基于電子鼻分析1-MCP處理對青檸檬貯藏效果的影響

杜欣欣，郭曉萌，韓冬梅，羅 燾，吳振先，*

（1.華南農業(yè)大學園藝學院，廣東省果蔬保鮮重點實驗室，廣東 廣州 510642；2.廣東省農業(yè)科學院果樹研究所，農業(yè)農村部南亞熱帶果樹生物學與遺傳資源利用重點實驗室，廣東 廣州 510640）

檸檬（Citrus limon(L.)Burm.F.）別名檸果、洋檸檬，蕓香科柑橘屬，主栽于歐美國家[1]。檸檬富含檸檬酸、類黃酮、VC等多種微量元素，是一種營養(yǎng)和藥用價值兼具的優(yōu)質水果[2-3]。經常食用檸檬不僅能夠預防高血壓、口腔潰瘍等，還有清熱解暑、提神潤喉等功效[4-6]，檸檬也因此在很多領域被廣泛應用[7-8]。

青檸檬由于口味濃郁，香味較淡，相比黃檸檬更受人們歡迎[9]。但青檸檬鮮果由于集中于8—12月上市，因此若保鮮不當，會導致青檸檬短時間內供過于求、腐爛率高和滯銷等現象[10]。雖然檸檬屬于非呼吸躍變型果實，較耐貯運，但是在貯藏過程中，仍有各種問題出現，如檸檬皮顏色黃綠不均、油胞破損、果蒂脫落等。因此，研究青檸檬保鮮技術能有效緩解現有青檸檬貯藏問題，同時可加快青檸檬產業(yè)的發(fā)展。

目前，國內外青檸檬保鮮技術主要有涂膜保鮮[11-12]、臭氧保鮮[13]、氣調保鮮、保鮮劑保鮮[14]等。1-甲基環(huán)丙烯（1-Methylcyclopropene，1-MCP）是一種乙烯抑制劑，可以與乙烯受體優(yōu)先發(fā)生不可逆反應，阻礙乙烯與受體結合，從而抑制與乙烯相關的一系列生理生化反應，起到延緩果實后熟衰老并提高果實貯藏品質的作用[15-16]。1-MCP對梨[17-18]、蘋果[19]、獼猴桃[20]多種果蔬都有良好的貯藏保鮮效果[21]。有研究表明，1-MCP可以延緩椪柑果皮葉綠素降解，提高果實商品性[22]。也有研究表明，對青檸檬采用（4±1）℃冷藏結合1-MCP及臭氧熏蒸處理的保綠保鮮效果最佳[23]。但1-MCP單獨用于檸檬保綠方面的研究并不常見。

風味為果實品質的主要組成部分，其中果實的揮發(fā)性氣味，尤其是香氣物質對其品質的影響至關重要。以前由于認知水平和技術手段的限制，人們對果實香氣品質的關注較少，但隨著技術的提高，越來越多的學者開始關注果實的香氣品質。電子鼻是一種針對揮發(fā)性物質的快速、無損檢測技術[24]，能夠迅速、便捷掌握果實品質的狀況。利用電子鼻中的主成分分析（Principal components analysis，PCA）、線性判別分析（Linear discriminant analysis，LDA）及載荷分析（Loading）等方法，可以將不同品種、成熟度及保鮮處理的果蔬區(qū)分開[25-28]。如利用電子鼻技術研究不同成熟度的柑橘，將檢測到的芳香類物質和柑橘成熟度聯系起來[28-29]。閆子茹等[30]基于電子鼻分析，得出1-MCP可以抑制“香紅”梨果實乙烯和部分揮發(fā)性氣體的生成，從而延緩果實成熟的結論。本試驗為探究1-MCP處理對青檸檬保鮮效果的影響，將新鮮青檸檬作為研究對象，設置不同濃度的1-MCP處理，測定了a*值、著色指數（CCI）、可溶性固形物（TSS）含量，以及可滴定酸（TA）含量等品質指標，以期篩選出最佳1-MCP處理濃度，為青檸檬保鮮技術提供依據，并進一步利用電子鼻技術區(qū)別青檸檬香氣，探索不同處理的青檸檬在不同貯藏時期香氣指標之間的差異。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

青檸檬：采自廣東省陽春市石望鎮(zhèn)，采收當天立即進行處理。挑選果型均一、色澤相近、無傷、無蟲、無病的果實進行試驗。1-MCP（有效成分含量4%），美國Smart Fresh公司產品。

1.1.2 儀器與設備

PAL-BX/ACID1型柑橘專用糖酸比檢測儀，日本ATAGO公司生產；NH310高品質便攜式電腦色差儀，深圳市三恩時科技有限公司生產；PEN3型電子鼻，德國Airsense公司生產。

1.2 方法

1.2.1 處理方法

將青檸檬分為1-MCP處理組和對照組（CK）。果實分別置于覆有聚乙烯（PE）密封袋的塑料筐（體積為14.4 L）中，室溫（25℃）下密閉處理24 h，其中1-MCP處理組分別用300μL/L、600μL/L、900μL/L 3個不同濃度處理，CK組用空氣密封。處理結束取出果實，置于8℃恒溫箱中貯藏。拍照、TSS、TA、CCI和電子鼻等指標分別在貯藏0、30、60、90 d時進行測定。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 TSS和TA含量

每次每個試驗組隨機取6個果實，TSS和TA含量用柑橘專用糖酸比檢測儀測定。將果實切片榨汁后經紗布過濾，直接用濾液測定TSS含量；測定TA含量時，需將濾液稀釋100倍，即蒸餾水與檸檬濾液按質量比1∶100稀釋，攪拌均勻后取樣測定。重復測定3次，結果取平均值。

1.2.2.2 色度值和CCI值

測定果皮顏色時，均勻選取果實赤道部位的6個點，測定L*、a*、b*值。參照Sdiri等[31]的方法計算果實著色指數，CCI正值代表紅色，負值代表藍綠色[27]。

1.2.3 電子鼻分析

每個試驗組取6個青檸檬果實，分為3個重復，將果實置于0.6 L塑料密封罐中，密封2 h后用電子鼻測定。電子鼻檢測條件：清洗時間60 s，校零時間5 s，測試時間80 s，室流量300 mL/min，進樣流量300 mL/min[32-34]，取穩(wěn)定狀態(tài)77～79 s的數據進行分析。電子鼻傳感器響應特征見表1[35]。

表1 PEN 3型電子鼻各傳感器的響應特性Table 1 Response characteristics of sensors in PEN 3 electronic nose

1.2.4 數據處理

采用Microsoft Office 2016和WPS 2019軟件進行數據統(tǒng)計；使用SPSS 19.0軟件分析數據，Origin 8.5軟件進行繪圖，Adobe Photoshop 2020對圖片進行編輯；PCA、LDA和Loading分析均用電子鼻自帶Winmuster軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 不同濃度1-MCP處理對青檸檬果實色澤的影響

果實品質的優(yōu)劣可以由外觀色澤判定[36]。由圖1A可知，在整個貯藏期間，各試驗組a*值呈上升趨勢，在貯藏至60 d內始終為負值，a*值為負值表示綠色，正值表示紅色[37]，說明青檸檬始終保持綠色，貯藏至90 d時，果實逐漸轉黃，但300μL/L 1-MCP處理組的a*值上升速率相比其他組最低，顏色變化也最小，即保綠效果最好。另外，CCI值（圖1B）變化趨勢與a*值相同，在60 d內均為負值，表明果實仍為綠色，但各試驗組間CCI值有所差別，300μL/L 1-MCP處理組CCI值最小，為-1.70，CK組最大，為-0.34，600μL/L 1-MCP處理組為-1.24，900μL/L 1-MCP處理組為-1.34。由a*值和CCI值都可以看出，貯藏至60 d時，青檸檬果皮綠色保持最好的仍是300μL/L 1-MCP處理組，600μL/L 1-MCP處理組和900μL/L 1-MCP處理組之間差別不大，介于CK與300μL/L 1-MCP處理組之間。上述結果表明，使用300μL/L 1-MCP處理青檸檬能在90 d內顯著保持檸檬果皮綠色，延緩果皮轉黃。

圖1 1-MCP處理對青檸檬a*值及CCI變化的影響Fig.1 Effects of 1-MCP treatment on a*value and CCI of lemons

2.2 不同濃度1-MCP處理對青檸檬果肉TSS和TA含量的影響

TSS含量能夠反映果實品質及成熟衰老情況，其值越高，代表果實中營養(yǎng)物質含量越高[38]。TSS含量在貯藏過程中的變化如圖2A所示，在整個貯藏期間，各處理組TSS值均呈現下降趨勢，說明在貯藏期間，各處理組果實成熟度均有所提高。TSS含量下降速率由低到高依次為300、600、900μL/L 1-MCP處理組，CK組，且各組數值在貯藏至90 d時均為最低，分別為5.79%、5.76%、5.43%、5.40%。整個貯藏期間，300μL/L 1-MCP處理的青檸檬TSS含量下降最少，為0.68個百分點，600μL/L 1-MCP處理組TSS含量下降0.71個百分點。結果表明，在8℃貯藏條件下，300μL/L 1-MCP處理組青檸檬TSS含量下降程度最低，營養(yǎng)損失最少。

TA為評價果實內在品質最重要的基本生理指標。由圖2B可知，0 d時不同試驗組TA含量均為5.25%，貯藏至第60天時，不同試驗組青檸檬果實中TA含量相較于0 d均明顯下降，但在貯藏至第90天時，相比于第60天，300μL/L 1-MCP處理組和600μL/L 1-MCP處理組TA含量略有上升，TA含量上升最多的為600μL/L 1-MCP處理組，從4.1%上升至4.4%。洪林等[39]報道稱，檸檬果實在生長發(fā)育后期，果實中TSS含量降低，而TA含量會持續(xù)增加。果實在貯藏期間仍會有生理活動，因此猜測果實在貯藏至90 d時TA含量上升的原因是青檸檬成熟度增大；貯藏至第60天時，TA含量達到最低點，表明果實仍處于低成熟狀態(tài)。由上述結果可知，1-MCP處理能夠延緩果實成熟。

圖2 1-MCP處理對青檸檬TSS及TA含量變化的影響Fig.2 Effects of 1-MCP on TSS and TA contents of lemons

綜合TSS和TA含量變化可知，采用300μL/L 1-MCP處理的青檸檬在維持果實風味上有較好的作用。

2.3 電子鼻檢測青檸檬揮發(fā)性氣體變化的PCA分析

將不同貯藏期果實揮發(fā)性氣體的變化進行PCA分析，目的是將電子鼻輸出的數據進行降維處理，使數據變得簡單，而性質相似的樣品在數軸上的距離會很接近[30]。分析時，要保證主成分1（PC1）和主成分2（PC2）的總貢獻率在95%以上。由圖3可知，分別取貯藏10、30、60、90 d 4個時期的果實進行PCA分析，得到4個時期PC1和PC2總貢獻率分別是99.99%、99.70%、100.00%、99.61%，貢獻率都大于95%，說明PC1和PC2包含了主要的信息，各組數據在PC1上的分布特征為決定區(qū)分效果的主要因素。但是從PC1和PC2上看，各試驗組間的揮發(fā)性物質區(qū)域相互交叉，4個試驗組的青檸檬在整個貯藏期的揮發(fā)性物質區(qū)域并不能實現完全分離。說明此方法不適合檢測不同貯藏時間青檸檬揮發(fā)性氣體的變化，這與胡桂仙等[40]對柑橘的研究結論一致。

圖3 青檸檬揮發(fā)性氣體變化的PCA分析Fig.3 PCA analysis on change of volatile gas of green lemons

2.4 電子鼻檢測青檸檬揮發(fā)性氣體變化的LDA分析

圖4為青檸檬在不同貯藏時期的LDA分析圖，其著重對揮發(fā)性物質的組間差異進行分析。由圖4可以看出，貯藏10 d時，果實的第一線性判別因子（LD1）、第二線性判別因子（LD2）貢獻率分別為87.15%和3.30%，總貢獻率為90.45%。300μL/L 1-MCP和600μL/L 1-MCP處理組揮發(fā)性物質的特征區(qū)域在坐標軸上的位置無交叉，而CK組和900μL/L 1-MCP處理組在坐標軸上位置有部分重疊，猜測可能是在貯藏前期，所有1-MCP處理組間揮發(fā)性氣體還沒有明顯差別；隨著貯藏時間的延長，果實成熟度越來越高，揮發(fā)性氣體也越發(fā)濃郁和復雜，所以出現較大變化。貯藏30、60、90 d時，LD1和LD2兩判別因子總貢獻率分別為74.52%、82.11%、93.54%，600μL/L 1-MCP處理組和900μL/L 1-MCP處理組的揮發(fā)性物質特征區(qū)域有部分重疊，說明這兩個處理組的揮發(fā)性物質之間有相似特征；而CK組、300μL/L 1-MCP處理組在坐標軸上并未發(fā)生交叉或重疊，并且在坐標軸上分布區(qū)域的距離變化較大。結合圖3來看，對同一樣品的測試數據進行分析，LDA分析比PCA更加集中，說明對青檸檬進行揮發(fā)性氣體變化分析，LDA可更好地區(qū)分，薛友林等[41]對藍莓的研究結果中也有相同結論。

圖4 青檸檬揮發(fā)性氣體變化的LDA分析Fig.4 LDA analysis on change of volatile gas of green lemons

2.5 青檸檬揮發(fā)性氣體變化的Loading分析

雖然Loading分析與PCA分析都是基于同樣的算法，但Loading分析主要針對傳感器。利用Loading分析能夠確認各傳感器對樣品的相對重要性[40]。利用Loading分析時，PC1特征值越大，對樣品的區(qū)分越有效，傳感器分布越靠近原點（0，0），對樣品的區(qū)分作用越小。對青檸檬果實揮發(fā)性氣體進行Loading分析表明，4個貯藏時期的Loading分析的第一主成分貢獻率分別為99.69%、97.26%、99.65%、98.68%，總貢獻率均超過99.00%（圖5），說明分析結果可靠，主要的樣品信息被包含在內。由圖5可以看到，除W1W、W2W、W5S之外的其他傳感器不僅與原點的距離較近，并且在位置上存在重疊，負載參數接近于零。而W1W、W2W、W5S這3個傳感器分布遠離原點（0，0），表明傳感器在區(qū)分了不同成熟度果實揮發(fā)性氣體上有差別，而W1W、W2W、W5S這3個傳感器在不同成熟度果實揮發(fā)性氣體上具有明顯的區(qū)分作用，其中W1W對應的PC1特征值最大，為用于區(qū)分青檸檬揮發(fā)性氣體的主要傳感器。以上結果說明，不同處理組青檸檬氣味的差異主要由電子鼻中的W1W、W2W和W5S等傳感器反映。

圖5 青檸檬揮發(fā)性氣體變化的Loading分析Fig.5 Loading analysis on change of volatile gas of green lemons

2.6 電子鼻傳感器響應值的對比分析

圖6所示為不同貯藏時間青檸檬電子鼻數據雷達圖。整個貯藏期間，10個傳感器的響應值趨勢基本相似，電子鼻每個傳感器對4個處理均有不同程度的響應，其中傳感器W1W、W2W的響應值較高，W5S次之。在貯藏第10天時，CK組和300μL/L 1-MCP處理組的氣味圖譜相似，對傳感器W1W響應最高，其次W2W和W5S，300μL/L 1-MCP處理組有3個響應值均高于CK組，表明在貯藏前10 d內，氮氧化合物（W5S）、有機硫化物和芳香族化合物（W2W）、硫化物和萜烯類醇類物質（W1W）在300μL/L 1-MCP處理組中的貢獻大于CK組；600μL/L 1-MCP和900μL/L 1-MCP處理組的氣味圖譜基本重合，傳感器W1W和W2W的響應值小于10，其他傳感器響應值約等于1，說明600μL/L 1-MCP和900μL/L 1-MCP處理組在前10 d內氣味較接近，且揮發(fā)性成分濃度低。隨著貯藏時間的延長，300μL/L 1-MCP處理組中傳感器W1W、W2W、W5S響應值均呈下降趨勢，最后低于其他3組，而其他3組傳感器W1W、W2W、W5S響應值均呈波浪式浮動。

圖6 青檸檬揮發(fā)性氣體的傳感器信號響應值雷達圖Fig.6 Radar profiles of sensor signal response value of green lemon volatile gas

為更直觀地分析傳感器響應值的變化，對貯藏期間不同處理組揮發(fā)性氣體的W5S、W1W和W2W傳感器信號響應值變化趨勢作圖。由圖7可知，CK組果實揮發(fā)性氣體的3個傳感器信號響應值在貯藏期間波動較大，均呈W型變化，600μL/L和900μL/L 1-MCP處理組的響應值呈緩慢上升趨勢，而300μL/L 1-MCP處理組則在前期上升，中期平緩，后期下降。4組果實揮發(fā)性氣體的3個傳感器信號響應值在貯藏期間整體上升，但300μL/L 1-MCP組的傳感器響應值上升程度最低，與雷達圖結果相符，表明300μL/L 1-MCP處理可以有效抑制青檸檬在貯藏過程中氮氧化合物（W5S）、有機硫化物和芳香族化合物（W2W）和硫化物和萜烯類醇類（W1W）3類物質的生成。

圖7 青檸檬揮發(fā)性氣體的傳感器信號響應值變化情況Fig.7 Changes of sensors signal response value of volatile gas of green lemons

3 討論

檸檬作為一種營養(yǎng)和藥用價值都較高的水果，在我國研究尚處于起步階段，與國際上還有一定的差距[4]，尤其是在果色和揮發(fā)性氣體上，很少有人研究。此外，1-MCP雖已在多種果蔬保鮮中都有應用，但均為呼吸躍變型果實，如梨[17-18]、蘋果[19]、獼猴桃[20]等。在非呼吸躍變型果實上卻少有研究。因此本試驗以非呼吸躍變型果實——青檸檬為研究對象，用不同濃度的1-MCP進行處理，以期篩選出適用于青檸檬貯藏的1-MCP最適濃度。試驗表明，在8℃貯藏條件下，使用300μL/L 1-MCP處理青檸檬，能有效減緩其果皮轉黃，抑制TSS含量的降低和TA含量的上升，達到的保鮮效果最佳，保鮮效果次之的為600μL/L 1-MCP處理組。與前人研究1-MCP可以延緩椪柑果皮葉綠素降解，提高果實商品性[22]，以及對青檸檬采用（4±1）℃冷藏結合1-MCP及臭氧熏蒸處理，保綠保鮮效果最佳的結論相符。此外，隨著科技的發(fā)展，無損檢測手段在果蔬品質檢測中已有較多的應用，而青檸檬是一種具有特殊氣味的水果，進行香氣研究很有必要，但很少見相關研究報道。本文著重對青檸檬揮發(fā)性氣體進行了研究：在電子鼻分析中，相比PCA法，LDA法更能準確判別出青檸檬不同貯藏期之間揮發(fā)性氣體的差別，與胡桂仙等[40]在柑橘上的結論一致。閆子茹等[30]結合電子鼻分析，得出1-MCP可以抑制“香紅”梨果實乙烯和部分揮發(fā)性氣體的生成，從而延緩果實成熟的結論，而本試驗結果表明W1W、W2W、W5S這3個傳感器在判斷不同貯藏時間的青檸檬新鮮程度上起主要作用，對3個傳感器信號響應值變化分析可知，使用300μL/L 1-MCP處理可以有效抑制青檸檬在貯藏過程中氮氧化合物（W5S）、有機硫化物和芳香族化合物（W2W）和硫化物和萜烯類醇類（W1W）3類物質的生成。也證明了1-MCP處理能夠延緩青檸檬果皮轉黃并減少部分揮發(fā)性氣體的產生，為今后研究青檸檬香氣提供依據。但相對不足的是，本文僅著重研究了青檸檬的外觀品質，對青檸檬的營養(yǎng)價值并未進行深入探究，雖然電子鼻檢測可為無損預測貨架期內青檸檬品質變化、質量評價及其香味指紋圖譜研究提供參考，但電子鼻主要用于宏觀成分的區(qū)分，并不能具體明確揮發(fā)性成分的種類和含量，所以若需要對揮發(fā)性氣體進行定性定量分析，可進一步利用氣相色譜-質譜聯用（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）等技術。目前，國內外的青檸檬消費仍然以鮮果消費為主[9]，所以后續(xù)可以對青檸檬的生理指標如VC含量、類黃酮含量、多酚類物質含量等進行深入研究。

4 結論

本文以8℃低溫貯藏結合不同濃度的1-MCP進行采后處理，對青檸檬的保鮮效果及品質進行綜合評估。結果表明，使用300μL/L 1-MCP處理青檸檬，能有效減緩果皮轉黃，抑制TSS含量的降低和TA含量的上升，達到的保鮮效果最佳；在電子鼻分析中，LDA法更能準確判別出青檸檬不同貯藏期之間揮發(fā)性氣體的差別；Loading分析說明，在判斷不同貯藏時間的青檸檬新鮮程度上起主要作用的傳感器為W1W、W2W、W5S；使用300μL/L 1-MCP處理，可以有效抑制青檸檬在貯藏過程中氮氧化合物（W5S）、有機硫化物和芳香族化合物（W2W）和硫化物和萜烯類醇類（W1W）3類物質的生成。