吴彩娥，范龚健，李婷婷，陈 榕，吴海霞

(南京林业大学森林资源与环境学院，江苏 南京 210037)

电子鼻技术对不同贮藏条件银杏果挥发性组分的比较

吴彩娥，范龚健，李婷婷，陈 榕，吴海霞

(南京林业大学森林资源与环境学院，江苏 南京 210037)

为了分析不同的贮藏条件银杏果中挥发性组分的性质，采用电子鼻对不同材料包装和不同保鲜剂处理后的银杏果挥发性气味进行检测，并对所得数据进行分析。采用不同材料包装的银杏果，传感器主成分1和主成分2的累积方差贡献率为99.44%，鉴别指数达到94；采用不同保鲜剂处理的银杏果，传感器主成分1和主成分2的累积方差贡献率为99.48%，鉴别指数达到86。结果表明：采用不同包装材料和不同保鲜剂处理的银杏果在贮藏一段时间后气味均有较大差异，运用电子鼻能够很好地将其区分。电子鼻对经过不同材料包装贮藏和不同保鲜剂处理贮藏的银杏果挥发性气味反应灵敏，可以用于银杏果气味分析。

银杏果；保鲜剂；包装材料；电子鼻；主成分分析

银杏(Ginkgo bilobaL.)为银杏科(Ginkgoaceae)银杏属(Ginkgo)多年生落叶乔木。银杏果采后在长期的贮藏过程中发霉腐烂、失水硬化现象比较严重，因此常采用一定的贮藏保鲜技术以延长贮藏期、提高贮藏品质。通常银杏果的贮藏效果均是通过其生理生化及贮藏品质的变化情况进行评价，而从气味的角度进行分析研究的相对较少。果蔬的气味与其品质密切相关，银杏果具有独特的香味，通常所用的气相色谱检测法样品前处理复杂，检测周期长、成本高，存在一定局限。电子鼻是一种新颖的检测、识别和分析复杂嗅味和挥发性成分的人工嗅觉装置[1]，可以根据各种不同的气味检测到不同的信号，并进行判断识别，将其聚类在多维空间，实现感官评价难以达到的量化[2]，其操作灵敏、快捷。目前电子鼻技术已在医药业、酒业、乳业、香精香料及货架寿命评价[3-6]等方面得到了广泛的应用。许亚丹等[7]采用电子鼻技术进行了掺假牛奶的检测，者为等[8]利用电子鼻技术检测了烟用香精香料的成分，韩邦兴等[9]基于电子鼻技术分析了开花对前胡气味所产生的影响，佟懿等[10]则采用电子鼻技术建立了带鱼货架期的预测模型；张晓华等[11-12]应用电子鼻技术对苹果的贮藏期进行了研究，结果表明果实的香气成分按照贮藏时间得到了很好地区分，反应了采后果实质量的变化过程，准确地预测了苹果的货架期。但目前有关电子鼻技术在银杏果采后贮藏中的应用未见报道。本实验利用电子鼻技术比较研究不同包装材料和不同保鲜试剂处理并贮藏后的银杏果所产生挥发性气体成分的差异，为银杏果贮藏方式及贮藏条件的选择提供理论依据，为电子鼻在果蔬贮藏中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试样品为银杏主栽品种‘大佛指’。2009年10月6日采自于江苏省泰兴县。采收的银杏果于室温下摊晾4d，除去空、瘪果及虫果等，采用不同保鲜材料及不同保鲜剂处理，置于4℃条件下贮藏，贮藏140d时进行测定。

不同保鲜材料包装处理：银杏果分别采用厚度为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聚氯乙烯塑料袋包装。保鲜袋由国家农产品保鲜工程中心提供。

不同保鲜剂贮前处理：银杏果在贮藏前分别用二氯异氰尿酸钠熏蒸处理、G型二氧化氯片处理、葡萄保鲜片(缓释SO2)处理、噻苯咪唑悬浮剂浸泡处理，并以0.03mm聚乙烯塑料袋进行包装，置于4℃条件下进行贮藏，以不作处理为对照。保鲜剂由山东营养源食品科技有限公司提供。

1.2 仪器与设备

本实验基于法国Alpha MOS公司生产的Alpha MOS FOX 4000电子鼻(含有18个金属氧化物传感器组成的阵列，如图1所示)。进样采用HS100自动进样器，数据收集后，使用SOFT V12.3软件进行分析。

图1 FOX 4000电子鼻工作原理示意图Fig.1 Working mode of FOX4000 electronic nose

1.3 方法

样品制备：取8颗银杏果[质量为(20.5±0.5g)]于150mL烧杯中，用保鲜膜将杯口盖紧，在室温下平衡1h，积累一定的挥发性物质，然后采用自动进样方式顶空采样20mL进行分析。不同处理的样品分别进行5次重复测定。

分析条件：合成干燥空气为载气，流速150mL/min，注射体积20mL，数据获取时间120s，延滞时间180s。

2 结果与分析

2.1 样品传感器信号分析

图2 银杏果的电子鼻检测响应信号图Fig.2 Response signal of electronic nose

图2例举了0.01mm和0.03mm的PVC和PE包装银杏果的电子鼻原始数据。图中每一个传感器记录其每一秒的变化数据，每条曲线代表一个传感器在120s内的响应值变化，共有18条曲线，代表18个传感器的原始数据，响应强度的高低反映了传感器对所测气体成分的灵敏度。过低的响应表明传感器对样品的敏感度不足，无法检测，过高的响应表明传感器对样品的响应很强，易导致传感器的疲劳和损坏。从图2可以看出，电子鼻的18个传感器对不同包装材料处理银杏果的响应程度有很大的区别。传感器对0.01mm PVC包装和0.03mm PE包装的银杏果挥发性气体成分比较敏感，响应强度值较大，其峰值分别为0.25～0.9、0.2～0.8；而对0.03mm的PVC包装和0.01mm的PE包装的银杏果挥发性气体成分响应强度值较小。根据每根传感器的最大响应强度值，可以进行相关的数据理分析处[13]。

2.2 样品传感器信号的雷达图和柱状图分析

为了能更好的分析不同包装材料贮藏的银杏果气味的区别，进行了样品的雷达图和柱状图分析。雷达图，又叫指纹图，它是把18个传感器按照间隔20°均匀排列在圆周上，将每个传感器的最大响应值取出并标识[14]；柱状图，又叫直方图，即把每个传感器的最大响应值以柱状图的形式表现出来，柱状直方图可直观的显示不同传感器对于气味的响应情况[15]。

图3 不同处理银杏果的雷达指纹图谱(a)和柱状图谱(b)Fig.3 Rader and bar code graphs of ginkgo fruits with different packaging and preservation treatments

如图3A所示，不同传感器的反应信号强度有很大区别，显示出银杏果分析样品在气味上有明显的不同，使用不同包装材料进行贮藏的银杏果可被有效区分。由图3B可知，不同传感器对于不同处理的银杏果，响应存在明显差异，说明采用不同的保鲜剂处理后贮藏的银杏果，其气味存在较大差异，可以通过电子鼻技术进行检测。为了更直观地区别不同处理的银杏果，采用统计方法进行数据分析。

2.3 样品信号统计学分析

主成分分析(principle component analysis，PCA)是一种多元统计方法，PCA分析在对样品特性一无所知的前提下，将传感器所提取的多指标信息进行数据转换和降维，用较少的主成分来代替原来的多维向量，从一定视角来寻找样品间的差异的一种算法，最后在PCA分析的散点图上显示主要的两维散点图[16]。在PCA转换中，通过线性组合得到的新的综合指标，这些新的指标被称为主成分。主成分中方差贡献了最大的视为第1主成分，贡献率次之视为第2主成分。贡献率越大，说明主要成分可以较好地反映原来多指标的信息，当方差贡献率累积达到85%以上就认为所选的几个主成分能够反映原来指标的信息。PCA分析已经成为多数传感型电子鼻常用的化学计量学数据处理方法[17]。

图4 不同包装材料银杏果的PCA图Fig.4 PCA plot for ginkgo fruits packaged with different materials

如图4所示，不同包装材料贮藏的银杏果分别聚集在PCA图的不同的区域，而相同包装材料贮藏的各个样品点较为集中的聚集在一处。主成分1(PC1)的累积贡献率达到了98.26%，主成分2(PC2)的累积贡献率达到了1.18%，传感器主成分1(PC1)和主成分2(PC2)的累积方差贡献率为99.44%，大于85%，说明此PCA图能很好地反映样品的实际变化情况。鉴别指数(discrimination index，DI)代表不同包装材料的银杏果间的区别能力，DI最大值为100，DI在80～100之间就表明区分有效，其值越大，区分越好。图中DI值为94，表明4种包装材料处理的银杏果经过一段时间贮藏后，其气味有较大的区别，利用电子鼻技术可以对其进行有效检测。

图5 不同保鲜剂处理银杏果的PCA图Fig.5 PCA plot for ginkgo fruits treated with different preservatives

如图5所示，传感器主成分1(PC1)反映了原始变量98.90%的信息，主成分2(PC2)反映了原始变量0.57%的信息，两主成分的累积方差贡献率为99.48%，大于85%，说明采用PCA分析能很好地反映样品的实际情况。鉴别指数为86，在80～100范围内，表明运用电子鼻技术可将不同保鲜剂处理并贮藏一段时间的银杏果进行有效区分。

3 结 论

本实验利用电子鼻技术，对不同包装材料以及不同保鲜剂处理并贮藏的银杏果样品的挥发性组分进行检测，对所得数据进行PCA分析。结果表明，不同材料包装的银杏果经过140d的贮藏后，电子鼻可以对其进行有效区分，表明不同方式处理后的银杏果气味存在明显差异，不同包装材料对银杏果的采后贮藏品质有较大影响；而贮前采用不同保鲜剂处理的银杏果经过一段时间贮藏后，其气味也存在一定差异，说明电子鼻可以快速、方便地预测出不同保鲜剂处理对采后银杏果使用效果间的差异。采用包装材料或保鲜剂对银杏果进行处理，均可在一定程度上延长银杏果保藏期，延缓其品质劣变，并对挥发性气体成分产生影响，通过电子鼻技术可以对其气味进行检测、分析。电子鼻技术作为一种无损检测的新技术，如在实际应用中将其与感官评定及其他生理生化指标的测定相结合，将能为银杏果采后贮藏方式的选择及质量评价提供一种快速便捷的新方法，为果蔬保鲜条件的检测提供新途径。

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

WU Cai-e，FAN 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

江苏省科技支撑(农业)项目(BE2011381)；国家林业局林业公益性行业科研专项(201004015)；江苏高校优势学科建设工程项目(PAPD)；江苏高等学校创新团队科研计划项目(苏教科[2009]10号)

吴彩娥(1962—)，女，教授，博士，研究方向为食品工程技术及植物活性成分分析。E-mail：sxwucaie@163.com