焙烤糯米粉的关键风味物质分析

徐睿，胡冰，麻荣荣，邱立忠，田耀旗,*

1(食品科学与技术国家重点实验室(江南大学)，江苏 无锡，214122)2(诸城兴贸玉米开发有限公司，山东 潍坊，262299)

糯米是我国常见的水稻品种，是居民的主食之一[1]。糯米粉通常被作为制作各种小吃、糕点的原料。

炒米粉是我国南方常见的传统方便米食，主要以糯米为原料，经焙炒制成。炒米粉相比较于普通糯米粉更易储藏，并在储藏期间风味损失较小，在再次加热后其焦香风味依旧浓郁[2]。焙烤米粉是使用烤箱高温快速加热糯米粉而制得的风味性质与传统炒米粉相近的产品。烤箱焙烤的糯米粉具有工艺简捷、产品质量高、节省人力等优点，相对于传统的人力翻炒更适合于大规模食品工业化生产[3-4]。针对糯米粉为主要原料产品存在的货杂期较短的问题，期望利用焙烤米粉的风味特性，来解决其风味劣变和损失问题。

目前，固相微萃取法(SPME)结合GC-MS是研究食品特征风味最常用的方法，可以对风味物质进行萃取富集、定性定量分析[5-8]。此外，GC-O也被越来越多地应用到风味物质的检测分析中[9-10]。前人的研究[11-13]发现米粉、米饭的主要的风味物质以醛、酮、醇类等物质为主，比较典型的特征风味物质有香草醛、1-辛烯-3-醇、戊醛、壬醛、4-乙烯基苯酚、己醛、辛醛、戊醛及庚醛等；同时焙烤工艺一般会使谷物在高温下发生美拉德、焦糖化反应，产生诸多杂环类化合物。

本文采用GC-O-MS联用的方法，通过仪器分析与感官评定结合分析焙烤米粉的特征风味物质以及关键的风味物质，并简要分析焙烤米粉风味物质产生的机理。本研究主要分3个部分：(1)通过感官评定对焙烤糯米粉的整体风味轮廓进行描述；(2)采用固相微萃取(SPME法)，结合气相色谱-质谱(GC-MS)对风味物质进行定性、定量，通过对比找出特征风味物质，分析美拉德反应在新增风味物质发挥的作用；(3)进一步采用GC-O与GC-MS联用，通过时间-强度法(OMSE)法对关键风味进行鉴定。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

糯米粉(含有7.80%蛋白质，1.01%脂质，13.25%含水量，76.97%淀粉和0.97%的灰分)，市售净含量5 kg 中粮福临门水磨糯米粉，过100目筛；2-甲基-3-庚酮(内标)，购于Sigma-Aldrich中国有限公司。

1.2 仪器与设备

烤箱(1 400 W)，意大利DeLonghi公司；聚二甲基硅氧烷/二乙烯苯(PDMS/DVB)涂层纤维头(65 μm)，美国Supelco公司；气相色谱仪(SCION SQ 456-GC)，美国Bruker公司；GC-O嗅闻装置，荷兰ATAS&GL公司；分析天平(AL204)，瑞士Melttler-Toledo公司。

1.3 实验方法

1.3.1 焙烤米粉的制备

参考传统的炒米粉及面包烤制的工艺[14]，将糯米粉均匀平铺在垫有锡纸的铁质烤盘上，厚度约2 mm。 烤箱选用传统焙烤模式(顶部和底部加热管同时加热)，调整焙烤温度为160 ℃，预热3 min后，将装有米粉的烤盘放置于烤架上，加热6 min，并每隔2 min 翻动米粉1次，确保米粉受热均匀。

1.3.2 糯米粉风味的感官评定分析

参考李杨等的方法[15-16]并改进，采用感官量化分析(QDA)评鉴焙烤前后糯米粉的风味。挑选8名25～40岁的感官评定员(4男4女)，在评定前，对所有评定员进行系统的风味感官培训，对不同的风味描述及风味强度有清晰的了解。评定时，称取1.0 g样品放入5 mL样品瓶中并密封好，贴上随机三位数标签单独呈现给评定员，评定员对样品的每种风味特征(烘烤味、脂肪味、果香味、米香味、清香味、坚果味)和总体风味进行评分(0分最低，10分最高)。每个样品评定结束后，评定员休息3 min，呼吸新鲜空气才可进行下一步试验。在整个评定过程中，所有评定不得相互交流保证实验不被干扰。

1.3.3 糯米粉风味物质的萃取

参考XU等的方法[17]并进行改进，选用65 μm PDMS/DVB萃取头在GC进样口老化，老化温度250 ℃， 载气流量2 mL/min，老化时间20 min。分别称取1.50 g糯米粉和焙烤后的糯米粉(下文称焙烤米粉)于15 mL顶空瓶中，加入20 μL质量浓度为172 μg/L 2-甲基-3-庚酮，加盖密封。置于恒温水浴搅拌平衡20 min。固相微萃取萃取头顶空吸附30 min后，于GC进样口250 ℃解吸5 min，进行GC-MS分析，每个样品重复3次。

1.3.4 GC-MS分析条件

GC条件：使用DB-Wax柱(J&W Scientific，Folsom，CA，USA)，载气为氦气，流速为0.9 mL/min，采用不分流方式进样。程序升温条件如下：60 ℃(保留2 min)开始以5 ℃/min升到120 ℃，保留2 min，再以12 ℃/min升到230 ℃，保留10 min。

MS条件：色谱-质谱接口温度250 ℃；离子源温度：230 ℃；四极杆温度:150 ℃；离子化方式：EI；电子轰击模式能量：70 eV；扫描范围：35～50 amu。

1.3.5 焙烤糯米粉风味物质的分析

1.3.5.1 定性分析

将系列正构烷烃换算得来的保留指数(retention index，RI)与质谱数据库的RI值进行比较，从而确定焙烤米粉风味化合物的种类。

1.3.5.2 半定量分析

采用2-甲基-3-庚酮作为内标物对风味物质进行半定量，通过色谱峰面积计算出风味化合物的含量，进行定量分析。见式(1)：

(1)

式中：ρi，风味化合物质量浓度；ρis，内标物的质量浓度,mg/L；Aj，化合物色谱峰面积；Ajs，内标物色谱峰面积。

1.3.6 GC-O-MS分析焙烤米粉关键风味物质

参考刘晓君的方法[18]并进行改进。固相微萃取条件参考1.3.2，GC-MS分析条件参考1.3.3。事先统一对嗅闻分析员进行培训，明确风味描述和风味强度的评定标准。质谱和嗅闻器间的分流比为1∶1。加湿器在嗅闻出口处对尾吹气进行加湿以减少干燥气体对鼻黏膜的伤害。经过风味化合物萃取、解析、GC-MS分析后，嗅闻分析员开始嗅闻分析，使用嗅闻装置配套的可控手柄来记录香气的强度和嗅闻时间，并描述气味。采用OSME法，对气味强度值采用3分定义标度(1∶弱；2∶一般；3∶强)。由3位经过训练的嗅闻分析员分别对同一样品进行至少2次嗅闻评价。只有至少2名评价人员对同一时间做出同样的感官描述，该时间处描述记录才能被记入最终结果。

1.4 数据分析

数据处理与分析：利用SPSS 12.0软件处理GC峰面积数据，用平均值和标准偏差表示结果。使用Duncan检验分析显著性，显著性水平为P≤0.05，每个试验平行测定3次。

2 结果与分析

2.1 糯米粉风味的感官评定分析

风味轮可以直观表现出不同产品间的风味差异，感官评定得出的焙烤糯米粉和普通糯米粉的风味轮如图1所示。

图1 焙烤糯米粉和普通糯米粉的风味感官评定Fig.1 Sensory evaluation of baked waxy rice powder and common waxy rice powder

由图1可以看出，焙烤后糯米粉风味的总体风味感官评分显著提高，其中烘烤味、坚果味提升最显著，其感官评分分别从2分上升到9分、3分上升到9分；脂肪味、米香味、果香味感官评分也有提高，分别提高了3分、2分、2分；焙烤后清香味并未变化，感官评分为7分。经过焙烤，糯米粉风味的总体感官评分从6分提高到8分，整体的风味品质得到提高。

2.2 SPME法分析焙烤糯米粉特征风味物质

2.2.1 焙烤米粉风味物质的总述

普通的糯米粉和经过焙烤的糯米粉的风味物质如表1所示，其风味物质的种类和浓度的统计如图2所示。

表1 焙烤米粉和普通米粉的风味物质的GC-MS分析结果Table 1 Results of GC-MS analysis of flavor substances of baked waxy rice powder and common waxy rice powder

续表1

RTCas号物质名称含量/(mg·L-1)普通糯米粉焙烤糯米粉1501112-12-92-十一酮—0.1416741534-26-53-十三酮—0.121857689-67-8香叶基丙酮—1.4220432345-28-02-十五酮0.050.69酯类物质905109-21-7丁酸丁酯—8.019745426-43-7戊二酸戊酯1.290.351165104-61-0椰子醛(γ-壬内酯)—0.351427584-84-9甲苯-2,4-二异氰酸酯0.240.712765131-20-4邻苯二甲酸单丁酯—0.721821111-82-0十三烷酸甲酯—0.97杂环化合物12283777-69-32-戊基呋喃0.042.27113590949-17-02-叔丁基-3,4,5,6-四氢吡啶—4.581157496-16-22,3-二氢苯并呋喃—1.211625344-30-54-氨基-1-苯基吡唑—0.28156474421-02-62-癸基吡啶—0.29160241536-80-52,6-二氨基吡嗪—0.14193553947-86-72,5-二乙酰基-6-羟基苯并呋喃—1.28206633788-00-06-十一胺0.09—其他物质16922874-74-02-甲基-十二烷酸—0.292088638-53-9十三酸0.8—2320837-08-12,4′-异亚丙基二苯酚0.05—235164275-69-0反,反-5,10-十五碳二烯酸0.08—

注：-表示未检出。

A-风味物质种类统计；B-风味物质浓度统计图2 焙烤糯米粉和普通糯米粉风味物质统计Fig.2 Statistics on the flavor substances of baked waxy rice powder and common waxy rice powder

通过对比可以看出，焙烤使糯米粉的风味物质种类和浓度大大增加，焙烤后的糯米粉共鉴定出风味物质103种，相比较于普通糯米粉增加33种，主要有醛、酮、醇、酯类以及杂环类化合物，总质量浓度从7.49 mg/L增加至94.12 mg/L。

醛类物质相对含量大、浓度高、阈值低，一般被认为是米粉的关键风味成分。相对于普通糯米粉，焙烤后的米粉中醛类的种类从8种增加到32种，总体的质量浓度增加了近20倍，达到51.11 mg/L(图2)。

酮类物质阈值和相对含量比醛类物质要低，一般呈香甜味，其种类丰富，对于总体风味的贡献不显著。焙烤后的米粉样品中共检测到酮类物质30种，相对于焙烤前的米粉增加16种，酮类物质的整体质量浓度大大提高，从0.05 mg/L增加至11.63 mg/L。

酯类物质多含有芳香的水果气味，作为糯米粉中重要的风味物质，是其糊化和产品加工过程产生浓郁的米香味的重要来源。焙烤前后的酯类物质种类变化不显著，从6种增加到7种，总体质量浓度从1.53 mg/L增加到11.69 mg/L。

检出的醇类物质种类和浓度变化很大，由焙烤前样品的17种降低到焙烤后样品的11种，但是质量浓度反而从0.54 mg/L增加到9.02 mg/L。其他的物质中包含酸类、酚类等物质，其在焙烤后的种类从5种降低到3种，质量浓度从1.65 mg/L降低到0.63 mg/L，其种类虽多，但是含量变化很小。

另外，呋喃、吡啶、吡嗪类等杂环化合物种类在焙烤前后的样品中有很大的变化，由于其相对较低的阈值，对风味起到了重要作用。焙烤后的样品中检测到杂环化合物共13种，相对于焙烤前提高了8种，其中呋喃5种、吡啶3种、吡嗪2种。杂环化合物总体质量浓度增加了接近9倍，从1.21 mg/L提高到10.04 mg/L。

2.2.2 焙烤米粉特征风味物质的分析

美拉德反应是非酶褐变中重要的一种，对香味的形成有着至关重要的作用，是人们享受愉悦香味的重要来源[19]。高温焙烤是美拉德反应发生的极好条件，如面包在烤箱中焙烤形成独特的麦香风味就与美拉德反应紧密相关，米粉在焙烤后形成的焦香风味可能也是由美拉德反应所形成的[20]。

醛类物质在焙烤过程中增加最多，其多来源于美拉德反应中的Streker降解。焙烤后的样品中壬醛、辛醛、己醛等醛类物质的浓度大大提升，其质量浓度分别达到了10.99、3.74、6.85 mg/L。而属于芳香醛类的苯甲醛、苯乙醛、2,6-二甲基苯甲醛都是焙烤后米粉特有的风味物质，这3种物质是由芳香基氨基酸和二羰基化合物发生缩合反应形成席夫碱，进一步脱羧加水分解反应，脱去一分子CO2从而形成[21]。此外，共有9种烯醛类物质在焙烤后的样品中检出，含量较多的是反-2-壬烯醛，反-2-辛烯醛。

同时，焙烤后的样品新增了大量酮类物质，其中2-壬酮、2-癸酮、香叶基丙酮等质量浓度较高，分别到达了1.07、1.93、1.42 mg/L。2,3-辛二酮、4,5-辛二酮等二酮类物质也是新增的特征风味物质，其产生可能与反应过程中的美拉德反应有关。

检测到的酯类物质也大大增加，新增的主要有丁酸丁酯、椰子醛(γ-壬内酯)、十三烷酸甲酯等，其中丁酸丁酯的浓度最高，达到了8.01 mg/L。醇类物质和酸类物质在焙烤后种类都大大减少，例如米饭、米粉中常见的风味物质1-辛烯-3-醇，在焙烤后浓度大幅度增加，浓度从0.02 mg/L增加到1.07 mg/L。醇类、酸类物质的阈值较高，对风味的总体贡献并不显著，但是其可以作为形成杂环类化合物和酯类物质的前体物质，对整体风味的形成起到了一定的基底作用，这也可能是这两类物质种类降低的原因。

杂环化合物是焙烤后风味的重要来源，一般来源于美拉德反应和氨基酸的热解[22]。糠醛是仅在焙烤后样品中检出的特征风味物质，该物质是典型的美拉德反应的中间产物，该物质在高温下最终形成含氮的聚合物和共聚物，这些物质也是焙烤米粉焦黄色素的重要来源[23]。吡嗪类物质来源于Streker降解并进一步缩合产生的，焙烤后的样品中检出了2,6-二氨基吡嗪，其质量浓度为1.49 μg/L。

2-叔丁基-3,4,5,6-四氢吡啶和2-癸基吡啶都是焙烤后米粉的特征风味物质，其质量浓度分别为4.58、0.29 mg/L。

2.3 OMSE法分析焙烤米粉关键风味物质

嗅闻分析员在嗅闻口闻到的味道及其对应的在GC中检出的物质总结结果如表2所示。焙烤糯米粉HS-SPME提取物中共有21种化合物有明显风味特征。

嗅闻到的醛类物质最多，共有11种，其中癸醛具有甜橙和橘子香气，壬醛含有甜桔香和脂肪香气，这两种物质的风味强度都是3，这两种物质也被认为是焙烤食品的特征风味物质[24]。己醛具有青草味，辛醛具有甜橙、蜂蜜样香气，庚醛具有甜杏、坚果香气味，这3种物质是米粉米香味的主要来源，风味阈值偏低，其中前两者的风味强度为3，最后的庚醛风味强度为2。反-2-辛烯醛具有肉香，脂肪，香青草香味;反-2-癸烯醛具有橙子及鸡、家禽肉香味;2,4-癸二烯醛具有鸡油香气，其风味强度都是3;反-2-壬烯醛具有纸板味，该物质是大米中老化风味的来源，可能是由于焙烤过程中高温下米粉中脂肪的氧化降解产生的，其风味强度为2。苯甲醛具有杏仁味，其风味强度为1。醛类物质浓度高且可以被明显嗅闻到味道的种类多，风味强度普遍较强，成为焙烤后米粉风味最重要的来源。

嗅闻到的酮类物质有3类。2-壬酮含有果香和甜香味，其风味强度为2，香叶基丙酮含有新鲜的花香香气，其风味强度为1，2,3-辛二酮含有甜的奶油香，其风味强度为2。

嗅闻到的酯类物质有1类。丁酸丁酯被描述为水果香味，其风味强度为2。嗅闻到的醇类物质有3种，其中仅1-辛烯-3-醇对米粉的风味做出关键贡献，被描述为蘑菇和薰衣草香气，该物质在关于大米风味的相关研究中被多次提到[25]，其风味强度为3。1-庚醇具有甜酒、坚果、清香味，其风味强度为2；1-辛醇具有果香及油脂气味，该物质浓度很高，其阈值较高，风味强度仅有1。

嗅闻到的杂环化合物共3种。2-戊基呋喃具有豆香、果香、泥土清香，风味强度为3, 2，3-二氢苯并呋喃具有甜香和坚果香气味，风味强度为2，这两种物质浓度不高，由于其较低的风味阈值成为焙烤香味的重要的呈味物质。2-叔丁基-3,4,5,6-四氢吡啶含有烧焦的塑料味，其风味强度为3。

综合以上结果，共有10物质的风味强度为3，可以明显被嗅闻到，对焙烤米粉整体风味起到了关键作用。焙烤后的米粉被赋予了更加浓郁的风味，其中醛类物质和杂环化合物对焙烤米粉的风味起到了最为关键的作用，主要为焙烤后的糯米粉提供了焙烤味、坚果味，果香味，这与前文感官评定的结果一致。

风味物质的风味强度并不和其浓度成正比，部分醛、酮、醇类物质如苯甲醛、1-辛醇等风味物质浓度虽高但是总体的风味强度较低；而例如1-辛烯-3醇、2-戊基呋喃、2,4-癸二烯醛浓度很低，但是风味强度都是3。这说明浓度并非是决定风味物质风味强弱的唯一因素，风味物质的阈值也是决定风味物质风味强度的关键。此外，这些对整体风味做出重要贡献的杂环化合物主要由过程中的美拉德反应产生，这也说明美拉德反应是焙烤米粉焦香风味的主要来源，在焙烤米粉的整体风味中做出了重要贡献。高温焙烤过程可能使糯米粉中的淀粉和蛋白质发生了降解，产生的小分子糖和氨基酸进一步反应发生羰氨反应，新产生的特征性风味物质来源于这一过程。

表2 焙烤米粉风味物质的GC-O分析结果Table 2 GC-O analysis results of baked waxy rice powder flavor substances

3 结论

本文研究焙烤米粉的风味，焙烤后共增加了风味物质33种，其中关键的风味物质为己醛、辛醛、壬醛、癸醛、反-2-癸烯醛、2,4-癸二烯醛、2-戊基呋喃、1-辛烯-3-醇、丁酸丁酯、2-叔丁基-3,4,5,6-四氢吡啶10种。焙烤米粉风味物质的形成与美拉德反应紧密相关，焙烤过程提升了各类风味物质的浓度，并新增了多种风味物质，赋予了米粉更加浓郁的米香味和焦香味，美拉德反应是焙烤米粉特征风味的重要来源。下一步的研究将深入研究焙烤米粉风味物质形成的机理，了解各组分特别是淀粉和蛋白质在风味形成中发挥的作用。