張 鑫，齊玉潔，楊 夏，賈惠娟

(浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310029）

水果成熟度是決定其品質(zhì)的主要因素之一，也決定果實(shí)在采收、貯藏及流通過程中消費(fèi)者的滿意程度［1－2］.不正確采收期的判斷會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，采收太早導(dǎo)致產(chǎn)量減少且果實(shí)風(fēng)味不佳，果實(shí)易失水起皺、果肉褐變等;采收太晚果實(shí)易軟化、貨架期短、貯運(yùn)困難［3］.所以水果成熟度的檢測和控制技術(shù)顯得相當(dāng)重要.桃果實(shí)的成熟過程大致分為4個(gè)階段:未熟期、轉(zhuǎn)色期、成熟期和完熟期［4］，生產(chǎn)上主要針對(duì)后3個(gè)階段，通常采用人體感官對(duì)果實(shí)色澤和硬度判斷進(jìn)行區(qū)分.大量研究表明，不同采收成熟期的桃果實(shí)在品質(zhì)性狀和貯藏性上都有所區(qū)別［5］，特別是代表了桃果實(shí)特征的揮發(fā)性芳香物質(zhì)的積累隨成熟度的不同，其含量和組分差異顯著［6］.前人［7－8］研究發(fā)現(xiàn)，桃果實(shí)香氣物質(zhì)的合成與釋放受乙烯調(diào)控，當(dāng)兩者均達(dá)到較高水平時(shí)，果實(shí)處于最佳食用期，特別是γ－癸內(nèi)酯的積累程度可以作為桃果實(shí)成熟度的一個(gè)生理指標(biāo).揮發(fā)性香氣物質(zhì)檢測一般采用氣相色譜法(GC)和氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC－MS)，其費(fèi)用昂貴、周期長.電子鼻是一種新穎的分析、識(shí)別和檢測復(fù)雜嗅味和揮發(fā)性成分的人工嗅覺系統(tǒng)，能夠克服傳統(tǒng)測定香氣方法的一些不足，具有分析快速、無損傷和連續(xù)測定的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于辨別不同水果的品質(zhì)［9－14］.利用此技術(shù)區(qū)分桃果實(shí)品種及其成熟度也有一些研究［2，15－16］，但大多是基于對(duì)果實(shí)硬度和色澤分析，結(jié)合香氣色譜技術(shù)的研究鮮見報(bào)道.另外，基于黃肉桃品種特殊的果皮色澤，生產(chǎn)中常規(guī)的成熟度分級(jí)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)尚未建立.本試驗(yàn)以‘錦繡黃桃’為試材，利用電子鼻對(duì)不同成熟度黃肉桃進(jìn)行檢測和分析，并與測定果實(shí)成熟度的傳統(tǒng)理化方法進(jìn)行比較，旨在評(píng)價(jià)電子鼻技術(shù)區(qū)分桃成熟度的可行性和準(zhǔn)確性，為桃果實(shí)在采收時(shí)進(jìn)行分級(jí)和科學(xué)研究中更加準(zhǔn)確地進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為‘錦繡黃桃’，于2009年7月26日采自浙江省嘉善縣管理水平一致的商用果園.采摘大小均勻一致、無機(jī)械損傷、無病蟲害、帶果柄的果實(shí).根據(jù)桃果實(shí)的外表顏色，結(jié)合技術(shù)人員和果農(nóng)的評(píng)定，初步將果實(shí)分為3種不同的成熟度:轉(zhuǎn)色期(果實(shí)底色綠色開始褪去、漸呈黃色，果實(shí)硬);成熟期(50% ～75%果實(shí)表面呈黃色，較硬);完熟期(全果呈金黃色，完全軟化、皮可剝離).各成熟度均30個(gè)果實(shí)，每個(gè)果實(shí)配有獨(dú)立的編號(hào)，具有相似大小和質(zhì)量 (轉(zhuǎn)色期1～30號(hào);成熟期31～60號(hào);完熟期61～90號(hào)).當(dāng)天進(jìn)行電子鼻、乙烯釋放速率、硬度、可溶性固形物、可滴定酸等指標(biāo)測定.將主成分分析(PCA)歸類組群的所有果實(shí)去皮后，用液氮冷凍并分別轉(zhuǎn)入塑料袋中，置于－20℃的冰箱內(nèi)，以備揮發(fā)性香氣物質(zhì)的測定.

1.2 測定方法

1.2.1 電子鼻無損傷檢測 采用Alpha MOS公司生產(chǎn)的FOX4000電子鼻系統(tǒng)，由空氣發(fā)生器、頂空進(jìn)樣系統(tǒng)、18根金屬氧化物傳感器陣列以及多變量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成.

將新鮮果實(shí)按照編號(hào)放入1200 mL帶有木塞的密閉玻璃容器中，置于20℃、濕度70% ～80%的環(huán)境中1 h后，抽取頂空1 mL氣體進(jìn)行電子鼻系統(tǒng)分析.電子鼻系統(tǒng)設(shè)置參數(shù):載氣為凈化空氣，流速150 mL/min;進(jìn)樣體積750 μL，進(jìn)樣流速2 mL/s;數(shù)據(jù)采集時(shí)間2 min;延滯時(shí)間4 min.

1.2.2 果實(shí)品質(zhì)及生理指標(biāo)測定 硬度使用物性分析儀(Stable micro system，England TA－XT2i)對(duì)縫合線兩側(cè)果面進(jìn)行去皮測定，單果2次求平均值.乙烯釋放速率采用SP6800氣相色譜儀測定，測定條件按照張望舒等［17］的方法.可溶性固形物含量使用手持折光儀(AtagoN－1a).可滴定酸含量測定按照Zhang等［7］的方法.香氣成分的萃取和分析參照J(rèn)ia等［8］的方法.以6種桃特征香氣化合物做標(biāo)樣(Sigma－Aldrich Co.)進(jìn)行香氣組分定量計(jì)算.

1.3 數(shù)據(jù)分析

電子鼻檢測全部原始數(shù)據(jù)分別采用主成分分析法(PCA)和判別因子分析法(DFA)進(jìn)行重復(fù)性評(píng)價(jià)和試樣間區(qū)分評(píng)價(jià).果實(shí)生理指標(biāo)和品質(zhì)性狀分析數(shù)據(jù)采用Excel軟件，顯著性檢驗(yàn)采用Duncan's法.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同成熟度桃果實(shí)的電子鼻檢測分析

2.1.1 電子鼻系統(tǒng)傳感器的優(yōu)化 為了更清晰真實(shí)地反映電子鼻18根傳感器對(duì)不同成熟度桃果實(shí)的響應(yīng)差異，將響應(yīng)曲線峰值點(diǎn)進(jìn)行雷達(dá)圖分析(圖1).根據(jù)檢測條件優(yōu)化的指標(biāo):試樣響應(yīng)強(qiáng)度最大值處于0.25～0.85之間，3種不同熟期的樣品在LY2/gCT、T40/1、PA/2、T70/2、P10/2 和 T30/1 等 6 根傳感器上的響應(yīng)強(qiáng)度有較大的區(qū)別，在其他12根傳感器上差異不大.為此本試驗(yàn)提取以上6根傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及PCA和DFA分析.

圖1 18根傳感器對(duì)‘錦繡黃桃’香氣組分的響應(yīng)強(qiáng)度圖Fig.1 Eighteen sensors response to‘Jinxiuhuangtao’peach aroma

2.1.2 主成分分析(PCA) 不同成熟度的果實(shí)，其芳香氣味不同.圖2是6根傳感器對(duì)不同成熟度桃果實(shí)芳香成分變化響應(yīng)值的主成分分析結(jié)果.PC1和PC2的總貢獻(xiàn)率達(dá)到99%以上，足以收集桃果實(shí)不同成熟度間的特征性信息.每個(gè)成熟度樣品平行檢測80%左右的數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的組群，表明電子鼻分析檢測的重現(xiàn)性良好.從圖2可以看出，轉(zhuǎn)色期的果實(shí)與成熟期、完熟期的果實(shí)可以較好地用電子鼻系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)分，而成熟期和完熟期的果實(shí)有小部分區(qū)域發(fā)生重疊.這是由于轉(zhuǎn)色期的果實(shí)還沒有達(dá)到發(fā)揮果實(shí)特有芳香的程度，而成熟期和完熟期的果實(shí)已經(jīng)接近和達(dá)到發(fā)揮果實(shí)特有芳香的程度.另外，用肉眼感官區(qū)分的3種成熟度的桃果實(shí)在進(jìn)行PCA分析中，均有20%左右的數(shù)據(jù)未歸類到相應(yīng)的組群中，證明通過感官色澤判定黃肉桃果實(shí)成熟度有一定的偏差.

圖2 ‘錦繡黃桃’PCA分析結(jié)果Fig.2 PCA score plots based on the electronic nose measurement of the‘Jinxiuhuangtao’

2.1.3 判別因子分析(DFA) 利用DFA對(duì)所有樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示.圖中橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于第1線性判別函數(shù)，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于第2線性判別函數(shù)，累積判別效率達(dá)100%，DFA分析可以完全區(qū)分開3個(gè)感官分類的不同成熟度果實(shí)，這與PCA分析結(jié)果不完全一致.果實(shí)從轉(zhuǎn)色期到成熟期再到完熟期，數(shù)據(jù)分析呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，從左到右，先升高后降低.

2.2 硬度和乙烯釋放速率測定

硬度和乙烯釋放速率的測定結(jié)果如圖4所示.隨著果實(shí)成熟度的增加，果實(shí)逐漸軟化，硬度減小，乙烯釋放速率隨著成熟度的增加呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢，在成熟期達(dá)到呼吸高峰.但各個(gè)成熟度2個(gè)指標(biāo)的結(jié)果均歸類到2個(gè)不同的組群中，轉(zhuǎn)色期與成熟期果實(shí)不歸率為16.7%，完熟期果實(shí)不歸率達(dá)到20%，特別是成熟期與完熟期的果實(shí)有部分重疊，表明肉眼感官分類對(duì)達(dá)到生理成熟以后的果實(shí)存在一定主觀性，其結(jié)果與PCA分析結(jié)果趨于一致.

圖3 ‘錦繡黃桃’DFA分析結(jié)果Fig.3 DFA analysis based on the electronic nose measurement of the‘Jinxiuhuangtao’

圖4 ‘錦繡黃桃’不同成熟度果實(shí)硬度和乙烯釋放速率測定Fig.4 Comparison of firmness and ethylene of different maturities in‘Jinxiuhuangtao’peach

2.3 果實(shí)品質(zhì)性狀比較

表1是各個(gè)成熟度不同組群中果實(shí)的基本品質(zhì)性狀.表1的結(jié)果表明，轉(zhuǎn)色期果實(shí)中硬度、可溶性固形物和乙烯釋放速率，成熟期硬度及完熟期乙烯釋放速率歸類和不歸類組群之間均有顯著性差異，證明利用PCA分析比DFA分析更能客觀地反映桃果實(shí)的成熟度.

按生理測定指標(biāo)對(duì)桃果實(shí)成熟度進(jìn)行重新劃分，對(duì)各成熟度歸類組群中桃果實(shí)主要特征香氣組分和含量的測定(表2)表明，被稱為‘青香型’物質(zhì)的反式－2－己烯醛和順式－3－己烯醇在轉(zhuǎn)色期果實(shí)中含量明顯高于成熟期和完熟期;被稱為‘果香型’物質(zhì)的C6～C12內(nèi)酯類，尤其是γ－癸內(nèi)酯在完熟果實(shí)中達(dá)到最高，但與成熟期果實(shí)無顯著差異.成熟期和完熟期總香氣成分含量差異顯著.

表1 不同成熟度桃果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)測定1)Tab.1 Determination of internal quality index in different maturity

表2 不同成熟度桃果實(shí)特征性香氣組分含量比較1)Tab.2 Comparison of trait aroma components of different maturities nL·mL－1

3 討論

適宜的采收成熟度不僅可以獲得果實(shí)最佳的品質(zhì)和風(fēng)味，而且也是維持果實(shí)商品性和延長貨架壽命的重要保證［12］.目前生產(chǎn)上桃采收成熟度的判斷多通過對(duì)果面底色的變化來劃分［18］，本試驗(yàn)結(jié)果表明其有一定的誤差，主要是因?yàn)楣麑?shí)的內(nèi)外品質(zhì)很大程度受栽培技術(shù)左右，特別是對(duì)于那些來自不同田間管理水平果園的果實(shí)，單靠色澤區(qū)分成熟度具有很大的盲目性.傳統(tǒng)的理化指標(biāo)如硬度、淀粉含量、風(fēng)味(酸度、糖度)、芳香氣味和乙烯釋放量等是用于檢測果實(shí)成熟度的重要指標(biāo)［19］，電子鼻信號(hào)與這些理化指標(biāo)有一定的相關(guān)性.對(duì)番茄成熟度和貯藏天數(shù)的檢測結(jié)果表明，按色澤進(jìn)行成熟度區(qū)分，線性判別分析(LDA)可以較好地區(qū)分半熟期和成熟期的番茄，但是不能區(qū)分成熟期與完熟期的番茄，按堅(jiān)實(shí)度指標(biāo)重新評(píng)價(jià)后，PCA方法可以100%地區(qū)分不同成熟度的番茄［20］.Di－Natale 等［21］利用電子鼻可以容易區(qū)別出蘋果的種類及預(yù)測損傷的程度，對(duì)柑橘可以區(qū)分成熟度和預(yù)測出貯存的天數(shù).采用電子鼻系統(tǒng)中的LDA(線性判別法)比PCA(主成分分析法)更能準(zhǔn)確判別出不同采摘期的柑橘和3種成熟度雪青梨［22－23］.

果蔬的氣味是評(píng)價(jià)其品質(zhì)的重要手段，也是影響消費(fèi)者購買的主要因素之一.不同果蔬各自都具有不同的香味，這是由它們自身所含的芳香物質(zhì)所決定的.桃屬于呼吸躍變型果實(shí)，香氣物質(zhì)在桃果實(shí)采前和采后的后熟過程中的變化是重要的品質(zhì)特性之一.乙稀作為植物成熟激素，在誘導(dǎo)和促進(jìn)躍變型果實(shí)成熟和衰老等生理過程中起到非常重要的作用.香氣物質(zhì)作為果實(shí)成熟生理指標(biāo)之一，與乙烯密切相關(guān).研究發(fā)現(xiàn)，外源乙烯能增加躍變型甜瓜和蘋果特征香氣物質(zhì)的積累［24］;乙烯合成關(guān)鍵酶ACC合成酶的負(fù)調(diào)節(jié)作用，減少了紅熟番茄果實(shí)和甜瓜的乙烯釋放量，從而導(dǎo)致較低水平的香氣物質(zhì)積累［25］.桃的特征香味一般受醛類、醇類和內(nèi)酯類綜合影響，醛類和醇類一般在呼吸躍變前減少到最小，而內(nèi)酯類物質(zhì)積累開始于呼吸躍變并在乙烯到達(dá)高峰時(shí)達(dá)到最高.本試驗(yàn)表明，乙烯釋放速率在成熟期達(dá)到高峰，作為可以指示果實(shí)衰老的香氣物質(zhì)γ－癸內(nèi)酯在成熟期與完熟期2個(gè)階段含量無顯著性差異.通過電子鼻檢測揮發(fā)性組分，利用PCA和DFA分析均能判別黃肉桃果實(shí)的成熟度，但是結(jié)合硬度和乙烯釋放速率指標(biāo)，表明PCA分析比DFA分析更加有效和準(zhǔn)確，此方法可以作為人工鑒定的一種重要輔助手段應(yīng)用于黃肉桃科研和生產(chǎn)中.

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