气质联用和电子鼻对1-MCP不同处理时期苹果检测分析*

张鹏，李江阔，陈绍慧

(国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津)，天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室，天津，300384)

芳香成分是评价果实品质的主要指标之一［1］。目前测定样品挥发性物质主要是通过气相色谱—质谱联用技术(GC-MS)来实现的，在进行水果挥发性物质测定前，需要进行前处理，而固相微萃取(SPME)是一种集采样、萃取、浓缩、进样于一体的样品前处理技术，并具有操作时间短、样品量小、无需萃取溶剂、重现性好等优点，现已在水果挥发性物质分析中得到广泛应用［2］。电子鼻是20世纪90年代发展起来的一种新颖的分析、识别和检测复杂风味及大多数挥发性成分的仪器。与气相色谱—质谱联用技术(GC-MS)仪器不同，电子鼻得到的不是被测样品中某种或某几种成分的定性和定量结果，而是样品中挥发成分的整体信息(指纹数据)，它可以根据各种不同的气味测定不同的信号，还可以将这些信号与经训练后建立的数据库中的信号加以比较，进行判断识别，因而具有类似鼻子的功能［3］，并具有不破坏样品、重复性好的特点。

1-甲基环丙烯(1-Methylcyclopropene，1-MCP)能够阻断果蔬中乙烯与受体的结合，抑制乙烯所诱导的各种生理生化反应，延缓果蔬成熟与衰老进程，延长贮藏期，达到良好的保鲜效果［4-5］。但1-MCP在延缓贮藏期间果实硬度、可溶性固形物的下降，抑制果蔬的呼吸强度和乙烯生产速率的同时，也抑制了香气物质的形成。金宏等［6］以粉红女士苹果为试材，研究了1-MCP对冷藏期间果实品质的变化及香气形成的影响，结果表明1-MCP显著地减少了果实贮藏期间酯类、醇类和烷烃类香气成分种类和相对含量。研究表明，1-MCP低温不同处理时期对苹果保鲜效果有所不同，1-MCP作用效果随着处理时期的延长而降低，在采后0、7、14 d处理的1-MCP作用效果明显好于21d［7］，目前1-MCP低温不同处理时期后苹果挥发性物质的差异未见相关报道。本研究以富士苹果为试材，运用气质联用技术分析1-MCP低温不同处理时期苹果贮后不同货架期间果实挥发性成分的变化，利用电子鼻技术对其进行判别区分，并探讨了1-MCP低温不同时期苹果电子鼻区分效果。

1 材料与方法

1.1 试材与处理

富士苹果采收后挑选成熟度(约为八成熟)一致、无病虫害和机械损伤的果实，采收后当天、冷库放置7、14、21 d 进行 1-MCP 处理(浓度为 1.0 μL/L)，4 种处理方式(记作 1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d)，1-MCP处理后的果实仍置于冷库存放，贮藏6个月后从冷库拿出放入常温(18～22℃)下存放，测定货架0 d、20 d。同时以未做处理的苹果为对照，记作CK-1d。

1.2 仪器与设备

PEN3型便携式电子鼻，德国 Airsense公司;Trace DSQ GC/MS气相色谱质谱联用仪，美国Finnigan公司;100 μmPDMS萃取头和固相微萃取手柄，美国Supleco公司;PC-420D数字型磁力加热搅拌装置，美国Corning公司。

1.3 挥发性成分的测定方法

采用HS-SPME和GC-MS联用法测定。苹果去皮后四分法取样、破碎榨汁后离心(8 000 r/min，15 min)，取上清液8 mL装入带有磁力搅拌子的15 mL顶空瓶中，加入2.5 g NaCl后加盖封口，置于磁力加热搅拌器上(转速为900 r/min)，然后将固相微萃取头插入顶空瓶的顶空部分(离液面约1cm处)，于50℃吸附40 min后拔出萃取头，立即插入GC/MS进样口，于250℃解吸5 min。

气相色谱条件:HP-INNOWAX色谱柱(30 m×250 μm × 0.25 μm);程序升温:40 ℃ 保留 2 min，然后以3℃/min升至210℃保留5 min。传输线温度为250℃。载气为He，流速1 mL/min，不分流。质谱条件:连接杆温度280℃，电离方式为EI，离子源温度200℃，扫描范围35～350amu。通过检索NIST/WILEY标准谱库，进行定性分析，用峰面积归一法测算各挥发性物质的相对含量。

1.4 电子鼻检测方法

将苹果样品(果实温度接近常温)分别放入600 mL烧杯中用保鲜膜封口，在常温下放置40 min后采用顶空吸气法进行电子鼻检测分析。测定条件为:传感器清洗时间100 s，自动调零时间10 s，样品准备时间5 s，样品测试时间40 s，样品测定间隔时间1 s，自动稀释0，内部流量300 mL/min，进样流量300 mL/min。为了保证实验数据的稳定性和精确度，选取测定过程中第41～43 s的数据用于后续分析。为了消除漂移现象，更好地保证了测量数据的稳定性和精确度，要求每次测量前后，传感器都要进行清洗和标准化。统计分析10个不同选择性传感器的G/G0值;通过电子鼻Winmuster分析软件对采集到数据进行分析。按照上述方法，每个处理重复测定10次。

2 结果与分析

2.1 GC-MS对1-MCP低温不同处理时期果实挥发性成分的分析

1-MCP低温不同处理时期苹果在贮后货架期0、20 d共检测出60余种挥发性物质(如表1)，在贮后货架期间检测出的醇类化合物有9～11种，酯类化合物有25～28种，醛类化合物有7～8种，酮类化合物有8～10种，酸类化合物有3～4种，烃类化合物有3～4种，其他化合物均为4种。

表1 1-MCP低温不同处理时期苹果挥发性物质种类的变化Table 1 Changes of volatile substance categories of apples with 1-MCP treatment at different times under cold storage

表2、表3为贮后货架0、20 d时1-MCP低温不同处理时期苹果挥发性物质的相对含量，由表2、表3可以看出，挥发性物质相对含量较高的有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。从醇类化合物组成和含量来看，1-MCP低温不同处理时期苹果在贮后不同货架期时醇类化合物主要是由2-甲基-1-丁醇、正己醇和1-月桂醇组成，其相对含量之和占醇类化合物总相对含量的85%以上。在贮后货架0 d时，1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d 处理正己醇相对含量均高于CK-1d，而1-月桂醇相对含量均低于 CK-1d;在贮后货架20 d 时，1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d处理 2-甲基-1-丁醇和正己醇相对含量均高于CK-1d，而1-月桂醇相对含量均低于CK-1d，从这3种化合物的相对含量总和来看，对照组大于处理组，而在处理组间，1-MCP-1d处理组大于其他处理组。从酯类化合物组成和含量来看，1-MCP低温不同处理时期苹果在贮后不同货架期时酯类化合物变化存在一定的规律，即1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d处理果实在贮后不同货架期酯类化合物的组成基本相同，主要酯类化合物是2-甲基丁基乙酸酯和乙酸己酯，其相对含量之和占酯类化合物总相对含量的85%以上。而CK-1d果实酯类化合物的组成变化较为复杂，在贮后货架0 d时主要酯类化合物是乙酸丁酯、2-甲基丁基乙酸酯、丁酸丁酯、己酸乙酯、乙酸己酯，相对含量分别为13.63%、22.27%、3.43%、3.22%、38.04%;在贮后货架 20 d时主要酯类化合物是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，相对含量分别为 13.26%、16.70%、16.17%、7.09%、13%，其相对含量之和占酯类化合物总相对含量的85%以上。从醛类化合物组成和含量来看，主要醇类化合物是己醛和2-己烯醛，其相对含量之和占醛类化合物总相对含量的85%以上。在贮后货架0 d时，对照组未检测出以上两种醛类化合物，而1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d 处理果实己醛和 2-己烯醛相对含量分别为9.06%和6.1%、15.43%和4.46%、10.6%和 5.74%、13.9%和 6.05%;在贮后货架 20 d时CK-1d果实己醛相对含量为7.57%，2-己烯醛未检出，而 1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d处理果实己醛和2-己烯醛相对含量分别为17.7% 和 9.14%，15.17% 和 3.99%，20.4% 和8.77%，12.9%和 7.09。

表2 贮后货架0 d时1-MCP低温不同处理时期苹果挥发性物质的相对含量 %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 %

(续表2)

苹果的挥发性物质主要是由酯类、醛类和醇类物质组成(如图1)，如图3所示，贮后货架期间对照组醇类和酯类物质相对含量要明显高于1-MCP处理组果实，而醛类物质相对含量小于1-MCP处理果实。这与果实中发生的一系列生理生化反应过程有关。香气物质随果实的成熟而产生，主要由脂肪酸、糖苷、萜烯类化合物等为前体合成，其种类及含量受成熟度、新鲜度等因素的影响［8］。在果实中香气物质的合成以不饱和亚油酸和亚麻酸为前体，经氧合酶催化合成C6醛及相应的醇、并在醇-酰基转移酶(AAT)作用下，将醇和酰基-CoA合成酯类［9］。随果实衰老程度的增加，醛类在醇脱氢酶(ADH)作用下，形成相应的醇类［10-11］，酯类物质则可能发生水解等反应生成醇类而含量下降［11］。同时，醇含量的增加也可能与果实中的部分脂肪酸通过脂氧合酶(LOX)直接氧化有关［10］。在1-MCP低温不同处理时期间，贮后不同货架期间内1-MCP-1d处理酯类物质低于其他1-MCP处理组，而且在贮后货架后期差异更加明显，而其他1-MCP处理组间果实在贮后货架期内的挥发性物质变化规律不强。

表3 贮后货架20 d时1-MCP低温不同处理时期苹果挥发性物质的相对含量 %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 %

(续表3)

图1 1-MCP低温不同处理时期苹果挥发性物质种类相对含量的变化Fig.1 Changes of volatile substance categories relative content of apples with 1-MCP treatment at different times under cold storage

2.2 PCA方法对1-MCP低温不同处理时期果实的电子鼻分析

主成分分析是将所提取的传感器多指标的信息进行数据转换和降维，并对降维后的特征向量进行线性分类，最后在PCA分析的散点图上显示主要的两维散点图。图2为贮后货架0、20 d时1-MCP低温下不同处理时期的苹果PCA分析图。从图2可以看出，贮后货架0、20 d时1-MCP低温下不同处理时期苹果的第一主成分PC1贡献率和第二主成分PC2贡献率分别为 99.45% 和 0.48%、99.89%和 0.10%，总贡献率分别为99.93%、99.99%，基本上代表了样品的全部信息特征，而第一主成分贡献率大于95%，涵盖了样品的主要信息特征。在贮后相同的货架期内PC1轴方向，1-MCP低温不同处理时期(1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d)组在左侧，对照组在右侧，形成2个区域，说明1-MCP处理果实与对照果实的苹果挥发性物质区分效果较好。贮后货架0 d时，1-MCP-1d和1-MCP-21d处理果实挥发性物质区域有部分发生交叉，贮后货架20 d时，两者无交叉且距离相对较大，也说明随着贮后货架期的延长，1-MCP低温不同处理时期果实挥发性物质差异性增大，推断出1-MCP低温不同处理时期对果实品质的保鲜效果不同。

图2 1-MCP低温不同处理时期苹果挥发性物质的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方法对1-MCP低温不同处理时期果实的电子鼻分析

LDA方法注重所采集的苹果挥发性物质成分响应值在空间中的分布状态及彼此之间的距离分析，将样品信号数据通过运算法则投影到某一方向，使得组与组之间的投影尽可能分开。从图3可以看出，贮后货架0 d、20 d时1-MCP低温下不同处理时期的苹果判别式 LD1和 LD2分别贡献率为 79.16%和12.65%、76.90% 和 15.48%，总 贡 献 率 分 别 为91.81%、92.38%，基本上代表样品的主要信息特征。

根据结果，图3大致分成不同挥发性物质区域，贮后货架0 d大致分成3个区域，分别为CK-1d、1-MCP-1d、1-MCP-7d/1-MCP-14d/1-MCP-21d，贮后货架20 d时可大致分成 4 个区域，CK-1d、1-MCP-1d、1-MCP-7d、1-MCP-14d/1-MCP-21d，其中 CK-1d 与其他处理距离均较大，说明1-MCP处理果实对苹果挥发性物质有着显著的影响。贮后货架20 d时，CK-1d、1-MCP-1d和1-MCP-7d可以有效的区分，而1-MCP-14d和1-MCP-21d形成的苹果挥发性物质区域有部分重叠，区分效果不好，表明贮后末期1-MCP不同处理时期对苹果挥发性物质影响差异变大，更有益于利用电子鼻技术对1-MCP不同处理时期苹果进行检测研究，探讨1-MCP不同处理时期苹果挥发性物质的差异性，结合保鲜效果选择适宜的1-MCP低温处理时期。

图3 1-MCP低温不同处理时期苹果挥发性物质的LDA分析Fig.3 LDA analysis for the volatile substance of apples with 1-MCP treatment at different times under cold storage

3 结论

1-MCP低温不同处理时期苹果在贮后货架期间共检测出60余种挥发性物质，相对含量较高的有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。苹果的挥发性物质主要是由酯类、醛类和醇类物质组成，对照组醇类和酯类物质相对含量高于1-MCP处理组果实，而醛类物质相对含量小于1-MCP处理果实。在1-MCP低温不同处理时期，贮后不同货架期间内1-MCP-1d处理酯类物质低于其他1-MCP处理组，而且在贮后货架后期差异更明显，而其他1-MCP处理组间果实在贮后货架期内的挥发性物质变化规律不强。

电子鼻对1-MCP低温不同处理时期内苹果的挥发性成分存在差异，利用电子鼻快速无损判别1-MCP低温不同处理时期内的苹果成为可能。LDA方法可以对贮后相同货架期内对照果实(CK-1d)、采后当天处理果实(1-MCP-1d)和采后低温贮藏7、14、21d后处理果实(1-MCP-7d、1-MCP-14d、1-MCP-21d)可以有效判别区分;在贮后货架20 d时可以将1-MCP-7d与1-MCP-14d、1-MCP-21d区分开，而 PCA方法对 1-MCP处理组和对照组进行区分较为理想，而对低温存放不同时间后1-MCP处理间无法判别区分。因此，电子鼻可以对1-MCP低温不同处理时期的苹果较好的判别区分，且随着贮后货架时间的延长，处理组间的差异越加明显，LDA方法优于PCA方法。

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