甬优15在储藏期间挥发性成分的变化

毕文雅 石天玉张来林

(国家粮食和物资储备局科学研究院1，北京 100037) (河南工业大学2，郑州 450052)

关键字 甬优15 挥发性成分 储藏 气相色谱质谱法

稻谷在储藏期间，由于呼吸氧化作用和各种酶的作用，其品质必然会随着储藏时间的延长而发生变化，甚至劣变。传统的稻谷储藏品质评价指标如脂肪酸值、发芽率、电导率等，无法做到快速、无损地判定稻谷品质。由于优质稻带有独特的香气，其挥发物的种类和含量也可以用于判断其优质稻品质变化。随着储藏时间以及条件的变化，优质稻本身的香气组成和含量会发生改变，挥发性物质作为判定品质优劣的关键指标，在食品的质量、新鲜程度、安全等评估方面起着重要的作用。检测优质稻的挥发物及其变化规律可为优质稻合理储藏、适时轮换提供参考，极具重要的现实意义。

固相微萃取(SPME)作为一种无需溶剂的萃取技术，具有高效、全能、操作简便、自动分析检测高通量样品、可与其他技术在线联用等优点，固相微萃取的取样方式有两种:直接取样和顶空取样[1]。顶空固相微萃取(HS-SPME)由于分析物被富集在固相微萃取头上，可以提高检出灵敏度几倍到几十倍[2]，已经成为一种挥发性物质测定的常用方法。气质联用(GC-MS)灵敏度高、抗干扰能力强，在化学、生物和环境分析中已得到广泛的应用[3]。

近年来，国内外对于稻谷的挥发性物质作了大量研究[4-8]。Maga[9]总结了在稻谷及其加工产物中被检测到的挥发性气味，在香稻、普通稻、米饭之间有显著差别。Legendre等[10]利用GC-MS方法在稻谷、糙米、精米和米糠中的挥发物中检测到甲醇、乙醇、己醇、乙醛、戊醛、己醛和丙酮等，在大米谷物制品挥发物中还检测到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；认为GC-MS是一种快速的分析挥发物的方法，可用来分析稻谷新品种以及米制品储藏前后的怡人气味或酸败异味。Klensporf等[11]利用SPME-GC/MS来检测燕麦样品的多不饱和脂肪酸氧化期间形成的挥发物，主要的挥发物为羰基化合物——醛类(不包括己醛)，在新鲜样品中含量为(67±3)～(133±5) μg/kg，在老化样品中为(137±4)～(398±12) μg/kg，如己醛在新鲜样品的含量达到158 μg /kg,而在老化样品中超过1 mg/kg。

本研究以闽北地区的南平市浦城县大量种植的优质稻甬优15为研究对象。2010—2012年，甬优15参加福建省中稻区实验，比对照品种Ⅱ优明86增产3.67%，达极显著水平，平均产量9.076 t/hm2[12]。甬优 15于2013年通过福建省农作物品种审定委员会审定(闽审稻2013006)，适宜在福建省稻瘟病轻发区作中稻种植[13]。本实验利用HS-SPME/GC-MS，对甬优15在储藏期间的挥发性物质相对含量和变化进行测定，找出挥发性物质与其品质变化之间的联系，为闽北地区储藏甬优15提供参考。

1 材料与仪器

1.1 材料及储藏方法

甬优15号优质稻：福建南平，2015年10月产。

储藏方法：将样品原始水分调整到13.1%、13.8%、14.5%(优质籼稻安全水分13.5%，设计低于安全水分、偏高安全水分、高于安全水分)，分装到铝箔袋中，用热合机封口，放入20 ℃的恒温箱中模拟储藏9个月(优质稻作为短期轮换品种，成功度夏即可完成销售)，每间隔3个月检测挥发性物质。

1.2 主要仪器与设备

2010 Ultra气相-质谱联用仪；50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取进样头；顶空微萃取瓶；SPME手柄。

1.3 实验条件及数据处理

固相微萃取：将5 g洁净优质稻放入20 mL顶空微萃取瓶中，密封后置于80 ℃的恒温水浴锅中，平衡60 min后，再将萃取头插入顶空瓶吸附45 min，于GC-MS进样口250 ℃下解析5 min。

GC条件：采用RXI-5SIL MS毛细管色谱柱，进样口250 ℃，载气流量(He)1 mL/min，不分流模式进样，程序升温：起始温度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条件：接口温度260 ℃，离子源温度200 ℃，四级杆温度150 ℃，Full scan扫描范围35～500m/z。

数据处理：定性分析由检索库、NIST标准质谱库、Weily标准质谱库匹配求得，选取相似度大于等于80%的挥发性气体进行分析。

2 结果与分析

对不同的储藏时间和含水量的优质稻的挥发性物质进行鉴定，由谱库检索结果显示，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种。其中烃类共75种(烷烃类52种、烯烃类18种、芳香烃5种)、醇类22种、酯类15种、醛类14种、酮类9种、酸类2种、醚类3种、酚类2种和杂环化合物2种。

由图1可见，初始样品中主要挥发性物质集中在4～30 min之间的比例分配，其中烷烃占有比例最大，其次是醛类、酮类、醇类、芳香烃、酯类、酸类、烯烃。烯烃类、醇类、醛类物质的含量随储藏时间的延长而上升，酮类和酯类变化不明显，烷烃类和酸类呈下降趋势(图2)。

图1 原样中挥发物质占有比例

2.1 醇类挥发性物质

醇类多是稻米香气的贡献者，醇类化合物通常具有芳香、植物香、酸败和土气味。首先，直链低级醇大体上是无风味的，但会随碳链增长而风味增强，且表现出清香、木香、脂肪香、草木味、蘑菇味等特征，如正辛醇会有水果、花香味[14]；由表1可知，甬优15的含水量越高，检测出的正辛醇含量越高。其次，多数醇类化合物的阈值较高，只有含量较高或为非饱和醇，才会对风味产生很大影响[15]；很多研究认为醇类来源于脂类氧化，含有3～8个碳的烷醇可能是不饱和脂肪酸的热降解产物，即醇类可能是由氢过氧化物的氧化酶对脂肪酸的作用、脂肪的氧化分解生成或由羰基化合物还原生成醇[16]；由表1可知，存放90 d后仅有含水量为14.5%的甬优15样品检测到了含量极低的C7庚醇，由此判断存放90 d后10组样品中的脂类氧化不明显或还未产生因氧化分解生成的醇类。不同的醇类具有各自特殊的香气，也因此赋予了不同储藏时期稻米各自特有的香气作用。在储藏后期，稻米劣变、陈化后，清新味转变为陈米臭味的标志就是检测到的醇类物质相对减少；由表1可知，1-壬醇随着储藏时间延长呈上升趋势，由此可作为甬优15储藏时间延长的醇类标志物。

图2 不同含水量的甬优15在常规储藏下GC-MS检测雷达图

表1 甬优15在储藏期间挥发物成分及相对质量分数/%(部分)

中文名分子式原样90 d180 d270 d13.10%13.80%14.50%13.10%13.80%14.50%13.10%13.80%14.50%烷烃2-甲基-二十三烷C24H50———0.15——————醇类庚醇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)-(+)-异松蒎醇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酯类alphs-戊基-gama-丁内酯C9H16O2—0.40————————辛酸乙酯C10H20O2——————0.51———(1-羟基-2,4,4-三甲基戊-3-基)2-甲基丙酸酯C12H24O3——————0.27—丙酸香叶酯C13H22O2———4.63——————邻苯二甲酸二丁酯C16H22O4——0.36——0.301.05———邻苯二甲酸二异丁酯C16H22O41.400.190.240.180.840.821.950.34—0.572,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯C16H30O40.64———0.811.040.610.670.991.299-十八烷基酯C18H34O—————0.45————辛基癸酸酯C18H36O41.41—————————棕榈酸乙酯C18H36O2——————0.33———邻苯二甲酸丁基酯2-乙基已基酯C20H20O40.75———0.30————0.17草酸烯丙基十六烷基酯C21H38O40.69—————————邻苯二甲酸丁基癸酯C22H34O4——0.23———————己二酸二辛酯C22H42O4————————1.06—邻苯二甲酸二正辛酯C24H38O4————————0.49—醛类(E)-2-庚烯醛C7H12O—————0.32————2-羟基-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—酮类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—

续表1

2.2 酯类挥发性物质

酯类化合物通常是脂肪酸氧化降解产生的醇以及小分子的脂肪酸发生酯化反应产生的。一般认为，酯类对稻米的香气起着烘托作用，Zeng等[17]的研究认为酯类是米饭的风味物质之一。由表1可知，共有15种酯类被检测出；检测到新鲜优质稻中酯类挥发性物质总质量分数为4.88%，存放90 d后13.1%和13.8%水分的甬优15样品挥发物总质量分数分别下降为0.59%和0.83%，14.5%的甬优15样品挥发物总质量分数与新鲜稻谷持平，存放180 d后13.1%和13.8%水分的甬优15样品挥发物总质量分数有所上升，分别为1.95%和2.61%，14.5%的甬优15样品挥发物总质量分数有所下降，存放270 d后3个含水量的甬优15的挥发物总量相近且均低于新鲜优质稻。酯类物质相对含量总体呈现降低的趋势，酯类挥发物含量在初始时最高，随着储藏时间的延长先下降再上升，储藏结束时小于初始值，且同一储藏期，含水量越高，酯类挥发物总量越高；酯类挥发物中，邻苯二甲酸二异丁酯始终出现，其含量随着储藏时间的延长先下降后上升再下降，可作为甬优15的酯类标志物。

2.3 醛类挥发性物质

醛类是稻米挥发物的重要组成成分之一，也是稻米香气重要化合物之一。醛类是脂类物质被降解和被氧化的产物，舒在习等[18]认为在储藏过程中，稻谷含有的脂类会发生氧化作用，产生过氧化物和羰基化合物，还会因水解作用产生脂肪酸和甘油，所以稻米的游离脂肪酸含量会增多，常产生难闻的高沸点醛类物质。杨晓娜等[19]研究认为，醛类阈值较低，对整体风味贡献较大，适量醛类物质的感官属性常为青草味或清淡的水果味，并因此赋予大米令人愉悦的清新青草味及淡水果香味，但当其含量过高时会产生令人厌恶的腐败味。低级的饱和脂肪族醛往往具有强烈的刺激性气味，当碳原子数大于8时，刺激性气味减弱，出现令人愉快的香味，而碳原子数继续增加超过12时，阈值变高，气味不易被嗅到。然而，有研究认为由于稻米气味依赖于阈值、气味特征等的原因，在挥发性物质含量中占主导地位的醛类并不在稻米气味形成中起主要作用[20]。康东方等[21]研究表明不饱和醛类，如烯醛类在浓度极稀时有愉快的橙香气。月桂醛含12个碳原子，其阈值较高，具有紫罗兰气息，当含量较高时才易被嗅到。由表1可知，甬优15样品中检测到的醛类有正辛醛、椰子醛、月桂醛、反式-2-壬烯醛、反式-2-癸烯醛等14种；随着储藏时间的延长，多数醛类物质均出现相对含量增加的现象，与文献研究相符；初始样品中反式-2-壬烯醛的质量分数为0.44%，随着储藏时间的延长先上升后降低，且含水量越高其含量越高；初始样品中月桂醛的质量分数为16.18%，存放270 d后不同含水量的月桂醛的质量分数为12.07%、10.96%和34.94%，可见14.5%的甬优15优于其他含水量的样品。

2.4 酮类挥发性物质

酮类挥发物可能源于热降解、脂肪氧化、氨基酸的降解和美拉德反应等。多数酮类化合物具有轻微的清香味、水果味或酸甜味，C8～C15的酮具有油脂酸败的哈喇味。由表1可知，甬优15样品中检测到酮类有9种，其中2-十一酮、6,10-二甲基-5,9-十一双烯-2-酮、六氢假紫罗酮始终出现；2-十一酮(油脂香)的含量随着储藏时间略微升高，存放270 d后只有含水量14.5%的甬优15中检测到1.46%，优于其他含水量；6,10-二甲基-5,9-十一双烯-2-酮在储藏后比初始样含量低，存放270 d后不同含水量下的6,10-二甲基-5,9-十一双烯-2-酮的质量分数分别为1.37%、0、1.61%；六氢假紫罗酮在储藏期间先上升后下降，存放90 d后不同含水量之间均上升， 13.8%和14.5%的样品在存放180 d后时开始下降，而14.5%的样品在存放270 d后才开始下降，说明储藏180 d后样品中的六氢假紫罗酮减少，且14.5%的样品好于其他含水量的样品。

2.5 其他挥发性物质(未展示数据)

对于其他对稻米风味形成影响较小的物质而言，烷烃类挥发性成分随着储藏时间的延长呈下降趋势，C5～C17的饱和烷烃阈值较高，具有支链的烷烃通常具有清香和甜香的风味[18]，但对稻米的香气贡献较小，不在此赘述。烯烃类随着储藏时间呈上升的趋势。酸类中的壬酸随着储藏时间延长而下降，初始值最高。苯酚类中的2,4-二叔丁基苯酚在存放180 d后才开始出现。醚类检测出3种，但都仅出现过1次。杂环中2-戊基苯酚在存放90 d后出现，270 d后消失，王霞等[22]研究其具有火腿香味，阈值较低，几乎存在于多有的食品气味中。芳香烃仅在原始样品中检测到，其他样品中未检测到。

4 结论

不同含水量甬优15随着储藏时间的延长，不同类别的挥发物含量均有明显波动。随着储藏时间的延长，烯烃类、醇类、醛类物质的含量呈上升趋势，酮类和酯类变化不明显，烷烃类和酸类呈下降趋势；14.5%的甬优15好于其他含水量的样品，储藏期180 d时为清香物质的含量峰值，随着继续储藏效果变差，1-壬醇随着储藏时间延长呈上升趋势，可作为甬优15储藏时间延长的醇类标志物；邻苯二甲酸二异丁酯的含量随着储藏时间的延长先下降后上升再下降，可作为甬优15的酯类标志物；反式-2-壬烯醛的含量随着储藏时间先上升后降低，且含水量越高，其含量越高，可作为甬优15的醛类标志物。