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結合電子鼻、GC-MS、GC-IMS和化學計量學探究花椒果實生長不同階段的揮發性特征
檢測樣品：花椒果實
檢測項目：揮發性特征
方案概述：為了探究不同發育階段的花椒揮發性特征，本研究分別利用電子鼻、氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）和氣相色譜-離子遷移譜聯用儀（GC-IMS）檢測了揮發性有機化合物（VOCs）的動態變化。結果顯示，萜烯、醇類、酯類和醛類在花椒的香氣形成中發揮了重要作用。
國外文獻導讀
November 2024
Volume 195
Combining with E-nose , GC-MS , GC-IMS and chemometrics to explore volatile characteristics during the different stages of Zanthoxylum bungeanum maxim fruits
西北農林科技大學林學院
結合電子鼻、GC-MS、GC-IMS和化學計量學探究花椒果實生長不同階段的揮發性特征（IF：7.0）
為了探究不同發育階段的花椒揮發性特征，本研究分別利用電子鼻、氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）和氣相色譜-離子遷移譜聯用儀（GC-IMS）檢測了揮發性有機化合物（VOCs）的動態變化。結果顯示，萜烯、醇類、酯類和醛類在花椒的香氣形成中發揮了重要作用。同時，這些VOCs在花椒的五個生長階段中也表現出較高的豐度水平。通過分析氣味活性值（OAV）和相對氣味活性值（ROAV），37種VOCs被確認為重要的香氣化合物。其中，β-月桂烯和芳樟醇是最關鍵的香氣化合物。多因素分析表明，GC-MS和GC-IMS的結合使用是更優的策略，能夠全面闡明揮發性特征。利用上述結合的VOCs數據集，通過加權相關網絡分析，我們在花椒的五個生長階段中最終鑒定出6個正相關模塊和32種關鍵VOCs。
1、花椒的關鍵揮發性物質包括萜烯、醇類、酯類和醛類。
2、GC-MS和GC-IMS技術結合使用，有效區分了花椒的揮發性物質特征。
3、在花椒的五個生長階段中，共檢測到37種具有顯著OAV或ROAV的揮發性物質。
4、確定了6個與花椒生長階段正相關的模塊。
5、鑒定出32種關鍵揮發性物質作為花椒生長階段的生物標志物。
德國AIRSENSE電子鼻（型號：PEN 3）采用MOS傳感器陣列技術，結合數學分析方法，通過監測樣品揮發的氣體可快速對樣品進行定性判斷和定量預測，在食品、藥品的質量檢驗、新品研發、競品分析、科學研究等領域被廣泛應用。
為了探究花椒在不同發育階段的整體香氣特性，首先采用德國AIRSENSE電子鼻分析比較了花椒五個不同發育階段（綠色（G，2020年5月11日）、微紅（SR，2020年5月30日）、淺紅（LR，2020年6月19日）、紅色（R，2020年7月9日）到深紅色（DR，2020年7月29日））的香氣差異。如圖1A所示，對硫化物和萜烯敏感的W1W傳感器、對有機硫化物和芳香組分敏感的W2W傳感器、對氮氧化物敏感的W5S傳感器、對醇類、醛類和酮類敏感的W2S傳感器以及對短鏈烷烴敏感的W1S傳感器在所有檢測樣本中均顯示出相對較高的響應。這表明硫化物、萜烯、氮氧化物、有機硫化物和芳香化合物的高豐度水平可能存在于花椒的所有發育階段。類似的結果也在不同品種的花椒以及干燥的花椒產品中被報道。此外，W1S和W2S傳感器響應值的變化表明，短鏈烷烴、醇類、醛類和酮類的含量從生長初期（SR）到生長中期（LR）增加，然后在最后三個階段（LR、R和DR）保持穩定。根據W5S的響應值，氮氧化物的含量在前四個階段（G、SR、LR和R）保持穩定，并在最后一個階段（DR）達到峰值。與W5S不同，硫化物、萜烯、有機硫化物和芳香組分（W1W和W2W）的含量在生長中期（LR）最低，但在其余四個階段（G、DR、R和DR）保持相對較高水平（見圖1B）。
圖1 展示了電子鼻響應數據的雷達圖、主成分分析（PCA）
和柱狀圖（A，雷達圖；B，PCA；C，敏感傳感器的響應值）
不同的字母表示在0.05水平上的差異顯著性。
根據先前的研究報告，特別是，萜烯通常被認為是花椒（Z. bungeanum）中主要的香氣化合物，這與所有檢測樣本中較高的W1W值相一致。正如圖1C所示，基于電子鼻數據集的主成分分析（PCA）模型能夠有效地區分不同階段的樣本。然而，在5個測試樣本中有4個樣本的W1W值未被觀察到顯著差異。可以推測，除了萜烯之外，其他化合物也可能在花椒成熟期間的香氣形成中發揮重要作用。例如，許多醇類（如芳樟醇、香葉醇）和醛類（如癸醛、香茅醛）也被認定為花椒中的關鍵揮發性有機化合物（VOCs）。因此，我們進一步進行了固相微萃取-氣相色譜/質譜聯用（HS-SPME-GC/MS）和氣相色譜-離子遷移譜聯用（GC-IMS）分析，以探究花椒在五個生長階段的VOCs特征。
通過電子鼻、氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）和氣相色譜-離子遷移譜聯用（GC-IMS）技術，我們分別探究了不同生長階段的花椒揮發性有機化合物（VOCs）的特性。電子鼻分析結果顯示，除了萜烯類化合物外，其他類型的VOCs也對花椒的香氣有顯著貢獻。在經過多次多變量統計分析后，我們在GC-MS和GC-IMS數據集中觀察到了不同的揮發性特征。其中，萜烯類化合物是GC-MS檢測中的主要VOCs。相反，在GC-IMS分析中，醇類、酯類和醛類是重要的組成部分，這些VOCs含量的差異是不同生長階段花椒揮發性特征不同的主要原因。根據氣味活性值（OAV）和相對氣味活性值（ROAV）的分析，共鑒定出37種重要的香氣物質。主成分分析（MFA）表明，GC-MS和GC-IMS的結合使用能夠更全面地探索花椒的揮發性特征。利用GC-MS和GC-IMS的聯合數據集，我們構建了加權共表達網絡分析（WCNA）模型。在五個不同生長階段的花椒中，我們成功鑒定出6個顯著正相關的模塊和32種關鍵關鍵VOCs。這些鑒定出的VOCs可以被認為是區分不同花椒樣本的潛在生物標志物。
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