的研究推测出其形成途径 (图 2)， 苯甲醛是扁桃酸盐降解的中间代谢物，假单 胞属中用于途径反应的 5种酶的遗传因子已 被克隆，扁桃酸盐外消旋酶、s一扁桃酸盐脱氢 _扁塑 堕 扁桃 苯甲酸盐 酮 己二酸 酶和苯甲醛脱氢酶的 DNA序列已经测定 出【 ：。苯甲醛的生产可以利用扁桃酸盐作为 唯一 C源，通过各种诱变技术钝化苯甲醛生 产的两个脱氢酶 ，可使苯甲醛积累。 香兰素由于其在风味配方的广泛应用， 植物提取 已不能满足要求，利用微生物的生 物转化是其一个方向，在扁桃酸盐的降解途 径中，细菌菌株能够降解丁香酚产生香兰素。 已有专利报道 Serratla，Klebsiella或 Enter obacter菌抹利用丁香酚或异丁香酚生产香 兰素，产量可达 3．8g／L。 量鱼苎竺兰丝叁堕．蓉甲酰甲酸盐 塑 塑壁 生苯甲醛 鳖 童苎苎 图 2 苯甲醛生物合成途径 7 范利华，扬洁彬．张篪等．食品与发酵工业 2 结 语 1993，19(2)：1B~24 利用生物技术生产风味剂使食品自身增 香 ，具有很强的生命力，它有天然风味的醇厚 味，令人愉快接受的特点，又不受原料、地区 限制 ，克服了无法从动植物天然提取的缺陷。 微生物种类极多，经菌种选育，可制备出适合 不同食品增香的酶制剂，生产出现存的绝大 多数芳香物质，还可发现目前还未发现的新 的优质芳香物质。 添加天然香精、利用微生物产酶增香、利 用微生物产香是今后香精生产的发展方向， 但它的发展还依赖于化工分离技术如超临界 萃取技术、分子蒸馏技术以及风味分析仪器 水平的提高。 参 考 文 献 1 蔡同一．中国食品报，1997．3．20 2 凌关庭．食品添加剂 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 ．北京 ：化工出版 社，1997．298~299 3 刘峰等 食品与发酵工业，1991．17(3)：37 4 蔡同一 ，宣燕庆 ．倪元颖等．北京农 业大学 学报，1995，21(2)：187～198 5 蔡同 一，李景明 ．倪元颖等．农业工程学报 ， 1997，13(3)：217～ 220 8 张建军．食品工业科技 ，1995．2：9～16 8 朱国斌等．食品风昧原理与技术．北京 ：北 京大学出版社 ，1996．1～2，139～145 9 林进能等．天然食 用香料 生产与应用．北 京 ：轻工业出版杜，1991．71～75 1O 蔡 同一，陈银 辉 ，闰 红．农 业工 程学 报 ， 1994，10(4)：137～ 141 11 俞俊棠等．生物工艺学 ( 上册 三年级上册必备古诗语文八年级上册教案下载人教社三年级上册数学 pdf四年级上册口算下载三年级数学教材上册pdf )．上海 ：华 东化工学院出版社 ，1991．248 12 中国食品工业，1995．8：27~29 13 中国食品工业，1995，5：18～19 1 4 石煌．食品科学，1989，10(5)：40~43 l5 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Reinhold，1981．157～ 168 3O ns0n S C，Gerh J A ．Powers V M et aI． Biochem istry，l988，27：540～ 545 31 Rabenhorst J．Hopp R． U．S． Patent 5． O17，388，1991，5，21 32 Kempler G M ．Adv． Appl Mierobio1．， l 983．29：29～ 51 33 W elsh F W ，M urray W D． Crit． Rev． Bioteehno1．，1989，9(2)：l05～ l 69 Some Research Advance in Enhancing Arom a Technique for Fruit Products Sun Aidong Ge Yiqiang Zhang Xin Cai Tongyi (Institute of Food Sienee，China Agricultural University，Beijing，100094) ABSTRACT This paper gave an overview of recent advancement in solvent extraction， steamextraetion，supercriticaI fluid extraction and molecular distillation technology，which are the new extraction technology of fragrance；suggested the ways of enhancing aroma of fruit products，such as adding natural essence，flavorase and utilizing microorganism producing fra— grance；foresaw the application prospect of enhancing aroma technology in fruit processing． Key word fruit，enhance aroma，flavorase，aroma (上接 第 35页) Retention of[~-Carotene during Juice Processing of Lycium Fresh Fruit Cai Yiwen Zhao Mourning Peng Zhiying (College of Food and Bioengineering，South China University of Teehonology，Guangzhou，510641) AB RACT In this article，effeets of blanching time、treatment with pectinase、deairing technology、sterilization technology and some other common factors on the retention of carotene in cium during juice processing were studied and the optimum combination was made．The results showed：treatment with peetinase could significantly inerease the reten— tion of~carotene，the optimum combination of juiee processing was as follows：blanching with 100 C 0．5 citric acid+ 0．4 Na2SO3 solution for 6 rain；45 C、pH 3．5 treatment with 0．20 g／kg pulp pectinase for two hours；treatment with 0．03 EDTA—Na2 during juicing； 26℃0．09MPavacuum—dealring；change pHto 4．O～4．2，then sterilizationwith 5’一5’一10’／ 100 C ，the retention of carotene could reach 74．0 ． Key word Lycium fresh fruit， carotene，retention，fruit iniee 维普资讯 http://www.cqvip.com