姜沛宏，郭風(fēng)軍，陳東杰，張玉華，孫崇德

（1.山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)南 250103；2.國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心，山東濟(jì)南 250103）

鮮食葡萄收獲期集中，含水量大，組織嬌嫩，采后極易出現(xiàn)腐爛、脫粒、干梗、褐變等問(wèn)題。為保證營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和商品價(jià)值，通常采用不同的保鮮技術(shù)延長(zhǎng)其貨架期。隨著采后保鮮技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)在我國(guó)某些葡萄品種的貨架期可長(zhǎng)達(dá)6 個(gè)月[1]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期貯藏，葡萄果粒雖然沒(méi)有病原菌導(dǎo)致的腐爛變質(zhì)，但其感官品質(zhì)與剛采摘的新鮮葡萄相比有很大差異[2]。對(duì)消費(fèi)者而言，購(gòu)買(mǎi)前首先考慮的是感官、質(zhì)地和風(fēng)味，香氣風(fēng)味是鮮食水果商品屬性的重要部分，對(duì)感官評(píng)價(jià)起著決定性作用[3]。葡萄的香氣成分是判斷其品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，主要包括酯類(lèi)、醇類(lèi)、醛類(lèi)、萜烯類(lèi)化合物等，這些揮發(fā)性香氣成分是葡萄典型性風(fēng)味的主要來(lái)源。由于葡萄中揮發(fā)性香氣成分含量較低，因此選擇合適的分析方法尤為重要[4-5]。氣相色譜-離子遷 移 譜（gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS）是將頂空的混合氣體化合物首先經(jīng)過(guò)氣相色譜（GC）的毛細(xì)管柱，被快速預(yù)分離[6]，再依次經(jīng)離子遷移譜（IMS）電離室氚源輻射的氮?dú)舛浑x子化；根據(jù)離子質(zhì)量大小和結(jié)構(gòu)差異在特定漂移電壓的電場(chǎng)中遷移速度不同，而對(duì)不同物質(zhì)、甚至同分異構(gòu)的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)高靈敏度的識(shí)別，是檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)化合物的新型技術(shù)之一，已應(yīng)用于食品風(fēng)味分析、品質(zhì)評(píng)價(jià)和環(huán)保安全評(píng)估等領(lǐng)域[7-8]。

由于葡萄采后仍進(jìn)行新陳代謝，經(jīng)過(guò)低溫、氣調(diào)[9]、化學(xué)熏蒸[10]、涂膜[11]等防腐保鮮處理后葡萄揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量在采后貯藏過(guò)程中不斷變化[12]，因此有必要采取相應(yīng)的保鮮方式來(lái)保護(hù)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，而不同保鮮方式對(duì)葡萄揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響的相關(guān)報(bào)道較少。本試驗(yàn)測(cè)定了葡萄采后經(jīng)傳統(tǒng)SO2熏蒸、1-MCP 和納他霉素復(fù)配涂膜三種保鮮方式處理后，在不同冷藏期的貨架品質(zhì)和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，分析了不同保鮮處理方式對(duì)葡萄采后的保鮮效果，以期明確不同保鮮措施對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)適合葡萄保鮮的高效、無(wú)毒、環(huán)保的專(zhuān)用保鮮劑提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗(yàn)葡萄品種為‘藤稔’，2019 年8 月采自山東長(zhǎng)廣農(nóng)業(yè)科技股份有限公司葡萄試驗(yàn)基地。清晨采后2 h 運(yùn)至山東省農(nóng)產(chǎn)品貯運(yùn)保鮮技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，送達(dá)后及時(shí)剔除殘次果粒，選擇成熟度、顏色、大小均勻一致，無(wú)病蟲(chóng)害和機(jī)械傷的果穗經(jīng)4 ℃預(yù)冷12 h，放于溫度-1～0 ℃，濕度85%～95%，氧氣含量2%～3%，二氧化碳含量3%～5%的氣調(diào)冷庫(kù)中貯藏。

低密度聚乙烯保鮮袋，由山東省農(nóng)產(chǎn)品貯運(yùn)保鮮技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)提供；SO2緩釋包，由國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心（天津）研發(fā)提供；1-MCP 緩釋片，品牌“鮮博士”，購(gòu)自陜西省禮泉縣化工有限實(shí)業(yè)公司；納他霉素，購(gòu)自浙江新銀象生物工程有限公司，純度50%；普魯蘭糖，由山東福瑞達(dá)醫(yī)藥集團(tuán)有限公司提供，純度為99%。

1.2 儀器與設(shè)備

Flavour Spec 氣相離子遷移譜聯(lián)用儀，德國(guó)G.A.S 公司；內(nèi)置500 V/cm 電場(chǎng)強(qiáng)度、300 MBq 輻射氚（H3）、5 kV漂移電壓、98 mm 遷移管的IMS 標(biāo)準(zhǔn)模塊，內(nèi)徑0.53 mm、1 μm 膜厚、15 m 長(zhǎng)的SE-54 型氣相色譜毛細(xì)管柱。

1.3 保鮮處理方法

保鮮處理設(shè)計(jì)4 個(gè)試驗(yàn)組，包裝材料均選用實(shí)驗(yàn)室自制研發(fā)的低密度聚乙烯保鮮袋，雙層厚度45 μm。對(duì)照組為葡萄采后未經(jīng)其他處理，預(yù)冷后使用保鮮袋包裝貯藏；SO2組和1-MCP 組為預(yù)冷后分別采用SO2緩釋包和1-MCP 緩釋片熏蒸處理48 h 后取出，使用保鮮袋包裝貯藏；Nata 組為采前一晚噴涂0.05%納他霉素和0.25%普魯蘭糖復(fù)配制成的涂膜保鮮液，待次日早晾干后采摘，經(jīng)預(yù)冷后使用保鮮袋包裝貯藏。

1.4 GC-IMC 測(cè)定條件

頂空孵化溫度40 ℃、孵化時(shí)間15 min，孵化轉(zhuǎn)速500 r/min。載氣為高純氮?dú)猓ā?9.999%），色譜柱溫度60℃、色譜運(yùn)行時(shí)間20 min，載氣的流速梯度設(shè)置為2.00 mL/min，保持2 min，在2 min 內(nèi)線性增至100.00 mL/min后保持。頂空進(jìn)樣針溫度45 ℃，進(jìn)樣量300 μL，采用不分流模式，清洗時(shí)間0.50 min。

1.5 檢測(cè)方法

將樣品破碎后，稱(chēng)取5.00 g 置于20 mL 的頂空進(jìn)樣瓶中孵化，使用加熱的進(jìn)樣針抽取瓶?jī)?nèi)的頂空組分，通過(guò)氣相離子遷移譜儀分析揮發(fā)性組分。

1.6 數(shù)據(jù)分析方法

使用儀器配套的分析軟件LAV（laboratory analytical viewer）查看分析譜圖；使用Reporter 插件對(duì)比樣品之間的譜圖差異（二維俯視圖和三維譜圖）；Gallery Plot 插件用于指紋圖譜對(duì)比；Dynamic PCA 插件可進(jìn)行動(dòng)態(tài)主成分分析；GC×IMS Library Search 應(yīng)用軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫(kù)和IMS 數(shù)據(jù)庫(kù)可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄揮發(fā)性有機(jī)物的二維譜圖分析

圖1 為‘藤稔’葡萄揮發(fā)性化合物成分的GC-IMS 二維譜圖，縱坐標(biāo)表示保留時(shí)間，橫坐標(biāo)表示離子遷移時(shí)間，紅色垂直線表示反應(yīng)離子峰（reaction ion peak，RIP），RIP 右側(cè)的每個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)物，藍(lán)色為背景，紅色代表物質(zhì)成分，顏色越深含量越高。由圖可以看出，葡萄揮發(fā)性組分可通過(guò)GC-IMS 技術(shù)很好地分離，使用外標(biāo)物質(zhì)作參考計(jì)算每種化合物的保留指數(shù)，基于樣品氣相色譜保留時(shí)間和離子遷移時(shí)間可對(duì)揮發(fā)性組分進(jìn)行定性分析，對(duì)其建立標(biāo)準(zhǔn)曲線后可對(duì)揮發(fā)物含量進(jìn)行定量分析。以現(xiàn)有的軟件內(nèi)置NIST 氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)與G.A.S 的IMS 遷移時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行二維定性，檢出包括酯類(lèi)、醇類(lèi)、萜烯類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酸類(lèi)、吡嗪類(lèi)7 組，共42 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)（見(jiàn)第11 頁(yè)表1），表中序號(hào)與圖1 中編號(hào)代表同一種物質(zhì)。

表1 樣品揮發(fā)性組分的GC-IMS 定性Table 1 The sample volatiles identified by GC-IMS

圖1 葡萄的GC-IMS 二維譜圖Fig.1 GC-IMS two-dimensional spectrum of grapes

2.2 葡萄貯藏期風(fēng)味物質(zhì)變化

葡萄采后生物體仍在維持新陳代謝，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)隨著成熟度的不同而不斷變化[13]。圖2 為CK 對(duì)照組葡萄在不同貯藏時(shí)期的GC-IMS 三維譜圖，為方便對(duì)比不同貯藏期樣品的揮發(fā)性有機(jī)物差異，Gallery Pot 插件可將三維譜圖轉(zhuǎn)換為二維指紋圖譜（見(jiàn)下頁(yè)圖3），更清晰地反映各類(lèi)化合物的變化情況。

圖2 CK 對(duì)照組葡萄在不同貯藏時(shí)間的GC-IMS 三維譜圖Fig.2 GC-IMS 3D spectra of grapes in CK control group at different storage time

圖3 對(duì)照組葡萄在不同貯藏時(shí)間的GC-IMS 指紋圖譜Fig.3 GC-IMS fingerprints of grapes in CK at different storage time

由圖3 所示，將CK 對(duì)照組葡萄在不同貯藏時(shí)間的離子遷移特征峰匯總圖分為A、B、C、D 四個(gè)區(qū)域。區(qū)域A為含量變化相對(duì)一致的23 種物質(zhì)，包括丙酮、乙酸丁酯、正己醇、丁酸丙酯、月桂烯、羅勒烯和乙醇等；區(qū)域B 為隨著貯藏期的延長(zhǎng)，含量明顯降低的11 種物質(zhì)，包括甲基丁酯、丙酸乙酯、己酸甲酯等；區(qū)域C 為隨著貯藏期的延長(zhǎng)逐漸釋放增加的風(fēng)味物質(zhì)，主要有正己醇、己酸丙酯和正戊酸3 種；區(qū)域D 為直至貯藏末期才出現(xiàn)的5 種物質(zhì)，包括(E)-2-己烯-1-醇（二聚體）、正戊醇、正己酸乙酯、反-2-辛烯醛和乙酸異丁酯。

2.3 不同保鮮處理葡萄采后風(fēng)味物質(zhì)的變化

經(jīng)過(guò)低溫、氣調(diào)、化學(xué)熏蒸、涂膜等防腐保鮮處理后葡萄揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量在采后貯藏過(guò)程不斷變化。由圖4 可知，葡萄的主要風(fēng)味物質(zhì)為酯類(lèi)、醇類(lèi)、醛類(lèi)和萜烯類(lèi)物質(zhì)；1 號(hào)區(qū)域的1-戊醇、1-己醇、E-2-己烯醇，2 號(hào)區(qū)域的乙酸丁酯、己酸甲酯、己酸丙酯、3-甲基丁酸乙酯等物質(zhì)，在CK-0 d 樣品中含量較高，Nata-0 d 中稍低，而后隨著儲(chǔ)存時(shí)間的增加而減少；SO2-14 d 與SO2-42 d 樣品中3-己烯醇（3、4 號(hào)區(qū)域）的含量較高；5號(hào)區(qū)域的物質(zhì)是葡萄風(fēng)味的主要成分，有乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、乙酸丙酯等，28 d 樣品中普遍較低，42 d 樣品中較高，每一批樣品中，SO2保鮮處理的葡萄中風(fēng)味物質(zhì)含量稍低；6 號(hào)、8 號(hào)區(qū)域?yàn)檩葡╊?lèi)物質(zhì)，Nata 保鮮處理的葡萄中含量較高，有月桂烯、檸檬烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-羅勒烯等；1-MCP-14 d 樣品中還含有較多的2-甲基丙酸乙酯、乙酸異丁酯（7 號(hào)區(qū)域）等。相比而言，1-MCP 處理和納他霉素復(fù)配涂膜的保鮮方式在儲(chǔ)藏后期，可以更好地保留葡萄原有的風(fēng)味物質(zhì)，而經(jīng)SO2熏蒸后，在貯藏14 d 和42 d 都出現(xiàn)了3-己烯醇等衍生香味物質(zhì)。

圖4 不同保鮮處理方式下各組樣品隨貯藏時(shí)間揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化Fig.4 Changes of volatile flavor substances with storage time in each group under different preservation methods

2.4 貨架期分析

PCA 是將多個(gè)指標(biāo)通過(guò)降維轉(zhuǎn)換成少數(shù)幾項(xiàng)具有代表性綜合指標(biāo)的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法。通常認(rèn)為累計(jì)貢獻(xiàn)率超過(guò)75%，表明基本包含樣品的信息。根據(jù)MeV 插件的3D-PCA 分析樣品相關(guān)性可知，葡萄不同保鮮處理組的前兩主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率僅為55%，說(shuō)明這兩個(gè)主成分尚未完全反映葡萄保鮮處理組別間的所有特征。但由圖5 可以看出，同一貯藏階段的葡萄氣味物質(zhì)譜圖數(shù)據(jù)大致聚集在一起，不同貯藏期的樣品尚可以得到較好地區(qū)分，且沒(méi)有明顯重疊區(qū)域，說(shuō)明采用GC-IMS技術(shù)結(jié)合主成分分析，樣品可按貨架期進(jìn)行很好的分類(lèi)。

圖5 不同保鮮處理的貨架期分析Fig.5 Shelf life analysis of different preservation treatments

3 結(jié)論

本文采用傳統(tǒng)SO2熏蒸、1-MCP 和納他霉素復(fù)配涂膜三種保鮮方式處理鮮食葡萄，通過(guò)對(duì)不同冷藏期揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定和對(duì)比，明確了不同保鮮技術(shù)對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)得出，基于GC-IMS 檢測(cè)到的42 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，主要為酯類(lèi)、醇類(lèi)、萜烯類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酸類(lèi)和吡嗪類(lèi)。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，含量變化相對(duì)一致的物質(zhì)包括丙酮、乙酸丁酯、正己醇、丁酸丙酯、月桂烯、羅勒烯和乙醇等；含量明顯降低的物質(zhì)有甲基丁酯、丙酸乙酯、己酸甲酯等；正己醇、己酸丙酯和正戊酸則隨著貯藏期的延長(zhǎng)得以逐漸釋放而增加；(E)-2-己烯-1-醇（二聚體）、正戊醇、正己酸乙酯、反-2-辛烯醛和乙酸異丁酯直至貯藏末期才出現(xiàn)?？傊?，采用GC-IMS 技術(shù)結(jié)合主成分分析，可為葡萄按貨架期分類(lèi)的實(shí)現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)。