1.研究背景

堇葉碎米薺(Cardamine violifolia)是十字花科碎米薺屬植物，主要分布于中國武陵山區(qū)。有著悠久的作為野生蔬菜和中藥材的消費歷史，并且富含蛋白質(zhì)、多糖、黃酮類、維生素C、硫代葡萄糖苷和礦物質(zhì)。具體來說，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。在中國恩施漁塘壩礦區(qū)生長的堇葉碎米薺，被發(fā)現(xiàn)其幼苗葉片中硒含量超過1400 mg/kg干重（DW），在亞硒酸鹽處理下超過9000 mg/kg DW，其中有機硒形態(tài)是植物中的主要形式。2021年3月，中國國家衛(wèi)生健康委員會授權(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（中國國家衛(wèi)生健康委員會，2021），它有很大的潛力被用作富硒原料食品和植物硒補充劑。

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80%的花就會丟失。花是十字花科蔬菜中重要的美味部分，它們的直接損失會造成資源浪費并減少利用。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、菜花和中國白菜這樣的十字花科蔬菜可以向周圍環(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。一般來說，這些揮發(fā)性物質(zhì)可以幫助刺激人類的嗅覺和味覺，并極大地影響蔬菜的風(fēng)味甚至整體評價。

武漢輕工大學(xué)吳慕慈副教授團(tuán)隊在《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)性有機化合物對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）來檢測恩施堇葉碎米薺三個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）分析了三個樣本的揮發(fā)性有機化合物（VOCs）。共鑒定出102種VOCs，主要是酯類、醛類、醇類和酮類。花中含有豐富的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.實驗方法

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，用植物研磨機粉碎并通過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）對丙酮和燃燒產(chǎn)物敏感；傳感器2（S2）對有機硫化物敏感；傳感器3（S3）對含氮化合物敏感；傳感器4（S4）對甲苯、醛、酮和醇敏感；傳感器5（S5）對甲烷和乙烷敏感；傳感器6（S6）對甲烷、丙烷、丁烷和燃燒產(chǎn)物敏感；傳感器7（S7）對氨和胺類化合物敏感；傳感器8（S8）對硫化物和硫化氫敏感；傳感器9（S9）對烷基芳香族化合物、脂肪族烴、鹵代烴、醚、酯、吡啶、酚和醇敏感；傳感器10（S10）對醇、酮、醛和芳香族化合物敏感；傳感器11（S11）對甲烷和硫化氫敏感；傳感器12（S12）對易燃?xì)怏w敏感；傳感器13（S13）對酚、酮、乙酸乙酯、環(huán)己酮、氯苯、甲苯和醚敏感；傳感器14（S14）對烷烴、烯烴和芳香族化合物敏感；傳感器15（S15）對烷烴、烯烴和氫敏感；傳感器16（S16）對烷烴、一氧化碳、烯醛、醇、氮氧化物、酮和醛敏感；傳感器17（S17）對硫化物、氮化物、碳化物、烴類和氮氧化物敏感；傳感器18（S18）對甲烷、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，測量時間為60秒。不同部分的香氣特征是通過與傳感器對應(yīng)的響應(yīng)值來描述的。

5. 實驗結(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評分圖(A)、PCA雙圖(B)和雷達(dá)圖(C)

電子鼻系統(tǒng)對可測量范圍內(nèi)的氣味和揮發(fā)性化合物很敏感，輕微的變化會引起心理氧化物傳感器的不同反應(yīng)。PCA是一種無監(jiān)督聚類方法，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評分圖中有三個樣本。前兩個組成部分(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，這意味著這兩個可食用部分具有相對接近的風(fēng)味成分。然而，它們是與花朵顯著不同。PCA雙圖(圖1B)顯示了對樣品散射行為響應(yīng)最顯著的傳感器：S2(對有機硫化物敏感)、S3(對含氮物質(zhì)敏感)、S4(對甲苯、醛類、酮類和醇類敏感)、S9(對烷烴芳香族化合物、脂肪烴、鹵化烴、醚類、酯類、吡啶、酚類和醇類敏感)和S10(對醇類、酮類、醛類和芳香化合物敏感)占花粉分離的大部分。這意味著花中有更多的有機硫化物、氮化合物、醛類、酮類、醇類、醚類、酯類和芳香化合物。S1(對丙酮和燃燒產(chǎn)物敏感)、S7(對氨和胺類化合物敏感)和S8(對烷烴、烯烴和氫敏感)與莖和葉的對應(yīng)程度更高，說明這兩個部位存在更多的烷烴、烯烴、丙酮、胺類化合物和燃燒產(chǎn)物。雷達(dá)圖(圖1C)進(jìn)一步證實了上述結(jié)果，S2、S3、S4、S6、S9、S10對花樣的響應(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。