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圣女果品质特征及检测技术研究进程

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摘要:圣女果的品质体现在外形、色泽、个体大小、内部营养成分及口感等方面,是圣女果的品种、种植方式、贮藏方式、保鲜剂保鲜等因素综合影响的结果。归纳圣女果的品质特征、影响品质的因素分析及当前圣女果品质的检测技术,如感官评价、质构分析、表面缺陷检测法、近红外光谱技术,以及基于介电特性的无损检测系统等,为圣女果品质检测深入研究提供参考。

关键词:圣女果;品质特征;品质检测;无损检测

圣女果,又名樱桃番茄、葡萄番茄和小西红柿,有“爱情果”的美称[1]。它是普通番茄的一种变种,果小水分多,富含番茄红素、谷胱甘肽、矿物质和多种维生素等物质。除此之外,圣女果还具有防癌、降血压和降低胆固醇等作用,被联合国粮农组织列为优先推广的果蔬之一[2,3]。圣女果是典型的呼吸跃变型果蔬,采摘后很快进入呼吸跃变期,出现明显的呼吸高峰,致病微生物的侵染导致圣女果细胞组织发生错综复杂的生理生化反应,加速圣女果衰老[4]。为拉长圣女果产业链,最根本的措施就是开展圣女果的保鲜研究,延缓其衰老进程,在储藏过程发现并剔除内部有缺陷的圣女果,减少损失并提高贮藏质量。目前圣女果的品质检测方法主要有表面缺陷检测、近红外光谱检测、质构分析(textureprofileanalysis,TPA)测试与感官评价结合,电子鼻和电子舌检测技术等。因此,本文主要是对圣女果的品质特征和检测技术进行综述,简要说明检测方法机理及技术应用,从而为圣女果的品质控制提供一定的参考。

1圣女果的品质特征

圣女果是呼吸跃变型果实,易受温度、储藏方式等变化的影响,且货架期较短,容易失去水分而逐渐萎缩,从而导致圣女果表面产生褐色的、逐渐变大的斑块,并且果肉变软,颜色发黑,导致其腐败变质,从而降低了其营养价值。在圣女果衰老过程中,叶绿体功能逐渐丧失,导致果实由绿色变为白色,果胶转变为可溶性果胶酸,并进一步水解成糖,导致果实硬度下降,超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)活性降低。随着膜脂过氧化作用,丙二醛(malondialdehyde,MAD)含量提高,加速圣女果的衰老,最终导致品质下降,经济损失加大。同时,圣女果采后通过蒸腾作用逐渐丧失水分,果实很快变皱。圣女果的品质特征有内外之分,其外部品质是最重要的感官品质,是圣女果品质最直接的反映。圣女果的外部品质主要是通过它的颜色、纹理、尺寸大小及形状和表面缺陷的情况等进行评估[5]。一般情况下,圣女果小巧玲珑,它的表皮光滑,色泽鲜亮,果实较硬,没有果核,形态优美,尝起来酸甜可口,其本身含有挥发性物质,因而具有独特的香味。圣女果的内部品质则是其营养价值的衡量依据。一般情况下,圣女果的内部品质主要通过检测圣女果的糖度、酸度、硬度、可溶性固形物的含量、淀粉的含量及水分和成熟度等指标来进行评估。圣女果的酸度过高,会影响到大众对圣女果的口感舒适度;圣女果的失水率过高则会引起其表面不再光滑鲜亮而呈现出皱缩暗淡的情况;圣女果中的可溶性固形物含量高,则其抗病性较强,产量相对增高,相应的其品质特性较好[6];而圣女果中维生素C等营养成分的增加,会使圣女果具有较高的营养及食用价值。

2影响女果品质的因素分析

多种因素影响圣女果的品质特征,如圣女果品种[7]、种植方式、贮藏方式[8]、光照、保鲜剂保鲜[9]等。圣女果中挥发性物质是决定其果实风味的一个重要因素,挥发性物质与其他品质指标间存在一定相关性,醛类、醇类、酮类、酯类等挥发性物质和糖类、酸类等不挥发性物质共同赋予圣女果多样的色泽和独特的口感。

2.1圣女果品种对品质的影响

目前针对番茄果实芳香物质的研究主要集中在红色、粉色、紫色番茄上,红色和粉色圣女果跟常规大果番茄相比具有更高的可溶性固形物含量和抗坏血酸含量[10-11]。相同颜色类型的圣女果和大果番茄分别聚在一起,并且圣女果之间的聚类更近[12]。红、粉和紫色品种富含番茄红素,黄色和绿色圣女果品种中番茄红素含量低。绿色品种挥发性物质总含量和组分数均低于红、粉、紫、黄色品种,但新鲜风味强于红、粉、紫、黄色品种,醛类、醇类、酮类、酯类是圣女果品种果实的主要挥发性物质[3,13]。王秀英等对红圣女、黄圣女、珍珠、深红大枣4个圣女果品种露地栽培进行比较,红圣女在产量,可溶性固形物含量,品质、产值、抗病指标上均优于其余3个品种,是4个品种中最优良的圣女果品种[6]。李文学等以陕西关中地区主栽的圣女果品种“碧娇、粉玫瑰、圣桃”为试材研究了品种、成熟度、1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)体积分数和处理时间对圣女果保鲜效果的影响,结果发现圣女果品种对圣女果品质影响最大[7]。不同品种圣女果果实挥发性物质种类和含量存在差异,发性物质与非挥发性物质共同赋予了圣女果不同品种相似和独特的风味[3,13]。

2.2种植环境对圣女果品质的影响

圣女果发育期内施肥处理对圣女果产量和品质有重要影响,研究发现叶面肥和有机肥均能提高圣女果产量[14],有机肥配施适量化肥能明显改善果实品质[15],生物有机肥处理能显著影响植株生长、提高圣女果产量和果实品质[16]。石海峰等研究了不同养分配比和施肥方式对盆栽条件下圣女果生长状况、产量和维生素C、硝酸盐及可溶性糖含量等品质的影响,结果表明在保证土壤不缺磷的条件下,合理增施钾肥和分两次施用氮肥,盆栽圣女果可获得优质高产[17-18]。传统的土壤栽培制约了圣女果设施化栽培的发展,研究表明水培优于基质培[19]。固体基质,如木薯酒精渣及秆屑代料栽培巨大口蘑的菌糠[20],珍珠岩加泥炭混合基质[21]。武慧平等研究发现,圣女果的土壤水分保持在田间持水量的60%~80%左右最佳[22-23],可采用交替沟灌或固定沟灌[24],圣女果比大番茄更容易受到调控型缺水灌溉的影响[25],水分胁迫可提高圣女果糖度、酸度、维生素等营养成分含量[26],从而改善圣女果的品质。任鹏[27]对圣女果圣女的小区产量、前三穗总果数、单果重及可溶性固形物含量之间的进行相关分析,圣女果的小区产量与单果重呈高正相关,小区产量与可溶性固形物含量呈高负相关,小区产量与前三穗总果数相关不显著。

2.3光照对圣女果品质的影响

植物对光的需求有光强、光周期和光质,光质对植物的光合作用和生长发育有及其重要的影响,影响植物的果实产量、品质和抗逆性等。郑冬梅等在南方设备植物孵化器环境下,以圣女果为实验材料,设计了白,黄,蓝色和复合光照等6种不同的LED灯光质量,考察其对圣女果产量和果实品质的影响。结果表明,红光提高果实的可溶性糖含量和番茄红素含量,蓝光有助于降低果实硝酸盐含量,提高果实可溶性蛋白含量[28]。

2.4采后处理对圣女果品质的影响

圣女果釆后仍进行后熟作用,后熟所经历的时间除与果实本身的品种和成熟度等有关,还与采后的各种保鲜措施有关,采后适当的处理如温度、湿度、包装条件、涂膜、抑菌和清洗等,可保持果实采后品质、延长果实贮藏期和货架期[29]。不同成熟度的番茄的适宜贮藏温度是不一样的,番茄性喜温暖,绿熟果贮藏温度不可过低。番茄成熟果实可在0℃~5℃贮藏,但绿熟果则适宜在10℃~13℃,低于8℃即可能发生冷害,在此温度下,绿熟果在15d左右可达到成熟期[30]。张琪等研究了圣女果的耐贮性与形态结构、品质的相关性,结果发现耐贮性与圣女果果重、果横径、果形指数、心室宽、多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)果胶酶含量关呈极显著负相关,耐贮性与圣女果果肉厚比心室宽呈极显著正相关[31]。圣女果采后无论采用物理保鲜法、化学保鲜法,还是采用涂膜保鲜法,其作用主要有两个,一是减缓圣女果表面的气体交换,减少水分的蒸发,延缓衰老;二是减菌或抗菌作用,避免微生物的污染,抑制圣女果果实的腐烂,从而达到延长其保鲜期的目的[32-33]。目前最常用的是涂膜保鲜,涂膜处理可在圣女果表面形成一层抑制膜内外气体交换的薄膜,被膜材料主要有中草药提取液、多糖类、蛋白类、蜡膜、聚乙烯醇(polyvinylalcohol,PVA)活性包装膜、纳米银等,大部分涂膜保鲜都具有明显保护圣女果色泽、质地和防止腐败的功能。圣女果采后冷热处理、臭氧、辐射处理后,圣女果的光泽度和颜色会有少许改变,甚至当有些技术处理后,会影响口感,还会造成内部某些有效营养成分流失,如番茄红素、维生素C等。

3圣女果品质检测方法

圣女果的品质好坏的评价需要对圣女果的外形、口感及营养成分等内外品质多个指标进行综合分析。圣女果的内部品质主要通过检测圣女果的糖度、酸度、硬度、可溶性固形物的含量、淀粉的含量及水分和成熟度等指标来进行评估。圣女果的外部特征可以通过一些基于表面缺陷的检测手段来进行外形、色泽、大小、缺陷、是否有空心以及一些内部的病变(比如黑心病、水心病)等分级检测和分析。目前常见的圣女果品质快速检测方法主要是基于内部品质特征从外部品质特征入手来进行区分,如质构、图像、光学指标、电学指标、色泽指标等特征,在流通及销售中快速无损筛选出表面品质特性良好的圣女果。

3.1感官评价法

圣女果的感官评价是必不可少的一个检测方面。感官评价是表征果蔬新鲜程度的重要指标,它的评分高低直接反映商品的使用价值,具有很强的直观性和简易性。由于感官评价可以直接通过眼睛、舌头等器官获得直观感受,但其往往具有主观因素[34],可以作为理化指标的辅助参考。一般选择专业评价人员6人~8人组成感官评定小组,根观察圣女果色泽、香味、质地、外形和腐烂情况等,综合打分后优选最佳[35]。人类和动物的嗅觉和味觉是特殊的化学敏感器官[36],在生理上有着互相联系,同时也具有差异性。研究人员通过研究人类及动物的嗅觉、味觉及其功能作用,研制出电子鼻(人工嗅觉系统)和电子舌(人工味觉系统)。电子鼻使用一种组合传感器,每一个传感器对气体中的一种或多种成分有高度的敏感性。输出后通过某种模式识别程序进行分析,如主要成分分析、官能分析等[37]。类似于电子鼻,电子舌是一种利用选择性、非特异性、交互敏感的多传感器阵列检测液体样品的味觉特征结果,通过合适的多元统计分析方法进行信号模式识别,模拟人类味觉对液体样品各种性质分析检测的新型仪器[38]。洪雪珍[38]将电子鼻和电子舌检测技术结合对圣女果进行榨汁之前其圣女果果实新鲜度、榨汁之前的处理、制其果汁、不同品质的圣女果果汁混合及圣女果的灭菌和储藏的整个实验制作过程进行检测及评估,从而鉴定了不同的圣女果原料的新鲜程度、不同的前处理过程、圣女果进行榨汁灭菌后放置过程中不同的时间和不同混合比例的圣女果汁的品质特征情况。通过实验研究,洪雪珍提出了半监督分类算法改善圣女果汁的品质分类模型。近些年,我们常将这两种传感器结合起来使用,以便于提高检测的质量和效率。

3.2质构检测法

质地特性是食品极其重要的品质因素之一[39]。TPA测试是目前用于测试食品质构特性常用的测试方法,检测结果具有高灵敏性和客观性等优点,但是缺陷是无法模拟与检测口腔、舌部感官的感受,也无法实现在咀嚼速度和咀嚼温度条件下的检测[40]。胡亚云等[40]采用TPA测试和感官评价相结合的方法,检测了圣女果货架期间的品质变化。研究表明,TPA测试圣女果的各项质构参数可用于预测圣女果的品质变化,质构参数能够在不同方面反映圣女果在货架期间的品质变化特性,货架期4d是圣女果品质特性的拐点,当货架期6d时,圣女果各品质特征会急剧下降。

3.3表面缺陷检测法

近些年,水果自动分级技术越来越多得到人们的研究及使用,例如基于机器视觉检测苹果的品质特征[41]。同样,在检测圣女果品质时,也可使用此种检测技术。圣女果表面缺陷,是衡量圣女果质量的一个重要指标[42]。目前国内大多通过圣女果大小的间隙分级,不能检测到圣女果表面的缺陷,而且在进行分级时,容易相互碰撞导致磨损。杜永忠等[43]设计了一种基于机器视觉的圣女果表面缺陷检测与大小分级系统。这个分级系统将图像采集、图像处理与识别及机器人分集为一体,依次对图像进行滤波、二值化、边缘检测和定位识别,利用基于Sobel与分数阶微分的边缘检测的算法可以有效地检测圣女果缺陷并对圣女果进行大小分级,综合分级准确率达到为98.4%,是一种精确无损分级的技术。由于使用传统的表面检测系统,很难对圣女果的表面细微之处的缺陷进行准确定位检测,也就很难保证圣女果的品质。所以,王方等[44]就提出了一种新型缺陷检测技术,即基于表面缺陷定位算法的圣女果表面缺陷检测技术。利用此种算法来进行圣女果表面缺陷区域检测,计算出圣女果图像中的表面缺陷区域像素,从而获得到圣女果表利面出现缺陷的区域的空间位置,检测出的结果与实际情况更加接近,且检测的准确性远远高于传统算法。目前,圣女果表面缺陷检测方法较常用的还有基于高斯拟合曲线算法的圣女果表面缺陷检测法[45]。除此以外,检测方法还有:基于K均值聚类算法的圣女果表面缺陷检测法、基于蚁群算法的圣女果表面缺陷检测法等[46-48]。

3.4近红外光谱检测技术

近红外(nearinfraredspectroscopy,NIR)光谱分析技术是一种非破坏性检测技术,通过被分析物质中的含氢基团(如羟基、甲基等)在近红外区域有特征吸收的表现[49],利用现代数学及计算机技术计算光对物质的吸收率和反射率等检测物质中相关成分的含量,以完成该样品有关成分的定性和定量分析。近红外光谱分析技术可最大程度地保证被测成分的完整度,不破坏样本,可得到其表面缺陷检测技术得不到的内部成分分析[50]。周丽萍[51]利用可见-近红外光谱技术对圣女果品质进行了研究,分别用偏最小二乘回归交互验证法和偏最小二乘回归杠杆值校正法,建立了圣女果糖度、酸度和硬度的预测模型,研究圣女果品质的变化规律。

3.5基于介电特性的无损检测系统水果的电学特性

参数与水果品质密切相关,水分和内部品质是影响果实的宏观电特性主要因素,且介电参数的测量结果与所选择的测试频率有密切关系。采后的果实在储藏的过程中会造成水分损失,间接会影响到宏观电特性,因而电特性会随储藏期的延长表现出相应的变化。果实采后内部各种物质含量的变化,即内部品质也是影响宏观电特性的因素之一,因此可以利用介电参数值的变化来定性评价果实的损伤程度以及新鲜度,为番茄的贮藏保鲜甚至无损检测、分级提供科学、客观的评价。马涛等[52]探索圣女果的内在特质与其贮藏特性介电参数之间的相关性,他们依据介电特性检测的原理,构建了无损检测系统,对电学检测的频率特性和电压特性进行初步研究,测量了圣女果糖酸度及贮藏过程中品质变化相关的介电参数。结果表明,糖、酸度与介电参数没有明显的相关性;随着番茄贮藏新鲜度的降低,损耗系数D和导纳Y均呈下降趋势,并具有显著地相关性,可为番茄贮藏过程中品质变化分析提供参考。

3.6基于低场磁共振技术核磁

共振分析技术可对被检样品进行快速、无损定量分析检测,且操作简便、灵敏度高。核磁共振技术在水果内部品质及成熟度、内部缺陷及损伤和贮藏过程中的变化等品质检测中的应用前景广泛。由于核磁共振的信号强度直接与被测样品中原子核(氢核)数量有关,圣女果中的氢原子主要来源于水分子和糖类物质,熊婷对低场核磁共振技术进行二次开发,利用低场核磁共振技术来检测水果的含糖量和机械损伤。从圣女果的核磁共振特性出发,研究了样品含糖量对核磁共振信号及横向弛豫时间的影响,结合手持糖度计,得到圣女果含糖量与其单位质量信号幅值的线性关系[53]。

4小结

随着人们生活水平和生活质量的不断提高,消费者们越来越多地关心食品的品质问题。对于圣女果品质的检测技术也得到了越来越多人的关注和研究,其检测技术也逐渐精确先进和得到完善。运用TPA测试和感官评价相结合技术,可通过相关质构参数进行品质检测,检测往往具有高灵敏度和客观性;但其检测品质的检测面较狭窄,往往具有局限性。基于机器视觉的圣女果表面缺陷检测法对所检测的样品进行分级后经过图像处理与机器分拣,并与边缘检测算法相结合,检测更加有效和准确。而基于表面缺陷定位算法,其检测结果更加接近实际情况并比传统算法准确度更高。但是表面缺陷检测法主要是实现对圣女果表面的细微精确检测,不能实现对其内部的成分检测。近红外检测技术的优点是更加方便快速且绿色环保,可以对圣女果进行相关的定性或者定量分析;但近红外检测成本较高,对其检测样品有较高的分布均匀性要求,大多数还是停留在实验研究阶段,且不便于携带。应用电子鼻和电子舌技术进行检测,其结果较人的感官感受更加客观和有效;但其检测受到如温度和湿度等环境因素的影响。基于介电特性的无损检测系统可检测到圣女果的内在特质同介电特性的相关性。而基于现场可编程门列阵(fieldprogrammablegatear-ray,FPGA)的边缘检测技术成本较低且周期短,快速高效。运用单位性状与随机扩增多态性DNA(radomamplifiedpolymorphicDNA,RAPD)技术对圣女果的种质资源遗传多样性进行比较和分析,能反映出圣女果的种质特征和资源多样性。应用精确程度高的检测技术,促使人们将更多的注意力放到改进圣女果的品质上,从而逐步提高圣女果的感官品质和内部的营养品质。

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作者:田华1,2,汪金萍3,王远1 单位:1.信阳师范学院,2.信阳师范学院,;3.信阳农林学院

圣女果品质特征及检测技术研究进程责任编辑:张雨    阅读:人次