永顺颗砂贡米香气成分的气相色谱-质谱分析

梁 静1,杨冬梅1,田向荣1,谢文华1,李俊年1,*,薛达元2,*

(1.吉首大学生物资源与环境学院,湖南 吉首 416000;2.中央民族大学生命与环境科学学院,北京 100081)

 

摘 要:以怀化芷江米和桃花香米为对照,采用水蒸气蒸馏提取、气相色谱-质谱联用技术对颗砂贡米香气成分进行分析。结果发现,从颗砂贡米、桃花香米、芷江米中分别鉴定出33、31、40种挥发性成分。在颗砂贡米中,对米饭香气的形成贡献较大的醛类(24.23%)、酸类(6.64%)、杂环类(6.35%)及醇类(6.19%)的相对含量均高于桃花香米与芷江米。颗砂贡米中主要的呈香物质是E-2-壬烯醛(17.77%)、正己醇(4.82%)、5-乙基二氢-2(3H)呋喃酮(3.39%)、正十一醛(1.66%)、(E,E)-2,4-癸二烯醛(1.19%)、(E,E)-2,4-壬二烯醛(1.55%)、3-壬烯-2-酮(0.94%)、2-壬醇(0.94%),其相对含量均高于桃花香米、芷江米,说明颗砂贡米含有丰富的香味物质,是一种潜在的优质水稻资源。

关键词:颗砂贡米;桃花香米;芷江米;香气成分;水蒸气蒸馏;气相色谱-质谱

 

GC-MS Analysis of Aroma Compounds of Kesha Tribute Rice from Yongshun

 

LIANG Jing1, YANG Dong-mei1, TIAN Xiang-rong1, XIE Wen-hua1, LI Jun-nian1,*, XUE Da-yuan2,*

(1. College of Biology and Environmental Science, Jishou University, Jishou 416000, China;

2. College of Life and Environmental Science, Minzu University of China, Beijing 100081, China)

 

Abstract: Aroma components in Kesha tribute rice from Yongshun, South Chinas Hunan province were extracted by steam distillation method and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), and the results were compared with those for Taohua aromatic rice and Zhijiang rice. A total of 33 volatile components were identi?ed in Kesha tribute rice, and 31 in Taohua aromatic rice, and 40 in Zhijiang rice, respectively. Aroma-active aldehydes (24.23%), acids (6.64%), feterocyclic acids (6.35%) and alcohols (6.19%) in Kesha tribut-rice were more abundant than in two other kinds of rice. The major aroma compounds extracted from Kesha tribute rice were (E)-2-nonenalall (17.77%), 1-hexanol (4.82%), 5-ethyldihydro-2(3H)-furanone (3.39%), undecanal (1.66%), (E,E)-2,4-nonadienal (1.19%), (E,E)-2,4-decadienal (1.55%), 3-nonan-2-one (0.94%) and 2-nonanol (0.94%), all of which were higher than in Taohua aromatic rice and Zhijiang rice. These results indicate that a larger number of aroma compounds exist in Kesha tribute rice.

Key words: Kesha tribute rice; Taohua aromatic rice; Zhijiang rice; aroma compounds; steam distillation; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

中图分类号:TS207.3 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2014)08-0236-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201408047

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,人们对优质稻谷的需求越来越迫切。香稻作为稻谷中极其重要的一类,煮出的米饭营养丰富、香气浓郁,故深受人们的欢迎[1]。米饭的香味是多种呈香的挥发成分综合作用的结果,挥发物质种类和比例的不同都可能导致香味的差异,且不具香气的成分对于整体香味的形成具有辅助作用[2-4]。

我国地域辽阔,生态环境多样,是世界第一水稻生产大国,拥有丰富的香稻品种[5]。从20世纪下半叶,我国农业科研人员加强对国内香稻资源的搜集和研发[6]。但在我国的边远山区,一些潜在的香稻品种可能尚未被发掘。颗砂贡米产于湘西州永顺县颗砂乡太坪村猫子庄的桂井坪,该地海拔较高,日照充足,出产的稻谷奇香,可谓“谷中珍品”,并成为历史上彭氏土司上贡清廷的贡米。颗砂贡米不同于普通大米,它颗粒大、色泽白里透青,用其做成米饭,质地糯软、味道醇厚、清香扑鼻。迄今,颗砂贡米风味物质的研究尚未见报道。

水蒸气蒸馏法是提取挥发性成分的传统方法[7-11],该操作简单、设备易得。尽管用水蒸气蒸馏提取过程中,高温环境可导致次生反应,热敏性香气成分受热分解,结构发生变化[12],但值得注意的是,该方法与现实生活中大米蒸煮过程相似,故能客观地评价米饭的香味。本研究以怀化芷江米(非香米)和桃花香米作对照,采用水蒸气蒸馏法结合气相色谱-质谱联用法对颗砂贡米香气成分进行提取与分析,为永顺颗砂贡米的开发推广提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

怀化芷江米,产地湖南怀化芷江侗族自治县,生产日期2012年9月6日购自芷江凯丰米业有限公司;桃花香米,产地湖南常德市,生产日期2012年12月7日,购自湖南金健米业有限公司;颗砂贡米来自湖南湘西州永顺县颗砂乡太坪村村民自家稻田种植的稻谷,收割于2012年8月,并用打谷机和碾米机制成白米,无食品添加剂。

乙醚、无水硫酸钠均为分析纯。

1.2 仪器与设备

GCMS-QP2010气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司;R-210步琦旋转蒸发仪 瑞士Büchi公司;水蒸气蒸馏装置 自制。

1.3 方法

1.3.1 水蒸气蒸馏法提取大米中挥发性成分

实验用蒸馏装置由1L平底烧瓶、A型蒸馏头、冷凝管、真空接收管、锥形瓶组装成。其中,A型蒸馏头带含温度计的橡皮塞。将200g大米和600mL去离子水加入到平底烧瓶,控制电炉温度,平底烧瓶内温度100℃,保持2h。蒸汽经冷凝管进入锥形瓶,锥形瓶放在冰块间。

1.3.2 蒸馏液的萃取、浓缩

收集到的80 mL蒸馏液用40 mL无水乙醚重复萃取
3次[10,13-14],合并醚层。于-20 ℃冰箱过夜保存,迅速倒出乙醚层并用无水硫酸钠干燥,过滤除去硫酸钠。滤液在真空度0.08 MPa、转速30 r/min、水浴温度25 ℃条件下经旋转蒸发仪浓缩至约1 mL,于4 ℃冰箱保存备用。

1.3.3 GC-MS分析条件

进样前,用0.22μm孔径有机滤器过膜。

色谱条件[10]:HP-5MS型色谱柱(30m×0.25mm,0.25μm),进样口温度250 ℃,载气氮气,流速1.0 mL/min;升温程序:起始温度35 ℃,保持2 min;以3 ℃/min上升到140 ℃,保持5 min;8 ℃/min上升到230 ℃,保持10 min;进样量1μL,分流比201。

质谱条件[10]:电子电离源;离子源温度230 ℃;电子电离能量70eV;四极杆温度150 ℃;溶剂延迟2.7 min;扫描模式为全扫描;扫描质量范围35~500u。

1.4 定性定量分析

对检测出的成分采用计算机NIST 05、NIST 05s谱库检索,当匹配度>80(最大值为100)时,即为鉴定结果,并用峰面积归一法测定其相对含量。

2 结果与分析

2.1 颗砂贡米与桃花香米、芷江米挥发性成分比较

水蒸气蒸馏法所得颗砂贡米、桃花香米、怀化芷江米的挥发性物质GC-MS总离子流图如图1所示。3种大米挥发成分及各成分的相对含量,如表1所示。

560480.jpg 

A.芷江米

560497.jpg 

B.桃花香米

560513.jpg 

C.颗砂贡米

图 1 芷江米、桃花香米及颗砂贡米挥发性成分的GC-MS总离子流图

Fig.1 Total ion current chromatogram of volatiles from Zhijiang rice, Taohua aromatic rice and Kesha tribute rice

由表1可知,从颗砂贡米、桃花香米及芷江米中分别鉴定出33、31、40种挥发性成分,主要种类包括烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、酚类、有机酸及杂环类。颗砂贡米与桃花香米共有成分为22种,占颗砂贡米总挥发物的81.94%。研究表明,醛类、酮类、醇类、酯类、有机酸类、杂环类等是对米饭香气形成起重要作用的化合物种类[14-17]。比较3 种大米挥发性成分发现,桃花香米(21.64%)和颗砂贡米(20.44%)烃类相对含量均低于芷江米(32.88%);同时,颗砂贡米中醛类相对含量达24.23%,远远超过了桃花香米(5.13%)和芷江米(2.90%);颗砂贡米中醇类(6.19%)、酸类(6.64%)、杂环类(6.35%)相对含量均高于桃花香米(醇类、酸类、杂环类分别为 0.74%、1.35% 、0.66%)和芷江米(醇类、酸类、杂环类分别为1.03%、0.68%、2.36%),但酯类和酚类的相对含量均低于桃花香米和芷江米(表2)。

表 2 颗砂贡米、桃花香米及芷江米挥发性成分含量及种数

Table 2 Difference in the content and number of volatiles among Kesha tribute rice, Taohua aromatic rice and Zhijiang rice

样品

指标

挥发性成分

烃类

醛类

醇类

酯类

酮类

酸类

酚类

杂环类

芷江米

含量/%

种数

32.88

14

2.90

5

1.03

2

1.71

5

2.46

4

0.68

1

4.24

2

2.36

3

桃花香米

含量/%

种数

21.64

13

5.13

4

0.74

1

2.21

3

0.93

1

1.35

1

4.50

1

0.66

1

颗砂贡米

含量/%

种数

20.44

11

24.23

5

6.19

2

0.95

2

1.84

2

6.64

1

1.61

1

6.35

2

 

 

2.2 颗砂贡米与桃花香米、芷江米香气成分比较

米饭的香气是由多种呈香的挥发性成分组成[18-19]。在鉴定出的所有挥发性成分中,正己醇(8.232 min)具有水果芳香,相对含量达4.82%,是颗砂贡米特有的香味物质。比较颗砂贡米、桃花香米及芷江米香气成分发现,具有青香、橙香和奶香的2-壬醇(保留时间与相对含量:23.071 min,0.94%)和具有杏香、桃香及芦笋香3-壬烯-2-酮(30.973 min,0.94%)仅存在于颗砂贡米与芷江米,且在颗砂贡米中的相对含量高于芷江米(分别为0.39%、0.39%)。此外,在颗砂贡米、桃花香米及芷江米中, 具黄瓜香的E-2-壬烯醛(22.193 min)相对含量分别为17.77%、2.39%、0.94%,含药草香及焦糖香的5-乙基二氢-2(3H)呋喃酮(16.849 min)相对含量分别为3.39%、0.66%、0.39%,拥有强烈的花果香和油脂香的(E,E)-2,4-壬二烯醛(24.848 min)分别为1.55%、0.47%、0.40%,呈玫瑰香的正十一醛(47.049 min)相对含量分别为1.66%、0.73%、0.47%(表1),这4 种香味物质相对含量在颗砂贡米中均高于桃花香米、芷江米。由此说明,颗砂贡米含有的香味物质种类和相对含量均比桃花香米多。此外,颗砂贡米挥发性成分,如E-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2-庚烯醛、(Z)-9-十八烯酸、正十八烷,也存在于在其他类型的香米中[10,20]。

3 结 论

颗砂贡米与桃花香味共有的挥发性成分达81.94%,其香气成分主要集中在醛类(24.23%)、酸类(6.64%)、杂环类(6.35%)、醇类(6.19%)。颗砂贡米含有的香气成分包括E-2-壬烯醛(17.77%)、正己醇(4.82%)、5-乙基二氢-2(3H)呋喃酮(3.93%)、正十一醛(1.66%)、(E,E)-2,4-壬二烯醛(1.55%)、
2-壬醇(0.94%)、3-壬烯-2-酮(0.94%),且相对含量均高于桃花香米、芷江米。

综上所述,颗砂贡米含有丰富的香气物质,可能是一种潜在的优质水稻。但除香味外,营养价值也是衡量水稻品质的重要指标,故需进一步对颗砂贡米蛋白质、氨基酸、维生素、矿质元素等营养指标进行测定,以期推动颗砂贡米的研究和开发,为我国的香稻育种研究提供优质的水稻资源。

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收稿日期:2013-06-19

基金项目:湖南省科技计划项目(201200613);国家自然科学基金面上项目(30570285);

吉首大学研究生科研创新项目(JGY201316);吉首大学校级科研项目(JDZD12008);湖南省生态学重点学科经费资助项目

作者简介:梁静(1986—),女,硕士研究生,研究方向为动物生态学。E-mail:lj3093@yeah.net

*通信作者:李俊年(1964—),男,教授,博士,研究方向为动物生态学。E-mail:junnianl@163.com

薛达元(1955—),男,教授,博士,研究方向为生物多样性。E-mail:xuedayuan@hotmail.com

表 1 颗砂贡米、桃花香米及芷江米挥发性成分的GC-MS 分析结果

Table 1 GC-MS analysis of volatiles from Kesha tribute rice, Taohua aromatic rice and Zhijiang rice

保留

时间/min

化合物名称

分子式

相对含量/%

芷江米

桃花香米

颗砂贡米

3.583

乙酸酐 acetic anhydride

C4H6O3

2.98

4.473

N-1,1,3,3-四甲基丁基甲酰胺 formamide, N-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)

C9H19NO

1.37

3.25

4.29

4.514

3-氧甲基丙二醇 1,2-propanediol,3-methoay

C4H10O3

0.64

0.74

1.37

6.204

2-氧乙基丙烷 propane,2-ethoxy

C5H2O

27.83

37.79

8.232

正己醇 1-hexanol*

C6H14O

4.82

8.658

2-环戊烯-1,4-二酮 2-cyclopentene-1,4-dione

C5H4O2

0.56

9.929

乙酸甲酸酐 acetic acid, arhydride with formic

C3H4O3

3.76

11.708

丙苯 propylbenzene

C9H12

0.33

1.02

11.951

2-庚烯醛 2-heptenal

C7H12O

0.57

1.54

2.06

16.849

5-乙基二氢-2(3H)呋喃酮 2(3H)-furanone,5-ethyldihydro-*

C6H10O2

0.39

0.66

3.93

17.208

正己酸乙烯酯 n-caproic acid vinyl ester

C8H14O2

0.34

19.442

3,7-二甲基癸烷 undecane,3,7-dimethyl

C13H28

0.59

1.22

19.868

1,2,3,4,5,8-六氢化萘 1,2,3,4,5,8-hexahydronaphthalene

C10H14

0.16

22.193

E-2-壬烯醛 2-nonenal,(E)*

C9H16O

0.94

2.39

17.77

23.071

2-壬醇 2-nonanol*

C9H20O

0.39

0.94

24.154

十二烷 dodecane

C12H26

0.47

24.848

(E,E)-2,4-壬二烯醛 2,4-nonadienal, (E,E)*

C9H14O

0.40

0.47

1.55

27.018

5-正丁基-2(3H)-二氢呋喃酮 2(3H)-furanone, 5-heptyldhydro

C8H14O2

2.42

29.720

(E,E)-2,4-癸二烯醛 2,4-decadienal, (E,E)*

C10H16O

0.52

1.19

30.141

4-甲基十四烷 tetadecane,4-methyl

C15H32

1.98

1.46

30.973

3-壬烯-2-酮 3-nonan-2-one

C9H16O

0.39

0.94

31.851

5-庚烷基-2(3H)-二氢呋喃酮 2(3H)-furanone,5-heptyldihydro-*

C11H20O2

0.32

37.517

2-甲基十二烷 dodecane,2-methyl

C13H28

1.29

3.14

37.581

4,6-二甲基十二烷 dodecane,4,6-dimethy

C14H30

0.46

37.770

正十七烷 heptadecane

C17H36

0.58

0.68

38.158

7-甲基十七烷 heptadecane,7-methyl

C18H38

0.68

1.16

38.174

5,6,7,8-四氢-噻唑-[5,4-c]-己内酰胺 5,6,7,8-tetrahydro-thiazolo[5,4-c]azepin-4-one

C7H8N2OS

1.65

38.461

3,5-二叔丁基苯酚 phenol,3,5-bis,(1,1,-dimethylethyl)

C14H22O

2.49

38.759

二环己基甲酮 methanone,dicyclohexyl

C13H22O

1.26

43.077

正十五烷 pentadecane

C15H32

1.48

1.00

46.633

正十六烷 hexadecane

C16H34

1.48

1.00

47.049

正十一醛 undecanal*

C11H22O

0.47

0.73

1.66

47.908

8-己基十五烷 pentadecane,8-hexyl

C12H44

0.47

0.73

1.66

48.100

氯乙酸十五烷酯 chloroacetic acid,pentadecyl ester

C17H33ClO2

1.27

1.36

2.26

48.317

苯甲酸苄酯 benzyl benzoate

C14H12O2

0.49

48.780

2,4-二苯基-4-甲基戊烯 2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene

C18H20

0.28

48.958

正十八烷 octadecane

C18H38

0.74

1.37

2.12

49.181

2,6,10,14-四甲基十六烷 hexadecane,2,6,10,14-tetramethyl

C20H42

0.18

49.897

6,10,14-三甲基十五烷酮 2-pentadecanone, 6,10,14-trimethyl

C18H36O

0.25

0.93

0.90

50.374

邻苯二甲酸二异丁酯 1,2-benzenzenedicarboxyic acid, bis(2-methylpropyl)

C16H22O4

1.29

50.835

正十九烷 nonadecane

C19H40

0.17

51.296

甲酸十六醇酯 hexadec acid,methyl ester

C17H34O2

0.46

0.24

51.868

十六烷酸 n-hexadecanoic acid

C18H32O2

0.21

51.950

邻苯二甲酸丁基十一烷基酯 phthalic acid,butyl undecyl ester

C23H36O4

0.15

0.68

0.42

52.408

正十七烷 heptadecane

C17H36

0.57

1.34

52.940

2-丙烯酸,2-甲基,2-乙基-2[2-甲基-1-氧-2-丙烯基]

2-propenoic acid,2-methyl,2-ethyl-2[2-metyl-1-oxo-2-propenyl]

C18H26O6

21.27

13.46

15.12

53.820

正二十二烷 heneicosane

C21H44

1.43

54.257

二十七酸甲酯 heptacosanoic acid,methyl ester

C28H56O2

0.27

0.53

54.468

Z)-9-十八烯酸 9-octadecenoic acid(Z)

C18H34O2

1.14

7.48

54.831

E)-9-十八烯酸 9-octadecenoic acid(E)

C18H34O2

0.68

55.411

二十一烷 heneicosane

C21H44

0.49

57.319

正二十四烷 tetracosane

C24H50

22.87

5.19

2.17

57.331

癸醚 decane,1,1'-oxybis

C20H42O

6.98

3.38

60.674

2,2'-亚甲基双-[6-(1,1-二甲基乙基)-4-甲基]苯酚

phenol,2,2'-methylenebis[6-(1,1-dimethylethyl)-4-methyl

C23H32O2

1.75

4.50

1.63

62.875

二十八烷 octacosane

C28H58

1.67

7.16

4.17

 

注:—.未检出;*.香味成分。