绥粳4号香米的风味组成及关键致香化合物的鉴定

张文灿 袁永红

(丰益(上海)生物技术研发中心有限公司，上海 201203)

绥粳4号是以〔莲香1号×(合R12－34－1)〕F2为母本，(松前+吉粘2号)F5为父本杂交育成，是黑龙江省第一个香型粳稻品种［1］，香气浓郁，其香气组分目前尚未有研究报道。Buttery等［2］指出2－乙酰基吡咯啉(2－acetyl－1－pyrroline，2－AP)是香稻香气的主要成分。研究表明，除2－AP外，壬醛、己醛、戊基呋喃、壬－2－烯醛、2，4－癸二烯醛、苯乙醇、吲哚等对香米的愉悦芳香也起到了重要的作用［3－4］。

目前鉴定风味物质最常用的是气相色谱－质谱联用技术(GC－MS)，但这种方法的可靠性有待提高，尤其是复杂未知组分的分析。将保留指数RI引入到GC方法中，能大大提高准确性和唯一性，本试验采用MS与RI共同定性的方法。气相色谱－嗅觉测量技术(GC－O)是寻找对总体风味起关键作用的化合物的一种理想方法，对鉴别特征风味化合物、确定风味强度都非常有用［5］。本研究GC－O试验由经过培训的感官评价员参与嗅闻，记录对应时间的风味特征，并对其强弱程度进行打分，由每种化合物的鉴别次数和累计分值综合评定其对整体风味的贡献程度。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

绥粳4号香米:益海(佳木斯)粮油工业有限公司;泰国茉莉香米(香纳兰泰国茉莉香米):市购;干冰:上海振信盖斯实业有限公司;正构烷烃混标(C10－C36)、2，4，6 － 三甲基吡啶(纯度99%):Sigma。

R－215旋转蒸发仪:Buchi;PC3001 VARIO真空泵:Vacuubrand;减压浓缩装置:自制，由蒸馏瓶、10 cm长的Vigreux柱、冷凝管、接受瓶、冷阱、真空泵组成;7890GC－5975MS:Angilent Technologies;Olfactory Detection Port 2:Gerstel;Isotemp 3028S循环水浴锅:Fisher Scientific。

1.2 试验方法

1.2.1 前处理方法

向2 L旋蒸瓶中加入200 g大米原料和1 200 mL去离子水，再加入内标2，4，6－三甲基吡啶，于旋转蒸发仪上进行蒸煮，蒸煮条件为加热端95℃，冷凝水5℃，常压，65 r/min，蒸煮2 h。蒸煮完成后，开启真空泵对大米的风味物质进行抽提，抽提分2个阶段，第1阶段抽提条件为加热端40℃，真空度3 000 Pa，65 r/min，冷凝水 5 ℃，抽提30 min，蒸馏液经二级干冰冷却(接受瓶后再加一级冷阱，捕集易挥发物质);第2阶段在维持其他条件不变的前提下，将真空度调整为2 000 Pa，抽提150 min。提取结束后合并接收瓶和冷阱中的冷凝液，用二氯甲烷萃取，收集二氯甲烷相并加入无水硫酸钠进行干燥，最后将二氯甲烷相用Vigreux柱减压浓缩至10 mL，－80℃冷冻备用。

1.2.2 GC －MS条件

柱子为 DB －1 MS(30 m ×0.25 mm ×0.25μm)，进样量为 1 μL，分流比 1∶1，载气为 He，流速 1 mL/min。进样口温度200℃。程序升温，50℃保持5 min，以3℃/min的速度从50℃上升至120℃，以5℃/min的速度从120℃上升至250℃，250℃保持5 min。质谱条件为接口温度250℃，离子源为EI，离子源温度230℃，电子能量70 eV，质量扫描范围(m/z)35～350。

1.2.3 GC － O 条件

柱子为 DB －1 MS(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm)，进样量为1 μL，分流比1∶1，载气为 He，流速 1 mL/min。进样口温度200℃。程序升温，50℃保持5 min，以3℃/min的速度从50℃上升至120℃，以5℃/min的速度从120℃上升至250℃，250℃保持5 min。

请6位经过培训的感官评价员参与嗅闻，记录对应时间的风味特征，并对其强弱程度进行打分(由强到弱依次4、3、2、1分)。统计每种风味物质被评价员鉴别出的次数和累计分值。

1.2.4 物质定性方法

进样前以相同的条件先进一针烷烃混标(C10－C36)，以计算出峰各物质的保留指数(RI)。

结果与本实验室自建谱库中的标品及保留指数(RI)对照进行成分鉴定，同时参考NIST08谱库的检索结果及关于化合物保留指数的文献报道，只分析匹配度(SI)和反匹配度(RSI)均在800以上(最大1 000)的物质。通过SI、RI或芳香特性比较进行化合物鉴定。

2 结果与讨论

2.1 绥粳4号香米的风味组成及与泰国茉莉香米的风味对比

本研究将绥粳4号香米与泰国茉莉香米用同样的方法进行了挥发性成分的提取、浓缩和分析，通过对比分析结果可对绥粳4号香米有更客观和全面的评价。

通过GC－MS分析，绥粳4号香米和泰国茉莉香米中各检测出57种风味化合物，并以2，4，6－三甲基吡啶为内标对各组分进行了定量，二者风味物质的总含量分别是 3 219.5 和 4 426.3 μg/kg，种类不尽相同。二者总离子流图如图1所示，各风味组分名称及含量如表1所示。

绥粳4号中共检测出醛类9种(345.6 μg/kg)，醇类5 种(397.9 μg/kg)，酮类10 种(124.5 μg/kg)，酸类5 种(293.4 μg/kg)，酯类5 种(92.2 μg/kg)，内酯类3 种(1 418.5 μg/kg)，含氮化合物 5 种(168.9 μg/kg)，酚类 2 种(48.8 μg/kg)，烃类 13 种(329.7 μg/kg)。泰国茉莉香米共检测出醛类8种(406.5 μg/kg)，醇类 2 种(184.0 μg/kg)，酮类 5 种(132.8 μg/kg)，酸类 3 种(249.5 μg/kg)，酯类 8 种(135.9 μg/kg)，内酯类 10 种(2 083.7 μg/kg)，含氮化合物5 种(493.6 μg/kg)，酚类 1 种(252.0 μg/kg)，烃类15 种(488.3 μg/kg)。

醛类具有较低的阈值，对风味的影响较大。绥粳4号香米中共鉴定出9种醛类，含量最高的为壬醛(100.1 μg/kg)。对比结果显示，绥粳4号香米与泰国茉莉香米中的醛类物质，无论是种类还是含量，均没有太大差异。唯有(E)－2－十二烯醛仅存在于绥粳4号中，但含量较低，该物质具有甜橙香气。醛类物质在其他多个品种的香米风味中广泛存在［6］。有研究称脂肪降解的产物之一己醛是大米陈味的主要成分［7］，但本研究未发现该物质，可能是样品新鲜、储藏期短的缘故。

醇类在绥粳4号中也有较高的含量，与泰国茉莉香米对比，其种类和含量都较丰富。其中含量最高的是1－己醇(207.6 μg/kg)，其次是1－辛烯 －3醇(109.5 μg/kg)，这与 Aldo 等［8］研究 Basmati和B5－32个香米风味的结论一致。1－己醇具有典型的青草味，本研究中泰国茉莉香米中未发现该物质，因其阈值较低，这可能是2种大米风味差异的原因之一。此外，绥粳4号中检测到的苯甲醇及2－甲基－1－癸醇在泰国茉莉香米中也未发现，但因这2种物质阈值相对较高，推测此差异可能不会引起2种原料之间明显的风味不同。

绥粳4号和泰国茉莉香米中酮类物质的含量都不高，但绥粳米4号中酮类物质的种类较丰富，酮类物质多呈现甜的香气，其中的几种物质在其他关于香米的研究中也有报道，如2－庚酮［6］。

本研究检索到的酸类物质，在绥粳4号中有5种，在泰国茉莉香米中有3种。这些脂肪酸可能来自脂类的水解，其中长链脂肪酸含量较高，但因其分子质量大挥发性小，故对整体的风味影响不大。己酸和壬酸仅存在绥粳4号中，因为分子质量较小，这2种酸的存在可能会对整体风味产生不良影响。

酯类物质多呈现芳香的水果气味。酯类物质在2种大米中的含量都较丰富，尤其是在泰国茉莉香米中，这些酯类物质可能是泰国茉莉香米风味浓郁的重要来源，如乙酰乙酸甲酯具有芳香味，十四酸乙酯具有鸢尾样香气和甜的蜂蜡风味。

内酯类物质在二者中的含量都较丰富，但是泰国茉莉香米中的内酯种类和含量都明显高于绥粳4号。内酯类化合物通常具有特殊风味，如葫芦巴内酯具有甜香，丙位辛内酯、丙位壬内酯具有典型的草本和椰子味道。绥粳4号中含量最高的组分为丁位癸内酯(1 361.4 μg/kg)，该物质具有奶香、坚果香、香甜的果香等气味特征，阈值为 100 μg/kg(水中)［9］。有报道显示，内酯类物质香气温和，也是米糠气味的重要组分［10］。

含氮化合物中最重要的就是2－AP。前人的研究表明，2－AP是香米中最关键的风味化合物，但该物质含量很少，且品种、地区、提取方法的不同会导致样品间含量存在差异。即使是同一品种的香米，在不同产区其中的2－AP含量差异也较大［11］。研究称美国和亚洲地区的香稻米中2－AP的含量为10 ～90 μg/kg［8］。本研究通过内标法定量，2 －AP 在绥粳4号中的含量为28.5 μg/kg，在泰国茉莉香米中的含量为80.5 μg/kg。由于该化合物在香米风味中起到关键作用，因此二者之间2－AP含量的差异也许会直接影响香味的浓郁程度。Buttery等［2］采用连续的蒸汽蒸馏提取方法对几种典型的香米中的2－AP进行了定量，结果显示Basmati 370含量为610 μg/kg，Della 含量为 76 μg/kg，Jasmine 含量为 156 μg/kg。除2－AP之外，其他含氮化合物对整体风味也有影响，其中吲哚是重要的一种，该物质在低浓度下呈现花香风味。

样品中还检索到2种酚类物质，分别为2，5－二叔丁基苯酚、2，4－二叔丁基苯酚，在 Sugunya等［12］的研究中这2种物质也存在于香米Khao Dawk Mali 105的风味中。

图1 绥粳4号香米及泰国茉莉香米总离子流图

烃类也有一定的含量，但烃类对风味整体的影响不大。

表1 绥粳4号香米及泰国茉莉香米中挥发性成分及含量

表1(续)

2.2 绥粳4号香米中关键致香化合物的确定

GC－MS的鉴定结果只能看出绥粳4号香米的风味组成，不能看出对整体风味起关键作用的物质，某种物质对整体风味的影响除了与其含量相关外，还与该物质的阈值密切相关。为进一步确定绥粳4号香米中的关键致香化合物，采用GC－MS与GCO联用的鉴定方式。结果显示，6位感官评价员共识别出26种风味物质，不同保留时间的化合物名称和与之对应的描述词语如表2所示，各风味化合物的鉴别频数(Detection Frequency，DF)和总强度(Total Intensity，TI)如图2所示。鉴别频数定义为参加嗅闻的6位感官评价员中能够识别出某种味道的人数，6≥DF≥0，数值越大，表明该种物质能被越多的人识别，即对整体风味的贡献越大。总强度定义为6位感官评价员对嗅闻到的强弱感觉的累计打分结果(某种化合物风味由强到弱的分值依次是4、3、2、1分)，24≥TI≥1，数值越大，表明该种物质风味强度越高，呈香越明显，对整体风味的影响也较大。

在鉴别出的所有组分中，鉴别频数较高(DF≥4)的物质为2－AP(DF=6)，2－庚酮(DF=5)，庚醛(DF=5)，吲哚(DF=5)，苯甲醛(DF=4)，壬醛(DF=4);总强度较高(TI≥9)的物质为2－AP(TI=20)，庚醛(TI=16)，壬醛(TI=15)，2 － 庚酮(TI=13)，1－己醇(TI=9)，吲哚(TI=9)，这些物质对绥粳4号香米的香气有突出贡献。

综合鉴别频数和总强度，对绥粳4号香米的风味贡献最大的化合物是2－AP，这与前期香米风味的报道一致。1982年Buttery等［2］指出了2－AP是香米香气的主要成分，这一发现被大多学者视为香米气味研究里程碑式的成果，在随后的研究中，研究者从不同品种的香米中得到了一致的结论。研究报道2－AP具有极低的阈值，为 0.1 μg/kg［7］，因此在较低的含量时仍能体现强烈的风味。该化合物呈现典型的大米芬芳、花香、甜香，也有些报道描述为典型的爆米花气味，香米与非香米最大的差异在于该化合物含量的不同［3］。

通过GC－O鉴定出的关键风味化合物还有1－己醇、2－庚酮、庚醛、苯甲醛、壬醛和吲哚等。这些化合物都具有较低的阈值，在含量较低的条件下也能呈现强烈的风味特征，对整体风味产生较大的作用。1－己醇具有水果的芬芳香气和清新的感觉，天然存在于苹果、葡萄等水果中，阈值90 μg/kg［14］;2 －庚酮具有甜香的味道，在Jasmine和Basmati中存在，含量分别为 94、204 μg/kg［6］;庚醛是大米脂类氧化的产物，呈现油脂、煎炸和烧烤的香气，阈值为3 μg/kg［7］;苯甲醛具有典型的苦杏仁气味和焦香味;壬醛是许多香米香气中的关键组分，如Black rice(Oryza sativa L.)，California Long Grain Rice 等，也是大米脂类氧化的产物，呈现油脂、烧烤和焦香的气味，阈值为 1 μg/kg［15］;吲哚含量较高时呈现典型的动物气味和粪便的恶臭味，但含量较低时则呈现优雅的花香，是茉莉花中的典型芳香成分，在Basmati 370中也是一种比较重要的风味组分［16］。以上各物质均不能单独呈现香米的典型香气，香米的特征香气是各种化合物共同复配体现的结果。

表2 绥粳4号香米中的关键致香化合物及风味特征

图2 绥粳4号香米中关键致香化合物的鉴别频数及总强度

3 结论

绥粳4号香米香味纯正，本研究在低压常温条件下对其风味进行抽提和浓缩，并以2，4，6－三甲基吡啶为内标对各组分进行了定量。通过GC－MS鉴定出57种挥发性成分，总含量3 219.5 μg/kg，其中醛类9种，醇类5种，酮类10种，酸类5种，酯类5种，内酯类3种，含氮化合物5种，酚类2种，烃类13种;最后采用GC－MS与GC－O联用的方式确定了其中的关键致香化合物，根据风味化合物的鉴别频数和总强度确定了对绥粳4号香米香气影响最大的化合物，分别是2－AP、庚醛、壬醛、2－庚酮、1－己醇和吲哚。本研究对挥发性组分采用了MS与RI联合定性的方式，对关键的致香化合物采用了MSRIO联合定性的方式，增加了被定性化合物的可信度。

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