米飯燜制過程中焦香味及危害物的生成與關(guān)聯(lián)

邵帥臻，夏書芹*，張曉鳴，龔艷玲，李 晶

（1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2.美的電熱電器制造有限公司，廣東 佛山 528311）

隨著生活水平的改善，消費者對米飯品質(zhì)的要求也逐漸提高，電飯煲蒸煮米飯的風(fēng)味受到人們的關(guān)注。在傳統(tǒng)的柴火飯、煲仔飯等烹飪過程中，由于不均勻加熱或者過度受熱，會發(fā)生美拉德反應(yīng)并且在器具接觸面形成一層鍋巴，從而賦予米飯?zhí)厥獾慕瓜泔L(fēng)味，為食用者帶來愉悅感。目前生產(chǎn)的電飯煲還未形成成熟的焦香蒸煮程序，并且缺乏對焦香風(fēng)味的評判標(biāo)準(zhǔn)。因此，確定焦香型米飯的特征風(fēng)味物質(zhì)并形成針對性調(diào)控策略對電飯煲的設(shè)計與改良具有指導(dǎo)價值。

谷物類食物在烘烤、油炸等加工過程中都會逐漸脫水變干，溫度也不斷上升，最后發(fā)生包括美拉德反應(yīng)等的一列反應(yīng)，生成吡嗪[1]、噻唑[2]、糠醛[3]等揮發(fā)性物質(zhì)，這些物質(zhì)被證明與焦香風(fēng)味密切相關(guān)[4]。目前鑒定得到的米飯風(fēng)味物質(zhì)達(dá)300多種，包括各種醛、酮、醇、酯、雜環(huán)類等物質(zhì)，但是區(qū)分香稻和非香稻的化合物僅有2-乙?；量┻环N[5]。糙米直接通過烘烤可以生成糠醛、5-甲基糠醛、2，5-二甲基吡嗪、2-甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪和2-乙基-3，5-二甲基吡嗪等風(fēng)味物質(zhì)[6]。然而，谷物類食物若未合理控制熱加工參數(shù)也會生成5-羥甲基糠醛、丙烯酰胺[7]等危害因子，這些物質(zhì)有潛在的致癌風(fēng)險[8-10]。在進(jìn)入燜飯階段前，由于米粒被持續(xù)加熱，其中的淀粉糊化程度已經(jīng)達(dá)到較高水平，米粒間的游離水分已消耗殆盡。此時繼續(xù)進(jìn)行加熱，由于鍋底溫度較高使得底部米粒中的構(gòu)造水蒸發(fā)，而上部米飯的水分來不及向下轉(zhuǎn)移，因此鍋底的米飯溫度會持續(xù)上升造成失水變干。脫水后的米飯一方面質(zhì)構(gòu)變脆，慢慢達(dá)到鍋巴的口感；另一方面米飯中的各種物質(zhì)發(fā)生以美拉德反應(yīng)為主的化學(xué)反應(yīng)，生成多種揮發(fā)性風(fēng)味成分，甚至有可能生成5-羥甲基糠醛、丙烯酰胺等潛在危害因子。雖然有頗多關(guān)于其他食物在高溫下生成的各種風(fēng)味物質(zhì)及危害物的報道，但缺少將焦香型米飯在熱加工過程中形成的各種物質(zhì)進(jìn)行剖析，并探尋這些產(chǎn)物之間的相互關(guān)聯(lián)性。

采用氣-質(zhì)聯(lián)用對焦香米飯的特征性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行鑒定，考察燜飯階段的溫度與時間對米飯焦香風(fēng)味的影響，并基于美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物形成途徑探索燜飯階段參數(shù)對危害因子實現(xiàn)控制的原因，通過尋求米飯焦香風(fēng)味物與危害成分的平衡從而明確電飯煲燜飯階段最佳的升溫參數(shù)，為焦香米飯風(fēng)味的定向調(diào)控和電飯煲蒸煮程序的合理設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

徽兩優(yōu)絲苗米：安徽燕之坊食品有限公司產(chǎn)品；5-羥甲基糠醛（5-HMF純度99%）、丙烯酰胺（AM純度99%）、2，4，6-三甲基吡啶（色譜純）：美國Sigma-Aldrich公司產(chǎn)品；1-脫氧-1-L-谷氨酸-D-果糖、1-脫氧-1-L-丙氨酸-D-果糖：子起生物科技有限公司產(chǎn)品；乙二醛：美國Sigma-Aldrich公司產(chǎn)品；丙酮醛：日本TIC公司產(chǎn)品；2，3-丁二酮：美國Sigma-Aldrich公司產(chǎn)品；甲醇、甲酸、乙腈（均為色譜純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；硫酸鎂、鄰苯二胺、氯化鈉（分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；十八烷基硅烷鍵合硅膠、N-丙基乙二胺（分析純）：博納艾杰爾科技（天津）有限公司產(chǎn)品。

1.2 儀器與設(shè)備

CFXB型電飯煲（4 L）：廣州輕工集團(tuán)股份有限公司產(chǎn)品；QP2010型氣相嗅聞系統(tǒng)：島津公司產(chǎn)品；KCMG程序控溫儀：余姚精創(chuàng)儀表有限公司產(chǎn)品；DVB/CAR/PDMS萃取頭：上海安普科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；7890A氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國Agilent公司產(chǎn)品；UPLC-TQD超高效液相色譜串聯(lián)四級桿質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國沃特世公司產(chǎn)品；HH-2型數(shù)顯式恒溫水浴鍋：榮華儀器有限公司產(chǎn)品；5810R冷凍高速離心機(jī)：Eppendorf公司產(chǎn)品。

1.3 實驗方法

1.3.1 米飯蒸煮方法稱取100 g絲苗米，快速清洗2遍，按照米水質(zhì)量比1∶1.4進(jìn)行蒸煮。加熱主程序參照市面主流電飯煲，使用KCMG程序段控溫儀控制，溫度傳感器置于電飯煲底部中心。程序可以控制任意煮飯階段的溫度和持續(xù)時間，加熱功率為400 W。電飯煲加熱主程序及各煮飯階段如圖1所示，分為T1~T55個階段。T1為電飯煲第一快速升溫階段，T2為浸泡階段，T3為第二快速升溫階段，T4為沸騰階段，T5為燜飯階段。T5燜飯階段參數(shù)設(shè)置為，溫度：100、125、150、175、200℃；時間：10、20、30 min。

圖1 電飯煲程序的升溫曲線Fig.1 Heating curve of rice cooker program

1.3.2 米飯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)測定

1）固相微萃?。⊿PME）條件 準(zhǔn)確稱取10 g電飯煲蒸煮后鍋底的米飯，加入飽和氯化鈉溶液至總質(zhì)量為40 g，加入20μL的2，4，6-三甲基吡啶（質(zhì)量濃度0.276μg/mL）作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行定量。萃取頭老化后固定在米飯上方約1 cm處，在70℃水浴條件下萃取吸附30 min后將萃取頭插入進(jìn)樣器解吸8 min，進(jìn)樣口溫度設(shè)置為250℃。

2）氣相（GC）條件DB-WAX彈性毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.2μm）；載氣（He）流量0.8 mL/min；升溫程序：初始柱溫40℃，持續(xù)3 min，然后以5℃/min升至90℃，再以10℃/min升至230℃，持續(xù)7 min；分流設(shè)置為不分流。

3）質(zhì)譜（MS）條件EI離子源溫度250℃，傳輸線溫度250℃，檢測器電壓1 000 V，發(fā)射電流80μA，電子能量70 eV。

4）揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析 通過比對NIST17標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫；注入C7—C30的正構(gòu)烷烴進(jìn)行GCMS分析，得到正構(gòu)烷烴的保留時間，通過Kratz法計算保留指數(shù)的方法對所有風(fēng)味成分計算保留指數(shù)；己醛、壬醛等8種物質(zhì)通過比對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的保留指數(shù)，其余沒有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的通過文獻(xiàn)對照保留指數(shù)定綜合確定揮發(fā)性風(fēng)味成分；通過內(nèi)標(biāo)2，4，6-三甲基吡啶對所有揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定量。

5）揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)香氣活度值 香氣活度值（OAV）為某種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量除以該物質(zhì)在常溫下水中的閾值。

1.3.3 米飯?zhí)卣餍燥L(fēng)味物質(zhì)的鑒定由經(jīng)專業(yè)篩選過的評價員基于氣-質(zhì)-嗅聞（GC-MS-O）系統(tǒng)采用時間-強(qiáng)度法對米飯的氣味特征進(jìn)行鑒定。分析方法同1.3.2揮發(fā)性物質(zhì)測定的條件。實驗過程中分別記錄每種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的保留時間、氣味強(qiáng)度以及氣味的具體描述。氣味強(qiáng)度由弱至強(qiáng)共分為4個等級：1為氣味很弱，2為氣味較弱，3為氣味中等，4為氣味較為明顯，5為氣味非常明顯。

1.3.4 米飯中丙烯酰胺（AM）和5-羥甲基糠醛（5-HMF）的痕量測定

1）萃取方法 基于文獻(xiàn)采用分散固相萃取的方法進(jìn)行樣品預(yù)處理[11]。將米飯用液氮快速冷凍、打粉，制成米飯粉末。稱取5 g米飯粉末樣品于50 mL離心管中，然后加入20 mL乙腈用均質(zhì)機(jī)進(jìn)行勻漿（8 000 r/min，3 min）。 加 入0.5 g NaCl和1 g MgSO4，立即旋渦振蕩1 min后離心（8 000 r/min，5 min），取5 mL上清液加入120 mg十八烷基硅烷鍵合硅膠、100 mg N-丙基乙二胺迅速旋渦振蕩1 min后離心（8 000 r/min，5 min），取上清液進(jìn)樣分析。

2）液質(zhì)聯(lián)用方法 液相色譜條件：C18柱（50 mm×2 mm，2.5μm），流動相為水和甲醇，等度洗脫程序：V（甲醇）∶V（水）=5∶95。進(jìn)樣體積為10μL，柱溫40℃。

數(shù)據(jù)在正離子模式下多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）獲得。采集ESI的參數(shù)為：噴霧電壓3 500 V，碰撞能量（CE）=15 eV，離子源溫度600℃，源氣體和輔助氣體流量設(shè)定分別為15 L/min和18 L/min。用于分析5-HMF的MS/MS產(chǎn)物離子參數(shù)如下：母離子（m/z為127.1），子離子包括（定量離子，m/z為109.2）m/z為53.1、81.1。用于AM的MS/MS產(chǎn)物離子參數(shù)如下：母離子（m/z為72.1），子離子（定量離子m/z為55.1和定性離子m/z為44.1）。采用外標(biāo)法進(jìn)行定量分析。

1.3.5 米飯中Amadori化合物及二羰基化合物的痕量測定

1）衍生化方法 基于文獻(xiàn)采用鄰苯二胺衍生化的方法[12]。稱取10 g米飯樣品，加入30 mL去離子水和10 mL質(zhì)量濃度為20 mg/mL的鄰苯二胺水溶液，均質(zhì)混勻后，在100 W超聲波下超聲15 min，10 000 r/min離心15 min，取2 mL上清液加入4 mL的甲醇溶液，充分混勻后靜置10 min，再次以10 000 r/min離心15 min。

2）固相萃取方法 向5 mL的C18萃取小柱中加入5 mL甲醇進(jìn)行活化，然后加入5 mL超純水淋洗萃取小柱進(jìn)行平衡。取衍生化后的樣品上清液進(jìn)行上樣，待樣液流干后加入5 mL超純水淋洗，最后用3 mL體積分?jǐn)?shù)為50%乙腈-水溶液洗脫，全程流量控制為3 mL/s，洗脫液過0.22μm有機(jī)膜，處理后的樣品避光冷藏保存。

3）液質(zhì)聯(lián)用方法 色譜條件：C18柱（50 mm×2 mm，2.5μm），流動相為甲醇（A相）和水（B相），梯度洗脫程序的體積分?jǐn)?shù)：初始條件為B相100%，2~6 min內(nèi)B相由100%變?yōu)?0%，6~8 min內(nèi)B相由90%變?yōu)?0%，8~10 min內(nèi)B相由50%變?yōu)?00%，10 min后B相保持100%維持10 min，總運行時間20 min。進(jìn)樣體積為0.5μL，柱溫40℃。

質(zhì)譜基本參數(shù)與1.3.4一致，用于分析的MS/MS產(chǎn)物離子參數(shù)[12-13]如表1所示，采用外標(biāo)法進(jìn)行定量分析。

表1 Amadori化合物及二羰基化合物的MS參數(shù)Table 1 MS parameters of Amadori compounds and dicarbonyl compounds

2 結(jié)果與分析

2.1 米飯?zhí)卣餍燥L(fēng)味物質(zhì)的鑒定

為明確揮發(fā)性物質(zhì)對焦香米飯風(fēng)味的影響，采用GC-MS-O對揮發(fā)性風(fēng)味化合物進(jìn)行鑒定，通過嗅聞、保留指數(shù)以及數(shù)據(jù)庫的匹配進(jìn)行風(fēng)味物質(zhì)的定性分析。對不同溫度下燜制10 min得到的米飯樣品進(jìn)行嗅聞強(qiáng)度的比較，結(jié)果如表2所示。通過比較發(fā)現(xiàn)，GC-MS-O分析總共得到了19種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，這些風(fēng)味物質(zhì)對米飯的整體風(fēng)味均有一定程度的貢獻(xiàn)。其中噻唑類物質(zhì)、吡嗪類物質(zhì)、糠醛類物質(zhì)均為焦香米飯（燜飯溫度>100℃）特有的風(fēng)味成分。糠醛類物質(zhì)的風(fēng)味強(qiáng)度很弱，是焦香米飯中少量糊味及苦味的來源之一[14]。只有噻唑類物質(zhì)和吡嗪類物質(zhì)的嗅聞強(qiáng)度為較弱以上，對焦香米飯的整體風(fēng)味貢獻(xiàn)程度最高，且隨著溫度的升高，這兩種物質(zhì)的嗅聞強(qiáng)度也逐漸提高。

表2 米飯的風(fēng)味活性物質(zhì)及氣味強(qiáng)度Table 2 Aroma intensity and characteristic flavor compounds of cooked rice

續(xù)表2

由于GC-MS-O為非標(biāo)準(zhǔn)定量儀器，難以對物質(zhì)進(jìn)行直接定量分析。采用GC-MS結(jié)合內(nèi)標(biāo)法對揮發(fā)性風(fēng)味化合物進(jìn)行定量，再綜合風(fēng)味化合物的閾值，可以獲得揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的香氣活力值（OAV）。該指標(biāo)是風(fēng)味物質(zhì)的含量與其在某種基質(zhì)中閾值的比值，可反映相應(yīng)風(fēng)味的強(qiáng)度。一般認(rèn)為OAV>1，則該物質(zhì)對風(fēng)味有貢獻(xiàn)，記為特征性風(fēng)味物質(zhì)。對嗅聞到的19種物質(zhì)，比較其在所有程序中最大的含量及對應(yīng)的OAV值，最終將7種物質(zhì)確定為焦香米飯的特征性風(fēng)味物質(zhì)，結(jié)果如表3所示。

表3 基于OAV確定的特征性風(fēng)味物質(zhì)Table 3 Characteristic flavor substances based on OAV

醛類物質(zhì)是米飯中常見的風(fēng)味物質(zhì)[15]，在低濃度下賦予米飯清甜香和水果香。在各種醛類物質(zhì)中，己醛和壬醛含量最高，而且己醛的OAV值也最高，達(dá)到24，是最重要的醛類物質(zhì)。米飯中的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖然僅有2%，但是其在蒸煮過程中易水解后成低級的脂肪酸，并進(jìn)一步被氧化生成脂肪醛[16]。米飯中的2-甲氧基-4-乙烯基苯酚OAV值很低，具有丁香、咖喱等辛香風(fēng)味，豐富了整體米飯風(fēng)味輪廓，其可能通過阿魏酸氧化反應(yīng)與微生物途徑產(chǎn)生[17]。

吡嗪類物質(zhì)是焦香風(fēng)味最重要的來源[1]，具有堅果香、爆米花、烤香等風(fēng)味，含量較高的同時有著極低的閾值，因此3-乙基-2，5-二甲基吡嗪的OAV值最高，達(dá)到121。從表2中可以看出，吡嗪類物質(zhì)的嗅聞強(qiáng)度隨著溫度的升高以及時間的延長而增加。在100℃的條件下，未檢測到吡嗪，這是由于吡嗪的生成受著米飯溫度、含水率、pH等因素的影響[1]。噻唑類物質(zhì)與吡嗪類物質(zhì)都是高溫下美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物，噻唑主要是含硫氨基酸產(chǎn)生[18]。在米飯中更容易生成吡嗪類物質(zhì)，而且大部分噻唑的閾值更高，因此噻唑?qū)AV的貢獻(xiàn)較低。4-甲基噻唑只有在150℃以上才能生成，特別是在200℃下會大量生成。4-甲基噻唑具有烤肉香，對焦香風(fēng)味的輪廓具有烘托作用。噻唑類物質(zhì)是含硫氨基酸的Strecker降解產(chǎn)物，所以往往會伴隨著H2S等刺激性氣味的產(chǎn)生。

2.2 燜飯參數(shù)對焦香米飯?zhí)卣餍燥L(fēng)味物質(zhì)的影響

米飯的氣味是影響其食用品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一，它是由不同種類、不同含量的風(fēng)味化合物混合而成的，各種揮發(fā)性物質(zhì)的組合會得到風(fēng)味迥異的米飯。為明晰燜飯溫度及時間與米飯焦香風(fēng)味物質(zhì)組成及含量的關(guān)系，采用氣質(zhì)聯(lián)用測定了7種特征性揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果如圖2所示。

通過比較發(fā)現(xiàn)，己醛和壬醛為所有燜飯程序中均含有的成分。其中，己醛含量會隨著燜飯溫度的升高以及燜飯時間的延長呈現(xiàn)下降趨勢。而壬醛含量相對穩(wěn)定，各不同燜飯程序下的差異不明顯。造成這種現(xiàn)象的原因可能是二者的沸點不同（常壓下己醛130℃，壬醛191℃），并且由于它們均為油脂氧化產(chǎn)生，所以加熱溫度越高，加熱時間越長，其損失越多。

吡嗪類物質(zhì)為焦香的最重要的特征性風(fēng)味成分，其閾值很低，焦香米飯中的吡嗪含量較高[19]。甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪和3-乙基-2，5-二甲基吡嗪這3種物質(zhì)均隨著燜飯溫度的升高和燜飯時間的延長而增加。由圖2（a）可見，當(dāng)燜飯時間為10 min時，只有溫度升至150℃以上才能產(chǎn)生吡嗪類物質(zhì)，并且隨著燜飯溫度的升高變化明顯；而當(dāng)燜飯時間延長至20~30 min時（見圖2（b）和2（c）），吡嗪類物質(zhì)在125℃就已經(jīng)產(chǎn)生，且在175℃和200℃這兩個燜飯溫度下的差別要遠(yuǎn)小于較短燜飯時間下的樣品。這可能是因為美拉德反應(yīng)的程度與溫度和水分活度密切相關(guān)，延長了燜飯時間，會降低米飯中的水分活度，并在一定程度上提高了米飯中心溫度。但是在20 min和30 min以及175℃和200℃的極端條件下，美拉德反應(yīng)趨于平緩，此時可能受制于米飯中還原糖和氨基酸的含量，而導(dǎo)致反應(yīng)達(dá)到了平衡。

圖2 不同燜飯溫度及時間下焦香米飯?zhí)卣餍燥L(fēng)味物質(zhì)的含量Fig.2 Contents of characteristic flavor substances of burnt rice under different stewing temperature and time

噻唑類物質(zhì)同樣由美拉德反應(yīng)產(chǎn)生，但是與幾乎所有氨基酸都可產(chǎn)生吡嗪不同，噻唑必須有含硫氨基酸參與反應(yīng)。米飯中的含硫氨基酸僅占總氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5%以下[20]，因此噻唑類物質(zhì)的生成對溫度程序的要求很高。當(dāng)燜飯時間為10 min時，僅在200℃的燜飯溫度下才能檢測到4-甲基噻唑；即使?fàn)F飯時間延長到30 min，也只有燜飯溫度在150℃以上的樣品中才能檢測到該物質(zhì)。

2-甲氧基-4-乙烯基苯酚會隨著燜飯溫度的升高而增加，而燜飯時間在20 min之后達(dá)到最大值。這可能是稻米中的2-甲氧基-4-乙烯基苯酚在高溫下逸出，且在20 min之后達(dá)到平衡。2-甲氧基-4-乙烯基苯酚的前體物質(zhì)為稻米胚芽中的阿魏酸，稻米中的內(nèi)源酶與外源性的微生物均可能促進(jìn)生成2-甲氧基-4-乙烯基苯酚[17]，該過程往往發(fā)生在大米的儲藏過程中。在燜飯階段，過高的溫度使內(nèi)源酶與微生物失活，因此燜飯階段的2-甲氧基-4-乙烯基苯酚的含量變化主要為米飯形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，而使得原本結(jié)合于淀粉與蛋白質(zhì)內(nèi)部的2-甲氧基-4-乙烯基苯酚逸出。

2.3 燜飯階段參數(shù)對潛在危害因子的影響

丙烯酰胺（AM）和5-羥甲基糠醛（5-HMF）均為烘烤油炸類食物熱加工過程中風(fēng)味物形成的同時伴生的危害因子[21]。其中，5-HMF是5-甲基糠醛、糠醛等糠醛類物質(zhì)的上游產(chǎn)物[14]，也是焦香米飯的焦苦味的重要來源。高溫燜飯過程中也可能產(chǎn)生AM和5-HMF等危害物，因此需對其進(jìn)行定量并將含量超過安全限值的參數(shù)作為焦香米飯的蒸煮程序的上限溫度和時間。作者采用分散固相萃取-液質(zhì)聯(lián)用的方法對不同燜飯參數(shù)下所得米飯中的5-HMF和AM進(jìn)行同時分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同燜飯程序下米飯中伴生危害物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.3 Content of associated hazards in rice under different stewing programs

根據(jù)歐盟委員會的條例[10]，餅干等烘烤谷物類制品的丙烯酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在0.35 mg/kg，由圖3（a）可見，只有175℃、30 min，200℃、20 min，200℃、30 min這3個條件下燜制米飯中的AM質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過此限值。根據(jù)聯(lián)合國衛(wèi)生組織的添加劑規(guī)范[9]，5-HMF通過大量急性和亞急性動物毒理實驗得到每人每天540μg的標(biāo)準(zhǔn)，按照每人每天食用250 g米飯計算，上限為2.16 mg/kg。由圖3（b）中結(jié)果可見，同樣只有上述3個條件下燜制米飯中的5-HMF超過此限值。AM與5-HMF均為美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，因此與焦香風(fēng)味的產(chǎn)生趨勢幾乎一致。在考慮到安全限值后，為了盡可能最大化提升米飯香氣，選用175℃、20 min或者200℃、10 min作為米飯焦香燜飯程序。以甲基吡嗪為例，175℃、20 min燜飯程序下的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（177±10）μg/kg，而200℃、10 min燜飯程序下則為（88±6）μg/kg，前者遠(yuǎn)高于后者，其他吡嗪以及噻唑類的風(fēng)味物質(zhì)也是如此。因此，綜合考慮吡嗪類風(fēng)味物質(zhì)的生成以及伴生危害物的控制，選擇175℃、20 min作為適宜的燜飯加熱參數(shù)。

2.4 焦香米飯?zhí)卣黠L(fēng)味物形成及伴生危害物的控制機(jī)制

焦香米飯的焦香特征性風(fēng)味成分如吡嗪類物質(zhì)和噻唑類物質(zhì)均與美拉德反應(yīng)有關(guān)[22]，此外，危害產(chǎn)物5-羥甲基糠醛（5-HMF）和丙烯酰胺（AM）等有害產(chǎn)物也會隨著美拉德反應(yīng)的進(jìn)行而生成。從圖4可知，危害產(chǎn)物與焦香特征性風(fēng)味成分的部分反應(yīng)路徑重合，如5-HMF的前體為脫氧酮糖，該物質(zhì)可裂解生成二羰基化合物，進(jìn)而生成特征性風(fēng)味成分，而脫氧酮糖為Amadori化合物的水解產(chǎn)物。因此，如果能找到米飯燜飯階段中Amadori化合物與二羰基化合物的生成變化規(guī)律，有助于促進(jìn)特征性風(fēng)味成分的生成并控制有害因子。

圖4 焦香米飯美拉德反應(yīng)生成風(fēng)味物質(zhì)及危害產(chǎn)物的路徑Fig.4 Pathway of Maillard reaction of burnt rice to produce flavor compounds and harmful products

前期實驗分析表明米飯中的還原糖主要為葡萄糖，氨基酸為谷氨酸、天冬酰胺、丙氨酸。天冬酰胺在高溫下與葡萄糖生成丙烯酰胺，谷氨酸、丙氨酸分別與葡萄糖發(fā)生親核加成并重排，形成穩(wěn)定的美拉德反應(yīng)中間體：1-脫氧-1-L-谷氨酸-D-果糖（Fru-Glu）和1-脫氧-1-L-丙氨酸-D-果糖（Fru-Ala）[23]。而通過葡萄糖生成的脫氧酮糖可以生成3種二羰基化合物，分別為乙二醛（GO）、丙酮醛（MGO）、丁二酮（2，3-BD）。不同燜制條件下米飯中這5種物質(zhì)的質(zhì)量濃度如圖5所示。

圖5 不同燜飯條件下的美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物Fig.5 Maillard reaction intermediate products under different stewing conditions

吡嗪類化合物中的碳原子全部由二羰基化合物提供，因此可以根據(jù)二羰基化合物的種類和數(shù)量直接決定了吡嗪類物質(zhì)的種類和數(shù)量：如吡嗪前體二羰基化合物為2分子的GO，甲基吡嗪前體二羰基化合物為1分子的GO和1分子的MGO。由圖4可知，Amadori化合物為各風(fēng)味成分和5-HMF的前體物質(zhì)，二羰基化合物則為風(fēng)味物質(zhì)的直接前體產(chǎn)物，與5-HMF等有害產(chǎn)物無直接關(guān)系，但是生成二羰基化合物與5-HMF兩條反應(yīng)路徑之間可能存在競爭關(guān)系。因此在可以積累和生成更多的二羰基化合物的前提下，應(yīng)盡可能減少Amadori化合物的生成，即可降低5-HMF的產(chǎn)生。Amadori化合物的性質(zhì)穩(wěn)定，在較低溫度下就可反應(yīng)生成；而二羰基化合物相對性質(zhì)活潑，且需要較高的反應(yīng)溫度。由圖5（a）可知，當(dāng)燜飯時間為20 min、燜飯溫度為100℃時，這5種美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物均未檢測出。而在125℃時，F(xiàn)ru-Glu大量產(chǎn)生，F(xiàn)ru-Ala的生成量次之，且明顯高于3種二羰基化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。隨著燜飯溫度的升高，尤其是上升到175℃時，GO和MGO顯著提高，此階段大量的二羰基化合物的生成導(dǎo)致吡嗪類物質(zhì)的焦香風(fēng)味成分的產(chǎn)生。Amadori化合物在此階段上升不是很明顯，F(xiàn)ru-Ala的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在175℃和150℃無明顯差異。200℃條件下，兩種Amadori化合物的含量均有顯著提高，這可能是由于高溫下水分的損失使得各種還原糖和游離氨基酸的相對濃度提高，并且美拉德反應(yīng)逆向反應(yīng)程度減弱，使得Amadori化合物的逐步生成并持續(xù)累積。由圖5（b）可見，維持燜飯溫度175℃并延長燜飯時間，Amadori化合物持續(xù)產(chǎn)生，而二羰基化合物的GO和MGO在20 min后大量生成。2，3-BD的生成條件相對更加嚴(yán)苛，在30 min后才能大量產(chǎn)生。3種二羰基化合物中，MGO質(zhì)量濃度最高，2，3-BD質(zhì)量濃度最低，這可能與葡萄糖結(jié)構(gòu)有關(guān)，1分子葡萄糖最容易裂解為2分子MGO。

3 結(jié)語

通過SPME-GC-MS對不同燜飯程序下絲苗米飯中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、3-乙基-2，5-二甲基吡嗪和4-甲基噻唑是焦香的特征性風(fēng)味物質(zhì)，尤其以吡嗪類物質(zhì)為主，賦予米飯烤香、堅果香等風(fēng)味，這些物質(zhì)隨著加熱溫度的升高以及時間的延長而增加。醛類物質(zhì)和酚類物質(zhì)如己醛、壬醛、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚等，是米飯基本的特征性風(fēng)味物質(zhì)，尤其是醛類物質(zhì)為主，賦予米飯清甜香，醛類物質(zhì)隨著加熱時間和溫度的變化略微下降或是變化不明顯。燜制溫度在125℃以上的焦香米飯中均存在5-HMF，而燜制溫度在150℃以上逐漸產(chǎn)生AM，且兩者在175℃以上隨著加熱溫度的升高而快速增加。基于米飯燜制過程中美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物之間的轉(zhuǎn)化機(jī)制發(fā)現(xiàn)175℃、20 min的燜飯條件最有利于二羰基化合物的形成和積累，從而產(chǎn)生大量風(fēng)味成分；在此燜飯溫度和時間下Amadori化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低，從而使得5-HMF能維持在較低水平，從而保證焦香風(fēng)味與安全性的平衡。