王淑 郭瑞齊 趙秋晨 王平 孫新茹 王萌

收稿日期：2024-02-05

基金項目：山東省重點研發(fā)計劃（重大科技創(chuàng)新工程）項目“藥食同源特色產(chǎn)品創(chuàng)新研發(fā)與應(yīng)用示范”（2021SFGC1205）；山東省2022年度中醫(yī)藥新產(chǎn)品研發(fā)推廣項目“女性特殊生理時期藥食同源產(chǎn)品的研發(fā)推廣”

作者簡介：王 淑（1996-），女，山東濟南人，研究實習員，碩士，主要從事中藥資源與質(zhì)量控制的研究工作，（電話）18560228023（電子信箱）2896815226@qq.com；通信作者，王 萌（1980-），女，山東濟南人，副研究員，在讀博士研究生，主要從事藥食同源產(chǎn)品研發(fā)及理論研究工作，（電話）18663712080（電子信箱）15262698@qq.com。

王 淑，郭瑞齊，趙秋晨，等. 不同品種玫瑰花及花蕾氣味的電子鼻分析［J］. 湖北農(nóng)業(yè)科學，2024，63（5）：77-83．

摘要：以玫瑰花及花蕾為試驗材料，采用電子鼻技術(shù)，通過聚類分析、主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）、正交偏最小二乘法判別分析（Orthogonal Partial Least-squares Discriminant Analysis，OPLS-DA）等多元統(tǒng)計學方法，研究了不同品種玫瑰花及花蕾的氣味特征。結(jié)果表明，14個品種玫瑰花被分為三類，組間差異標志物為W1W、W5S、W2S，即無機硫化物、氮氧化合物、醇醚醛酮類，3種差異標志物的強度大小為1組>2組>3組，均具有顯著差異；8個品種玫瑰的花蕾被分為三類，組間差異標志物為W5S、W1W，即氮氧化合物、無機硫化物，兩種差異標志物的強度大小為1組>2組>3組，均具有顯著差異；玫瑰花與花蕾的揮發(fā)性成分含量存在差異，大部分玫瑰的花蕾揮發(fā)性成分含量高于玫瑰花，少部分玫瑰花蕾揮發(fā)性成分含量低于玫瑰花或成分含量差異不大，且主要差異標志物為W1W、W5S、W2S、W2W，即無機硫化物、氮氧化合物、醇醚醛酮類和有機硫化物。通過電子鼻技術(shù)可快速有效區(qū)分不同品種玫瑰花和花蕾的揮發(fā)性成分差異，可為玫瑰香氣研究和質(zhì)量評價提供參考。

關(guān)鍵詞：玫瑰花；玫瑰花蕾；氣味；電子鼻

中圖分類號：S685.12???????? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）05-0077-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.05.014??????????? 開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Electronic nose analysis on scent of different varieties of rose flowers and buds

WANG Shu， GUO Rui-qi， ZHAO Qiu-chen， WANG Ping， SUN Xin-ru， WANG Meng

（Shandong Academy of Chinese Medicine，Jinan? 250014，China）

Abstract：With rose flowers and buds as test materials， the electronic nose technology was used to investigate the scent characteristics of different varieties of rose flowers and buds through multivariate statistical methods such as cluster analysis， Principal Component Analysis（PCA）and Orthogonal Partial Least-squares Discriminant Analysis（OPLS-DA）. The results showed that， 14 varieties of roses were divided into three categories， and the difference markers among the groups were W1W， W5S， and W2S， namely inorganic sulfides， nitrogen oxides， alcohol ether aldehydes and ketones. The intensity of the three difference markers was group 1 > group 2 > group 3， all of which had significant differences. The flower buds of 8 rose varieties were divided into three categories， and the difference markers among the groups were W5S and W1W， that was， nitrogen oxides and inorganic sulfides. The intensity of the two difference markers was? group 1 > group 2 > group 3， all of which had significant differences. There were differences in the content of volatile components between rose flowers and buds. Most rose buds had higher content of volatile components than rose flowers， while a few rose buds had lower content of volatile components than rose flowers or had little difference in component contents. The main difference markers were W1W， W5S， W2S and W2W， that was， inorganic sulfides， nitrogen oxides， alcohol-ether aldehydes ketones， and organic sulfides. Electronic nose technology could quickly and effectively distinguish the difference of volatile components of different varieties of rose flowers and buds， and which could provide reference for rose aroma research and rose quality evaluation.

Key words：rose flower； rosebud； scent； electronic nose

玫瑰（Rosa rugosa Thunb.）是薔薇科（Rosaceae）薔薇屬（Rosa？L.）落葉叢生灌木［1］，是中國傳統(tǒng)十大名花之一，種植歷史悠久。玫瑰花是中醫(yī)藥理論體系中的一味傳統(tǒng)中藥，其主要功效是行氣解郁，活血止痛。玫瑰花中富含揮發(fā)性活性成分，在食用、保健、美容等方面也被廣泛應(yīng)用［2-5］。玫瑰精油更是被稱作“液體黃金”，價格昂貴，具有較高的經(jīng)濟開發(fā)價值［6］。玫瑰雖然種類繁多，全世界玫瑰種質(zhì)約有200種，品種數(shù)量高達18 000個［7］，但只有少部分具有經(jīng)濟開發(fā)價值，如國外的大馬士革玫瑰、千葉玫瑰、法國玫瑰等，國內(nèi)的重瓣紅玫瑰、苦水玫瑰、豐花玫瑰、紫枝玫瑰等。玫瑰質(zhì)量與其揮發(fā)性成分的種類和含量密切相關(guān)，不同品種、不同開放狀態(tài)的玫瑰中揮發(fā)性成分存在差異，這種差異可直接影響玫瑰原料、精油、花露等相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量。玫瑰花的氣味能夠反映揮發(fā)性成分的差異，是質(zhì)量評價的重要標準。目前花香質(zhì)量的評價主要靠傳統(tǒng)經(jīng)驗豐富的人完成，但人體嗅覺受主觀因素影響較大，結(jié)果存在較大差異，準確性較低。因此，尋求一種快速有效、準確度高、切實可行的方法對玫瑰花的氣味進行輔助鑒別尤為必要。

氣味指紋分析技術(shù)（俗稱電子鼻技術(shù)）是一種新穎的分析、識別和檢測復雜嗅味和揮發(fā)性成分的人工嗅覺裝置，該技術(shù)采用氣敏型傳感器陣列模擬人的嗅覺器官采集樣品的氣味指紋信息，再用模式識別系統(tǒng)模擬人腦對傳感器信號數(shù)據(jù)進行分析、處理和模式識別，得出有關(guān)樣品氣味的綜合判斷，具有類似動物鼻的功能［8-10］。與色譜儀、光譜儀等化學分析儀器不同的是，電子鼻得到的不是樣品中某種或幾種成分的定性和定量結(jié)果，而是揮發(fā)性成分整體信息的指紋數(shù)據(jù)，測量方法簡單快捷、價格低廉。該技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測［11-13］、醫(yī)藥［14-16］、食品［17-19］等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用，但運用電子鼻對不同品種玫瑰花［20，21］及花蕾的香氣研究鮮有報道。

為了研究不同品種及不同開放狀態(tài)的玫瑰氣味差異，本研究采用電子鼻技術(shù)對14個主流品種的玫瑰花和8個主流品種的玫瑰花蕾進行檢測，并對結(jié)果進行聚類分析、主成分分析、正交偏最小二乘法判別分析，從氣味變化角度對不同品種玫瑰花和花蕾的揮發(fā)性成分進行分析，尋找差異性標志物，最后通過綜合評價為玫瑰質(zhì)量評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 儀器 ME204E型萬分之一電子分析天平（梅特勒-托利多儀器上海有限公司）；PEN3型電子鼻（德國Airsense公司）。

1.1.2 試驗材料 試驗材料均于2023年5月9日采自山東省濟南市平陰縣，共采集玫瑰22個樣品，包括14個品種的玫瑰花及其中8個品種的玫瑰花蕾。由于采摘時間較晚，部分玫瑰已全部開放沒有花蕾，因此14個品種的玫瑰花中只有8個采集到花蕾。玫瑰品種信息如表1所示。

1.2 方法

1.2.1 供試樣品制備 共采集14個品種玫瑰花，??? 8個品種玫瑰花蕾。稱取新鮮玫瑰花和花蕾各1 g，? 3次重復，置于30 mL頂空瓶中，密封，室溫靜置??? 20 min，待測。

1.2.2 試驗條件 采樣時間1 s/組，預采樣時間5 s，清洗時間60 s，傳感器歸零時間5 s，進樣器流速400 mL/min，檢測時間120 s。該電子鼻包含10個金屬氧化物傳感器陣列，傳感器陣列及性能描述見表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種玫瑰花氣味的電子鼻分析

2.1.1 聚類分析 以玫瑰花10個傳感器的數(shù)據(jù)為變量，采用SIMCA 14.1 軟件進行聚類分析，結(jié)果如圖1所示，樣品可聚為兩大類，分別為Ⅰ類（單瓣紅玫瑰、西胡一號玫瑰、西胡二號玫瑰、重瓣紅玫瑰、苦水玫瑰、保加利亞白玫瑰、千葉玫瑰）和Ⅱ類（和田玫瑰、豐花玫瑰、大馬士革玫瑰、重瓣白玫瑰、天鵝黃玫瑰、香水玫瑰、保加利亞紅玫瑰），Ⅱ類又可聚為Ⅱa類（大馬士革玫瑰）和Ⅱb類（和田玫瑰、豐花玫瑰、重瓣白玫瑰、天鵝黃玫瑰、香水玫瑰、保加利亞紅玫瑰）。結(jié)果表明，不同品種玫瑰花的揮發(fā)性成分之間存在較大差異，根據(jù)氣味可將不同品種玫瑰花分為三大類。

2.1.2 主成分（PCA）分析 以玫瑰花10個傳感器的數(shù)據(jù)為變量，導入SIMCA 14.1軟件進行PCA分析，結(jié)果如圖2所示，大馬士革玫瑰超出95%置信區(qū)間，為1組；其余玫瑰聚集成兩部分，和田玫瑰、豐花玫瑰、重瓣白玫瑰、天鵝黃玫瑰、香水玫瑰、保加利亞紅玫瑰分布在一起，為2組；單瓣紅玫瑰、西胡一號、西胡二號、重瓣紅玫瑰、苦水玫瑰、保加利亞白玫瑰、千葉玫瑰分布在一起，為3組；1組與2組分布在右邊象限，3組分布在左邊象限。表明不同品種玫瑰花之間存在較大差異，可分為3類，其中1組與2組的差異小于2組與3組的差異，與聚類分析結(jié)果基本一致。

2.1.3 正交偏最小二乘法判別（OPLS-DA）分析 根據(jù)聚類分析和PCA分析結(jié)果，將玫瑰花樣品分為3組進行OPLS-DA分析，大馬士革玫瑰為1組，和田玫瑰、豐花玫瑰、重瓣白玫瑰、天鵝黃玫瑰、香水玫瑰、保加利亞紅玫瑰為2組，單瓣紅玫瑰、西胡一號玫瑰、西胡二號玫瑰、重瓣紅玫瑰、苦水玫瑰、保加利亞白玫瑰、千葉玫瑰為3組，結(jié)果如圖3A所示，3組玫瑰花明顯區(qū)分，其R2X＝0.989，R2Y＝0.934，Q2＝0.928>0.500，模型解釋度和預測能力均良好；如圖3B所示，200次置換檢驗模型驗證R2＝-0.041，Q2＝-0.208，Q2點的回歸線與縱軸相交于原點以下，模型具有有效性；如圖3C、圖3D所示，根據(jù)VIP>1并結(jié)合載荷圖離子加載值越大組間分離能力越強的特點，篩選出區(qū)分3組玫瑰的3種差異標志物，影響顯著性排序為W1W>W5S>W2S。

2.1.4 數(shù)據(jù)分析 根據(jù)聚類分析、PCA分析、OPLS-DA分析結(jié)果可知，14種玫瑰花可分為3組，組間差異標志物為W1W、W5S、W2S，將3種差異性標志物進行獨立樣本t檢驗，結(jié)果如圖4所示，3種差異標志物的強度大小為1組>2組>3組，且均具有顯著差異。

2.2 不同品種玫瑰花蕾氣味的電子鼻分析

2.2.1 聚類分析 以玫瑰花蕾10個傳感器的數(shù)據(jù)為變量，采用SIMCA 14.1軟件進行聚類分析，結(jié)果如圖5所示，樣品可聚為兩大類，分別為Ⅰ類（保加利亞紅玫瑰花蕾）和Ⅱ類（豐花玫瑰花蕾、重瓣白玫瑰花蕾、天鵝黃玫瑰花蕾、保加利亞白玫瑰花蕾、千葉玫瑰花蕾、香水玫瑰花蕾、重瓣紅玫瑰花蕾），Ⅱ類又可聚為Ⅱa類（豐花玫瑰花蕾）和Ⅱb類（重瓣白玫瑰花蕾、天鵝黃玫瑰花蕾、保加利亞白玫瑰花蕾、千葉玫瑰花蕾、香水玫瑰花蕾、重瓣紅玫瑰花蕾）。

2.2.2 主成分（PCA）分析 以玫瑰花蕾10個傳感器的數(shù)據(jù)為變量，導入SIMCA 14.1軟件進行PCA分析，結(jié)果如圖6所示，保加利亞紅玫瑰花蕾分布在一起為1組，重瓣白玫瑰花蕾、天鵝黃玫瑰花蕾、保加利亞白玫瑰花蕾、千葉玫瑰花蕾、香水玫瑰花蕾、重瓣紅玫瑰花蕾分布在一起為2組，豐花玫瑰花蕾分布在一起為3組，2組與3組距離較近。表明不同品種玫瑰花蕾之間存在較大差異，可分為3類，其中2組與3組差異小于1組與2組差異，與聚類分析結(jié)果基本一致。

2.2.3 正交偏最小二乘法判別（OPLS-DA）分析 為進一步分析不同品種玫瑰花蕾之間的差異，將玫瑰花蕾10個傳感器的數(shù)據(jù)進行OPLS-DA分析，根據(jù)聚類分析和PCA分析結(jié)果，將玫瑰花蕾樣品分為3組，保加利亞紅玫瑰花蕾為1組，天鵝黃玫瑰花蕾、重瓣白玫瑰花蕾，保加利亞白玫瑰花蕾、重瓣紅玫瑰花蕾、千葉玫瑰花蕾、香水玫瑰花蕾為2組，豐花玫瑰花蕾為3組，結(jié)果如圖7A所示，3組玫瑰花蕾明顯區(qū)分，其R2X＝1.000，R2Y＝0.986，Q2＝0.977>0.500，模型解釋度和預測能力均良好；如圖7B所示，200次置換檢驗模型驗證R2＝0.17，Q2＝-0.894，Q2點的回歸線與縱軸相交于原點以下，模型具有有效性；如圖7C、圖7D所示，根據(jù)VIP>1并結(jié)合載荷圖離子加載值越大組間分離能力越強的特點，篩選出區(qū)分3組玫瑰的2種差異標志物，影響顯著性排序為W5S>W1W。

2.2.4 數(shù)據(jù)分析 根據(jù)聚類分析、PCA分析、OPLS-DA分析結(jié)果可知，8種玫瑰花蕾可分為3組，組間差異標志物為W5S、W1W，將氮氧化合物、無水硫化物差異性標志物進行獨立樣本t檢驗，結(jié)果如圖8所示，兩種差異標志物的強度大小為1組>2組>3組，且均具有顯著差異。這說明不同品種玫瑰花蕾的揮發(fā)性成分之間存在較大差異，根據(jù)氣味可將不同品種玫瑰花蕾分為三大類。

2.3 不同品種玫瑰花與花蕾的差異分析

對8種玫瑰花及花蕾的差異標志物進行分析，發(fā)現(xiàn)不同品種玫瑰花與花蕾的揮發(fā)性成分存在差異，主要集中在W1W、W5S、W2S、W2W，結(jié)果如圖9所示。其中重瓣紅玫瑰花與花蕾差異標志物為W1W、W5S、W2S、W1S；保加利亞白玫瑰、保加利亞紅玫瑰、千葉玫瑰花與花蕾的差異標志物均為W1W、W5S、W2S、W2W；香水玫瑰、天鵝黃玫瑰花與花蕾的差異標志物均為W1W、W5S、W2S。以上6種玫瑰中花蕾差異性標志物的強度均高于玫瑰花。豐花玫瑰花與花蕾的差異標志物為W1W、W5S、W2S，重瓣白玫瑰花與花蕾的差異標志物為W5S、W1W、W2S、W2W，以上2種玫瑰中花朵的差異性標志物強度均高于花蕾。

玫瑰花與花蕾的差異標志物分析結(jié)果顯示，重瓣紅玫瑰、保加利亞紅玫瑰、保加利亞白玫瑰、千葉玫瑰、天鵝黃玫瑰、香水玫瑰的花蕾中揮發(fā)性成分含量高于花，其中重瓣紅玫瑰、保加利亞紅玫瑰、保加利亞白玫瑰、千葉玫瑰的花蕾與花之間成分含量差異較大，其次是天鵝黃玫瑰、香水玫瑰。豐花玫瑰、重瓣白玫瑰的花中揮發(fā)性成分含量高于花蕾，其中豐花玫瑰花與花蕾之間成分含量差異較大。

3 小結(jié)與討論

本研究收集的14種玫瑰花及8種玫瑰花蕾樣品，基本涵蓋了目前市場流通的主流玫瑰品種。采用電子鼻氣味技術(shù)對其揮發(fā)性成分的數(shù)據(jù)分析顯示，不同品種的玫瑰花和花蕾的氣味信息均存在差異，并可通過此項技術(shù)進行分組區(qū)分。結(jié)果表明，在14種玫瑰花中，傳統(tǒng)油用玫瑰品種大馬士革玫瑰的氣味信息最為豐富。中國原產(chǎn)的主流品種重瓣紅玫瑰、豐花玫瑰、苦水玫瑰花的揮發(fā)性成分的種類和含量較豐富且相似度高。此項技術(shù)對8種玫瑰花蕾也可進行區(qū)分，其中保加利亞紅玫瑰的氣味信息最為豐富。此外，相同品種的玫瑰花和花蕾中揮發(fā)性成分存在顯著差異，且多數(shù)品種呈花蕾中差異性物質(zhì)強于花朵的趨勢。

電子鼻技術(shù)作為一種便捷、快速、無污染的檢測方法，具有客觀性好、準確快速、方便經(jīng)濟的特點。本研究結(jié)果表明此項技術(shù)可以快速、便捷地分析不同品種的玫瑰花和花蕾氣味信息，并對其進行區(qū)分，該方法可以作為玫瑰加工業(yè)中輔助香氣評定以及質(zhì)量評價的一種重要技術(shù)手段。此外，此技術(shù)可以應(yīng)用于對不同品種玫瑰花從花蕾到花朵的開放全過程氣味成分的變化進行跟蹤檢測，對不同香氣成分在植物生長過程中的變化規(guī)律進行探索分析。此項技術(shù)在玫瑰相關(guān)產(chǎn)業(yè)中具有較大的使用潛力，更豐富的應(yīng)用場景有待進一步研究開發(fā)。

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