隨著經(jīng)濟的快速增長和人民生活水平的大幅提高，使得人們更青睞高品質(zhì)的稻米。香氣作為大米食味品質(zhì)中的重要組成部分對大米最終的品質(zhì)呈現(xiàn)起著關(guān)鍵作用。大米香氣受多種因素影響，比較常見的有遺傳、種植、加工、貯藏等。 為探究4種我國東北代表性粳米的香氣組分差異，本研究通過HS-SPME-GC-MS和快速氣相電子鼻技術(shù)對4種粳米進行分析研究，通過OPLS-DA模型構(gòu)建、關(guān)鍵香氣成分篩選、層次聚類分析（HCA）熱圖等方法初步揭示4種粳米香氣組分差異。 選用的粳米品種為五優(yōu)稻4號（香米）、綏粳18（香米）、龍粳31（非香米）、鹽豐47（非香米），各品種樣品數(shù)量分別為10、8、11、4，共計33個樣品。 粳米樣品按照以下方式處理。稱取10.00g粳米于研磨機中研磨3次，研磨功率為60Hz，時間為5s，間隔為10s。取2.00g粉碎樣品于20mL磁吸螺旋蓋小瓶中。在空白瓶加入用乙醇稀釋10000倍的二辛（0.822g/mL）10μL用來外標定量。所有樣品設(shè)置3個平行，每3個樣品進行一次空白實驗。 色譜柱為RXI-5MS極性柱（RESTEK；30m×0.25mm內(nèi)徑×0.25μm膜厚）。色譜柱升溫程序：柱初溫為30℃，保持4min，以5℃/min升溫至250℃，保持在250℃下3min。載氣為高純氦氣，流速為1.5mL/min，不分流。 稱取10.00g粳米于研磨機中研磨3次，研磨功率為60Hz，時間為5s，間隔為10s。取2.00g粉碎樣品于20mL磁吸螺旋蓋小瓶中。 孵化溫度70℃，捕集阱初始溫度40℃，捕集阱最終溫度250℃，進樣口溫度200℃，檢測器溫度260℃；孵化時間25min，孵化爐轉(zhuǎn)速500r/min，進樣體積5000μL，進樣體積流量125μL/s，進樣持續(xù)時間45s，捕集阱分流速率10mL/min，捕集持續(xù)時間50s，柱溫的初始溫度50℃，柱溫程序升溫方式1℃/s至80℃、3℃/s至250℃，保持21s；采集時間110s；FID增益12。 通過正構(gòu)烷烴（C6~C16）進行校準，將保留時間轉(zhuǎn)化為保留指數(shù)，然后通過Kovats保留指數(shù)定性，在Arochembase數(shù)據(jù)庫中對化合物進行定性分析。 通過HS-SPME-GC-MS和快速氣相電子鼻對我國東北地區(qū)4種代表性粳米的揮發(fā)性成分及香氣組分進行分析鑒定，除去對香氣貢獻較小的烷烴和雜質(zhì)，GC-MS共鑒定出24種香氣成分，包括醛類12種、酮類6種、雜環(huán)類3種、烯烴類2種、酯類1種（表1）；快速氣相電子鼻共檢測到82個主要峰，通過相關(guān)指數(shù)篩選和比對GC-MS數(shù)據(jù)后，共鑒定出13種香氣成分（表2），包括醛類8種、醇類2種、酮類2種、硫化物1種。通過GC-MS數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，4種粳米香氣組成類似，醛類化合物為粳米中的主要香氣組分，這與電子鼻鑒定數(shù)據(jù)一致，其中己醛、壬醛為醛類主導(dǎo)組分，其在較低濃度時具有水果、花香、柑橘樣的香氣。另外，五優(yōu)稻4號中絕大多數(shù)香氣化合物含量均顯著（p≤0.05）高于綏粳18、龍粳31和鹽豐47。因此，五優(yōu)稻4號相比其它3種粳米香氣更加濃郁，五優(yōu)稻4號又稱稻花香2號，由五優(yōu)稻1號和黑香稻異交而來，具有宜人的香氣。
正交偏最小二乘法-判別分析（OPLS-DA）模型構(gòu)建 對基于HS-SPME-GC-MS和快速氣相電子鼻所得的4種粳米的主要香氣組分分別進行OPLS-DA分析。圖1中R2（X）=0.943，R2（X）越接近1，模型越穩(wěn)定；R2（Y）=0.649，R2(Y)越大，模型的解釋能力越強，說明該模型可以解釋64.9%的數(shù)據(jù)；Q2=0.604，Q2＞0.5，說明模型的預(yù)測能力較強。由圖1可知，五優(yōu)稻4號主要通過主成分1和龍粳31、鹽豐47進行區(qū)分，既能通過主成分1也能通過主成分2和綏粳18進行區(qū)分；綏粳18和龍粳31、鹽豐47主要通過主成分2進行區(qū)分；龍粳31和鹽豐47區(qū)分效果不明顯。圖2中R2（X）=0.689，R2（Y）=0.901，Q2=0.608。由圖2可知，五優(yōu)稻4號主要通過主成分1和龍粳31進行區(qū)分，既能通過主成分1也能通過主成分2和綏粳18、鹽豐47進行區(qū)分；龍粳31和綏粳18、鹽豐47主要通過主成分2進行區(qū)分；綏粳18和鹽豐47區(qū)分效果不明顯。
基于GC-MS數(shù)據(jù)的關(guān)鍵香氣成分鑒定 在模型因子載荷圖中，離密集區(qū)越遠的變量對分類起著越關(guān)鍵的作用，同時結(jié)合24種香氣成分的VIP值，VIP可以量化每個變量對OPLS-DA模型的貢獻，一般認為VIP＞1的變量對分類起著關(guān)鍵的作用[20]。因此對基于GC-MS所得香氣組分的OPLS-DA模型因子載荷圖進行分析，共得出5種香氣成分VIP＞1，分別是丁酸丁酯、苯乙酮、甲氧基香茅醛、2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）、吲哚。由圖3可知，甲氧基香茅醛、2-AP和吲哚在五優(yōu)稻4號中含量較高，甲氧基香茅醛具有新鮮的青草、葉香和鈴蘭花香氣，2-AP則是公認區(qū)分香米和非香米的標志物，具有爆米花般的甜香，較低濃度的吲哚具有茉莉、橙花樣鮮香，給人愉悅的感受；丁酸丁酯和苯乙酮在綏粳18中含量較高，丁酸丁酯具有甜潤的水果香氣，苯乙酮具有山楂花香氣；龍粳31和鹽豐47各香氣成分含量較低，香氣略顯寡淡。
對于VIP＞1的5種香氣成分在4種粳米中的含量差異進行非參數(shù)KruskalWallis檢驗。結(jié)果見表3，丁酸丁酯、苯乙酮、2-乙酰-1-吡咯啉、甲氧基香茅醛、吲哚在4種粳米中的含量均有極顯著差異（P≤0.01）。綜上，結(jié)合VIP＞1的變量和非參數(shù)KruskalWallis檢驗，鑒定出5種香氣成分是區(qū)分4種東北粳米的關(guān)鍵香氣成分，分別為丁酸丁酯、苯乙酮、2-乙酰-1-吡咯啉、甲氧基香茅醛、吲哚。
基于快速氣相電子鼻數(shù)據(jù)的關(guān)鍵香氣成分鑒定 在電子鼻的模型因子載荷圖中，共得出38個峰面積VIP＞1，通過峰面積和相關(guān)指數(shù)的篩選，并與GC-MS的數(shù)據(jù)比對，分別得到8種和6種VIP＞1的香氣成分見表4。由圖4可知，乙醇、戊醛、戊醇、己醛、(E)-2-庚烯醛、二甲基三硫和辛醛在五優(yōu)稻4號中含量較高，醇、醛類化合物在較低濃度情況下具有果香、甜味和草香，二甲基三硫具有肉、洋蔥香氣，進一步豐富了五優(yōu)稻4號的香氣特征；庚醛和苯乙酮在綏粳18、鹽豐47中含量較高，庚醛在低濃度時具有水果香氣，苯乙酮具有山楂花香氣；龍粳31各香氣成分含量較低，香氣略顯寡淡。
圖4 OPLS-DA模型因子載荷圖（快速氣相電子鼻）
對于VIP＞1的14個峰面積在4種粳米中的含量差異進行非參數(shù)KruskalWallis檢驗。結(jié)果見表4，MXT-5柱共有6種香氣成分在4種粳米中的含量具有極顯著差異（p≤0.01），它們分別是苯乙酮、(E)-2-庚烯醛、戊醛、戊醇、己醛、辛醛；庚醛在4種粳米中的含量具有顯著差異（p≤0.05）；乙醇在4種粳米中的含量無顯著差異。MXT-1701柱共有4種香氣成分在4種粳米中的含量具有極顯著差異（p≤0.01），它們分別是二甲基三硫、戊醇、戊醛、己醛；辛醛、乙醇在4種粳米中的含量無顯著差異。綜上，結(jié)合VIP＞1的變量和非參數(shù)KruskalWallis檢驗結(jié)果，鑒定出8種香氣成分是區(qū)分4種東北粳米的關(guān)鍵香氣成分，分別為苯乙酮、(E)-2-庚烯醛、戊醛、戊醇、己醛、辛醛、庚醛、二甲基三硫。
基于GC-MS數(shù)據(jù)所得關(guān)鍵香氣成分層次聚類分析 通過對5種香氣成分熱圖繪制并進行HCA，如圖5所示，對于香氣成分的聚類主要為3類，Ⅰ區(qū)香氣成分為2-乙酰-1-吡咯啉，它只在五優(yōu)稻4號和綏粳18中檢出，能較好的區(qū)分香米和非香米。2-AP被認為是香米中特有的香氣成分，提供強烈的爆米花香氣。Ⅱ區(qū)香氣成分為丁酸丁酯，它在部分五優(yōu)稻4號樣品中有所缺失，在其它樣品中均有檢出。Ⅲ區(qū)香氣成分為吲哚、苯乙酮和甲氧基香茅醛，它們在4種粳米樣品中均有一定分布，除五優(yōu)稻4號吲哚含量略高一些外無明顯差異，有研究表明香米中吲哚及其衍生物含量高于非香米。 對于品種的聚類主要為3類，Ⅰ區(qū)主要為龍粳31和鹽豐47，它們之間雖有一定交錯分布，但從4種關(guān)鍵香氣成分含量上看差異不大，均缺失2-AP。Ⅱ區(qū)為五優(yōu)稻4號，它的2-AP含量較高，缺失丁酸丁酯。Ⅲ區(qū)為綏粳18和部分的五優(yōu)稻4號，它們擁有較高的2-AP和較高的丁酸丁酯，且五優(yōu)稻4號的2-AP含量高于綏粳18。 總體上看，五優(yōu)稻4號和綏粳18能進行一定區(qū)分，龍粳31和鹽豐47區(qū)分效果較差，從香米非香米角度觀察，香米樣品和非香米樣品能較好區(qū)分，這與上述OPLS-DA模型結(jié)果一致。
基于快速氣相電子鼻數(shù)據(jù)所得關(guān)鍵香氣成分層次聚類分析 通過對8種香氣成分熱圖繪制并進行HCA，如圖6所示，對于香氣成分的聚類主要為3類。Ⅰ區(qū)化合物為(E)-2-庚烯醛，僅通過MXT-5檢出，能較好地區(qū)分五優(yōu)稻4號、綏粳18和龍粳31、鹽豐47，它在五優(yōu)稻4號中含量最高，綏粳18次之，而在龍粳31和鹽豐47中未檢出；與電子鼻不同的是在GC-MS中，4種粳米均檢出(E)-2-庚烯醛，但在含量的分布規(guī)律上與電子鼻基本一致。(E)-2-庚烯醛是在蔓越莓、柑橘和土豆中檢測到的香氣成分。Ⅱ區(qū)香氣成分有己醛、戊醇、戊醛，它們在兩個色譜柱中均有檢出，能對五優(yōu)稻4號、綏粳18和龍粳31、鹽豐47進行一定區(qū)分，總體含量上五優(yōu)稻4號大于其它三個品種粳米。己醛和戊醛為亞油酸氧化的產(chǎn)物，提供果香和甜香，醇類為不飽和脂肪酸氧化的副產(chǎn)物，由醛的進一步分解形成，但醇類的氣味閾值一般較高，對香氣的整體貢獻較小。Ⅲ區(qū)化合物為僅通過MXT-5檢出的苯乙酮、庚醛、辛醛和僅通過MXT-1701檢出的二甲基三硫，它們在4種粳米中的分布并無明顯差異。二甲基三硫等硫化物被認為是在烹飪過程中產(chǎn)生的特征揮發(fā)物，在一些常見的米制品如年糕和米酒中也均有檢出。 對于品種的聚類主要分為4類。Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)主要為龍粳31和鹽豐47，它們的香氣成分含量較其它兩個品種的粳米偏低。Ⅲ區(qū)為部分的五優(yōu)稻4號，它在(E)-2-庚烯醛、己醛、戊醇、戊醛的含量上顯著高于其它樣品。Ⅳ區(qū)為部分五優(yōu)稻4號和綏粳18，它們的(E)-2-庚烯醛、己醛、戊醇、戊醛含量低于Ⅲ區(qū)，高于Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)，其中Ⅳ區(qū)五優(yōu)稻4號的樣品在上述成分的含量上又略高于同區(qū)的綏粳18。總體上看，通過HeraclesNEO快速氣相電子鼻所得數(shù)據(jù)分析，香米和非香米樣品區(qū)分效果較好，五優(yōu)稻4號香氣組分含量高于其它3個品種的粳米，這與GC-MS檢測數(shù)據(jù)分析結(jié)果一致。
本研究以我國東北三省4種粳米為原料，通過HS-SPME-GC-MS和Heracles NEO快速氣相電子鼻兩種技術(shù)對4種粳米香氣組分進行分析。實驗結(jié)果表明4種粳米香氣組分構(gòu)成類似，以己醛、壬醛為主的醛類為4種粳米的主要香氣組分；五優(yōu)稻4號主要香氣成分含量顯著高于其它3個品種的粳米，擁有更加濃郁的香氣；通過OPLS-DA模型和HCA熱圖分析，香米和非香米的區(qū)分效果好于具體品種，且2-AP是區(qū)分香米和非香米的關(guān)鍵香氣成分。
來源：感官科學(xué)與評定，轉(zhuǎn)載請注明來源。
參考文獻：蔣森濤,段曉亮,張東等.基于GC-MS和快速氣相電子鼻對我國東北地區(qū)代表性粳米香氣組分分析[J/OL].中國糧油學(xué)報,1-13[2024-02-01].https://doi.org/10.20048/j.cnki.issn.1003-0174.000630.
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