田雪梅,郝佳容,周國(guó)鑫,劉興泉*,張 濤*

(1. 浙江農(nóng)林大學(xué)食品與健康學(xué)院,杭州 311300;2. 國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院,北京 100037)

糙米是稻谷經(jīng)礱谷機(jī)脫殼后而得到的全谷物顆粒米,由米糠層、胚、胚乳三部分組成,營(yíng)養(yǎng)成分保存完好(張文昊等, 2013)。儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中糙米極易受到溫度的影響,并伴隨有蟲(chóng)害的發(fā)生。米象Sitophilusoryzae屬鞘翅目象甲科昆蟲(chóng),為世界性重要儲(chǔ)糧害蟲(chóng),其寄主范圍廣、繁殖力強(qiáng)、世代重疊和抗逆性強(qiáng),對(duì)多種谷物及其加工品均可造成嚴(yán)重危害(楊悅玲等, 2021)。糙米因儲(chǔ)糧害蟲(chóng)侵染或自身內(nèi)源酶等作用會(huì)發(fā)生品質(zhì)變化,包括脂質(zhì)氧化和蛋白質(zhì)降解反應(yīng),尤其是香氣會(huì)受到影響(崔素萍等, 2008; 張玉榮等, 2019)。糧食揮發(fā)性成分大多來(lái)自脂肪酸和氨基酸的氧化降解。有研究表明,食品中不飽和脂肪酸的氧化通常與異味有關(guān)。糙米脂肪酸會(huì)發(fā)生自動(dòng)氧化、酶促氧化、光敏氧化等反應(yīng),賦予特殊的香氣,使其感官品質(zhì)降低、風(fēng)味劣化等(曹文明等, 2013)。氨基酸通過(guò)脫氫、脫羧反應(yīng)生成酯類、醇類、酸類、醛類等化合物(穆德倫等, 2020)。有文獻(xiàn)報(bào)道,谷物中酮類化合物大多源于不飽和脂肪酸的氧化或熱降解、氨基酸降解或微生物氧化,通常具有清香氣味(張敏等, 2017)。脂肪酸、氨基酸的變化會(huì)直接影響到揮發(fā)性成分的變化。小米煮熟后游離脂肪酸含量增加,其中棕櫚酸對(duì)揮發(fā)物的形成沒(méi)有貢獻(xiàn),而硬脂酸則通過(guò)脫羧產(chǎn)生十七烷,不飽和脂肪酸產(chǎn)生的揮發(fā)性成分最多(Lietal., 2021)。小麥在儲(chǔ)藏過(guò)程中,己醇、辛醇的相對(duì)含量與脂肪酸的變化有顯著相關(guān)性,十五烷、十六烷的含量與脂肪酸的變化相關(guān)性較顯著(趙丹,2012)。水果中異亮氨酸含量的升高可以促進(jìn)2-甲基丁基類揮發(fā)性化合物的合成(Matich and Rowan, 2007)。Porretta等(1995)發(fā)現(xiàn)超高壓處理后游離脂肪酸被氧化形成了正己醛和己烯醛。

前人研究發(fā)現(xiàn),10℃條件下害蟲(chóng)的代謝率、體內(nèi)水分以及酶活性會(huì)降低,儲(chǔ)藏前期仍可以活動(dòng),后期慢慢出現(xiàn)冷昏迷、活動(dòng)受阻、不能取食,直至最終死亡(Jianetal., 2003)。10℃儲(chǔ)藏條件下糙米的脂肪酸值低于準(zhǔn)低溫,生理變化過(guò)程受到抑制(陳永春等, 2019)。10℃被證實(shí)是在自然冷資源稻谷儲(chǔ)藏倉(cāng)中稻谷的最佳儲(chǔ)藏溫度,可以有效保證稻谷的儲(chǔ)藏品質(zhì)(施燦璨等, 2018)。曹俊等(2017)等對(duì)不同儲(chǔ)藏溫度下稻谷的揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果表明在低溫(10℃)儲(chǔ)藏時(shí),檢測(cè)到的稻谷揮發(fā)性成分最多。在相對(duì)濕度為85%、儲(chǔ)藏溫度為10～35℃條件下,稻谷的脂肪酸值、霉菌總數(shù)隨著儲(chǔ)藏溫度的增加而逐漸增高(周建新, 2011);儲(chǔ)藏溫度為10℃、20℃、30℃條件下,10℃條件下稻谷的脂肪酸值、霉菌總數(shù)最低,有利于保證稻谷的品質(zhì)(陳銀基, 2016)。

與大米相比,糙米含有更多的蛋白質(zhì)和脂質(zhì),所以氨基酸、脂肪酸氧化降解與揮發(fā)性成分的關(guān)系值得深究。有關(guān)米象侵染糙米的研究報(bào)道大多集中揮發(fā)性成分的變化規(guī)律,而脂肪酸、氨基酸、揮發(fā)性成分之間的聯(lián)系研究少有報(bào)道。因此,本試驗(yàn)研究了10℃條件下米象侵染糙米后脂肪酸、氨基酸和揮發(fā)性成分的變化,篩選特征揮發(fā)性成分,分析了前體物質(zhì)脂肪酸、氨基酸與揮發(fā)性成分變化之間存在的聯(lián)系,為進(jìn)一步探討此過(guò)程中揮發(fā)性成分的變化機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糙米來(lái)自黑龍江省綏化市農(nóng)戶2020年晚粳稻,品種為綏粳18號(hào)。利用礱谷機(jī)將稻谷脫殼得到的糙米樣品,過(guò)篩清除雜質(zhì),水分含量為13.4%。將該樣品密封于自封袋中,進(jìn)行-4℃低溫處理一周,以消除樣品中有害生物的影響(牛永浩, 2015)。

米象以全麥為飼料,培養(yǎng)于實(shí)驗(yàn)室恒溫恒濕培養(yǎng)箱30±1℃、RH80%±1%、24 h無(wú)光照條件下,連續(xù)飼養(yǎng)10代以上。挑選發(fā)育處于同一階段的2周齡成蟲(chóng)作為試驗(yàn)用蟲(chóng)。

氫氧化鉀、氯化鈉、氫氧化鈉、石油醚(60～90℃)、濃硫酸、甲醇(均為分析純),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;正己烷、2-辛醇(均為色譜純),阿拉丁公司;異硫氰酸苯酯(純度>97%)、17種氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品(純度>98%)、2-辛醇(純度>99.8%),Sigma公司;甲醇、乙腈,均為色譜純,TEDIA公司;正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(C7～C40),上海安譜科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

高效液相色譜儀:LC-20AT,配SPD檢測(cè)器和自動(dòng)進(jìn)樣器,日本島津公司;氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀:GCMS-QP2010PLUS,配AOC-20I自動(dòng)進(jìn)樣器,日本島津公司;聚二甲基硅氧烷/碳分子篩/二乙烯苯(DVB/CAR/PDMS)50/30 μm萃取頭及SPME手動(dòng)柄,美國(guó)Supelco公司;人工氣候箱:MGC-300H,上海一恒科技有限公司;旋渦振蕩器:QZ-866,海門市其林貝爾儀器制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1侵染實(shí)驗(yàn)

根據(jù)蟲(chóng)糧等級(jí)劃分及等級(jí)指標(biāo)(GB/T 29890-2013),將200 g糙米裝入玻璃容器中混勻,接入20頭米象(雌雄比14∶1),紗網(wǎng)封口后放入10±1℃,RH80%±1%的培養(yǎng)箱中進(jìn)行5周的侵染實(shí)驗(yàn)。

1.3.2氨基酸組分的測(cè)定

稱取0.1000 g樣品置于水解管中,加入10 mL 6 mol/L鹽酸,振蕩使樣品均勻分布在溶液中,于110±1℃烘箱中水解24 h,水解結(jié)束后取出冷卻,取2 mL上清液于蒸發(fā)皿中在80±1℃下?lián)]干溶劑,加入2 mL水溶解,過(guò)濾待衍生化。取1 mL樣液分別加入14%三乙胺乙腈溶液和1.2%異硫氰酸苯酯乙腈溶液各0.5 mL,混勻,室溫下靜置1 h后,加入0.1 mL 20%乙酸,混勻,再加入2 mL正己烷提取,漩渦混合器震蕩60 s后靜置10 min,萃取反應(yīng)過(guò)剩的異硫氰酸苯酯,取下層清液經(jīng)0.45 μm有機(jī)濾膜過(guò)濾后待HPLC分析。

流動(dòng)相A:乙酸鈉緩沖液;流動(dòng)相B:乙腈—水(4∶1);流速:1.0 mL/min;檢測(cè)波長(zhǎng):254 nm;柱溫:40℃;進(jìn)樣量:10 μL;洗脫程序如下所示(表1)。

表1 氨基酸洗脫程序

1.3.3脂肪酸組分的測(cè)定

參照許光利(2017)方法并適當(dāng)修改,稱取2.50 g米粉于50 mL離心管中,加入25 mL沸程為60～90℃的石油醚,于42℃、300 W下超聲37 min,4 000 r/min離心10 min,將上清液于50℃旋蒸,分兩次每次加入1 mL正己烷溶解脂肪以及20 μL的1 mg/mL十一酸(內(nèi)標(biāo)),合并至具塞試管中,加入0.5 mol/L KOH-CH3OH溶液2 mL,漩渦30 s,70℃水浴20 min,再加入0.5 mol/L H2SO4-CH3OH溶液4 mL,漩渦30 s,70℃水浴10 min,最后加入0.2 g NaCl促進(jìn)分層,加入2 mL蒸餾水、正己烷,漩渦均勻進(jìn)行萃取,靜置分層,取上清液進(jìn)行分析。

色譜柱為RXI-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);以高純氦氣為載氣;流速為1.0 mL/min,分流比:50∶1;進(jìn)樣量1 μL;色譜柱升溫程序:柱溫100℃、以10℃/min升溫至170℃,保持1 min;以3℃/min升溫至230℃,保持12 min。離子源溫度200℃,接口溫度250℃,電離電壓70 eV,溶劑切除時(shí)間3 min,全掃描模式,掃描速度1 666 amu/s,掃描離子范圍45～500 amu。

1.3.4揮發(fā)性成分的測(cè)定

參照牛永浩(2015)方法并加以優(yōu)化,稱取8 g糙米樣品于20 mL頂空瓶中并加入10 μL內(nèi)標(biāo)(2-辛醇,0.1 mg/mL)密封,于70℃水浴平衡30 min,萃取頭萃取吸附70 min,進(jìn)樣口250℃條件下解析3 min。

色譜柱為RXI-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);以高純氦氣為載氣,流速為1.0 mL/min,不分流;色譜柱升溫程序:柱初溫為45℃,保持5 min,以5℃/min升溫至250℃,在250℃保持5 min。離子源溫度200℃,接口溫度250℃,電離電壓70 eV,溶劑切除時(shí)間2 min,全掃描模式,掃描速度1 666 amu/s,掃描離子范圍50～550 amu。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有指標(biāo)均測(cè)定3次,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。根據(jù)化合物保留時(shí)間計(jì)算保留指數(shù),通過(guò)NIST08和NIST08s標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)以及正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)化合物進(jìn)行定性分析,檢測(cè)出揮發(fā)性物質(zhì)的峰面積與內(nèi)標(biāo)2-辛醇峰面積之比求得揮發(fā)性物質(zhì)的絕對(duì)含量。按照檢測(cè)出脂肪酸的峰面積與內(nèi)標(biāo)物十一烷酸的峰面積之比求得各脂肪酸絕對(duì)含量。根據(jù)氨基酸標(biāo)準(zhǔn)曲線求得氨基酸的絕對(duì)含量。使用SIMCA 14.1軟件進(jìn)行偏最小二乘法-判別分析(PLS-DA),以變量投影重要性值(Variable importance for the projection, VIP)大于1為指標(biāo)篩選特征揮發(fā)性成分。使用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,并用TB tools軟件對(duì)相關(guān)性數(shù)據(jù)進(jìn)行熱圖可視化。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同侵染時(shí)間內(nèi)米象侵染后糙米氨基酸、脂肪酸組分的變化

不同侵染時(shí)間內(nèi)的糙米樣品中共檢測(cè)出17種氨基酸(表2),其中差異顯著的氨基酸有8種。氨基酸不僅影響了米飯的口感、味道,還可以通過(guò)脫氨反應(yīng)、脫羧反應(yīng)等酶促反應(yīng)產(chǎn)生醇類、醛類等香氣物質(zhì)(Zhaoetal., 2020)。糙米樣品含量較高的氨基酸是天冬氨酸、谷氨酸,半胱氨酸含量較低,這與曹志洋等人的研究結(jié)果一致(曹志洋等, 2009)。隨著侵染時(shí)間的延長(zhǎng),氨基酸含量呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì),說(shuō)明米象蛀蝕糙米造成了質(zhì)量的損失(Belloetal., 2000)。但是丙氨酸和脯氨酸等個(gè)別氨基酸在某個(gè)時(shí)間點(diǎn),含量較侵染初期顯著上升,一方面是因?yàn)榈蜏孛{迫誘導(dǎo)蛋白質(zhì)發(fā)生水解,氨基酸合成增強(qiáng),從而促進(jìn)了部分氨基酸含量的增加,另一方面是因?yàn)楹οx(chóng)產(chǎn)生的排泄物含有氨基酸(Thomsonetal., 2002),黏附在糙米表面,隨著磨粉進(jìn)入,促進(jìn)了氨基酸含量的增加。

不同侵染時(shí)間內(nèi)的糙米樣品中共檢測(cè)出11種脂肪酸(表3),其中包括6種飽和脂肪酸、5種不飽和脂肪酸。糙米中含有豐富的油酸和亞油酸,這兩種不飽和脂肪酸的含量約占總含量75%,這與孫輝等人研究發(fā)現(xiàn)糙米含有豐富的不飽和脂肪酸結(jié)果一致(孫輝等, 2014)。隨著侵染時(shí)間的延長(zhǎng),脂肪酸含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),促進(jìn)了糙米脂質(zhì)氧化,同時(shí)脂肪酸發(fā)生氧化分解產(chǎn)生醇類、醛類、烴類等小分子物質(zhì)(陶淑華等, 2020),導(dǎo)致風(fēng)味品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的降低。從第1周到第2周,糙米的脂肪酸含量均有所上升,其中亞油酸、油酸含量變化尤為明顯,較初始增加了約44%,說(shuō)明前兩周米象尚未死亡,這與霍鳴飛等人(2017)的研究結(jié)果相似。隨著侵染時(shí)間的延長(zhǎng),第3周時(shí)米象蛀蝕程度達(dá)到頂峰,造成糙米數(shù)量損失,脂肪酸含量有所下降。侵染后期米象活動(dòng)受阻、不能取食,逐漸死亡,糙米脂肪酸含量趨于平穩(wěn)。

表3 不同侵染時(shí)間內(nèi)米象侵染后糙米脂肪酸組分的變化(mg/100g)

2.2 不同侵染時(shí)間內(nèi)米象侵染后糙米揮發(fā)性成分的變化

采用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)不同侵染時(shí)間內(nèi)米象侵染后的糙米揮發(fā)性成分進(jìn)行對(duì)比分析,檢測(cè)到56種揮發(fā)性成分(表4),其中差異顯著的揮發(fā)性成分有29種。

表4 不同侵染時(shí)間內(nèi)米象侵染后糙米揮發(fā)性成分的變化(μg/g)

檢測(cè)出的醛類化合物中,己醛和壬醛這兩種直鏈醛的含量最高,分別衍生自亞油酸和油酸(Sonetal., 2020),在10℃條件下,脂肪酸組分變化不明顯,這兩種醛類化合物差異不顯著。庚醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E)-2-癸烯醛、2-十一烯醛、十二醛存在顯著差異。庚醛是亞油酸氫過(guò)氧化物(LOOH)的分解產(chǎn)物以及脂氧合酶變化所引發(fā)的反應(yīng)產(chǎn)物(Mathureetal., 2014),僅在侵染第5周時(shí)被檢測(cè)到,1-戊醇和二氫-5-十四烷基-2(3H)-呋喃酮衍生自亞油酸氧化,也僅在第5周時(shí)被檢測(cè)到(Choietal., 2019),說(shuō)明侵染5周后糙米中的亞油酸發(fā)生氧化分解,產(chǎn)生特定的揮發(fā)性成分。(E,E)-2,4-壬二烯、(E)-2-癸烯醛、2-十一烯醛都是油酸的降解產(chǎn)物,通過(guò)脂肪酸的RO鍵的溶血裂變引起(Subramanian and Nakajima, 1997)。隨著侵染時(shí)間的延長(zhǎng),油酸降解程度的加深,其含量先增加后減少,在侵染第4周均達(dá)到最大。

醇類化合物是糙米中的第二大揮發(fā)性成分,僅次于醛類,被認(rèn)為是不飽和脂肪酸氧化的副產(chǎn)物,是由醛進(jìn)一步分解形成的(Concepcionetal., 2018)。在整個(gè)侵染周期內(nèi),1-己醇、庚醇、1-辛烯-3-醇、1-辛醇、壬醇一直被檢出,其中1-己醇含量最高,1-己醇是亞油酸的二次氧化產(chǎn)物,在侵染期間具有波動(dòng)性,含量先下降后上升,庚醇、1-辛烯-3-醇、1-辛醇、壬醇的含量無(wú)顯著性差異。庚醇、1-辛醇、壬醇分別呈現(xiàn)綠色香氣、蠟狀醛香、花香,10℃條件下的糙米保留了原有的香氣,變化不顯著。1-辛烯-3-醇是通過(guò)亞油酸首先通過(guò)酶催化轉(zhuǎn)化為10-氫過(guò)氧化物,然后通過(guò)內(nèi)在裂解酶將10-羥基過(guò)氧化物分解得到(Lam and Proctor, 2003; Zhouetal., 2003),10℃條件下代謝途徑的酶活性變化不大,因此侵染期間內(nèi)差異不顯著。

酮類化合物具有水果、草本香氣,是糙米香氣的重要貢獻(xiàn)者。3,5-辛二烯-2-酮是不飽和脂肪酸的主要脂質(zhì)氧化產(chǎn)物之一,曾被認(rèn)為是脂質(zhì)氧化的指示劑(Sonetal., 2020),隨著侵染時(shí)間的延長(zhǎng),含量顯著上升再下降,其它酮類化合物無(wú)顯著差異。香葉基丙酮具有花香,是合成維生素E和異植物醇的重要中間體(劉先章, 1997)。6-甲基-5-庚烯-2-酮是糙米中有效的芳香活性化合物,曾被鑒定為發(fā)黃大米中的特征揮發(fā)物,與糖酵解途徑的丙酮酸有關(guān)(Liuetal., 2021),這兩種化合物在整個(gè)侵染周期內(nèi)差異不顯著,說(shuō)明了在10℃條件下糙米自身代謝活動(dòng)受到抑制,導(dǎo)致?lián)]發(fā)性成分變化不顯著。

糙米的大部分酯類化合物在不同侵染時(shí)間內(nèi)差異顯著,其中棕櫚酸乙酯、亞油酸乙酯是高級(jí)脂肪酸的乙酯衍生物,其含量的變化可能與脂氧合酶途徑有關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,酯類化合物是通過(guò)醇和酰基輔酶A之間的酯化反應(yīng)產(chǎn)生,來(lái)自脂肪酸脂氧合酶途徑和氨基酸代謝,或者通過(guò)醛的酯化反應(yīng)生成(Zhouetal., 2003),因此脂肪酸和氨基酸的變化導(dǎo)致酯類化合物差異顯著,但究其每個(gè)化合物產(chǎn)生的途徑還未明確。

米象侵染后糙米的部分烴類化合物存在顯著差異,正十三烷、正十六烷、正十七烷這類烷烴化合物屬于脂質(zhì)降解產(chǎn)物(Verma and Srivastav, 2020),侵染周期內(nèi)十七烷差異顯著,說(shuō)明10℃條件下米象侵染對(duì)脂質(zhì)影響不大。此外害蟲(chóng)侵染過(guò)程中脫落的表皮脂質(zhì),被人證實(shí)含有正構(gòu)烷烴,直鏈烯烴(Howard, 2001; Prasanthaetal., 2015),也是造成烴類化合物含量差異顯著的潛在原因。

2.3 特征揮發(fā)性成分的篩選

根據(jù)揮發(fā)性成分組成和含量,對(duì)不同侵染時(shí)間內(nèi)糙米揮發(fā)性成分進(jìn)行偏最小二乘法-判別分析,得到PLS-DA模型得分圖(圖1-a),不同侵染時(shí)間的各樣本分別聚集在5個(gè)不同區(qū)域,聚類趨勢(shì)良好,不同侵染時(shí)間的樣品明顯區(qū)分。所有樣品的相似度均在95%的置信區(qū)間內(nèi)(圖1-b),存在聚類趨勢(shì),未發(fā)現(xiàn)離群樣品點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)建立的PLS-DA模型有良好的擬合參數(shù),其中R2(X)=0.894、R2(Y)=0.976、Q2=0.833,說(shuō)明模型的解釋性和預(yù)測(cè)性好,無(wú)過(guò)度擬合。

圖1 不同儲(chǔ)藏時(shí)間內(nèi)米象侵染后糙米揮發(fā)性成分的PLS-DA模型得分圖(a)和Hotelling T2分布圖(b)Fig.1 PLS-DA scores of volatile components of brown rice after Sitophilus oryzae infestation at different storage times(a)and Hotelling T2 distribution diagram(b)

通過(guò)PLS-DA分析,共篩選到18種VIP值大于1的揮發(fā)性成分,可以作為低溫儲(chǔ)藏期間米象侵染糙米的特征揮發(fā)性成分(表5)。1-十一醇、1-戊醇、二氫-5-十四烷基-2(3H)-呋喃酮和庚醛均是脂質(zhì)氧化的產(chǎn)物,它們的含量與侵染時(shí)間呈正相關(guān),庚醇含量與之呈負(fù)相關(guān)。一般認(rèn)為,糙米的陳化劣變過(guò)程,主要就是糙米中的脂類水解為脂肪酸,脂肪酸再進(jìn)一步氧化為醛、酮類物質(zhì)的過(guò)程(賀梅等, 2007)。因此,隨著侵染時(shí)間的延長(zhǎng),糙米中的脂肪酸開(kāi)始氧化分解,促進(jìn)了這些產(chǎn)物的生成或減少。

2.4 相關(guān)性分析

本研究表明,十七烷酸和木蠟酸分別與6種特征揮發(fā)性成分顯著相關(guān)(圖2)。庚醇與油酸呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與硬脂酸、山俞酸呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與木蠟酸呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。丙氨酸和脯氨酸是與特征揮發(fā)性成分相關(guān)性最高的氨基酸組分,分別與4種、5種特征揮發(fā)性成分顯著相關(guān)。鄰苯二甲酸二異丁酯與丙氨酸極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與亮氨酸顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與脯氨酸顯著正相關(guān)(P<0.05)。十五烷酸甲酯與脯氨酸極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與蘇氨酸顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與丙氨酸顯著正相關(guān)(P<0.05)。

圖2 糙米特征揮發(fā)性成分與脂肪酸(a)、氨基酸(b)含量的相關(guān)性分析Fig.2 Correlation analysis of characteristic volatile components with fatty acids(a) and amino acids(b) contents in brown rice注:*顯著相關(guān)(P<0.05);**極顯著相關(guān)(P<0.01)。Note: * meant significant correlation (P<0.05); ** meant extremely significant correlation (P<0.01).

3 結(jié)論與討論

脂肪酸的氧化降解是揮發(fā)性成分產(chǎn)生的關(guān)鍵,脂肪酸合成揮發(fā)性成分的途徑有3種:α-氧化、β-氧化和脂氧合酶途徑,其中不飽和脂肪酸氧化分解生成氫過(guò)氧化物,氫過(guò)氧化物繼續(xù)氧化分解生成醛類、酮類、醇類、烴類等揮發(fā)性成分(吳娜, 2017)。本研究發(fā)現(xiàn),油酸與庚醇呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為0.594,這是由于油酸是不飽和脂肪酸,在儲(chǔ)藏過(guò)程中發(fā)生過(guò)氧化而形成過(guò)氧羥基脂肪酸,裂解形成醛類或烯醛類化合物,醛類化合物經(jīng)酶催化形成相應(yīng)的醇類(Dixon and Hewett, 2000)。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,不飽和脂肪酸中的亞油酸、油酸是重要的香氣前體物質(zhì)。隨著油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸含量增加,蘋(píng)果的香氣含量也增加(Song and Bangerth, 1996)。獼猴桃中風(fēng)味前體物質(zhì)亞麻酸、亞油酸的分解速率降低,使得酯類化合物的含量保持在較低的水平。

氨基酸是香氣物質(zhì)代謝途徑中的前體物質(zhì),氨基酸通過(guò)脫氨、脫羧等反應(yīng)形成了酸類、醇類、醛類、酯類等揮發(fā)性成分(梁奕等, 2021)。本研究發(fā)現(xiàn),氨基酸與酯類化合物相關(guān)性較高。這是由于氨基酸通過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用形成支鏈酮酸,脫羧或脫氫后生成支鏈醛和?；o酶A,在醇脫氫酶和醇?；D(zhuǎn)移酶的催化下形成支鏈酯類香氣物質(zhì);由支鏈氨基酸、芳香族氨基酸和含硫氨基酸代謝衍生形成的醛、醇和酯類是構(gòu)成香氣的重要組分。香蕉中亮氨酸可以轉(zhuǎn)化為3-甲基醇類和酯類物質(zhì);番木瓜、草莓中支鏈的醇類和酯類化合物產(chǎn)生的前提物質(zhì)是纈氨酸、丙氨酸;纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸被認(rèn)為是它們是合成蘋(píng)果中揮發(fā)性化合物的重要組成(裴龍英, 2018)。有報(bào)道表明蘋(píng)果果實(shí)中氨基酸含量的變化影響支鏈揮發(fā)性化合物的釋放。添加氨基酸使蘋(píng)果和甜瓜果實(shí)增加相應(yīng)支鏈揮發(fā)性化合物的產(chǎn)生(Gondaetal., 2010; Espinoetal., 2016)。水果中的酯類化合物通常來(lái)自氨基酸的代謝,相應(yīng)的醛類是氨基酸代謝過(guò)程中的關(guān)鍵中間體,由脫羧和脫氨基形成反應(yīng),接著醛還原為相應(yīng)的醇。在甜瓜中,脯氨酸、亮氨酸甲硫氨酸等氨基酸被代謝成數(shù)十種揮發(fā)化合物,賦予甜瓜獨(dú)特的香氣(Gondaetal., 2013; Gondaetal., 2018)。這些結(jié)果與本研究結(jié)果相似。

本研究探討了10℃條件下米象侵染5周內(nèi)糙米揮發(fā)性成分、氨基酸、脂肪酸的變化以及它們之間的相關(guān)性。利用GC-MS技術(shù)和HPLC技術(shù)分別對(duì)脂肪酸和氨基酸進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)米象侵染過(guò)程中糙米的氨基酸呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì),脂肪酸呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),表明糙米中的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)發(fā)生了氧化與降解。利用HS-SPME-GC-MS技術(shù)對(duì)不同侵染時(shí)間內(nèi)米象侵染后糙米揮發(fā)性成分進(jìn)行分析,醛類、烴類、醇類和酮類等化合物的含量呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)。通過(guò)對(duì)不同侵染時(shí)間內(nèi)糙米揮發(fā)性成分進(jìn)行偏最小二乘法-判別分析,得到18種特征揮發(fā)性成分,根據(jù)特征揮發(fā)性成分和脂肪酸、氨基酸的相關(guān)性分析得出,庚醇、鄰苯二甲酸二異丁酯與油酸、亞油酸、丙氨酸、亮氨酸含量變化呈一定的相關(guān)性,說(shuō)明在10℃條件下,米象仍存在緩慢的生命活動(dòng),促進(jìn)了糙米氨基酸和脂肪酸的氧化降解,進(jìn)而對(duì)揮發(fā)性成分的形成產(chǎn)生顯著影響,但揮發(fā)性成分變化的相關(guān)機(jī)理還需進(jìn)一步探究。