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草莓果实色泽鲜艳，香气馥郁，富含多种维生素、糖类、有机酸等物质，以及花色苷类、黄酮类等多种天然抗氧化活性物质，具有很高的营养价值和食用价值，深受广大消费者的青睐。草莓果实属于浆果类水果，其果肉易在传送运输过程中受到机械损伤和微生物侵染变质，致使呈现腐烂、斑点等，导致果实风味消失，口感下降。其中灰霉病是草莓采后运输和贮藏中最容易发生的病害，可以发生在采摘、运输、贮藏以及货架销售等任何环节。
为了明确电子鼻对草莓采后灰霉病的检测可行性与精度，南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室的刘 强、张婷婷和南京农业大学食品科学技术学院的屠 康*等针对草莓果实病害过程中挥发性化学成分的差异、微生物携带总量以及气味传感阵列信息之间的关联性，采用电子鼻技术结合化学计量学方法对果实真菌污染过程进行评价，建立基于电子鼻系统的采后早期病害识别分类模型，以期为实现草莓采后真菌病害无损检测和在线监控技术提供技术参考。
1、微生物含量变化
如图2所示。在接种病菌后分别贮藏24、48、72、96、120 h，草莓果实真菌含量分别从初始1.65（lg（CFU/g））上升至2.61、2.86、3.86、4.53、5.00（lg（CFU/g））。初始0～48 h阶段微生物总量增加了1.21（lg（CFU/g）），而在随后的48 h贮藏时间内（48～96 h），微生物含量增幅扩大成2.98（lg（CFU/g））。这种上升趋势在96～120 h贮藏时间段开始降低，仅为0.47（lg（CFU/g））。病害草莓发病48 h后，虽然微生物含量呈现显著差异，仅从外观变化难以准确判断病害，因此后续研究尝试从气味的角度分析早期病害的可行性。
2、挥发性成分变化
如表1所示（点击下方阅读原文可知），主要挥发性化学成分包括醇类4种、醛类6种、酸类6种、酯类10种、酮类3种、萜烯类2种以及其他类3种，不同发病时期对应的物质种类以及含量均不相同。4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮（HDMF）和4-甲氧基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮（DMMF）是形成草莓特有香气的关键物质成分，HDMF与丁酸乙酯的混合可以呈现“草莓味”香气。本实验HDMF和DMMF含量均呈现先升后降的趋势，其中在病害72 h后果实DMMF含量可显著增至0.36 μg/g；当病害发生120 h时，含量低于0.01 μg/g。病害发生初始时，会促进果实的成熟和水果香味的散发；而当对应的特征香气成分急速下降后，表明草莓果实已经严重或完全腐烂，丧失了商品价值。
如图3所示，不同病害时间下，草莓挥发性气味中的醇类、醛类、酯类、酸类、萜烯类以及其他成分总量及占比不同。酯类含量由初始的0.37 μg/g（0 h）上升至2.14 μg/g（72 h），然后急剧下降至0.24 μg/g（120 h）。病害推动了糖类、脂类及蛋白质等化合物的分解进程，加速了草莓果实的成熟和衰老。初始阶段时，果实抵抗能力较强，自身呼吸作用加强，酯类物质增多；随病害加剧，果实自身合成酯类物质的代谢体系被完全破坏，挥发性成分呈现急剧下降。
3、传感器响应特性
由图4可知，在快速响应时间时，No.2对应的响应值普遍偏低，范围在1.43～5.75之间（图4a）；分析所有传感器响应曲线最大斜率发现，整个过程中No.7和No.9号传感器变化波动最为剧烈，而No.2传感器在整个过程中呈现缓慢上升的趋势（图4c）。
4、不同病害阶段PCA
不同病害阶段的草莓样本电子鼻信号PCA结果如图5所示。快速响应值、稳定响应值、最大斜率值的PC1贡献率均超过80%，说明了PCA可对电子鼻数据进行大规模的保留。分析整个病害过程，将0～24、48～72 h和96～120 h分别归为早期阶段、中期阶段以及后期阶段进行定性区分。结果表明，所有模式下病害发生的早期阶段与后期阶段能实现完全区分，这说明电子鼻数据可以用于区分早期霉变和完全霉变的果实。另一方面，中期阶段与其他两个阶段仍有部分样品重叠，尚未无法完全分离，这是因为受果实个体生理差异，在接种病原菌后发病程度不完全与贮藏时间一一对应。
在电子鼻信号降维基础上，进一步将降维后的特征数据与草莓病害指标进行关联性探讨。选取原始数据贡献率最大的PC1作为表征参数，开展不同提取模式下的PC1与病害重要参数的回归性分析，结果如表2所示。3种模式下的PC1与真菌总数、醇类、其他挥发性成分呈正相关，与醛类、酸类、酯类、酮类以及萜烯类挥发性成分成负相关。其中稳定响应值下对应的PC1与真菌总数的关联性系数最高（r=0.982）。酸类、酯类、酮类和萜烯类虽然都与PC1有一定的关联性，但在统计学上并不显著（P＞0.05）。这表明单一的PC数据虽然能够实现部分参数如真菌总量、醇类以及其他类物质的相关分析或预测，但针对病害过程中总体的特征变化仍有不足。
5、多特征模式下微生物含量预测
由表3可知，总体建模集R 2c在0.848～0.910范围，RMSEC范围为0.365～0.474（lg（CFU/g））；交互验证集R2 CV为0.813～0.889，RMSECV为0.406～0.529（lg（CFU/g））；预测集R2p为0.715～0.815，RMSEP为0.515～0.645（lg（CFU/g）），RPD为1.813～2.270。对同一特征信息源结构下的草莓果实真菌含量预测时，建模集、交互验证集和预测集的R2差值均未超过0.15，这表明建立的PLSR草莓果实真菌含量预测模型没有过拟合。对不同方案的PLSR建模效果比对发现，稳定响应值对应的特征数据建模、交互验证以及预测效果相对最优，RPD可以达到2.270。
6、病害早期阶段的分类
基于电子鼻稳定信号值的健康草莓（class 1）和早期病害草莓（class 2）的PLS-DA模型分类结果见图6。对2 批次共计252个草莓样本电子鼻稳定信号值分析发现，能够实现健康草莓85.7%（判定正确数量72个/总体建模数量84个）建模准确率和69.0%（判定正确数量29个/总体建模数量42个）的预测准确率；早期病害草莓能够实现92.9%（判定正确数量78个/总体建模数量84个）建模准确率和92.9%（判定正确数量39个/总体建模数量42个）预测准确率。结果表明在电子鼻稳定信号的数据源基础上建立的无损分类模型，基本可以实现准确的早期病害判别。
结论
结论如下：
1）本实验条件下，草莓采后灰霉病过程中，主要醇类物质含量可从0.85 μg/g上升至3.95 μg/g；主要醛类物质可从1.15 μg/g下降至0.06 μg/g。主要挥发性醇类、醛类以及少数几种物质与电子鼻特征信号呈现显著关联。
2）结合不同特征提取方案，分别建立了草莓果实真菌病害的定量PLSR模型。稳定响应值对应的预测效果相对最佳，RPD能实现2.270。
3）开展了草莓果实早期病害的无损识别，在草莓接种病害发生不超过48 h，病斑面积低于5%，未出现菌丝或其他繁殖体的前提下，采用电子鼻技术实现了对早期病害果实92.9%的准确区分。结果可为控制草莓/水果采后品质安全以及电子鼻技术在食品微生物检测方面的应用提供参考。
本文《基于电子鼻技术对草莓采后灰霉病的分析与早期诊断》来源于《食品科学》2022年43卷12期341-349页，作者：刘强，张婷婷，周丹丹，丁海臻，张斌，陈敏，丁超，潘磊庆，屠康。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210511-112。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
图片来源于文章原文及摄图网。
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