朱 麟， 林旭東， 何 悅， 尚海濤， 凌建剛， 佟立濤

(寧波市農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所1，寧波 315100)(寧波市農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程重點實驗室2，寧波 315100)(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所3，北京 100094)

秈梗雜交稻是以秈稻為父本、粳稻為母本雜交培育出的新型水稻品種，屬于遠(yuǎn)源雜交品種，具有更強的雜種優(yōu)勢[1]，其稻米質(zhì)量優(yōu)良，不僅有秈米的蓬松清香，又有粳米的柔滑甘甜，且雜交后的水稻株型結(jié)構(gòu)具備了超高產(chǎn)的支撐能力，產(chǎn)量提高非常明顯[2]。水稻秈粳亞種間的雜種優(yōu)勢利用和品種株型的進一步改良是未來雜交稻發(fā)展的主要方向[3]。目前，秈粳雜交水稻育種及栽培技術(shù)已取得突破，在我國南方地區(qū)廣泛種植[4-6]，尤以“甬優(yōu)”系列雜交稻種在產(chǎn)量、推廣面積等方面最為突出，累計推廣面積已達(dá)5 200多萬畝，增產(chǎn)稻谷超過41億kg，有效帶動了農(nóng)民增收[7]。

稻米的風(fēng)味成分組成決定了米飯的風(fēng)味特征，分析稻米揮發(fā)性風(fēng)味成分對于明確該品系的特征品質(zhì)具有重要意義。徐晉[8]采用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)研究了五常大米的揮發(fā)性成分，明確了正辛醇、壬醇、香葉基丙酮、吲哚為其主要香味成分，指出這些物質(zhì)含量下降是儲藏期間清香味降低的主要原因。劉瑤等[9]采用固相微萃取(SPME)和GC-MS技術(shù)測定了泰國香米和五常大米，分別檢測出91種和68種香氣成分，并分析出2種大米主要的風(fēng)味差異。“甬優(yōu)”稻育成時間相對較短，相關(guān)研究目前多集中在育種、栽培等環(huán)節(jié)，其采后食用品質(zhì)分析相對滯后[10]。畢文雅等[11]曾通過HS-SPME/GC-MS技術(shù)，對甬優(yōu)15品種秈粳雜交米儲藏期間的揮發(fā)性成分進行分析，鑒定出多種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分，并觀測了揮發(fā)性成分在儲藏期間的變化，但甬優(yōu)系列稻米品種眾多，僅2020年度浙江省主推品種就有甬優(yōu)1540、甬優(yōu)15、甬優(yōu)538、甬優(yōu)9號、甬優(yōu)17等多個品種，其特征揮發(fā)性風(fēng)味成分的差異及其與常規(guī)秈、粳稻的差異仍有待于深入研究。

氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用(GC-IMS)技術(shù)是一種分析樣品揮發(fā)性化合物的檢測方法，能綜合氣相色譜預(yù)分離和離子遷移譜的快速組分分析能力，操作簡單、反應(yīng)快速、靈敏，在果蔬[12]、中草藥[13]、水產(chǎn)品[14]、煙酒[15]、調(diào)味品[16]等眾多領(lǐng)域應(yīng)用，在糧油食品加工中，在產(chǎn)品分類[17]、溯源[18]、霉變分析與預(yù)警[19，20]、揮發(fā)性成分分析[21]等方面應(yīng)用越來越廣泛。

本研究以浙江地區(qū)主推秈稻品種甬秈15、粳稻品種寧84為對照，采用GC-IMS結(jié)合聚類分析及主成分分析(PCA)法對8個主推甬優(yōu)系列秈粳雜交稻米的揮發(fā)性風(fēng)味成分進行測定與分析，構(gòu)建GC-IMS風(fēng)味指紋圖譜，為甬優(yōu)稻米特征品質(zhì)的分析確定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

甬優(yōu)系列秈粳雜交稻谷(甬優(yōu)9、甬優(yōu)12、甬優(yōu)15、甬優(yōu)1540、甬優(yōu)17、甬優(yōu)538、甬優(yōu)7850、甬優(yōu)7860，其中，“甬優(yōu)”統(tǒng)一以“YY”為代號)、常規(guī)秈稻甬秈15(CK1)及常規(guī)粳稻寧84(CK2)。當(dāng)季新鮮烘干稻谷(含水量14%～15%)，于2020年12月1日采購自寧波市象山縣石浦鎮(zhèn)。

1.2 儀器與設(shè)備

FlavourSpec?風(fēng)味分析儀,BLH-3290K稻谷出米率檢測儀。

1.3 方法

將10種稻谷采用稻谷出米率檢測儀的礱谷和精米機(碾米時間15 s)碾成精米。每品種取5 g樣品，置于20 mL頂空瓶中，80 ℃孵育15 min后頂空進樣，進樣體積為500 μL，進樣針溫度為85 ℃，孵化轉(zhuǎn)速500 r/min；載氣為高純氮氣。用FlavourSpec?風(fēng)味分析儀開展GC-IMS分析，每個樣品平行測定3次。

GC-IMS的測試條件參照趙卿宇等[17]方法，其中GC條件為：色譜柱MXT-5型(柱長15 m，內(nèi)徑0.53 nm)，色譜柱溫為60 ℃；分析時間20 min，起始載氣流速為2 mL/min，保持2 min，2～20 min線性上升至100 mL/min。IMS條件為：Tritium氚源離子源(6.5 keV)；正離子模式；漂移管長度9.8 cm；漂移氣流速為150 mL/min；漂移管溫度為45 ℃；平均次數(shù)12次；電場強度500 V/cm；網(wǎng)格脈沖寬度100 μs；觸發(fā)延遲時間100 ms；采樣頻率150 kHz；重復(fù)率30 ms。

1.4 數(shù)據(jù)分析及處理

采用FlavourSpec?風(fēng)味分析儀內(nèi)置的VOCal軟件分析譜圖，應(yīng)用軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫可對物質(zhì)進行定性分析；采用Reporter插件對比樣品之間的譜圖差異(三維譜圖和二維俯視差異譜圖)；采用Gallery Plot插件分析指紋圖譜；Dynamic PCA插件將樣品相似度分析。利用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)聚類分析[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同稻米揮發(fā)性風(fēng)味成分定性分析

利用C4～C9的正構(gòu)酮作為外標(biāo)，繪制保留時間-保留指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，由此計算各物質(zhì)保留時間對應(yīng)的保留指數(shù)，并通過風(fēng)味分析儀內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫進行物質(zhì)定性，結(jié)果如表1所示。10種稻米樣品共鑒定出65種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，通過風(fēng)味分析儀內(nèi)置數(shù)據(jù)庫可定性49種，包括9種醇類、6種酯類、7種酮類、26種醛類、1種雜環(huán)類物質(zhì)，其中18對為單體和二聚體(化學(xué)式和CAS號相同，但形態(tài)不同)；暫未能定性的風(fēng)味物質(zhì)16種，這是由于風(fēng)味成分?jǐn)?shù)據(jù)庫信息暫不完善導(dǎo)致的，這也是GC-IMS風(fēng)味分析中存在的普遍性問題[23]，總體不影響對實驗結(jié)果的分析。這些揮發(fā)性風(fēng)味成分是由脂質(zhì)、碳水化合物、氨基酸等物質(zhì)代謝直接或間接形成[24]，它們賦予了稻米特殊的香味。實驗檢出的揮發(fā)性組分中，醇類和酯類是大米香氣組分中特征風(fēng)味物質(zhì)[11,26]，所有稻米樣品中均檢出1-辛烯-3-醇、正己醇、正戊醇、2-甲基丁醇、異戊醇和異丁醇。這些醇類物質(zhì)為C4～C8的低碳鏈醇，具有醇香味，如1-辛烯-3-醇具有蘑菇和干草香氣[24]、正己醇具有類蘋果的水果香氣等。檢出的酯類物質(zhì)包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸丁酯，均為具有水果香氣的揮發(fā)性風(fēng)味成分。

表1 不同稻米主要揮發(fā)性組分的定性

醛和酮類都含有羰基，是稻米揮發(fā)性風(fēng)味的重要組成成分，本研究檢出的酮類化合物多為低碳鏈酮類，其中C5～C8酮多具有特殊香氣[24]，如甲基庚烯酮具有檸檬草香氣，2-庚酮具有梨香，而C4及以下的酮類無香味，如2-丁酮具有類似丙酮的氣味。醛是醇轉(zhuǎn)變?yōu)樗岬闹虚g體物質(zhì)。低分子量的醛(C7以下)具有不愉快的刺激性氣味，如丁醛、戊醛、糠醛；而隨著分子質(zhì)量的增加，逐漸變化為令人喜愛的香味，其中C8～C10的醛多具有明顯的花香或果香，如壬醛具有玫瑰、柑橘香氣；辛醛具有很強的橙香。其他檢出的有機物主要為2-戊基呋喃，為含氧雜環(huán)類化合物，具有果香味和青草味。

2.2 不同稻米揮發(fā)性成分對比差異圖譜及Gallery Plot指紋譜圖

不同稻米的揮發(fā)性成分對比差異譜圖如圖1所示，其中縱坐標(biāo)代表氣相色譜的保留時間，橫坐標(biāo)代表離子遷移時間(歸一化處理)，RIP峰兩側(cè)的每一個點代表一種揮發(fā)性風(fēng)味成分有機物，該差異化譜圖以CK1樣品為參照，對比顯示樣品中所有揮發(fā)性物質(zhì)在不同樣品中的差異情況，其中紅色越深，說明對應(yīng)物質(zhì)濃度比其濃度高的越多，藍(lán)色越深則越少。

圖1 不同稻米中揮發(fā)性成分對比差異譜圖

圖2 不同稻米揮發(fā)性成分Gallery Plot指紋譜圖

借助風(fēng)味分析儀分析系統(tǒng)的Gallery Plot插件繪制了揮發(fā)性物質(zhì)的指紋譜圖，如圖2所示，其中一行代表一個樣品的揮發(fā)性風(fēng)味成分組成，一列代表某種揮發(fā)性物質(zhì)在不同樣品中的信號峰；信號峰的顏色明暗代表該物質(zhì)的濃度高低，可以直觀看出每種樣品的完整揮發(fā)性有機物信息以及樣品之間揮發(fā)性有機物的差異。從左至右，分別按照揮發(fā)性風(fēng)味成分的種類進行排列(醇、醛、酮、酯等)，整體上可以看出，與粳米、秈米2個對照組相比，甬優(yōu)品種稻米的醇類物質(zhì)水平顯著偏低，如己醇、戊醇、2-甲基丁醇、異戊醇和異丁醇等，相對含量顯著低于對照組。而甬優(yōu)品種稻米中部分醛和酯類物質(zhì)的水平要高于對照組，如苯甲醛、糠醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、乙酸乙酯、乙酸丁酯等，尤其是苯甲醛和乙酸丁酯2個物質(zhì)，在所有甬優(yōu)米樣品中普遍存在，且顯著高于對照組。

“甬優(yōu)”系列稻米是利用秈粳亞種間雜種優(yōu)勢育成的超級稻品種，由于在秈粳雜種優(yōu)勢利用中秈粳之間的基因互有漸滲，育成品種的秈粳屬性存在差異[26]。其中甬優(yōu)9、15、17為偏秈型，甬優(yōu)12、538、7850、7860為偏粳型，甬優(yōu)1540為中間型。由圖2可知，不同類型、品種的甬優(yōu)稻米之間的揮發(fā)性風(fēng)味成分也存在一定差異，偏秈型米主要揮發(fā)性成分組成以醛、酯為主，尤其是飽和醛類，如丁醛、戊醛等C4～C9的飽和醛；而偏粳型米的物質(zhì)組成以醛、酮為主，如2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、E-2-戊烯醛、E-2-己烯醛、2-丁酮、2-戊酮等。另外相對偏粳型甬優(yōu)米，不同品種的偏秈型米之間的揮發(fā)性風(fēng)味成分組成差異相對較小。

圖3 不同稻米揮發(fā)性風(fēng)味成分PCA分析

圖4 不同稻米揮發(fā)性風(fēng)味成分聚類分析

2.3 不同稻米揮發(fā)性風(fēng)味成分的主成分和聚類分析

由圖3可以大致觀察樣本之間的特征差異。甬優(yōu)米與2個對照組之間整體距離較遠(yuǎn)，說明甬優(yōu)組與對照組之間的特征差異較大，但其品系內(nèi)的特征差異相對較小，彼此距離較近，其中偏秈型的甬優(yōu)15、17、9等相對更為接近，這與指紋圖譜分析結(jié)果基本對應(yīng)。對10個樣品進一步聚類分析，結(jié)果見圖4。聚類分析結(jié)果與PCA結(jié)果一致，甬優(yōu)米、常規(guī)秈、粳米之間揮發(fā)性成分差異顯著，可分為3類，而甬優(yōu)品種大米之間差異相對較小，其中，偏秈型甬優(yōu)9、15、17分類較為接近，而偏粳型的甬優(yōu)12、538、7850、7860分類相對分散，中間型甬優(yōu)1540則與2種存在顯著差異。

3 結(jié)論

以常規(guī)秈、粳稻米為對照，采用GC-IMS技術(shù)分析不同主推甬優(yōu)品系稻米的揮發(fā)性風(fēng)味成分，共定性出49種風(fēng)味物質(zhì)，包括9種醇類、6種酯類、7種酮類、26種醛類、1種雜環(huán)類物質(zhì)。建立了各品種大米揮發(fā)性成分的指紋圖譜，相對于常規(guī)秈、粳米，甬優(yōu)雜交米的揮發(fā)性風(fēng)味成分中的醇類物質(zhì)含量普遍較低，部分醛及酯類物質(zhì)含量較高；在所有甬優(yōu)米樣品中，苯甲醛和乙酸丁酯兩種成分顯均著顯高于常規(guī)秈、粳米；不同品種的甬優(yōu)米之間揮發(fā)性風(fēng)味成分也存在顯著差異，偏秈型稻米的揮發(fā)性風(fēng)味成分組成以醛、酯為主，而偏粳型米以醛、酮為主。