张 敏1,2，苗 菁2，苏慧敏1，王子元1,2
（1.北京食品营养与人类健康高精尖创新中心，北京工商大学，北京 100048；2.北京市食品添加剂工程技术研究中心（北京工商大学），北京 100048）
摘 要：采用固相微萃取结合气相色谱-嗅闻-质谱技术对7 种籼米、4 种粳米共11 种米饭样品的风味化合物进行分析。结果表明，粳米中风味化合物种类略高于籼米。米饭中关键风味化合物在粳米、籼米样品中存在显著差异，2-乙酰基-1-吡咯啉在籼米样品中未被检出；4-乙烯基苯酚只在粳米中被检测出；香草醛在粳米中的相对含量显著高于籼米；而籼米中1-辛烯-3-醇、戊醛、己醛的相对含量显著高于粳米。利用米饭风味物质的主成分分析方法，可以区分出粳米与籼米的品种差异。
关键词：籼稻；粳稻；米饭；风味；主成分分析
自古以来，米饭都是中国人最重要的主食之一。我国地域辽阔，地形气候复杂，稻米的品种及食用品质繁杂多样。根据大米的外形、营养物质含量等差异，通常将稻米分为粳稻、籼稻、糯稻等。一般来说，籼稻粒型长而窄、直链淀粉含量较多、黏性小；粳稻则与其相反。有关两类稻米制作的米饭所产生风味物质，研究报道较少。随着生活水平的逐渐提高，人们对于米饭的要求不再停留于果腹之需，而是更注重米饭的品质及风味，对于不同地域、不同品种的米饭风味研究尤为必要。
近年来，食品风味的研究方兴未艾。固相微萃取（solid-phase microextraction，SPME）作为一种新型风味物质提取技术，具有操作简单、化合物提取进样一体化、样品消耗少、快速简单、重复性好等特点，已被广泛应用于挥发性物质的测定中。杨江帆等[1]采用SPME结合气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）方法检测出茉莉花茶香气的关键性风味化合物。陈海涛等[2]采用SPME-GC-MS检测出羊肉的挥发性风味成分。卢晓丹等[3]采用SPME-GC-MS对豆汁的挥发性成分进行了研究。此外，牛肉、猪肉、腌肉等肉类产品[4-5]，牛奶、酸奶等奶类制品[6-7]，花生油[8]、油茶籽油[9]、洋葱籽油[10]、橄榄油[11]等食用油类产品，黄酒[12]、葡萄酒[13]、白酒[14]等酒类产品，苹果、桃等水果[15-17]的风味物质分析鉴定，均在不断报道。
随着食品风味化学测试手段和技术的进步，关于米饭风味化合物的研究也在深入。应兴华等[18]通过SPMEGC-MS法研究表明，2-乙酰基-1-吡咯啉可使米饭呈现甜香气味，而乙酸乙酯、辛酸乙酯等酯类物质可对米饭风味起烘托作用，使米饭香气更加温润、饱满。Park等[19]发现2-甲基-3-呋喃硫醇和2-乙酰-1-吡咯啉是韩国非香稻“Choochung”中风味活性最强的化合物，2-甲基-3-呋喃硫醇首次被认为是非香稻潜在的风味活性化合物。Zeng Zhi等[20]研究发现，某些有机杂环化合物如吡嗪、吡啶及呋喃类化合物与米饭甜香味有密切关系。另有研究证实，醛类化合物是米饭香气的主要评价指标，而米饭中吡嗪类及吡啶类化合物含量与米饭品质呈现正相关关系[20]。
本研究在前期确定米饭关键风味化合物成分的研究基础上[21]，采用SPME结合气相色谱-嗅闻-质谱（gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry，GC-OMS）技术对我国不同地域生产的7 种籼米、4 种粳米样品所蒸煮出的米饭风味化合物进行分析鉴定，旨在区分粳米、籼米的米饭风味组成，为米饭主食工业化生产提供科学依据和理论参考。
1.1 材料、试剂与仪器
7 种籼米样品购自广西水稻研究所，编号1～7的品种分别为桂育9号、龙丰优139、特优831、龙丰优1号、特优7571、美优622、丰田优533；4 种粳米样品购于黑龙江省三江平原主产地，编号8～11的品种分别为昌优3号、稻花香、沙沙泥、稻香509。
7890A-7000B型GC-MS联用仪（配有电子电离源及NIST 11数据库）、手动SPME装置、30/50 μm二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/ carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取头、萃取手柄 美国Agilent公司；DB-Wax毛细管柱（30 m×0 25 mm，0.25 μm） 美国J&W公司；Sniffer-9000嗅闻检测器 德国Gerstel公司；Sniffer 9000嗅闻仪 瑞士Brechbuhler公司。
1.2 方法
1.2.1 大米样品的制备
11 种稻谷样品经过实验砻谷机脱壳处理后，再通过8 min实验碾米机进行碾磨处理，得到不同品种的大米样品。
1.2.2 米饭样品的制备
参照GB/T 15682—2008《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》小量样制备米饭，并适当改进。称取大米样品置于带盖密闭铝盒中，加入适量蒸馏水淘洗，按水米质量比1.5∶1向铝盒中加入蒸馏水，在25 ℃浸泡30 min后，上笼蒸煮30 min，然后保温焖制15 min[21]。
1.2.3 米饭风味物质的提取
将30/50 μm DVB/CAR/PDMS萃取头在GC进样口老化，老化温度250℃，时间为10 min。取5 g米饭和10 μL质量浓度为0.163 2 μL/mL的2-甲基-3-庚酮溶液置于40 mL顶空瓶中，用封口膜封好，置于50 ℃水浴中平衡20 min。萃取针顶空吸附40 min后拔出萃取针，在温度为250 ℃的进样口中解吸5 min，进行GC-O-MS分析[22]。
1.2.4 GC-O-MS分析条件
GC条件：DB-WAX毛细管柱（30 m×0 25 mm，0.25 μm）；载气为氦气；流速1.2 mL/min；升温程序：初温40 ℃，保持3 min，以1.5 ℃/min升温到65 ℃，再以2 ℃/min升到120 ℃，保持1 min，最后以15 ℃/min升到280 ℃，保持5 min。
MS条件：电子电离源；电子能量70 eV；传输线温度280 ℃；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；质量扫描范围m/z 55～500。
嗅觉检测器接口温度200 ℃；毛细管末端流出物以1∶1的分流比分别流入MS和嗅闻检测器。
1.2.5 米饭风味物质的分析
定性分析：化合物由质谱数据库NIST、标准化合物保留指数（retention index，RI）以及香气特征对比鉴定。若无标准化合物，则通过与芳香特性进行比对鉴定，从而确定米饭风味化合物的种类。化合物RI按下式计算，利用系列正构烷烃换算而成。
式中：ta为样品a的保留时间/min；tn为正构烷烃Cn的保留时间/min；样品a的保留时间在正构烷烃Cn和Cn+1之间。
定量分析：采用峰面积归一法进行计算。
1.3 数据统计分析
采用Excel和DPS软件进行数据统计与分析。
2.1 米饭样品中的风味化合物相对含量
表1 籼米中鉴定出的米饭风味化合物分析
Table 1 Volatile favor compounds identified in long-shaped rice
如表1、2所示，在1～7号籼米品种中，分别检测出24、25、28、27、31、25、27 种风味物质。这与彭智辅等[23]获得的大米香气成分结果相类似。醛类[24]物质所占的比例为25.9%～37.3%，在所有物质类别中所占比例最大，是风味成分的主要贡献者；其次是醇类物质，1号样品中的醇类物质所占比例最小，仅为4.9%，而3号品种的醇类物质高达相对含量10.8%，醇类物质在不同籼稻样品间的相对含量差异较明显。具有熟大米气味的3-巯基-2-丁酮只存在于部分品种的籼米米饭风味中；2-乙酰基-1-吡咯啉这一香米特有的米饭特征风味物质并未在籼米米饭中检出，这与已有文献[25]报道相一致。
8、9、10、11号4 种粳稻米饭分别检测到28、31、 30、34 种风味物质。从风味化合物的种类上，粳米略高于籼米。醛类物质在种类和相对含量上均为粳稻米饭风味的主要贡献者，8号样品的醛类物质相对含量最高，达32.9%，其次是9号样品相对含量为29.4%，11号样品相对含量为26.8%，10号样品相对含量为24.4%。相对含量居第2位的是醇类物质，具有蘑菇风味的1-辛烯-3-醇[26]相对含量不高，但因其阈值较低，故在4 种粳米样品中都可以在嗅闻口处清晰地嗅闻到。酮类物质种类较少，只有2 种，但9号样品中其相对含量高达10.7%；特别是3-巯基-2-丁酮作为含硫化合物，可以给米饭中增添熟大米风味。酯类及酚类物质的相对含量较低，它们烘托出米饭香气，使米饭风味更加浓厚。
表2 粳米中鉴定出的米饭风味化合物分析
Table 2 Volatile favor compounds identified in round-shaped rice
2.2 米饭关键风味化合物的相对含量差异
图1 粳稻与籼稻中关键风味化合物相对含量的平均值
Fig. 1 Average contents of the key flavor compounds in japonica rice and indica rice
前期研究表明，2-乙酰基-1-吡咯啉、香草醛、1-辛烯-3-醇、壬醛、4-乙烯基苯酚[27]、4-乙烯基创木酚、己醛、辛醛、庚醛、戊醛为米饭中关键风味化合物[21]。如图1所示，米饭香气最关键的风味化合物2-乙酰基-1-吡咯啉只在3 种粳米样品中被检测出来，其相对含量为0.9%～1.6%，因其阈值很低，呈味作用明显。育种研究表明，香稻生长过程中通过一对隐性基因（fgr）控制2-乙酰基-1-吡咯啉的产生，从而产生香味[28]。由此实验结果可推测，这3 种粳米与香稻间具有一定的亲缘关系。
此外，4-乙烯基苯酚只在粳米中被检测出来；香草醛在粳米中相对含量显著高于籼米；1-辛烯-3醇、戊醛、己醛则在籼米中相对含量显著高于粳米。付深造[29]通过对粳米与籼米的蛋白电泳图谱对比发现，45.2 kD与46.5 kD两个条带是粳米的特征条带，而籼稻并不存在这2 个特征条带。那么这2 个蛋白条带的差异与两类稻米风味物质间是否存在关联，还需进一步研究。
2.3 米饭风味化合物的主成分分析
图2 不同样品米饭风味物质的主成分分析平面图
Fig. 2 PCA of the key flavor compounds in different rice samples
根据风味物质的定性定量及嗅闻检测结果，结合相关文献，对不同品种的米饭特征风味进行主成分分析。如图2所示，主成分1为64.09%，主成分2为22.83%，主成分1与主成分2相加大于85%，可以用这2 个主成分来表征样品的风味物质组成。主成分分析结果显示，所有样品明显分为2 大族群，4 个粳稻样品均集中于第1象限内，7 个籼米样品则集中于第4象限内。利用风味物质的主成分分析手段，很好地将稻米品种进行了区分。
采用SPME-GC-O-MS技术对籼米及粳米11 个品种的米饭样品进行风味分析。米饭中关键风味化合物香草醛、1-辛烯-3-醇、戊醛、己醛等物质相对含量在粳米、籼米样品中有明显差异。2-乙酰基-1-吡咯啉未在籼米样品中检出，4-乙烯基苯酚只在粳米中检测出来。经主成分分析，粳米与籼米米饭风味化合物存在明显差异。
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Analysis of Flavor Compounds in Different Varieties of Cooked Rice
ZHANG Min1,2, MIAO Jing2, SU Huimin1, WANG Ziyuan1,2
(1. Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health, Beijing Technology & Business University, Beijing 100048, China; 2. Beijing Engineering and Technology Research Center of Food Additives, Beijing Technology & Business University, Beijing 100048, China)
Abstract：Solid phase micro-extraction combined with gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry (SPME-GCO-MS) was used to analyze the flavor compounds of cooked rice from seven indica rice cultivars and four japonica rice cultivars. The results showed that cooked japonica rice was slightly richer in volatile flavor compounds than cooked indica rice. The key flavor compounds of cooked indica and japonica rice were significantly different. Specifically, 2-acetyl-1-pyrroline was not detectable in indica rice samples while 4-vinylphenol was only detectable in japonica rice. The content of vanillin in japonica rice was significantly higher than in indica rice. However, the contents of 1-octene-3-ol, pentanal and hexanal in indica rice were significantly higher than in japonica rice. Thus, through principal component analysis (PCA) of the flavor components of cooked rice, we distinguished between indica and japonica rice.
Key words：indica rice; japonica rice; cooked rice; flavor; principal component analysis
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201716017
中图分类号：TS207.3
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2017）16-0110-05
引文格式：
张敏, 苗菁, 苏慧敏, 等. 不同品种稻米的米饭风味分析[J]. 食品科学, 2017, 38(16): 110-114. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201716017. http://www.spkx.net.cn
ZHANG Min, MIAO Jing, SU Huimin, et al. Analysis of flavor compounds in different varieties of cooked rice[J]. Food Science, 2017, 38(16): 110-114. (in Chinese with English abstract)
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201716017. http://www.spkx.net.cn
收稿日期：2016-12-14
基金项目：国家自然科学基金面上项目（31371830）
作者简介：张敏（1972—），女，教授，博士，研究方向为粮食、油脂与植物蛋白工程。E-mail：xzm7777@sina.com