董艷，田媛，張正海

(黑龍江省科學院大慶分院，黑龍江 大慶 163319)

發(fā)芽糙米是將糙米發(fā)芽至一定程度(0.5～1 mm)而得到的由幼芽和帶糠層的胚乳組成的糙米制品[1]。糙米在發(fā)芽過程中內(nèi)源酶被激活，將蛋白質(zhì)、淀粉、多糖等降解為小分子，富集更多的營養(yǎng)和生理活性成分，如膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)、γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、磷酸肌醇、谷維醇等，具有抗動脈粥樣硬化、降低心腦血管疾病發(fā)病率和抗衰老等諸多保健功效[2]。其直接食用口感較差，以致其相關(guān)食品的消費一直很難得到推廣。目前發(fā)芽糙米加工中大多采用酶解或發(fā)酵工藝，如李偉等[3]采用α-淀粉酶、吳偉莉等[4]采用淀粉酶和糖化酶、曹陽等[5]采用酵母復合乳酸菌、李雪[6]通過接種米曲霉和雙歧桿菌制備發(fā)芽糙米飲品。發(fā)芽糙米經(jīng)酶和米曲加工后能夠改善其風味并保留其營養(yǎng)成分，并可提高人們的接受度。但酶和米曲加工后發(fā)芽糙米揮發(fā)性成分的研究未見報道。本研究利用氣相色譜偶聯(lián)離子遷移譜技術(shù)(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS)[7]分析酶、米曲加工方法對發(fā)芽糙米揮發(fā)性成分的影響，旨在為發(fā)芽糙米發(fā)酵飲料、發(fā)芽糙米米酒、發(fā)芽糙米米醋等發(fā)芽糙米食品研發(fā)時增強其風味化合物飽滿性、改善其適口性提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

市售發(fā)芽糙米：東極小鎮(zhèn)牌；酶制劑(淀粉酶100000 U/g、糖化酶40000 U/g、纖維素酶3000 U/g)：日本洛東化成工業(yè)株式會社；米曲：新潟麥酒株式會社。

BS211S型電子天平 北京賽多利斯科學儀器有限公司；FlavourSpec?氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用儀 德國 G.A.S.公司。

1.2 樣品準備

0號樣品：稱量100 g發(fā)芽糙米，加入100 mL水，勻漿。

1號樣品：稱量100 g發(fā)芽糙米，加入100 mL水，加入1 g淀粉酶、1 g糖化酶、0.5 g纖維素酶、30 g米曲，勻漿。

2號樣品：稱量100 g發(fā)芽糙米，加入100 mL水，加入1 g淀粉酶、1 g糖化酶、0.5 g纖維素酶，勻漿。

3號樣品：稱量100 g發(fā)芽糙米，加入100 mL水，加入30 g米曲，勻漿。

將0，1，2，3號樣品分別放在培養(yǎng)箱中60 ℃培養(yǎng)12 h后冷卻密封待測。

1.3 GC-IMS分析

GC-IMS分析委托山東海能科學儀器有限公司實驗室完成，取2 g樣品于20 mL頂空進樣瓶中，經(jīng)頂空進樣通過氣相色譜-離子遷移譜FlavourSpec?進行測試，經(jīng)G.A.S.軟件分析得到樣品中揮發(fā)性有機物的差異譜圖。GC-IMS設備的分析條件見表1。

表1 分析條件Table 1 The analysis of conditions

續(xù) 表

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Laboratory Analytical Viewer和GC×IMS Library Search Software軟件對GC-IMS數(shù)據(jù)進行揮發(fā)性成分的差異圖譜及定性分析，利用NIST 2014 數(shù)據(jù)庫與G.A.S.的IMS遷移時間數(shù)據(jù)庫進行二維定性，通過儀器配備的功能軟件可給出樣品的氣相色譜-離子遷移譜圖、揮發(fā)性有機物的Gallery Plot指紋譜圖等，清晰展示樣品的風味成分，快速找出之間的差異[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同加工方法對發(fā)芽糙米揮發(fā)性有機物的成分分析

酶、米曲加工后發(fā)芽糙米GC-IMS二維譜圖見圖1，縱坐標為氣相保留時間，橫坐標為離子遷移時間(drift time)，左側(cè)深色豎線為RIP(即反應離子峰，drift time約為7.84 ms)。RIP兩側(cè)的每一個點代表一種揮發(fā)性有機物。顏色代表物質(zhì)的濃度，白色表示濃度較少，深色表示濃度較大，顏色越深表示濃度越大，整個譜圖即代表了樣品的頂空成分。

圖1 發(fā)芽糙米樣品HS-GC-IMS二維譜圖比較Fig.1 Comparison of HS-GC-IMS two-dimensional spectra of germinated brown rice

由圖1可知，GC-IMS可將不同加工方法的發(fā)芽糙米揮發(fā)性成分有效分離，且可直觀展示不同加工方法下的揮發(fā)性成分差別，使用GC×IMS Library Search軟件，通過內(nèi)置的NIST 2014氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫與G.A.S.的IMS遷移時間數(shù)據(jù)庫二維定性，最終確定了 36 種揮發(fā)性有機組分(見表2)和 36個特征峰位置點(見圖2)，位置點編號與表 2中編號一致。36 種揮發(fā)性有機組分包括一些物質(zhì)的二聚體，主要由醛類、酮類、醇類、酯類、酸類、雜環(huán)類等組成，醛類化合物14 種、酮類化合物5 種和醇類化合物5 種，占確定揮發(fā)性有機物的1/2以上。GC-IMS將不同加工方法的發(fā)芽糙米樣品的揮發(fā)性有機物進行指紋采集，對比分析GC-IMS的二維譜圖和指紋圖譜可以將不同加工方法的發(fā)芽糙米樣品進行區(qū)分，共檢測出36 種物質(zhì)并對其定性。

圖2 36個特征峰選取位置點Fig.2 36 characteristic peaks selection locations

表2 發(fā)芽糙米樣品揮發(fā)性化合物的定性分析Table 2 Qualitative analysis of volatile compounds in germinated brown rice

續(xù) 表

2.2 不同加工方法對發(fā)芽糙米揮發(fā)性成分差異分析

采用LAV軟件的Gallery Plot插件，自動生成指紋圖譜，對比不同工藝條件處理得到的發(fā)芽糙米間揮發(fā)性有機物的差異，結(jié)果見圖 3。

圖3 發(fā)芽糙米樣品HS-GC-IMS指紋圖譜Fig.3 HS-GC-IMS fingerprint spectra of germinated brown rice samples注：圖3中橫坐標為化合物名稱，縱坐標為樣品編號(n=2)。

由圖 3可知，不同處理工藝的發(fā)芽糙米樣品揮發(fā)性有機物種類和濃度呈現(xiàn)出明顯的差異。將圖 3標記不同區(qū)域，a框區(qū)域是0號樣品的主要風味物質(zhì)，包括己酸、2-庚酮、2-丁酮、丁酸、乙縮醛、2-戊酮、2-己酮等，這些物質(zhì)的濃度比其他樣品中稍高。據(jù)報道，己酸是兔肉腥味的主體成分[9]，2-庚酮有類似梨的水果香味[10]；b框區(qū)域的物質(zhì)在1 號樣品中含量較高，其中包含米曲和米曲協(xié)同生物酶發(fā)酵后發(fā)芽糙米樣品的揮發(fā)性有機成分，主要有苯乙醛、2-乙基-6-甲基吡嗪、1-己醇、1-戊醇、2-正戊基呋喃、苯甲醛、3-甲硫基丙醛、糠醛、異戊醛、2-甲基丙醛、2-甲基丙醇等，其中苯乙醛具有花香，苯甲醛具有杏仁、堅果香且均是米曲霉發(fā)酵高鹽稀態(tài)醬油過程中的典型揮發(fā)性風味物質(zhì)[11]，3-甲硫基丙醛有醇厚的醬香、洋蔥香和紅燒肉香味[12]，異戊醛經(jīng)稀釋后具有蘋果的香味[13]，2-正戊基呋喃有烤堅果或者烤肉的焦香，易與硫化氫反應產(chǎn)生強烈的香氣，并且感覺閾值極低，多生成于美拉德反應[14]，吡嗪類化合物多具有巧克力香、堅果香、焦香、烤香等氣味[15]；d框區(qū)域的物質(zhì)在2 號樣品中含量較高，有壬醛、辛醛、庚醛、正己醛、戊醛等，其中壬醛是玫瑰、綠茶等中的特征香氣物質(zhì)，具有玫瑰花香和柑橘的清香，庚醛具有水果香味，正己醛呈現(xiàn)清鮮氣息和水果香；c框區(qū)域的3-甲基-3-丁烯-1-醇、乙酸乙酯、乙酸3-甲基丁酯、丁醛等物質(zhì)在3號樣品中含量較多，分析其中應有米曲本身的揮發(fā)性風味物質(zhì)，酯類化合物大多呈現(xiàn)怡人的花香和水果香氣，乙酸乙酯是白酒中重要的香氣化合物。

由圖1～圖3結(jié)合表2 可知，使用酶、米曲加工后發(fā)芽糙米揮發(fā)性有機物的指紋信息改變。主要原因在于：揮發(fā)性有機物隨著酶、米曲加工條件的改變而變化(產(chǎn)生、消失或濃度改變)，不同的變化存在規(guī)律性，具體哪些揮發(fā)性有機物發(fā)生了變化還需進一步檢測。此外，1號樣品是通過酶與米曲共同加工得到的發(fā)芽糙米樣品，其醛類化合物如壬醛、庚醛、正辛醛、正己醛含量比2號樣品少，在酯類方面，如乙酸-乙酯、3-甲基-1-丁醇乙酸酯是的豐富度和濃度低于3號樣品，但其整體揮發(fā)性有機成分種類與濃度均高于其他3個樣品，其原因是糖化酶、淀粉酶、纖維素酶高效催化使發(fā)芽糙米中儲藏的淀粉和非淀粉多糖降解，米曲中的蛋白酶、植酸酶等混合生物酶體系，使其進一步分解為聚合度更低的小分子，同時米曲本身帶來的風味物質(zhì)也增加了1號樣品中的揮發(fā)性有機成分。

3 結(jié)論

本研究采用氣相色譜-離子遷移譜法測定了酶、米曲加工后發(fā)芽糙米樣品的揮發(fā)性有機成分，將不同加工方法的發(fā)芽糙米樣品的揮發(fā)性有機物進行指紋采集，對比分析GC-IMS的二維譜圖和指紋圖譜，將不同加工方法的發(fā)芽糙米樣品進行區(qū)分，結(jié)果顯示：分別采用酶協(xié)同米曲、酶、米曲加工后的發(fā)芽糙米樣品與發(fā)芽糙米樣品的揮發(fā)性風味存在明顯差異，采用酶與米曲協(xié)同加工得到的發(fā)芽糙米樣品主體揮發(fā)性物質(zhì)組成更豐富，具有獨特的香氣和風味。本研究為發(fā)芽糙米增香技術(shù)及不同風味發(fā)芽糙米調(diào)味品的開發(fā)提供了信息。