基于气相色谱的1-MCP检测方法及释放规律研究

李广胜，邱 夕，马 骏，李昆仑，陈绍慧，路丹丹

（1.国家农产品保鲜工程技术研究中心（天津），农业农村部农产品贮藏保鲜重点实验室，天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室，天津 300384；2.天津农学院，天津 300384；3.天津科技大学，天津 300222）

1-甲基环丙烯（1-Methylcyclopropene,1-MCP）作为一种乙烯受体抑制剂，能以高于乙烯10倍的结合力与乙烯受体结合，从而阻断乙烯信号传导，达到减缓果蔬后熟、延长贮藏时间的作用[1-2]。1-MCP已被广泛应用于各类果蔬采后贮藏保鲜中，有关其对采后果蔬的保鲜效果研究也有相当多报道[3-6]。由于果蔬品种、成熟度和采后时间的不同[7]，1-MCP处理浓度也有一定的差异，适宜的1-MCP处理浓度能够有效延长果蔬采后贮藏时间，提高贮藏品质[8-11]。1-MCP在常温常压下为气态，不便于批量运输和使用，因此常用环糊精将其进行包藏，使用时通过水或一定浓度的KOH溶液浸湿的方式将1-MCP气体释放到贮藏环境中[12]。1-MCP气体从包藏载体中释放、1-MCP与乙烯受体进行不可逆结合这两个过程均会受到低温因素的影响，过低的温度将会对释放和结合产生抑制作用，从而影响果蔬的保鲜效果[13]。目前对于1-MCP的研究主要集中在对不同果蔬的保鲜效果方面，而对于1-MCP气体浓度精确检测和不同环境条件下的释放规律研究涉及较少。由于1-甲基环丙烯纯气体无法得到，而1-甲基环丙烯（分子式：C4H6；分子量：54.09）与异丁烯（分子式：C4H8；分子量：56.10）具有相近的分子式和分子量，且在氢火焰离子化检测器上有相同的响应值，因此陈明等[14]以异丁烯作为标准物，采用顶空气相色谱法（HS-GC）建立了对1-MCP浓度进行精确测定的方法。本研究借鉴该方法，同样以异丁烯作为标准物，确定了1-MCP气相色谱检测条件，且得到良好的线性分析结果，从而进一步印证了该检测方法的准确性和可靠性，并以该方法对贮藏环境中的1-MCP含量进行测定。何翊等[15]通过气相色谱法（GC）研究了1-MCP在不同包藏物中的释放速度，但并未对实际应用过程中的释放情况进行研究。本文受此启发，以青皮核桃为试材，对商品1-MCP在采后贮藏应用中受不同因素影响的释放规律进行了研究，以期为1-MCP精准浓度、高效处理采后果蔬贮藏保鲜提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

商品1-MCP由国家农产品保鲜工程技术研究中心（天津）提供；异丁烯，购于天津市赛美特特种气体有限公司（标准浓度：400μL/L）；试验用梨购于红旗农贸市场，试验用核桃采摘自天津市蓟州区孙各庄乡隆福寺村。

1.1.2 仪器与设备

GC-2010气相色谱仪，日本岛津公司。

1.2 方法

1.2.1 建立异丁烯色谱检测条件

参考陈明等[14]的方法，色谱柱选用HP-INNOWAX毛细管柱（30 m×250μm×0.25μm），柱温为100℃，载气为氮气，设置压力120 kPa，进样器温度130℃，检测器温度150℃，进样量为2 mL。比较不同柱温（70、100、130℃）、不同载气压力（60、80、100、120、150 kPa）、不同进样器温度（70、100、130℃）和不同检测器温度（130、150、180℃）对检测结果的优化响应。

1.2.2 异丁烯浓度线性分析

使用已经确定的异丁烯色谱检测条件，将异丁烯配制成不同的梯度浓度。方法如下：使用20 mL的玻璃针管吸取异丁烯标准原样气体（400μL/L）20 mL，再推出10 mL，于空气流通处抽取10 mL新鲜空气，封住针眼，静置30 min，此时针管内异丁烯浓度为200μL/L，再次推出10 mL，抽取10 mL空气，静置30 min，此时针管内异丁烯浓度为100μL/L。以此类推分别得到400、200、100、50、25μL/L系列浓度异丁烯气体。

1.2.3 商品1-MCP浓度线性分析

将商品1-MCP利用上述确定的色谱检测条件进行检测，商品1-MCP做如下浓度梯度处理：1包、2包、4包、8包、16包、32包6个处理，每种处理均将相应包数的1-MCP经蒸馏水浸湿后立即放入5.5 L乐扣盒中，并盖上盖子密封好，盖子上事先预留取样用小孔，用胶带密封好。每种处理重复3次，密封2 h后用玻璃针管取样测定。

1.2.4 不同条件下1-MCP释放规律

1.2.4.1 乐扣盒模拟包装

在洗净烘干的乐扣盒内，放入1包商品1-MCP和一个微型风扇，分为湿润、干燥和装有梨3种方式，每种方式分为常温和低温两种。处理方式记为：常温+湿润、常温+干燥、低温+湿润、低温+干燥、常温+梨、低温+梨，共计6组处理。湿润：乐扣盒内壁喷洒水珠；干燥：保持乐扣盒内壁干燥；装有梨：每个乐扣盒内装入6个梨；常温：28℃；低温：0℃；每个乐扣盒内放入1包商品1-MCP后每1 h采样检测1次，连续采样7 h。每次气体采样前微型风扇工作30 s，后静置5 min再进行采样。以异丁烯为标准物绘制标准曲线，GC方法进行释放浓度测定。

1.2.4.2 PE50保鲜袋包装青皮核桃

使用PE50保鲜袋（厚度为50μm，利用热封机制成尺寸为40 cm×25 cm×50 cm的保鲜袋）对青皮核桃进行包装，每袋装入10 kg青皮核桃，分为常温处理（28℃）和低温处理（0℃）。常温处理组：常温条件下在袋子开口处放入1包经蒸馏水浸湿后的商品1-MCP，立即封口，存放在常温环境。低温处理组：每袋核桃敞口于-2℃环境下预冷24 h，后在袋子开口处放入1包经蒸馏水浸湿后的商品1-MCP，立即封口，存放于0℃环境下。从放入商品1-MCP开始，每1 h使用玻璃针管对袋子上、中、下3个固定位置进行气体采样，每次采样后用透明胶带封住采样口，连续采样10 h，整个采样过程中不翻动袋子，不触碰青皮核桃。

2 结果与分析

2.1 异丁烯色谱检测条件筛选

2.1.1 柱温

由图1可知，3种设定柱温下的异丁烯色谱图峰形相差不大，但保留时间和峰面积随温度变化改变明显。80℃时，保留时间为2.494 min，峰面积为1 012.95；100℃时，保留时间为1.985 min，峰面积为1 263.63；130℃时，保留时间为1.935 min，峰面积降低到1 162.89。由此可见，柱温设定为100℃时，异丁烯的色谱图峰形、保留时间、峰面积都非常理想，所以柱温选择100℃。

图1 不同柱温下的异丁烯标准品图谱Fig.1 Isobutylene standard chromatograms at different column temperatures

2.1.2 载气压力

由图2可知，60 kPa时，保留时间为2.870 min，峰面积为491.65；80 kPa时，保留时间为2.621 min，峰面积为750.97；100 kPa时，保留时间为2.553 min，峰面积为951.47；120 kPa时，峰形最好，保留时间为2.050 min，峰面积为1 336.33；150 kPa时，保留时间为1.926 min，峰面积为1 140.36。120 kPa时峰形、峰面积、保留时间都非常理想，所以选用120 kPa为载气压力。

图2 不同载气压力下的异丁烯标准品图谱Fig.2 Isobutylene standard chromatograms under different carrier gas pressures

2.1.3 进样器温度

由图3可知，70℃时的异丁烯色谱峰保留时间为1.977 min，峰面积为1 258.23；100℃时，色谱峰保留时间为1.963 min，峰面积为1 224.04；130℃时，色谱峰保留时间为1.987 min，峰面积为1 234.22。由此可见，进样器温度对保留时间和峰面积的产生影响不显著，本试验中选择峰面积中间的值，即确定130℃作为进样器温度。

图3 不同进样器温度下的异丁烯标准品图谱Fig.3 Isobutylene standard chromatograms at different injector temperatures

2.1.4 检测器温度

由图4可知，在130、150、180℃这3个检测器温度下，异丁烯标准品的峰形相差不大。130℃时，异丁烯标准品的保留时间为1.971 min，峰面积为3 090.37；150℃时，保留时间为1.975 min，峰面积为3 220.01；180℃时，保留时间为1.931 min，峰面积为3 192.30。3个检测器温度下，异丁烯标准品的保留时间、峰面积基本相同。在本试验中，以选择最大峰面积为准。因此，确定检测器温度为150℃。

图4 不同检测器温度下的异丁烯标准品图谱Fig.4 Isobutylene standard chromatograms at different detector temperatures

2.2 异丁烯与商品1-MCP浓度的线性分析

由图5～7可知，利用上述建立的气相色谱条件进行检测，异丁烯浓度与峰面积、商品1-MCP浓度与峰值、商品1-MCP浓度与峰面积均呈现良好的线性关系，其线性方程分别为y=7 446x-21 743（R2=0.999）、y=3 050x-1 749（R2=0.997）和y=56 745x-1 284（R2=0.997）。已知浓度的异丁烯与间接已知浓度的商品1-MCP均与峰面积（峰值）呈现良好的线性关系。由此可见，利用本试验中建立的气相色谱条件，同时利用已知浓度异丁烯绘制标准曲线来测定不同环境中1-MCP含量的方法是可行且准确的。

图5 异丁烯浓度与峰面积的线性关系Fig.5 Linear relationship between concentrations and peak areas of isobutylene

图6 1-MCP浓度与峰值的线性关系Fig.6 Linear relationship between concentrations and peak values of 1-MCP

图7 1-MCP浓度与峰面积的线性关系Fig.7 Linear relationship between concentrations and peak areas of 1-MCP

2.3 不同条件下1-MCP的释放规律

2.3.1 乐扣盒内模拟的1-MCP释放规律

由图8可知，在乐扣盒模拟试验中，常温+干燥、低温+干燥和低温+梨3个处理组在7 h内均没有检测到1-MCP含量积累，可能是由于这3个处理组的环境保持干燥，无法使商品1-MCP进行有效释放。常温+湿润处理组1-MCP释放速率最高，在2 h时释放浓度达到了最高值，为14.87μL/L，3 h时下降到8.61μL/L，后期呈小幅度上升趋势，7 h时1-MCP积累浓度为10.746μL/L；低温+湿润处理组在1 h的1-MCP释放量与常温+湿润组相近，为7.3μL/L，2 h下降到5.57μL/L，随后缓慢上升，7 h时的1-MCP积累含量为6.47μL/L，从3 h开始常温+湿润处理组1-MCP积累量显著高于低温+湿润处理组（P＜0.05）；常温+梨处理组1-MCP释放较为平衡，1 h和7 h时的1-MCP积累浓度分别为4.63μL/L和5.57μL/L，在7 h释放过程中，其1-MCP积累量显著低于常温+湿润处理组（P＜0.05）。表明湿润环境能够有效促进商品1-MCP的释放，同时低温对其释放有一定的抑制作用；由于梨在常温条件下较低温条件下更能够使贮藏环境产生水分（湿度），故常温+梨处理组能够促使商品1-MCP进行释放。

图8 不同条件下乐扣盒内1-MCP的释放情况Fig.8 Release of 1-MCP in sealed box under different conditions

2.3.2 不同温度下青皮核桃保鲜袋内1-MCP释放规律

由图9可知，常温条件下，保鲜袋上部空间1-MCP积累浓度较高，1 h积累浓度为5.53μL/L，2 h积累浓度达到最高值（12.18μL/L），3 h时积累浓度有所下降，为9.36μL/L，后期缓慢上升再缓慢下降并最终保持平稳，释放后期1-MCP积累浓度为9.36μL/L；中部空间1-MCP积累较为缓慢，1 h时1-MCP积累浓度为1.26μL/L，2～4 h时1-MCP积累浓度未显著增加，5 h时积累浓度为2.93μL/L，后期积累浓度基本保持稳定，10 h时1-MCP积累浓度为3.28μL/L；下部空间1～3 h未检测到1-MCP，4～6 h的1-MCP积累量维持在0.36μL/L左右，7 h时的1-MCP积累浓度增加到1.26μL/L，并保持缓慢增加，10 h时1-MCP积累浓度为1.55μL/L。在整个10 h取样时间内，上部空间的1-MCP积累浓度显著高于中部空间和下部空间（P＜0.05）。中部空间前4 h的1-MCP积累量保持稳定，5 h时1-MCP积累浓度开始有所增加，且后期1-MCP积累浓度显著高于下部空间。1-MCP气体从包藏物中释放出来并扩散到整个贮藏环境中是一种气体自由扩散的过程，1-MCP气体在无外界措施干预下，仅依靠自由扩散需要一定的时间才会均匀分布在整个贮藏环境中，该过程可能会使在10 h的检测中不同部位的1-MCP积累浓度不一致，从而导致靠近释放点的气体浓度较高，远离释放点的气体浓度较低。

图9 常温条件下保鲜袋中1-MCP的释放情况Fig.9 Release of 1-MCP from fresh-keeping bags at room temperature

由图10可知，低温条件下，保鲜袋上部空间1-MCP积累浓度呈前期上升，中期缓慢下降，后期基本保持稳定，1 h时1-MCP积累浓度为5.38μL/L，3 h达到浓度最高值，为6.63μL/L，10 h 1-MCP积累浓度为5.32μL/L，与1 h时所积累浓度相近；中部空间的1-MCP积累浓度整体较为平稳，未见明显增加，整个测定期间的1-MCP积累浓度基本维持在1.12μL/L左右；下部空间1～6 h未检测到1-MCP，7 h开始有少量1-MCP积累，10 h时积累浓度为0.33μL/L。整个测定期间，1-MCP积累浓度高低表现为上部＞中部＞下部，且不同部位间的1-MCP积累浓度差异显著（P＜0.05）。造成这种差异可能也是由于气体自由扩散速度较慢产生。

图10 低温条件下保鲜袋中1-MCP的释放情况Fig.10 Release of 1-MCP from fresh-keeping bags at low temperature

由图11可知，在保鲜袋的上部位置，常温条件和低温条件下，1-MCP在1 h的积累浓度相近，之后常温条件下1-MCP积累浓度显著高于低温条件（P＜0.05）。在两种温度条件下，由于商品1-MCP受到蒸馏水浸湿作用，在1 h时的积累浓度相同，2～10 h过程中由于受到低温环境的影响，1-MCP释放速率显著低于常温状态（P＜0.05），表现为低温下的1-MCP积累浓度显著低于常温下的1-MCP积累浓度。

图11 保鲜袋上部位置1-MCP在常温和低温条件下的释放情况Fig.11 Release of 1-MCP from fresh-keeping bags at room&low temperatures

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）使用异丁烯作为标准物绘制标准曲线，结合GC检测方法，使用如下检测条件：柱温为100℃，载气压力为120 kPa，进样器温度为130℃，检测器温度为150℃，进样量为2 mL。该检测方法下，异丁烯标准物浓度与对应峰面积之间呈良好线性关系，商品1-MCP的梯度“间接已知含量（浓度）”与所对应的峰面积之间亦呈现良好的线性关系。因此，通过此检测方法能够较为准确地测定贮藏环境中1-MCP的浓度。

（2）通过乐扣盒模拟试验表明，商品1-MCP的释放效果受浸湿程度和温度的影响较大。主要表现为：充分浸湿条件下，1-MCP的释放速度很快，依靠常温条件下密封乐扣盒内梨自身水分散失所产生的湿度条件，1-MCP释放速率和积累浓度显著低于充分浸湿条件（P＜0.05），干燥条件下无法释放1-MCP气体；1-MCP在低温条件（0℃）下释放速度低于常温条件（28℃），且差异达到显著水平（P＜0.05）；低温条件下（0℃），未浸湿的商品1-MCP在装有梨的密封乐扣盒中7 h内未检测到1-MCP。气体取样前微型风扇工作30 s是为了使乐扣盒中各位置的1-MCP浓度混匀，保持盒内各点位相同的取样浓度。

（3）通过保鲜袋包装青皮核桃试验发现，在一定空间的贮藏环境中，相同时间内1-MCP的积累浓度在同一保鲜袋的不同位置并不相同。主要表现为：商品1-MCP所在位置（上部，即封口处）与保鲜袋最下部的1-MCP积累浓度在相同时间内差异达显著水平（P＜0.05），前者1-MCP积累浓度高于后者。在装有青皮核桃的密封保鲜袋内，依靠气体自由扩散10 h并不能使整个保鲜袋各个位置的1-MCP积累浓度相同，即在同一个密封保鲜袋中不同位置的青皮核桃在10 h内接受到的1-MCP处理剂量（处理浓度×处理时间）是不相同的。

3.2 讨论

1-MCP作为一种成熟的乙烯受体抑制剂，其已被广泛应用于各类果蔬采后贮藏保鲜中，不同的果蔬因品种、成熟度和采后时间的不同，1-MCP处理量也有一定的差别，且适宜的处理浓度能使采后果蔬的品质达到最佳。相关研究表明：使用1.35μL/L 1-MCP处理安溪油柿果实效果最佳[16]；0.325μL/L 1-MCP处理采后梨，配合其他措施可使梨的贮藏期达8个月[17]；1.0μL/L 1-MCP处理采后软枣猕猴桃能有效维持其营养物质含量，减缓果实硬度降低[18]；1.0μL/L 1-MCP处理番石榴果实12 h，能够有效推迟乙烯释放高峰，保鲜效果好[19]；3μL/L 1-MCP连续处理青皮核桃24 h，在保证品质的前提下能有效延长其贮藏期[20]。以上研究结果表明，使用1-MCP处理采后果蔬均需要适宜的浓度以达到较好的贮藏效果。因此，精准确定1-MCP处理浓度对于维持果蔬采后贮藏品质很关键。本文在借鉴前人研究的基础上，进一步确定了基于气相色谱的1-MCP检测方法，且良好的线性关系验证了本方法的可行性与准确性。需要指出的是，在绘制标准曲线时，所用异丁烯的梯度浓度应与所检测1-MCP浓度保持在相同数量级，以保证检测结果的准确性。

本研究结果显示，商品1-MCP的释放受浸湿程度和低温的影响较大，在完全浸湿的条件下气体释放较迅速，易达到释放峰值。在潮湿环境中，商品1-MCP则需要先吸收环境中的气态水分，然后再释放1-MCP气体，且释放速度显著低于完全浸湿条件。装有梨的封闭乐扣盒内，环境中产生的水分促进了商品1-MCP气体的释放。低温对1-MCP的释放产生显著的抑制作用，表现为相同湿度条件下低温（0℃）环境1-MCP释放速率显著低于常温（28℃）环境，产生此现象的原因可能是在低温条件下商品1-MCP包藏物与气态水分的结合能力下降，从而导致1-MCP气体从包藏物中释放速率降低。由此可见，不同的1-MCP处理方式对其释放效果产生显著差异，因此，在实际贮藏应用中建议将商品1-MCP充分浸湿后再放入贮藏环境（袋）中。由于1-MCP处理与预冷处理对于温度的要求是截然相反的，因此在实际应用中存在是先1-MCP处理还是先预冷处理的问题。本文认为，在进行贮藏保鲜科学研究时，由于果蔬贮藏量较规模应用少很多，一般采用预冷前对果蔬进行1-MCP处理；而大规模市场化应用往往是在预冷后低温贮藏开始时进行1-MCP处理，这样能够减少相当部分的工作量，节省前期贮藏费用。由于商品1-MCP在低温环境下释放速率受到抑制，可根据实际情况加大使用量，以达到最优处理浓度，但同时也会增加保鲜剂的费用。颉敏华等[13]就1-MCP处理和预冷处理进行了平衡，筛选出一个适宜的温度点作为1-MCP处理与预冷处理的共用温度，且使果蔬保鲜效果达到最佳，本文认为这也是一种解决两者温度矛盾的较好方式。

本研究也显示，商品1-MCP在充分浸湿的情况下，1-MCP积累浓度在相同时间内同一保鲜袋不同位置的差异很大。常温条件下，保鲜袋上部位置1 h达到1-MCP释放浓度平均值，2 h达到释放高峰；低温条件下，距离商品1-MCP药包放置点最远端的位置7 h才开始有1-MCP积累。产生这种差异的原因可能是由于1-MCP气体自由扩散缓慢造成。在本研究中，乐扣盒模拟试验中使用微型风扇是为了使盒内1-MCP气体均匀分布，而在核桃包装试验中则未使用。笔者在预试验中曾经开展二氧化氯保鲜剂对苹果的保鲜研究，试验中发现靠近二氧化氯药包的苹果表皮受到氧化导致斑点变大、产生褐变，而远离药包的苹果则未受到影响，这也说明二氧化氯气体在包装袋内扩散并不均匀。本研究结果显示，仅靠气体自由扩散无法在短时间内使1-MCP气体分布均匀，造成贮藏环境中的浓度与计划使用的浓度存在一定差异。这种不同位置1-MCP积累浓度的差异是否会对果蔬的保鲜效果产生影响有待进一步研究证实。另外，由于一定时间内1-MCP气体在密封保鲜袋内的自由扩散不均匀，药包附近过高浓度的1-MCP气体是否会对果蔬的贮藏品质产生负面影响亦有待进一步研究。