不同儲藏條件對小米風味的影響

張 韶， 張義茹， 郭 靜， 韓淵懷， 李紅英

(山西農業大學1，晉中 030801)(太原師范學院2，晉中 030600)

小米為我國特色雜糧產品，富含豐富蛋白質、不飽和脂肪酸、膳食纖維和多種功能性成分，如類胡蘿卜素、葉酸、黃酮和多酚類物質[1]，具有健脾養胃、和中益腎、調節睡眠、降脂降壓的功效[2]。小米品質高低直接影響著人們的喜好程度。小米粥風味是香氣揮發物和口感味道的復雜作用，是衡量小米品質的重要指標之一[3]。小米蒸煮風味的文獻已有報道，且明確己醛、庚醛、反-2-辛烯醛、2,4-壬二烯醛和反,反-2,4-癸二烯醛等醛類化合物是小米粥中的主要揮發性物質組分[4]。此外，Bi等[5]在蒸煮小米粥中發現碳氫化合物和苯衍生物被鑒定為谷物中的氣味活性化合物。

小米外穎殼具有保護其結構穩定的作用，脫殼的小米容易氧化變質。小米的感官品質、加工品質、生理特性及化學成分都會隨儲藏條件變化而變化，經過夏天高溫儲藏的小米，其工藝和食用品質下降嚴重。小米的儲藏方式一般有兩種，分為常溫和低溫儲藏。據研究表明，小米在常溫儲藏期間脂肪酸值增高，粗脂肪、粗蛋白和還原糖含量下降，過氧化氫酶活性下降，造成小米粥食用品質下降；低溫條件可以減緩小米的變化，有利于維持較好的品質[7]。在其他作物上也發現儲藏期間揮發性風味物質含量變化影響風味品質，小麥在9個月的儲藏期中，醇類、酸類、醛類、酮類物質含量逐漸增加，酯類及烴類相對含量先增加后減少[8]；玉米在儲藏6個月中，醛類、醇類和脂類含量先升高后下降[9]；Suzuki等[10]的研究中提出，稻谷儲藏時間超過一年后，其米飯揮發性物質減少。

為了探究儲藏對小米蒸煮風味品質的影響，本研究選擇3個山西省的名優品牌小米——東方亮、汾都香、沁州黃進行實驗，將3種水分含量相同的小米在遮光處理下，分別設置了不同儲藏時間(0、3、6、9、12月)、不同儲藏溫度(常溫和4 ℃)，以期探究儲藏過程中影響小米風味劣變的關鍵風味物質并探索最佳的儲藏條件。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

“東方亮”小米(DFL)、“汾都香”小米(FDX)、“沁州黃”小米(QZH)于2018年同時采購，密封包裝。

1.2 樣品處理

將含水量為13.5%的品牌小米分成質量相同的兩份，并用錫箔袋密封，一份置于常溫環境，另一份置于4 ℃冰箱，在儲藏0、3、6、9、12個月取樣測量。每次分別稱取1.5 g小米、7.5 g純凈水和20 μL 0.005%的3-庚酮甲醇溶液到20 mL的頂空進樣瓶中(75.5 mm×22.5 mm)。每個樣品制備等量3份，隨機置于氣相色譜質譜儀(Trace 1300)上100 ℃孵化20 min，模擬小米粥蒸煮過程。

1.3 氣相色譜質譜聯用儀程序設定

色譜條件設定：毛細管的色譜柱為DB-5 ms柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，進樣口溫度為250 ℃，載氣為氦氣，不分流進樣且流速為1.0 mL/min。柱溫起始設定為40 ℃保持2 min，后以6 ℃/min的速度升溫到250 ℃保持3 min[11]。質譜條件：燈絲發射電流為200 μA，離子源溫度為200 ℃，接口溫度為250 ℃；電子能量為70 eV，電離方式為EI[11]。頂空固相微萃取裝置(涂層50/30 μm DVB/ CAR/ PDMS 萃取頭)萃取10 min，解吸附2 min，進入色譜分析45 min[11]。

1.4 數據處理

定性分析：待測樣品的揮發性化合物鑒定和篩選通過結合保留時間(RT)和線性保留指數(LRI，通過C8-C40混合碳標計算)，并結合NIS 數據庫的比對結果完成的；相對含量計算：待測樣品峰面積與標準品峰面積比≈待測樣品相對濃度與標準品濃度比來計算；揮發性物質組分的貢獻率計算：氣味活性值(OAV)為各揮發性物質組分的絕對濃度(C)與香味閾值(T)之比，即：OAV=C/T。由于很難準確定量幾十種甚至幾百種揮發性物質的絕對濃度，采用相對氣味活性值(R0AV)來計算和評價揮發性物質組分對樣品的貢獻性[12]。通常設定風味閾值較低、對樣品風味貢獻最大的化合物的ROAV為100，則其他物質組分的ROAV計算為：

式中：Cmax、Tmax為對樣品風味貢獻最大化合物的質量分數和香味閾值；Ci、Ti為被測組分的質量分數和香味閾值。ROAV值越高，對樣品的風味貢獻性越大，當 ROAV≥1時，表明該物質為關鍵風味物質；當0.1≤ROAV≤1時，表明該物質對樣品的整體風味具有修飾作用[11]。

采用EXCEL軟件對3個品牌小米不同儲藏時期和儲藏溫度的風味物質進行統計分析。主成分分析(SIMCA)以區分不同儲藏時間小米的揮發性風味物質對小米粥的貢獻。

2 結果與討論

2.1 小米粥風味物質鑒定與分析

對不同儲藏時間、儲藏溫度的3個品牌小米的蒸煮揮發性風味物質進行測定，共鑒定出50種揮發性化合物，這些化合物包括17種醛類、4種酮類、4種醇類、3種酚類、7種烷烴類、6種雜環類和9種酸脂類物質(表1)。根據物質組分和構成比例分析，3種品牌小米中醛類、烷烴類、雜環類及酸脂類含量相對較高，但其揮發性風味物質含量和比例各不相同，可能由于基因型、生長環境和土壤條件等因素造成的[5]。劉丹[13]在測定不同地區燕麥的揮發性風味物質也發現相同的結果。

表1 不同品牌小米初始月份揮發性風味物質鑒定

續表1

相對香味活性閾值(ROAV)是確定食品主體揮發性物質的一種新方法，即定義揮發性物質組分的相對濃度為各組分占總揮發性組分的質量分數[14]，以此來得出小米粥中風味物質的貢獻率大小結果見表2。通過分析發現，不同品牌小米主要揮發性物質種類和含量比例不同，造成不同的特征風味。辛醛、壬醛、反,反-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、反,反-2,4-壬二烯醛、正壬醇、正己醛、癸醛、2-十一烯醛、十二醛、1-辛烯-3-醇、對二甲苯、萘、香葉基丙酮和2-正戊基呋喃(ROAV≥0.1)15種物質是3個優質品牌小米粥中的特征揮發性物質。對這些香味物質的來源成分和香味分析，9種醛類、1辛烯-3醇及2-正戊基呋喃一般被認為是油酸、亞油酸及花生四烯酸等脂肪酸氧化降解產生。己醛、癸醛和反,反-2，4-癸二烯醛含量較高，具有青香、脂香、柑橘等風味，且因其閾值較低，對小米粥風味形成有較大貢獻[15]。不飽和醇類閾值較低，如1-辛烯-3-醇具有類似泥土的氣味，該物質被認為是谷物中重要揮發性物質[16]。2-正戊基呋喃帶有豆類、青味及蔬菜等的氣味，多生成于美拉德反應[17]。香葉基丙酮的前體物質是類胡蘿卜素，具有香甜的花香氣味[18]；萘由兩個芳香苯環構成，在Bi等[5]分析蒸煮小米粥風味時，也證實了萘的存在，該物質在較低濃度時對小米粥香味起整體協調作用。

表2 不同品牌小米粥初始月份主要揮發性物質組分

2.2 不同儲藏時間的小米對小米粥揮發性風味物質的影響

主成分分析(PCA)將3個品牌小米在5個儲藏時間節點區分成了5組，基本上反映了每個儲藏時期的風味物質特征(圖1)。在一年儲藏過程中，揮發性風味物質種類數量在不斷下降。常溫條件下不同儲藏時期揮發性物質的含量變化表明(圖2)，3個品牌小米揮發性風味物質變化有較好的一致性。從整體來看，烷烴類、醛類、雜環類和酸脂類物質含量較高，醛類、醇類、雜環類和烷烴類含量變化基本呈“W”型，酸脂類呈“M”型。酚類和酮類物質呈“下降—急劇升高—下降”變化趨勢。儲藏至12個月時酸脂類物質含量急劇下降，雜環類、醛類和烷烴類物質含量有所增加。對上述15種小米特征性揮發性風味物質在儲藏過程中的相對含量的變化進行分析。結果表明，除了反,反-2,4-壬二烯醛、香葉基酮、反,反-2,4-癸二烯醛、十二醛、對二甲苯和萘以外，其他物質變化趨勢都呈“W”型。在儲藏3個月內，這15種揮發性風味物質的含量都下降，小米粥香味變淡；在儲藏6個月時，正己醛、2-正戊基呋喃、1-辛烯-3醇和對二甲苯含量較初始月都升高，壬醛、辛醛和正壬醛接近初始含量，其他物質含量下降；在儲藏9個月時，正己醛、2-正戊基呋喃和1-辛烯3醇含量較初始月份升高，其他物質含量較初始月份都下降；儲藏12個月時，正己醛、2-正戊基呋喃、正壬醇、1-辛烯-3醇和對二甲苯含量較初始月都升高，而其他物質含量處于較低水平。汾都香中物質含量變化較為平緩，說明其儲藏穩定性高于東方亮和沁州黃。

造成這種變化的原因可能與大米陳化過程類似，在儲藏期間脂類物質氧化，生成更高濃度的醛、醇和烷烴類物質，產生不良氣味[19]。正己醛物質含量較低時是青草香味,含量過高會產生酸敗味道[20]。1-辛烯-3醇來源于花生四烯酸的氫過氧化物，具有蘑菇和泥土氣味。2-正戊基呋喃在稀濃度下有典型的堅果味，但是在較高的濃度下，它有一種不太令人愉快的大豆臭味特征[18]。在儲藏4個月后，這些異味物質含量增加，造成小米粥不新鮮或酸敗難聞的氣味。滿忠秀等[21]也發現大米儲藏期4個月時，會出現較明顯的陳化味。

注：-n代表儲藏n月份。圖1 小米常溫儲藏1年后小米粥揮發性物質得分圖

2.3 不同儲藏溫度對小米粥風味物質的影響

根據常溫和低溫下小米粥揮發性物質相對含量的對比表明(圖3)，低溫(4 ℃)儲藏條件下3個品牌小米含量變化較常溫平緩，趨勢相似且較為集中。醛類、酚類、醇類及烷烴類的含量在低溫儲藏條件下有所升高，雜環類有所下降。在Yuan等[22]基于核糖核酸測序和GC-MS研究大米在不同儲藏溫度和濕度的物質變化實驗中表明，在大米儲藏期間其揮發性物質變化主要由于脂質氧化，在儲藏階段脂肪酶活性先增加后下降，過氧化氫酶活性下降使大米生成更高濃度的醛、酮和呋喃類物質，產生不良氣味。因此推測物質含量的這種變化可能是由于在0～3個月，氧氣濃度高，脂肪氧化成游離脂肪酸的速率高于氧化成醛醇及烷烴等物質的速率，醛醇烷烴類物質的含量下降；儲藏4～6個月，生成醛醇烷烴類化合物的速率高于生成脂肪酸物質的速率，故其含量上升；儲藏7～9個月，由于脂肪酸含量增加，pH下降，使過氧化氫酶活性下降，故游離脂肪酸被氧化的速率下降，醛、醇、雜環及烷烴類物質含量下降；儲藏10～12個月，脂肪氧化成脂肪酸的速率下降，脂肪酸含量下降故其含量下降。低溫抑制酶活性，減緩了物質氧化速率，故低溫儲藏條件下物質含量變化趨勢更平緩。該推測還需進一步測定基因表達量及酶活性予以驗證。

注：—為DFL；-----為FDX；---為QZH。圖2 小米常溫儲藏期小米粥揮發性物質的相對質量分數

通過分析15種小米粥風味形成的關鍵性物質可知，在低溫儲藏條件下，0～3個月揮發性物質的含量變化和常溫相似，從儲藏3個月后，辛醛、壬醛、(E)-2-壬烯醛、十一醛、十二醛、反,反-2,4-癸二烯醛、反,反-2,4-壬二烯醛、正壬醇和2-正戊基呋喃含量較常溫儲藏明顯增加，說明低溫儲藏下小米制備成的小米粥風味更豐富。然而，正己醛、1-辛烯-3-醇、正壬醇、2-正戊基呋喃及對二甲苯含量在儲藏12個月時較儲藏初期增加，其他物質含量減少，這與常溫儲藏1年后小米粥特征揮發性物質變化相似。

注：—為DFL；-----為FDX；---為QZH。黑色為常溫下物質的變化含量，灰色為低溫(4 ℃)下的物質含量變化。圖3 小米在常溫與低溫儲藏后其小米粥揮發性物質的含量變化

對比小米在常溫與4 ℃儲藏一年后其小米粥揮發性風味物質的貢獻率發現，1-辛烯-3醇、2-正戊基呋喃、正己醛、癸醛、十二醛、萘及4-乙烯基愈創木酚這7種物質在儲藏階段貢獻率相近；壬醛、壬醇、2-十一醛、對二甲苯在3個月低溫儲藏條件下貢獻率有所增加；庚醛、苯乙醛、十一醛和(E)-2-辛烯醛在儲藏6個月和9個月低溫儲藏條件下貢獻率有所下降。儲藏12個月時常溫與低溫儲藏下主要揮發性物質相同，貢獻率大小不同，低溫儲藏風味更加豐富(表3)。

表3 小米在常溫與低溫儲藏1年后其小米粥主要揮發性物質的貢獻率變化

3 結論

小米脫殼不耐儲藏，家庭保存不當會導致小米變質產生異味。本實驗通過對常溫和低溫儲藏條件下的3個優質品牌小米的蒸煮風味進行分析與比較，結果表明，從3個品牌小米中共檢測出了50種揮發性風味物質，對其進行ROAV分析，首次確定了優質小米中的15種特征揮發性風味物質。在一年的常溫儲藏期間，醛類、醇類、雜環類及烷烴類物質相對含量變化呈“W”型；酸脂類呈“M”型。在低溫(4 ℃)儲藏期間，物質的相對含量變化與常溫相似，且變化趨勢更為平緩、集中。這些物質的含量變化與溫度、酶活性相關，需要后續進一步予以驗證。正己醛、1-辛烯-3醇、對二甲苯、正壬醇和2-正戊基呋喃是小米儲藏階段造成異味的關鍵物質。在儲藏4個月后蒸煮小米粥中的異味物質含量開始增加，同時在低溫儲藏條件下風味物質更為豐富，故在條件允許的情況下應進行低溫密封儲藏小米，在4個月以內食用。為了延長小米儲藏期限，后續可以通過這幾個異味物質含量高低并結合口感評價來篩選耐儲藏及不耐儲藏的品種，通過分子手段定位相關的基因。