岳盈肖，閆子茹，趙江麗，程玉豆，王永霞，關軍鋒,*

（1.河北工程大學生命科學與食品工程學院，河北 邯鄲 056000；2.河北省農林科學院遺傳生理研究所，河北 石家莊 050050；3.河北科技大學生物科學與工程學院，河北 石家莊 050018）

風味是果實品質的主要組成部分，其中，揮發(fā)性氣味，特別是香氣物質的影響至關重要。果實采收后，揮發(fā)性物質代謝因果實成熟度及貯藏條件差異而發(fā)生不同變化。電子鼻作為一種基于氣體傳感器系統(tǒng)的無損檢測設備，它包括一系列具有特異性的電化學傳感器和適當?shù)哪Ｊ阶R別系統(tǒng)，能夠識別揮發(fā)性物質的氣味[1]。結合電子鼻分析數(shù)據(jù)，通過聚類分析及建立相關預測模型等方法，可用于水果品種鑒別、成熟度鑒定、品質分級、質量預測、病害識別等[2-5]。有研究表明，采用感官、理化指標建立基于電子鼻檢測的無損預測模型，可對不同冷藏溫度下水蜜桃發(fā)生的冷害等級進行準確、快速檢測[6]。采用電子鼻可有效區(qū)分不同桃品種資源[7]。根據(jù)電子鼻傳感器陣列的響應及桃質量指數(shù)，建立多元線性質量評價指標模型，其驗證結果表明，電子鼻可對桃品質進行可靠評估[8]。

深州蜜桃為河北名貴特產，具有悠久的栽培歷史，皮薄個大，果型美，色澤艷，汁甜如蜜，有鮮桃之魁的美稱，深受廣大消費者的喜愛。該品種果實成熟期集中于8 月底至9 月初，此時氣溫較高，果實采收后后熟較快，不耐貯藏，易腐爛發(fā)霉[9]。因此，對采后貯藏期內深州蜜桃品質進行快速、科學的評價顯得尤為重要。本研究的目的在于探討不同成熟度深州蜜桃果實常溫貯藏期間電子鼻分析結果與品質指標之間的關系，以期為深州蜜桃果實采后品質的無損檢測提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料

深州蜜桃8 月27 日、9 月3 日采自河北省深州市果園，采摘當天運回實驗室，挑選大小均勻、無病蟲害和機械損傷的果實，于常溫（25 ℃±1 ℃）條件下過夜，散去田間熱。次日，使用意大利DA-Meter 水果成熟度檢測儀對單果進行成熟度（用IAD值表示）檢驗，并按照IAD值范圍分為4 級，IAD值越小表示果實的成熟度越高。Ⅰ級：1.2≤IAD值＜1.6；Ⅱ級：0.8≤IAD值＜1.2；Ⅲ級：0.4≤IAD值＜0.8；Ⅳ級：IAD值＜0.4。8月27日采收的深州蜜桃按成熟度分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，9 月3 日采收的深州蜜桃定為Ⅳ級。之后，將果實直接裝入紙箱，于溫度25 ℃±1 ℃、相對濕度80%條件下存放，并在貯藏0、6、12 d 進行常規(guī)品質指標的測定。

1.1.2 儀器與設備

DA-Meter 水果成熟度檢測儀，意大利Bologna大學專利產品；GY-4 型果實硬度計，浙江托普儀器有限公司；PAL-1 型手持數(shù)字糖度計，日本愛拓公司；CR-400 型全自動色差儀，日本美能達公司；HWF-1 型CO2紅外線分析器，江蘇省金壇市科析儀器有限公司；GC9790Ⅱ氣相色譜儀，浙江福立分析儀器有限公司；PEN3 便攜型電子鼻，德國Airsense 公司。

1.2 方法

1.2.1 成熟度、色度和內部品質的測定

取深州蜜桃單果，于果實縫合線兩側胴部取樣進行測定。使用水果成熟度檢測儀測定水果成熟度，儀器經標準板校正后測定果實IAD值[10]；使用全自動色差儀測定L、a、b 值，計算色度角H[11-12]；使用硬度計測定去皮硬度（單位：kg/cm2）；取果肉榨汁，使用糖度計測定可溶性固形物含量（SSC）；采用酸堿滴定法測定可滴定酸（TA）含量，以蘋果酸計。每次取樣重復3次，每次5 個果實。

1.2.2 呼吸速率和乙烯釋放速率的測定

分別于貯藏0、3、6、9、12 d 時，每個成熟度級別隨機選果18 個，分為3 個重復，每個重復6 個果實，置于密閉容器中，密封30 min 時抽取氣體10 mL，用CO2紅外線分析器測定呼吸速率；密封3 h 時抽取氣體1 mL，使用氣相色譜儀測定乙烯濃度，計算乙烯釋放速率[13]。

1.2.3 電子鼻檢測

分別于貯藏0、3、6、9、12 d 取樣，密封40 min 后，進行電子鼻檢測[14-16]。PEN3 電子鼻包含10 種傳感器，各傳感器的響應特性見表1。電子鼻測定條件：氣體流量400 mL/min，清洗時間60 s，調零時間5 s，準備時間5 s，測定時間120 s，取117～119 s 響應值用于數(shù)據(jù)分析。

表1 PEN3 型電子鼻傳感器響應特性Table 1 Response characteristics of PEN3 electronic nose sensor

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理，SPSS 20軟件進行Duncan 方差分析和相關性分析；采用PEN3 便攜型電子鼻系統(tǒng)自帶的Winmuster 分析軟件進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 深州蜜桃不同貯藏時間成熟度、色度及內在品質指標變化

DA-Meter 水果成熟度檢測儀是一種通過測量果實中葉綠素含量判斷水果成熟度的無損檢測儀器[17]。貯藏期間各成熟度級別深州蜜桃果實IAD值及色度角的變化結果見表2。

由表2 可見，隨著貯藏時間的延長，各組深州蜜桃果實的IAD值、色度角（H）均逐漸降低，并趨向一致，果實表面顏色逐漸變黃。不同成熟度的深州蜜桃果實在貯藏第6 天時H 值無顯著差異；第12 天時，各成熟度果實的IAD值無顯著差異，I、II、III 級成熟度果實的H 值無顯著差異。

表2 深州蜜桃貯藏期間成熟度和色度角變化Table 2 Changes of maturity and hue angle of Shenzhou honey peaches during storage

由表3 可見，深州蜜桃果實的硬度、SSC 及TA含量均呈現(xiàn)降低的趨勢，并以硬度下降最為明顯，貯藏6 d 內果實成熟度越低，硬度下降幅度越大，第6、12 天硬度值均無顯著差異。這表明，采后深州蜜桃果實逐步成熟衰老，果實品質下降。

表3 深州蜜桃貯藏期間硬度、SSC、TA 含量的變化Table 3 Changes of firmness,SSC and TA contents of Shenzhou honey peaches during storage

2.2 深州蜜桃果實呼吸速率和乙烯釋放速率變化

貯藏期內各個成熟度深州蜜桃果實的呼吸速率隨貯藏期延長呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢（圖1）。各組深州蜜桃果實的乙烯釋放速率表現(xiàn)為先快速升高后逐漸下降的趨勢，均在第3 天時達到最大值（圖2）。不同成熟度果實的呼吸速率和乙烯生成速率變化較為相似，并有交叉現(xiàn)象。相對來說，Ⅲ級成熟度果實具有較高的呼吸速率和乙烯釋放速率。

圖1 不同成熟度深州蜜桃果實貯藏期間呼吸速率變化Fig.1 Changes of respiration rates of Shenzhou honey peaches with different maturity during storage

圖2 不同成熟度深州蜜桃果實貯藏期間乙烯釋放速率變化Fig.2 Changes of ethylene production rates of Shenzhou honey peaches with different maturity during storage

2.3 主成分分析（PCA）

采用主成分分析法將10 種傳感器的信號結果降維成第1 主成分（PC1）和第2 主成分（PC2），4 組深州蜜桃果實揮發(fā)性物質的PC1 貢獻率均大于99%（圖3），充分涵蓋了樣品的主要信息，說明各組數(shù)據(jù)在PC1 上的分布特征為決定區(qū)分效果的主要因素。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這3 個成熟度的深州蜜桃在貯藏期間的揮發(fā)性物質區(qū)域雖不能實現(xiàn)完全分離，但其在PC1上的特征值可以明顯將圖分為兩個區(qū)域：貯藏初值和第3、6 天的揮發(fā)性物質特征值均較小，而貯藏第9 天和第12 天的揮發(fā)性物質特征值較大。這表明，揮發(fā)性物質組成在貯藏6 d 后發(fā)生了較大的變化。Ⅳ級成熟度蜜桃貯藏期內相鄰測定間的揮發(fā)性物質區(qū)域相互交叉但其在PC1 上的特征值逐漸增大，貯藏期的揮發(fā)性成分逐步發(fā)生變化（圖3）。

圖3 基于電子鼻的深州蜜桃氣味PCA 分析結果Fig.3 PCA analysis results of Shenzhou honey peaches by electronic nose

2.4 線性判別分析（LDA）

采用線性判別分析著重對深州蜜桃果實揮發(fā)性物質的組間差異進行分析。由圖4 可見，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這3 級成熟度深州蜜桃果實的LD1、LD2 總貢獻率分別為92.54%、92.48%和94.59%，貯藏0～6 d 揮發(fā)性物質特征區(qū)域無交叉，第9 天和第12 天的揮發(fā)性物質特征區(qū)域接近或部分有重疊；Ⅳ級成熟度果實LD1和LD2 的總貢獻率為77.54%，揮發(fā)性物質特征區(qū)域完全分離。這表明，利用電子鼻檢測可將蜜桃貯藏期分為6 d 前和6 d 后。LD1 上Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級這3 組蜜桃貯藏第3、6、9、12 天揮發(fā)性物質的特征值接近，且與初始值相比明顯向0 點靠近，說明3 d 之后的風味物質明顯增多；Ⅳ組蜜桃的特征值隨貯藏時間的延長依次向零點靠近。

圖4 基于電子鼻的深州蜜桃氣味LDA 分析結果Fig.4 LDA analysis results of Shenzhou honey peaches by electronic nose

2.5 電子鼻傳感器響應分析

雷達圖可以反映電子鼻各傳感器的響應值大小，雷達圖由內至外代表對應傳感器的響應值增強。由圖5 可見，各組深州蜜桃果實揮發(fā)性物質的雷達圖分布均隨貯藏時間的延長向外擴散，成熟度Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級的蜜桃在0 d、3 d 和6 d 時各傳感器的響應值變化均較小，第9 天時明顯增大；第12 天時的響應值，Ⅱ、Ⅲ兩組仍增大明顯，Ⅰ級則變化較小。Ⅳ級蜜桃0～3 d 響應值變化較小，6 d、9 d 和12 d 響應值逐漸變大。這表明，貯藏過程中蜜桃的揮發(fā)性物質組成發(fā)生了變化，不同成熟度果實變化規(guī)律不盡相同。深州蜜桃揮發(fā)性成分在電子鼻傳感器W1W、W5S、W2W、W1S 的響應比較強，其中W1W 的變化最明顯。

圖5 貯藏過程中不同成熟度深州蜜桃果實揮發(fā)性物質的特征雷達圖Fig.5 The characteristic radar charts of volatile components in Shenzhou honey peaches during storage

利用載荷分析對各傳感器的區(qū)分作用進行分析，PC1 的占比均在99%以上，PC1 特征值越大對區(qū)分越有效，分布越靠近原點（0,0）附近的傳感器對樣品的區(qū)分作用越小。4 組樣品的傳感器Loading 分析結果表明，傳感器在區(qū)分不同成熟度深州蜜桃果實上有差別，其中W1W、W2W、W5S、W1S、W2S 這5 種傳感器具有明顯的區(qū)分作用，W1W 對應的PC1 特征值最大，為用于深州蜜桃氣味區(qū)分的主要傳感器（圖6）。這一結果與雷達圖（圖5）結果接近。

圖6 基于電子鼻的深州蜜桃氣味載荷分析結果Fig.6 Loading analysis results of Shenzhou honey peaches by electronic nose

2.6 相關性分析

通過SPSS 軟件對深州蜜桃各品質指標與電子鼻敏感傳感器主要響應值（W1W、W2W、W5S、W1S、W2S 傳感器信號值）之間進行相關性分析。由表4 可見，果實成熟度、色度角、硬度及SSC、TA 與W5S、W1S、W1W、W2S 和W2W 這5 個傳感器響應信號值均具有極顯著負相關性（P＜0.01），這表明采用電子鼻檢測結果可以反映深州蜜桃成熟度和品質的變化。

表4 電子鼻響應信號值和深州蜜桃成熟度及品質指標的相關性Table 4 The correlations of electronic nose response signals with maturity and quality of Shenzhou honey peaches

3 討論與結論

香氣成分合成的途徑各異，主要有脂肪酸、萜烯類、碳水化合物及氨基酸途徑等。桃果實香氣合成以脂肪酸代謝為主，經脂氧合酶（LOX）途徑、β-氧化途徑生成醛、酯、醇等[18]。桃果實采后其感官香氣主要是輕薄的青草香味，之后水果芳香味逐漸濃郁，且富含“桃味”，主要香氣物質由清香型（反-2-己烯醛、順-3-己烯醛）向果香型（C6-C12偶數(shù)碳原子的γ、δ 內酯）轉變[19-20]，這是電子鼻測定其氣味變化的基礎。在本研究中，采用PCA 分析或LDA 分析均可對貯藏期內不同成熟度深州蜜桃果實第0、6、12 天的揮發(fā)性物質進行區(qū)分。

乙烯作為植物成熟激素，在誘導和促進呼吸躍變型果實成熟和衰老等生理過程中起到非常重要的作用，香氣物質作為果實成熟生理指標之一，與乙烯密切相關。研究發(fā)現(xiàn)，1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸（ACC）氧化酶與LOX 共同調控乙烯的合成，進而調節(jié)桃果實香氣的釋放[21]。同時，外源乙烯處理可增加桃果實中芳樟醇和γ-癸內酯的合成量[22]。利用電子鼻技術可有效判定采后桃果實成熟衰老進程[23]。本研究中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這3 級成熟度深州蜜桃在LDA 分析中初值圖形位置與其他天數(shù)之間相隔較遠，可能與乙烯釋放速率從初值到第3 天的躍變有關。已知，桃果實香氣物質的合成與釋放受乙烯調控，當兩者均達到較高水平時，果實處于最佳食用期，特別是香氣積累程度可以作為桃果實成熟的重要指標[3]。貯藏期間，各成熟度深州蜜桃果實硬度、SSC 及TA 含量均逐漸降低，果實品質下降，結合PCA 分析中樣品在坐標圖中的不同區(qū)域分布，推薦深州蜜桃采后6 d 內食用，此期間果實風味最佳。

Narain 等[24]采用高分辨率氣相色譜和質譜聯(lián)用技術，在桃中鑒定出揮發(fā)性成分包含醇、醛、烷、酯、酮、芳香烴、含硫化合物和一些雜類化合物等。這與本研究中W1W、W2W、W5S、W1S、W2S 測定不同化學成分的5 種傳感器在檢測中起主要作用相契合。通過相關性分析，電子鼻響應信號和深州蜜桃各個品質指標間具有顯著相關關系，這與利用電子鼻響應對不同成熟度存在差異的桃果實進行品質預測[25]的研究結果一致。本文研究結果可為無損預測貨架期內深州蜜桃品質變化、質量評價及其香味指紋圖譜研究提供參考。