吳彩娥，范龔健，李婷婷，陳 榕，吳海霞

(南京林業(yè)大學森林資源與環(huán)境學院，江蘇 南京 210037)

電子鼻技術對不同貯藏條件銀杏果揮發(fā)性組分的比較

吳彩娥，范龔健，李婷婷，陳 榕，吳海霞

(南京林業(yè)大學森林資源與環(huán)境學院，江蘇 南京 210037)

為了分析不同的貯藏條件銀杏果中揮發(fā)性組分的性質，采用電子鼻對不同材料包裝和不同保鮮劑處理后的銀杏果揮發(fā)性氣味進行檢測，并對所得數(shù)據(jù)進行分析。采用不同材料包裝的銀杏果，傳感器主成分1和主成分2的累積方差貢獻率為99.44%，鑒別指數(shù)達到94；采用不同保鮮劑處理的銀杏果，傳感器主成分1和主成分2的累積方差貢獻率為99.48%，鑒別指數(shù)達到86。結果表明：采用不同包裝材料和不同保鮮劑處理的銀杏果在貯藏一段時間后氣味均有較大差異，運用電子鼻能夠很好地將其區(qū)分。電子鼻對經(jīng)過不同材料包裝貯藏和不同保鮮劑處理貯藏的銀杏果揮發(fā)性氣味反應靈敏，可以用于銀杏果氣味分析。

銀杏果；保鮮劑；包裝材料；電子鼻；主成分分析

銀杏(Ginkgo bilobaL.)為銀杏科(Ginkgoaceae)銀杏屬(Ginkgo)多年生落葉喬木。銀杏果采后在長期的貯藏過程中發(fā)霉腐爛、失水硬化現(xiàn)象比較嚴重，因此常采用一定的貯藏保鮮技術以延長貯藏期、提高貯藏品質。通常銀杏果的貯藏效果均是通過其生理生化及貯藏品質的變化情況進行評價，而從氣味的角度進行分析研究的相對較少。果蔬的氣味與其品質密切相關，銀杏果具有獨特的香味，通常所用的氣相色譜檢測法樣品前處理復雜，檢測周期長、成本高，存在一定局限。電子鼻是一種新穎的檢測、識別和分析復雜嗅味和揮發(fā)性成分的人工嗅覺裝置[1]，可以根據(jù)各種不同的氣味檢測到不同的信號，并進行判斷識別，將其聚類在多維空間，實現(xiàn)感官評價難以達到的量化[2]，其操作靈敏、快捷。目前電子鼻技術已在醫(yī)藥業(yè)、酒業(yè)、乳業(yè)、香精香料及貨架壽命評價[3-6]等方面得到了廣泛的應用。許亞丹等[7]采用電子鼻技術進行了摻假牛奶的檢測，者為等[8]利用電子鼻技術檢測了煙用香精香料的成分，韓邦興等[9]基于電子鼻技術分析了開花對前胡氣味所產生的影響，佟懿等[10]則采用電子鼻技術建立了帶魚貨架期的預測模型；張曉華等[11-12]應用電子鼻技術對蘋果的貯藏期進行了研究，結果表明果實的香氣成分按照貯藏時間得到了很好地區(qū)分，反應了采后果實質量的變化過程，準確地預測了蘋果的貨架期。但目前有關電子鼻技術在銀杏果采后貯藏中的應用未見報道。本實驗利用電子鼻技術比較研究不同包裝材料和不同保鮮試劑處理并貯藏后的銀杏果所產生揮發(fā)性氣體成分的差異，為銀杏果貯藏方式及貯藏條件的選擇提供理論依據(jù)，為電子鼻在果蔬貯藏中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試樣品為銀杏主栽品種‘大佛指’。2009年10月6日采自于江蘇省泰興縣。采收的銀杏果于室溫下攤晾4d，除去空、癟果及蟲果等，采用不同保鮮材料及不同保鮮劑處理，置于4℃條件下貯藏，貯藏140d時進行測定。

不同保鮮材料包裝處理：銀杏果分別采用厚度為0.01mm聚乙烯(polyethylene，PE)塑料袋、0.03mm聚乙烯塑料袋、0.01mm聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)塑料袋、0.03mm聚氯乙烯塑料袋包裝。保鮮袋由國家農產品保鮮工程中心提供。

不同保鮮劑貯前處理：銀杏果在貯藏前分別用二氯異氰尿酸鈉熏蒸處理、G型二氧化氯片處理、葡萄保鮮片(緩釋SO2)處理、噻苯咪唑懸浮劑浸泡處理，并以0.03mm聚乙烯塑料袋進行包裝，置于4℃條件下進行貯藏，以不作處理為對照。保鮮劑由山東營養(yǎng)源食品科技有限公司提供。

1.2 儀器與設備

本實驗基于法國Alpha MOS公司生產的Alpha MOS FOX 4000電子鼻(含有18個金屬氧化物傳感器組成的陣列，如圖1所示)。進樣采用HS100自動進樣器，數(shù)據(jù)收集后，使用SOFT V12.3軟件進行分析。

圖1 FOX 4000電子鼻工作原理示意圖Fig.1 Working mode of FOX4000 electronic nose

1.3 方法

樣品制備：取8顆銀杏果[質量為(20.5±0.5g)]于150mL燒杯中，用保鮮膜將杯口蓋緊，在室溫下平衡1h，積累一定的揮發(fā)性物質，然后采用自動進樣方式頂空采樣20mL進行分析。不同處理的樣品分別進行5次重復測定。

分析條件：合成干燥空氣為載氣，流速150mL/min，注射體積20mL，數(shù)據(jù)獲取時間120s，延滯時間180s。

2 結果與分析

2.1 樣品傳感器信號分析

圖2 銀杏果的電子鼻檢測響應信號圖Fig.2 Response signal of electronic nose

圖2例舉了0.01mm和0.03mm的PVC和PE包裝銀杏果的電子鼻原始數(shù)據(jù)。圖中每一個傳感器記錄其每一秒的變化數(shù)據(jù)，每條曲線代表一個傳感器在120s內的響應值變化，共有18條曲線，代表18個傳感器的原始數(shù)據(jù)，響應強度的高低反映了傳感器對所測氣體成分的靈敏度。過低的響應表明傳感器對樣品的敏感度不足，無法檢測，過高的響應表明傳感器對樣品的響應很強，易導致傳感器的疲勞和損壞。從圖2可以看出，電子鼻的18個傳感器對不同包裝材料處理銀杏果的響應程度有很大的區(qū)別。傳感器對0.01mm PVC包裝和0.03mm PE包裝的銀杏果揮發(fā)性氣體成分比較敏感，響應強度值較大，其峰值分別為0.25～0.9、0.2～0.8；而對0.03mm的PVC包裝和0.01mm的PE包裝的銀杏果揮發(fā)性氣體成分響應強度值較小。根據(jù)每根傳感器的最大響應強度值，可以進行相關的數(shù)據(jù)理分析處[13]。

2.2 樣品傳感器信號的雷達圖和柱狀圖分析

為了能更好的分析不同包裝材料貯藏的銀杏果氣味的區(qū)別，進行了樣品的雷達圖和柱狀圖分析。雷達圖，又叫指紋圖，它是把18個傳感器按照間隔20°均勻排列在圓周上，將每個傳感器的最大響應值取出并標識[14]；柱狀圖，又叫直方圖，即把每個傳感器的最大響應值以柱狀圖的形式表現(xiàn)出來，柱狀直方圖可直觀的顯示不同傳感器對于氣味的響應情況[15]。

圖3 不同處理銀杏果的雷達指紋圖譜(a)和柱狀圖譜(b)Fig.3 Rader and bar code graphs of ginkgo fruits with different packaging and preservation treatments

如圖3A所示，不同傳感器的反應信號強度有很大區(qū)別，顯示出銀杏果分析樣品在氣味上有明顯的不同，使用不同包裝材料進行貯藏的銀杏果可被有效區(qū)分。由圖3B可知，不同傳感器對于不同處理的銀杏果，響應存在明顯差異，說明采用不同的保鮮劑處理后貯藏的銀杏果，其氣味存在較大差異，可以通過電子鼻技術進行檢測。為了更直觀地區(qū)別不同處理的銀杏果，采用統(tǒng)計方法進行數(shù)據(jù)分析。

2.3 樣品信號統(tǒng)計學分析

主成分分析(principle component analysis，PCA)是一種多元統(tǒng)計方法，PCA分析在對樣品特性一無所知的前提下，將傳感器所提取的多指標信息進行數(shù)據(jù)轉換和降維，用較少的主成分來代替原來的多維向量，從一定視角來尋找樣品間的差異的一種算法，最后在PCA分析的散點圖上顯示主要的兩維散點圖[16]。在PCA轉換中，通過線性組合得到的新的綜合指標，這些新的指標被稱為主成分。主成分中方差貢獻了最大的視為第1主成分，貢獻率次之視為第2主成分。貢獻率越大，說明主要成分可以較好地反映原來多指標的信息，當方差貢獻率累積達到85%以上就認為所選的幾個主成分能夠反映原來指標的信息。PCA分析已經(jīng)成為多數(shù)傳感型電子鼻常用的化學計量學數(shù)據(jù)處理方法[17]。

圖4 不同包裝材料銀杏果的PCA圖Fig.4 PCA plot for ginkgo fruits packaged with different materials

如圖4所示，不同包裝材料貯藏的銀杏果分別聚集在PCA圖的不同的區(qū)域，而相同包裝材料貯藏的各個樣品點較為集中的聚集在一處。主成分1(PC1)的累積貢獻率達到了98.26%，主成分2(PC2)的累積貢獻率達到了1.18%，傳感器主成分1(PC1)和主成分2(PC2)的累積方差貢獻率為99.44%，大于85%，說明此PCA圖能很好地反映樣品的實際變化情況。鑒別指數(shù)(discrimination index，DI)代表不同包裝材料的銀杏果間的區(qū)別能力，DI最大值為100，DI在80～100之間就表明區(qū)分有效，其值越大，區(qū)分越好。圖中DI值為94，表明4種包裝材料處理的銀杏果經(jīng)過一段時間貯藏后，其氣味有較大的區(qū)別，利用電子鼻技術可以對其進行有效檢測。

圖5 不同保鮮劑處理銀杏果的PCA圖Fig.5 PCA plot for ginkgo fruits treated with different preservatives

如圖5所示，傳感器主成分1(PC1)反映了原始變量98.90%的信息，主成分2(PC2)反映了原始變量0.57%的信息，兩主成分的累積方差貢獻率為99.48%，大于85%，說明采用PCA分析能很好地反映樣品的實際情況。鑒別指數(shù)為86，在80～100范圍內，表明運用電子鼻技術可將不同保鮮劑處理并貯藏一段時間的銀杏果進行有效區(qū)分。

3 結 論

本實驗利用電子鼻技術，對不同包裝材料以及不同保鮮劑處理并貯藏的銀杏果樣品的揮發(fā)性組分進行檢測，對所得數(shù)據(jù)進行PCA分析。結果表明，不同材料包裝的銀杏果經(jīng)過140d的貯藏后，電子鼻可以對其進行有效區(qū)分，表明不同方式處理后的銀杏果氣味存在明顯差異，不同包裝材料對銀杏果的采后貯藏品質有較大影響；而貯前采用不同保鮮劑處理的銀杏果經(jīng)過一段時間貯藏后，其氣味也存在一定差異，說明電子鼻可以快速、方便地預測出不同保鮮劑處理對采后銀杏果使用效果間的差異。采用包裝材料或保鮮劑對銀杏果進行處理，均可在一定程度上延長銀杏果保藏期，延緩其品質劣變，并對揮發(fā)性氣體成分產生影響，通過電子鼻技術可以對其氣味進行檢測、分析。電子鼻技術作為一種無損檢測的新技術，如在實際應用中將其與感官評定及其他生理生化指標的測定相結合，將能為銀杏果采后貯藏方式的選擇及質量評價提供一種快速便捷的新方法，為果蔬保鮮條件的檢測提供新途徑。

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Comparison of Volatile Components in Ginkgo Fruits Stored in Different Conditions by Electronic Nose

WU Cai-e，F(xiàn)AN Gong-jian，LI Ting-ting，CHEN Rong，WU Hai-xia
(College of Forest Resources and Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

In order to analyze the properties of volatile components in ginkgo fruits stored in different conditions, an electronic nose FOX4000 was used to detect the volatile odors of ginkgo fruits treated with different preservatives and packaged with different materials after 140 days of storage at 4 ℃. The results indicated that the cumulative contribution rates of the fist and second principal components and discrimination index for ginkgo fruits with different material packaging treatments were 99.44% and 94, respectively, while those for ginkgo fruits with different preservative treatments were 99.48% and 86, respectively.Electronic nose allowed sensitive distinguishing among the significantly different volatile odors of ginkgo fruits due to the different preservation and packaging treatments.

ginkgo seeds；preservative；packaging material；electronic nose；principle component analysis (PCA)

S664.3；S609.3

A

1002-6630(2012)16-0167-04

2012-03-07

江蘇省科技支撐(農業(yè))項目(BE2011381)；國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201004015)；江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程項目(PAPD)；江蘇高等學校創(chuàng)新團隊科研計劃項目(蘇教科[2009]10號)

吳彩娥(1962—)，女，教授，博士，研究方向為食品工程技術及植物活性成分分析。E-mail：sxwucaie@163.com