1-MCP對桃果實低溫貯藏期間揮發(fā)性物質(zhì)的影響
——主成分分析法

陳小燕， 王友升， 李麗萍， 胡 玲， 王貴禧

(1.北京工商大學(xué) 植物資源研究開發(fā)北京市重點實驗室/食品添加劑與配料北京高校工程研究中心， 北京 100048;2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)研究所 國家林業(yè)局 林木培育實驗室， 北京 100091)

1-MCP (1-甲基環(huán)丙烯) 是植物組織中乙烯受體的競爭性抑制劑，它通過與乙烯受體相結(jié)合，使乙烯喪失了與其受體結(jié)合的機會，從而強烈地阻斷乙烯的生理效應(yīng)，延緩了植物的成熟與衰老[1]. 香氣物質(zhì)是影響桃果實品質(zhì)的重要因素，對果實揮發(fā)性物質(zhì)的研究越來越重要. 不同研究者就1-MCP處理對蘋果[2]、木瓜[3]、梨[4]和香蕉[5]等果實揮發(fā)性物質(zhì)影響的研究結(jié)果均表明，1-MCP能顯著降低果實揮發(fā)性物質(zhì)的產(chǎn)生. 桃是典型的呼吸躍變型果實，乙烯對其成熟和衰老起著重要的作用，1-MCP能夠抑制乙烯的作用，延長桃的保鮮期，增加桃的耐貯性. 雖然近年來許多研究者就1-MCP處理對桃果實品質(zhì)和生理的影響進行了探討[6-9]，但1-MCP處理對桃果實揮發(fā)性物質(zhì)的影響未見相關(guān)報道.

主成分分析通過降維和可視化處理，既能辨識不同樣本間的代謝狀況的差異，又有助于尋找能表征這些差異的生物標(biāo)記物，是代謝組學(xué)中常用的非監(jiān)督的模式識別方法[10]，但是目前未見利用主成分分析法篩選桃果實標(biāo)志性揮發(fā)物的研究.

本文以大久保桃果實為試驗材料，利用主成分分析法探討1-MCP處理對(8±0.5)℃貯藏期間桃果實揮發(fā)性物質(zhì)的影響，為桃果實采后合理的使用1-MCP處理提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

大久保桃于2009年8月1日采收于順義果園，當(dāng)天運至實驗室，挑選大小均一、無病蟲害、成熟度一致的果實為試驗材料. 試驗設(shè)計兩組處理：對照組，用去離子水浸泡5 min；1-MCP處理組：用去離子水浸泡5 min后，晾干，將果實裝入塑料箱內(nèi)，用5 μg/L 1-MCP在20 ℃熏蒸24 h. 所有處理完畢后，轉(zhuǎn)入(8±0.5) ℃貯藏待用. 分別于貯藏的0，3，6，9，12，16，20 d取樣分析.

1.2 主要儀器設(shè)備與試劑

固相微萃取裝置，100 μmPDMS萃取頭，美國Supelco公司；6890N型氣相色譜儀，美國Agilent公司；QP2010plus型氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本島津公司；氯化鈉，分析純.

1.3 試驗方法

1.3.1揮發(fā)性物質(zhì)的提取和分析

揮發(fā)性物質(zhì)的提取和分析參考胡玲等的方法[11]. 取大小和果色一致的10個桃果實清洗、晾干，從果實的大面均勻取樣，共取10 g，冰浴打漿，然后取3 mL裝入15 mL樣品瓶，加0.9 g NaCl和轉(zhuǎn)子，在50 ℃、400 r/min條件下平衡20 min，用100 μmPDMS萃取頭進行萃取，在50 ℃下萃取30 min后，于GC進樣口解析3 min， 同時啟動儀器采集數(shù)據(jù).

1.3.2GC/MS分析條件

色譜條件 毛細管柱：HP-5MS(30 m ×0.32 mm ×0.25 μm)；程序升溫：初溫50 ℃，保持2.0 min，以4 ℃/min升溫至250 ℃，保持10 min；載氣He，流量1.0 mL/min，不分流進樣；進樣口溫度220 ℃. 檢測器(FID)溫度為280 ℃.

質(zhì)譜條件：接口溫度為250 ℃，離子源溫度220 ℃，電離方式EI，電子能量70 eV，掃描質(zhì)量范圍為45～540amu.

1.4 統(tǒng)計分析

利用SPSS (v.13.0, SPSS Inc, Illinois, USA)軟件對大久保桃果實揮發(fā)性物質(zhì)的變化進行主成分分析(PCA). 大久保桃果實的揮發(fā)性物質(zhì)含量用峰面積表示. 所有數(shù)據(jù)處理前先標(biāo)準(zhǔn)化.

2 結(jié)果與分析

2.1 1-MCP處理對桃果實貯藏期間揮發(fā)性物質(zhì)變化的影響

采用SPME和GC-MS檢測大久保桃果實的揮發(fā)性物質(zhì)，試驗結(jié)果見表1. 由表1知，共檢測到26種揮發(fā)性物質(zhì)，其中酯類物質(zhì)有7種，芳香烴類物質(zhì)有7種，醛類、內(nèi)酯類、縮醛類物質(zhì)各有2種，醇類和酮類物質(zhì)各有1種，其他物質(zhì)有4種. 己醛、反-2-己烯醛、乙酸順式-3-己烯酯、γ-癸內(nèi)酯、δ-辛內(nèi)酯均與Wang等[12]對桃和油桃，李明等[13]對水蜜桃的研究結(jié)果一致，是桃果實的主要香氣物質(zhì)；乙醇、丙酮、1,1,3-三甲基-3-苯基,茚、萘、2-甲基萘、鄰苯二甲酸二丁酯在水蜜桃[13]、大久保桃[14]和獼猴桃[15]中已有檢出；鄰苯二甲酸二乙酯[16]、2-氟乙酰胺[17]在蘋果、木瓜、草莓等其他果實中已檢出；琥珀酸二異丁基酯在香蕉葉片[18]中已檢出.

結(jié)果表明，己醛、反-2-己烯醛、鄰苯二甲酸二乙酯和萘在冷藏大久保桃果實中相對含量最高. 貯藏期間，對照組和1-MCP處理組的桃果實揮發(fā)性成分種類數(shù)和含量明顯不同，且處于動態(tài)變化中.

表1 1-MCP處理對采后大久保桃果實揮發(fā)性物質(zhì)的影響Table 1 Effect of 1-MCP on volatile compounds of postharvest “okubao” peach

續(xù)表

續(xù)表

“—”表示未檢出

2.1.1酯類物質(zhì)

從大久保桃果實檢測出的酯類物質(zhì)有乙酸順式-3-己烯酯、丙酸-2,2-二甲基-2,6-雙-(叔)-4-甲基苯酯、琥珀酸二異丁基酯及其異構(gòu)體、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸環(huán)丁基異丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯. 貯藏期間，酯類物質(zhì)含量呈下降趨勢，貯藏3 d時下降迅速，之后變化緩慢. 與對照相比，1-MCP處理后酯類物質(zhì)變化不顯著，除了貯藏6，9 d時，其余天數(shù)酯類釋放量均低于對照，貯藏20 d后，低于對照76.8%，表現(xiàn)為處理后的抑制.

2.1.2醛類物質(zhì)

醛類物質(zhì)包括己醛和反-2-己烯醛，后者含量顯著高于前者. 在貯藏期間，醛類物質(zhì)釋放量呈現(xiàn)“波動式”的變化，貯藏6d時對照組桃果實醛類物質(zhì)釋放量達到高峰，而1-MCP處理組在貯藏12 d時達到高峰，高于對照組77.6%. 說明1-MCP處理推遲了醛類物質(zhì)的釋放.

2.1.3內(nèi)酯類物質(zhì)

內(nèi)酯類物質(zhì)包括γ-癸內(nèi)酯和δ-辛內(nèi)酯. 對照組桃果實內(nèi)酯類物質(zhì)含量隨著貯藏時間的延長呈先上升后下降的趨勢，貯藏12 d時達到高峰，而1-MCP處理組呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，貯藏20 d時達到高峰. 從貯藏6 d開始，1-MCP處理組桃果實內(nèi)酯類物質(zhì)釋放量均顯著低于對照組，甚至在第6，9 d時未檢出. 說明與對照相比，1-MCP處理顯著抑制了內(nèi)酯類物質(zhì)的釋放，且推遲了內(nèi)酯類物質(zhì)釋放高峰值的出現(xiàn).

2.1.4芳香烴類物質(zhì)

芳香烴類物質(zhì)包括萘及其衍生物、苯衍生物，貯藏期間呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢. 貯藏3 d時，芳香烴類物質(zhì)(尤其是萘)急劇下降，與貯藏開始時相比下降了97.6%，1-MCP處理下降了98.2%，貯藏6 d時降至最低點，之后略有回升. 貯藏9，12 d時1-MCP處理的揮發(fā)性物質(zhì)釋放量顯著高于對照16.0%，18.1%，說明1-MCP處理使得貯藏9，12 d時芳香烴類物質(zhì)的釋放量有明顯的增加.

2.1.5其他物質(zhì)

乙醇在貯藏0 d時檢測出后，對照組桃果實貯藏20 d后再次檢出，而1-MCP處理組貯藏12 d后再次檢出，之后呈上升趨勢，貯藏20 d時釋放量為對照組的26.3%. 說明1-MCP顯著促進了乙醇的釋放. 丙酮在對照組和1-MCP處理組貯藏16，20 d后才均有檢出，并且處理組丙酮含量顯著高于對照組54.4%，24.8%，說明1-MCP處理在貯藏后期明顯增加了丙酮釋放量. 縮醛類物質(zhì)包括乙醛二異丁基乙縮醛和2,2-二異丙基-1 ,3-二惡茂烷，其變化趨勢與酯類物質(zhì)相似.

2.2 桃果實揮發(fā)性物質(zhì)的主成分分析

為了判斷各個貯藏期大久保桃果實對照組與1-MCP處理組揮發(fā)性物質(zhì)的變化差異，對除了貯藏0 d之外的揮發(fā)性物質(zhì)的相對含量進行了主成分分析，分別得到大久保桃果實對照組與1-MCP處理組揮發(fā)性物質(zhì)的主成分分析散點圖.

圖1為對照組桃果實24種揮發(fā)性物質(zhì)主成分分析的得分圖(A)和因子載荷圖(B)，前兩個主成分的累積貢獻率為65.5%. 由圖1(A)和圖1(B)可得貯藏3d時乙醛二異丁基乙縮醛、鄰苯二甲酸二乙酯、1-丙烯-3-(2-環(huán)戊烯基)-2-甲基-1,1-二苯、1,1,3-三甲基-3-苯基,茚、鄰苯二甲酸環(huán)丁基異丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯對對照組樣品影響顯著；萘是貯藏9 d和16 d時對照桃果實主要的揮發(fā)性物質(zhì)；貯藏20 d時乙醇和氰基乙酸與樣品有強的相關(guān)性. 在圖1(A)中，貯藏6 d的樣品點位于PC1的最右側(cè)，明顯遠離其他樣品點.

注：圖(B)中序號對應(yīng)表1中的物質(zhì)編號. 圖1 對照桃果實揮發(fā)性物質(zhì)的主成分分析得分圖(A)和因子載荷圖(B)Fig.1 Score plot (A) and loading plot(B) from PCA of volatile compounds of control

圖2為1-MCP處理組桃果實23種揮發(fā)性物質(zhì)主成分分析的得分圖(A)和因子載荷圖(B)，前兩個主成分的累積貢獻率為89.4%. 由圖2(A)和圖2(B)可知，貯藏3 d和6 d時檢測到的兩種縮醛、3種鄰苯二甲酸酯和3種苯衍生物對樣品有顯著的影響；乙醇、丙酮、萘、δ-辛內(nèi)酯、氰基乙酸是貯藏16 d和20 d時處理組桃果實主要的揮發(fā)性組分. 在圖2(A)中，貯藏12 d的樣品點位于PC2的最上方，明顯遠離其他樣品點.

由上述結(jié)果可知，對照貯藏6 d和1-MCP處理貯藏12 d時乙酸順式-3-己烯酯、琥珀酸二異丁酯、丙酸-2,2-二甲基-2,6-雙-(叔)-4-甲基苯酯、己醛、反-2-己烯醛、萘己環(huán)、2-甲基萘、丙酮、丙基環(huán)丙烷對樣品有顯著的影響，說明1-MCP處理延緩了桃果實中這些物質(zhì)的釋放.

注：圖(B)中序號對應(yīng)表1中的物質(zhì)編號. 圖2 1-MCP處理桃果實揮發(fā)性物質(zhì)的主成分分析得分圖(A)和因子載荷圖(B)Fig.2 Score plot (A) and loading plot (B) from PCA of volatile compounds of 1-MCP treatment

3 討 論

本試驗共鑒定出8℃貯藏下大久保桃果實揮發(fā)性物質(zhì)26種，其中己醛、反-2-己烯醛、鄰苯二甲酸二乙酯和萘是主要揮發(fā)性物質(zhì)，而呈桃香的內(nèi)酯類物質(zhì)相對含量很低，不是低溫貯藏條件下主要的揮發(fā)性成分，這與張曉萌[19]試驗結(jié)果基本一致.

研究發(fā)現(xiàn)，乙烯對果實成熟過程中揮發(fā)性物質(zhì)的形成及調(diào)控有重要影響[20]. Lizana等[21]認為低溫貯藏可以降低桃果實采后內(nèi)源乙烯的生成，而1-MCP為乙烯作用抑制劑，據(jù)此推測冷藏期間1-MCP處理能雙重抑制乙烯的作用，進而抑制揮發(fā)性物質(zhì)的產(chǎn)生.

已證實，1-MCP處理能夠影響果實貯藏期間某些主要香氣物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和含量，如Kondo等[2]報道1-MCP處理降低了蘋果香氣物質(zhì)的釋放量，可能是由于不可逆地抑制了某些合成香氣物質(zhì)的脂肪酶的活性. 本研究結(jié)果表明，低溫貯藏期間，1-MCP處理在貯藏后期顯著促進了乙醇的釋放，這與Porat等[22]對柑橘的研究一致，可能是由于1-MCP抑制了乙醇向酯類的轉(zhuǎn)變，F(xiàn)an等[23]的研究也表明1-MCP處理能抑制富士蘋果香氣物質(zhì)中某些醇類向酯類的轉(zhuǎn)變，顯著抑制了相應(yīng)酯類物質(zhì)的產(chǎn)生. 而與對照相比，1-MCP處理抑制了酯類物質(zhì)的釋放(除了貯藏6，9 d之外)，但效果不顯著；另外1-MCP處理顯著推遲了醛類和內(nèi)酯類物質(zhì)的釋放高峰的出現(xiàn)，并且顯著抑制了內(nèi)酯類物質(zhì)的釋放量，Mattheis等[24]也發(fā)現(xiàn)1-MCP可降低呼吸躍變型果實中酯類物質(zhì)的釋放量. 對于本研究檢測到的芳香烴類物質(zhì)到底是桃果實本身所含有的，還是桃果實表面殘留或貯藏環(huán)境中存在的，還需進一步探討.

由于桃果實含有許多復(fù)雜的內(nèi)源性化合物，因此除了利用GC/MS等高通量、高靈敏度的分析手段外，結(jié)合模式識別可以區(qū)分不同貯藏期、不同狀態(tài)下(生理與病理)的果實樣品，找出對這種區(qū)分有重要貢獻的標(biāo)志性物質(zhì). 本研究中主成分分析的得分散點圖分別按照對照與1-MCP處理貯藏期揮發(fā)性物質(zhì)的差異對樣品進行聚類分析，并結(jié)合載荷圖識別對這種聚類有顯著貢獻的揮發(fā)物[25]，從整體上初步建立桃果實樣品與揮發(fā)物之間的相關(guān)性聯(lián)系.

4 結(jié) 論

1)大久保桃果實在8℃貯藏下共鑒定出26種揮發(fā)性成分，其中己醛、反-2-己烯醛、鄰苯二甲酸二乙酯和萘是主要揮發(fā)性物質(zhì).

2)8℃貯藏期間，1-MCP顯著推遲了桃果實醛類和內(nèi)酯類物質(zhì)釋放高峰的出現(xiàn)，并且顯著抑制了內(nèi)酯類物質(zhì)的釋放量；在貯藏后期顯著促進了乙醇的釋放.

3)主成分分析結(jié)果表明，2,2-二異丙基-1,3-二惡茂烷、1,1′-雙(1,1,2,2-四甲基-1,2-亞乙基)苯是貯藏3 d時1-MCP處理組的標(biāo)志性揮發(fā)物，貯藏16 d和20 d時乙醇、丙酮、氰基乙酸是1-MCP處理組的標(biāo)志性揮發(fā)物.

4)1-MCP處理延緩了乙酸順式-3-己烯酯、琥珀酸二異丁酯、丙酸-2,2-二甲基-2,6-雙-(叔)-4-甲基苯酯、己醛、反-2-己烯醛、萘己環(huán)、2-甲基萘、丙酮、丙基環(huán)丙烷的釋放.