基于多種分析方法解析新陳大米的品質(zhì)特性

袁 貝 邵亮亮 張春丹 周 君 李 曄 蘇秀榕

基于多種分析方法解析新陳大米的品質(zhì)特性

袁 貝1邵亮亮2張春丹1周 君1李 曄1蘇秀榕1

（寧波大學(xué)海洋學(xué)院1，寧波 315211）
（浙江省質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)局2，杭州 100083）

通過(guò)GC－MS測(cè)定新陳大米中脂肪酸的含量發(fā)現(xiàn)：大米陳化后多不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)由64.5%降至43.18%，飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)由21.48%升至27.63%，亞油酸和油酸含量之比由0.26升至0.61，大米品質(zhì)變差；電子鼻檢測(cè)新陳大米的氣味發(fā)現(xiàn)差異顯著。GC－MS檢測(cè)陳米揮發(fā)性成分發(fā)現(xiàn)：脂肪酸氧化生成醛酮類(lèi)物質(zhì)，醛類(lèi)由45.76%升至62.31%，產(chǎn)生十九烷、癸烷等刺激性氣體，使大米散發(fā)不愉悅的“陳米味”。紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)：脂肪酸特征吸收峰1 745、1 149、1 017 cm－1明顯降低，CH＝CH在930 cm－1處的特征吸收峰減弱，不飽和脂肪酸降解，在1 709 cm－1處出現(xiàn)羰基化合物的特征峰表明生成醛酮類(lèi)物質(zhì)，印證了GC－MS所得結(jié)論；DSC分析發(fā)現(xiàn)大米陳化后蛋白質(zhì)強(qiáng)度增大，淀粉結(jié)晶解體，致使大米糊化起始溫度由58.7℃升至61.4℃，終點(diǎn)溫度由63.1℃升至64.4℃。

新陳大米 脂肪酸 氨基酸 GC－MS 紅外光譜

大米是我國(guó)人民主食之一，新鮮大米具有特殊的香味，米粒表面有光澤，口感好，食用品質(zhì)佳。然而大米耐儲(chǔ)性較差，在常溫下儲(chǔ)藏4～6個(gè)月就會(huì)導(dǎo)致陳化［1］。陳大米由于其品質(zhì)變差，可能給人類(lèi)健康造成危害，因此評(píng)價(jià)大米新陳是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。大米品質(zhì)包括米飯色澤、外觀、氣味等［2］，人們常根據(jù)氣味、色澤、質(zhì)地等方面來(lái)判斷大米是否發(fā)生陳化，此方法簡(jiǎn)單易行，但僅從這些方面評(píng)價(jià)往往不能夠準(zhǔn)確反映大米的品質(zhì)。崔曉君等［3］研究了采用近紅外光譜測(cè)定花生油中過(guò)氧化物含量的方法。周顯青等［4］研究了稻谷儲(chǔ)藏過(guò)程中揮發(fā)性物質(zhì)的變化及其與新陳度的關(guān)系，他們將稻谷的揮發(fā)性物質(zhì)作為一個(gè)整體，利用氣相色譜儀對(duì)72個(gè)不同儲(chǔ)藏時(shí)間的稻谷樣品的頂空氣體進(jìn)行了測(cè)定和分析，研究了揮發(fā)性物質(zhì)的組成和含量與儲(chǔ)藏時(shí)間之間以及與相關(guān)指標(biāo)之間的關(guān)系。本試驗(yàn)通過(guò)測(cè)定新陳大米中常規(guī)理化性質(zhì)、脂肪酸含量、揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)、分子結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性質(zhì)和質(zhì)構(gòu)差異，旨在為貯藏和加工大米及檢測(cè)陳化程度提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

新大米和3年陳大米均取自吉林省梨樹(shù)縣白山糧庫(kù)，其中新大米由當(dāng)年剛收獲的稻谷去殼加工；陳大米儲(chǔ)藏溫度25℃，相對(duì)濕度45%～65%，麻袋裝貯藏3年。

氨基酸、脂肪酸標(biāo)準(zhǔn)品：Sigma公司；乙腈、甲醇、正己烷等（色譜純），其他試劑（分析純）：寧波奧博化學(xué)試劑有限公司。

1.2 方法

1.2.1 常規(guī)理化指標(biāo)分析

水分測(cè)定采用直接干燥法，灰分測(cè)定采用重量法，粗脂肪測(cè)定采用索氏抽提法［6］，總蛋白質(zhì)測(cè)定采用凱氏定氮法［7］。

1.2.2 脂肪酸含量測(cè)定

將樣品用氯仿甲醇提取后，用氣相色譜檢測(cè)［8］。色譜條件：SPB25色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）；進(jìn)樣口溫度：250℃；載氣：高純氦；柱流速：0.81 L／min；分流進(jìn)樣5 μL，分流比10∶1；程度升溫：柱起始溫度150℃，保持3.5 min，以20℃／min升至200℃，保持5 min，再以5℃／min升至280℃，保持30 min。

質(zhì)譜條件：離子源：電子轟擊源（EI）；電子能量：70 eV；離子源溫度：200℃；接口溫度：250℃；質(zhì)量掃描范圍：40 ～600 m／z，溶劑延遲：3.5 min；CI電離源分析反應(yīng)氣：甲烷。

1.2.3 風(fēng)味物質(zhì)分析

采用德國(guó)AIRSENSE公司生產(chǎn)的型號(hào)為PEN 3的便攜式電子鼻系統(tǒng)對(duì)新陳大米的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析［9］。

新陳大米中的風(fēng)味物質(zhì)通過(guò)固相萃取收集后利用氣相色譜－質(zhì)譜分析儀進(jìn)行分析［10－11］。

1.2.4 FT－IR檢測(cè)

樣品在4 000～400 cm－1范圍內(nèi)進(jìn)行紅外圖譜掃描，同一樣品重復(fù)2 次［12］。

1.2.5 熱力學(xué)性質(zhì)測(cè)定

取大米小心磨碎并各稱(chēng)取15 mg。裝入DSC專(zhuān)用鋁制坩堝中，均勻鋪滿(mǎn)坩堝底部，加蓋密閉使用差式掃描量熱儀（DSC），吹掃氣和保護(hù)氣流量分別為20 mL／min，70 mL／min；起始溫度為30 ℃，終止溫度100℃，升溫速率10℃／min，所得圖譜用Proteus

Analysis軟件處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外觀及營(yíng)養(yǎng)成分的變化

新大米顏色鮮亮、有光澤，而陳米表面暗淡、發(fā)黃。陳化之后，大米的脂肪酸值明顯升高，已超過(guò)陳化規(guī)定的32／mgKOH／100 g，陳大米中的粗脂肪含量有所降低。大米在貯藏過(guò)程中水分含量變化不明顯。煮熟的米飯品質(zhì)出現(xiàn)較大差異，新大米飯的黏度大而硬度小，而陳化大米飯黏度變小，硬度卻增大。陳米黏度／硬度指標(biāo)達(dá)到0.18，比新米高出50%（表1）。

圖1 新陳大米的外觀

表1 新陳大米理化指標(biāo)

2.2 脂肪酸含量分析

新鮮大米中的脂類(lèi)主要是亞油酸、油酸、軟脂酸，另外還有少量的棕櫚油酸，硬脂酸、亞麻酸、花生酸等，其中不飽和脂肪酸會(huì)在空氣中的氧及大米中相應(yīng)酶的作用下發(fā)生氧化。最明顯的是油酸和亞油酸，油酸含量升高，亞油酸含量大幅下降。亞油酸屬于不飽和脂肪酸在儲(chǔ)藏期間由于氧化或水解首先被破壞，從而造成亞油酸含量減少，而油酸相對(duì)含量升高。肉豆蔻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.5%升高到3.97%，棕櫚酸由7.72%升高至10.59%，硬脂酸由0.53%升高至2.36%，油酸由13.61%升高到21.83%，而亞油酸由52.53%降低至35.57%，花生四烯酸由0.32%降低至0.22%。飽和脂肪酸和低不飽和脂肪酸含量升高，而多不飽和脂肪酸含量明顯降低。新大米不飽和脂肪酸總量為78.52%，陳化后下降為72.38%，多不飽和脂肪酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)陳化之后從64.5%降低到43.18%，而飽和脂肪酸從21.48%上升至27.63%（表2）。亞油酸屬于不飽和脂肪酸，是人體必需脂肪酸。亞油酸不能在人體內(nèi)合成，只能在植物體內(nèi)合成，人必需從膳食中取得，而油酸并不是人體必需脂肪酸，因此用O／L值（油酸／亞油酸）這個(gè)比值可以很好地反映大米的食用品質(zhì)。大米陳化后O／L值從0.26升高至0.61，大米陳化后品質(zhì)變差。

表2 新陳大米脂肪酸含量／%

2.3 風(fēng)味成分

2.3.1 電子鼻分析

從圖2可以看出，兩主成分的貢獻(xiàn)率共達(dá)到了98.47%，其中第一主成分和第二主成分的貢獻(xiàn)率分別為95.35%和3.12%。采集的新陳大米的數(shù)據(jù)點(diǎn)分別聚集成2個(gè)橢圓形區(qū)域，說(shuō)明第一主成分分析可以將新陳大米加以區(qū)分。新陳大米在第一主成分上分布的離差是最大的，在第二主成分的分布上離差差距也較大。兩主成分承載著原始數(shù)據(jù)信息量的98.47%，所以新陳大米在氣味上呈顯著差異。

圖2 電子鼻對(duì)新陳大米的PCA分析

2.3.2 氣相色譜－質(zhì)譜分析

新鮮大米的揮發(fā)性成分有19種，分別是5種烷烴，7種醛類(lèi)，2種醇類(lèi)，2種羧酸，1種烯烴以及2種芳香族化合物。陳大米的揮發(fā)性成分有23種，分別是6種烷烴，8種醛類(lèi)，1種酮類(lèi)，2種醇類(lèi)，2種酸類(lèi)以及4種雜環(huán)或芳香族化合物。新鮮大米陳化之后揮發(fā)性成分種類(lèi)變多，開(kāi)始出現(xiàn)2－庚酮等酮類(lèi)化合物及一些雜環(huán)化合物，這是脂肪酸氧化的特征物質(zhì)。其中主要呈清香氣的一些成分如芳香族化合物或烯烴類(lèi)含量減少或消失了；烷烴類(lèi)物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)從原來(lái)的29.6%降低到12.11%，而醛類(lèi)不僅新產(chǎn)生了戊醛、癸醛等，質(zhì)量分?jǐn)?shù)也由原來(lái)的45.76%升高到62.31%（表3）。陳大米的揮發(fā)性成分中新出現(xiàn)的苯并噻唑、十九烷、癸醛具有刺激性氣味，己醛、庚醛、壬醛和辛醇的含量明顯增加。這些物質(zhì)的產(chǎn)生令大米有不愉悅的“陳米味”。

表3 新陳大米風(fēng)味成分及含量

2.4 紅外光譜分析

由圖3可知，新鮮大米陳化之后多個(gè)吸收峰強(qiáng)度變小，其中反映脂肪酸的1 745 cm－1、1 149 cm－1及1 017 cm－1處吸收峰明顯降低，這表明大米的脂肪酸已經(jīng)發(fā)生分解，含量開(kāi)始下降；1 644 cm－1處的吸收峰也有所降低，而這是不飽和脂肪酸中的CH＝CH的特征吸收峰；在1 709 cm－1附近出現(xiàn)了一個(gè)新的吸收峰，這是脂肪酸被氧化之后生成的羰基化合物的特征峰。此外，陳大米在930 cm－1處的吸收峰（CH＝CH的面外彎曲振動(dòng)）也明顯降低，這進(jìn)一步表明了大米脂肪酸已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重的氧化。

圖3 新陳大米紅外光譜圖的差異

2.5 熱力學(xué)性質(zhì)

圖4 和圖5分別是新陳大米的DSC變化曲線。由圖4和圖5可知，陳米糊化溫度升高，這是因?yàn)榇竺钻惢院蟛糠郑璖H氧化成－S－S－，這就增加了蛋白質(zhì)肽鏈的交聯(lián)度，使蛋白質(zhì)強(qiáng)度增大，在淀粉粒周?chē)纬闪吮容^強(qiáng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，抑制了淀粉的彭潤(rùn)，從而造成淀粉糊化溫度上升，吸熱增加。同時(shí)，淀粉的糊化過(guò)程是淀粉微晶體的熔融過(guò)程，陳化使大米的微晶束得到加強(qiáng)，組織結(jié)構(gòu)變得更加緊密，使水分難以滲透，難以糊化。陳化大米的晶體結(jié)構(gòu)被破壞所需的熱焓也大大增加。

圖4 新鮮大米DSC曲線

圖5 陳化大米DSC曲線

3 討論

3.1 陳化對(duì)大米營(yíng)養(yǎng)成分的影響

在儲(chǔ)藏過(guò)程中，大米粗脂肪發(fā)生氧化和水解作用，其中不飽和脂肪酸下降最明顯；粗蛋白含量變化不大，這與文獻(xiàn)報(bào)道一致［13－14］。谷蛋白在大米陳化過(guò)程中含量沒(méi)有變化，然而其巰基含量減少，分子質(zhì)量增大，這對(duì)大米的糊化特性產(chǎn)生影響［15］。

大米的食用品質(zhì)與氨基酸密切相關(guān)，其中谷氨酸與天冬氨酸的含量與米飯的食用品質(zhì)呈正相關(guān)［16］。邵亮亮等［17］比較新陳大米中這兩種氨基酸的含量可以發(fā)現(xiàn)，新米陳化之后谷氨酸與天冬氨酸含量均下降，其中谷氨酸含量減少超過(guò)80%，大米品質(zhì)嚴(yán)重劣變。陳米較新米巰基含量減少，而氧化成二硫鍵交聯(lián)的數(shù)量明顯增加，可以認(rèn)為H2S是由半胱氨酸中的SH基團(tuán)形成［18］，半胱氨酸含量直接與米的品質(zhì)有關(guān)。

3.2 風(fēng)味成分差異

大米的揮發(fā)性成分主要是由不飽和脂肪酸通過(guò)酶促反應(yīng)、氧化反應(yīng)而得［20］。大米中脂肪酸分解產(chǎn)生醛類(lèi)、酮類(lèi)、酸類(lèi)、烷烴類(lèi)等各種揮發(fā)性物質(zhì)［21］，從而導(dǎo)致新陳大米風(fēng)味發(fā)生變化。

新米特有的米香味主要由乙醛引起，乙醇能形成大米的清香味，在新米中質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.09%和0.98%，而陳大米中沒(méi)有檢測(cè)出來(lái)。大米中脂類(lèi)降解產(chǎn)生已醛或已酮而散發(fā)“陳米臭”；米糠中脂肪分解產(chǎn)生戊醛和己醛而形成“糠酸氣”。陳米中的己醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)32.10%，遠(yuǎn)高于新米的24.62%；而戊醛在新米中沒(méi)有檢測(cè)出來(lái)，在陳米中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.79%；這進(jìn)一步印證了陳米臭與醛酮類(lèi)物質(zhì)的關(guān)系。

電子鼻分析能夠通過(guò)氣味區(qū)分新陳大米，結(jié)果和氣質(zhì)分析相一致，大米陳化后的揮發(fā)性成分發(fā)生了改變，因此通過(guò)揮發(fā)性物質(zhì)的變化可以確定大米是否陳化。電子鼻分析可以快速無(wú)損地對(duì)大米陳化程度進(jìn)行鑒定。

3.3 結(jié)構(gòu)和形貌變化

陳大米紅外譜圖中脂肪酸特征峰減弱，脂肪酸分解，不飽和脂肪酸氧化生成醛酮類(lèi)物質(zhì)，這與GC－MS結(jié)合電子鼻分析陳米中風(fēng)味成分所得結(jié)果一致。陳米糊化溫度的升高，是內(nèi)部淀粉和蛋白質(zhì)共同作用的結(jié)果，因?yàn)楹瘯r(shí)晶體結(jié)構(gòu)被破壞所需的熱焓大大增加。經(jīng)儲(chǔ)藏后胚乳細(xì)胞光滑度下降，蛋白質(zhì)膜翹起，淀粉顆粒之間產(chǎn)生裂縫，胚乳細(xì)胞表面變得模糊和粗糙。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)新陳大米各營(yíng)養(yǎng)成分及理化指標(biāo)的測(cè)定與比較，分析大米陳化之后品質(zhì)及風(fēng)味的變化原因。大米陳化后脂肪酸變化最明顯，不飽和脂肪酸含量降低，飽和脂肪酸含量增加，大米品質(zhì)變差；脂肪酸發(fā)生氧化會(huì)生成醛酮類(lèi)物質(zhì)，揮發(fā)性成分含量發(fā)生變化，使大米散發(fā)出不愉悅氣味；電子鼻、紅外光譜分析能夠印證GC－MS所得結(jié)論；大米陳化會(huì)導(dǎo)致的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，糊化溫度升高。

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Analysis on Different Quality Characteristics between Aged and Fresh Rice Based on Various Analysis Methods

Yuan Bei1Shao Liangliang2Zhang Chundan1Zhou Jun1Li Ye1Su Xiurong1
（College of Marine Sciences，Ningbo University1，Ningbo 315211）
（Zhejiang Provincial Administration of Quality and Techninology Supervision2，Hangzhou 100083）

The fatty acid contents were measured by GC －MS.It was found that the content of polyunsaturated fatty acid decreased from 64.5%to 43.18%，and the content of saturated fatty acid increased from 21.48%to 27.63%.The ratio of linoleic and oleic increased from 2.6 litres to 6.1 litres，which turned out the poor quality of aged rice.It showed significant difference of aged and fresh rice by electronic nose.It was found after volatile components tests by GC －MS：The oxidation of fatty acid generated aldehydes and ketones.Aldehydes increased from 45.76%to 62.31%，and nonadecane，decane and other irritant gases arose made rice emit unpleasant“smell of old rice”.It could be confirmed by Infrared spectrum analysis that the characteristic absorption peaks of fatty acid such as 1 745 cm－1，11 49 cm－1，1 017 cm－1significantly declined.The characteristic absorption peak of 930 cm－1referred to CH ＝CH receded.Some of unsaturated fatty acid oxidation degraded，the appearance of 1 709 cm－1peak of carbonyl compound characteristic showed that aldehydes and ketones were generated which verified GC－MSconclusion.The DSC results showed that intensity of aged rice protein enhanced and the crystallization of starch were degraded，which led to the initial temperature of rice gelatinizing increased from 58.7℃to 61.4℃and end temperature rose from 63.1℃ to 64.4℃.

aged and fresh rice，fatty acids，amino acid，GC － MS，infrared spectroscopy

TS213.3

A

1003－0174（2016）08－0001－06

浙江省重大科技專(zhuān)項(xiàng)重點(diǎn)社會(huì)發(fā)展項(xiàng)目（2009C03017－1）；寧波市重點(diǎn)學(xué)科資助項(xiàng)目（szx11070）

2014－12－14

袁貝，女，1989年出生，碩士，食品科學(xué)與工程

蘇秀榕，女，1956年出生，教授，博士生導(dǎo)師，食品科學(xué)與工程，生物化學(xué)與分子生物學(xué)