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主作者与研究机构及发表信息
本研究的主要作者包括李红波（Hongbo Li）、康晓峰（Xiaofeng Kang）、王珊（Shan Wang）、莫海珍（Haizhen Mo）、徐丹（Dan Xu）、周伟（Wei Zhou）和胡良斌（Liangbin Hu），他们分别来自陕西科技大学食品与生物工程学院以及河南科技学院食品科学学院。该研究发表于《Food Control》期刊，文章编号为107636，发表时间为2020年9月25日。

学术背景
本研究属于食品安全与微生物学领域，主要关注玉米籽粒中黄曲霉（Aspergillus flavus）污染的早期检测与监测问题。黄曲霉是一种在玉米收获后储存阶段导致重大经济损失的病原体，其代谢产物黄曲霉毒素（Aflatoxin B1, AFB1）对人类和动物具有严重的毒理学影响。传统的检测方法如薄层色谱法（TLC）、高效液相色谱法（HPLC）等，通常需要复杂的样品预处理步骤，耗时且灵敏度较低。近年来，挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）因其作为微生物生长指标的潜力而受到关注。离子迁移谱（Ion Mobility Spectrometry, IMS）结合顶空-气相色谱（Headspace-Gas Chromatography, HS-GC）技术因其快速、灵敏的特点，逐渐成为一种新的检测工具。本研究旨在评估HS-GC-IMS技术在玉米籽粒中黄曲霉污染早期检测中的性能，并探索潜在的生物标志物。

研究流程
本研究分为以下几个主要步骤：
1. 菌株培养与感染模型建立：使用中国普通微生物保藏中心提供的黄曲霉CGMCC3.2890菌株，在Sabouraud葡萄糖培养基上培养。玉米籽粒经过1%次氯酸钠消毒后，浸入黄曲霉孢子悬浮液（10^6 孢子/mL）中10秒，随后在无菌培养瓶中干燥并储存在恒温恒湿培养箱中（30°C，70%相对湿度）。对照组未接种黄曲霉。每隔24小时取样（5克），每个时间点收集6个样本。
2. AFB1提取与分析：通过氯仿提取玉米籽粒中的AFB1，去除溶剂后溶解于甲醇中，进一步使用TLC分析并获取荧光强度数据。
3. GC-IMS分析：使用FlavourSpec® GC-IMS风味分析仪检测不同储存条件下玉米籽粒中的挥发性化合物。样品装入20毫升顶空进样瓶中，经加热注射器（65°C）加载后，在60°C孵育10分钟，采用无分流模式进样（500 μL）。气相色谱柱为FS-SE-54-CB-1毛细管柱（15米，内径0.53毫米），氮气作为载气进行分离。整个分析过程耗时30分钟。
4. 数据分析：使用GC-IMS库搜索程序、三个插件（G.A.S.）和实验室分析查看器（LAV）软件进行数据分析。热图和主成分分析（PCA）通过R软件包生成，相关矩阵使用corrplot包可视化。

主要结果
1. GC-IMS地形图分析：通过对不同储存时间的玉米样本进行HS-GC-IMS分析，发现随着黄曲霉污染的进展，某些化合物的浓度降低，同时形成了新的物质。与对照组相比，C1组无显著变化，C2组略有霉变，而C3至C5组霉变程度加剧。
2. VOCs鉴定：共鉴定出55种挥发性化合物，其中16种未定性需进一步研究。这些化合物包括乙酸乙酯（Ethyl acetate）、3-羟基丁酮（3-Hydroxybutan-2-one）等。
3. 指纹图谱与热图分析：通过指纹图谱和热图分析，发现不同阶段的霉变样本中VOCs种类和浓度存在显著差异。例如，C0组中以己酸、戊醇、二氢呋喃酮等为主，而C1-C2组中则以乙酸乙酯和3-羟基丁酮为主。
4. PCA分析：PCA结果显示，PC1和PC2解释了数据总变异的77%，其中PC1解释了57%的变异。不同阶段的样本在PCA图中形成四个明显区域，表明VOCs浓度随霉变进程的变化规律。
5. AFB1与VOCs的相关性分析：AFB1含量与(E)-2-辛烯醛单体（(E)-2-Octenal-m）、苯乙醛（Benzene acetaldehyde）、(E)-2-庚烯醛单体（(E)-Hept-2-enal-m）、2-庚酮二聚体（2-Heptanone-d）和2-戊基呋喃（2-Pentyl furan）呈强正相关（相关系数≥0.97）。

结论与意义
本研究表明，HS-GC-IMS技术可以有效用于玉米籽粒中黄曲霉污染的早期检测与监测。乙酸乙酯二聚体（Ethyl acetate-d）和3-羟基丁酮二聚体（3-Hydroxybutan-2-one-d）被确定为黄曲霉污染的潜在生物标志物。此外，AFB1的产生与特定VOCs的水平密切相关，这为开发传感器提供了目标分子。该研究不仅为玉米储存过程中霉变风险的快速评估提供了新方法，还为食品安全领域提供了重要的科学依据。

研究亮点
1. 首次系统性地利用HS-GC-IMS技术分析玉米籽粒中黄曲霉污染的VOCs特征。
2. 确定了乙酸乙酯二聚体和3-羟基丁酮二聚体作为黄曲霉污染的特异性生物标志物。
3. 揭示了AFB1与特定VOCs之间的强相关性，为后续传感器开发奠定了基础。
4. 提出了基于特定气体传感器的在线监测与预警系统模型，具有实际应用潜力。

其他有价值内容
本研究强调了VOCs作为微生物生长指标的重要性，并指出未来研究应进一步探索未定性化合物的化学结构及其在霉变过程中的作用机制。此外，作者提出了一种动态监测模型，通过移动网络和固定点检测实现粮仓中霉变污染的实时监控。