保圣電子鼻助力中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院郭波莉教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表小麥籽粒揮發(fā)性分析的文章

1.研究背景

小麥?zhǔn)亲钪匾墓阮?lèi)作物之一，小麥籽粒揮發(fā)性可作為種子活力、貯藏期和糧食變質(zhì)的指標(biāo)。此外，“小麥香氣"現(xiàn)象有利于面粉及其最終產(chǎn)品。然而，造成這種特征香氣的具體揮發(fā)性化合物仍有待發(fā)現(xiàn)，并且根據(jù)以往研究，鹽堿土壤中生長(zhǎng)的小麥由于其生長(zhǎng)環(huán)境，具有更濃郁的“小麥香氣"。

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院郭波莉教授團(tuán)隊(duì)在《Food Research International》期刊（IF=8.1）上發(fā)表了題目為“Insights into “wheat aroma": Analysis of volatile components in wheat grains culti vated in saline–alkali soil "的文章（DOI: 10.1016/j.foodres.2024.114211），文章對(duì)不同pH值和總鹽含量的土壤收獲的5個(gè)小麥品種籽粒揮發(fā)物的組成和含量進(jìn)行了研究。高pH和高鹽土壤中的小麥3-甲基丁酸乙酯和1-辛烯-3-酮含量顯著較低， 1-丁醇和1-辛烯-3-醇含量顯著較高，這4種揮發(fā)性化合物的F值貢獻(xiàn)率（超過(guò)77%）最高，對(duì)這四種化合物有響應(yīng)的六個(gè)電子鼻傳感器也出現(xiàn)相同趨勢(shì)。因此，鹽堿地小麥中較低的3-甲基丁酸乙酯和1-辛烯-3-酮含量，較高的1-丁醇和1-辛烯-3-醇含量，可作為“小麥香氣"的特征。

2.實(shí)驗(yàn)方法

2.1樣品制備

表1 小麥種植區(qū)土壤信息（XHY、ZJ）

在河北滄州的兩塊不同鹽分含量的土地上分別種植五個(gè)不同的小麥品種，分別是蒼麥6002、蒼麥6005、冀麥22、師欒02-1和馬蘭糯麥1號(hào)（C6002、C6005、JM22、SL02-1、N01）。C6002和C6005為滄州市當(dāng)?shù)仄贩N，JM22為中筋品種，SL02-1為高筋品種，N01為糯小麥品種。小麥種植區(qū)土壤信息見(jiàn)表1。

2.2電子鼻測(cè)試方法

表2 cNose傳感器及相應(yīng)的代表性敏感物質(zhì)

使用cNose電子鼻系統(tǒng)（上海保圣）進(jìn)行樣品分析，系統(tǒng)由28個(gè)金屬氧化物傳感器組成。每個(gè)樣品（2.00 g）加入到一個(gè)20 mL頂空玻璃瓶中，并且在25℃下平衡2 h。試驗(yàn)條件為：清洗時(shí)間120s，流速6 L /min，等待時(shí)間5 s，試驗(yàn)時(shí)間60 s，流速為1 L /min，每個(gè)樣品測(cè)三次平行。響應(yīng)值用比值G/G0表示，代表樣品氣體與空氣的電阻率比。提取每個(gè)傳感器的平均響應(yīng)值（50-59 s）作為潛在變量。表2中為28種金屬氧化物半導(dǎo)體綜合信息。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1電子鼻結(jié)果分析

圖1 選定的6個(gè)電子鼻傳感器在XHY（土壤pH為7.77；總含鹽量1.37 g/kg）和ZJ（土壤pH 8.26；總含鹽量2.70 g/kg）中不同小麥品種表達(dá)模式箱形圖。y軸表示XHY組和ZJ組之間傳感器響應(yīng)值的相對(duì)水平。特征中位數(shù)由箱形圖中心的一個(gè)黑點(diǎn)表示。C6002、C6005、SL02-1、JM22、N01分別代表5個(gè)小麥品種。

采用Student t-測(cè)試檢驗(yàn)分析XHY和ZJ各小麥品種的電子鼻傳感器響應(yīng)。SL-02-1品種的28個(gè)傳感器在兩個(gè)地點(diǎn)的響應(yīng)沒(méi)有顯著差異。然而，在其余4個(gè)品種中，6個(gè)傳感器（S8, S11, S13, S25, S26和S28）有顯著性差異（p < 0.05）（圖1）。這些結(jié)果表明，這6種傳感器可作為區(qū)分鹽堿地小麥的可靠指標(biāo)。

表3 小麥籽粒電子鼻傳感器F值的貢獻(xiàn)分析。

利用方差分析的F值計(jì)算不同因素（產(chǎn)地、品種及其相互作用）對(duì)電子鼻傳感器響應(yīng)的貢獻(xiàn)率（表3）。在13個(gè)傳感器（S10、S26、S28、S12、S3、S11、S25、S4、S8、S5和S13）中，種植位置因子的貢獻(xiàn)率超過(guò)90%。在28個(gè)傳感器中，13個(gè)傳感器（S26、S12、S10、S28、 S11、S14、S3、S25、S8、S13、S4、S6和S5）種植地區(qū)貢獻(xiàn)率要高于種植品種貢獻(xiàn)率。與之前的結(jié)果（圖1）相結(jié)合分析，這六個(gè)傳感器（S8、S11、S13、S25、S26和S28）在感應(yīng)鹽堿土壤中生長(zhǎng)的小麥方面可能更重要。

圖2 選擇出的 6個(gè)電子鼻傳感器在XHY和ZJ種植小麥的PCA（A）和LDA（B）。XHY代表pH值和總含鹽量較低的種植位置（pH7.77；總含鹽量1.37 g/kg）;ZJ代表pH值和總含鹽量較高的種植位置（土壤pH 8.26；總含鹽量2.70 g/kg）。

對(duì)六個(gè)電子鼻響應(yīng)（圖2A）進(jìn)行主成分分析，發(fā)現(xiàn)前三個(gè)主成分占累積貢獻(xiàn)率的98.5%。值得注意的是，小麥樣本基于電子鼻特征對(duì)XHY和ZJ進(jìn)行了有效區(qū)分。使用S8、S11、S13、S25、S26和S28值的LDA分類(lèi)，對(duì)所有樣本分都能精準(zhǔn)歸類(lèi)（＞90%）。此外，描述這些傳感器值的3D散點(diǎn)圖顯示了區(qū)分XHY和ZJ地區(qū)小麥出色的預(yù)測(cè)能力（圖2B）。表明使用S8, S11, S13, S25，S26和S28傳感器可作為一種有效的工具，可靠地鑒別出在pH值和總含鹽量較高的鹽堿地中栽培的小麥。

3.2揮發(fā)物與電子鼻傳感器的Pearson相關(guān)性分析

表4 揮發(fā)物與電子鼻傳感器的Pearson相關(guān)系數(shù)（r）

選擇的電子鼻響應(yīng)值與GC-IMS鑒定的揮發(fā)性成分之間的相關(guān)性通過(guò)Pearson進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果（表4）顯示3-甲基丁酸乙酯與傳感器S26、S28和S25之間存在顯著的負(fù)相關(guān)（p < 0.001）。1-丁醇、1-辛烯-3-醇和1-辛烯-3-酮與傳感器S11、S8和S13顯著正相關(guān)(p < 0.01)。這一結(jié)果可以證明這六種選定的傳感器可以有效地識(shí)別生長(zhǎng)在高pH值和高總鹽含量的鹽堿地中小麥香氣。