1.研究背景
堇葉碎米荠(Cardamine violifolia)是十字花(huā)科碎米荠屬植物，主要分布于中國武陵山(shān)區(qū)。有(yǒu)着悠久的作(zuò)為(wèi)野生(shēng)蔬菜和(hé)中藥材的消費曆史，并且富含蛋白質、多(duō)糖、黃酮類、維生(shēng)素C、硫代葡萄糖苷和(hé)礦物質。具體(tǐ)來(lái)說，堇葉碎米荠在2007年被證明(míng)是一種硒（Se）超積累植物，并且迄今為(wèi)止也是世界上(shàng)已知的三種硒超積累植物之一。在中國恩施漁塘壩礦區(qū)生(shēng)長的堇葉碎米荠，被發現其幼苗葉片中硒含量超過1400 mg/kg幹重（DW），在亞硒酸鹽處理(lǐ)下超過9000 mg/kg DW，其中有(yǒu)機硒形态是植物中的主要形式。2021年3月，中國國家(jiā)衛生(shēng)健康委員會(huì)授權恩施堇葉碎米荠作(zuò)為(wèi)新食品原料，并在綠葉蔬菜标準監督下（中國國家(jiā)衛生(shēng)健康委員會(huì)，2021），它有(yǒu)很(hěn)大(dà)的潛力被用作(zuò)富硒原料食品和(hé)植物硒補充劑。
恩施堇葉碎米荠通(tōng)常在抽苔期間(jiān)被采摘并直接作(zuò)為(wèi)綠色蔬菜食用，與甘藍(lán)（Brassica campestris）類似，其可(kě)食用部分，包括花(huā)、莖和(hé)葉，都是新鮮且嫩的。在商業種植田中，在豆莢形成階段收獲植物嫩枝，大(dà)部分莖和(hé)葉被加工成食品原料。因此，在産量形成之前，超過80%的花(huā)就會(huì)丢失。花(huā)是十字花(huā)科蔬菜中重要的美味部分，它們的直接損失會(huì)造成資源浪費并減少(shǎo)利用。研究表明(míng)，恩施堇葉碎米荠的莖和(hé)葉中總硒（Se）含量不同。然而，對于花(huā)的可(kě)比較研究還(hái)缺乏，目前還(hái)不清楚這三種可(kě)食用部分的硒形态是否不同。同樣，可(kě)食用部分的硒含量及其硒形态，特别是有(yǒu)機硒的含量，是影(yǐng)響富硒食品原料質量的關鍵因素。此外，像西蘭花(huā)、菜花(huā)和(hé)中國白菜這樣的十字花(huā)科蔬菜可(kě)以向周圍環境釋放豐富的揮發性物質，包括萜烯、異硫氰酸酯和(hé)綠葉揮發物。一般來(lái)說，這些(xiē)揮發性物質可(kě)以幫助刺激人(rén)類的嗅覺和(hé)味覺，并極大(dà)地影(yǐng)響蔬菜的風味甚至整體(tǐ)評價。
武漢輕工大(dà)學吳慕慈副教授團隊在《Food Chemistry 》期刊（IF=8.8）上(shàng)發表了題目為(wèi)“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），文章研究了揮發性有(yǒu)機化合物對恩施堇葉碎米荠三種不同的可(kě)食用部分，即花(huā)、莖和(hé)葉的影(yǐng)響。研究使用了高(gāo)效液相色譜-電(diàn)感耦合等離子體(tǐ)質譜聯用技(jì)術(shù)（HPLC-ICP-MS）來(lái)檢測恩施堇葉碎米荠三個(gè)可(kě)食用部分的總硒含量和(hé)硒形态。結果表明(míng)，花(huā)中的總硒含量顯著高(gāo)于葉和(hé)莖。有(yǒu)機硒占總硒含量的98%以上(shàng)，主要是硒代半胱氨酸（SeCys2），其次是甲基硒代半胱氨酸（MeSeCys）。通(tōng)過電(diàn)子鼻（E-nose）、頂空(kōng)固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技(jì)術(shù)（HS-SPME-GC-MS）和(hé)頂空(kōng)氣相色譜-離子遷移譜聯用技(jì)術(shù)（HS-GC-IMS）分析了三個(gè)樣本的揮發性有(yǒu)機化合物（VOCs）。共鑒定出102種VOCs，主要是酯類、醛類、醇類和(hé)酮類。花(huā)中含有(yǒu)豐富的VOCs，而莖和(hé)葉中的VOCs較少(shǎo)但(dàn)輪廓相似。此外，應用多(duō)元統計(jì)分析方法研究了VOCs的變化和(hé)标記VOCs。
文章中樣品描述不同部位的香氣特征的儀器(qì)就是我們上(shàng)海保聖的電(diàn)子鼻，那(nà)麽具體(tǐ)操作(zuò)方法是什麽呢？
2.實驗方法
3.樣品制(zhì)備
同一種植田抽苔期收獲植物芽，包括花(huā)、莖、葉。新鮮樣品分為(wèi)三個(gè)不同的部分，用去離子水(shuǐ)洗滌以排除表面的污染，在50°C烤箱中幹燥至定重，用植物研磨機粉碎并通(tōng)過250 μm網分離。最後，粉末樣品在室溫下避光保存。
4.電(diàn)子鼻分析
使用電(diàn)子鼻系統（cNose，上(shàng)海保聖）進行(xíng)氣味和(hé)揮發性化合物分析，其傳感器(qì)1（S1）對丙酮和(hé)燃燒産物敏感；傳感器(qì)2（S2）對有(yǒu)機硫化物敏感；傳感器(qì)3（S3）對含氮化合物敏感；傳感器(qì)4（S4）對甲苯、醛、酮和(hé)醇敏感；傳感器(qì)5（S5）對甲烷和(hé)乙烷敏感；傳感器(qì)6（S6）對甲烷、丙烷、丁烷和(hé)燃燒産物敏感；傳感器(qì)7（S7）對氨和(hé)胺類化合物敏感；傳感器(qì)8（S8）對硫化物和(hé)硫化氫敏感；傳感器(qì)9（S9）對烷基芳香族化合物、脂肪族烴、鹵代烴、醚、酯、吡啶、酚和(hé)醇敏感；傳感器(qì)10（S10）對醇、酮、醛和(hé)芳香族化合物敏感；傳感器(qì)11（S11）對甲烷和(hé)硫化氫敏感；傳感器(qì)12（S12）對易燃氣體(tǐ)敏感；傳感器(qì)13（S13）對酚、酮、乙酸乙酯、環己酮、氯苯、甲苯和(hé)醚敏感；傳感器(qì)14（S14）對烷烴、烯烴和(hé)芳香族化合物敏感；傳感器(qì)15（S15）對烷烴、烯烴和(hé)氫敏感；傳感器(qì)16（S16）對烷烴、一氧化碳、烯醛、醇、氮氧化物、酮和(hé)醛敏感；傳感器(qì)17（S17）對硫化物、氮化物、碳化物、烴類和(hé)氮氧化物敏感；傳感器(qì)18（S18）對甲烷、丙烷、丁烷和(hé)燃燒産物敏感。
将2.0克的三種不同的粉末樣品放入50毫升的頂空(kōng)瓶中，并在測量前在60℃的水(shuǐ)浴中平衡15分鍾。然後，樣品頂空(kōng)氣體(tǐ)以1000毫升/分鍾的恒定速率注入傳感器(qì)陣列，測量時(shí)間(jiān)為(wèi)60秒(miǎo)。不同部分的香氣特征是通(tōng)過與傳感器(qì)對應的響應值來(lái)描述的。
5. 實驗結果
5.1電(diàn)子鼻結果分析
圖1 電(diàn)子鼻響應數(shù)據的PCA評分圖(A)、PCA雙圖(B)和(hé)雷達圖(C)
電(diàn)子鼻系統對可(kě)測量範圍內(nèi)的氣味和(hé)揮發性化合物很(hěn)敏感，輕微的變化會(huì)引起心理(lǐ)氧化物傳感器(qì)的不同反應。PCA是一種無監督聚類方法，可(kě)以降低(dī)多(duō)變量數(shù)據的維數(shù)。利用主成分分析法對恩施堇葉碎米荠花(huā)、葉和(hé)莖的傳感器(qì)響應值進行(xíng)了探討(tǎo)。如圖1A所示，PCA評分圖中有(yǒu)三個(gè)樣本。前兩個(gè)組成部分(分别占PC1和(hé)PC2的81.5%和(hé)14.9%)解釋了96.4%的方差。樣品空(kōng)間(jiān)區(qū)域顯示，葉和(hé)莖彼此靠近，這意味着這兩個(gè)可(kě)食用部分具有(yǒu)相對接近的風味成分。然而，它們是與花(huā)朵顯著不同。PCA雙圖(圖1B)顯示了對樣品散射行(xíng)為(wèi)響應最顯著的傳感器(qì)：S2(對有(yǒu)機硫化物敏感)、S3(對含氮物質敏感)、S4(對甲苯、醛類、酮類和(hé)醇類敏感)、S9(對烷烴芳香族化合物、脂肪烴、鹵化烴、醚類、酯類、吡啶、酚類和(hé)醇類敏感)和(hé)S10(對醇類、酮類、醛類和(hé)芳香化合物敏感)占花(huā)粉分離的大(dà)部分。這意味着花(huā)中有(yǒu)更多(duō)的有(yǒu)機硫化物、氮化合物、醛類、酮類、醇類、醚類、酯類和(hé)芳香化合物。S1(對丙酮和(hé)燃燒産物敏感)、S7(對氨和(hé)胺類化合物敏感)和(hé)S8(對烷烴、烯烴和(hé)氫敏感)與莖和(hé)葉的對應程度更高(gāo)，說明(míng)這兩個(gè)部位存在更多(duō)的烷烴、烯烴、丙酮、胺類化合物和(hé)燃燒産物。雷達圖(圖1C)進一步證實了上(shàng)述結果，S2、S3、S4、S6、S9、S10對花(huā)樣的響應值明(míng)顯較高(gāo)，莖、葉在S1、S8、S7處響應值較高(gāo)。這證明(míng)了恩施堇葉碎米荠的三種食用部位具有(yǒu)不同的香氣特征，其中花(huā)的香氣特征與莖、葉不同。
1.研究背景堇葉碎米荠(Cardamine violifolia)是十字花(huā)科碎米荠屬植物，主要分布于中國武陵山(shān)區(qū)。有(yǒu)着悠久的作(zuò)為(wèi)野生(shēng)蔬菜和(hé)中藥材的消費曆史，并且富含蛋白質、多(duō)糖、黃酮類、維生(shēng)素C、硫代葡萄糖苷和(hé)礦物質。具體(tǐ)來(lái)說，堇葉碎米荠在2007年被證明(míng)是一種硒（Se）超積累植物，并且迄今為(wèi)止也是世界上(shàng)已知的三種硒超積累植物之一。在中國恩施漁塘壩礦區(qū)生(shēng)長的堇葉碎米荠，被發現其幼苗葉片中硒含量超過1400 mg/kg幹重（DW），在亞硒酸鹽處理(lǐ)下超過9000 mg/kg DW，其中有(yǒu)機硒形态是植物中的主要形式。2021年3月，中國國家(jiā)衛生(shēng)健康委員會(huì)授權恩施堇葉碎米荠作(zuò)為(wèi)新食品原料，并在綠葉蔬菜标準監督下（中國國家(jiā)衛生(shēng)健康委員會(huì)，2021），它有(yǒu)很(hěn)大(dà)的潛力被用作(zuò)富硒原料食品和(hé)植物硒補充劑。恩施堇葉碎米荠通(tōng)常在抽苔期間(jiān)被采摘并直接作(zuò)為(wèi)綠色蔬菜食用，與甘藍(lán)（Brassica campestris）類似，其可(kě)食用部分，包括花(huā)、莖和(hé)葉，都是新鮮且嫩的。在商業種植田中，在豆莢形成階段收獲植物嫩枝，大(dà)部分莖和(hé)葉被加工成食品原料。因此，在産量形成之前，超過80%的花(huā)就會(huì)丢失。花(huā)是十字花(huā)科蔬菜中重要的美味部分，它們的直接損失會(huì)造成資源浪費并減少(shǎo)利用。研究表明(míng)，恩施堇葉碎米荠的莖和(hé)葉中總硒（Se）含量不同。然而，對于花(huā)的可(kě)比較研究還(hái)缺乏，目前還(hái)不清楚這三種可(kě)食用部分的硒形态是否不同。同樣，可(kě)食用部分的硒含量及其硒形态，特别是有(yǒu)機硒的含量，是影(yǐng)響富硒食品原料質量的關鍵因素。此外，像西蘭花(huā)、菜花(huā)和(hé)中國白菜這樣的十字花(huā)科蔬菜可(kě)以向周圍環境釋放豐富的揮發性物質，包括萜烯、異硫氰酸酯和(hé)綠葉揮發物。一般來(lái)說，這些(xiē)揮發性物質可(kě)以幫助刺激人(rén)類的嗅覺和(hé)味覺，并極大(dà)地影(yǐng)響蔬菜的風味甚至整體(tǐ)評價。武漢輕工大(dà)學吳慕慈副教授團隊在《Food Chemistry 》期刊（IF=8.8）上(shàng)發表了題目為(wèi)“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），文章研究了揮發性有(yǒu)機化合物對恩施堇葉碎米荠三種不同的可(kě)食用部分，即花(huā)、莖和(hé)葉的影(yǐng)響。研究使用了高(gāo)效液相色譜-電(diàn)感耦合等離子體(tǐ)質譜聯用技(jì)術(shù)（HPLC-ICP-MS）來(lái)檢測恩施堇葉碎米荠三個(gè)可(kě)食用部分的總硒含量和(hé)硒形态。結果表明(míng)，花(huā)中的總硒含量顯著高(gāo)于葉和(hé)莖。有(yǒu)機硒占總硒含量的98%以上(shàng)，主要是硒代半胱氨酸（SeCys2），其次是甲基硒代半胱氨酸（MeSeCys）。通(tōng)過電(diàn)子鼻（E-nose）、頂空(kōng)固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技(jì)術(shù)（HS-SPME-GC-MS）和(hé)頂空(kōng)氣相色譜-離子遷移譜聯用技(jì)術(shù)（HS-GC-IMS）分析了三個(gè)樣本的揮發性有(yǒu)機化合物（VOCs）。共鑒定出102種VOCs，主要是酯類、醛類、醇類和(hé)酮類。花(huā)中含有(yǒu)豐富的VOCs，而莖和(hé)葉中的VOCs較少(shǎo)但(dàn)輪廓相似。此外，應用多(duō)元統計(jì)分析方法研究了VOCs的變化和(hé)标記VOCs。文章中樣品描述不同部位的香氣特征的儀器(qì)就是我們上(shàng)海保聖的電(diàn)子鼻，那(nà)麽具體(tǐ)操作(zuò)方法是什麽呢？2.實驗方法3.樣品制(zhì)備同一種植田抽苔期收獲植物芽，包括花(huā)、莖、葉。新鮮樣品分為(wèi)三個(gè)不同的部分，用去離子水(shuǐ)洗滌以排除表面的污染，在50°C烤箱中幹燥至定重，用植物研磨機粉碎并通(tōng)過250 μm網分離。最後，粉末樣品在室溫下避光保存。4.電(diàn)子鼻分析使用電(diàn)子鼻系統（cNose，上(shàng)海保聖）進行(xíng)氣味和(hé)揮發性化合物分析，其傳感器(qì)1（S1）對丙酮和(hé)燃燒産物敏感；傳感器(qì)2（S2）對有(yǒu)機硫化物敏感；傳感器(qì)3（S3）對含氮化合物敏感；傳感器(qì)4（S4）對甲苯、醛、酮和(hé)醇敏感；傳感器(qì)5（S5）對甲烷和(hé)乙烷敏感；傳感器(qì)6（S6）對甲烷、丙烷、丁烷和(hé)燃燒産物敏感；傳感器(qì)7（S7）對氨和(hé)胺類化合物敏感；傳感器(qì)8（S8）對硫化物和(hé)硫化氫敏感；傳感器(qì)9（S9）對烷基芳香族化合物、脂肪族烴、鹵代烴、醚、酯、吡啶、酚和(hé)醇敏感；傳感器(qì)10（S10）對醇、酮、醛和(hé)芳香族化合物敏感；傳感器(qì)11（S11）對甲烷和(hé)硫化氫敏感；傳感器(qì)12（S12）對易燃氣體(tǐ)敏感；傳感器(qì)13（S13）對酚、酮、乙酸乙酯、環己酮、氯苯、甲苯和(hé)醚敏感；傳感器(qì)14（S14）對烷烴、烯烴和(hé)芳香族化合物敏感；傳感器(qì)15（S15）對烷烴、烯烴和(hé)氫敏感；傳感器(qì)16（S16）對烷烴、一氧化碳、烯醛、醇、氮氧化物、酮和(hé)醛敏感；傳感器(qì)17（S17）對硫化物、氮化物、碳化物、烴類和(hé)氮氧化物敏感；傳感器(qì)18（S18）對甲烷、丙烷、丁烷和(hé)燃燒産物敏感。将2.0克的三種不同的粉末樣品放入50毫升的頂空(kōng)瓶中，并在測量前在60℃的水(shuǐ)浴中平衡15分鍾。然後，樣品頂空(kōng)氣體(tǐ)以1000毫升/分鍾的恒定速率注入傳感器(qì)陣列，測量時(shí)間(jiān)為(wèi)60秒(miǎo)。不同部分的香氣特征是通(tōng)過與傳感器(qì)對應的響應值來(lái)描述的。5. 實驗結果5.1電(diàn)子鼻結果分析
圖1 電(diàn)子鼻響應數(shù)據的PCA評分圖(A)、PCA雙圖(B)和(hé)雷達圖(C)電(diàn)子鼻系統對可(kě)測量範圍內(nèi)的氣味和(hé)揮發性化合物很(hěn)敏感，輕微的變化會(huì)引起心理(lǐ)氧化物傳感器(qì)的不同反應。PCA是一種無監督聚類方法，可(kě)以降低(dī)多(duō)變量數(shù)據的維數(shù)。利用主成分分析法對恩施堇葉碎米荠花(huā)、葉和(hé)莖的傳感器(qì)響應值進行(xíng)了探討(tǎo)。如圖1A所示，PCA評分圖中有(yǒu)三個(gè)樣本。前兩個(gè)組成部分(分别占PC1和(hé)PC2的81.5%和(hé)14.9%)解釋了96.4%的方差。樣品空(kōng)間(jiān)區(qū)域顯示，葉和(hé)莖彼此靠近，這意味着這兩個(gè)可(kě)食用部分具有(yǒu)相對接近的風味成分。然而，它們是與花(huā)朵顯著不同。PCA雙圖(圖1B)顯示了對樣品散射行(xíng)為(wèi)響應最顯著的傳感器(qì)：S2(對有(yǒu)機硫化物敏感)、S3(對含氮物質敏感)、S4(對甲苯、醛類、酮類和(hé)醇類敏感)、S9(對烷烴芳香族化合物、脂肪烴、鹵化烴、醚類、酯類、吡啶、酚類和(hé)醇類敏感)和(hé)S10(對醇類、酮類、醛類和(hé)芳香化合物敏感)占花(huā)粉分離的大(dà)部分。這意味着花(huā)中有(yǒu)更多(duō)的有(yǒu)機硫化物、氮化合物、醛類、酮類、醇類、醚類、酯類和(hé)芳香化合物。S1(對丙酮和(hé)燃燒産物敏感)、S7(對氨和(hé)胺類化合物敏感)和(hé)S8(對烷烴、烯烴和(hé)氫敏感)與莖和(hé)葉的對應程度更高(gāo)，說明(míng)這兩個(gè)部位存在更多(duō)的烷烴、烯烴、丙酮、胺類化合物和(hé)燃燒産物。雷達圖(圖1C)進一步證實了上(shàng)述結果，S2、S3、S4、S6、S9、S10對花(huā)樣的響應值明(míng)顯較高(gāo)，莖、葉在S1、S8、S7處響應值較高(gāo)。這證明(míng)了恩施堇葉碎米荠的三種食用部位具有(yǒu)不同的香氣特征，其中花(huā)的香氣特征與莖、葉不同。
