使用电子鼻进行果实挥发性成分分析

本实验的总体目标是对水果中的挥发性化合物进行快速分析。首先将水果组织切碎并均质化，然后利用电子鼻分析液体样品上方的气相成分。

在完成电子鼻分析后，数据被导出并进行转换。该流程的最后一步是通过图形界面识别协方差指数窗口，并将单个协方差指数标签下的峰值进行合并。最终结果表明，利用电子鼻测得的果实蓇葖在丰度上的差异可与果实品种、成熟度及贮藏等实验处理相关联。

与传统气相色谱等现有方法相比，该技术的主要优势在于能够更快地分析水果中的挥发性化合物。在进行此分析时，分析物的保留时间可能会发生微小变化。若不仔细考虑峰对齐过程，可能导致对数据的误读。

在果实达到所需成熟度后进行采收，用自来水冲洗。为去除污垢和灰尘，挑选适合分析的果实。根据果实外部和内部无缺陷以及大小均一的标准，将果实纵向切成均等的楔形块，用于挥发性物质取样。

如适用，需去除果皮、种子、种腔组织或核果的果核。整个实验过程中组织取样必须保持一致，并应考虑单个果实内部的变异性。例如，样品应等量取自赤道部位的花端和茎端区域。

取选定的果肉组织，混合以使其随机化，然后称取200克放入商用搅拌机中。加入200毫升饱和氯化钙溶液。氯化钙的作用是抑制酶活性，这种酶活性可能在切割和均质化果肉后发生。

然后加入50 µL甲醇中100 mmol/L的2-甲基丁酸乙酯溶液。该溶液作为内标物，用于监测匀浆过程中可能发生的挥发性化合物损失。接下来，在实验室搅拌器中以18,000 RPM转速将混合物匀浆30秒。

然后立即倒入玻璃瓶中，并用聚四氟乙烯（Teflon）瓶盖密封。将匀浆液保留在瓶中，直至所有样品均制备完毕。用移液器吸取不含泡沫的5 mL果汁等分试样，分装至20 mL玻璃棕色瓶中，每份样品至少准备三个瓶。

作为技术重复样本。使用带有聚四氟乙烯硅胶隔垫的钢制螺旋盖密封小瓶。此时，样品可立即进行分析，或在液氮中速冻后于超低温条件下保存，以备后续分析。

将适当的分析方法载入 Xenos。根据书面方案中提供的参数进行设置。将带有非穿刺尖端的不锈钢针连接到 Xenos 进样口。

用环境空气多次吹扫系统，直至基线稳定且未检测到高于 200 计数的峰。通过将一根针插入装有直链烷烃溶液的样品瓶隔垫以释放压力，做好仪器调谐准备。然后将连接到仪器进样口的针插入隔垫。

通过启动顶空进样进行调谐。仪器软件利用调谐结果将所提及峰的保留时间从时间单位转换为柯瓦茨指数（covas index）或 KI 单位。因此，系统调谐完成后，保留时间将以 KI 单位报告。

将样品平衡30分钟后，通过将针头插入样品瓶的隔垫开始样品分析。操作方式与直链脂肪酸溶液相同。通过点击播放按钮手动启动顶空进样，使泵激活并抽取样品上方存在的蒸气。

分析结束后，屏幕上会显示色谱图，传感器将自动加热至 150 摄氏度并持续 10 秒以进行清洗。当系统状态框再次变为绿色时，仪器即可用于分析下一个样品。为确保基线稳定及系统充分清洁，每个样品之间至少运行一次空气空白样。

每个样本至少分析三个技术重复以及瓶空白。使用 Mense 软件中的日志存储数据功能，在数据采集完成后将其导出至 Microsoft Excel 文件。数据导出后，添加包含变量和重复样本标签的列。

由本实验室生成的 Python 0.6 脚本可将仪器软件导出的数据格式转换，以便更方便地进行数据处理。源文件的文件名、输入数据的工作表名称以及期望的输出文件名均可直接在脚本中进行编辑。该脚本通过识别所有样本中独特的 kis，促进数据的处理与分析。

数据按行重新排列，每行代表样品信息，按列排列唯一的 KIS，每个单元格表示相应的峰面积。如果某个样品中的 KI 值未检测到峰，则对应的单元格保持空白。接下来，使用本实验生成的第二个脚本，导入上一步中编辑的文件数据。

分析基于查看和统计各个KI值被检测到的次数。因此，程序会显示KI值检出次数的柱状图。针对每个KI值，评估特定样本子集的K次检出情况，并将每组技术重复样本作为一个整体进行分析。

为此，通过勾选或取消勾选相应的复选框，分别分析每种处理或变量。使用图形界面确定每个 KI 窗口的宽度后，随机选择相应的一些色谱图。在 mense 软件中评估技术重复之间的重叠峰。

确定KI窗口后，使用图形界面中的合并功能，将落在该窗口内的KIS合并到最密集的ki中。单击合并按钮以激活此功能，然后通过左键单击对应条形图来选择位于窗口中心的最密集ki。选定后，该条形图颜色将发生变化并变为绿色；随后，通过右键单击对应条形图，将窗口内所有KIS合并至所选ki中。

这将使条形变为红色，同时在中心 ki 上方添加一个相应长度的蓝色条形。当所有选定的 ki 均已合并到对应的中心 ki 后，再次单击合并按钮以确认更改。若操作有误，合并按钮将变为黄色。

也可使用取消合并按钮来执行取消合并操作。在图形界面中点击取消合并按钮，然后右键单击要取消合并的红色条形。

柱状图从红色变为蓝色。再次点击“取消合并”按钮以确认更改。如果试图将单个样本中的两个峰错误地合并为一个 KI 值，系统将显示错误信息。

完成所有合并操作后，需在进行统计分析前保存文件，并分析空气空白和瓶空白的色谱图，以监测可能存在的污染。确定峰和空白中的 ki 后，从样品中相应峰的峰面积中减去在空气空白或瓶空白中检测到的峰面积。电子鼻能够检测到不同成熟阶段采收的甜瓜果实间挥发性成分谱的差异。

图中展示了早期成熟果实和完全成熟果实的色谱图示例，揭示了多个峰的峰面积差异。在所有样品中，共鉴定出20 K窗口范围内的峰。变异分析结果显示，在这些不同的kis中，电子鼻检测到的14个峰的丰度在两个成熟阶段之间存在显著差异。其中，早期成熟果实中每个ki的峰丰度以绿色表示，完全成熟果实的峰丰度则以橙色表示。

完成该步骤后，可进一步采用其他方法，例如气相色谱-质谱联用技术，以鉴定电子鼻在发育完成后各单独峰所对应的组分。该技术将提供一种快速分析工具，使植物病理学、植物生理学、采后生物学及食品科学领域的研究人员能够探究果实中挥发性成分随成熟度、品种或贮藏条件变化而发生的变化。观看本视频后，您应能充分理解如何利用电子鼻快速分析挥发性化合物，并通过我们的图形化界面进行峰对齐操作。