張 韶， 張義茹， 郭 靜， 韓淵懷， 李紅英

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)1，晉中 030801)(太原師范學(xué)院2，晉中 030600)

小米為我國(guó)特色雜糧產(chǎn)品，富含豐富蛋白質(zhì)、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(zhì)[1]，具有健脾養(yǎng)胃、和中益腎、調(diào)節(jié)睡眠、降脂降壓的功效[2]。小米品質(zhì)高低直接影響著人們的喜好程度。小米粥風(fēng)味是香氣揮發(fā)物和口感味道的復(fù)雜作用，是衡量小米品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[3]。小米蒸煮風(fēng)味的文獻(xiàn)已有報(bào)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(fā)性物質(zhì)組分[4]。此外，Bi等[5]在蒸煮小米粥中發(fā)現(xiàn)碳?xì)浠衔锖捅窖苌锉昏b定為谷物中的氣味活性化合物。

小米外穎殼具有保護(hù)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用，脫殼的小米容易氧化變質(zhì)。小米的感官品質(zhì)、加工品質(zhì)、生理特性及化學(xué)成分都會(huì)隨儲(chǔ)藏條件變化而變化，經(jīng)過(guò)夏天高溫儲(chǔ)藏的小米，其工藝和食用品質(zhì)下降嚴(yán)重。小米的儲(chǔ)藏方式一般有兩種，分為常溫和低溫儲(chǔ)藏。據(jù)研究表明，小米在常溫儲(chǔ)藏期間脂肪酸值增高，粗脂肪、粗蛋白和還原糖含量下降，過(guò)氧化氫酶活性下降，造成小米粥食用品質(zhì)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(zhì)[7]。在其他作物上也發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)藏期間揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量變化影響風(fēng)味品質(zhì)，小麥在9個(gè)月的儲(chǔ)藏期中，醇類、酸類、醛類、酮類物質(zhì)含量逐漸增加，酯類及烴類相對(duì)含量先增加后減少[8]；玉米在儲(chǔ)藏6個(gè)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(chǔ)藏時(shí)間超過(guò)一年后，其米飯揮發(fā)性物質(zhì)減少。

為了探究?jī)?chǔ)藏對(duì)小米蒸煮風(fēng)味品質(zhì)的影響，本研究選擇3個(gè)山西省的名優(yōu)品牌小米——東方亮、汾都香、沁州黃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將3種水分含量相同的小米在遮光處理下，分別設(shè)置了不同儲(chǔ)藏時(shí)間(0、3、6、9、12月)、不同儲(chǔ)藏溫度(常溫和4 ℃)，以期探究?jī)?chǔ)藏過(guò)程中影響小米風(fēng)味劣變的關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)并探索最佳的儲(chǔ)藏條件。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)采購(gòu)，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(zhì)量相同的兩份，并用錫箔袋密封，一份置于常溫環(huán)境，另一份置于4 ℃冰箱，在儲(chǔ)藏0、3、6、9、12個(gè)月取樣測(cè)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(jìn)樣瓶中(75.5 mm×22.5 mm)。每個(gè)樣品制備等量3份，隨機(jī)置于氣相色譜質(zhì)譜儀(Trace 1300)上100 ℃孵化20 min，模擬小米粥蒸煮過(guò)程。

1.3 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀程序設(shè)定

色譜條件設(shè)定：毛細(xì)管的色譜柱為DB-5 ms柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，進(jìn)樣口溫度為250 ℃，載氣為氦氣，不分流進(jìn)樣且流速為1.0 mL/min。柱溫起始設(shè)定為40 ℃保持2 min，后以6 ℃/min的速度升溫到250 ℃保持3 min[11]。質(zhì)譜條件：燈絲發(fā)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(jìn)入色譜分析45 min[11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

定性分析：待測(cè)樣品的揮發(fā)性化合物鑒定和篩選通過(guò)結(jié)合保留時(shí)間(RT)和線性保留指數(shù)(LRI，通過(guò)C8-C40混合碳標(biāo)計(jì)算)，并結(jié)合NIS 數(shù)據(jù)庫(kù)的比對(duì)結(jié)果完成的；相對(duì)含量計(jì)算：待測(cè)樣品峰面積與標(biāo)準(zhǔn)品峰面積比≈待測(cè)樣品相對(duì)濃度與標(biāo)準(zhǔn)品濃度比來(lái)計(jì)算；揮發(fā)性物質(zhì)組分的貢獻(xiàn)率計(jì)算：氣味活性值(OAV)為各揮發(fā)性物質(zhì)組分的絕對(duì)濃度(C)與香味閾值(T)之比，即：OAV=C/T。由于很難準(zhǔn)確定量幾十種甚至幾百種揮發(fā)性物質(zhì)的絕對(duì)濃度，采用相對(duì)氣味活性值(R0AV)來(lái)計(jì)算和評(píng)價(jià)揮發(fā)性物質(zhì)組分對(duì)樣品的貢獻(xiàn)性[12]。通常設(shè)定風(fēng)味閾值較低、對(duì)樣品風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的化合物的ROAV為100，則其他物質(zhì)組分的ROAV計(jì)算為：

式中：Cmax、Tmax為對(duì)樣品風(fēng)味貢獻(xiàn)最大化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和香味閾值；Ci、Ti為被測(cè)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和香味閾值。ROAV值越高，對(duì)樣品的風(fēng)味貢獻(xiàn)性越大，當(dāng) ROAV≥1時(shí)，表明該物質(zhì)為關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)；當(dāng)0.1≤ROAV≤1時(shí)，表明該物質(zhì)對(duì)樣品的整體風(fēng)味具有修飾作用[11]。

采用EXCEL軟件對(duì)3個(gè)品牌小米不同儲(chǔ)藏時(shí)期和儲(chǔ)藏溫度的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。主成分分析(SIMCA)以區(qū)分不同儲(chǔ)藏時(shí)間小米的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)對(duì)小米粥的貢獻(xiàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 小米粥風(fēng)味物質(zhì)鑒定與分析

對(duì)不同儲(chǔ)藏時(shí)間、儲(chǔ)藏溫度的3個(gè)品牌小米的蒸煮揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，共鑒定出50種揮發(fā)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(huán)類和9種酸脂類物質(zhì)(表1)。根據(jù)物質(zhì)組分和構(gòu)成比例分析，3種品牌小米中醛類、烷烴類、雜環(huán)類及酸脂類含量相對(duì)較高，但其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量和比例各不相同，可能由于基因型、生長(zhǎng)環(huán)境和土壤條件等因素造成的[5]。劉丹[13]在測(cè)定不同地區(qū)燕麥的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)也發(fā)現(xiàn)相同的結(jié)果。

表1 不同品牌小米初始月份揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)鑒定

續(xù)表1

相對(duì)香味活性閾值(ROAV)是確定食品主體揮發(fā)性物質(zhì)的一種新方法，即定義揮發(fā)性物質(zhì)組分的相對(duì)濃度為各組分占總揮發(fā)性組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[14]，以此來(lái)得出小米粥中風(fēng)味物質(zhì)的貢獻(xiàn)率大小結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，不同品牌小米主要揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量比例不同，造成不同的特征風(fēng)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(duì)二甲苯、萘、香葉基丙酮和2-正戊基呋喃(ROAV≥0.1)15種物質(zhì)是3個(gè)優(yōu)質(zhì)品牌小米粥中的特征揮發(fā)性物質(zhì)。對(duì)這些香味物質(zhì)的來(lái)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(rèn)為是油酸、亞油酸及花生四烯酸等脂肪酸氧化降解產(chǎn)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(fēng)味，且因其閾值較低，對(duì)小米粥風(fēng)味形成有較大貢獻(xiàn)[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(zhì)被認(rèn)為是谷物中重要揮發(fā)性物質(zhì)[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(yīng)[17]。香葉基丙酮的前體物質(zhì)是類胡蘿卜素，具有香甜的花香氣味[18]；萘由兩個(gè)芳香苯環(huán)構(gòu)成，在Bi等[5]分析蒸煮小米粥風(fēng)味時(shí)，也證實(shí)了萘的存在，該物質(zhì)在較低濃度時(shí)對(duì)小米粥香味起整體協(xié)調(diào)作用。

表2 不同品牌小米粥初始月份主要揮發(fā)性物質(zhì)組分

2.2 不同儲(chǔ)藏時(shí)間的小米對(duì)小米粥揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響

主成分分析(PCA)將3個(gè)品牌小米在5個(gè)儲(chǔ)藏時(shí)間節(jié)點(diǎn)區(qū)分成了5組，基本上反映了每個(gè)儲(chǔ)藏時(shí)期的風(fēng)味物質(zhì)特征(圖1)。在一年儲(chǔ)藏過(guò)程中，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類數(shù)量在不斷下降。常溫條件下不同儲(chǔ)藏時(shí)期揮發(fā)性物質(zhì)的含量變化表明(圖2)，3個(gè)品牌小米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化有較好的一致性。從整體來(lái)看，烷烴類、醛類、雜環(huán)類和酸脂類物質(zhì)含量較高，醛類、醇類、雜環(huán)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(zhì)呈“下降—急劇升高—下降”變化趨勢(shì)。儲(chǔ)藏至12個(gè)月時(shí)酸脂類物質(zhì)含量急劇下降，雜環(huán)類、醛類和烷烴類物質(zhì)含量有所增加。對(duì)上述15種小米特征性揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在儲(chǔ)藏過(guò)程中的相對(duì)含量的變化進(jìn)行分析。結(jié)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(duì)二甲苯和萘以外，其他物質(zhì)變化趨勢(shì)都呈“W”型。在儲(chǔ)藏3個(gè)月內(nèi)，這15種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量都下降，小米粥香味變淡；在儲(chǔ)藏6個(gè)月時(shí)，正己醛、2-正戊基呋喃、1-辛烯-3醇和對(duì)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(zhì)含量下降；在儲(chǔ)藏9個(gè)月時(shí)，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(zhì)含量較初始月份都下降；儲(chǔ)藏12個(gè)月時(shí)，正己醛、2-正戊基呋喃、正壬醇、1-辛烯-3醇和對(duì)二甲苯含量較初始月都升高，而其他物質(zhì)含量處于較低水平。汾都香中物質(zhì)含量變化較為平緩，說(shuō)明其儲(chǔ)藏穩(wěn)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(guò)程類似，在儲(chǔ)藏期間脂類物質(zhì)氧化，生成更高濃度的醛、醇和烷烴類物質(zhì)，產(chǎn)生不良?xì)馕禰19]。正己醛物質(zhì)含量較低時(shí)是青草香味,含量過(guò)高會(huì)產(chǎn)生酸敗味道[20]。1-辛烯-3醇來(lái)源于花生四烯酸的氫過(guò)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(jiān)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(chǔ)藏4個(gè)月后，這些異味物質(zhì)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(fā)現(xiàn)大米儲(chǔ)藏期4個(gè)月時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較明顯的陳化味。

注：-n代表儲(chǔ)藏n月份。圖1 小米常溫儲(chǔ)藏1年后小米粥揮發(fā)性物質(zhì)得分圖

2.3 不同儲(chǔ)藏溫度對(duì)小米粥風(fēng)味物質(zhì)的影響

根據(jù)常溫和低溫下小米粥揮發(fā)性物質(zhì)相對(duì)含量的對(duì)比表明(圖3)，低溫(4 ℃)儲(chǔ)藏條件下3個(gè)品牌小米含量變化較常溫平緩，趨勢(shì)相似且較為集中。醛類、酚類、醇類及烷烴類的含量在低溫儲(chǔ)藏條件下有所升高，雜環(huán)類有所下降。在Yuan等[22]基于核糖核酸測(cè)序和GC-MS研究大米在不同儲(chǔ)藏溫度和濕度的物質(zhì)變化實(shí)驗(yàn)中表明，在大米儲(chǔ)藏期間其揮發(fā)性物質(zhì)變化主要由于脂質(zhì)氧化，在儲(chǔ)藏階段脂肪酶活性先增加后下降，過(guò)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(zhì)，產(chǎn)生不良?xì)馕?。因此推測(cè)物質(zhì)含量的這種變化可能是由于在0～3個(gè)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(zhì)的速率，醛醇烷烴類物質(zhì)的含量下降；儲(chǔ)藏4～6個(gè)月，生成醛醇烷烴類化合物的速率高于生成脂肪酸物質(zhì)的速率，故其含量上升；儲(chǔ)藏7～9個(gè)月，由于脂肪酸含量增加，pH下降，使過(guò)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(huán)及烷烴類物質(zhì)含量下降；儲(chǔ)藏10～12個(gè)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(zhì)氧化速率，故低溫儲(chǔ)藏條件下物質(zhì)含量變化趨勢(shì)更平緩。該推測(cè)還需進(jìn)一步測(cè)定基因表達(dá)量及酶活性予以驗(yàn)證。

注：—為DFL；-----為FDX；---為QZH。圖2 小米常溫儲(chǔ)藏期小米粥揮發(fā)性物質(zhì)的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

通過(guò)分析15種小米粥風(fēng)味形成的關(guān)鍵性物質(zhì)可知，在低溫儲(chǔ)藏條件下，0～3個(gè)月?lián)]發(fā)性物質(zhì)的含量變化和常溫相似，從儲(chǔ)藏3個(gè)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(chǔ)藏明顯增加，說(shuō)明低溫儲(chǔ)藏下小米制備成的小米粥風(fēng)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(duì)二甲苯含量在儲(chǔ)藏12個(gè)月時(shí)較儲(chǔ)藏初期增加，其他物質(zhì)含量減少，這與常溫儲(chǔ)藏1年后小米粥特征揮發(fā)性物質(zhì)變化相似。

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

對(duì)比小米在常溫與4 ℃儲(chǔ)藏一年后其小米粥揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的貢獻(xiàn)率發(fā)現(xiàn)，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(chuàng)木酚這7種物質(zhì)在儲(chǔ)藏階段貢獻(xiàn)率相近；壬醛、壬醇、2-十一醛、對(duì)二甲苯在3個(gè)月低溫儲(chǔ)藏條件下貢獻(xiàn)率有所增加；庚醛、苯乙醛、十一醛和(E)-2-辛烯醛在儲(chǔ)藏6個(gè)月和9個(gè)月低溫儲(chǔ)藏條件下貢獻(xiàn)率有所下降。儲(chǔ)藏12個(gè)月時(shí)常溫與低溫儲(chǔ)藏下主要揮發(fā)性物質(zhì)相同，貢獻(xiàn)率大小不同，低溫儲(chǔ)藏風(fēng)味更加豐富(表3)。

表3 小米在常溫與低溫儲(chǔ)藏1年后其小米粥主要揮發(fā)性物質(zhì)的貢獻(xiàn)率變化

3 結(jié)論

小米脫殼不耐儲(chǔ)藏，家庭保存不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致小米變質(zhì)產(chǎn)生異味。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)常溫和低溫儲(chǔ)藏條件下的3個(gè)優(yōu)質(zhì)品牌小米的蒸煮風(fēng)味進(jìn)行分析與比較，結(jié)果表明，從3個(gè)品牌小米中共檢測(cè)出了50種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行ROAV分析，首次確定了優(yōu)質(zhì)小米中的15種特征揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。在一年的常溫儲(chǔ)藏期間，醛類、醇類、雜環(huán)類及烷烴類物質(zhì)相對(duì)含量變化呈“W”型；酸脂類呈“M”型。在低溫(4 ℃)儲(chǔ)藏期間，物質(zhì)的相對(duì)含量變化與常溫相似，且變化趨勢(shì)更為平緩、集中。這些物質(zhì)的含量變化與溫度、酶活性相關(guān)，需要后續(xù)進(jìn)一步予以驗(yàn)證。正己醛、1-辛烯-3醇、對(duì)二甲苯、正壬醇和2-正戊基呋喃是小米儲(chǔ)藏階段造成異味的關(guān)鍵物質(zhì)。在儲(chǔ)藏4個(gè)月后蒸煮小米粥中的異味物質(zhì)含量開(kāi)始增加，同時(shí)在低溫儲(chǔ)藏條件下風(fēng)味物質(zhì)更為豐富，故在條件允許的情況下應(yīng)進(jìn)行低溫密封儲(chǔ)藏小米，在4個(gè)月以內(nèi)食用。為了延長(zhǎng)小米儲(chǔ)藏期限，后續(xù)可以通過(guò)這幾個(gè)異味物質(zhì)含量高低并結(jié)合口感評(píng)價(jià)來(lái)篩選耐儲(chǔ)藏及不耐儲(chǔ)藏的品種，通過(guò)分子手段定位相關(guān)的基因。