甬優系列秈粳雜交稻米揮發性風味成分分析

朱 麟， 林旭東， 何 悅， 尚海濤， 凌建剛， 佟立濤

(寧波市農科院農產品加工研究所1，寧波 315100)(寧波市農產品保鮮工程重點實驗室2，寧波 315100)(中國農業科學院農產品加工研究所3，北京 100094)

秈梗雜交稻是以秈稻為父本、粳稻為母本雜交培育出的新型水稻品種，屬于遠源雜交品種，具有更強的雜種優勢[1]，其稻米質量優良，不僅有秈米的蓬松清香，又有粳米的柔滑甘甜，且雜交后的水稻株型結構具備了超高產的支撐能力，產量提高非常明顯[2]。水稻秈粳亞種間的雜種優勢利用和品種株型的進一步改良是未來雜交稻發展的主要方向[3]。目前，秈粳雜交水稻育種及栽培技術已取得突破，在我國南方地區廣泛種植[4-6]，尤以“甬優”系列雜交稻種在產量、推廣面積等方面最為突出，累計推廣面積已達5 200多萬畝，增產稻谷超過41億kg，有效帶動了農民增收[7]。

稻米的風味成分組成決定了米飯的風味特征，分析稻米揮發性風味成分對于明確該品系的特征品質具有重要意義。徐晉[8]采用氣質聯用技術(GC-MS)研究了五常大米的揮發性成分，明確了正辛醇、壬醇、香葉基丙酮、吲哚為其主要香味成分，指出這些物質含量下降是儲藏期間清香味降低的主要原因。劉瑤等[9]采用固相微萃取(SPME)和GC-MS技術測定了泰國香米和五常大米，分別檢測出91種和68種香氣成分，并分析出2種大米主要的風味差異。“甬優”稻育成時間相對較短，相關研究目前多集中在育種、栽培等環節，其采后食用品質分析相對滯后[10]。畢文雅等[11]曾通過HS-SPME/GC-MS技術，對甬優15品種秈粳雜交米儲藏期間的揮發性成分進行分析，鑒定出多種揮發性風味物質成分，并觀測了揮發性成分在儲藏期間的變化，但甬優系列稻米品種眾多，僅2020年度浙江省主推品種就有甬優1540、甬優15、甬優538、甬優9號、甬優17等多個品種，其特征揮發性風味成分的差異及其與常規秈、粳稻的差異仍有待于深入研究。

氣相色譜-離子遷移譜聯用(GC-IMS)技術是一種分析樣品揮發性化合物的檢測方法，能綜合氣相色譜預分離和離子遷移譜的快速組分分析能力，操作簡單、反應快速、靈敏，在果蔬[12]、中草藥[13]、水產品[14]、煙酒[15]、調味品[16]等眾多領域應用，在糧油食品加工中，在產品分類[17]、溯源[18]、霉變分析與預警[19，20]、揮發性成分分析[21]等方面應用越來越廣泛。

本研究以浙江地區主推秈稻品種甬秈15、粳稻品種寧84為對照，采用GC-IMS結合聚類分析及主成分分析(PCA)法對8個主推甬優系列秈粳雜交稻米的揮發性風味成分進行測定與分析，構建GC-IMS風味指紋圖譜，為甬優稻米特征品質的分析確定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

甬優系列秈粳雜交稻谷(甬優9、甬優12、甬優15、甬優1540、甬優17、甬優538、甬優7850、甬優7860，其中，“甬優”統一以“YY”為代號)、常規秈稻甬秈15(CK1)及常規粳稻寧84(CK2)。當季新鮮烘干稻谷(含水量14%～15%)，于2020年12月1日采購自寧波市象山縣石浦鎮。

1.2 儀器與設備

FlavourSpec?風味分析儀,BLH-3290K稻谷出米率檢測儀。

1.3 方法

將10種稻谷采用稻谷出米率檢測儀的礱谷和精米機(碾米時間15 s)碾成精米。每品種取5 g樣品，置于20 mL頂空瓶中，80 ℃孵育15 min后頂空進樣，進樣體積為500 μL，進樣針溫度為85 ℃，孵化轉速500 r/min；載氣為高純氮氣。用FlavourSpec?風味分析儀開展GC-IMS分析，每個樣品平行測定3次。

GC-IMS的測試條件參照趙卿宇等[17]方法，其中GC條件為：色譜柱MXT-5型(柱長15 m，內徑0.53 nm)，色譜柱溫為60 ℃；分析時間20 min，起始載氣流速為2 mL/min，保持2 min，2～20 min線性上升至100 mL/min。IMS條件為：Tritium氚源離子源(6.5 keV)；正離子模式；漂移管長度9.8 cm；漂移氣流速為150 mL/min；漂移管溫度為45 ℃；平均次數12次；電場強度500 V/cm；網格脈沖寬度100 μs；觸發延遲時間100 ms；采樣頻率150 kHz；重復率30 ms。

1.4 數據分析及處理

采用FlavourSpec?風味分析儀內置的VOCal軟件分析譜圖，應用軟件內置的NIST數據庫和IMS數據庫可對物質進行定性分析；采用Reporter插件對比樣品之間的譜圖差異(三維譜圖和二維俯視差異譜圖)；采用Gallery Plot插件分析指紋圖譜；Dynamic PCA插件將樣品相似度分析。利用SPSS 20.0軟件進行數據聚類分析[22]。

2 結果與分析

2.1 不同稻米揮發性風味成分定性分析

利用C4～C9的正構酮作為外標，繪制保留時間-保留指數標準曲線，由此計算各物質保留時間對應的保留指數，并通過風味分析儀內置的NIST數據庫和IMS數據庫進行物質定性，結果如表1所示。10種稻米樣品共鑒定出65種揮發性風味物質，通過風味分析儀內置數據庫可定性49種，包括9種醇類、6種酯類、7種酮類、26種醛類、1種雜環類物質，其中18對為單體和二聚體(化學式和CAS號相同，但形態不同)；暫未能定性的風味物質16種，這是由于風味成分數據庫信息暫不完善導致的，這也是GC-IMS風味分析中存在的普遍性問題[23]，總體不影響對實驗結果的分析。這些揮發性風味成分是由脂質、碳水化合物、氨基酸等物質代謝直接或間接形成[24]，它們賦予了稻米特殊的香味。實驗檢出的揮發性組分中，醇類和酯類是大米香氣組分中特征風味物質[11,26]，所有稻米樣品中均檢出1-辛烯-3-醇、正己醇、正戊醇、2-甲基丁醇、異戊醇和異丁醇。這些醇類物質為C4～C8的低碳鏈醇，具有醇香味，如1-辛烯-3-醇具有蘑菇和干草香氣[24]、正己醇具有類蘋果的水果香氣等。檢出的酯類物質包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸丁酯，均為具有水果香氣的揮發性風味成分。

表1 不同稻米主要揮發性組分的定性

醛和酮類都含有羰基，是稻米揮發性風味的重要組成成分，本研究檢出的酮類化合物多為低碳鏈酮類，其中C5～C8酮多具有特殊香氣[24]，如甲基庚烯酮具有檸檬草香氣，2-庚酮具有梨香，而C4及以下的酮類無香味，如2-丁酮具有類似丙酮的氣味。醛是醇轉變為酸的中間體物質。低分子量的醛(C7以下)具有不愉快的刺激性氣味，如丁醛、戊醛、糠醛；而隨著分子質量的增加，逐漸變化為令人喜愛的香味，其中C8～C10的醛多具有明顯的花香或果香，如壬醛具有玫瑰、柑橘香氣；辛醛具有很強的橙香。其他檢出的有機物主要為2-戊基呋喃，為含氧雜環類化合物，具有果香味和青草味。

2.2 不同稻米揮發性成分對比差異圖譜及Gallery Plot指紋譜圖

不同稻米的揮發性成分對比差異譜圖如圖1所示，其中縱坐標代表氣相色譜的保留時間，橫坐標代表離子遷移時間(歸一化處理)，RIP峰兩側的每一個點代表一種揮發性風味成分有機物，該差異化譜圖以CK1樣品為參照，對比顯示樣品中所有揮發性物質在不同樣品中的差異情況，其中紅色越深，說明對應物質濃度比其濃度高的越多，藍色越深則越少。

圖1 不同稻米中揮發性成分對比差異譜圖

圖2 不同稻米揮發性成分Gallery Plot指紋譜圖

借助風味分析儀分析系統的Gallery Plot插件繪制了揮發性物質的指紋譜圖，如圖2所示，其中一行代表一個樣品的揮發性風味成分組成，一列代表某種揮發性物質在不同樣品中的信號峰；信號峰的顏色明暗代表該物質的濃度高低，可以直觀看出每種樣品的完整揮發性有機物信息以及樣品之間揮發性有機物的差異。從左至右，分別按照揮發性風味成分的種類進行排列(醇、醛、酮、酯等)，整體上可以看出，與粳米、秈米2個對照組相比，甬優品種稻米的醇類物質水平顯著偏低，如己醇、戊醇、2-甲基丁醇、異戊醇和異丁醇等，相對含量顯著低于對照組。而甬優品種稻米中部分醛和酯類物質的水平要高于對照組，如苯甲醛、糠醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、乙酸乙酯、乙酸丁酯等，尤其是苯甲醛和乙酸丁酯2個物質，在所有甬優米樣品中普遍存在，且顯著高于對照組。

“甬優”系列稻米是利用秈粳亞種間雜種優勢育成的超級稻品種，由于在秈粳雜種優勢利用中秈粳之間的基因互有漸滲，育成品種的秈粳屬性存在差異[26]。其中甬優9、15、17為偏秈型，甬優12、538、7850、7860為偏粳型，甬優1540為中間型。由圖2可知，不同類型、品種的甬優稻米之間的揮發性風味成分也存在一定差異，偏秈型米主要揮發性成分組成以醛、酯為主，尤其是飽和醛類，如丁醛、戊醛等C4～C9的飽和醛；而偏粳型米的物質組成以醛、酮為主，如2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、E-2-戊烯醛、E-2-己烯醛、2-丁酮、2-戊酮等。另外相對偏粳型甬優米，不同品種的偏秈型米之間的揮發性風味成分組成差異相對較小。

圖3 不同稻米揮發性風味成分PCA分析

圖4 不同稻米揮發性風味成分聚類分析

2.3 不同稻米揮發性風味成分的主成分和聚類分析

由圖3可以大致觀察樣本之間的特征差異。甬優米與2個對照組之間整體距離較遠，說明甬優組與對照組之間的特征差異較大，但其品系內的特征差異相對較小，彼此距離較近，其中偏秈型的甬優15、17、9等相對更為接近，這與指紋圖譜分析結果基本對應。對10個樣品進一步聚類分析，結果見圖4。聚類分析結果與PCA結果一致，甬優米、常規秈、粳米之間揮發性成分差異顯著，可分為3類，而甬優品種大米之間差異相對較小，其中，偏秈型甬優9、15、17分類較為接近，而偏粳型的甬優12、538、7850、7860分類相對分散，中間型甬優1540則與2種存在顯著差異。

3 結論

以常規秈、粳稻米為對照，采用GC-IMS技術分析不同主推甬優品系稻米的揮發性風味成分，共定性出49種風味物質，包括9種醇類、6種酯類、7種酮類、26種醛類、1種雜環類物質。建立了各品種大米揮發性成分的指紋圖譜，相對于常規秈、粳米，甬優雜交米的揮發性風味成分中的醇類物質含量普遍較低，部分醛及酯類物質含量較高；在所有甬優米樣品中，苯甲醛和乙酸丁酯兩種成分顯均著顯高于常規秈、粳米；不同品種的甬優米之間揮發性風味成分也存在顯著差異，偏秈型稻米的揮發性風味成分組成以醛、酯為主，而偏粳型米以醛、酮為主。