1.研究背景

堇葉碎米薺(Cardamine violifolia)是十字花科碎米薺屬植物，主要分布于中國(guó)武陵山區(qū)。有著悠久的作為野生蔬菜和中藥材的消費(fèi)歷史，并且富含蛋白質(zhì)、多糖、黃酮類(lèi)、維生素C、硫代葡萄糖苷和礦物質(zhì)。具體來(lái)說(shuō)，堇葉碎米薺在2007年被證明是一種硒（Se）超積累植物，并且迄今為止也是世界上已知的三種硒超積累植物之一。在中國(guó)恩施漁塘壩礦區(qū)生長(zhǎng)的堇葉碎米薺，被發(fā)現(xiàn)其幼苗葉片中硒含量超過(guò)1400 mg/kg干重（DW），在亞硒酸鹽處理下超過(guò)9000 mg/kg DW，其中有機(jī)硒形態(tài)是植物中的主要形式。2021年3月，中國(guó)國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)授權(quán)恩施堇葉碎米薺作為新食品原料，并在綠葉蔬菜標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)督下（中國(guó)國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)，2021），它有很大的潛力被用作富硒原料食品和植物硒補(bǔ)充劑。

恩施堇葉碎米薺通常在抽苔期間被采摘并直接作為綠色蔬菜食用，與甘藍(lán)（Brassica campestris）類(lèi)似，其可食用部分，包括花、莖和葉，都是新鮮且嫩的。在商業(yè)種植田中，在豆莢形成階段收獲植物嫩枝，大部分莖和葉被加工成食品原料。因此，在產(chǎn)量形成之前，超過(guò)80%的花就會(huì)丟失。花是十字花科蔬菜中重要的美味部分，它們的直接損失會(huì)造成資源浪費(fèi)并減少利用。研究表明，恩施堇葉碎米薺的莖和葉中總硒（Se）含量不同。然而，對(duì)于花的可比較研究還缺乏，目前還不清楚這三種可食用部分的硒形態(tài)是否不同。同樣，可食用部分的硒含量及其硒形態(tài)，特別是有機(jī)硒的含量，是影響富硒食品原料質(zhì)量的關(guān)鍵因素。此外，像西蘭花、菜花和中國(guó)白菜這樣的十字花科蔬菜可以向周?chē)h(huán)境釋放豐富的揮發(fā)性物質(zhì)，包括萜烯、異硫氰酸酯和綠葉揮發(fā)物。一般來(lái)說(shuō)，這些揮發(fā)性物質(zhì)可以幫助刺激人類(lèi)的嗅覺(jué)和味覺(jué)，并極大地影響蔬菜的風(fēng)味甚至整體評(píng)價(jià)。

武漢輕工大學(xué)吳慕慈副教授團(tuán)隊(duì)在《Food Chemistry 》期刊（IF=8.8）上發(fā)表了題目為“Selenium speciation and volatile flavor compound profiles in the edible flowers, stems, and leaves of selenium-hyperaccumulating vegetable Cardamine violifolia”的文章（DOI: 10.1016/j.foodchem.2023.136710），文章研究了揮發(fā)性有機(jī)化合物對(duì)恩施堇葉碎米薺三種不同的可食用部分，即花、莖和葉的影響。研究使用了高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（HPLC-ICP-MS）來(lái)檢測(cè)恩施堇葉碎米薺三個(gè)可食用部分的總硒含量和硒形態(tài)。結(jié)果表明，花中的總硒含量顯著高于葉和莖。有機(jī)硒占總硒含量的98%以上，主要是硒代半胱氨酸（SeCys2），其次是甲基硒代半胱氨酸（MeSeCys）。通過(guò)電子鼻（E-nose）、頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（HS-SPME-GC-MS）和頂空氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用技術(shù)（HS-GC-IMS）分析了三個(gè)樣本的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）。共鑒定出102種VOCs，主要是酯類(lèi)、醛類(lèi)、醇類(lèi)和酮類(lèi)?；ㄖ泻胸S富的VOCs，而莖和葉中的VOCs較少但輪廓相似。此外，應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法研究了VOCs的變化和標(biāo)記VOCs。

文章中樣品描述不同部位的香氣特征的儀器就是我們上海保圣的電子鼻，那么具體操作方法是什么呢？

2.實(shí)驗(yàn)方法

3.樣品制備

同一種植田抽苔期收獲植物芽，包括花、莖、葉。新鮮樣品分為三個(gè)不同的部分，用去離子水洗滌以排除表面的污染，在50°C烤箱中干燥至定重，用植物研磨機(jī)粉碎并通過(guò)250 μm網(wǎng)分離。最后，粉末樣品在室溫下避光保存。

4.電子鼻分析

使用電子鼻系統(tǒng)（cNose，上海保圣）進(jìn)行氣味和揮發(fā)性化合物分析，其傳感器1（S1）對(duì)丙酮和燃燒產(chǎn)物敏感；傳感器2（S2）對(duì)有機(jī)硫化物敏感；傳感器3（S3）對(duì)含氮化合物敏感；傳感器4（S4）對(duì)甲苯、醛、酮和醇敏感；傳感器5（S5）對(duì)甲烷和乙烷敏感；傳感器6（S6）對(duì)甲烷、丙烷、丁烷和燃燒產(chǎn)物敏感；傳感器7（S7）對(duì)氨和胺類(lèi)化合物敏感；傳感器8（S8）對(duì)硫化物和硫化氫敏感；傳感器9（S9）對(duì)烷基芳香族化合物、脂肪族烴、鹵代烴、醚、酯、吡啶、酚和醇敏感；傳感器10（S10）對(duì)醇、酮、醛和芳香族化合物敏感；傳感器11（S11）對(duì)甲烷和硫化氫敏感；傳感器12（S12）對(duì)易燃?xì)怏w敏感；傳感器13（S13）對(duì)酚、酮、乙酸乙酯、環(huán)己酮、氯苯、甲苯和醚敏感；傳感器14（S14）對(duì)烷烴、烯烴和芳香族化合物敏感；傳感器15（S15）對(duì)烷烴、烯烴和氫敏感；傳感器16（S16）對(duì)烷烴、一氧化碳、烯醛、醇、氮氧化物、酮和醛敏感；傳感器17（S17）對(duì)硫化物、氮化物、碳化物、烴類(lèi)和氮氧化物敏感；傳感器18（S18）對(duì)甲烷、丙烷、丁烷和燃燒產(chǎn)物敏感。

將2.0克的三種不同的粉末樣品放入50毫升的頂空瓶中，并在測(cè)量前在60℃的水浴中平衡15分鐘。然后，樣品頂空氣體以1000毫升/分鐘的恒定速率注入傳感器陣列，測(cè)量時(shí)間為60秒。不同部分的香氣特征是通過(guò)與傳感器對(duì)應(yīng)的響應(yīng)值來(lái)描述的。

5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.1電子鼻結(jié)果分析

圖1 電子鼻響應(yīng)數(shù)據(jù)的PCA評(píng)分圖(A)、PCA雙圖(B)和雷達(dá)圖(C)

電子鼻系統(tǒng)對(duì)可測(cè)量范圍內(nèi)的氣味和揮發(fā)性化合物很敏感，輕微的變化會(huì)引起心理氧化物傳感器的不同反應(yīng)。PCA是一種無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)方法，可以降低多變量數(shù)據(jù)的維數(shù)。利用主成分分析法對(duì)恩施堇葉碎米薺花、葉和莖的傳感器響應(yīng)值進(jìn)行了探討。如圖1A所示，PCA評(píng)分圖中有三個(gè)樣本。前兩個(gè)組成部分(分別占PC1和PC2的81.5%和14.9%)解釋了96.4%的方差。樣品空間區(qū)域顯示，葉和莖彼此靠近，這意味著這兩個(gè)可食用部分具有相對(duì)接近的風(fēng)味成分。然而，它們是與花朵顯著不同。PCA雙圖(圖1B)顯示了對(duì)樣品散射行為響應(yīng)最顯著的傳感器：S2(對(duì)有機(jī)硫化物敏感)、S3(對(duì)含氮物質(zhì)敏感)、S4(對(duì)甲苯、醛類(lèi)、酮類(lèi)和醇類(lèi)敏感)、S9(對(duì)烷烴芳香族化合物、脂肪烴、鹵化烴、醚類(lèi)、酯類(lèi)、吡啶、酚類(lèi)和醇類(lèi)敏感)和S10(對(duì)醇類(lèi)、酮類(lèi)、醛類(lèi)和芳香化合物敏感)占花粉分離的大部分。這意味著花中有更多的有機(jī)硫化物、氮化合物、醛類(lèi)、酮類(lèi)、醇類(lèi)、醚類(lèi)、酯類(lèi)和芳香化合物。S1(對(duì)丙酮和燃燒產(chǎn)物敏感)、S7(對(duì)氨和胺類(lèi)化合物敏感)和S8(對(duì)烷烴、烯烴和氫敏感)與莖和葉的對(duì)應(yīng)程度更高，說(shuō)明這兩個(gè)部位存在更多的烷烴、烯烴、丙酮、胺類(lèi)化合物和燃燒產(chǎn)物。雷達(dá)圖(圖1C)進(jìn)一步證實(shí)了上述結(jié)果，S2、S3、S4、S6、S9、S10對(duì)花樣的響應(yīng)值明顯較高，莖、葉在S1、S8、S7處響應(yīng)值較高。這證明了恩施堇葉碎米薺的三種食用部位具有不同的香氣特征，其中花的香氣特征與莖、葉不同。