焙烤糯米粉的關鍵風味物質分析

徐睿，胡冰，麻榮榮，邱立忠，田耀旗,*

1(食品科學與技術國家重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫，214122)2(諸城興貿玉米開發有限公司，山東 濰坊，262299)

糯米是我國常見的水稻品種，是居民的主食之一[1]。糯米粉通常被作為制作各種小吃、糕點的原料。

炒米粉是我國南方常見的傳統方便米食，主要以糯米為原料，經焙炒制成。炒米粉相比較于普通糯米粉更易儲藏，并在儲藏期間風味損失較小，在再次加熱后其焦香風味依舊濃郁[2]。焙烤米粉是使用烤箱高溫快速加熱糯米粉而制得的風味性質與傳統炒米粉相近的產品。烤箱焙烤的糯米粉具有工藝簡捷、產品質量高、節省人力等優點，相對于傳統的人力翻炒更適合于大規模食品工業化生產[3-4]。針對糯米粉為主要原料產品存在的貨雜期較短的問題，期望利用焙烤米粉的風味特性，來解決其風味劣變和損失問題。

目前，固相微萃取法(SPME)結合GC-MS是研究食品特征風味最常用的方法，可以對風味物質進行萃取富集、定性定量分析[5-8]。此外，GC-O也被越來越多地應用到風味物質的檢測分析中[9-10]。前人的研究[11-13]發現米粉、米飯的主要的風味物質以醛、酮、醇類等物質為主，比較典型的特征風味物質有香草醛、1-辛烯-3-醇、戊醛、壬醛、4-乙烯基苯酚、己醛、辛醛、戊醛及庚醛等；同時焙烤工藝一般會使谷物在高溫下發生美拉德、焦糖化反應，產生諸多雜環類化合物。

本文采用GC-O-MS聯用的方法，通過儀器分析與感官評定結合分析焙烤米粉的特征風味物質以及關鍵的風味物質，并簡要分析焙烤米粉風味物質產生的機理。本研究主要分3個部分：(1)通過感官評定對焙烤糯米粉的整體風味輪廓進行描述；(2)采用固相微萃取(SPME法)，結合氣相色譜-質譜(GC-MS)對風味物質進行定性、定量，通過對比找出特征風味物質，分析美拉德反應在新增風味物質發揮的作用；(3)進一步采用GC-O與GC-MS聯用，通過時間-強度法(OMSE)法對關鍵風味進行鑒定。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糯米粉(含有7.80%蛋白質，1.01%脂質，13.25%含水量，76.97%淀粉和0.97%的灰分)，市售凈含量5 kg 中糧福臨門水磨糯米粉，過100目篩；2-甲基-3-庚酮(內標)，購于Sigma-Aldrich中國有限公司。

1.2 儀器與設備

烤箱(1 400 W)，意大利DeLonghi公司；聚二甲基硅氧烷/二乙烯苯(PDMS/DVB)涂層纖維頭(65 μm)，美國Supelco公司；氣相色譜儀(SCION SQ 456-GC)，美國Bruker公司；GC-O嗅聞裝置，荷蘭ATAS&GL公司；分析天平(AL204)，瑞士Melttler-Toledo公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 焙烤米粉的制備

參考傳統的炒米粉及面包烤制的工藝[14]，將糯米粉均勻平鋪在墊有錫紙的鐵質烤盤上，厚度約2 mm。 烤箱選用傳統焙烤模式(頂部和底部加熱管同時加熱)，調整焙烤溫度為160 ℃，預熱3 min后，將裝有米粉的烤盤放置于烤架上，加熱6 min，并每隔2 min 翻動米粉1次，確保米粉受熱均勻。

1.3.2 糯米粉風味的感官評定分析

參考李楊等的方法[15-16]并改進，采用感官量化分析(QDA)評鑒焙烤前后糯米粉的風味。挑選8名25～40歲的感官評定員(4男4女)，在評定前，對所有評定員進行系統的風味感官培訓，對不同的風味描述及風味強度有清晰的了解。評定時，稱取1.0 g樣品放入5 mL樣品瓶中并密封好，貼上隨機三位數標簽單獨呈現給評定員，評定員對樣品的每種風味特征(烘烤味、脂肪味、果香味、米香味、清香味、堅果味)和總體風味進行評分(0分最低，10分最高)。每個樣品評定結束后，評定員休息3 min，呼吸新鮮空氣才可進行下一步試驗。在整個評定過程中，所有評定不得相互交流保證實驗不被干擾。

1.3.3 糯米粉風味物質的萃取

參考XU等的方法[17]并進行改進，選用65 μm PDMS/DVB萃取頭在GC進樣口老化，老化溫度250 ℃， 載氣流量2 mL/min，老化時間20 min。分別稱取1.50 g糯米粉和焙烤后的糯米粉(下文稱焙烤米粉)于15 mL頂空瓶中，加入20 μL質量濃度為172 μg/L 2-甲基-3-庚酮，加蓋密封。置于恒溫水浴攪拌平衡20 min。固相微萃取萃取頭頂空吸附30 min后，于GC進樣口250 ℃解吸5 min，進行GC-MS分析，每個樣品重復3次。

1.3.4 GC-MS分析條件

GC條件：使用DB-Wax柱(J&W Scientific，Folsom，CA，USA)，載氣為氦氣，流速為0.9 mL/min，采用不分流方式進樣。程序升溫條件如下：60 ℃(保留2 min)開始以5 ℃/min升到120 ℃，保留2 min，再以12 ℃/min升到230 ℃，保留10 min。

MS條件：色譜-質譜接口溫度250 ℃；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度:150 ℃；離子化方式：EI；電子轟擊模式能量：70 eV；掃描范圍：35～50 amu。

1.3.5 焙烤糯米粉風味物質的分析

1.3.5.1 定性分析

將系列正構烷烴換算得來的保留指數(retention index，RI)與質譜數據庫的RI值進行比較，從而確定焙烤米粉風味化合物的種類。

1.3.5.2 半定量分析

采用2-甲基-3-庚酮作為內標物對風味物質進行半定量，通過色譜峰面積計算出風味化合物的含量，進行定量分析。見式(1)：

(1)

式中：ρi，風味化合物質量濃度；ρis，內標物的質量濃度,mg/L；Aj，化合物色譜峰面積；Ajs，內標物色譜峰面積。

1.3.6 GC-O-MS分析焙烤米粉關鍵風味物質

參考劉曉君的方法[18]并進行改進。固相微萃取條件參考1.3.2，GC-MS分析條件參考1.3.3。事先統一對嗅聞分析員進行培訓，明確風味描述和風味強度的評定標準。質譜和嗅聞器間的分流比為1∶1。加濕器在嗅聞出口處對尾吹氣進行加濕以減少干燥氣體對鼻黏膜的傷害。經過風味化合物萃取、解析、GC-MS分析后，嗅聞分析員開始嗅聞分析，使用嗅聞裝置配套的可控手柄來記錄香氣的強度和嗅聞時間，并描述氣味。采用OSME法，對氣味強度值采用3分定義標度(1∶弱；2∶一般；3∶強)。由3位經過訓練的嗅聞分析員分別對同一樣品進行至少2次嗅聞評價。只有至少2名評價人員對同一時間做出同樣的感官描述，該時間處描述記錄才能被記入最終結果。

1.4 數據分析

數據處理與分析：利用SPSS 12.0軟件處理GC峰面積數據，用平均值和標準偏差表示結果。使用Duncan檢驗分析顯著性，顯著性水平為P≤0.05，每個試驗平行測定3次。

2 結果與分析

2.1 糯米粉風味的感官評定分析

風味輪可以直觀表現出不同產品間的風味差異，感官評定得出的焙烤糯米粉和普通糯米粉的風味輪如圖1所示。

圖1 焙烤糯米粉和普通糯米粉的風味感官評定Fig.1 Sensory evaluation of baked waxy rice powder and common waxy rice powder

由圖1可以看出，焙烤后糯米粉風味的總體風味感官評分顯著提高，其中烘烤味、堅果味提升最顯著，其感官評分分別從2分上升到9分、3分上升到9分；脂肪味、米香味、果香味感官評分也有提高，分別提高了3分、2分、2分；焙烤后清香味并未變化，感官評分為7分。經過焙烤，糯米粉風味的總體感官評分從6分提高到8分，整體的風味品質得到提高。

2.2 SPME法分析焙烤糯米粉特征風味物質

2.2.1 焙烤米粉風味物質的總述

普通的糯米粉和經過焙烤的糯米粉的風味物質如表1所示，其風味物質的種類和濃度的統計如圖2所示。

表1 焙烤米粉和普通米粉的風味物質的GC-MS分析結果Table 1 Results of GC-MS analysis of flavor substances of baked waxy rice powder and common waxy rice powder

續表1

RTCas號物質名稱含量/(mg·L-1)普通糯米粉焙烤糯米粉1501112-12-92-十一酮—0.1416741534-26-53-十三酮—0.121857689-67-8香葉基丙酮—1.4220432345-28-02-十五酮0.050.69酯類物質905109-21-7丁酸丁酯—8.019745426-43-7戊二酸戊酯1.290.351165104-61-0椰子醛(γ-壬內酯)—0.351427584-84-9甲苯-2,4-二異氰酸酯0.240.712765131-20-4鄰苯二甲酸單丁酯—0.721821111-82-0十三烷酸甲酯—0.97雜環化合物12283777-69-32-戊基呋喃0.042.27113590949-17-02-叔丁基-3,4,5,6-四氫吡啶—4.581157496-16-22,3-二氫苯并呋喃—1.211625344-30-54-氨基-1-苯基吡唑—0.28156474421-02-62-癸基吡啶—0.29160241536-80-52,6-二氨基吡嗪—0.14193553947-86-72,5-二乙酰基-6-羥基苯并呋喃—1.28206633788-00-06-十一胺0.09—其他物質16922874-74-02-甲基-十二烷酸—0.292088638-53-9十三酸0.8—2320837-08-12,4′-異亞丙基二苯酚0.05—235164275-69-0反,反-5,10-十五碳二烯酸0.08—

注：-表示未檢出。

A-風味物質種類統計；B-風味物質濃度統計圖2 焙烤糯米粉和普通糯米粉風味物質統計Fig.2 Statistics on the flavor substances of baked waxy rice powder and common waxy rice powder

通過對比可以看出，焙烤使糯米粉的風味物質種類和濃度大大增加，焙烤后的糯米粉共鑒定出風味物質103種，相比較于普通糯米粉增加33種，主要有醛、酮、醇、酯類以及雜環類化合物，總質量濃度從7.49 mg/L增加至94.12 mg/L。

醛類物質相對含量大、濃度高、閾值低，一般被認為是米粉的關鍵風味成分。相對于普通糯米粉，焙烤后的米粉中醛類的種類從8種增加到32種，總體的質量濃度增加了近20倍，達到51.11 mg/L(圖2)。

酮類物質閾值和相對含量比醛類物質要低，一般呈香甜味，其種類豐富，對于總體風味的貢獻不顯著。焙烤后的米粉樣品中共檢測到酮類物質30種，相對于焙烤前的米粉增加16種，酮類物質的整體質量濃度大大提高，從0.05 mg/L增加至11.63 mg/L。

酯類物質多含有芳香的水果氣味，作為糯米粉中重要的風味物質，是其糊化和產品加工過程產生濃郁的米香味的重要來源。焙烤前后的酯類物質種類變化不顯著，從6種增加到7種，總體質量濃度從1.53 mg/L增加到11.69 mg/L。

檢出的醇類物質種類和濃度變化很大，由焙烤前樣品的17種降低到焙烤后樣品的11種，但是質量濃度反而從0.54 mg/L增加到9.02 mg/L。其他的物質中包含酸類、酚類等物質，其在焙烤后的種類從5種降低到3種，質量濃度從1.65 mg/L降低到0.63 mg/L，其種類雖多，但是含量變化很小。

另外，呋喃、吡啶、吡嗪類等雜環化合物種類在焙烤前后的樣品中有很大的變化，由于其相對較低的閾值，對風味起到了重要作用。焙烤后的樣品中檢測到雜環化合物共13種，相對于焙烤前提高了8種，其中呋喃5種、吡啶3種、吡嗪2種。雜環化合物總體質量濃度增加了接近9倍，從1.21 mg/L提高到10.04 mg/L。

2.2.2 焙烤米粉特征風味物質的分析

美拉德反應是非酶褐變中重要的一種，對香味的形成有著至關重要的作用，是人們享受愉悅香味的重要來源[19]。高溫焙烤是美拉德反應發生的極好條件，如面包在烤箱中焙烤形成獨特的麥香風味就與美拉德反應緊密相關，米粉在焙烤后形成的焦香風味可能也是由美拉德反應所形成的[20]。

醛類物質在焙烤過程中增加最多，其多來源于美拉德反應中的Streker降解。焙烤后的樣品中壬醛、辛醛、己醛等醛類物質的濃度大大提升，其質量濃度分別達到了10.99、3.74、6.85 mg/L。而屬于芳香醛類的苯甲醛、苯乙醛、2,6-二甲基苯甲醛都是焙烤后米粉特有的風味物質，這3種物質是由芳香基氨基酸和二羰基化合物發生縮合反應形成席夫堿，進一步脫羧加水分解反應，脫去一分子CO2從而形成[21]。此外，共有9種烯醛類物質在焙烤后的樣品中檢出，含量較多的是反-2-壬烯醛，反-2-辛烯醛。

同時，焙烤后的樣品新增了大量酮類物質，其中2-壬酮、2-癸酮、香葉基丙酮等質量濃度較高，分別到達了1.07、1.93、1.42 mg/L。2,3-辛二酮、4,5-辛二酮等二酮類物質也是新增的特征風味物質，其產生可能與反應過程中的美拉德反應有關。

檢測到的酯類物質也大大增加，新增的主要有丁酸丁酯、椰子醛(γ-壬內酯)、十三烷酸甲酯等，其中丁酸丁酯的濃度最高，達到了8.01 mg/L。醇類物質和酸類物質在焙烤后種類都大大減少，例如米飯、米粉中常見的風味物質1-辛烯-3-醇，在焙烤后濃度大幅度增加，濃度從0.02 mg/L增加到1.07 mg/L。醇類、酸類物質的閾值較高，對風味的總體貢獻并不顯著，但是其可以作為形成雜環類化合物和酯類物質的前體物質，對整體風味的形成起到了一定的基底作用，這也可能是這兩類物質種類降低的原因。

雜環化合物是焙烤后風味的重要來源，一般來源于美拉德反應和氨基酸的熱解[22]。糠醛是僅在焙烤后樣品中檢出的特征風味物質，該物質是典型的美拉德反應的中間產物，該物質在高溫下最終形成含氮的聚合物和共聚物，這些物質也是焙烤米粉焦黃色素的重要來源[23]。吡嗪類物質來源于Streker降解并進一步縮合產生的，焙烤后的樣品中檢出了2,6-二氨基吡嗪，其質量濃度為1.49 μg/L。

2-叔丁基-3,4,5,6-四氫吡啶和2-癸基吡啶都是焙烤后米粉的特征風味物質，其質量濃度分別為4.58、0.29 mg/L。

2.3 OMSE法分析焙烤米粉關鍵風味物質

嗅聞分析員在嗅聞口聞到的味道及其對應的在GC中檢出的物質總結結果如表2所示。焙烤糯米粉HS-SPME提取物中共有21種化合物有明顯風味特征。

嗅聞到的醛類物質最多，共有11種，其中癸醛具有甜橙和橘子香氣，壬醛含有甜桔香和脂肪香氣，這兩種物質的風味強度都是3，這兩種物質也被認為是焙烤食品的特征風味物質[24]。己醛具有青草味，辛醛具有甜橙、蜂蜜樣香氣，庚醛具有甜杏、堅果香氣味，這3種物質是米粉米香味的主要來源，風味閾值偏低，其中前兩者的風味強度為3，最后的庚醛風味強度為2。反-2-辛烯醛具有肉香，脂肪，香青草香味;反-2-癸烯醛具有橙子及雞、家禽肉香味;2,4-癸二烯醛具有雞油香氣，其風味強度都是3;反-2-壬烯醛具有紙板味，該物質是大米中老化風味的來源，可能是由于焙烤過程中高溫下米粉中脂肪的氧化降解產生的，其風味強度為2。苯甲醛具有杏仁味，其風味強度為1。醛類物質濃度高且可以被明顯嗅聞到味道的種類多，風味強度普遍較強，成為焙烤后米粉風味最重要的來源。

嗅聞到的酮類物質有3類。2-壬酮含有果香和甜香味，其風味強度為2，香葉基丙酮含有新鮮的花香香氣，其風味強度為1，2,3-辛二酮含有甜的奶油香，其風味強度為2。

嗅聞到的酯類物質有1類。丁酸丁酯被描述為水果香味，其風味強度為2。嗅聞到的醇類物質有3種，其中僅1-辛烯-3-醇對米粉的風味做出關鍵貢獻，被描述為蘑菇和薰衣草香氣，該物質在關于大米風味的相關研究中被多次提到[25]，其風味強度為3。1-庚醇具有甜酒、堅果、清香味，其風味強度為2；1-辛醇具有果香及油脂氣味，該物質濃度很高，其閾值較高，風味強度僅有1。

嗅聞到的雜環化合物共3種。2-戊基呋喃具有豆香、果香、泥土清香，風味強度為3, 2，3-二氫苯并呋喃具有甜香和堅果香氣味，風味強度為2，這兩種物質濃度不高，由于其較低的風味閾值成為焙烤香味的重要的呈味物質。2-叔丁基-3,4,5,6-四氫吡啶含有燒焦的塑料味，其風味強度為3。

綜合以上結果，共有10物質的風味強度為3，可以明顯被嗅聞到，對焙烤米粉整體風味起到了關鍵作用。焙烤后的米粉被賦予了更加濃郁的風味，其中醛類物質和雜環化合物對焙烤米粉的風味起到了最為關鍵的作用，主要為焙烤后的糯米粉提供了焙烤味、堅果味，果香味，這與前文感官評定的結果一致。

風味物質的風味強度并不和其濃度成正比，部分醛、酮、醇類物質如苯甲醛、1-辛醇等風味物質濃度雖高但是總體的風味強度較低；而例如1-辛烯-3醇、2-戊基呋喃、2,4-癸二烯醛濃度很低，但是風味強度都是3。這說明濃度并非是決定風味物質風味強弱的唯一因素，風味物質的閾值也是決定風味物質風味強度的關鍵。此外，這些對整體風味做出重要貢獻的雜環化合物主要由過程中的美拉德反應產生，這也說明美拉德反應是焙烤米粉焦香風味的主要來源，在焙烤米粉的整體風味中做出了重要貢獻。高溫焙烤過程可能使糯米粉中的淀粉和蛋白質發生了降解，產生的小分子糖和氨基酸進一步反應發生羰氨反應，新產生的特征性風味物質來源于這一過程。

表2 焙烤米粉風味物質的GC-O分析結果Table 2 GC-O analysis results of baked waxy rice powder flavor substances

3 結論

本文研究焙烤米粉的風味，焙烤后共增加了風味物質33種，其中關鍵的風味物質為己醛、辛醛、壬醛、癸醛、反-2-癸烯醛、2,4-癸二烯醛、2-戊基呋喃、1-辛烯-3-醇、丁酸丁酯、2-叔丁基-3,4,5,6-四氫吡啶10種。焙烤米粉風味物質的形成與美拉德反應緊密相關，焙烤過程提升了各類風味物質的濃度，并新增了多種風味物質，賦予了米粉更加濃郁的米香味和焦香味，美拉德反應是焙烤米粉特征風味的重要來源。下一步的研究將深入研究焙烤米粉風味物質形成的機理，了解各組分特別是淀粉和蛋白質在風味形成中發揮的作用。