CN113607850A - 一种利用挥发性有机物分析鉴定小麦品种的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用挥发性有机物分析鉴定小麦品种的方法。本发明将小麦品种样品中70中定性的挥发性物质成分和部分定性的挥发性物质成分进行数据分析，用来鉴定小麦品种，所述挥发性物质包括醇、醛、酮、酯及其它物质。本发明提供的品种鉴定方法快捷迅速，鉴定结果直观，数据分析简便、直观、可视，让风味分析“看得见”。利用“小麦品种的特征标记物”，可以简化鉴定过程，快速获得鉴定结果。挥发性有机组分的多样性，可以在更多的小麦品种鉴定中进行应用。

Description

一种利用挥发性有机物分析鉴定小麦品种的方法

技术领域

本发明涉及农业品种鉴定领域，具体涉及一种利用挥发性有机物分析鉴定小麦品种的方法。

背景技术

小麦是我国种植范围最广，产量最大的粮食作物。因此品种真实性鉴定是一个重要的技术。如何快速准确的进行小麦品种真实性是国家急需的技术。

品种真实性是将送检样品与其对应品种名称的标准样品比较，鉴定送检样品与标准样品是否相符。品种真实性鉴定，过去采用形态法(小区种植鉴定)、蛋白质电泳方法、分子标记鉴定等方法，由于区分能力十分有限，特别是随着育种技术的进步，品种间差异越来越小，这些方法已完全不能满足准确、快速鉴定的需要。急需寻找新的鉴定品种的方法。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种利用挥发性有机物分析鉴定小麦品种的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种利用挥发性有机物分析鉴定小麦品种的方法，利用风味分析仪，将小麦品种样品中挥发性物质成分进行数据分析鉴定小麦品种，所述挥发性物质包括醇、醛、酮、酯及其它物质，已定性物质见下表：

部分未定性物质可根据RI，并结合相关文献及气质的方式进行判断。

本发明利用风味物质进行分析，可以看出样品之间风味物质组成及含量较为相似，挥发性风味组分以醇醛酮为主，还有少量酯类及呋喃衍生物。但是JN17中含有最多的酯类物质，其它样品中含量较少，而且醛酮类物质的含量也相对较高，尤其是辛醛、壬醛、丙酮、1辛烯-3-酮等。而其它样品也各自具有不同比例的醇醛酮组成，挥发性组分的差异，为对不同品种的区分提供了依据。

PCA分析可以看出样品之间的特征差异及聚类趋势，利用PCA将数据降至二维，选择载荷比较高的十几种主要的醛类对小麦样品进行分析，累计贡献率90％，各组样品点可以较密集的聚集，彼此距离较远，聚类趋势比较明显，所选物质可以作为小麦样品的特征标记物，用以区分不同小麦品种。

本发明的有益效果是：1、本发明提供的品种鉴定方法快捷迅速，利用风味分析仪，在无需样品前处理的前提下，直接加热待测样品，顶空进样后可快速检测样品中的挥发性有机组分。2、鉴定结果直观。仪器配备的强大功能软件可给出样品的气相离子迁移谱图、挥发性有机物的Gallery Plot图、 PCA等，数据分析简便、直观、可视，让风味分析“看得见”。3、利用“小麦品种的特征标记物”，可以简化鉴定过程，快速获得鉴定结果。4、挥发性有机组分的多样性，可以将更多的小麦品种进行区分。

附图说明

图1为样品制备和分析流程图。

图2为样品中挥发性物质成分三维谱图。

图3为样品中挥发性物质成分谱图(俯视图)。

图4为样品中挥发性物质成分对比差异谱图。

其中图2、3、4中：

1)Reporter插件制作的二维俯视图背景为蓝色，横坐标1.0处红色竖线为RIP峰(反应离子峰，经归一化处理)，根据峰(色点)的有无或者颜色深浅能够直观表现不同样品之间的组分及浓度差异。

2)纵坐标代表气相色谱的保留时间(s)，横坐标代表离子迁移时间(归一化处理)。

3)RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。颜色代表物质的浓度，白色表示浓度较低，红色表示浓度较高，颜色越深表示浓度越大。

4)差异化谱图是对GC-IMS谱图(俯视图)的差异化分析，是以某一个样品为参照，对比显示样品中所有挥发性物质在不同样品中的差异情况，红色代表该物质在该样品中浓度高于参照样品，而蓝色则代表低于参照样品。

图5为样品Gallery Plot指纹谱图。

其中：

1)图中每一行代表一个样品中选取的全部信号峰，图中每一列代表同一挥发性有机物在不同样品中的信号峰。

2)从图中可以看出每种样品的完整挥发性有机物信息以及样品之间挥发性有机物的差异。

图6为全部样品PCA分析。

图7为全距离矩阵聚类分析。

图8为Library Search定性分析。

图9为仪器原理示意图。

具体实施方式

实施例1利用风味分析鉴定小麦品种方法的建立和实践

样品信息

样品名称：小麦

样品描述：小麦籽粒

保存方式：常温保存

表1样品信息表

实验信息

实验目的：风味差异分析进行品种鉴定

样品处理：取5g样品，置于20mL顶空瓶中，90℃孵育15分钟后进样500μL。

分析条件

分析仪器：

风味分析仪

系统条件：

表2分析条件

表3气相色谱条件

Time	E1	E2	R
				00:00,000	150mL/min	2ml/min	rec
02:00,000	150mL/min	2ml/min	-
				20:00,000	150mL/min	100ml/min	Stop

常温保存的小麦籽粒装瓶，顶空制备，取样，然后进样到

风味分析仪，进行数据分析(流程见图1)。

仪器配套的分析软件包括VOCal和三款插件，可以分别从不同角度进行样品分析。

1)VOCal：用于分析谱图和数据的定性定量，应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库可对物质进行定性分析，可根据需求利用标准品自行扩充数据。图中每一个点代表一种挥发性有机物；对其建立标准曲线后可进行定量分析；

2)Reporter插件：直接对比样品之间的谱图差异(二维俯视图、三维谱图和差异谱图)；

3)Gallery Plot插件：指纹图谱对比，直观且定量地比较不同样品之间的挥发性有机物差异；

4)Dynamic PCA插件：动态主成分分析和相似度分析图，用于将样品聚类分析和相似度分析，以及快速确定未知样品的种类。

测试结果

1、样品中挥发性物质成分对比

利用软件能够自动生成样品挥发性物质的三维谱图(图2)(保留时间，迁移时间和峰强度) 及二维俯视图(图3)(保留时间和迁移时间)。从三维图中可以直观看出不同样品中的挥发性有机物差异，同时结合对应的二维俯视图，可以更明显体现挥发性物质的差异和变化(图4)。

图2、3、4中，

1)Reporter插件制作的二维俯视图背景为蓝色，横坐标1.0处红色竖线为RIP峰(反应离子峰，经归一化处理)，根据峰(色点)的有无或者颜色深浅能够直观表现不同样品之间的组分及浓度差异。

2)纵坐标代表气相色谱的保留时间(s)，横坐标代表离子迁移时间(归一化处理)。

3)RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。颜色代表物质的浓度，白色表示浓度较低，红色表示浓度较高，颜色越深表示浓度越大。

4)差异化谱图是对GC-IMS谱图(俯视图)的差异化分析，是以某一个样品为参照，对比显示样品中所有挥发性物质在不同样品中的差异情况，红色代表该物质在该样品中浓度高于参照样品，而蓝色则代表低于参照样品。

结合以上说明及GC-IMS谱图可以对不同样品之间的挥发性物质组成进行直观比较和初步的判断，尤其是在二维俯视图中，不同样品中的挥发性物质种类及浓度差异比较直观，当以一个样品为参照差异对比时，如图4所示，其它各组样品中对应的挥发性物质的浓度高低一目了然，红色越深，说明对应物质浓度比这个样品中浓度高的越多；蓝色越深则反之。

为了更具体直观表现不同样品、不同过程中挥发性物质的变化规律和相对含量的比较，我们借助Gallery Plot插件来绘制挥发性物质的指纹谱图，直观且定量地比较不同样品之间的挥发性有机物差异，样品峰体积可以参见Excel附件。

2、样品中挥发性物质Gallery Plot指纹谱图

说明：

1)图中每一行代表一个样品中选取的全部信号峰，图中每一列代表同一挥发性有机物在不同样品中的信号峰。

2)从图中可以看出每种样品的完整挥发性有机物信息以及样品之间挥发性有机物的差异。

由图5可以对所有样品中挥发性组分进行直观比较，红色虚线按照物质种类进行了分割，从左至右依次为醇、醛、酮、酯及其它。可以看出样品之间风味物质组成及含量较为相似，挥发性风味组分以醇醛酮为主，还有少量酯类及呋喃衍生物。JN17中含有最多的酯类物质，其它样品中含量较少，而且醛酮类物质的含量也相对较高，尤其是辛醛、壬醛、丙酮、1辛烯-3-酮等。而其它样品也各自具有不同比例的醇醛酮组成，虽然样品之间的相似程度较高，但这也为对不同品种的区分提供了可行性。

3、聚类分析

如图6PCA图可以看出样品之间的特征差异及聚类趋势，利用PCA将数据降至二维，选择载荷比较高的十几种主要的醛类对小麦样品进行分析，累计贡献率90％，各组样品点可以较密集的聚集，彼此距离较远，聚类趋势比较明显，所选物质可能能作为小麦样品的特征标记物，用以区分不同小麦样品。

4、样品中挥发性有机物定性分析

图8是Library Search定性分析图。

表4挥发性有机物定性分析

表5济麦17、济麦20、济麦22的测定结果

表6济麦23、济麦229、济麦44的测定结果

表4济麦106、济麦116、JAGGER的测定结果

GC-IMS技术是气相色谱和离子迁移谱两项技术的联用，原理示意图如图9所示，样品随载气进入仪器，按照红色虚线所示，首先经过气相色谱柱的初次分离，随后进入离子迁移管，待测分子在电离区带电后，在电场和逆向漂移气的作用下迁移到达检测器检测，实现二次分离。它结合了二者优势，分离度好、灵敏度高，这为痕量挥发性有机物的定性、定量分析提供了依据，尤其是对于部分同分异构体的分析方面，优势非常明显。

实验结论

使用风味分析仪，在无需样品前处理的前提下，直接加热待测样品，顶空进样后可快速检测样品中的挥发性有机组分，利用软件分析样品的气相离子迁移谱图、挥发性有机物的Gallery Plot图、 PCA等，数据分析简便、直观、可视，让风味分析“看得见”。综合以上内容得到如下结论：

1)由图5可以对所有样品中挥发性组分进行直观比较，红色虚线按照物质种类进行了分割，从左至右依次为醇、醛、酮、酯及其它。可以看出样品之间风味物质组成及含量较为相似，挥发性风味组分以醇醛酮为主，还有少量酯类及呋喃衍生物。JN17中含有最多的酯类物质，其它样品中含量较少，而且醛酮类物质的含量也相对较高，尤其是辛醛、壬醛、丙酮、1辛烯-3-酮等。而其它样品也各自具有不同比例的醇醛酮组成，挥发性组分的差异，为对不同品种的区分提供了依据。

2)如图6PCA图可以看出样品之间的特征差异及聚类趋势，利用PCA将数据降至二维，选择载荷比较高的十几种主要的醛类对小麦样品进行分析，累计贡献率90％，各组样品点可以较密集的聚集，彼此距离较远，聚类趋势比较明显，所选物质可以作为小麦样品的特征标记物，用以区分不同小麦品种。

3)已定性物质在表4(提供CAS#、RI、Dt等信息)均已列出，部分未定性物质可根据表4中提供的RI，并结合相关文献及气质的方式进行判断。

以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用挥发性有机物分析鉴定小麦品种的方法，其特征在于：利用风味分析仪，将小麦品种样品中挥发性物质成分进行数据分析鉴定小麦品种，所述挥发性物质包括醇、醛、酮、酯及其它物质，已定性物质见下表：

部分未定性物质可根据RI，并结合相关文献及气质的方式进行判断。

2.根据权利要求1所述一种利用挥发性有机物分析鉴定小麦品种的方法，其特征在于：利用聚类分析，选择聚类趋势明显的挥发性有机物能作为小麦品种的特征标记物，用以区分不同小麦品种。

3.权利要求2所述一种利用挥发性有机物分析鉴定小麦品种的方法的应用，其特征在于：所述方法在鉴定小麦品种JN17中的应用，所述的小麦品种的特征标记物为酯类物质和醛酮类物质。

4.权利要求3所述一种利用挥发性有机物分析鉴定小麦品种的方法的应用，其特征在于：所述方法在鉴定小麦品种JN17中的应用，所述的小麦品种的特征标记物为辛醛、壬醛、丙酮、1辛烯-3-酮。

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