基于頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜法分析圣稻2620揮發性成分

郭濤 王海鳳 薛芳 房文文 姜艷芳 張煥霞 張士永

摘要 [目的]了解優良食味米水稻品種圣稻2620蒸煮過程中的揮發性風味成分。[方法]采用頂空固相微萃取（HS-SPME）結合氣相色譜-質譜法（GC-MS），對優良食味大米圣稻2620蒸煮過程中的揮發性風味成分進行定性分析。[結果]共檢測到29種揮發性成分，其中酮類成分10種，占總含量的37.52%，主成分為2-庚酮（11.59%）和2-癸酮（8.64%）;醛類成分7種，占總含量的32.89%，主成分為苯甲醛（15.28%）和正己醛（7.60%）;檢測到烷類成分3種，占總含量的10.64%，主成分為正十四烷（7.20%）;鑒定醇類、醚類、苯類、酚類、吲哚類9種，占總含量的18.96%。[結論]該研究為稻米優良食味品質機理的解析、培育優良食味水稻新品種提供了理論依據。

關鍵詞 稻米;頂空固相微萃取;氣相色譜-質譜聯用;揮發性成分

中圖分類號 TS207.3文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）11-0198-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.057

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract [Objective] To study the volatile compounds in Japonica rice Shengdao 2620 during the cooking process. [Method] The volatile compounds in Japonica rice Shengdao 2620 were analyzed by headspace solid phase microextraction （HSSPME） and gas chromatographymass spectrometry （GCMS）. [Result] Twentynine components in Shengdao 2620 were determined. Ten kinds of ketones were identified， accounting for 37.52% of the total. The major components were 2heptanone （11.59%） and 2decanone （8.64%）. Seven kinds of aldehydes were identified， accounting for 32.89% of the total. The major components were benzaldehyde （15.28%） and caproaldehyde （7.60%）. Three kinds of alkanes were identified， accounting for 10.64% of the total. The major components were tetradecane （7.20%）. We also detected other nine kinds of matters in rice flavor， three kinds of alcohols and ethers， one methylbenzene， one Indole and one 2，4Ditertbutylphenol， they were accounted for 18.96% of the total. [Conclusion] This study can provide a theoretical basis for the analysis of the mechanism of high taste quality rice and cultivation of high taste quality rice varieties.

Key words Rice;Headspace solid phase microextraction（HSSPME）;Gas chromatographymass spectrometry （GCMS）;Volatile compound

基金項目 國家重點研發計劃子課題（2017YFD0100403）;山東省農業科學院農業科技創新工程項目（CXGC2016A02）;山東省農業重大應用技術創新項目“優質食味水稻綠色生態生產技術集成與示范”;國家水稻產業技術體系項目（CARS-01-75）。

作者簡介 郭濤（1982—），男，山東高密人，助理研究員，博士，從事水稻種質資源保護與創新利用研究。

通信作者，研究員，從事優良食味粳稻新品種選育配套栽培技術研究。

收稿日期 2018-12-24

水稻是我國最重要的糧食作物之一，它的蒸煮風味與質地對大米感官品質的影響很大。隨著人們生活水平的提升，對稻米品質的要求也越來越高。作為主食，稻米在蒸煮食用過程中是不添加調味料的，其本身的蒸煮食味品質就顯得尤為重要。米飯在蒸煮過程中，特別是40～60 ℃這個階段，還原糖、天冬氨酸等成分慢慢富集，糖類物質和氨基酸發生美拉德反應，同時部分大米成分發生熱降解，產生大量揮發性氣味成分，形成米飯風味。目前，已報道的米飯中揮發性化合物有300多種[1]。

頂空固相微萃取（HS-SPME）技術是20世紀90年代出現的樣品處理方法，集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體，操作簡單方便、測試快、費用低。該方法與氣相色譜-質譜法（GC-MS）聯用，可以快速分析揮發性成分的差異，目前在生命科學、食品藥品質量評價、化工、香精油揮發性成分檢測等方面已有廣泛的應用[2]。官秋林等[3]利用HS-SPME-GC-MS檢測4種植物油煎炸薯條揮發性風味成分，共鑒定出93種揮發性風味化合物，主要是醛、醇、酮以及相應的酯，還有一些烴類和其他雜環類化合物。林家永等[4]用HS-SPME技術結合GC-MS對不同稻谷中揮發性成分進行研究，確定稻谷揮發成分分析的最佳條件為平衡時間60 min、萃取時間50 min、萃取溫度80 ℃、樣品量20 g。研究發現，稻谷中揮發性成分有醛類、醇類、酮類、酯類、烴類、有機酸類以及雜環類化合物。黃亞偉等[5]通過頂空固相微萃取-氣質聯用的方法對6種五常大米中的揮發性氣味進行了分析，并比較了其中的差異。劉敬科等[6]研究發現，蒸煮方法也會對米飯揮發性成分有影響，分析比較了常壓蒸煮、高壓蒸煮和無壓力無沸騰蒸煮的米飯揮發性成分，發現壓力無沸騰蒸煮的米飯產生的揮發性成分的種類和含量高于常壓蒸煮和高壓蒸煮。劉敏等[7]通過對4種大米揮發性物質相對含量的測定及主成分分析，認為不同品種間大米風味物質對大米香氣品質存在較大影響。楊曉娜等[8]分析了新鮮米飯和方便米飯的風味成分以及它們之間的差異，發現方便米飯風味具有一定優越性，應用前景廣闊。采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用的方法可檢測不同儲存方式和儲存時間對大米風味有很大影響。姜平等[9]研究發現，大米儲存后醛類、醇類和酮類物質均有較大幅度增加，但抽真空或充CO2包裝的方式可以較好地延緩米飯風味物質的劣變，保持大米的品質，充N2包裝次之，自然密閉保鮮效果最差。王立峰等[10]研究發現，隨著儲存時間的延長，大米揮發性成分中的醛類物質含量升高，己醛、壬醛和2-戊基-呋喃可以較好地反映大米的儲藏品質。

圣稻2620是山東省水稻研究所新培育的優良食味米水稻新品系，米飯黏軟適中、色澤光亮、氣味濃郁純正，在2017年北方稻作協會組織的全國優良食味米品評中榮獲一等獎。筆者采用頂空固相微萃取-氣質聯用技術對圣稻2620蒸煮過程中的揮發性物質進行分析，以期為優良食味米的品質評價提供基礎數據，也為優質米水稻新品種的選育提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及樣品處理

圣稻2620于2017年種植于山東省水稻研究所濟寧試驗站。材料收獲后，室溫放置3個月，待性狀穩定后進行測定。稱取無霉變、無蟲咬的稻谷150 g，用綠洲鋒速LTJM160型精米機（上海青浦綠洲檢測儀器有限公司生產）加工成精米，用FS-Ⅱ型實驗室旋風式粉碎磨（浙江托普儀器有限公司）加工成米粉，過50目篩。

1.2 儀器

固相微萃取裝置及萃取纖維頭（50/30 μm DVB/CAR on PDMS）;氣相色譜質譜聯用儀（7890A-5977，安捷倫科技有限公司）。

1.3 方法

1.3.1

萃取。將頂空微萃取裝置的萃取纖維頭在氣相色譜進樣口老化，老化溫度為270 ℃，老化時間60 min。稱取米粉20 g，置于50 mL聚四氟乙烯硅膠墊密封的螺口頂空進樣瓶中，加入40 mL ddH2O，將進樣瓶置于加熱平臺，設置加熱溫度80 ℃，模擬蒸煮，平衡20 min。平衡后，將老化后的萃取頭刺穿隔墊，調整高度，推出纖維頭，置于樣品上方5 cm處，萃取吸附40 min，抽回纖維頭，將萃取裝置插入GC進樣口，推出纖維頭解析5 min。

1.3.2 GC-MS分析條件。采用安捷倫7890A-5973N氣相色譜-質譜聯用儀，色譜柱型號HP-5MS，進樣口溫度250 ℃，載氣流速1.0 mL/min，1∶1分流進樣。升溫程序：起始柱溫40 ℃，保持1 min，以6 ℃/min的升溫速率上升到250 ℃，保持10 min。電離方式EI，電離能量70 eV，離子源溫度230 ℃，質譜掃描范圍為33～400 AMU/S，檢索譜庫為NIST11。

2 結果與分析

2.1 HS-SPME試驗條件的建立

影響HS-SPME效率的

主要因素有萃取溫度、萃取時間和解析時間等。萃取溫度和萃取時間會影響揮發性物質的釋放和揮發量，而解析時間會影響試驗的靈敏性。前期試驗結果表明，在一定的溫度范圍內，提高萃取溫度，HS-SPME提取和萃取的能力會增強，揮發性物質釋放出的種類和數量隨之增多;當溫度過高時，固相吸附量減少。綜合考慮，該試驗篩選出圣稻2620最佳萃取溫度為80 ℃。

隨著平衡時間的延長，圣稻2620釋放出的揮發性物質和揮發量相對增多，當吸附量達到飽和時，上升就會變緩。綜合考慮，選取萃取時間為40 min。

解析時間影響方法的靈敏性，時間過短，解析不完全，會對下一個樣品造成污染;而解析時間過長，會影響萃取頭的使用壽命。解析5 min后，峰數變化不大，因此選擇解析時間為5 min。

2.2 圣稻2620中揮發性成分

試驗利用頂空固相微萃取-氣質聯用的方法對大米蒸煮過程中的揮發性成分進行了分析，測得了圣稻2620大米的總離子流圖（圖1）。

通過使用軟件Mass Hunter 的解卷積功能，分離同一時間共流出的離子，同時匹配NIST11譜庫，通過比對離子豐度比以及相似度得分，采用面積歸一化法，確定圣稻2620大米中的揮發性物質成分及相對含量，詳見表1。

2.3 揮發性成分組成

圣稻2620中共檢測到29種揮發性成分，其中酮類最多，有10種，分別是2-庚酮（1159%）、2-癸酮（8.64%）、香葉基丙酮（4.16%）、2-壬酮（3.83%）、4-（1-甲基乙基）-2-環己烯-1-酮（3.68%）、仲辛酮（204%）、6-甲基-5-庚烯-2-酮（1.06%）、法尼基丙酮（106%）、2-十五烷酮（1.05%）、十七烷酮（0.40%），占總含量的37.52%。醛類有7種，分別是苯甲醛（15.28%）、正己醛（7.60%）、辛醛（3.36%）、壬醛（3.04%）、2-甲基烯醛（234%）、庚醛（064%）、癸醛（0.63%），占總含量的3289%。烷類有3種，分別是正十三烷（0.75%）、正十四烷（7.20%）和正十五烷（2.69%），占總含量的10.64%。醚類3種，分別是二環乙醚（3.86%）、二苯醚（1.10%）和乙二醇單丁醚（0.92%），占總含量的5.88%。醇類3種，分別是雪松醇（1.00%）、2-乙基乙醇（0.81%）和正己醇（0.68%），占總含量的2.49%。另外還有甲苯（7.93%）、吲哚（1.31%）和2，4-二叔丁基苯酚（135%）。

由圖2可知，圣稻2620稻米中酮類和醛類物質種類和相對含量都最多，這與黃亞偉等[5]研究五常大米中揮發性成分以烷烴為主的結果不同，檢出的揮發性物質種類與數量也較少，這可能與試驗條件、品種差異和種植模式不同有關。

3 結論

該研究采用頂空固相微萃取結合氣質聯用技術分析了圣稻2620稻米蒸煮過程中的揮發性物質成分，共檢測到29種揮發性成分，其中酮類物質10種，占總含量的37.52%;醛類物質7種，占總含量的32.89%;烷類物質3種，占總含量的10.64%;醇類物質3種，占總含量的2.49%;醚類物質3種，占總含量的5.88%;苯類、酚類和吲哚類物質各1種，相對含量分別為7.93%、1.35%和1.31%。酮類和醛類占比最大，可認為是構成圣稻2620風味的主要物質。

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