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上海保圣电子鼻助力武汉轻工大学吴慕慈副教授团队发表文章

点击次数:106 更新时间:2024-05-14

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1 研究背景

恩施堇叶碎米荠(Cardamine violifolia)是十字花科碎米荠属植物,主要分布于中国武陵山区。有着悠久的作为野生蔬菜和中药材的消费历史,并且富含蛋白质、多糖、黄酮类、维生素C、硫代葡萄糖苷和矿物质。具体来说,恩施堇叶碎米荠在2007年被证明是一种硒(Se)超积累植物,并且迄今为止也是世界上已知的三种硒超积累植物之一。在中国恩施渔塘坝矿区生长的恩施堇叶碎米荠,被发现其幼苗叶片中硒含量超过1400 mg/kg干重(DW),在亚西酸盐处理下超过9000 mg/kg DW,其中有机硒形态是植物中的主要形式。20213月,中国国家卫生健康委员会授权恩施堇叶碎米荠作为新食品原料,并在绿叶蔬菜标准监督下(中国国家卫生健康委员会,2021),它有很大的潜力被用作富硒原料食品和植物硒补充剂。

恩施堇叶碎米荠通常在抽苔期间被采摘并直接作为绿色蔬菜食用,与甘蓝(Brassica campestris)类似,其可食用部分,包括花、茎和叶,都是新鲜且嫩的。在商业种植田中,在豆荚形成阶段收获植物嫩枝,大部分茎和叶被加工成食品原料。因此,在产量形成之前,超过80%的花就会丢失。花是十字花科蔬菜中重要的美味部分,它们的直接损失会造成资源浪费并减少利用。研究表明,恩施堇叶碎米荠的茎和叶中总硒(Se)含量不同。然而,对于花的可比较研究还缺乏,目前还不清楚这三种可食用部分的硒形态是否不同。同样,可食用部分的硒含量及其硒形态,特别是有机硒的含量,是影响富硒食品原料质量的关键因素。此外,像西兰花、菜花和中国白菜这样的十字花科蔬菜可以向周围环境释放丰富的挥发性物质,包括萜烯、异硫氰酸酯和绿叶挥发物。一般来说,这些挥发性物质可以帮助刺激人类的嗅觉和味觉,并极大地影响蔬菜的风味甚至整体评价。

武汉轻工大学吴慕慈副教授团队在《Food Chemistry 》期刊(IF=8.8)上发表了题目为“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),文章研究了挥发性有机化合物对恩施堇叶碎米荠三种不同的可食用部分,即花、茎和叶的影响。研究使用了高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术(HPLC-ICP-MS)来检测恩施堇叶碎米荠三个可食用部分的总硒含量和硒形态。结果表明,花中的总硒含量显著高于叶和茎。有机硒占总硒含量的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)。通过电子鼻(E-nose)、顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术(HS-SPME-GC-MS)和顶空气相色谱-离子迁移谱联用技术(HS-GC-IMS)分析了三个样本的挥发性有机化合物(VOCs)。共鉴定出102VOCs,主要是酯类、醛类、醇类和酮类。花中含有丰富的VOCs,而茎和叶中的VOCs较少但轮廓相似。此外,应用多元统计分析方法研究了VOCs的变化和标记VOCs

2 实验方法

1 样品制备

同一种植田抽苔期收获植物芽,包括花、茎、叶。新鲜样品分为三个不同的部分,用去离子水洗涤以排除表面的污染,在50°C烤箱中干燥至定重,用植物研磨机粉碎并通过250 μm网分离。最后,粉末样品在室温下避光保存。

2 电子鼻分析

使用保圣电子鼻进行气味和挥发性化合物分析,其传感器1S1)对丙酮和燃烧产物敏感;传感器2S2)对有机硫化物敏感;传感器3S3)对含氮化合物敏感;传感器4S4)对甲苯、醛、酮和醇敏感;传感器5S5)对甲烷和乙烷敏感;传感器6S6)对甲烷、丙烷、丁烷和燃烧产物敏感;传感器7S7)对氨和胺类化合物敏感;传感器8S8)对硫化物和硫化氢敏感;传感器9S9)对烷基芳香族化合物、脂肪族烃、卤代烃、醚、酯、吡啶、酚和醇敏感;传感器10S10)对醇、酮、醛和芳香族化合物敏感;传感器11S11)对甲烷和硫化氢敏感;传感器12S12)对亦燃气体敏感;传感器13S13)对酚、酮、乙酸乙酯、环己酮、氯苯、甲苯和醚敏感;传感器14S14)对烷烃、烯烃和芳香族化合物敏感;传感器15S15)对烷烃、烯烃和氢敏感;传感器16S16)对烷烃、一氧化碳、烯醛、醇、氮氧化物、酮和醛敏感;传感器17S17)对硫化物、氮化物、碳化物、烃类和氮氧化物敏感;传感器18S18)对甲烷、丙烷、丁烷和燃烧产物敏感。

2.0克的三种不同的粉末样品放入50毫升的顶空瓶中,并在测量前在60℃的水浴中平衡15分钟。然后,样品顶空气体以1000毫升/分钟的恒定速率注入传感器阵列,测量时间为60秒。不同部分的香气特征是通过与传感器对应的响应值来描述的。

3 实验结果

1 电子鼻结果分析

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1 电子鼻响应数据的PCA评分图(A)PCA双图(B)和雷达图(C)

电子鼻系统对可测量范围内的气味和挥发性化合物很敏感,轻微的变化会引起心理氧化物传感器的不同反应。PCA是一种无监督聚类方法,可以降低多变量数据的维数。利用主成分分析法对恩施堇叶碎米荠花、叶和茎的传感器响应值进行了探讨。如图1A所示,PCA评分图中有三个样本。前两个组成部分(分别占PC1PC281.5%14.9%)解释了96.4%的方差。样品空间区域显示,叶和茎彼此靠近,这意味着这两个可食用部分具有相对接近的风味成分。然而,它们是与花朵显著不同。PCA双图(1B)显示了对样品散射行为响应较为显著的传感器:S2(对有机硫化物敏感)S3(对含氮物质敏感)S4(对甲苯、醛类、酮类和醇类敏感)S9(对烷烃芳香族化合物、脂肪烃、卤化烃、醚类、酯类、吡啶、酚类和醇类敏感)S10(对醇类、酮类、醛类和芳香化合物敏感)占花粉分离的大部分。这意味着花中有更多的有机硫化物、氮化合物、醛类、酮类、醇类、醚类、酯类和芳香化合物。S1(对丙酮和燃烧产物敏感)S7(对氨和胺类化合物敏感)S8(对烷烃、烯烃和氢敏感)与茎和叶的对应程度更高,说明这两个部位存在更多的烷烃、烯烃、丙酮、胺类化合物和燃烧产物。雷达图(1C)进一步证实了上述结果,S2S3S4S6S9S10对花样的响应值明显较高,茎、叶在S1S8S7处响应值较高。这证明了恩施堇叶碎米荠的三种食用部位具有不同的香气特征,其中花的香气特征与茎、叶不同。


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