綏粳4號香米的風(fēng)味組成及關(guān)鍵致香化合物的鑒定

張文燦 袁永紅

(豐益(上海)生物技術(shù)研發(fā)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(fēng)味物質(zhì)最常用的是氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC－MS)，但這種方法的可靠性有待提高，尤其是復(fù)雜未知組分的分析。將保留指數(shù)RI引入到GC方法中，能大大提高準(zhǔn)確性和唯一性，本試驗(yàn)采用MS與RI共同定性的方法。氣相色譜－嗅覺測量技術(shù)(GC－O)是尋找對總體風(fēng)味起關(guān)鍵作用的化合物的一種理想方法，對鑒別特征風(fēng)味化合物、確定風(fēng)味強(qiáng)度都非常有用［5］。本研究GC－O試驗(yàn)由經(jīng)過培訓(xùn)的感官評價員參與嗅聞，記錄對應(yīng)時間的風(fēng)味特征，并對其強(qiáng)弱程度進(jìn)行打分，由每種化合物的鑒別次數(shù)和累計分值綜合評定其對整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)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(yè)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(shí)業(yè)有限公司;正構(gòu)烷烴混標(biāo)(C10－C36)、2，4，6 － 三甲基吡啶(純度99%):Sigma。

R－215旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)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(huán)水浴鍋:Fisher Scientific。

1.2 試驗(yàn)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(nèi)標(biāo)2，4，6－三甲基吡啶，于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上進(jìn)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(fēng)味物質(zhì)進(jìn)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(jīng)二級干冰冷卻(接受瓶后再加一級冷阱，捕集易揮發(fā)物質(zhì));第2階段在維持其他條件不變的前提下，將真空度調(diào)整為2 000 Pa，抽提150 min。提取結(jié)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(jìn)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(jìn)樣量為 1 μL，分流比 1∶1，載氣為 He，流速 1 mL/min。進(jìn)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(zhì)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(zhì)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(jìn)樣量為1 μL，分流比1∶1，載氣為 He，流速 1 mL/min。進(jìn)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(jīng)過培訓(xùn)的感官評價員參與嗅聞，記錄對應(yīng)時間的風(fēng)味特征，并對其強(qiáng)弱程度進(jìn)行打分(由強(qiáng)到弱依次4、3、2、1分)。統(tǒng)計每種風(fēng)味物質(zhì)被評價員鑒別出的次數(shù)和累計分值。

1.2.4 物質(zhì)定性方法

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

結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)室自建譜庫中的標(biāo)品及保留指數(shù)(RI)對照進(jìn)行成分鑒定，同時參考NIST08譜庫的檢索結(jié)果及關(guān)于化合物保留指數(shù)的文獻(xiàn)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(zhì)。通過SI、RI或芳香特性比較進(jìn)行化合物鑒定。

2 結(jié)果與討論

2.1 綏粳4號香米的風(fēng)味組成及與泰國茉莉香米的風(fēng)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(jìn)行了揮發(fā)性成分的提取、濃縮和分析，通過對比分析結(jié)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(fēng)味化合物，并以2，4，6－三甲基吡啶為內(nèi)標(biāo)對各組分進(jìn)行了定量，二者風(fēng)味物質(zhì)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(fēng)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(nèi)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(nèi)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(fēng)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(jié)果顯示，綏粳4號香米與泰國茉莉香米中的醛類物質(zhì)，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(zhì)具有甜橙香氣。醛類物質(zhì)在其他多個品種的香米風(fēng)味中廣泛存在［6］。有研究稱脂肪降解的產(chǎn)物之一己醛是大米陳味的主要成分［7］，但本研究未發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)，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(fēng)味的結(jié)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(fā)現(xiàn)該物質(zhì)，因其閾值較低，這可能是2種大米風(fēng)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(fā)現(xiàn)，但因這2種物質(zhì)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(fēng)味不同。

綏粳4號和泰國茉莉香米中酮類物質(zhì)的含量都不高，但綏粳米4號中酮類物質(zhì)的種類較豐富，酮類物質(zhì)多呈現(xiàn)甜的香氣，其中的幾種物質(zhì)在其他關(guān)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(zhì)，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(zhì)量大揮發(fā)性小，故對整體的風(fēng)味影響不大。己酸和壬酸僅存在綏粳4號中，因?yàn)榉肿淤|(zhì)量較小，這2種酸的存在可能會對整體風(fēng)味產(chǎn)生不良影響。

酯類物質(zhì)多呈現(xiàn)芳香的水果氣味。酯類物質(zhì)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(zhì)可能是泰國茉莉香米風(fēng)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(fēng)味。

內(nèi)酯類物質(zhì)在二者中的含量都較豐富，但是泰國茉莉香米中的內(nèi)酯種類和含量都明顯高于綏粳4號。內(nèi)酯類化合物通常具有特殊風(fēng)味，如葫蘆巴內(nèi)酯具有甜香，丙位辛內(nèi)酯、丙位壬內(nèi)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(nèi)酯(1 361.4 μg/kg)，該物質(zhì)具有奶香、堅(jiān)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(nèi)酯類物質(zhì)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(guān)鍵的風(fēng)味化合物，但該物質(zhì)含量很少，且品種、地區(qū)、提取方法的不同會導(dǎo)致樣品間含量存在差異。即使是同一品種的香米，在不同產(chǎn)區(qū)其中的2－AP含量差異也較大［11］。研究稱美國和亞洲地區(qū)的香稻米中2－AP的含量為10 ～90 μg/kg［8］。本研究通過內(nèi)標(biāo)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(fēng)味中起到關(guān)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(xù)的蒸汽蒸餾提取方法對幾種典型的香米中的2－AP進(jìn)行了定量，結(jié)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(fēng)味也有影響，其中吲哚是重要的一種，該物質(zhì)在低濃度下呈現(xiàn)花香風(fēng)味。

樣品中還檢索到2種酚類物質(zhì)，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(zhì)也存在于香米Khao Dawk Mali 105的風(fēng)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(fēng)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(fā)性成分及含量

表1(續(xù))

2.2 綏粳4號香米中關(guān)鍵致香化合物的確定

GC－MS的鑒定結(jié)果只能看出綏粳4號香米的風(fēng)味組成，不能看出對整體風(fēng)味起關(guān)鍵作用的物質(zhì)，某種物質(zhì)對整體風(fēng)味的影響除了與其含量相關(guān)外，還與該物質(zhì)的閾值密切相關(guān)。為進(jìn)一步確定綏粳4號香米中的關(guān)鍵致香化合物，采用GC－MS與GCO聯(lián)用的鑒定方式。結(jié)果顯示，6位感官評價員共識別出26種風(fēng)味物質(zhì)，不同保留時間的化合物名稱和與之對應(yīng)的描述詞語如表2所示，各風(fēng)味化合物的鑒別頻數(shù)(Detection Frequency，DF)和總強(qiáng)度(Total Intensity，TI)如圖2所示。鑒別頻數(shù)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(shù)，6≥DF≥0，數(shù)值越大，表明該種物質(zhì)能被越多的人識別，即對整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)越大。總強(qiáng)度定義為6位感官評價員對嗅聞到的強(qiáng)弱感覺的累計打分結(jié)果(某種化合物風(fēng)味由強(qiáng)到弱的分值依次是4、3、2、1分)，24≥TI≥1，數(shù)值越大，表明該種物質(zhì)風(fēng)味強(qiáng)度越高，呈香越明顯，對整體風(fēng)味的影響也較大。

在鑒別出的所有組分中，鑒別頻數(shù)較高(DF≥4)的物質(zhì)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(qiáng)度較高(TI≥9)的物質(zhì)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(zhì)對綏粳4號香米的香氣有突出貢獻(xiàn)。

綜合鑒別頻數(shù)和總強(qiáng)度，對綏粳4號香米的風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的化合物是2－AP，這與前期香米風(fēng)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(fā)現(xiàn)被大多學(xué)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(jié)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(xiàn)強(qiáng)烈的風(fēng)味。該化合物呈現(xiàn)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(guān)鍵風(fēng)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(xiàn)強(qiáng)烈的風(fēng)味特征，對整體風(fēng)味產(chǎn)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(chǎn)物，呈現(xiàn)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(guān)鍵組分，如Black rice(Oryza sativa L.)，California Long Grain Rice 等，也是大米脂類氧化的產(chǎn)物，呈現(xiàn)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(xiàn)典型的動物氣味和糞便的惡臭味，但含量較低時則呈現(xiàn)優(yōu)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(fēng)味組分［16］。以上各物質(zhì)均不能單獨(dú)呈現(xiàn)香米的典型香氣，香米的特征香氣是各種化合物共同復(fù)配體現(xiàn)的結(jié)果。

表2 綏粳4號香米中的關(guān)鍵致香化合物及風(fēng)味特征

圖2 綏粳4號香米中關(guān)鍵致香化合物的鑒別頻數(shù)及總強(qiáng)度

3 結(jié)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(fēng)味進(jìn)行抽提和濃縮，并以2，4，6－三甲基吡啶為內(nèi)標(biāo)對各組分進(jìn)行了定量。通過GC－MS鑒定出57種揮發(fā)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(nèi)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(lián)用的方式確定了其中的關(guān)鍵致香化合物，根據(jù)風(fēng)味化合物的鑒別頻數(shù)和總強(qiáng)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(fā)性組分采用了MS與RI聯(lián)合定性的方式，對關(guān)鍵的致香化合物采用了MSRIO聯(lián)合定性的方式，增加了被定性化合物的可信度。

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