氣質聯用和電子鼻對1-MCP不同處理時期蘋果檢測分析*

張鵬，李江闊，陳紹慧

(國家農產品保鮮工程技術研究中心(天津)，天津市農產品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室，天津，300384)

芳香成分是評價果實品質的主要指標之一［1］。目前測定樣品揮發性物質主要是通過氣相色譜—質譜聯用技術(GC-MS)來實現的，在進行水果揮發性物質測定前，需要進行前處理，而固相微萃取(SPME)是一種集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體的樣品前處理技術，并具有操作時間短、樣品量小、無需萃取溶劑、重現性好等優點，現已在水果揮發性物質分析中得到廣泛應用［2］。電子鼻是20世紀90年代發展起來的一種新穎的分析、識別和檢測復雜風味及大多數揮發性成分的儀器。與氣相色譜—質譜聯用技術(GC-MS)儀器不同，電子鼻得到的不是被測樣品中某種或某幾種成分的定性和定量結果，而是樣品中揮發成分的整體信息(指紋數據)，它可以根據各種不同的氣味測定不同的信號，還可以將這些信號與經訓練后建立的數據庫中的信號加以比較，進行判斷識別，因而具有類似鼻子的功能［3］，并具有不破壞樣品、重復性好的特點。

1-甲基環丙烯(1-Methylcyclopropene，1-MCP)能夠阻斷果蔬中乙烯與受體的結合，抑制乙烯所誘導的各種生理生化反應，延緩果蔬成熟與衰老進程，延長貯藏期，達到良好的保鮮效果［4-5］。但1-MCP在延緩貯藏期間果實硬度、可溶性固形物的下降，抑制果蔬的呼吸強度和乙烯生產速率的同時，也抑制了香氣物質的形成。金宏等［6］以粉紅女士蘋果為試材，研究了1-MCP對冷藏期間果實品質的變化及香氣形成的影響，結果表明1-MCP顯著地減少了果實貯藏期間酯類、醇類和烷烴類香氣成分種類和相對含量。研究表明，1-MCP低溫不同處理時期對蘋果保鮮效果有所不同，1-MCP作用效果隨著處理時期的延長而降低，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低溫不同處理時期后蘋果揮發性物質的差異未見相關報道。本研究以富士蘋果為試材，運用氣質聯用技術分析1-MCP低溫不同處理時期蘋果貯后不同貨架期間果實揮發性成分的變化，利用電子鼻技術對其進行判別區分，并探討了1-MCP低溫不同時期蘋果電子鼻區分效果。

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、無病蟲害和機械損傷的果實，采收后當天、冷庫放置7、14、21 d 進行 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處理后的果實仍置于冷庫存放，貯藏6個月后從冷庫拿出放入常溫(18～22℃)下存放，測定貨架0 d、20 d。同時以未做處理的蘋果為對照，記作CK-1d。

1.2 儀器與設備

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

1.3 揮發性成分的測定方法

采用HS-SPME和GC-MS聯用法測定。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。通過檢索NIST/WILEY標準譜庫，進行定性分析，用峰面積歸一法測算各揮發性物質的相對含量。

1.4 電子鼻檢測方法

將蘋果樣品(果實溫度接近常溫)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行電子鼻檢測分析。測定條件為:傳感器清洗時間100 s，自動調零時間10 s，樣品準備時間5 s，樣品測試時間40 s，樣品測定間隔時間1 s，自動稀釋0，內部流量300 mL/min，進樣流量300 mL/min。為了保證實驗數據的穩定性和精確度，選取測定過程中第41～43 s的數據用于后續分析。為了消除漂移現象，更好地保證了測量數據的穩定性和精確度，要求每次測量前后，傳感器都要進行清洗和標準化。統計分析10個不同選擇性傳感器的G/G0值;通過電子鼻Winmuster分析軟件對采集到數據進行分析。按照上述方法，每個處理重復測定10次。

2 結果與分析

2.1 GC-MS對1-MCP低溫不同處理時期果實揮發性成分的分析

1-MCP低溫不同處理時期蘋果在貯后貨架期0、20 d共檢測出60余種揮發性物質(如表1)，在貯后貨架期間檢測出的醇類化合物有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低溫不同處理時期蘋果揮發性物質種類的變化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1-MCP低溫不同處理時期蘋果揮發性物質的相對含量，由表2、表3可以看出，揮發性物質相對含量較高的有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看，1-MCP低溫不同處理時期蘋果在貯后不同貨架期時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，其相對含量之和占醇類化合物總相對含量的85%以上。在貯后貨架0 d時，1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d 處理正己醇相對含量均高于CK-1d，而1-月桂醇相對含量均低于 CK-1d;在貯后貨架20 d 時，1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d處理 2-甲基-1-丁醇和正己醇相對含量均高于CK-1d，而1-月桂醇相對含量均低于CK-1d，從這3種化合物的相對含量總和來看，對照組大于處理組，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看，1-MCP低溫不同處理時期蘋果在貯后不同貨架期時酯類化合物變化存在一定的規律，即1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d處理果實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，其相對含量之和占酯類化合物總相對含量的85%以上。而CK-1d果實酯類化合物的組成變化較為復雜，在貯后貨架0 d時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，相對含量分別為13.63%、22.27%、3.43%、3.22%、38.04%;在貯后貨架 20 d時主要酯類化合物是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，相對含量分別為 13.26%、16.70%、16.17%、7.09%、13%，其相對含量之和占酯類化合物總相對含量的85%以上。從醛類化合物組成和含量來看，主要醇類化合物是己醛和2-己烯醛，其相對含量之和占醛類化合物總相對含量的85%以上。在貯后貨架0 d時，對照組未檢測出以上兩種醛類化合物，而1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d 處理果實己醛和 2-己烯醛相對含量分別為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CK-1d果實己醛相對含量為7.57%，2-己烯醛未檢出，而 1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d處理果實己醛和2-己烯醛相對含量分別為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1-MCP低溫不同處理時期蘋果揮發性物質的相對含量 %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 %

(續表2)

蘋果的揮發性物質主要是由酯類、醛類和醇類物質組成(如圖1)，如圖3所示，貯后貨架期間對照組醇類和酯類物質相對含量要明顯高于1-MCP處理組果實，而醛類物質相對含量小于1-MCP處理果實。這與果實中發生的一系列生理生化反應過程有關。香氣物質隨果實的成熟而產生，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］。在果實中香氣物質的合成以不飽和亞油酸和亞麻酸為前體，經氧合酶催化合成C6醛及相應的醇、并在醇-酰基轉移酶(AAT)作用下，將醇和酰基-CoA合成酯類［9］。隨果實衰老程度的增加，醛類在醇脫氫酶(ADH)作用下，形成相應的醇類［10-11］，酯類物質則可能發生水解等反應生成醇類而含量下降［11］。同時，醇含量的增加也可能與果實中的部分脂肪酸通過脂氧合酶(LOX)直接氧化有關［10］。在1-MCP低溫不同處理時期間，貯后不同貨架期間內1-MCP-1d處理酯類物質低于其他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處理組間果實在貯后貨架期內的揮發性物質變化規律不強。

表3 貯后貨架20 d時1-MCP低溫不同處理時期蘋果揮發性物質的相對含量 %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 %

(續表3)

圖1 1-MCP低溫不同處理時期蘋果揮發性物質種類相對含量的變化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1-MCP低溫不同處理時期果實的電子鼻分析

主成分分析是將所提取的傳感器多指標的信息進行數據轉換和降維，并對降維后的特征向量進行線性分類，最后在PCA分析的散點圖上顯示主要的兩維散點圖。圖2為貯后貨架0、20 d時1-MCP低溫下不同處理時期的蘋果PCA分析圖。從圖2可以看出，貯后貨架0、20 d時1-MCP低溫下不同處理時期蘋果的第一主成分PC1貢獻率和第二主成分PC2貢獻率分別為 99.45% 和 0.48%、99.89%和 0.10%，總貢獻率分別為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PC1軸方向，1-MCP低溫不同處理時期(1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d)組在左側，對照組在右側，形成2個區域，說明1-MCP處理果實與對照果實的蘋果揮發性物質區分效果較好。貯后貨架0 d時，1-MCP-1d和1-MCP-21d處理果實揮發性物質區域有部分發生交叉，貯后貨架20 d時，兩者無交叉且距離相對較大，也說明隨著貯后貨架期的延長，1-MCP低溫不同處理時期果實揮發性物質差異性增大，推斷出1-MCP低溫不同處理時期對果實品質的保鮮效果不同。

圖2 1-MCP低溫不同處理時期蘋果揮發性物質的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1-MCP低溫不同處理時期果實的電子鼻分析

LDA方法注重所采集的蘋果揮發性物質成分響應值在空間中的分布狀態及彼此之間的距離分析，將樣品信號數據通過運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1-MCP低溫下不同處理時期的蘋果判別式 LD1和 LD2分別貢獻率為 79.16%和12.65%、76.90% 和 15.48%，總 貢 獻 率 分 別 為91.81%、92.38%，基本上代表樣品的主要信息特征。

根據結果，圖3大致分成不同揮發性物質區域，貯后貨架0 d大致分成3個區域，分別為CK-1d、1-MCP-1d、1-MCP-7d/1-MCP-14d/1-MCP-21d，貯后貨架20 d時可大致分成 4 個區域，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，說明1-MCP處理果實對蘋果揮發性物質有著顯著的影響。貯后貨架20 d時，CK-1d、1-MCP-1d和1-MCP-7d可以有效的區分，而1-MCP-14d和1-MCP-21d形成的蘋果揮發性物質區域有部分重疊，區分效果不好，表明貯后末期1-MCP不同處理時期對蘋果揮發性物質影響差異變大，更有益于利用電子鼻技術對1-MCP不同處理時期蘋果進行檢測研究，探討1-MCP不同處理時期蘋果揮發性物質的差異性，結合保鮮效果選擇適宜的1-MCP低溫處理時期。

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

3 結論

1-MCP低溫不同處理時期蘋果在貯后貨架期間共檢測出60余種揮發性物質，相對含量較高的有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。蘋果的揮發性物質主要是由酯類、醛類和醇類物質組成，對照組醇類和酯類物質相對含量高于1-MCP處理組果實，而醛類物質相對含量小于1-MCP處理果實。在1-MCP低溫不同處理時期，貯后不同貨架期間內1-MCP-1d處理酯類物質低于其他1-MCP處理組，而且在貯后貨架后期差異更明顯，而其他1-MCP處理組間果實在貯后貨架期內的揮發性物質變化規律不強。

電子鼻對1-MCP低溫不同處理時期內蘋果的揮發性成分存在差異，利用電子鼻快速無損判別1-MCP低溫不同處理時期內的蘋果成為可能。LDA方法可以對貯后相同貨架期內對照果實(CK-1d)、采后當天處理果實(1-MCP-1d)和采后低溫貯藏7、14、21d后處理果實(1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d)可以有效判別區分;在貯后貨架20 d時可以將1-MCP-7d與1-MCP-14d、1-MCP-21d區分開，而 PCA方法對 1-MCP處理組和對照組進行區分較為理想，而對低溫存放不同時間后1-MCP處理間無法判別區分。因此，電子鼻可以對1-MCP低溫不同處理時期的蘋果較好的判別區分，且隨著貯后貨架時間的延長，處理組間的差異越加明顯，LDA方法優于PCA方法。

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