酶與米曲對發芽糙米揮發性物質的影響

董艷，田媛，張正海

(黑龍江省科學院大慶分院，黑龍江 大慶 163319)

發芽糙米是將糙米發芽至一定程度(0.5～1 mm)而得到的由幼芽和帶糠層的胚乳組成的糙米制品[1]。糙米在發芽過程中內源酶被激活，將蛋白質、淀粉、多糖等降解為小分子，富集更多的營養和生理活性成分，如膳食纖維、維生素、礦物質、γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、磷酸肌醇、谷維醇等，具有抗動脈粥樣硬化、降低心腦血管疾病發病率和抗衰老等諸多保健功效[2]。其直接食用口感較差，以致其相關食品的消費一直很難得到推廣。目前發芽糙米加工中大多采用酶解或發酵工藝，如李偉等[3]采用α-淀粉酶、吳偉莉等[4]采用淀粉酶和糖化酶、曹陽等[5]采用酵母復合乳酸菌、李雪[6]通過接種米曲霉和雙歧桿菌制備發芽糙米飲品。發芽糙米經酶和米曲加工后能夠改善其風味并保留其營養成分，并可提高人們的接受度。但酶和米曲加工后發芽糙米揮發性成分的研究未見報道。本研究利用氣相色譜偶聯離子遷移譜技術(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS)[7]分析酶、米曲加工方法對發芽糙米揮發性成分的影響，旨在為發芽糙米發酵飲料、發芽糙米米酒、發芽糙米米醋等發芽糙米食品研發時增強其風味化合物飽滿性、改善其適口性提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

市售發芽糙米：東極小鎮牌；酶制劑(淀粉酶100000 U/g、糖化酶40000 U/g、纖維素酶3000 U/g)：日本洛東化成工業株式會社；米曲：新潟麥酒株式會社。

BS211S型電子天平 北京賽多利斯科學儀器有限公司；FlavourSpec?氣相色譜-離子遷移譜聯用儀 德國 G.A.S.公司。

1.2 樣品準備

0號樣品：稱量100 g發芽糙米，加入100 mL水，勻漿。

1號樣品：稱量100 g發芽糙米，加入100 mL水，加入1 g淀粉酶、1 g糖化酶、0.5 g纖維素酶、30 g米曲，勻漿。

2號樣品：稱量100 g發芽糙米，加入100 mL水，加入1 g淀粉酶、1 g糖化酶、0.5 g纖維素酶，勻漿。

3號樣品：稱量100 g發芽糙米，加入100 mL水，加入30 g米曲，勻漿。

將0，1，2，3號樣品分別放在培養箱中60 ℃培養12 h后冷卻密封待測。

1.3 GC-IMS分析

GC-IMS分析委托山東海能科學儀器有限公司實驗室完成，取2 g樣品于20 mL頂空進樣瓶中，經頂空進樣通過氣相色譜-離子遷移譜FlavourSpec?進行測試，經G.A.S.軟件分析得到樣品中揮發性有機物的差異譜圖。GC-IMS設備的分析條件見表1。

表1 分析條件Table 1 The analysis of conditions

續 表

1.4 數據分析

采用Laboratory Analytical Viewer和GC×IMS Library Search Software軟件對GC-IMS數據進行揮發性成分的差異圖譜及定性分析，利用NIST 2014 數據庫與G.A.S.的IMS遷移時間數據庫進行二維定性，通過儀器配備的功能軟件可給出樣品的氣相色譜-離子遷移譜圖、揮發性有機物的Gallery Plot指紋譜圖等，清晰展示樣品的風味成分，快速找出之間的差異[8]。

2 結果與分析

2.1 不同加工方法對發芽糙米揮發性有機物的成分分析

酶、米曲加工后發芽糙米GC-IMS二維譜圖見圖1，縱坐標為氣相保留時間，橫坐標為離子遷移時間(drift time)，左側深色豎線為RIP(即反應離子峰，drift time約為7.84 ms)。RIP兩側的每一個點代表一種揮發性有機物。顏色代表物質的濃度，白色表示濃度較少，深色表示濃度較大，顏色越深表示濃度越大，整個譜圖即代表了樣品的頂空成分。

圖1 發芽糙米樣品HS-GC-IMS二維譜圖比較Fig.1 Comparison of HS-GC-IMS two-dimensional spectra of germinated brown rice

由圖1可知，GC-IMS可將不同加工方法的發芽糙米揮發性成分有效分離，且可直觀展示不同加工方法下的揮發性成分差別，使用GC×IMS Library Search軟件，通過內置的NIST 2014氣相保留指數數據庫與G.A.S.的IMS遷移時間數據庫二維定性，最終確定了 36 種揮發性有機組分(見表2)和 36個特征峰位置點(見圖2)，位置點編號與表 2中編號一致。36 種揮發性有機組分包括一些物質的二聚體，主要由醛類、酮類、醇類、酯類、酸類、雜環類等組成，醛類化合物14 種、酮類化合物5 種和醇類化合物5 種，占確定揮發性有機物的1/2以上。GC-IMS將不同加工方法的發芽糙米樣品的揮發性有機物進行指紋采集，對比分析GC-IMS的二維譜圖和指紋圖譜可以將不同加工方法的發芽糙米樣品進行區分，共檢測出36 種物質并對其定性。

圖2 36個特征峰選取位置點Fig.2 36 characteristic peaks selection locations

表2 發芽糙米樣品揮發性化合物的定性分析Table 2 Qualitative analysis of volatile compounds in germinated brown rice

續 表

2.2 不同加工方法對發芽糙米揮發性成分差異分析

采用LAV軟件的Gallery Plot插件，自動生成指紋圖譜，對比不同工藝條件處理得到的發芽糙米間揮發性有機物的差異，結果見圖 3。

圖3 發芽糙米樣品HS-GC-IMS指紋圖譜Fig.3 HS-GC-IMS fingerprint spectra of germinated brown rice samples注：圖3中橫坐標為化合物名稱，縱坐標為樣品編號(n=2)。

由圖 3可知，不同處理工藝的發芽糙米樣品揮發性有機物種類和濃度呈現出明顯的差異。將圖 3標記不同區域，a框區域是0號樣品的主要風味物質，包括己酸、2-庚酮、2-丁酮、丁酸、乙縮醛、2-戊酮、2-己酮等，這些物質的濃度比其他樣品中稍高。據報道，己酸是兔肉腥味的主體成分[9]，2-庚酮有類似梨的水果香味[10]；b框區域的物質在1 號樣品中含量較高，其中包含米曲和米曲協同生物酶發酵后發芽糙米樣品的揮發性有機成分，主要有苯乙醛、2-乙基-6-甲基吡嗪、1-己醇、1-戊醇、2-正戊基呋喃、苯甲醛、3-甲硫基丙醛、糠醛、異戊醛、2-甲基丙醛、2-甲基丙醇等，其中苯乙醛具有花香，苯甲醛具有杏仁、堅果香且均是米曲霉發酵高鹽稀態醬油過程中的典型揮發性風味物質[11]，3-甲硫基丙醛有醇厚的醬香、洋蔥香和紅燒肉香味[12]，異戊醛經稀釋后具有蘋果的香味[13]，2-正戊基呋喃有烤堅果或者烤肉的焦香，易與硫化氫反應產生強烈的香氣，并且感覺閾值極低，多生成于美拉德反應[14]，吡嗪類化合物多具有巧克力香、堅果香、焦香、烤香等氣味[15]；d框區域的物質在2 號樣品中含量較高，有壬醛、辛醛、庚醛、正己醛、戊醛等，其中壬醛是玫瑰、綠茶等中的特征香氣物質，具有玫瑰花香和柑橘的清香，庚醛具有水果香味，正己醛呈現清鮮氣息和水果香；c框區域的3-甲基-3-丁烯-1-醇、乙酸乙酯、乙酸3-甲基丁酯、丁醛等物質在3號樣品中含量較多，分析其中應有米曲本身的揮發性風味物質，酯類化合物大多呈現怡人的花香和水果香氣，乙酸乙酯是白酒中重要的香氣化合物。

由圖1～圖3結合表2 可知，使用酶、米曲加工后發芽糙米揮發性有機物的指紋信息改變。主要原因在于：揮發性有機物隨著酶、米曲加工條件的改變而變化(產生、消失或濃度改變)，不同的變化存在規律性，具體哪些揮發性有機物發生了變化還需進一步檢測。此外，1號樣品是通過酶與米曲共同加工得到的發芽糙米樣品，其醛類化合物如壬醛、庚醛、正辛醛、正己醛含量比2號樣品少，在酯類方面，如乙酸-乙酯、3-甲基-1-丁醇乙酸酯是的豐富度和濃度低于3號樣品，但其整體揮發性有機成分種類與濃度均高于其他3個樣品，其原因是糖化酶、淀粉酶、纖維素酶高效催化使發芽糙米中儲藏的淀粉和非淀粉多糖降解，米曲中的蛋白酶、植酸酶等混合生物酶體系，使其進一步分解為聚合度更低的小分子，同時米曲本身帶來的風味物質也增加了1號樣品中的揮發性有機成分。

3 結論

本研究采用氣相色譜-離子遷移譜法測定了酶、米曲加工后發芽糙米樣品的揮發性有機成分，將不同加工方法的發芽糙米樣品的揮發性有機物進行指紋采集，對比分析GC-IMS的二維譜圖和指紋圖譜，將不同加工方法的發芽糙米樣品進行區分，結果顯示：分別采用酶協同米曲、酶、米曲加工后的發芽糙米樣品與發芽糙米樣品的揮發性風味存在明顯差異，采用酶與米曲協同加工得到的發芽糙米樣品主體揮發性物質組成更豐富，具有獨特的香氣和風味。本研究為發芽糙米增香技術及不同風味發芽糙米調味品的開發提供了信息。