基于电子鼻分析1-MCP处理对青柠檬贮藏效果的影响

杜欣欣，郭晓萌，韩冬梅，罗 焘，吴振先，*

（1.华南农业大学园艺学院，广东省果蔬保鲜重点实验室，广东 广州 510642；2.广东省农业科学院果树研究所，农业农村部南亚热带果树生物学与遗传资源利用重点实验室，广东 广州 510640）

柠檬（Citrus limon(L.)Burm.F.）别名柠果、洋柠檬，芸香科柑橘属，主栽于欧美国家[1]。柠檬富含柠檬酸、类黄酮、VC等多种微量元素，是一种营养和药用价值兼具的优质水果[2-3]。经常食用柠檬不仅能够预防高血压、口腔溃疡等，还有清热解暑、提神润喉等功效[4-6]，柠檬也因此在很多领域被广泛应用[7-8]。

青柠檬由于口味浓郁，香味较淡，相比黄柠檬更受人们欢迎[9]。但青柠檬鲜果由于集中于8—12月上市，因此若保鲜不当，会导致青柠檬短时间内供过于求、腐烂率高和滞销等现象[10]。虽然柠檬属于非呼吸跃变型果实，较耐贮运，但是在贮藏过程中，仍有各种问题出现，如柠檬皮颜色黄绿不均、油胞破损、果蒂脱落等。因此，研究青柠檬保鲜技术能有效缓解现有青柠檬贮藏问题，同时可加快青柠檬产业的发展。

目前，国内外青柠檬保鲜技术主要有涂膜保鲜[11-12]、臭氧保鲜[13]、气调保鲜、保鲜剂保鲜[14]等。1-甲基环丙烯（1-Methylcyclopropene，1-MCP）是一种乙烯抑制剂，可以与乙烯受体优先发生不可逆反应，阻碍乙烯与受体结合，从而抑制与乙烯相关的一系列生理生化反应，起到延缓果实后熟衰老并提高果实贮藏品质的作用[15-16]。1-MCP对梨[17-18]、苹果[19]、猕猴桃[20]多种果蔬都有良好的贮藏保鲜效果[21]。有研究表明，1-MCP可以延缓椪柑果皮叶绿素降解，提高果实商品性[22]。也有研究表明，对青柠檬采用（4±1）℃冷藏结合1-MCP及臭氧熏蒸处理的保绿保鲜效果最佳[23]。但1-MCP单独用于柠檬保绿方面的研究并不常见。

风味为果实品质的主要组成部分，其中果实的挥发性气味，尤其是香气物质对其品质的影响至关重要。以前由于认知水平和技术手段的限制，人们对果实香气品质的关注较少，但随着技术的提高，越来越多的学者开始关注果实的香气品质。电子鼻是一种针对挥发性物质的快速、无损检测技术[24]，能够迅速、便捷掌握果实品质的状况。利用电子鼻中的主成分分析（Principal components analysis，PCA）、线性判别分析（Linear discriminant analysis，LDA）及载荷分析（Loading）等方法，可以将不同品种、成熟度及保鲜处理的果蔬区分开[25-28]。如利用电子鼻技术研究不同成熟度的柑橘，将检测到的芳香类物质和柑橘成熟度联系起来[28-29]。闫子茹等[30]基于电子鼻分析，得出1-MCP可以抑制“香红”梨果实乙烯和部分挥发性气体的生成，从而延缓果实成熟的结论。本试验为探究1-MCP处理对青柠檬保鲜效果的影响，将新鲜青柠檬作为研究对象，设置不同浓度的1-MCP处理，测定了a*值、着色指数（CCI）、可溶性固形物（TSS）含量，以及可滴定酸（TA）含量等品质指标，以期筛选出最佳1-MCP处理浓度，为青柠檬保鲜技术提供依据，并进一步利用电子鼻技术区别青柠檬香气，探索不同处理的青柠檬在不同贮藏时期香气指标之间的差异。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

青柠檬：采自广东省阳春市石望镇，采收当天立即进行处理。挑选果型均一、色泽相近、无伤、无虫、无病的果实进行试验。1-MCP（有效成分含量4%），美国Smart Fresh公司产品。

1.1.2 仪器与设备

PAL-BX/ACID1型柑橘专用糖酸比检测仪，日本ATAGO公司生产；NH310高品质便携式电脑色差仪，深圳市三恩时科技有限公司生产；PEN3型电子鼻，德国Airsense公司生产。

1.2 方法

1.2.1 处理方法

将青柠檬分为1-MCP处理组和对照组（CK）。果实分别置于覆有聚乙烯（PE）密封袋的塑料筐（体积为14.4 L）中，室温（25℃）下密闭处理24 h，其中1-MCP处理组分别用300μL/L、600μL/L、900μL/L 3个不同浓度处理，CK组用空气密封。处理结束取出果实，置于8℃恒温箱中贮藏。拍照、TSS、TA、CCI和电子鼻等指标分别在贮藏0、30、60、90 d时进行测定。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 TSS和TA含量

每次每个试验组随机取6个果实，TSS和TA含量用柑橘专用糖酸比检测仪测定。将果实切片榨汁后经纱布过滤，直接用滤液测定TSS含量；测定TA含量时，需将滤液稀释100倍，即蒸馏水与柠檬滤液按质量比1∶100稀释，搅拌均匀后取样测定。重复测定3次，结果取平均值。

1.2.2.2 色度值和CCI值

测定果皮颜色时，均匀选取果实赤道部位的6个点，测定L*、a*、b*值。参照Sdiri等[31]的方法计算果实着色指数，CCI正值代表红色，负值代表蓝绿色[27]。

1.2.3 电子鼻分析

每个试验组取6个青柠檬果实，分为3个重复，将果实置于0.6 L塑料密封罐中，密封2 h后用电子鼻测定。电子鼻检测条件：清洗时间60 s，校零时间5 s，测试时间80 s，室流量300 mL/min，进样流量300 mL/min[32-34]，取稳定状态77～79 s的数据进行分析。电子鼻传感器响应特征见表1[35]。

表1 PEN 3型电子鼻各传感器的响应特性Table 1 Response characteristics of sensors in PEN 3 electronic nose

1.2.4 数据处理

采用Microsoft Office 2016和WPS 2019软件进行数据统计；使用SPSS 19.0软件分析数据，Origin 8.5软件进行绘图，Adobe Photoshop 2020对图片进行编辑；PCA、LDA和Loading分析均用电子鼻自带Winmuster软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同浓度1-MCP处理对青柠檬果实色泽的影响

果实品质的优劣可以由外观色泽判定[36]。由图1A可知，在整个贮藏期间，各试验组a*值呈上升趋势，在贮藏至60 d内始终为负值，a*值为负值表示绿色，正值表示红色[37]，说明青柠檬始终保持绿色，贮藏至90 d时，果实逐渐转黄，但300μL/L 1-MCP处理组的a*值上升速率相比其他组最低，颜色变化也最小，即保绿效果最好。另外，CCI值（图1B）变化趋势与a*值相同，在60 d内均为负值，表明果实仍为绿色，但各试验组间CCI值有所差别，300μL/L 1-MCP处理组CCI值最小，为-1.70，CK组最大，为-0.34，600μL/L 1-MCP处理组为-1.24，900μL/L 1-MCP处理组为-1.34。由a*值和CCI值都可以看出，贮藏至60 d时，青柠檬果皮绿色保持最好的仍是300μL/L 1-MCP处理组，600μL/L 1-MCP处理组和900μL/L 1-MCP处理组之间差别不大，介于CK与300μL/L 1-MCP处理组之间。上述结果表明，使用300μL/L 1-MCP处理青柠檬能在90 d内显著保持柠檬果皮绿色，延缓果皮转黄。

图1 1-MCP处理对青柠檬a*值及CCI变化的影响Fig.1 Effects of 1-MCP treatment on a*value and CCI of lemons

2.2 不同浓度1-MCP处理对青柠檬果肉TSS和TA含量的影响

TSS含量能够反映果实品质及成熟衰老情况，其值越高，代表果实中营养物质含量越高[38]。TSS含量在贮藏过程中的变化如图2A所示，在整个贮藏期间，各处理组TSS值均呈现下降趋势，说明在贮藏期间，各处理组果实成熟度均有所提高。TSS含量下降速率由低到高依次为300、600、900μL/L 1-MCP处理组，CK组，且各组数值在贮藏至90 d时均为最低，分别为5.79%、5.76%、5.43%、5.40%。整个贮藏期间，300μL/L 1-MCP处理的青柠檬TSS含量下降最少，为0.68个百分点，600μL/L 1-MCP处理组TSS含量下降0.71个百分点。结果表明，在8℃贮藏条件下，300μL/L 1-MCP处理组青柠檬TSS含量下降程度最低，营养损失最少。

TA为评价果实内在品质最重要的基本生理指标。由图2B可知，0 d时不同试验组TA含量均为5.25%，贮藏至第60天时，不同试验组青柠檬果实中TA含量相较于0 d均明显下降，但在贮藏至第90天时，相比于第60天，300μL/L 1-MCP处理组和600μL/L 1-MCP处理组TA含量略有上升，TA含量上升最多的为600μL/L 1-MCP处理组，从4.1%上升至4.4%。洪林等[39]报道称，柠檬果实在生长发育后期，果实中TSS含量降低，而TA含量会持续增加。果实在贮藏期间仍会有生理活动，因此猜测果实在贮藏至90 d时TA含量上升的原因是青柠檬成熟度增大；贮藏至第60天时，TA含量达到最低点，表明果实仍处于低成熟状态。由上述结果可知，1-MCP处理能够延缓果实成熟。

图2 1-MCP处理对青柠檬TSS及TA含量变化的影响Fig.2 Effects of 1-MCP on TSS and TA contents of lemons

综合TSS和TA含量变化可知，采用300μL/L 1-MCP处理的青柠檬在维持果实风味上有较好的作用。

2.3 电子鼻检测青柠檬挥发性气体变化的PCA分析

将不同贮藏期果实挥发性气体的变化进行PCA分析，目的是将电子鼻输出的数据进行降维处理，使数据变得简单，而性质相似的样品在数轴上的距离会很接近[30]。分析时，要保证主成分1（PC1）和主成分2（PC2）的总贡献率在95%以上。由图3可知，分别取贮藏10、30、60、90 d 4个时期的果实进行PCA分析，得到4个时期PC1和PC2总贡献率分别是99.99%、99.70%、100.00%、99.61%，贡献率都大于95%，说明PC1和PC2包含了主要的信息，各组数据在PC1上的分布特征为决定区分效果的主要因素。但是从PC1和PC2上看，各试验组间的挥发性物质区域相互交叉，4个试验组的青柠檬在整个贮藏期的挥发性物质区域并不能实现完全分离。说明此方法不适合检测不同贮藏时间青柠檬挥发性气体的变化，这与胡桂仙等[40]对柑橘的研究结论一致。

图3 青柠檬挥发性气体变化的PCA分析Fig.3 PCA analysis on change of volatile gas of green lemons

2.4 电子鼻检测青柠檬挥发性气体变化的LDA分析

图4为青柠檬在不同贮藏时期的LDA分析图，其着重对挥发性物质的组间差异进行分析。由图4可以看出，贮藏10 d时，果实的第一线性判别因子（LD1）、第二线性判别因子（LD2）贡献率分别为87.15%和3.30%，总贡献率为90.45%。300μL/L 1-MCP和600μL/L 1-MCP处理组挥发性物质的特征区域在坐标轴上的位置无交叉，而CK组和900μL/L 1-MCP处理组在坐标轴上位置有部分重叠，猜测可能是在贮藏前期，所有1-MCP处理组间挥发性气体还没有明显差别；随着贮藏时间的延长，果实成熟度越来越高，挥发性气体也越发浓郁和复杂，所以出现较大变化。贮藏30、60、90 d时，LD1和LD2两判别因子总贡献率分别为74.52%、82.11%、93.54%，600μL/L 1-MCP处理组和900μL/L 1-MCP处理组的挥发性物质特征区域有部分重叠，说明这两个处理组的挥发性物质之间有相似特征；而CK组、300μL/L 1-MCP处理组在坐标轴上并未发生交叉或重叠，并且在坐标轴上分布区域的距离变化较大。结合图3来看，对同一样品的测试数据进行分析，LDA分析比PCA更加集中，说明对青柠檬进行挥发性气体变化分析，LDA可更好地区分，薛友林等[41]对蓝莓的研究结果中也有相同结论。

图4 青柠檬挥发性气体变化的LDA分析Fig.4 LDA analysis on change of volatile gas of green lemons

2.5 青柠檬挥发性气体变化的Loading分析

虽然Loading分析与PCA分析都是基于同样的算法，但Loading分析主要针对传感器。利用Loading分析能够确认各传感器对样品的相对重要性[40]。利用Loading分析时，PC1特征值越大，对样品的区分越有效，传感器分布越靠近原点（0，0），对样品的区分作用越小。对青柠檬果实挥发性气体进行Loading分析表明，4个贮藏时期的Loading分析的第一主成分贡献率分别为99.69%、97.26%、99.65%、98.68%，总贡献率均超过99.00%（图5），说明分析结果可靠，主要的样品信息被包含在内。由图5可以看到，除W1W、W2W、W5S之外的其他传感器不仅与原点的距离较近，并且在位置上存在重叠，负载参数接近于零。而W1W、W2W、W5S这3个传感器分布远离原点（0，0），表明传感器在区分了不同成熟度果实挥发性气体上有差别，而W1W、W2W、W5S这3个传感器在不同成熟度果实挥发性气体上具有明显的区分作用，其中W1W对应的PC1特征值最大，为用于区分青柠檬挥发性气体的主要传感器。以上结果说明，不同处理组青柠檬气味的差异主要由电子鼻中的W1W、W2W和W5S等传感器反映。

图5 青柠檬挥发性气体变化的Loading分析Fig.5 Loading analysis on change of volatile gas of green lemons

2.6 电子鼻传感器响应值的对比分析

图6所示为不同贮藏时间青柠檬电子鼻数据雷达图。整个贮藏期间，10个传感器的响应值趋势基本相似，电子鼻每个传感器对4个处理均有不同程度的响应，其中传感器W1W、W2W的响应值较高，W5S次之。在贮藏第10天时，CK组和300μL/L 1-MCP处理组的气味图谱相似，对传感器W1W响应最高，其次W2W和W5S，300μL/L 1-MCP处理组有3个响应值均高于CK组，表明在贮藏前10 d内，氮氧化合物（W5S）、有机硫化物和芳香族化合物（W2W）、硫化物和萜烯类醇类物质（W1W）在300μL/L 1-MCP处理组中的贡献大于CK组；600μL/L 1-MCP和900μL/L 1-MCP处理组的气味图谱基本重合，传感器W1W和W2W的响应值小于10，其他传感器响应值约等于1，说明600μL/L 1-MCP和900μL/L 1-MCP处理组在前10 d内气味较接近，且挥发性成分浓度低。随着贮藏时间的延长，300μL/L 1-MCP处理组中传感器W1W、W2W、W5S响应值均呈下降趋势，最后低于其他3组，而其他3组传感器W1W、W2W、W5S响应值均呈波浪式浮动。

图6 青柠檬挥发性气体的传感器信号响应值雷达图Fig.6 Radar profiles of sensor signal response value of green lemon volatile gas

为更直观地分析传感器响应值的变化，对贮藏期间不同处理组挥发性气体的W5S、W1W和W2W传感器信号响应值变化趋势作图。由图7可知，CK组果实挥发性气体的3个传感器信号响应值在贮藏期间波动较大，均呈W型变化，600μL/L和900μL/L 1-MCP处理组的响应值呈缓慢上升趋势，而300μL/L 1-MCP处理组则在前期上升，中期平缓，后期下降。4组果实挥发性气体的3个传感器信号响应值在贮藏期间整体上升，但300μL/L 1-MCP组的传感器响应值上升程度最低，与雷达图结果相符，表明300μL/L 1-MCP处理可以有效抑制青柠檬在贮藏过程中氮氧化合物（W5S）、有机硫化物和芳香族化合物（W2W）和硫化物和萜烯类醇类（W1W）3类物质的生成。

图7 青柠檬挥发性气体的传感器信号响应值变化情况Fig.7 Changes of sensors signal response value of volatile gas of green lemons

3 讨论

柠檬作为一种营养和药用价值都较高的水果，在我国研究尚处于起步阶段，与国际上还有一定的差距[4]，尤其是在果色和挥发性气体上，很少有人研究。此外，1-MCP虽已在多种果蔬保鲜中都有应用，但均为呼吸跃变型果实，如梨[17-18]、苹果[19]、猕猴桃[20]等。在非呼吸跃变型果实上却少有研究。因此本试验以非呼吸跃变型果实——青柠檬为研究对象，用不同浓度的1-MCP进行处理，以期筛选出适用于青柠檬贮藏的1-MCP最适浓度。试验表明，在8℃贮藏条件下，使用300μL/L 1-MCP处理青柠檬，能有效减缓其果皮转黄，抑制TSS含量的降低和TA含量的上升，达到的保鲜效果最佳，保鲜效果次之的为600μL/L 1-MCP处理组。与前人研究1-MCP可以延缓椪柑果皮叶绿素降解，提高果实商品性[22]，以及对青柠檬采用（4±1）℃冷藏结合1-MCP及臭氧熏蒸处理，保绿保鲜效果最佳的结论相符。此外，随着科技的发展，无损检测手段在果蔬品质检测中已有较多的应用，而青柠檬是一种具有特殊气味的水果，进行香气研究很有必要，但很少见相关研究报道。本文着重对青柠檬挥发性气体进行了研究：在电子鼻分析中，相比PCA法，LDA法更能准确判别出青柠檬不同贮藏期之间挥发性气体的差别，与胡桂仙等[40]在柑橘上的结论一致。闫子茹等[30]结合电子鼻分析，得出1-MCP可以抑制“香红”梨果实乙烯和部分挥发性气体的生成，从而延缓果实成熟的结论，而本试验结果表明W1W、W2W、W5S这3个传感器在判断不同贮藏时间的青柠檬新鲜程度上起主要作用，对3个传感器信号响应值变化分析可知，使用300μL/L 1-MCP处理可以有效抑制青柠檬在贮藏过程中氮氧化合物（W5S）、有机硫化物和芳香族化合物（W2W）和硫化物和萜烯类醇类（W1W）3类物质的生成。也证明了1-MCP处理能够延缓青柠檬果皮转黄并减少部分挥发性气体的产生，为今后研究青柠檬香气提供依据。但相对不足的是，本文仅着重研究了青柠檬的外观品质，对青柠檬的营养价值并未进行深入探究，虽然电子鼻检测可为无损预测货架期内青柠檬品质变化、质量评价及其香味指纹图谱研究提供参考，但电子鼻主要用于宏观成分的区分，并不能具体明确挥发性成分的种类和含量，所以若需要对挥发性气体进行定性定量分析，可进一步利用气相色谱-质谱联用（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）等技术。目前，国内外的青柠檬消费仍然以鲜果消费为主[9]，所以后续可以对青柠檬的生理指标如VC含量、类黄酮含量、多酚类物质含量等进行深入研究。

4 结论

本文以8℃低温贮藏结合不同浓度的1-MCP进行采后处理，对青柠檬的保鲜效果及品质进行综合评估。结果表明，使用300μL/L 1-MCP处理青柠檬，能有效减缓果皮转黄，抑制TSS含量的降低和TA含量的上升，达到的保鲜效果最佳；在电子鼻分析中，LDA法更能准确判别出青柠檬不同贮藏期之间挥发性气体的差别；Loading分析说明，在判断不同贮藏时间的青柠檬新鲜程度上起主要作用的传感器为W1W、W2W、W5S；使用300μL/L 1-MCP处理，可以有效抑制青柠檬在贮藏过程中氮氧化合物（W5S）、有机硫化物和芳香族化合物（W2W）和硫化物和萜烯类醇类（W1W）3类物质的生成。