綏粳4號香米的風味組成及關鍵致香化合物的鑒定

張文燦 袁永紅

(豐益(上海)生物技術研發中心有限公司，上海 201203)

綏粳4號是以〔蓮香1號×(合R12－34－1)〕F2為母本，(松前+吉粘2號)F5為父本雜交育成，是黑龍江省第一個香型粳稻品種［1］，香氣濃郁，其香氣組分目前尚未有研究報道。Buttery等［2］指出2－乙?；量┻?2－acetyl－1－pyrroline，2－AP)是香稻香氣的主要成分。研究表明，除2－AP外，壬醛、己醛、戊基呋喃、壬－2－烯醛、2，4－癸二烯醛、苯乙醇、吲哚等對香米的愉悅芳香也起到了重要的作用［3－4］。

目前鑒定風味物質最常用的是氣相色譜－質譜聯用技術(GC－MS)，但這種方法的可靠性有待提高，尤其是復雜未知組分的分析。將保留指數RI引入到GC方法中，能大大提高準確性和唯一性，本試驗采用MS與RI共同定性的方法。氣相色譜－嗅覺測量技術(GC－O)是尋找對總體風味起關鍵作用的化合物的一種理想方法，對鑒別特征風味化合物、確定風味強度都非常有用［5］。本研究GC－O試驗由經過培訓的感官評價員參與嗅聞，記錄對應時間的風味特征，并對其強弱程度進行打分，由每種化合物的鑒別次數和累計分值綜合評定其對整體風味的貢獻程度。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綏粳4號香米:益海(佳木斯)糧油工業有限公司;泰國茉莉香米(香納蘭泰國茉莉香米):市購;干冰:上海振信蓋斯實業有限公司;正構烷烴混標(C10－C36)、2，4，6 － 三甲基吡啶(純度99%):Sigma。

R－215旋轉蒸發儀:Buchi;PC3001 VARIO真空泵:Vacuubrand;減壓濃縮裝置:自制，由蒸餾瓶、10 cm長的Vigreux柱、冷凝管、接受瓶、冷阱、真空泵組成;7890GC－5975MS:Angilent Technologies;Olfactory Detection Port 2:Gerstel;Isotemp 3028S循環水浴鍋:Fisher Scientific。

1.2 試驗方法

1.2.1 前處理方法

向2 L旋蒸瓶中加入200 g大米原料和1 200 mL去離子水，再加入內標2，4，6－三甲基吡啶，于旋轉蒸發儀上進行蒸煮，蒸煮條件為加熱端95℃，冷凝水5℃，常壓，65 r/min，蒸煮2 h。蒸煮完成后，開啟真空泵對大米的風味物質進行抽提，抽提分2個階段，第1階段抽提條件為加熱端40℃，真空度3 000 Pa，65 r/min，冷凝水 5 ℃，抽提30 min，蒸餾液經二級干冰冷卻(接受瓶后再加一級冷阱，捕集易揮發物質);第2階段在維持其他條件不變的前提下，將真空度調整為2 000 Pa，抽提150 min。提取結束后合并接收瓶和冷阱中的冷凝液，用二氯甲烷萃取，收集二氯甲烷相并加入無水硫酸鈉進行干燥，最后將二氯甲烷相用Vigreux柱減壓濃縮至10 mL，－80℃冷凍備用。

1.2.2 GC －MS條件

柱子為 DB －1 MS(30 m ×0.25 mm ×0.25μm)，進樣量為 1 μL，分流比 1∶1，載氣為 He，流速 1 mL/min。進樣口溫度200℃。程序升溫，50℃保持5 min，以3℃/min的速度從50℃上升至120℃，以5℃/min的速度從120℃上升至250℃，250℃保持5 min。質譜條件為接口溫度250℃，離子源為EI，離子源溫度230℃，電子能量70 eV，質量掃描范圍(m/z)35～350。

1.2.3 GC － O 條件

柱子為 DB －1 MS(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm)，進樣量為1 μL，分流比1∶1，載氣為 He，流速 1 mL/min。進樣口溫度200℃。程序升溫，50℃保持5 min，以3℃/min的速度從50℃上升至120℃，以5℃/min的速度從120℃上升至250℃，250℃保持5 min。

請6位經過培訓的感官評價員參與嗅聞，記錄對應時間的風味特征，并對其強弱程度進行打分(由強到弱依次4、3、2、1分)。統計每種風味物質被評價員鑒別出的次數和累計分值。

1.2.4 物質定性方法

進樣前以相同的條件先進一針烷烴混標(C10－C36)，以計算出峰各物質的保留指數(RI)。

結果與本實驗室自建譜庫中的標品及保留指數(RI)對照進行成分鑒定，同時參考NIST08譜庫的檢索結果及關于化合物保留指數的文獻報道，只分析匹配度(SI)和反匹配度(RSI)均在800以上(最大1 000)的物質。通過SI、RI或芳香特性比較進行化合物鑒定。

2 結果與討論

2.1 綏粳4號香米的風味組成及與泰國茉莉香米的風味對比

本研究將綏粳4號香米與泰國茉莉香米用同樣的方法進行了揮發性成分的提取、濃縮和分析，通過對比分析結果可對綏粳4號香米有更客觀和全面的評價。

通過GC－MS分析，綏粳4號香米和泰國茉莉香米中各檢測出57種風味化合物，并以2，4，6－三甲基吡啶為內標對各組分進行了定量，二者風味物質的總含量分別是 3 219.5 和 4 426.3 μg/kg，種類不盡相同。二者總離子流圖如圖1所示，各風味組分名稱及含量如表1所示。

綏粳4號中共檢測出醛類9種(345.6 μg/kg)，醇類5 種(397.9 μg/kg)，酮類10 種(124.5 μg/kg)，酸類5 種(293.4 μg/kg)，酯類5 種(92.2 μg/kg)，內酯類3 種(1 418.5 μg/kg)，含氮化合物 5 種(168.9 μg/kg)，酚類 2 種(48.8 μg/kg)，烴類 13 種(329.7 μg/kg)。泰國茉莉香米共檢測出醛類8種(406.5 μg/kg)，醇類 2 種(184.0 μg/kg)，酮類 5 種(132.8 μg/kg)，酸類 3 種(249.5 μg/kg)，酯類 8 種(135.9 μg/kg)，內酯類 10 種(2 083.7 μg/kg)，含氮化合物5 種(493.6 μg/kg)，酚類 1 種(252.0 μg/kg)，烴類15 種(488.3 μg/kg)。

醛類具有較低的閾值，對風味的影響較大。綏粳4號香米中共鑒定出9種醛類，含量最高的為壬醛(100.1 μg/kg)。對比結果顯示，綏粳4號香米與泰國茉莉香米中的醛類物質，無論是種類還是含量，均沒有太大差異。唯有(E)－2－十二烯醛僅存在于綏粳4號中，但含量較低，該物質具有甜橙香氣。醛類物質在其他多個品種的香米風味中廣泛存在［6］。有研究稱脂肪降解的產物之一己醛是大米陳味的主要成分［7］，但本研究未發現該物質，可能是樣品新鮮、儲藏期短的緣故。

醇類在綏粳4號中也有較高的含量，與泰國茉莉香米對比，其種類和含量都較豐富。其中含量最高的是1－己醇(207.6 μg/kg)，其次是1－辛烯 －3醇(109.5 μg/kg)，這與 Aldo 等［8］研究 Basmati和B5－32個香米風味的結論一致。1－己醇具有典型的青草味，本研究中泰國茉莉香米中未發現該物質，因其閾值較低，這可能是2種大米風味差異的原因之一。此外，綏粳4號中檢測到的苯甲醇及2－甲基－1－癸醇在泰國茉莉香米中也未發現，但因這2種物質閾值相對較高，推測此差異可能不會引起2種原料之間明顯的風味不同。

綏粳4號和泰國茉莉香米中酮類物質的含量都不高，但綏粳米4號中酮類物質的種類較豐富，酮類物質多呈現甜的香氣，其中的幾種物質在其他關于香米的研究中也有報道，如2－庚酮［6］。

本研究檢索到的酸類物質，在綏粳4號中有5種，在泰國茉莉香米中有3種。這些脂肪酸可能來自脂類的水解，其中長鏈脂肪酸含量較高，但因其分子質量大揮發性小，故對整體的風味影響不大。己酸和壬酸僅存在綏粳4號中，因為分子質量較小，這2種酸的存在可能會對整體風味產生不良影響。

酯類物質多呈現芳香的水果氣味。酯類物質在2種大米中的含量都較豐富，尤其是在泰國茉莉香米中，這些酯類物質可能是泰國茉莉香米風味濃郁的重要來源，如乙酰乙酸甲酯具有芳香味，十四酸乙酯具有鳶尾樣香氣和甜的蜂蠟風味。

內酯類物質在二者中的含量都較豐富，但是泰國茉莉香米中的內酯種類和含量都明顯高于綏粳4號。內酯類化合物通常具有特殊風味，如葫蘆巴內酯具有甜香，丙位辛內酯、丙位壬內酯具有典型的草本和椰子味道。綏粳4號中含量最高的組分為丁位癸內酯(1 361.4 μg/kg)，該物質具有奶香、堅果香、香甜的果香等氣味特征，閾值為 100 μg/kg(水中)［9］。有報道顯示，內酯類物質香氣溫和，也是米糠氣味的重要組分［10］。

含氮化合物中最重要的就是2－AP。前人的研究表明，2－AP是香米中最關鍵的風味化合物，但該物質含量很少，且品種、地區、提取方法的不同會導致樣品間含量存在差異。即使是同一品種的香米，在不同產區其中的2－AP含量差異也較大［11］。研究稱美國和亞洲地區的香稻米中2－AP的含量為10 ～90 μg/kg［8］。本研究通過內標法定量，2 －AP 在綏粳4號中的含量為28.5 μg/kg，在泰國茉莉香米中的含量為80.5 μg/kg。由于該化合物在香米風味中起到關鍵作用，因此二者之間2－AP含量的差異也許會直接影響香味的濃郁程度。Buttery等［2］采用連續的蒸汽蒸餾提取方法對幾種典型的香米中的2－AP進行了定量，結果顯示Basmati 370含量為610 μg/kg，Della 含量為 76 μg/kg，Jasmine 含量為 156 μg/kg。除2－AP之外，其他含氮化合物對整體風味也有影響，其中吲哚是重要的一種，該物質在低濃度下呈現花香風味。

樣品中還檢索到2種酚類物質，分別為2，5－二叔丁基苯酚、2，4－二叔丁基苯酚，在 Sugunya等［12］的研究中這2種物質也存在于香米Khao Dawk Mali 105的風味中。

圖1 綏粳4號香米及泰國茉莉香米總離子流圖

烴類也有一定的含量，但烴類對風味整體的影響不大。

表1 綏粳4號香米及泰國茉莉香米中揮發性成分及含量

表1(續)

2.2 綏粳4號香米中關鍵致香化合物的確定

GC－MS的鑒定結果只能看出綏粳4號香米的風味組成，不能看出對整體風味起關鍵作用的物質，某種物質對整體風味的影響除了與其含量相關外，還與該物質的閾值密切相關。為進一步確定綏粳4號香米中的關鍵致香化合物，采用GC－MS與GCO聯用的鑒定方式。結果顯示，6位感官評價員共識別出26種風味物質，不同保留時間的化合物名稱和與之對應的描述詞語如表2所示，各風味化合物的鑒別頻數(Detection Frequency，DF)和總強度(Total Intensity，TI)如圖2所示。鑒別頻數定義為參加嗅聞的6位感官評價員中能夠識別出某種味道的人數，6≥DF≥0，數值越大，表明該種物質能被越多的人識別，即對整體風味的貢獻越大?？倧姸榷x為6位感官評價員對嗅聞到的強弱感覺的累計打分結果(某種化合物風味由強到弱的分值依次是4、3、2、1分)，24≥TI≥1，數值越大，表明該種物質風味強度越高，呈香越明顯，對整體風味的影響也較大。

在鑒別出的所有組分中，鑒別頻數較高(DF≥4)的物質為2－AP(DF=6)，2－庚酮(DF=5)，庚醛(DF=5)，吲哚(DF=5)，苯甲醛(DF=4)，壬醛(DF=4);總強度較高(TI≥9)的物質為2－AP(TI=20)，庚醛(TI=16)，壬醛(TI=15)，2 － 庚酮(TI=13)，1－己醇(TI=9)，吲哚(TI=9)，這些物質對綏粳4號香米的香氣有突出貢獻。

綜合鑒別頻數和總強度，對綏粳4號香米的風味貢獻最大的化合物是2－AP，這與前期香米風味的報道一致。1982年Buttery等［2］指出了2－AP是香米香氣的主要成分，這一發現被大多學者視為香米氣味研究里程碑式的成果，在隨后的研究中，研究者從不同品種的香米中得到了一致的結論。研究報道2－AP具有極低的閾值，為 0.1 μg/kg［7］，因此在較低的含量時仍能體現強烈的風味。該化合物呈現典型的大米芬芳、花香、甜香，也有些報道描述為典型的爆米花氣味，香米與非香米最大的差異在于該化合物含量的不同［3］。

通過GC－O鑒定出的關鍵風味化合物還有1－己醇、2－庚酮、庚醛、苯甲醛、壬醛和吲哚等。這些化合物都具有較低的閾值，在含量較低的條件下也能呈現強烈的風味特征，對整體風味產生較大的作用。1－己醇具有水果的芬芳香氣和清新的感覺，天然存在于蘋果、葡萄等水果中，閾值90 μg/kg［14］;2 －庚酮具有甜香的味道，在Jasmine和Basmati中存在，含量分別為 94、204 μg/kg［6］;庚醛是大米脂類氧化的產物，呈現油脂、煎炸和燒烤的香氣，閾值為3 μg/kg［7］;苯甲醛具有典型的苦杏仁氣味和焦香味;壬醛是許多香米香氣中的關鍵組分，如Black rice(Oryza sativa L.)，California Long Grain Rice 等，也是大米脂類氧化的產物，呈現油脂、燒烤和焦香的氣味，閾值為 1 μg/kg［15］;吲哚含量較高時呈現典型的動物氣味和糞便的惡臭味，但含量較低時則呈現優雅的花香，是茉莉花中的典型芳香成分，在Basmati 370中也是一種比較重要的風味組分［16］。以上各物質均不能單獨呈現香米的典型香氣，香米的特征香氣是各種化合物共同復配體現的結果。

表2 綏粳4號香米中的關鍵致香化合物及風味特征

圖2 綏粳4號香米中關鍵致香化合物的鑒別頻數及總強度

3 結論

綏粳4號香米香味純正，本研究在低壓常溫條件下對其風味進行抽提和濃縮，并以2，4，6－三甲基吡啶為內標對各組分進行了定量。通過GC－MS鑒定出57種揮發性成分，總含量3 219.5 μg/kg，其中醛類9種，醇類5種，酮類10種，酸類5種，酯類5種，內酯類3種，含氮化合物5種，酚類2種，烴類13種;最后采用GC－MS與GC－O聯用的方式確定了其中的關鍵致香化合物，根據風味化合物的鑒別頻數和總強度確定了對綏粳4號香米香氣影響最大的化合物，分別是2－AP、庚醛、壬醛、2－庚酮、1－己醇和吲哚。本研究對揮發性組分采用了MS與RI聯合定性的方式，對關鍵的致香化合物采用了MSRIO聯合定性的方式，增加了被定性化合物的可信度。

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