脂肪酸對米飯食味的影響

畢 雪，賽里木汗·阿斯米，張 敏,2,*，周 琦，楊再山

（1.北京食品營養與人類健康高精尖創新中心（北京工商大學），北京 100048；2.北京市食品添加劑工程技術研究中心（北京工商大學），北京 100048；3.北京康得利機械設備制造有限公司，北京 100074）

大米是現今世界上種植最廣泛的谷物之一，亞洲、非洲等國家有近一半以上的人口將大米作為主食[1]。大米的食味一般由米飯的柔軟性、滋味、氣味、黏散性、色澤及光澤等因素決定，主要是指米飯入口后咀嚼時的綜合感覺[2]。大米中的脂肪質量分數雖然只有0.09%～1.52%，但對米飯的食味具有顯著影響[3]。大米的脂肪酸值與米飯的硬度呈顯著正相關，與黏度、彈性和食味值呈極顯著負相關[4]。楊偉軍等[5]的研究結果表明，脂肪酸的添加可增加大米淀粉凝膠的彈性和咀嚼性，降低黏度。油酸和亞油酸是大米中含量最多的2 種脂肪酸，約為47%和35%[3]。有關油酸和亞油酸對米飯食味影響的研究較少。

米飯的關鍵風味化合物包括己醛、辛醛、戊醛、庚醛、壬醛、香草醛、1-辛烯-3-醇、4-乙烯基苯酚和4-乙烯基創木酚[6]。米飯揮發性風味化合物的形成中，不飽和脂肪酸通過脂氧合酶的作用生成脂氫過氧化物，在高溫加熱條件下，通過脂氫過氧化物裂解酶和脂氫過氧化物異構酶的作用發生裂解、重組、環化等反應生成醛類、醇類、酮類及呋喃類化合物[7]。Buttery等[8]對玉米產品的研究指出，己醛、1-辛烯-3-醇、(反,反)-2,4-癸二烯醛等物質主要為玉米不飽和脂肪酸氧化降解的產物。Lumen等[9]研究結果表明，青豆中游離的亞麻酸是反-2-己醛、1-戊烯-3-醇、3-戊烯-1-醇、反-2-己醇和反-3-己醛的風味前體物質；亞油酸是己醛、1-辛烯-3-醇、己醇的風味前體物質。不飽和脂肪酸對米飯揮發性風味化合物形成的影響值得探究。

Zhou Zhongkai等[10]研究結果表明，方大米淀粉中添加1%的硬脂酸可對峰值黏度、崩解值有顯著影響；添加亞油酸對上述指標無顯著影響。高濃度的棕櫚酸會降低大麥粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和回生值[11]。孫曙光[12]研究結果表明，添加油酸和硬脂酸可與大米淀粉形成淀粉-脂質復合物，顯著增加大米淀粉的最終黏度和回生值。

本實驗擬采用米飯硬度黏度儀、固相微萃取-氣相色譜-質譜（solid phase micro-extraction gas chromatographymass spectrometry，SPME-GC-MS）聯用技術以及快速黏度儀，研究添加油酸和亞油酸對米飯的質構特性、揮發性風味化合物及淀粉糊化特性的影響，探究米飯揮發性風味化合物的潛在形成途徑，為米飯食味研究及米飯制品的研發提供理論數據及參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

墾育38號稻谷（食味值85.00±1.15；粗蛋白（8.50±0.06）%、水分（10.60±0.06）%、直鏈淀粉（18.00±0.12）%） 河北省農林科學院濱海農業研究所；碘、油酸、亞油酸（均為分析純） 莫隴科學股份有限公司；碘化鉀（分析純） 天津市福晨化學試劑廠；2-甲基-3-庚酮（色譜純） 北京化學試劑公司。

1.2 儀器與設備

JSWL200大米食味計、RHS1A米飯硬度黏度儀、THU35C實驗型壟谷機、TM05C實驗型碾米機 日本株式會社佐竹制作所；800Y高速多功能粉碎機 永康市鉑歐五金制品有限公司；XHF-DY高速分散器寧波新芝有限公司；UV-2800A型紫外-可見分光光度計尤尼柯（上海）儀器有限公司；Sigma 4-16KS臺式離心機成貫儀器（上海）有限公司；RVA4500快速黏度分析儀瑞典波通儀器公司；7890B-G3442B GC-MS聯用儀美國Agilent公司；手動SPME裝置、50/30 μm二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷灰色萃取頭及手柄 美國Supelco公司；DB-Wax毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美國J&W公司；

1.3 方法

1.3.1 大米樣品制備

將墾育38號稻谷進行壟谷、碾磨，出米率為61.74%。

1.3.2 大米食味值及基本理化指標的測定

食味值、粗蛋白質含量、水分含量、直鏈淀粉含量，均由大米食味計測定。

1.3.3 米飯的制備

參照苗菁等[6]的方法，稱取50 g大米樣品置于帶蓋鋁罐中，加入75 mL蒸餾水，常溫浸泡30 min，上鍋蒸煮30 min、保溫燜制15 min。

1.3.4 添加脂肪酸米飯的制備

參照1.3.3節的米飯制備方法，稱取50 g大米樣品置于帶蓋鋁罐中，加入75 mL蒸餾水和一定量的脂肪酸，常溫下浸泡30 min，上鍋蒸煮30 min、保溫燜制15 min。

1.3.5 米飯質構測定

準確稱取8 g米飯樣品，采用米飯硬度黏度儀測定硬度、黏度、彈性等指標，每個樣品測定10 次，取平均值。

1.3.6 黏度特性的測定

按照美國谷物化學協會規程，AACC76-21[13]標準1的要求使用快速黏度分析儀測定。稱取約3.00 g米粉，按米粉的干基分別加入一定量的脂肪酸和蒸餾水。測定模式的溫度程序為：50 ℃保持1 min，以12 ℃/min上升到95 ℃（3.75 min），保持2.5 min；之后下降到50 ℃（3.75 min），保持1.4 min。攪拌器初始10 s內轉速為960 r/min，隨后轉速為160 r/min。

1.3.7 淀粉-脂質復合指數的測定

分別稱取2 g碘和20 g碘化鉀，定容至100 mL制備碘儲備液。稱取5 g黏度測定完的樣品，加入25 mL去離子水混合，8 000 r/min離心30 min。吸取1 mL上清液，加入1 mL去離子水和4 mL碘液，渦旋1 min混勻，利用紫外-可見分光光度計于波長620 nm處測定溶液的吸光度。復合指數按式（1）計算：

1.3.8 脂肪酸及米飯揮發性風味化合物測定

脂肪酸樣品預處理：取一定量的油酸或亞油酸（按5 g大米的干基1%～3%計算）置于40 mL的頂空小瓶內，用聚四氟乙烯隔墊密封。將密封好的頂空小瓶置于蒸鍋內，蒸煮30 min，保溫燜制15 min。

揮發性化合物萃取：方頂空小瓶內加入5 g新鮮米飯或方已處理好的脂肪酸樣品中，加入1 μL含量為0.816 μg/mL的2-甲基-3-庚酮，密封后60 ℃水浴平衡20 min，插入萃取纖維，頂空吸附萃取40 min。然后于GC-MS進樣口解吸5 min，進行GC-MS聯機分析。

GC條件：DB-Wax毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣為氦氣，流速1.2 mL/min；不分流進樣；進樣口溫度250 ℃；升溫程序：初溫40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升溫到200 ℃，再以10 ℃/min升到230 ℃，保持3 min。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；質量掃描范圍m/z55～500。

1.3.9 脂肪酸及米飯揮發性風味化合物分析

當下國內教師培養的“實踐”取向固然沒錯，但一味強化實踐不及其余的做法，卻使得教師培養的具體過程常常發生偏離，甚至誤入歧途。教師培養，必須整體觀照兒童、學科與課程教學，并致力于促進教師的全人發展。教師職前培養的實踐環節是涵養與養成的教育，要充分發揮“養成性實踐教學”的綜合效應，重在養成教師的專業情意、思維方式和行為特征。

揮發性風味化合物的定性分析：以NIST 11譜庫檢索及保留指數（retention index，RI）為主，結合人工譜圖解析。

揮發性風味化合物的定量分析：采用面積歸一化法計算各風味化合物的峰面積相對比例，根據內標物質2-甲基-3-庚酮的量，與各揮發性風味化合物的色譜峰面積進行比較，計算揮發性風味化合物相對于內標物的含量，按式（2）計算：

式中：C為揮發性風味化合物含量/（μg/kg）；Ci為內標物的質量濃度/（μg/μL）；Sj為揮發性風味化合物的峰面積；Si為內標物的峰面積。

1.4 數據處理

采用DPS軟件進行數據統計分析，所有實驗重復3次，取平均值。

2 結果與分析

2.1 米飯感官評價結果

結合米飯適口性及揮發性風味的感官評價，油酸添加量為1%和2%時，米飯的光澤、適口性、滋味及風味均在感官可接受范圍內；油酸添加量為3%時，米飯的適口性較差且產生了不愉快的氣味。亞油酸添加量為1%～4%時，米飯的光澤、適口性、滋味及風味均在感官可接受范圍內；亞油酸添加量為5%時，米飯的適口性較差且整體氣味極淡。據此，確定脂肪酸的添加量為1%～3%（以大米干基計）。

2.2 淀粉-脂質復合指數的變化

圖1 油酸及亞油酸對大米淀粉復合指數的影響Fig. 1 Effects of oleic acid and linoleic acid on composite index of rice starch

由圖1可知，隨著油酸和亞油酸添加量的增加，淀粉-脂質復合物的復合指數均呈上升趨勢。亞油酸添加量小于2%，淀粉-亞油酸復合物的復合指數變化差異不顯著。脂肪酸添加量增加，增大了淀粉分子與脂肪酸分子結合的機率，更多的脂肪酸分子進入淀粉內部的螺旋結構形成復合物，復合指數增大。

脂肪酸的不飽和度能影響淀粉-脂質復合程度及復合物的性質[14]。對于碳鏈相同、飽和度不同的油酸和亞油酸，油酸更易與淀粉分子結合。這與亞油酸的不飽和度高，不飽和雙鍵的空間位阻大，亞油酸分子進入淀粉內部螺旋結構的難度大有關[15]。

2.3 米飯質構的變化

表1 添加油酸和亞油酸對米飯質構的影響Table 1 Effects of addition of oleic acid and linoleic acid on texture of cooked rice

由表1可知，隨著油酸添加量的升高，米飯的硬度、彈性上升，黏度降低。與對照組相比，添加1%～3%油酸的米飯黏度分別下降了23.28%～53.44%；油酸添加量小于2%，米飯的硬度、彈性差異較小。隨著亞油酸添加量的升高，米飯的硬度上升，黏度降低。與對照組相比，添加1%～3%亞油酸的米飯硬度上升了12.45%～29.10%，黏度下降了11.64%～30.17%；亞油酸添加量小于2%，米飯的黏度差異較小。

添加油酸和亞油酸的米飯質構變化的原因在于淀粉-脂質復合物的形成，使淀粉內部的螺旋結構被脂肪酸分子占據，大米結構更為緊實，導致米粒吸水能力變弱，難以糊化，造成蒸煮后的米飯黏度低，米粒略顯松散[16]。脂肪酸還會在淀粉表面形成一層脂質膜，增加淀粉的疏水性，使淀粉難以充分糊化，黏度降低[17]。有研究表明，脂肪酸與淀粉的復合程度高，復合物的結晶度增加，其凝膠硬度和耐咀嚼性增強[18-19]。本研究獲得相似的結果，添加脂肪酸使米飯中淀粉-脂質的復合指數增加，米飯的硬度增加、黏度降低。

2.4 大米淀粉糊化特性的變化

表2 油酸和亞油酸對大米淀粉黏度特征值的影響Table 2 Effects of addition of oleic acid and linoleic acid on RVA characteristic value of rice starch

由表2可知，與原淀粉相比，添加油酸可使峰值黏度、熱漿黏度顯著降低，崩解值、最終黏度和回生值顯著升高。添加亞油酸可使最終黏度和回生值顯著升高，峰值黏度、熱漿黏度與崩解值無顯著性變化。在1%～3%添加量范圍內，油酸對淀粉糊化特性的影響比亞油酸更顯著，這可能與油酸和淀粉能形成較多的淀粉-脂質復合物有關。淀粉糊化過程中，淀粉顆粒充分吸水膨脹，直鏈淀粉分子從淀粉顆粒中不斷滲漏，在水溶液中由于受到分子內的氫鍵作用發生纏繞-螺旋的轉換[23]，排出螺旋結構內部的水分，使其內部形成一個疏水腔[24]。油酸可降低大米淀粉的峰值黏度，這與Zhou Zhongkai等[10]的研究結果相似。淀粉顆粒吸水可使其淀粉分子柔性增大，結構松散，脂肪酸尾部的疏水基團進入淀粉分子螺旋結構內，通過疏水間相互作用，形成穩定的V型淀粉-脂質復合物[25-26]，抑制了水分的進入與析出，限制了糊化過程中淀粉顆粒的吸水溶脹。

油酸和亞油酸均可增加大米淀粉的最終黏度，表明大米淀粉糊的凝膠強度增加。由于形成的淀粉-脂質復合物可減弱淀粉分子間的運動，直鏈淀粉之間及支鏈淀粉側鏈之間的氫鍵作用增加，進而增強了淀粉凝膠的相互摩擦作用[27]，導致最終黏度升高。

添加油酸和亞油酸可使大米淀粉的回生值升高，加速了大米淀粉的老化，這可能與本實驗所選擇的大米樣品中直鏈淀粉含量較高且淀粉-脂質復合物易發生結晶化有關。

2.5 米飯揮發性風味化合物的變化

表3 油酸及米飯揮發性風味化合物的GC-MS鑒定結果Table 3 Analytical results for GC-MS identi fication of volatile compounds in cooked rice with addition of oleic acid

續表3

大米在蒸煮過程中，蛋白質發生水解反應，脂肪酸分子發生氧化裂解，且某些反應的中間產物會作為中間體參與到美拉德反應或Streker降解反應中，進而使得大米蒸煮過程中發生更多、更復雜的化學反應[28]。

由表3可知，純油酸樣品中，大多數揮發性風味物質的含量隨油酸添加量增加而升高。己醛、庚醛、辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、(反,反)-2,4-癸二烯醛等米飯關鍵風味物質均在對照組、純油酸和添加油酸的米飯樣品中檢出；隨著油酸添加量的增加，這7 種物質的含量在米飯樣品中均呈現升高的變化趨勢。袁雪芬[29]研究結果表明，癸醛為美拉德反應的產物。具有類似蜂蜜香和柑橘香、脂肪香的壬醛和辛醛分別是由油酸氧化生成的C10-氫過氧化物和C11-氫過氧化物經氧化裂解生成的[30]。

反-2-己烯醛、順-4-庚烯醛、反-2-庚烯醛、(反,反)-2,4-庚二烯醛、反-4-壬烯醛、(反,反)-2,4-辛二烯醛、2,4-壬二烯醛、反-2-癸烯醛等物質僅在油酸樣品種檢出，含量隨油酸添加量的增加而升高。有研究表明，脂質氧化生成的游離脂肪酸分子和某些中間產物可進一步參與美拉德反應[31]。本研究中，添加油酸的米飯中，烯醛類物質含量顯著減少，應該是油酸經氧化裂解生成的烯醛類物質參與到米飯的美拉德反應中，生成新的揮發性風味化合物。添加油酸后，各米飯樣品中2-戊基呋喃的含量升高。有研究指出，不飽和脂肪酸自由基裂解產生的共軛二烯自由基與氧反應生成二烯氫過氧化物，再經烷氧自由基環化生成2-戊基呋喃[32]。方α,β-不飽和醛中添加氨基酸有助于2-烷基呋喃形成，肽和蛋白質也能夠催化相應的α,β-不飽和醛生成2-烷基呋喃[33]。推測在米飯中，2-戊基呋喃主要是由油酸的氧化裂解形成，蛋白質及游離氨基酸的存在有助于α,β-不飽和醛參與到2-戊基呋喃的形成。米飯體系更為復雜，淀粉、蛋白質與脂肪酸之間存在各種相互作用。在米飯中，α,β-不飽和醛方2-戊基呋喃轉化的反應途徑值得進一步研究。

隨著油酸添加量的增加，米飯中醛類物質和酸類物質的總量逐漸增加。當油酸添加量為3%時，與對照組相比，醛類物質的總量增加約8.67 倍，酸類物質的總量增加約24.61 倍。有研究表明，小分子飽和酸類物質總量過高會對食品的風味產生負面影響[34]，醛類物質總量過高會產生令人不愉快的異味[35]，添加3%油酸的米飯氣味較差與這2 種物質含量過高有關。

表4 亞油酸及米飯揮發性風味化合物的GC-MS鑒定結果Table 4 Analytical results for GC-MS identi fication of volatile compounds in cooked rice with addition of linoleic acid

續表4

由表4可知，己醛、苯甲醛、辛醛、壬醛、癸醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2,2,4-三甲基戊二醇異丁酯、2,6-二叔丁基對甲酚等物質均在對照組、亞油酸和添加亞油酸的米飯樣品中檢出；上述大多數揮發性風味化合物的含量隨亞油酸添加量的增加呈現出先升高后降低的趨勢，這與添加油酸的變化情況不同。添加油酸對這些風味化合物含量的影響較亞油酸更顯著，這是由于油酸僅含有1 個不飽和雙鍵，更易斷裂發生氧化還原反應，氧化反應可生成醛、酮或羧酸類物質，還原反應易生成醇類物質[36]。具有甜香氣的吲哚在各米飯樣品中均檢出，含量隨亞油酸添加量的增加逐漸降低。吲哚屬于含氮化合物，色氨酸是唯一一個含有吲哚骨架的氨基酸[37]。隨著亞油酸添加量的增加，極性較小的酯類物質的總量顯著降低。冀國強等[38]曾指出，蛋白質加熱變性后，結構發生較大變化，維系蛋白質空間螺旋結構的疏水鍵斷裂后，更多的憎水基團暴露出來，加強了對極性較低或非極性風味化合物的保留且體系中所形成高分子聚集體可吸附某些揮發性風味化合物[39]，添加亞油酸后對米飯整體風味起輔助烘托作用的酯類物質含量減少與此有關。

3 結 論

脂肪酸添加量在1%～3%范圍內，油酸、亞油酸與大米淀粉形成復合物的量隨脂肪酸添加量的增加而增多，油酸分子更易與大米淀粉結合形成淀粉-脂質復合物。隨著脂肪酸添加量的增加，米飯的硬度升高，黏度降低，油酸對米飯質構特性的影響更顯著。2 種不飽和脂肪酸均可增加大米淀粉糊的硬度，加速大米淀粉的老化；油酸可抑制大米淀粉顆粒的吸水溶脹。油酸和亞油酸可顯著增加米飯揮發性風味化合物的種類及總量，油酸對米飯揮發性風味化合物含量的作用更顯著。油酸添加量超過3%時，米飯中醛類和酸類物質總量過高是米飯產生不愉快氣味的主要原因。油酸氧化裂解生成的烯醛類物質可作為中間體參與其他反應，使米飯飽和醛類、醇類及酮類等物質的含量增加。