畢文雅 石天玉張來林

(國家糧食和物資儲備局科學研究院1，北京 100037) (河南工業(yè)大學2，鄭州 450052)

關鍵字 甬優(yōu)15 揮發(fā)性成分 儲藏 氣相色譜質譜法

稻谷在儲藏期間，由于呼吸氧化作用和各種酶的作用，其品質必然會隨著儲藏時間的延長而發(fā)生變化，甚至劣變。傳統(tǒng)的稻谷儲藏品質評價指標如脂肪酸值、發(fā)芽率、電導率等，無法做到快速、無損地判定稻谷品質。由于優(yōu)質稻帶有獨特的香氣，其揮發(fā)物的種類和含量也可以用于判斷其優(yōu)質稻品質變化。隨著儲藏時間以及條件的變化，優(yōu)質稻本身的香氣組成和含量會發(fā)生改變，揮發(fā)性物質作為判定品質優(yōu)劣的關鍵指標，在食品的質量、新鮮程度、安全等評估方面起著重要的作用。檢測優(yōu)質稻的揮發(fā)物及其變化規(guī)律可為優(yōu)質稻合理儲藏、適時輪換提供參考，極具重要的現(xiàn)實意義。

固相微萃取(SPME)作為一種無需溶劑的萃取技術，具有高效、全能、操作簡便、自動分析檢測高通量樣品、可與其他技術在線聯(lián)用等優(yōu)點，固相微萃取的取樣方式有兩種:直接取樣和頂空取樣[1]。頂空固相微萃取(HS-SPME)由于分析物被富集在固相微萃取頭上，可以提高檢出靈敏度幾倍到幾十倍[2]，已經成為一種揮發(fā)性物質測定的常用方法。氣質聯(lián)用(GC-MS)靈敏度高、抗干擾能力強，在化學、生物和環(huán)境分析中已得到廣泛的應用[3]。

近年來，國內外對于稻谷的揮發(fā)性物質作了大量研究[4-8]。Maga[9]總結了在稻谷及其加工產物中被檢測到的揮發(fā)性氣味，在香稻、普通稻、米飯之間有顯著差別。Legendre等[10]利用GC-MS方法在稻谷、糙米、精米和米糠中的揮發(fā)物中檢測到甲醇、乙醇、己醇、乙醛、戊醛、己醛和丙酮等，在大米谷物制品揮發(fā)物中還檢測到2-甲基-丙醛、2-甲基-吡嗪、2,5-二甲基-吡嗪、2,6-二丁基-4-甲基-苯酚、糠醛、苯甲醛等；認為GC-MS是一種快速的分析揮發(fā)物的方法，可用來分析稻谷新品種以及米制品儲藏前后的怡人氣味或酸敗異味。Klensporf等[11]利用SPME-GC/MS來檢測燕麥樣品的多不飽和脂肪酸氧化期間形成的揮發(fā)物，主要的揮發(fā)物為羰基化合物——醛類(不包括己醛)，在新鮮樣品中含量為(67±3)～(133±5) μg/kg，在老化樣品中為(137±4)～(398±12) μg/kg，如己醛在新鮮樣品的含量達到158 μg /kg,而在老化樣品中超過1 mg/kg。

本研究以閩北地區(qū)的南平市浦城縣大量種植的優(yōu)質稻甬優(yōu)15為研究對象。2010—2012年，甬優(yōu)15參加福建省中稻區(qū)實驗，比對照品種Ⅱ優(yōu)明86增產3.67%，達極顯著水平，平均產量9.076 t/hm2[12]。甬優(yōu) 15于2013年通過福建省農作物品種審定委員會審定(閩審稻2013006)，適宜在福建省稻瘟病輕發(fā)區(qū)作中稻種植[13]。本實驗利用HS-SPME/GC-MS，對甬優(yōu)15在儲藏期間的揮發(fā)性物質相對含量和變化進行測定，找出揮發(fā)性物質與其品質變化之間的聯(lián)系，為閩北地區(qū)儲藏甬優(yōu)15提供參考。

1 材料與儀器

1.1 材料及儲藏方法

甬優(yōu)15號優(yōu)質稻：福建南平，2015年10月產。

儲藏方法：將樣品原始水分調整到13.1%、13.8%、14.5%(優(yōu)質秈稻安全水分13.5%，設計低于安全水分、偏高安全水分、高于安全水分)，分裝到鋁箔袋中，用熱合機封口，放入20 ℃的恒溫箱中模擬儲藏9個月(優(yōu)質稻作為短期輪換品種，成功度夏即可完成銷售)，每間隔3個月檢測揮發(fā)性物質。

1.2 主要儀器與設備

2010 Ultra氣相-質譜聯(lián)用儀；50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取進樣頭；頂空微萃取瓶；SPME手柄。

1.3 實驗條件及數(shù)據(jù)處理

固相微萃?。簩? g潔凈優(yōu)質稻放入20 mL頂空微萃取瓶中，密封后置于80 ℃的恒溫水浴鍋中，平衡60 min后，再將萃取頭插入頂空瓶吸附45 min，于GC-MS進樣口250 ℃下解析5 min。

GC條件：采用RXI-5SIL MS毛細管色譜柱，進樣口250 ℃，載氣流量(He)1 mL/min，不分流模式進樣，程序升溫：起始溫度60 ℃，以6 ℃/min升至165 ℃(保持5 min)，以5 ℃/min升至190 ℃，以10 ℃/min升至250 ℃(保持6 min)。

MS條件：接口溫度260 ℃，離子源溫度200 ℃，四級桿溫度150 ℃，F(xiàn)ull scan掃描范圍35～500m/z。

數(shù)據(jù)處理：定性分析由檢索庫、NIST標準質譜庫、Weily標準質譜庫匹配求得，選取相似度大于等于80%的揮發(fā)性氣體進行分析。

2 結果與分析

對不同的儲藏時間和含水量的優(yōu)質稻的揮發(fā)性物質進行鑒定，由譜庫檢索結果顯示，除去少量的硅氧化合物以及少量的柱流失物外，匹配度大于80%的有147種。其中烴類共75種(烷烴類52種、烯烴類18種、芳香烴5種)、醇類22種、酯類15種、醛類14種、酮類9種、酸類2種、醚類3種、酚類2種和雜環(huán)化合物2種。

由圖1可見，初始樣品中主要揮發(fā)性物質集中在4～30 min之間的比例分配，其中烷烴占有比例最大，其次是醛類、酮類、醇類、芳香烴、酯類、酸類、烯烴。烯烴類、醇類、醛類物質的含量隨儲藏時間的延長而上升，酮類和酯類變化不明顯，烷烴類和酸類呈下降趨勢(圖2)。

圖1 原樣中揮發(fā)物質占有比例

2.1 醇類揮發(fā)性物質

醇類多是稻米香氣的貢獻者，醇類化合物通常具有芳香、植物香、酸敗和土氣味。首先，直鏈低級醇大體上是無風味的，但會隨碳鏈增長而風味增強，且表現(xiàn)出清香、木香、脂肪香、草木味、蘑菇味等特征，如正辛醇會有水果、花香味[14]；由表1可知，甬優(yōu)15的含水量越高，檢測出的正辛醇含量越高。其次，多數(shù)醇類化合物的閾值較高，只有含量較高或為非飽和醇，才會對風味產生很大影響[15]；很多研究認為醇類來源于脂類氧化，含有3～8個碳的烷醇可能是不飽和脂肪酸的熱降解產物，即醇類可能是由氫過氧化物的氧化酶對脂肪酸的作用、脂肪的氧化分解生成或由羰基化合物還原生成醇[16]；由表1可知，存放90 d后僅有含水量為14.5%的甬優(yōu)15樣品檢測到了含量極低的C7庚醇，由此判斷存放90 d后10組樣品中的脂類氧化不明顯或還未產生因氧化分解生成的醇類。不同的醇類具有各自特殊的香氣，也因此賦予了不同儲藏時期稻米各自特有的香氣作用。在儲藏后期，稻米劣變、陳化后，清新味轉變?yōu)殛惷壮粑兜臉酥揪褪菣z測到的醇類物質相對減少；由表1可知，1-壬醇隨著儲藏時間延長呈上升趨勢，由此可作為甬優(yōu)15儲藏時間延長的醇類標志物。

圖2 不同含水量的甬優(yōu)15在常規(guī)儲藏下GC-MS檢測雷達圖

表1 甬優(yōu)15在儲藏期間揮發(fā)物成分及相對質量分數(shù)/%(部分)

中文名分子式原樣90 d180 d270 d13.10%13.80%14.50%13.10%13.80%14.50%13.10%13.80%14.50%烷烴2-甲基-二十三烷C24H50———0.15——————醇類庚醇C7H16O———0.84——————正辛醇C8H18O3.441.373.38—3.924.134.56——4.862-壬烯-1-醇C9H18O———14.37———20.9920.54—1-壬醇C9H2004.04—5.4310.254.825.735.888.976.585.805-乙基-2-庚醇C9H20O———0.13————0.53—(1S,2S,3S,5R)-(+)-異松蒎醇C10H18O—0.530.520.66—————0.291-癸醇C10H22O——1.72———————2-丙基-1-庚醇C10H22O——0.340.610.480.44—0.680.78—2,7-二甲基-1-辛醇C10H220——1.78————1.12——2-十二醇C12H26O—————0.52————2-丁基-1-辛醇C12H26O———1.010.560.991.392.05—1.16反-2-十三烯醇C13H26O———0.77——————2-三癸醇C13H28O0.85—0.90—0.77—0.920.73—0.702,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇C14H26O2—2.39——2.623.09—1.421.522.322-乙基—十二醇C14H30O——0.12———————2-十五烷基-1-醇C15H28O———0.38——0.280.52——十六醇C16H32O——0.24———————己基癸醇C16H34O————————0.32—2-十六烷醇C16H34O—0.64————————十七醇C17H36O————0.21—————十九醇C19H40O0.290.260.510.600.77—0.360.59—0.281-二十醇C20H42O———0.140.25————0.33酯類alphs-戊基-gama-丁內酯C9H16O2—0.40————————辛酸乙酯C10H20O2——————0.51———(1-羥基-2,4,4-三甲基戊-3-基)2-甲基丙酸酯C12H24O3——————0.27—丙酸香葉酯C13H22O2———4.63——————鄰苯二甲酸二丁酯C16H22O4——0.36——0.301.05———鄰苯二甲酸二異丁酯C16H22O41.400.190.240.180.840.821.950.34—0.572,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯C16H30O40.64———0.811.040.610.670.991.299-十八烷基酯C18H34O—————0.45————辛基癸酸酯C18H36O41.41—————————棕櫚酸乙酯C18H36O2——————0.33———鄰苯二甲酸丁基酯2-乙基已基酯C20H20O40.75———0.30————0.17草酸烯丙基十六烷基酯C21H38O40.69—————————鄰苯二甲酸丁基癸酯C22H34O4——0.23———————己二酸二辛酯C22H42O4————————1.06—鄰苯二甲酸二正辛酯C24H38O4————————0.49—醛類(E)-2-庚烯醛C7H12O—————0.32————2-羥基-4-甲基苯甲醛C8H8O2————————2.93—辛醛C8H16O1.918.146.355.91—6.967.578.14—3.08反,反-2,4-壬二烯醛C9H14O————————2.78—椰子醛C9H16O20.48—0.590.470.670.700.900.50—0.63反式2-2壬烯醛C9H16O0.440.400.510.590.740.990.830.630.380.332-乙基-丁醛C10H12O——————0.72———反式-2-癸烯醛C10H18O0.730.990.640.990.91———0.91(2Z)-2-癸烯醛C10H18O—————1.020.87———可可醛C10H18O————————2.25—反式-2-十—烯醛C11H20O——————0.74———反-2-十二烯醛C12H22O——————0.27———月桂醛C12H24O16.1836.5230.7610.1629.5631.7234.9812.0710.9634.94十六醛C16H32O———0.20————0.60—酮類5-甲基-3-己烯-2-酮C7H12O1.35————————1.461-(2-呋喃基)-2-丁酮C8H10O2———————0.94——2,3-辛二酮C8H14O2————1.741.11——1.07—

續(xù)表1

2.2 酯類揮發(fā)性物質

酯類化合物通常是脂肪酸氧化降解產生的醇以及小分子的脂肪酸發(fā)生酯化反應產生的。一般認為，酯類對稻米的香氣起著烘托作用，Zeng等[17]的研究認為酯類是米飯的風味物質之一。由表1可知，共有15種酯類被檢測出；檢測到新鮮優(yōu)質稻中酯類揮發(fā)性物質總質量分數(shù)為4.88%，存放90 d后13.1%和13.8%水分的甬優(yōu)15樣品揮發(fā)物總質量分數(shù)分別下降為0.59%和0.83%，14.5%的甬優(yōu)15樣品揮發(fā)物總質量分數(shù)與新鮮稻谷持平，存放180 d后13.1%和13.8%水分的甬優(yōu)15樣品揮發(fā)物總質量分數(shù)有所上升，分別為1.95%和2.61%，14.5%的甬優(yōu)15樣品揮發(fā)物總質量分數(shù)有所下降，存放270 d后3個含水量的甬優(yōu)15的揮發(fā)物總量相近且均低于新鮮優(yōu)質稻。酯類物質相對含量總體呈現(xiàn)降低的趨勢，酯類揮發(fā)物含量在初始時最高，隨著儲藏時間的延長先下降再上升，儲藏結束時小于初始值，且同一儲藏期，含水量越高，酯類揮發(fā)物總量越高；酯類揮發(fā)物中，鄰苯二甲酸二異丁酯始終出現(xiàn)，其含量隨著儲藏時間的延長先下降后上升再下降，可作為甬優(yōu)15的酯類標志物。

2.3 醛類揮發(fā)性物質

醛類是稻米揮發(fā)物的重要組成成分之一，也是稻米香氣重要化合物之一。醛類是脂類物質被降解和被氧化的產物，舒在習等[18]認為在儲藏過程中，稻谷含有的脂類會發(fā)生氧化作用，產生過氧化物和羰基化合物，還會因水解作用產生脂肪酸和甘油，所以稻米的游離脂肪酸含量會增多，常產生難聞的高沸點醛類物質。楊曉娜等[19]研究認為，醛類閾值較低，對整體風味貢獻較大，適量醛類物質的感官屬性常為青草味或清淡的水果味，并因此賦予大米令人愉悅的清新青草味及淡水果香味，但當其含量過高時會產生令人厭惡的腐敗味。低級的飽和脂肪族醛往往具有強烈的刺激性氣味，當碳原子數(shù)大于8時，刺激性氣味減弱，出現(xiàn)令人愉快的香味，而碳原子數(shù)繼續(xù)增加超過12時，閾值變高，氣味不易被嗅到。然而，有研究認為由于稻米氣味依賴于閾值、氣味特征等的原因，在揮發(fā)性物質含量中占主導地位的醛類并不在稻米氣味形成中起主要作用[20]?？禆|方等[21]研究表明不飽和醛類，如烯醛類在濃度極稀時有愉快的橙香氣。月桂醛含12個碳原子，其閾值較高，具有紫羅蘭氣息，當含量較高時才易被嗅到。由表1可知，甬優(yōu)15樣品中檢測到的醛類有正辛醛、椰子醛、月桂醛、反式-2-壬烯醛、反式-2-癸烯醛等14種；隨著儲藏時間的延長，多數(shù)醛類物質均出現(xiàn)相對含量增加的現(xiàn)象，與文獻研究相符；初始樣品中反式-2-壬烯醛的質量分數(shù)為0.44%，隨著儲藏時間的延長先上升后降低，且含水量越高其含量越高；初始樣品中月桂醛的質量分數(shù)為16.18%，存放270 d后不同含水量的月桂醛的質量分數(shù)為12.07%、10.96%和34.94%，可見14.5%的甬優(yōu)15優(yōu)于其他含水量的樣品。

2.4 酮類揮發(fā)性物質

酮類揮發(fā)物可能源于熱降解、脂肪氧化、氨基酸的降解和美拉德反應等。多數(shù)酮類化合物具有輕微的清香味、水果味或酸甜味，C8～C15的酮具有油脂酸敗的哈喇味。由表1可知，甬優(yōu)15樣品中檢測到酮類有9種，其中2-十一酮、6,10-二甲基-5,9-十一雙烯-2-酮、六氫假紫羅酮始終出現(xiàn)；2-十一酮(油脂香)的含量隨著儲藏時間略微升高，存放270 d后只有含水量14.5%的甬優(yōu)15中檢測到1.46%，優(yōu)于其他含水量；6,10-二甲基-5,9-十一雙烯-2-酮在儲藏后比初始樣含量低，存放270 d后不同含水量下的6,10-二甲基-5,9-十一雙烯-2-酮的質量分數(shù)分別為1.37%、0、1.61%；六氫假紫羅酮在儲藏期間先上升后下降，存放90 d后不同含水量之間均上升， 13.8%和14.5%的樣品在存放180 d后時開始下降，而14.5%的樣品在存放270 d后才開始下降，說明儲藏180 d后樣品中的六氫假紫羅酮減少，且14.5%的樣品好于其他含水量的樣品。

2.5 其他揮發(fā)性物質(未展示數(shù)據(jù))

對于其他對稻米風味形成影響較小的物質而言，烷烴類揮發(fā)性成分隨著儲藏時間的延長呈下降趨勢，C5～C17的飽和烷烴閾值較高，具有支鏈的烷烴通常具有清香和甜香的風味[18]，但對稻米的香氣貢獻較小，不在此贅述。烯烴類隨著儲藏時間呈上升的趨勢。酸類中的壬酸隨著儲藏時間延長而下降，初始值最高。苯酚類中的2,4-二叔丁基苯酚在存放180 d后才開始出現(xiàn)。醚類檢測出3種，但都僅出現(xiàn)過1次。雜環(huán)中2-戊基苯酚在存放90 d后出現(xiàn)，270 d后消失，王霞等[22]研究其具有火腿香味，閾值較低，幾乎存在于多有的食品氣味中。芳香烴僅在原始樣品中檢測到，其他樣品中未檢測到。

4 結論

不同含水量甬優(yōu)15隨著儲藏時間的延長，不同類別的揮發(fā)物含量均有明顯波動。隨著儲藏時間的延長，烯烴類、醇類、醛類物質的含量呈上升趨勢，酮類和酯類變化不明顯，烷烴類和酸類呈下降趨勢；14.5%的甬優(yōu)15好于其他含水量的樣品，儲藏期180 d時為清香物質的含量峰值，隨著繼續(xù)儲藏效果變差，1-壬醇隨著儲藏時間延長呈上升趨勢，可作為甬優(yōu)15儲藏時間延長的醇類標志物；鄰苯二甲酸二異丁酯的含量隨著儲藏時間的延長先下降后上升再下降，可作為甬優(yōu)15的酯類標志物；反式-2-壬烯醛的含量隨著儲藏時間先上升后降低，且含水量越高，其含量越高，可作為甬優(yōu)15的醛類標志物。