我国是世界果蔬生产大国,但是每年由于采摘、分级、包装、贮藏、运输等环节的技术因素,造成了大量损耗。其中运输过程中的机械损伤是不良消耗的主要原因之一,我国果蔬在运输过程中产生的损失达 25%~45%,国外发达国家果蔬的采后损伤也达到 15%~20%。因此,探究运输振动对果蔬的影响就变得尤为重要。消费者购买果蔬一般会从口感、色泽、风味、营养成分等多方面进行果蔬品质的评价,果蔬产生机械损伤后气味变化较大。因此,通过气味品质检测可探究出运输振动对果蔬的影响。
茉莉酸甲酯(MeJA)是植物中天然存在的生长调节因子,在调节植物胁迫反应和发育过程方面发挥着重要的作用。MeJA可以修复果蔬外来的机械损伤,防止病原菌侵染,还可促进果蔬营养成分的有效积累,提高果实的营养 价 值,延 长 其 贮 藏 期。但MeJA 在振动蔬 菜 上 鲜 有 研 究,因 此 该 研 究 利 用电子检测技术分析尖椒、青圆椒、西兰花3种蔬菜在运输振动后气味品质的变化,探究茉莉酸甲酯处理对振动后果蔬气味品质的影响。材料与方法
样品处理
尖椒、青圆椒、西兰花均以同种方法进行处理。以尖椒为例:将挑选好的尖椒平均装 入5个纸箱中,分别做如下处理(表1) 振动处理的尖椒要求:在0.5g的振动加速度、4Hz的振动频率下常温振动2h。清 水 浸 泡 处 理 的 尖 椒 要 求:清 水 浸 泡10min,室 温 晾 干。MeJA 处 理 的 尖 椒 要 求:5μmol·L-1的 MeJA 浸泡10min,室温晾干。将处理好的尖椒晾干后,装入 PE(厚度为0.03mm)保鲜袋中,折 扣 包 装。将 A、B2组 尖 椒 于(20± 1)℃的冷库中贮 藏,每2d对 不 同 处 理 组 尖 椒 进行电子鼻测定。青圆椒和西兰花的对照组和处理组的处理方式与尖椒相同。青圆椒每2d取样测定,共测定10d。西兰花每1d取样测定,共测定4d。(以下均简称为 A 组和 B组)。
结果与分析
尖椒振动电子鼻分析
尖椒运输振动主成分分析
如 图1所示,PCA是一种掌握事物主要矛盾的统计分析方法。该方法通过将所提取的传感器多指标的信息进行数据转换和降维,并对降维后的特征向量进行线性分类,最后在PCA 分析的散点图上显示试验主要的两维散点图。图1为运输振动和未振动尖椒的 PCA 分析图(A 组),处理组和对照组的尖椒主成分1的贡献率为84.77%,主成分2的贡献率为15.08%,总贡献率为99.85%。表明2个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征,电子鼻能够对样品和贮藏时 间 加 以 区 分。尖 椒 振 动 组 和 未 振 动 组 前6d的挥发性物质成分区域较为接近,说明振动组和未振动组贮藏前6d尖椒果实挥发性物质变化不大,而贮藏8d时挥发性物质成分区域与前6d距离较远,10d果实的挥发性物质成分区域与8d距离较 远,说 明 尖 椒 果 实 挥 发 性 物 质 在 贮 藏8d 和10d均有明显变化,可以作为尖椒新鲜度降低的拐点。用 PCA 分析可以明显对振动组和未振动组尖椒不同贮藏时间进行区分。 尖椒运输振动雷达图分析
雷达图是利用电子鼻的不同传感器所检测到的不同类型 挥 发 物 质 的 特 征 图。从 图2可以看出,随着贮藏时间的延长,雷达图的外形均不相同,2号和7号传感器的响应值最大,说明尖椒挥发性成分主要含有氮氧化合物和有机硫化物。如图2(A)为尖椒振动组和对照组在0~6d的雷达图(A 组),前6d振动和不振动的尖椒气味与初值相比,有所增加,说明振动并未减弱尖椒前6d气味,甚至随着贮藏时间的增加,尖椒的香气更加浓郁。前4d不振动组2号和7号的传感器响应值要高于振动组,说明前4d不振动尖椒香气要明显于振动尖椒,可能是振动组的果蔬发生了生物形 变,生物出现了细胞的破坏,比未振动组散发出较少的香气物质。图2(B)为尖椒0d和8~10d的雷达图,8~10d尖椒2号和7号传感器总体小于初值,说明贮藏8d后,尖椒散发的香气物质要低于0d,8d后尖椒的商品价值明显降低,风味品质下降。 茉莉酸甲酯对尖椒运输振动影响主成分分析 图3为茉莉酸甲酯处理振动尖椒的 PCA 分析图,处理组和对照组的尖椒主成分1的贡献率为90.64%,主成分2的贡献率为9.28%,总贡献率为99.92%。表明2个主成分基本代表了样品的主要信息特征,电子鼻能够对3种处理不同贮藏时间加以区分。如图3所示,前4d,经过 MeJA 处理后的振动尖椒 和振动清水 CK 与不振动清水 CK 对比(B 组),物质成分区域要更接近于初值。说明,经过 MeJA 处理后的振动尖椒新鲜度要好于 未 经 MeJA 处 理的 尖 椒。6d后,经 过MeJA 处理后的尖椒物质成分区域与振动清水相比,要更接近于初值,说明用 MeJA 处理后的尖椒可降低气味成分的减弱,利于尖椒气 味 的 保 持。
综上,利用PCA 分析方法可区分 MeJA 处理后的尖椒挥发性物质,但还有8d后区分不够明显,需要借助雷达图进行细致分析。
茉莉酸甲酯对尖椒运输振动影响雷达图分析 由图4可知,8d和10d的 处理组和对照组(B组)的物质成分区域较为接 近,不利于有效区分,所以用雷达图进行不同处理组的区分。不同处理组的雷达图的外形均不相同,2号和7号传感器的响应值均为最大,说明不同处理组的尖椒挥发性成分主要均含有氮氧化合物和有机硫化物。初值的2号和7号响应值均高于贮藏8d和10d处理组,说明,随着贮藏时间的延长,尖椒的气味减弱,散发出比初值较弱的香气,此时尖椒的新鲜度下降,商品价值降低。不同处理组的7号传感器响应值变化最为明显,说明不同处理方式可能使尖椒有机硫化物的改变最明显。
青圆椒振动电子鼻分析
青圆椒运输振动主成分分析
如图5所 示,为运输振动 CK 和不振动 CK青圆椒的 PCA 分析图(A 组),2组的尖椒主成分1的贡献率 为 97.05%,主成分 2 的贡献率为2.85%,总贡献率 为99.90%。表明2个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征,电子鼻能够对样品和贮藏时间加以区分。从 图5可以看出,青圆椒的振动 CK 和不振动 CK10d内的挥发性物质成分区域较为接近,且不同贮藏时间内挥发性物质成分区域有重叠,说明振动组和不振动组贮藏10d内的青圆椒果实挥发性物质变化不大,在贮藏期内,运输振动和不振动对青圆椒的气味影响不大,均可保持青圆椒的香气。 青圆椒运输振动雷达图分析
由图6青圆椒的振动PCA 所示,青圆椒振动CK 组和不振 动 CK 组(A 组)在贮藏时间内,气味变化并不明显,以青圆椒贮藏2d和10d为例,做青圆椒的 振动雷达图,如图6(A)和(B)所示。振动 CK 组和不振动 CK 组的雷达图的外形相近,接近于初值,2号和7号传感器的响应值均为最大。运输振动后贮藏10d内对青圆椒的气味影响并不大,不会影响青圆椒的商品价值。 茉莉酸甲酯对青圆椒运输振动影响主成分分析
如图7所示,为运输振动清水 CK 和不振动清水 CK 青圆椒的 PCA 分析图(B组),其中尖椒主成分1的贡献率为91.42%,主成分2的贡献率为5.56%,总贡献率为96.98%。表明2个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征,电子鼻能够对样品和贮藏时间加以区分。从图7可以看出,青圆椒振动清水 CK 组、不振动清水 CK 组和振动 MeJA 组在相同贮藏天数下,挥发性物质成分区域并未重合,可以很明显的看出,振动 MeJA 组的挥发性物质成分区域比振动清水 CK 组和不振动清水 CK 组更接近初值。试验表明,用MeJA 处理可以有效抑制青圆椒气味的改变,延长青圆椒的货架期,保持其新鲜度。 茉莉酸甲酯对青圆椒运输振动影响雷达图分析
由图8青圆椒的振动雷达图可知,青圆椒在相同贮藏天数后,青圆椒振动清水 CK 组、不振动清水 CK 组和振动 MeJA 组(B组)呈现相同的变化,所以雷达图以2d和10d为例。如图8(A)和(B)所示,为青圆椒振动清水 CK 组、不振动清水CK 组和振动 MeJA 组在贮藏2d和10d的雷达图。2号和7号传感器的响应值均为最大,振动MeJA 组的青圆椒气味的改变最小,其气味接 近初值。因此,用 MeJA 处理振动后的青圆椒可以有效延长其货架期,防止青圆椒的腐败。 西兰花振动电子鼻分析
西兰花运输振动主成分分析
如图9所示,振动 CK 组和不振动 CK 组(A组)的西兰花主成分1的贡献率为94.76%,主成分2 的贡献率为 5.04%,总贡献率为 99.80%。表明2个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征,电子鼻能够对样品和贮藏时间加以区分。前3d,振动 CK 组和不振动 CK 组的挥发性物质成分区域接近初值,4d均远离初值,西兰花的挥发性物质在4d发 生 改 变,此时西兰花的新鲜度降低,失去商品价值。在相同贮藏时间下,不振动CK 组比振动 CK 组挥发性物质成分区域更接近初值,说明在相同贮藏天数下,西兰花经过振动后,气味更容易发生改变。运输过程中更容易使西兰花发生损伤,如擦伤、淤伤和擦伤带有淤伤,这些擦伤会减少西兰花贮藏时间,使西兰花更易腐败。 西兰花运输振动雷达图分析
图10(A)为西兰花前3d的雷达图(B 组),前3d西兰花的气味变化并不明显,均接近初值,说明此时的西兰花新鲜,具有商品价值。4d西兰花的气味与 初 值 相 比 明 显 改 变,2号 和7号 传感器的响应值变化明显,此时西兰花腐烂变质,出现其它气味,失去商品价值。不振动 CK 组的气味明显好于振动 CK 组,说明振动影响西兰花组织表皮细胞的渗透和细胞壁的降解,并影响运输后西兰花的硬度和外部变化,降低商品价值。 茉莉酸甲酯对西兰花运输振动影响主成分分析
如图11所示,清水CK 组和振动 MeJA 组(B组)的西兰花主成分1的贡献率为82.36%,主成分2的贡献率为17.44%,总贡献率 为99.80%。表明2个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征,电子鼻能够对样品和贮藏时间加以区分。如图11所示,2d后振动清水 CK 组、不振动清水CK 组和振动 MeJA 组的挥发性物质成分区域远离初值,说明经过清水浸泡的西兰花,比未经过清水浸泡的西兰花更容易腐败,贮藏2d气味就改变较为明显。在相同贮藏时间下,经过 MeJA 处理的西兰花挥发性物质成分区域距离初值较为接近,说明,运输振动后的西兰花,经过 MeJA 浸泡可以有效减弱西兰花气味的改变,提高商品价值和贮藏品质。贮 藏4d后,西兰花气味改变较为明显,此时西兰花完全失去商品价值。 茉莉酸甲酯对西兰花运输振动影响雷达图分析
如图12所示,2号和7号传感器的响应值变化明显。图12(A)所示,贮藏1d时,不振动清水CK 组、振动清水 CK 组和振动 MeJA 组(B组)的西兰花气味变化均不大,说明贮藏1d西兰花新鲜,具有较高的商品价值。MeJA 处理过的西兰花与振动清水CK和不振动清水CK相比更接近初值,说明,用 MeJA处理振动后的西兰花可以有效降低西兰花的损伤,提高其商品价值。图12(B)所 示,2d后,西兰花的气味改变明显,经过 MeJA 处理后的西兰花气味变化较小,因此用 MeJA 处理可以有效抑制振动后的西兰花气味变化,延长货架期。 结论与讨论
对振动组和 MeJA 处理组的尖椒、青 圆 椒 和西兰花进行检测,分析运输振动对蔬菜变化与电子鼻无损检测间的关系,利用对传感器响应值进行PCA 方法的分析,实现了蔬菜运输振动后的新鲜度鉴别。当采用 PCA 方 法分 析 时,电 子 鼻 可以区分处理组与对照组的蔬菜,并且可以区分不同贮藏时间的尖椒和西兰花。采用雷达图分析方法可得出,传感器 W5S、W1W 在检测中作用最大,对区分蔬菜是否新鲜,是否有商品价值贡献最大。不振动组的尖椒和西兰花的气味改变较小,青圆椒的不振动组和振动组的气味变化不大,所以减小运输过程中果蔬的振动可以有效提高果蔬的商品价值。MeJA 可通过激活植物的防御反应和修复外来机械损伤来调控果蔬的品质,用MeJA 处理振动 后 的 尖 椒、青圆椒和西兰花可以有效抑制尖椒、青圆椒和西兰花气味的改变。
为了提供更可靠的依据,可以把电子鼻检测与气相色谱-质谱方法结合起来,分析出振动后果蔬的各自特征呈味物质及其所占的比例,分析对照组和经过 MeJA 处理后蔬菜间的差别,为降低振动对果蔬损伤提供理论依据。以后可以从传感器的优化以及神经网络、遗传算法等相结合的模式识别方法,模拟人的思维过程,获得更为精确的模型。
来源:感官科学与评定 转载请注明来源。
参考文献:刘瑶,徐冬颖,刘婧,左进华,高丽朴,王清.基于电子鼻的运输振动蔬菜气味品质检测[J].北方园艺,2019,{4}(18):100-109.转载请注明来源。
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