氣質(zhì)聯(lián)用和電子鼻對(duì)1-MCP不同處理時(shí)期蘋果檢測(cè)分析*

張鵬，李江闊，陳紹慧

(國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心(天津)，天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300384)

芳香成分是評(píng)價(jià)果實(shí)品質(zhì)的主要指標(biāo)之一［1］。目前測(cè)定樣品揮發(fā)性物質(zhì)主要是通過(guò)氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在進(jìn)行水果揮發(fā)性物質(zhì)測(cè)定前，需要進(jìn)行前處理，而固相微萃取(SPME)是一種集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體的樣品前處理技術(shù)，并具有操作時(shí)間短、樣品量小、無(wú)需萃取溶劑、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在水果揮發(fā)性物質(zhì)分析中得到廣泛應(yīng)用［2］。電子鼻是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種新穎的分析、識(shí)別和檢測(cè)復(fù)雜風(fēng)味及大多數(shù)揮發(fā)性成分的儀器。與氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)儀器不同，電子鼻得到的不是被測(cè)樣品中某種或某幾種成分的定性和定量結(jié)果，而是樣品中揮發(fā)成分的整體信息(指紋數(shù)據(jù))，它可以根據(jù)各種不同的氣味測(cè)定不同的信號(hào)，還可以將這些信號(hào)與經(jīng)訓(xùn)練后建立的數(shù)據(jù)庫(kù)中的信號(hào)加以比較，進(jìn)行判斷識(shí)別，因而具有類似鼻子的功能［3］，并具有不破壞樣品、重復(fù)性好的特點(diǎn)。

1-甲基環(huán)丙烯(1-Methylcyclopropene，1-MCP)能夠阻斷果蔬中乙烯與受體的結(jié)合，抑制乙烯所誘導(dǎo)的各種生理生化反應(yīng)，延緩果蔬成熟與衰老進(jìn)程，延長(zhǎng)貯藏期，達(dá)到良好的保鮮效果［4-5］。但1-MCP在延緩貯藏期間果實(shí)硬度、可溶性固形物的下降，抑制果蔬的呼吸強(qiáng)度和乙烯生產(chǎn)速率的同時(shí)，也抑制了香氣物質(zhì)的形成。金宏等［6］以粉紅女士蘋果為試材，研究了1-MCP對(duì)冷藏期間果實(shí)品質(zhì)的變化及香氣形成的影響，結(jié)果表明1-MCP顯著地減少了果實(shí)貯藏期間酯類、醇類和烷烴類香氣成分種類和相對(duì)含量。研究表明，1-MCP低溫不同處理時(shí)期對(duì)蘋果保鮮效果有所不同，1-MCP作用效果隨著處理時(shí)期的延長(zhǎng)而降低，在采后0、7、14 d處理的1-MCP作用效果明顯好于21d［7］，目前1-MCP低溫不同處理時(shí)期后蘋果揮發(fā)性物質(zhì)的差異未見相關(guān)報(bào)道。本研究以富士蘋果為試材，運(yùn)用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果貯后不同貨架期間果實(shí)揮發(fā)性成分的變化，利用電子鼻技術(shù)對(duì)其進(jìn)行判別區(qū)分，并探討了1-MCP低溫不同時(shí)期蘋果電子鼻區(qū)分效果。

1 材料與方法

1.1 試材與處理

富士蘋果采收后挑選成熟度(約為八成熟)一致、無(wú)病蟲害和機(jī)械損傷的果實(shí)，采收后當(dāng)天、冷庫(kù)放置7、14、21 d 進(jìn)行 1-MCP 處理(濃度為 1.0 μL/L)，4 種處理方式(記作 1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d)，1-MCP處理后的果實(shí)仍置于冷庫(kù)存放，貯藏6個(gè)月后從冷庫(kù)拿出放入常溫(18～22℃)下存放，測(cè)定貨架0 d、20 d。同時(shí)以未做處理的蘋果為對(duì)照，記作CK-1d。

1.2 儀器與設(shè)備

PEN3型便攜式電子鼻，德國(guó) Airsense公司;Trace DSQ GC/MS氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Finnigan公司;100 μmPDMS萃取頭和固相微萃取手柄，美國(guó)Supleco公司;PC-420D數(shù)字型磁力加熱攪拌裝置，美國(guó)Corning公司。

1.3 揮發(fā)性成分的測(cè)定方法

采用HS-SPME和GC-MS聯(lián)用法測(cè)定。蘋果去皮后四分法取樣、破碎榨汁后離心(8 000 r/min，15 min)，取上清液8 mL裝入帶有磁力攪拌子的15 mL頂空瓶中，加入2.5 g NaCl后加蓋封口，置于磁力加熱攪拌器上(轉(zhuǎn)速為900 r/min)，然后將固相微萃取頭插入頂空瓶的頂空部分(離液面約1cm處)，于50℃吸附40 min后拔出萃取頭，立即插入GC/MS進(jìn)樣口，于250℃解吸5 min。

氣相色譜條件:HP-INNOWAX色譜柱(30 m×250 μm × 0.25 μm);程序升溫:40 ℃ 保留 2 min，然后以3℃/min升至210℃保留5 min。傳輸線溫度為250℃。載氣為He，流速1 mL/min，不分流。質(zhì)譜條件:連接桿溫度280℃，電離方式為EI，離子源溫度200℃，掃描范圍35～350amu。通過(guò)檢索NIST/WILEY標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)，進(jìn)行定性分析，用峰面積歸一法測(cè)算各揮發(fā)性物質(zhì)的相對(duì)含量。

1.4 電子鼻檢測(cè)方法

將蘋果樣品(果實(shí)溫度接近常溫)分別放入600 mL燒杯中用保鮮膜封口，在常溫下放置40 min后采用頂空吸氣法進(jìn)行電子鼻檢測(cè)分析。測(cè)定條件為:傳感器清洗時(shí)間100 s，自動(dòng)調(diào)零時(shí)間10 s，樣品準(zhǔn)備時(shí)間5 s，樣品測(cè)試時(shí)間40 s，樣品測(cè)定間隔時(shí)間1 s，自動(dòng)稀釋0，內(nèi)部流量300 mL/min，進(jìn)樣流量300 mL/min。為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和精確度，選取測(cè)定過(guò)程中第41～43 s的數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析。為了消除漂移現(xiàn)象，更好地保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和精確度，要求每次測(cè)量前后，傳感器都要進(jìn)行清洗和標(biāo)準(zhǔn)化。統(tǒng)計(jì)分析10個(gè)不同選擇性傳感器的G/G0值;通過(guò)電子鼻Winmuster分析軟件對(duì)采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。按照上述方法，每個(gè)處理重復(fù)測(cè)定10次。

2 結(jié)果與分析

2.1 GC-MS對(duì)1-MCP低溫不同處理時(shí)期果實(shí)揮發(fā)性成分的分析

1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果在貯后貨架期0、20 d共檢測(cè)出60余種揮發(fā)性物質(zhì)(如表1)，在貯后貨架期間檢測(cè)出的醇類化合物有9～11種，酯類化合物有25～28種，醛類化合物有7～8種，酮類化合物有8～10種，酸類化合物有3～4種，烴類化合物有3～4種，其他化合物均為4種。

表1 1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果揮發(fā)性物質(zhì)種類的變化Table 1 Changes of volatile substance categories of apples with 1-MCP treatment at different times under cold storage

表2、表3為貯后貨架0、20 d時(shí)1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果揮發(fā)性物質(zhì)的相對(duì)含量，由表2、表3可以看出，揮發(fā)性物質(zhì)相對(duì)含量較高的有2-甲基-1-丁醇、正己醇、1-月桂醇、2-甲基丁酸乙酯、乙酸丁酯、2-甲基丁基乙酸酯、2-甲基丁酸丙酯、丁酸丁酯、己酸乙酯、乙酸己酯、己醛、2-己烯醛。從醇類化合物組成和含量來(lái)看，1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果在貯后不同貨架期時(shí)醇類化合物主要是由2-甲基-1-丁醇、正己醇和1-月桂醇組成，其相對(duì)含量之和占醇類化合物總相對(duì)含量的85%以上。在貯后貨架0 d時(shí)，1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d 處理正己醇相對(duì)含量均高于CK-1d，而1-月桂醇相對(duì)含量均低于 CK-1d;在貯后貨架20 d 時(shí)，1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d處理 2-甲基-1-丁醇和正己醇相對(duì)含量均高于CK-1d，而1-月桂醇相對(duì)含量均低于CK-1d，從這3種化合物的相對(duì)含量總和來(lái)看，對(duì)照組大于處理組，而在處理組間，1-MCP-1d處理組大于其他處理組。從酯類化合物組成和含量來(lái)看，1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果在貯后不同貨架期時(shí)酯類化合物變化存在一定的規(guī)律，即1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d處理果實(shí)在貯后不同貨架期酯類化合物的組成基本相同，主要酯類化合物是2-甲基丁基乙酸酯和乙酸己酯，其相對(duì)含量之和占酯類化合物總相對(duì)含量的85%以上。而CK-1d果實(shí)酯類化合物的組成變化較為復(fù)雜，在貯后貨架0 d時(shí)主要酯類化合物是乙酸丁酯、2-甲基丁基乙酸酯、丁酸丁酯、己酸乙酯、乙酸己酯，相對(duì)含量分別為13.63%、22.27%、3.43%、3.22%、38.04%;在貯后貨架 20 d時(shí)主要酯類化合物是2-甲基丁酸乙酯、2-甲基丁基乙酸酯、2-甲基丁酸丙酯、己酸乙酯、乙酸己酯，相對(duì)含量分別為 13.26%、16.70%、16.17%、7.09%、13%，其相對(duì)含量之和占酯類化合物總相對(duì)含量的85%以上。從醛類化合物組成和含量來(lái)看，主要醇類化合物是己醛和2-己烯醛，其相對(duì)含量之和占醛類化合物總相對(duì)含量的85%以上。在貯后貨架0 d時(shí)，對(duì)照組未檢測(cè)出以上兩種醛類化合物，而1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d 處理果實(shí)己醛和 2-己烯醛相對(duì)含量分別為9.06%和6.1%、15.43%和4.46%、10.6%和 5.74%、13.9%和 6.05%;在貯后貨架 20 d時(shí)CK-1d果實(shí)己醛相對(duì)含量為7.57%，2-己烯醛未檢出，而 1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d處理果實(shí)己醛和2-己烯醛相對(duì)含量分別為17.7% 和 9.14%，15.17% 和 3.99%，20.4% 和8.77%，12.9%和 7.09。

表2 貯后貨架0 d時(shí)1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果揮發(fā)性物質(zhì)的相對(duì)含量 %Table 2 Volatile substance relative content of Apples with 1-MCP treatment at different times under cold storage at shelf life of 0 d after storage %

(續(xù)表2)

蘋果的揮發(fā)性物質(zhì)主要是由酯類、醛類和醇類物質(zhì)組成(如圖1)，如圖3所示，貯后貨架期間對(duì)照組醇類和酯類物質(zhì)相對(duì)含量要明顯高于1-MCP處理組果實(shí)，而醛類物質(zhì)相對(duì)含量小于1-MCP處理果實(shí)。這與果實(shí)中發(fā)生的一系列生理生化反應(yīng)過(guò)程有關(guān)。香氣物質(zhì)隨果實(shí)的成熟而產(chǎn)生，主要由脂肪酸、糖苷、萜烯類化合物等為前體合成，其種類及含量受成熟度、新鮮度等因素的影響［8］。在果實(shí)中香氣物質(zhì)的合成以不飽和亞油酸和亞麻酸為前體，經(jīng)氧合酶催化合成C6醛及相應(yīng)的醇、并在醇-?；D(zhuǎn)移酶(AAT)作用下，將醇和?；?CoA合成酯類［9］。隨果實(shí)衰老程度的增加，醛類在醇脫氫酶(ADH)作用下，形成相應(yīng)的醇類［10-11］，酯類物質(zhì)則可能發(fā)生水解等反應(yīng)生成醇類而含量下降［11］。同時(shí)，醇含量的增加也可能與果實(shí)中的部分脂肪酸通過(guò)脂氧合酶(LOX)直接氧化有關(guān)［10］。在1-MCP低溫不同處理時(shí)期間，貯后不同貨架期間內(nèi)1-MCP-1d處理酯類物質(zhì)低于其他1-MCP處理組，而且在貯后貨架后期差異更加明顯，而其他1-MCP處理組間果實(shí)在貯后貨架期內(nèi)的揮發(fā)性物質(zhì)變化規(guī)律不強(qiáng)。

表3 貯后貨架20 d時(shí)1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果揮發(fā)性物質(zhì)的相對(duì)含量 %Table 3 Volatile substance relative content of Apples with 1-MCP treatment at different times under cold storage at shelf life of 20 d after storage %

(續(xù)表3)

圖1 1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果揮發(fā)性物質(zhì)種類相對(duì)含量的變化Fig.1 Changes of volatile substance categories relative content of apples with 1-MCP treatment at different times under cold storage

2.2 PCA方法對(duì)1-MCP低溫不同處理時(shí)期果實(shí)的電子鼻分析

主成分分析是將所提取的傳感器多指標(biāo)的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和降維，并對(duì)降維后的特征向量進(jìn)行線性分類，最后在PCA分析的散點(diǎn)圖上顯示主要的兩維散點(diǎn)圖。圖2為貯后貨架0、20 d時(shí)1-MCP低溫下不同處理時(shí)期的蘋果PCA分析圖。從圖2可以看出，貯后貨架0、20 d時(shí)1-MCP低溫下不同處理時(shí)期蘋果的第一主成分PC1貢獻(xiàn)率和第二主成分PC2貢獻(xiàn)率分別為 99.45% 和 0.48%、99.89%和 0.10%，總貢獻(xiàn)率分別為99.93%、99.99%，基本上代表了樣品的全部信息特征，而第一主成分貢獻(xiàn)率大于95%，涵蓋了樣品的主要信息特征。在貯后相同的貨架期內(nèi)PC1軸方向，1-MCP低溫不同處理時(shí)期(1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d)組在左側(cè)，對(duì)照組在右側(cè)，形成2個(gè)區(qū)域，說(shuō)明1-MCP處理果實(shí)與對(duì)照果實(shí)的蘋果揮發(fā)性物質(zhì)區(qū)分效果較好。貯后貨架0 d時(shí)，1-MCP-1d和1-MCP-21d處理果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)區(qū)域有部分發(fā)生交叉，貯后貨架20 d時(shí)，兩者無(wú)交叉且距離相對(duì)較大，也說(shuō)明隨著貯后貨架期的延長(zhǎng)，1-MCP低溫不同處理時(shí)期果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)差異性增大，推斷出1-MCP低溫不同處理時(shí)期對(duì)果實(shí)品質(zhì)的保鮮效果不同。

圖2 1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果揮發(fā)性物質(zhì)的PCA分析Fig.2 PCA analysis for the volatile substance of Apples with 1-MCP treatment at different times under cold storage

2.3 LDA方法對(duì)1-MCP低溫不同處理時(shí)期果實(shí)的電子鼻分析

LDA方法注重所采集的蘋果揮發(fā)性物質(zhì)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，將樣品信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)運(yùn)算法則投影到某一方向，使得組與組之間的投影盡可能分開。從圖3可以看出，貯后貨架0 d、20 d時(shí)1-MCP低溫下不同處理時(shí)期的蘋果判別式 LD1和 LD2分別貢獻(xiàn)率為 79.16%和12.65%、76.90% 和 15.48%，總 貢 獻(xiàn) 率 分 別 為91.81%、92.38%，基本上代表樣品的主要信息特征。

根據(jù)結(jié)果，圖3大致分成不同揮發(fā)性物質(zhì)區(qū)域，貯后貨架0 d大致分成3個(gè)區(qū)域，分別為CK-1d、1-MCP-1d、1-MCP-7d/1-MCP-14d/1-MCP-21d，貯后貨架20 d時(shí)可大致分成 4 個(gè)區(qū)域，CK-1d、1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d/1-MCP-21d，其中 CK-1d 與其他處理距離均較大，說(shuō)明1-MCP處理果實(shí)對(duì)蘋果揮發(fā)性物質(zhì)有著顯著的影響。貯后貨架20 d時(shí)，CK-1d、1-MCP-1d和1-MCP-7d可以有效的區(qū)分，而1-MCP-14d和1-MCP-21d形成的蘋果揮發(fā)性物質(zhì)區(qū)域有部分重疊，區(qū)分效果不好，表明貯后末期1-MCP不同處理時(shí)期對(duì)蘋果揮發(fā)性物質(zhì)影響差異變大，更有益于利用電子鼻技術(shù)對(duì)1-MCP不同處理時(shí)期蘋果進(jìn)行檢測(cè)研究，探討1-MCP不同處理時(shí)期蘋果揮發(fā)性物質(zhì)的差異性，結(jié)合保鮮效果選擇適宜的1-MCP低溫處理時(shí)期。

圖3 1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果揮發(fā)性物質(zhì)的LDA分析Fig.3 LDA analysis for the volatile substance of apples with 1-MCP treatment at different times under cold storage

3 結(jié)論

1-MCP低溫不同處理時(shí)期蘋果在貯后貨架期間共檢測(cè)出60余種揮發(fā)性物質(zhì)，相對(duì)含量較高的有2-甲基-1-丁醇、正己醇、1-月桂醇、2-甲基丁酸乙酯、乙酸丁酯、2-甲基丁基乙酸酯、2-甲基丁酸丙酯、丁酸丁酯、己酸乙酯、乙酸己酯、己醛、2-己烯醛。蘋果的揮發(fā)性物質(zhì)主要是由酯類、醛類和醇類物質(zhì)組成，對(duì)照組醇類和酯類物質(zhì)相對(duì)含量高于1-MCP處理組果實(shí)，而醛類物質(zhì)相對(duì)含量小于1-MCP處理果實(shí)。在1-MCP低溫不同處理時(shí)期，貯后不同貨架期間內(nèi)1-MCP-1d處理酯類物質(zhì)低于其他1-MCP處理組，而且在貯后貨架后期差異更明顯，而其他1-MCP處理組間果實(shí)在貯后貨架期內(nèi)的揮發(fā)性物質(zhì)變化規(guī)律不強(qiáng)。

電子鼻對(duì)1-MCP低溫不同處理時(shí)期內(nèi)蘋果的揮發(fā)性成分存在差異，利用電子鼻快速無(wú)損判別1-MCP低溫不同處理時(shí)期內(nèi)的蘋果成為可能。LDA方法可以對(duì)貯后相同貨架期內(nèi)對(duì)照果實(shí)(CK-1d)、采后當(dāng)天處理果實(shí)(1-MCP-1d)和采后低溫貯藏7、14、21d后處理果實(shí)(1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d)可以有效判別區(qū)分;在貯后貨架20 d時(shí)可以將1-MCP-7d與1-MCP-14d、1-MCP-21d區(qū)分開，而 PCA方法對(duì) 1-MCP處理組和對(duì)照組進(jìn)行區(qū)分較為理想，而對(duì)低溫存放不同時(shí)間后1-MCP處理間無(wú)法判別區(qū)分。因此，電子鼻可以對(duì)1-MCP低溫不同處理時(shí)期的蘋果較好的判別區(qū)分，且隨著貯后貨架時(shí)間的延長(zhǎng)，處理組間的差異越加明顯，LDA方法優(yōu)于PCA方法。

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