蓝莓种质资源鉴定与新种质创新岗

魏鑫 郭丹 王宏光 刘成

 

  摘  要：为探索电子鼻技术对蓝莓低温贮藏期气味的无损检测方法，研究蓝莓低温冷藏期果实品质和气味变化规律。以‘北陆’蓝莓为试验试材，分析低温贮藏期果实品质、抗氧化物质、过氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）和挥发物质含量的变化规律，并探讨电子鼻应用于检测蓝莓挥发性物质的可能性。结果表明，贮藏期间，蓝莓果实失重率、腐烂率不断升高，果实硬度、有机酸（TA）、维生素C（Vc）不断降低，TSS含量呈现升高-下降-升高的变化趋势，总酚、类黄酮、花青素相对含量、POD活性、MDA含量先上升后下降，主成分分析（PCA）和线性判别分析（LDA）相结合可区分不同贮藏期的蓝莓挥发物质变化，Loadings分析发现，传感器W1S和W5S在检测中贡献率最大。可将电子鼻作为检测和评价蓝莓果实贮期气味品质的方法。

 

  关键词：蓝莓；低温贮藏；品质生理；电子鼻；香气物质

 

  蓝莓学名越橘，杜鹃花科（Ericaceae）越橘属（Vaccinium spp．）植物，果实为浆果，呈蓝色，近圆形，果肉细腻，酸甜适度。蓝莓果实中含有蛋白质、脂肪、碳水化合物及维生素、微量元素、花青素等多种生理活性成分，营养丰富，具有增强人体免疫力，延缓衰老，抗癌，保护视力等多种功效，被誉为“浆果之王”。蓝莓以其宜人的风味、丰富的营养受到越来越多人的喜爱，蓝莓产业发展迅速。‘北陆’作为较早引入我国商业化栽培的品种，因其果实成熟早、丰产、树体适应性强、便于管理等特性被广泛栽培，目前仍是辽宁省露地主要栽培品种之一。不过，露地蓝莓成熟季节多在6-8月，正值高温多雨，加之果实皮薄多汁，因此果实采后的呼吸作用加强，生理代谢加快，极易衰老、腐烂，采后蓝莓果实常温下仅可存放5～7d，严重影响蓝莓果实商品性，限制了蓝莓产业的发展。低温贮藏是蓝莓鲜果广泛应用的贮藏技术，也是果蔬保鲜中最方便、应用最普遍的方法。低温贮藏的原理是利用低温抑制微生物的生长繁殖及蓝莓的生理代谢活动，达到延缓组织衰老、保持果实品质、延长果实贮藏期的目的。

 

  果蔬的气味是其品质的重要方面，也是影响消费者购买的主要因素之一。目前，对于鲜食蓝莓的品质评价多集中在蓝莓果实中的花青素、维生素C、糖、酸、蛋白质等内含物方面，而蓝莓因富含芳香呈味物质而具有独特的气味，也是评价果实品质的重要指标。蓝莓果实的气味与其成熟度、贮藏时间及腐败程度有密切关联，因此气味可以作为判别果实生理状态的因子。电子鼻技术是一种新颖的集分析、识别和检测复杂嗅味和挥发性成分的人工嗅觉系统，具有检测速度快、操作简单、灵敏度高、重现性好等特点。与传统方法相比，电子鼻虽不能检测出挥发性物质的具体组分，但可以检测出果实整体的特征香气类型。利用电子鼻技术已对苹果、杏和桃贮藏期风味变化进行分析。但对于低温贮藏期间蓝莓果实风味变化的电子鼻分析尚不清楚。本研究以半高丛蓝莓品种‘北陆’为试材，分析果实在低温贮藏过程中的果实硬度、可溶性固形物、可滴定酸、Vc、总酚物质、类黄酮、花青素含量的变化，同时，采用电子鼻技术开展香气物质检测，分析不同贮藏时期香气物质含量的变化，为蓝莓的贮藏保鲜、深加工等提供理论依据。

 

  1  材料和方法

 

  1.1  试验材料

 

  供试蓝莓品种为‘北陆’，采自辽宁省果树科学研究所蓝莓试验园。

 

  1.2  试验处理

 

  于2017年6月29日选取‘北陆’蓝莓充分成熟果实5kg，果实采摘后分别装入塑料盒中（125g±5g/盒），于4℃下贮藏。贮藏期间每7d随机取果实测定果实品质和生理指标，贮藏期间每2或3d（6d）利用电子鼻测定果实芳香成分，所有指标重复测定3次。

 

  1.3  测定项目及方法

 

  1.3.1  失重率

 

 

  1.3.2  腐烂率

 

 

  以蓝莓表面有长霉、流水、凹陷、破裂等腐烂现象记为腐烂果。

 

  1.3.3  硬度

 

  采用53205型意大利数显果实硬度计测定，探头直径2mm，重复测定10个果实。

 

  1.3.4  可溶性固形物（Total Soluble Solid，TSS）和可滴定酸（Titritable acidity，TA）含量

 

  采用PAL-BX/ACID5糖酸度计，取果肉部分匀浆过滤测定。

 

  1.3.5  维生素C含量

 

  维生素C含量采用2，6-二氯靛酚法测定。

 

  1.3.6  总酚物质、类黄酮、花青素相对含量

 

  采用1%盐酸-甲醇比色法测定，以每克果蔬组织在波长280nm处吸光度值表示总酚相对含量，即OD280/g；在波长325nm处吸光度值表示类黄酮相对含量，即OD325/g；在波长530nm和600nm处吸光值之差表示花青苷相对含量（U），即U=（OD530-OD600）/g。

 

  1.3.7  过氧化物酶（peroxidase，POD）活性  

 

  称取果肉5.0g，以0.1mol/L、pH5.5乙酸-乙酸钠提取缓冲液研磨，采用愈创木酚比色法测定，以每分钟反应体系在470nm处吸光度变化增加0.01时所需的酶量为1个活性单位。

 

  1.3.8  丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量

 

  称取果肉2.0g，以100 g/L三氯乙酸溶液研磨，采用硫代巴比妥酸比色法测定，以nmol g−1 FW表示。

 

  1.3.9  电子鼻检测

 

  将3份蓝莓果约125±5g置于250mL的烧杯中，用保鲜膜封口，设3个平行，在25℃下放置10min，应用德国AIRSENSE公司PEN3型电子鼻获取果实挥发性气体响应值，每次检测后进行清零和标准化。电子鼻测定的参数：样品测定间隔时间1s；样品准备时间3s；样品测试时间20s；测量计数1秒清洗时间60s；自动调零时间10s；自动稀释0；内部流量400ml/min；进样流量400ml/min。PEN3型电子鼻包含S1（W1C，芳香苯类），S2（W5C，氮氧化合物），S3（W3C，氨类），S4（W6S，氢气），S5（W5S，烷烃），S6（W1S，甲烷），S7（W1W，硫化氢），S8（W2S，乙醇），S9（W2W，有机硫化物），S10（W3S，芳香烷烃）10个金属氧化物传感器，各传感器对不同香气物质有不同的响应值。

 

  1.4  数据处理

 

  试验数据采用Excel2007软件进行数据预处理并制作图表；电子鼻分析通过Winmuster软件对采集的数据进行分析，采用主成分分析（principal component analysis,PCA）、线性判别分析（linear discriminant analysis,LDA）和负荷加载分析（loadings, LA）对不同样品的响应信号值进行分析。应用SPSS20软件进行统计分析，采用Duncan's新复极差法进行差异显著性检验。

 

  2  结果与分析

 

  2.1  贮藏期间蓝莓果实外观品质的变化

 

  图1A可知，蓝莓果实贮藏期间果实失水萎蔫，失重率显著提高，至贮藏结束（56d）时，果实失重率达到21.96%。由图1B可见，贮藏14d开始出现腐烂果，随贮藏时期的延长，腐烂率显著提高，贮藏0～35d时，腐烂率提升相对缓慢，35d时腐烂率为2.51%，随后，腐烂率提升速率加快，至贮藏结束（56d）时，果实腐烂率达到11.02%。从图1C可知，贮藏期间果实硬度不断降低，贮藏0～21d，硬度由2.90kg/cm2下降到2.28kg/cm2，下降了21.38%，贮藏21～42d，硬度由2.28kg/cm2下降到2.15kg/cm2，下降了5.70%，贮藏42～56d，硬度由2.15kg/cm2下降到1.80kg/cm2，下降了16.28%，贮藏结束时（56d），果实硬度显著低于采收时（0d）。

 

 

  2.2  贮藏期间蓝莓果实营养成分的变化

 

  从图2A可以知，果实采收后TSS含量不断上升，贮藏21d后TSS含量开始下降，35d后再次升高，贮藏结束时果实TSS含量显著高于采收时，升幅为16.02%。由图2B可知，果实采收后TA含量显著下降，至贮藏期56d时TA含量由1.45%降至0.65%，降幅达55.17%。从图2C可知，果实采收后Vc含量显著下降，至贮藏期56d时Vc含量由7.37mg/100g降至2.26mg/100g，降幅达69.34%。

 

 

  2.3  贮藏期间蓝莓果实总酚、类黄酮、花青素相对含量的变化

 

  贮藏期间果实总酚、类黄酮、花青素相对含量均成单峰变化趋势。采收时，总酚相对含量为1.30U/g，贮藏42d时总酚相对含量升至最高，为1.73U/g，贮藏结束时，总酚相对含量为1.64U/g；采收时，黄酮相对含量为1.81U/g，28d升至最高，贮藏结束时，类黄酮相对含量为1.73U/g之间；采收时，花青素相对含量为3.41U/g，贮藏28d时升至最高，随后开始下降，至贮藏结束时，花青素相对含量为3.48U/g。

 

 

  2.4  贮藏期间蓝莓果实过氧化物酶活性与丙二醛含量的变化

 

  由图4A可知，贮藏期间果实POD在35d时出现活性高峰。采收时，POD活性为8.33△OD470/min·g，贮藏35d时POD活性升至最高，为12.53△OD470/min·g，增幅达50.42%，贮藏结束时，POD活性为9.47△OD470/min·g。由图4B可知，贮藏期间果实MDA含量在21d时出现高峰。采收时，MDA含量为4.97nmol g−1 FW，贮藏21d时MDA含量升至最高，为31.18nmol g−1 FW，增幅达527.36%，贮藏结束时，MDA含量为2.58nmol g−1 FW。

 

 

  2.5  贮藏期间蓝莓果实电子鼻无损伤分析

 

  2.5.1  样品在趋于平衡时刻的特征雷达图

 

  ‘北陆’蓝莓果实低温贮藏第0、6、12、18、24、28、30、32、36、39、41、46d利用电子鼻检测挥发性物质变化，10个传感器对低温贮藏期的蓝莓挥发性物质都有响应，检测的雷达图如图5所示。随贮藏期的延长，雷达图的外形和面积也在逐步发生变化，表明‘北陆’蓝莓挥发性物质的构成发生了的变化。低温贮期0-24d时，图形较为相似，变化不明显。低温贮藏28-36d，图形出现变化，与贮期0-24d相比，芳香苯类、氨类、氢气、烷烃、乙醇、有机硫化物以及芳香烷烃类物质含量降低，甲烷含量有所提高。贮藏39-46d时，图形又发生变化，与贮期28-36d相比，氨类、氢气、烷烃、有机硫化物以及芳香烷烃类物质含量降低，氮氧化合物含量有所提高。整个贮藏期间硫化氢含量变化不明显。

 

 

  2.5.2  贮藏期间蓝莓果实的PCA分析

 

  图6中每个圆形区域代表同一贮藏期‘北陆’蓝莓挥发性物质的数据采集点。PC1和PC2上包含了在PCA转换中得到的第一主成分和第二主成分的贡献率，分别为94.93%和3.01%，总贡献率为97.94%，表明两个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征。除贮藏期39d和46d区域间有部分重叠外其余贮藏期区域间无重叠，可以相互区分。‘北陆’蓝莓随不能完全区分开，但可以反应不同贮藏期挥发性物质含量及组成存在差异，可以间接反映‘北陆’蓝莓果实的成熟情况。

 

 

  2.5.3  贮藏期间蓝莓果实的LDA分析

 

  图7表明，线性判别式LD1和LD2的贡献率分别为51.90%和21.32%，两判别式的总贡献率为73.22%。从LDA分析中可以发现，除低温贮藏0、28、30、46d挥发性物质成分区域未发生重叠外，其他低温贮藏时期‘北陆’蓝莓果实的挥发性物质均有不同程度重叠，挥发物质变化规律较为复杂，尤其在贮藏期6d和24d、12d和18d、32d和36d、39d和41d的LD1轴和LD2轴数值变化相对较小，说明挥发物质变化较小。

 

 

  2.5.4  贮藏期间蓝莓果实的Loadings分析

 

  Loadings分析是对传感器贡献率进行分析（图8），距离原点(0，0)越远，传感器负载参数越大，则该传感器在模式识别中发挥的作用越大。若传感器负载参数值接近零，则可以忽略不计。图8表明，传感器W1S（甲烷）和W5S（烷烃）在当前条件下起的作用最大，对区分低温贮藏期间的‘北陆’蓝莓挥发物质的贡献率最大。W1W（硫化氢）、W2W（有机硫化物）、W2S（乙醇）、W1C（芳香苯类）和W3S（芳香烷烃）的作用次之，而传感器W3C（氨类）、W5C（氮氧化合物）和W6S（氢气）响应值在坐标原点(0，0)附近，其贡献率最小，作用也是最小。

 

 

  3  讨论与结论

 

  果品在贮藏过程中会发生包括硬度下降、质地变软、糖含量升高、可滴定酸下降、叶绿素降解等一系列的结构、生理生化变化以及膜脂过氧化作用，这些变化是果实成熟衰老的重要特征，果实中的营养物质被逐渐消耗，细胞透性变大，品质下降，果品逐步腐烂变质。而蓝莓贮藏后商品性的丧失主要表现为果实腐烂、皱缩、失水萎蔫。因此，本研究以果实失重率、腐烂率、硬度、TSS、TA、Vc作为蓝莓贮藏性评价指标，贮藏期间，蓝莓果实失重率、腐烂率不断升高，果实硬度不断降低，TA、Vc不断分解消耗，TSS含量呈现升高降低再升高的趋势，其原因可能是果实内淀粉转化为糖导致贮藏前期TSS上升，之后呼吸消耗TSS下降，后期果实失水严重，果实TSS含量再度升高。本试验与陈杭君等对‘灿烂’蓝莓品质衡量结果相似。文中蓝莓果实采后总酚、类黄酮、花青素相对含量先上升后下降，这与曹森等、于军香等的研究结果一致。POD于抗氧化酶类，可以有效地消除活性氧自由基，防止膜脂的过氧化作用,延缓植物的衰老，维持植物正常的生命活动。MDA是植物组织衰老时膜脂过氧化的中间产物，可使蛋白质氨基酸发生结构变化，产生氧化自由基，从而损伤细胞膜的结构，其含量可作为衡量植物衰老程度的一种重要指标。本研究中，随着果实成熟衰老，MDA含量升高，MDA含量升高后POD出现活性高峰，蓝莓果实贮藏期间成熟衰老诱导了POD活性的升高，MDA的大量积累反过来抑制了POD的活性，消弱果实抗氧化能力，使细胞膜受损加重，试验结果与李明霞等试验发现‘芭尔德温’蓝莓果实贮藏过程中POD的变化趋势相同，但与MDA含量的变化趋势有所不同。

 

  电子鼻是一种智能感官仪器，通过模拟人类嗅觉系统，利用气体传感器阵列的响应曲线来识别样品气味并对样品整体气味进行判别。果实的挥发性物质是评价其品质的重要指标，随着成熟度的改变、贮藏/货架过程中呼吸强度的变化其挥发性特性也会发生改变，这种改变可以很好地反映出果实内部品质的变化，利用电子鼻检测其挥发物质进而可以鉴别果实的香气差异。郑秀艳等利用电子鼻技术区分不同辐照处理的蓝莓果实在贮藏过程中的挥发性气味变化，提出电子鼻技术可作为蓝莓果实新鲜度的快速检测方法。本研究中，利用电子鼻技术分析低温贮期‘北陆’蓝莓挥发物质变化，通过雷达图可以发现，贮藏第28d、39d时的雷达图与之前相比变化最大，此阶段也是果实TSS、总酚、类黄酮和花青素含量以及POD活性发生明显变化的时期。主成分分析和线性判别分析结果可互相补充，完全区分不同贮藏时期‘北陆’蓝莓果实的挥发性物质，区分效果较好。通过负荷加载分析发现W1S（甲烷）、W5S（烷烃）、W1W（硫化氢）、W2W（有机硫化物）、W2S（乙醇）、W1C（芳香苯类）和W3S（芳香烷烃）7根传感器的贡献率较大，对区分低温贮藏期间的‘北陆’蓝莓挥发物质的作用效果较大，与郑秀艳等的研究结果相一致。因此，可将电子鼻作为检测和评价蓝莓果实贮期风味品质的方法，同时应结合营养品质、外观品质测定对蓝莓贮期品质变化进行系统评价和分析。