應(yīng)用電子鼻技術(shù)對水蜜桃儲藏期內(nèi)品質(zhì)變化的研究

馬淑鳳, 王周平, 丁占生, 王利強, 徐化能

(1.江南大學食品學院,江蘇無錫 214122;2.江南大學機械工程學院,江蘇無錫 214122)

應(yīng)用電子鼻技術(shù)對水蜜桃儲藏期內(nèi)品質(zhì)變化的研究

馬淑鳳1, 王周平1, 丁占生1, 王利強2, 徐化能1

(1.江南大學食品學院,江蘇無錫 214122;2.江南大學機械工程學院,江蘇無錫 214122)

利用電子鼻PEN3系統(tǒng)對不同儲藏時間下水蜜桃芳香成分進行檢測分析。通過電子鼻系統(tǒng)動態(tài)采集試驗得到水蜜桃芳香成分的響應(yīng)值,并利用PCA、LDA等模式識別方法進行數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明LDA方法能更好地將不同儲藏時間的水蜜桃分為3個階段,即:第0天、第1 d～第3 d與第4 d～第6 d。說明利用電子鼻能夠?qū)Σ煌瑑Σ貢r間的水蜜桃進行無損檢測與區(qū)分,并能直觀地反映出水蜜桃在儲藏期的生理變化規(guī)律。同時采用Loadings的分析方法對PEN3系統(tǒng)的傳感器響應(yīng)值進行分析。結(jié)果表明,第6、8、5號傳感器在水蜜桃儲藏期品質(zhì)檢測中起主要作用。

水蜜桃;儲藏期;電子鼻;芳香成分

水蜜桃(Jucy peach,Prunus persicaL.)在植物分類學上屬于薔薇科,桃屬,桃亞屬,屬于典型的呼吸躍變型果實[1]。無錫水蜜桃以果皮薄,肉嫩汁多,香濃味醇,鮮甜甘美且營養(yǎng)價值高而著名,又被稱作玉露蜜桃。品質(zhì)、風味是無錫水蜜桃的價值所在,但由于果實水分含量高、收獲季節(jié)多集中于7、8月高溫、多雨季節(jié),采收后后熟速度快,完熟期果實常溫下僅2～3 d就變質(zhì)[2-3];且不同成熟度的果實儲存期差異較大,很難儲藏。因此,對采收后水蜜桃儲藏間的品質(zhì)的快速、精確、客觀及科學的評價是亟待解決的難題。

在過去的幾十年里,水果品質(zhì)檢測技術(shù)研究雖然得到較快的發(fā)展[4-5],但是絕大多數(shù)為有損檢測。近些年,電子鼻無損檢測技術(shù)得到了大量的探索與利用。國外很多研究人員已經(jīng)將電子鼻無損檢測技術(shù)應(yīng)用于蘋果[6]、柑桔[7]、梨[8]、桃[9-11]等水果的品質(zhì)評價和品種判別。周亦斌等[12-13]應(yīng)用電子鼻對番茄、柑橘品質(zhì)和儲藏時間的評價試驗表明:電子鼻可以較好地評價番茄在采后儲藏過程中的氣味變化,并對其儲藏時間進行區(qū)分。本試驗利用電子鼻對水蜜桃儲存期間品質(zhì)和儲藏時間進行檢測與判別,通過分析探索水蜜桃品質(zhì)、儲藏時間與電子鼻無損檢測間的關(guān)系,為無損檢測技術(shù)的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試樣品材料

供試樣品為品質(zhì)優(yōu)良的無錫水蜜桃,產(chǎn)自江蘇省無錫市陽山鎮(zhèn),品種朝輝。于2009年6月26日下午采摘成熟期的水蜜桃105個,儲藏時間為0～6 d,每3個水蜜桃為1組,每天對5組平行水蜜桃進行電子鼻檢測。為避免水蜜桃質(zhì)量大小對檢測結(jié)果的影響,單個水蜜桃質(zhì)量控制在(215±5)g。

1.2 水蜜桃儲藏條件

將水蜜桃單層儲藏于紙箱內(nèi),單果并排擺放整齊、相互不擠壓。儲藏溫度控制在22±1℃,相對濕度在65%～70%間。

1.3 PEN3電子鼻系統(tǒng)

本實驗采用德國Airsense公司生產(chǎn)的便捷式PEN3電子鼻進行試驗。電子鼻由硬件和軟件兩大部分組成,即氣敏傳感器陣列和信號處理與模式識別子系統(tǒng)。氣敏傳感器是PEN3電子鼻的核心部件,它們均是金屬氧化物化學傳感器,其陣列分別為:W1C,W5S,W3C,W6S,W5C,W1S,W1W, W2S,W2W,W3S。傳感器表層所覆蓋的金屬氧化物或者是典型的錫二氧化物、鋅氧化物、鈦二氧化物或三價鐵氧化物中的任一種,該類傳感器對氧化型化合物反應(yīng)敏感;或者是鈷氧化物、鎳氧化物中的一種,其主要對還原型化合物非常敏感[14]。PEN3系統(tǒng)10個傳感器陣列的主要性能見表1。傳感器的響應(yīng)值用電阻系數(shù)歐姆G表示。根據(jù)傳感器接觸到樣品揮發(fā)物后的電阻量G與傳感器在經(jīng)過標準活性碳過濾氣體的電阻量G0的比值進行數(shù)據(jù)處理和模式識別,其敏感性為1cm3/m3。

表1 電子鼻PEN3標準傳感器陣列及其主要應(yīng)用Tab.1 Sensors and the main applications of PEN3 electronic nose

1.4 試驗方法

在預(yù)試驗基礎(chǔ)上,用保鮮膜將每3個樣品密封于3 L的玻璃容器中,密封1h后芳香氣體達到平衡,容器頂部進行電子鼻檢測。電子鼻試驗參數(shù)設(shè)置如下:樣品間隔1 s、樣品準備時間3 s、測試時間40 s、測量計數(shù)1 s、傳感器清洗時間40 s、零點計數(shù)100 s、自動調(diào)零時間10 s、自動稀釋0、內(nèi)部流量300 mL/min、進樣流量300 mL/min。檢測時間為:在采收后的當天(即第0 d)到第6 d每天同一時間進行檢測。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

實驗采用主成分分析法(PCA)和線性判別法(LDA)分析水蜜桃儲藏期間的芳香氣體組成與變化,建立水蜜桃儲藏時間的判定模型;然后用Loadings分析法對該判別模式下的傳感器進行研究,以確定PEN3系統(tǒng)各傳感器在檢測中的相對重要性。

3 結(jié)果與分析

3.1 電子鼻對芳香特征的響應(yīng)

按照1.4的試驗方法對每批水蜜桃進行電子鼻檢測分析。圖1為一典型的電子鼻檢測試驗中傳感器陣列對水蜜桃芳香成分感應(yīng)電阻比變化的響應(yīng)圖。圖中每一條曲線代表一個傳感器的響應(yīng)值,即水蜜桃的芳香成分通過傳感器通道時,電阻比(G/GO)隨檢測時間的變化情況。

圖1 傳感器對水蜜桃芳香物的響應(yīng)圖Fig.1 The response graph of sensors to jucy peaches aroma

從圖1可知,剛開始時相對電阻比較低,隨著芳香氣體的不斷吸入并在傳感器表面富集,該比值迅速增大并達到最大值,隨后逐漸趨于平緩,達到穩(wěn)定的狀態(tài)。樣品在35～37s之間信號曲線較為平穩(wěn),本文用穩(wěn)定狀態(tài)下35～37s處的信號作為分析的時間點。由圖1看出,電子鼻對水蜜桃的芳香成分有明顯的響應(yīng),并且每一個傳感器對水蜜桃的響應(yīng)各不相同,其中傳感器6和8較其他傳感器有更高的相對電阻比值。這表明利用電子鼻PEN3系統(tǒng)檢測水蜜桃的香氣成分是可行的。

3.2 用PCA方法分析不同儲藏時間的水蜜桃

成熟水蜜桃在儲藏過程中電子鼻檢測的經(jīng)對數(shù)優(yōu)化的PCA分析圖見圖2。

圖2 成熟水蜜桃在儲藏期間的PCA分析圖Fig.2 PCA score plot of mature jucy peaches in shelf life

圖2中每個橢圓區(qū)域代表同一儲藏時間水蜜桃的數(shù)據(jù)采集點。從圖中可以看出第1主成分貢獻率為61.67%,第2主成分貢獻率為33.63%,總貢獻率為95.30%。水蜜桃不同儲藏時間的區(qū)域有一定交叉,這表明單獨采用PCA方法不能將不同儲藏時間的水蜜桃完全區(qū)分開,也不能很好的反映儲藏期間水蜜桃的品質(zhì)變化趨勢。

3.3 用LDA方法分析不同儲藏時間的水蜜桃

LDA分析方法注重所采集的水蜜桃芳香成分響應(yīng)值在空間中的分布狀態(tài)及彼此之間的距離分析,即水蜜桃芳香速率變化分析見圖3。

圖3 成熟水蜜桃在儲藏期間的LDA分析圖Fig.3 LDA score plot of mature jucy peaches in shelf life

從LDA分析圖可以看出,兩判別式的總貢獻率為86.89%,判別式LD1和判別式LD2的貢獻率分別為60.48%和26.41%。圖中顯示水蜜桃的芳香速率變化呈波浪形,呈現(xiàn)三個明顯的聚類區(qū)域。從第0 d到第1 d速率(距離)變化較大,但從第1 d到第3 d的過程中速率變化明顯變小,即1～3 d氣味有一定停頓,說明存放1、2、3 d的樣品氣味變化不大;而第4 d時速率又出現(xiàn)較大的變化;第4 d到第6 d的速率變化又明顯變小,第5 d和第6 d基本重合在一起。第0 d、第1～3 d與第4～6 d之間可以較好地進行區(qū)分。

圖3所示這種變化從生理角度看主要由呼吸作用引起。水蜜桃屬于典型的呼吸躍變型果實,成熟期的水蜜桃躍變發(fā)生在母體植株上,其最佳品質(zhì)在果樹上形成。采收后的水蜜桃在常溫下呼吸速率與后熟軟化很快,所以從第0 d到第1 d果實內(nèi)部芳香成分含量改變很大;隨著儲藏時間的延長,呼吸變慢,分解與合成速率降低,芳香成分變化變小,第1～3 d這一階段的水蜜桃可食用價值還較高;隨著儲藏時間的進一步延長,水蜜桃進入衰老期,其內(nèi)部芳香成分又發(fā)生很大變化,到第5～6 d的水蜜桃雖然沒有發(fā)生腐爛,但已經(jīng)失去了食用價值。

3.4 第一主成分的LDA分析

用LDA分析法對水蜜桃揮發(fā)性氣體中的第1主成分進行分析,結(jié)果見圖4。

圖4 水蜜桃在儲藏期第一主成份的LDA分析圖Fig.4 LDA score plot of the main component 1 of jucy peaches in shelf life

由圖4看出,第1主成份的響應(yīng)值明顯呈現(xiàn)3個階段,且隨著儲藏時間的延長,其響應(yīng)值逐漸減少。第0～6 d的水密桃第1主成分響應(yīng)值與儲藏時間存在一定線性關(guān)系。

3.5 Loadings分析

利用Loadings分析可以幫助區(qū)分當前模式下傳感器的相對重要性,傳感器貢獻率越高,則該傳感器的識別能力越強見圖5。

圖5 水蜜桃的Loading分析Fig.5 Loading analysis for the jucy peacheses

上圖為水蜜桃的Loading傳感器貢獻率分析圖,從圖中可以看出PEN3電子鼻10個傳感器,基本上對水蜜桃的揮發(fā)性物質(zhì)都有響應(yīng),其中傳感器6對第1主成分貢獻率最大,傳感器8對第2主成分貢獻率最大,傳感器10、4、2、7、9、1、3、5對第1主成份的貢獻率相似且都較小,而對第2主成份的貢獻率依次遞增。由表1可知,傳感器6(W1S)主要對甲烷類物質(zhì)最為靈敏,傳感器8(W2S)對乙醇類物質(zhì)最為靈敏傳感器5(W5C)、3(W3C)、1(W1C)、9(W2W)均對芳香成分靈敏。因此,綜合分析得出水蜜桃的揮發(fā)性氣體中主要含有烷烴、乙醇類和芳香型化合物。

4 結(jié) 語

應(yīng)用電子鼻PEN3系統(tǒng)對水蜜桃芳香成分檢測試驗表明,檢測樣品在35～37 s間采集到的數(shù)據(jù)較穩(wěn)定,且有較好的靈敏度;利用該儀器較好地能夠?qū)Σ煌瑑Σ貢r間的水密桃進行區(qū)分。采用電子鼻系統(tǒng)中的LDA(線性判別法)比PCA(主成份分析法)更能準確判別出不同儲藏時間的水蜜桃,并能正確反映水蜜桃在儲藏期間的生理和品質(zhì)變化過程,第1主成分響應(yīng)值與儲藏時間存在一定線性關(guān)系。利用Loading分析得出,10個傳感器對水蜜桃的揮發(fā)性物質(zhì)均有響應(yīng),其中傳感器6對第一主成分貢獻率最大,傳感器8對第2主成分貢獻率最大,表明水蜜桃的揮發(fā)性氣體中主要含有烷烴、乙醇類和芳香型化合物。電子鼻作為一個方向性的指導,可與氣相和質(zhì)譜儀聯(lián)用針對烷烴、醇類物質(zhì)和芳香型化合物進行具體的成分分析,為水蜜桃揮發(fā)性物質(zhì)的檢測提供重要的科學依據(jù)。本研究可為后續(xù)利用電子鼻對水蜜桃保鮮過程中品質(zhì)評價的進一步研究奠定基礎(chǔ)。

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(責任編輯:楊萌)

Study on the Quality of Jucy Peaches during Store Using an Electronic Nose

MA Shu-feng1, WAN G Zhou-ping1, DING Zhan-sheng1, WANG Li-qiang2, XU Hua-neng1
(1.School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China;2.School of Mechanical Engineering,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

The aroma composition in jucy peaches was detected by an electronic nose during diferent storage time.The aroma composition emanating from the Jucy peaches was sampled by PEN3 systems,and the response values of PEN3 was obtained,The data was analyzed using principal component analysis(PCA)and linear diserimination analysis(LDA),respectively.The results showed that electronic nose was able to better classify the jucy peaches by LDA method, and a clear distinction was available among jucy peaches on 0day,day1～day3 and day4～day6. Moreover,The changes of aroma composition reflected the regularity of physiological and quality change in jucy peaches during the storage time.The sensor 6,sensor8 and sensor5 played important roles in the quality detection of Jucy peaches by using loadings analysis.

jucy peach,shelf life,electronic nose,aroma composition

S 37

:A

1673-1689(2010)03-0390-05

2009-04-11

江南大學食品學院青年博士科研創(chuàng)新開放基金項目(FS-200803);食品科學與技術(shù)國家重點實驗室項目。

馬淑鳳(1978-),女,滿族,河北唐山人,工學博士,高級工程師,主要從事食品營養(yǎng)與功能因子方面的研究工作。Email:msf971516@126.com。