基于顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱法分析圣稻2620挥发性成分

郭涛 王海凤 薛芳 房文文 姜艳芳 张焕霞 张士永

摘要 [目的]了解优良食味米水稻品种圣稻2620蒸煮过程中的挥发性风味成分。[方法]采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相色谱-质谱法（GC-MS），对优良食味大米圣稻2620蒸煮过程中的挥发性风味成分进行定性分析。[结果]共检测到29种挥发性成分，其中酮类成分10种，占总含量的37.52%，主成分为2-庚酮（11.59%）和2-癸酮（8.64%）;醛类成分7种，占总含量的32.89%，主成分为苯甲醛（15.28%）和正己醛（7.60%）;检测到烷类成分3种，占总含量的10.64%，主成分为正十四烷（7.20%）;鉴定醇类、醚类、苯类、酚类、吲哚类9种，占总含量的18.96%。[结论]该研究为稻米优良食味品质机理的解析、培育优良食味水稻新品种提供了理论依据。

关键词 稻米;顶空固相微萃取;气相色谱-质谱联用;挥发性成分

中图分类号 TS207.3文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）11-0198-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.057

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract [Objective] To study the volatile compounds in Japonica rice Shengdao 2620 during the cooking process. [Method] The volatile compounds in Japonica rice Shengdao 2620 were analyzed by headspace solid phase microextraction （HSSPME） and gas chromatographymass spectrometry （GCMS）. [Result] Twentynine components in Shengdao 2620 were determined. Ten kinds of ketones were identified， accounting for 37.52% of the total. The major components were 2heptanone （11.59%） and 2decanone （8.64%）. Seven kinds of aldehydes were identified， accounting for 32.89% of the total. The major components were benzaldehyde （15.28%） and caproaldehyde （7.60%）. Three kinds of alkanes were identified， accounting for 10.64% of the total. The major components were tetradecane （7.20%）. We also detected other nine kinds of matters in rice flavor， three kinds of alcohols and ethers， one methylbenzene， one Indole and one 2，4Ditertbutylphenol， they were accounted for 18.96% of the total. [Conclusion] This study can provide a theoretical basis for the analysis of the mechanism of high taste quality rice and cultivation of high taste quality rice varieties.

Key words Rice;Headspace solid phase microextraction（HSSPME）;Gas chromatographymass spectrometry （GCMS）;Volatile compound

基金项目 国家重点研发计划子课题（2017YFD0100403）;山东省农业科学院农业科技创新工程项目（CXGC2016A02）;山东省农业重大应用技术创新项目“优质食味水稻绿色生态生产技术集成与示范”;国家水稻产业技术体系项目（CARS-01-75）。

作者简介 郭涛（1982—），男，山东高密人，助理研究员，博士，从事水稻种质资源保护与创新利用研究。

通信作者，研究员，从事优良食味粳稻新品种选育配套栽培技术研究。

收稿日期 2018-12-24

水稻是我国最重要的粮食作物之一，它的蒸煮风味与质地对大米感官品質的影响很大。随着人们生活水平的提升，对稻米品质的要求也越来越高。作为主食，稻米在蒸煮食用过程中是不添加调味料的，其本身的蒸煮食味品质就显得尤为重要。米饭在蒸煮过程中，特别是40～60 ℃这个阶段，还原糖、天冬氨酸等成分慢慢富集，糖类物质和氨基酸发生美拉德反应，同时部分大米成分发生热降解，产生大量挥发性气味成分，形成米饭风味。目前，已报道的米饭中挥发性化合物有300多种[1]。

顶空固相微萃取（HS-SPME）技术是20世纪90年代出现的样品处理方法，集采样、萃取、浓缩、进样于一体，操作简单方便、测试快、费用低。该方法与气相色谱-质谱法（GC-MS）联用，可以快速分析挥发性成分的差异，目前在生命科学、食品药品质量评价、化工、香精油挥发性成分检测等方面已有广泛的应用[2]。官秋林等[3]利用HS-SPME-GC-MS检测4种植物油煎炸薯条挥发性风味成分，共鉴定出93种挥发性风味化合物，主要是醛、醇、酮以及相应的酯，还有一些烃类和其他杂环类化合物。林家永等[4]用HS-SPME技术结合GC-MS对不同稻谷中挥发性成分进行研究，确定稻谷挥发成分分析的最佳条件为平衡时间60 min、萃取时间50 min、萃取温度80 ℃、样品量20 g。研究发现，稻谷中挥发性成分有醛类、醇类、酮类、酯类、烃类、有机酸类以及杂环类化合物。黄亚伟等[5]通过顶空固相微萃取-气质联用的方法对6种五常大米中的挥发性气味进行了分析，并比较了其中的差异。刘敬科等[6]研究发现，蒸煮方法也会对米饭挥发性成分有影响，分析比较了常压蒸煮、高压蒸煮和无压力无沸腾蒸煮的米饭挥发性成分，发现压力无沸腾蒸煮的米饭产生的挥发性成分的种类和含量高于常压蒸煮和高压蒸煮。刘敏等[7]通过对4种大米挥发性物质相对含量的测定及主成分分析，认为不同品种间大米风味物质对大米香气品质存在较大影响。杨晓娜等[8]分析了新鲜米饭和方便米饭的风味成分以及它们之间的差异，发现方便米饭风味具有一定优越性，应用前景广阔。采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用的方法可检测不同储存方式和储存时间对大米风味有很大影响。姜平等[9]研究发现，大米储存后醛类、醇类和酮类物质均有较大幅度增加，但抽真空或充CO2包装的方式可以较好地延缓米饭风味物质的劣变，保持大米的品质，充N2包装次之，自然密闭保鲜效果最差。王立峰等[10]研究发现，随着储存时间的延长，大米挥发性成分中的醛类物质含量升高，己醛、壬醛和2-戊基-呋喃可以较好地反映大米的储藏品质。

圣稻2620是山东省水稻研究所新培育的优良食味米水稻新品系，米饭黏软适中、色泽光亮、气味浓郁纯正，在2017年北方稻作协会组织的全国优良食味米品评中荣获一等奖。笔者采用顶空固相微萃取-气质联用技术对圣稻2620蒸煮过程中的挥发性物质进行分析，以期为优良食味米的品质评价提供基础数据，也为优质米水稻新品种的选育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及样品处理

圣稻2620于2017年种植于山东省水稻研究所济宁试验站。材料收获后，室温放置3个月，待性状稳定后进行测定。称取无霉变、无虫咬的稻谷150 g，用绿洲锋速LTJM160型精米机（上海青浦绿洲检测仪器有限公司生产）加工成精米，用FS-Ⅱ型实验室旋风式粉碎磨（浙江托普仪器有限公司）加工成米粉，过50目筛。

1.2 仪器

固相微萃取装置及萃取纤维头（50/30 μm DVB/CAR on PDMS）;气相色谱质谱联用仪（7890A-5977，安捷伦科技有限公司）。

1.3 方法

1.3.1

萃取。将顶空微萃取装置的萃取纤维头在气相色谱进样口老化，老化温度为270 ℃，老化时间60 min。称取米粉20 g，置于50 mL聚四氟乙烯硅胶垫密封的螺口顶空进样瓶中，加入40 mL ddH2O，将进样瓶置于加热平台，设置加热温度80 ℃，模拟蒸煮，平衡20 min。平衡后，将老化后的萃取头刺穿隔垫，调整高度，推出纤维头，置于样品上方5 cm处，萃取吸附40 min，抽回纤维头，将萃取装置插入GC进样口，推出纤维头解析5 min。

1.3.2 GC-MS分析条件。采用安捷伦7890A-5973N气相色谱-质谱联用仪，色谱柱型号HP-5MS，进样口温度250 ℃，载气流速1.0 mL/min，1∶1分流进样。升温程序：起始柱温40 ℃，保持1 min，以6 ℃/min的升温速率上升到250 ℃，保持10 min。电离方式EI，电离能量70 eV，离子源温度230 ℃，质谱扫描范围为33～400 AMU/S，检索谱库为NIST11。

2 结果与分析

2.1 HS-SPME试验条件的建立

影响HS-SPME效率的

主要因素有萃取温度、萃取时间和解析时间等。萃取温度和萃取时间会影响挥发性物质的释放和挥发量，而解析时间会影响试验的灵敏性。前期试验结果表明，在一定的温度范围内，提高萃取温度，HS-SPME提取和萃取的能力会增强，挥发性物质释放出的种类和数量随之增多;当温度过高时，固相吸附量减少。综合考虑，该试验筛选出圣稻2620最佳萃取温度为80 ℃。

随着平衡时间的延长，圣稻2620释放出的挥发性物质和挥发量相对增多，当吸附量达到饱和时，上升就会变缓。综合考虑，选取萃取时间为40 min。

解析时间影响方法的灵敏性，时间过短，解析不完全，会对下一个样品造成污染;而解析时间过长，会影响萃取头的使用寿命。解析5 min后，峰数变化不大，因此选择解析时间为5 min。

2.2 圣稻2620中挥发性成分

试验利用顶空固相微萃取-气质联用的方法对大米蒸煮过程中的挥发性成分进行了分析，测得了圣稻2620大米的总离子流图（图1）。

通过使用软件Mass Hunter 的解卷积功能，分离同一时间共流出的离子，同时匹配NIST11谱库，通过比对离子丰度比以及相似度得分，采用面积归一化法，确定圣稻2620大米中的挥发性物质成分及相对含量，详见表1。

2.3 挥发性成分组成

圣稻2620中共检测到29种挥发性成分，其中酮类最多，有10种，分别是2-庚酮（1159%）、2-癸酮（8.64%）、香叶基丙酮（4.16%）、2-壬酮（3.83%）、4-（1-甲基乙基）-2-环己烯-1-酮（3.68%）、仲辛酮（204%）、6-甲基-5-庚烯-2-酮（1.06%）、法尼基丙酮（106%）、2-十五烷酮（1.05%）、十七烷酮（0.40%），占总含量的37.52%。醛类有7种，分别是苯甲醛（15.28%）、正己醛（7.60%）、辛醛（3.36%）、壬醛（3.04%）、2-甲基烯醛（234%）、庚醛（064%）、癸醛（0.63%），占总含量的3289%。烷类有3种，分别是正十三烷（0.75%）、正十四烷（7.20%）和正十五烷（2.69%），占总含量的10.64%。醚类3种，分别是二环乙醚（3.86%）、二苯醚（1.10%）和乙二醇单丁醚（0.92%），占总含量的5.88%。醇类3种，分别是雪松醇（1.00%）、2-乙基乙醇（0.81%）和正己醇（0.68%），占总含量的2.49%。另外还有甲苯（7.93%）、吲哚（1.31%）和2，4-二叔丁基苯酚（135%）。

由图2可知，圣稻2620稻米中酮类和醛类物质种类和相对含量都最多，这与黄亚伟等[5]研究五常大米中挥发性成分以烷烃为主的结果不同，检出的挥发性物质种类与数量也较少，这可能与试验条件、品种差异和种植模式不同有关。

3 结论

该研究采用顶空固相微萃取结合气质联用技术分析了圣稻2620稻米蒸煮过程中的挥发性物质成分，共检测到29種挥发性成分，其中酮类物质10种，占总含量的37.52%;醛类物质7种，占总含量的32.89%;烷类物质3种，占总含量的10.64%;醇类物质3种，占总含量的2.49%;醚类物质3种，占总含量的5.88%;苯类、酚类和吲哚类物质各1种，相对含量分别为7.93%、1.35%和1.31%。酮类和醛类占比最大，可认为是构成圣稻2620风味的主要物质。

参考文献

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