脂肪酸对米饭食味的影响

毕 雪，赛里木汗·阿斯米，张 敏,2,*，周 琦，杨再山

（1.北京食品营养与人类健康高精尖创新中心（北京工商大学），北京 100048；2.北京市食品添加剂工程技术研究中心（北京工商大学），北京 100048；3.北京康得利机械设备制造有限公司，北京 100074）

大米是现今世界上种植最广泛的谷物之一，亚洲、非洲等国家有近一半以上的人口将大米作为主食[1]。大米的食味一般由米饭的柔软性、滋味、气味、黏散性、色泽及光泽等因素决定，主要是指米饭入口后咀嚼时的综合感觉[2]。大米中的脂肪质量分数虽然只有0.09%～1.52%，但对米饭的食味具有显著影响[3]。大米的脂肪酸值与米饭的硬度呈显著正相关，与黏度、弹性和食味值呈极显著负相关[4]。杨伟军等[5]的研究结果表明，脂肪酸的添加可增加大米淀粉凝胶的弹性和咀嚼性，降低黏度。油酸和亚油酸是大米中含量最多的2 种脂肪酸，约为47%和35%[3]。有关油酸和亚油酸对米饭食味影响的研究较少。

米饭的关键风味化合物包括己醛、辛醛、戊醛、庚醛、壬醛、香草醛、1-辛烯-3-醇、4-乙烯基苯酚和4-乙烯基创木酚[6]。米饭挥发性风味化合物的形成中，不饱和脂肪酸通过脂氧合酶的作用生成脂氢过氧化物，在高温加热条件下，通过脂氢过氧化物裂解酶和脂氢过氧化物异构酶的作用发生裂解、重组、环化等反应生成醛类、醇类、酮类及呋喃类化合物[7]。Buttery等[8]对玉米产品的研究指出，己醛、1-辛烯-3-醇、(反,反)-2,4-癸二烯醛等物质主要为玉米不饱和脂肪酸氧化降解的产物。Lumen等[9]研究结果表明，青豆中游离的亚麻酸是反-2-己醛、1-戊烯-3-醇、3-戊烯-1-醇、反-2-己醇和反-3-己醛的风味前体物质；亚油酸是己醛、1-辛烯-3-醇、己醇的风味前体物质。不饱和脂肪酸对米饭挥发性风味化合物形成的影响值得探究。

Zhou Zhongkai等[10]研究结果表明，方大米淀粉中添加1%的硬脂酸可对峰值黏度、崩解值有显著影响；添加亚油酸对上述指标无显著影响。高浓度的棕榈酸会降低大麦粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度和回生值[11]。孙曙光[12]研究结果表明，添加油酸和硬脂酸可与大米淀粉形成淀粉-脂质复合物，显著增加大米淀粉的最终黏度和回生值。

本实验拟采用米饭硬度黏度仪、固相微萃取-气相色谱-质谱（solid phase micro-extraction gas chromatographymass spectrometry，SPME-GC-MS）联用技术以及快速黏度仪，研究添加油酸和亚油酸对米饭的质构特性、挥发性风味化合物及淀粉糊化特性的影响，探究米饭挥发性风味化合物的潜在形成途径，为米饭食味研究及米饭制品的研发提供理论数据及参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

垦育38号稻谷（食味值85.00±1.15；粗蛋白（8.50±0.06）%、水分（10.60±0.06）%、直链淀粉（18.00±0.12）%） 河北省农林科学院滨海农业研究所；碘、油酸、亚油酸（均为分析纯） 莫陇科学股份有限公司；碘化钾（分析纯） 天津市福晨化学试剂厂；2-甲基-3-庚酮（色谱纯） 北京化学试剂公司。

1.2 仪器与设备

JSWL200大米食味计、RHS1A米饭硬度黏度仪、THU35C实验型垄谷机、TM05C实验型碾米机 日本株式会社佐竹制作所；800Y高速多功能粉碎机 永康市铂欧五金制品有限公司；XHF-DY高速分散器宁波新芝有限公司；UV-2800A型紫外-可见分光光度计尤尼柯（上海）仪器有限公司；Sigma 4-16KS台式离心机成贯仪器（上海）有限公司；RVA4500快速黏度分析仪瑞典波通仪器公司；7890B-G3442B GC-MS联用仪美国Agilent公司；手动SPME装置、50/30 μm二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷灰色萃取头及手柄 美国Supelco公司；DB-Wax毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美国J&W公司；

1.3 方法

1.3.1 大米样品制备

将垦育38号稻谷进行垄谷、碾磨，出米率为61.74%。

1.3.2 大米食味值及基本理化指标的测定

食味值、粗蛋白质含量、水分含量、直链淀粉含量，均由大米食味计测定。

1.3.3 米饭的制备

参照苗菁等[6]的方法，称取50 g大米样品置于带盖铝罐中，加入75 mL蒸馏水，常温浸泡30 min，上锅蒸煮30 min、保温焖制15 min。

1.3.4 添加脂肪酸米饭的制备

参照1.3.3节的米饭制备方法，称取50 g大米样品置于带盖铝罐中，加入75 mL蒸馏水和一定量的脂肪酸，常温下浸泡30 min，上锅蒸煮30 min、保温焖制15 min。

1.3.5 米饭质构测定

准确称取8 g米饭样品，采用米饭硬度黏度仪测定硬度、黏度、弹性等指标，每个样品测定10 次，取平均值。

1.3.6 黏度特性的测定

按照美国谷物化学协会规程，AACC76-21[13]标准1的要求使用快速黏度分析仪测定。称取约3.00 g米粉，按米粉的干基分别加入一定量的脂肪酸和蒸馏水。测定模式的温度程序为：50 ℃保持1 min，以12 ℃/min上升到95 ℃（3.75 min），保持2.5 min；之后下降到50 ℃（3.75 min），保持1.4 min。搅拌器初始10 s内转速为960 r/min，随后转速为160 r/min。

1.3.7 淀粉-脂质复合指数的测定

分别称取2 g碘和20 g碘化钾，定容至100 mL制备碘储备液。称取5 g黏度测定完的样品，加入25 mL去离子水混合，8 000 r/min离心30 min。吸取1 mL上清液，加入1 mL去离子水和4 mL碘液，涡旋1 min混匀，利用紫外-可见分光光度计于波长620 nm处测定溶液的吸光度。复合指数按式（1）计算：

1.3.8 脂肪酸及米饭挥发性风味化合物测定

脂肪酸样品预处理：取一定量的油酸或亚油酸（按5 g大米的干基1%～3%计算）置于40 mL的顶空小瓶内，用聚四氟乙烯隔垫密封。将密封好的顶空小瓶置于蒸锅内，蒸煮30 min，保温焖制15 min。

挥发性化合物萃取：方顶空小瓶内加入5 g新鲜米饭或方已处理好的脂肪酸样品中，加入1 μL含量为0.816 μg/mL的2-甲基-3-庚酮，密封后60 ℃水浴平衡20 min，插入萃取纤维，顶空吸附萃取40 min。然后于GC-MS进样口解吸5 min，进行GC-MS联机分析。

GC条件：DB-Wax毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气为氦气，流速1.2 mL/min；不分流进样；进样口温度250 ℃；升温程序：初温40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升温到200 ℃，再以10 ℃/min升到230 ℃，保持3 min。

MS条件：电子电离源；电子能量70 eV；传输线温度280 ℃；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；质量扫描范围m/z55～500。

1.3.9 脂肪酸及米饭挥发性风味化合物分析

当下国内教师培养的“实践”取向固然没错，但一味强化实践不及其余的做法，却使得教师培养的具体过程常常发生偏离，甚至误入歧途。教师培养，必须整体观照儿童、学科与课程教学，并致力于促进教师的全人发展。教师职前培养的实践环节是涵养与养成的教育，要充分发挥“养成性实践教学”的综合效应，重在养成教师的专业情意、思维方式和行为特征。

挥发性风味化合物的定性分析：以NIST 11谱库检索及保留指数（retention index，RI）为主，结合人工谱图解析。

挥发性风味化合物的定量分析：采用面积归一化法计算各风味化合物的峰面积相对比例，根据内标物质2-甲基-3-庚酮的量，与各挥发性风味化合物的色谱峰面积进行比较，计算挥发性风味化合物相对于内标物的含量，按式（2）计算：

式中：C为挥发性风味化合物含量/（µg/kg）；Ci为内标物的质量浓度/（µg/µL）；Sj为挥发性风味化合物的峰面积；Si为内标物的峰面积。

1.4 数据处理

采用DPS软件进行数据统计分析，所有实验重复3次，取平均值。

2 结果与分析

2.1 米饭感官评价结果

结合米饭适口性及挥发性风味的感官评价，油酸添加量为1%和2%时，米饭的光泽、适口性、滋味及风味均在感官可接受范围内；油酸添加量为3%时，米饭的适口性较差且产生了不愉快的气味。亚油酸添加量为1%～4%时，米饭的光泽、适口性、滋味及风味均在感官可接受范围内；亚油酸添加量为5%时，米饭的适口性较差且整体气味极淡。据此，确定脂肪酸的添加量为1%～3%（以大米干基计）。

2.2 淀粉-脂质复合指数的变化

图1 油酸及亚油酸对大米淀粉复合指数的影响Fig. 1 Effects of oleic acid and linoleic acid on composite index of rice starch

由图1可知，随着油酸和亚油酸添加量的增加，淀粉-脂质复合物的复合指数均呈上升趋势。亚油酸添加量小于2%，淀粉-亚油酸复合物的复合指数变化差异不显著。脂肪酸添加量增加，增大了淀粉分子与脂肪酸分子结合的机率，更多的脂肪酸分子进入淀粉内部的螺旋结构形成复合物，复合指数增大。

脂肪酸的不饱和度能影响淀粉-脂质复合程度及复合物的性质[14]。对于碳链相同、饱和度不同的油酸和亚油酸，油酸更易与淀粉分子结合。这与亚油酸的不饱和度高，不饱和双键的空间位阻大，亚油酸分子进入淀粉内部螺旋结构的难度大有关[15]。

2.3 米饭质构的变化

表1 添加油酸和亚油酸对米饭质构的影响Table 1 Effects of addition of oleic acid and linoleic acid on texture of cooked rice

由表1可知，随着油酸添加量的升高，米饭的硬度、弹性上升，黏度降低。与对照组相比，添加1%～3%油酸的米饭黏度分别下降了23.28%～53.44%；油酸添加量小于2%，米饭的硬度、弹性差异较小。随着亚油酸添加量的升高，米饭的硬度上升，黏度降低。与对照组相比，添加1%～3%亚油酸的米饭硬度上升了12.45%～29.10%，黏度下降了11.64%～30.17%；亚油酸添加量小于2%，米饭的黏度差异较小。

添加油酸和亚油酸的米饭质构变化的原因在于淀粉-脂质复合物的形成，使淀粉内部的螺旋结构被脂肪酸分子占据，大米结构更为紧实，导致米粒吸水能力变弱，难以糊化，造成蒸煮后的米饭黏度低，米粒略显松散[16]。脂肪酸还会在淀粉表面形成一层脂质膜，增加淀粉的疏水性，使淀粉难以充分糊化，黏度降低[17]。有研究表明，脂肪酸与淀粉的复合程度高，复合物的结晶度增加，其凝胶硬度和耐咀嚼性增强[18-19]。本研究获得相似的结果，添加脂肪酸使米饭中淀粉-脂质的复合指数增加，米饭的硬度增加、黏度降低。

2.4 大米淀粉糊化特性的变化

表2 油酸和亚油酸对大米淀粉黏度特征值的影响Table 2 Effects of addition of oleic acid and linoleic acid on RVA characteristic value of rice starch

由表2可知，与原淀粉相比，添加油酸可使峰值黏度、热浆黏度显著降低，崩解值、最终黏度和回生值显著升高。添加亚油酸可使最终黏度和回生值显著升高，峰值黏度、热浆黏度与崩解值无显著性变化。在1%～3%添加量范围内，油酸对淀粉糊化特性的影响比亚油酸更显著，这可能与油酸和淀粉能形成较多的淀粉-脂质复合物有关。淀粉糊化过程中，淀粉颗粒充分吸水膨胀，直链淀粉分子从淀粉颗粒中不断渗漏，在水溶液中由于受到分子内的氢键作用发生缠绕-螺旋的转换[23]，排出螺旋结构内部的水分，使其内部形成一个疏水腔[24]。油酸可降低大米淀粉的峰值黏度，这与Zhou Zhongkai等[10]的研究结果相似。淀粉颗粒吸水可使其淀粉分子柔性增大，结构松散，脂肪酸尾部的疏水基团进入淀粉分子螺旋结构内，通过疏水间相互作用，形成稳定的V型淀粉-脂质复合物[25-26]，抑制了水分的进入与析出，限制了糊化过程中淀粉颗粒的吸水溶胀。

油酸和亚油酸均可增加大米淀粉的最终黏度，表明大米淀粉糊的凝胶强度增加。由于形成的淀粉-脂质复合物可减弱淀粉分子间的运动，直链淀粉之间及支链淀粉侧链之间的氢键作用增加，进而增强了淀粉凝胶的相互摩擦作用[27]，导致最终黏度升高。

添加油酸和亚油酸可使大米淀粉的回生值升高，加速了大米淀粉的老化，这可能与本实验所选择的大米样品中直链淀粉含量较高且淀粉-脂质复合物易发生结晶化有关。

2.5 米饭挥发性风味化合物的变化

表3 油酸及米饭挥发性风味化合物的GC-MS鉴定结果Table 3 Analytical results for GC-MS identi fication of volatile compounds in cooked rice with addition of oleic acid

续表3

大米在蒸煮过程中，蛋白质发生水解反应，脂肪酸分子发生氧化裂解，且某些反应的中间产物会作为中间体参与到美拉德反应或Streker降解反应中，进而使得大米蒸煮过程中发生更多、更复杂的化学反应[28]。

由表3可知，纯油酸样品中，大多数挥发性风味物质的含量随油酸添加量增加而升高。己醛、庚醛、辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、(反,反)-2,4-癸二烯醛等米饭关键风味物质均在对照组、纯油酸和添加油酸的米饭样品中检出；随着油酸添加量的增加，这7 种物质的含量在米饭样品中均呈现升高的变化趋势。袁雪芬[29]研究结果表明，癸醛为美拉德反应的产物。具有类似蜂蜜香和柑橘香、脂肪香的壬醛和辛醛分别是由油酸氧化生成的C10-氢过氧化物和C11-氢过氧化物经氧化裂解生成的[30]。

反-2-己烯醛、顺-4-庚烯醛、反-2-庚烯醛、(反,反)-2,4-庚二烯醛、反-4-壬烯醛、(反,反)-2,4-辛二烯醛、2,4-壬二烯醛、反-2-癸烯醛等物质仅在油酸样品种检出，含量随油酸添加量的增加而升高。有研究表明，脂质氧化生成的游离脂肪酸分子和某些中间产物可进一步参与美拉德反应[31]。本研究中，添加油酸的米饭中，烯醛类物质含量显著减少，应该是油酸经氧化裂解生成的烯醛类物质参与到米饭的美拉德反应中，生成新的挥发性风味化合物。添加油酸后，各米饭样品中2-戊基呋喃的含量升高。有研究指出，不饱和脂肪酸自由基裂解产生的共轭二烯自由基与氧反应生成二烯氢过氧化物，再经烷氧自由基环化生成2-戊基呋喃[32]。方α,β-不饱和醛中添加氨基酸有助于2-烷基呋喃形成，肽和蛋白质也能够催化相应的α,β-不饱和醛生成2-烷基呋喃[33]。推测在米饭中，2-戊基呋喃主要是由油酸的氧化裂解形成，蛋白质及游离氨基酸的存在有助于α,β-不饱和醛参与到2-戊基呋喃的形成。米饭体系更为复杂，淀粉、蛋白质与脂肪酸之间存在各种相互作用。在米饭中，α,β-不饱和醛方2-戊基呋喃转化的反应途径值得进一步研究。

随着油酸添加量的增加，米饭中醛类物质和酸类物质的总量逐渐增加。当油酸添加量为3%时，与对照组相比，醛类物质的总量增加约8.67 倍，酸类物质的总量增加约24.61 倍。有研究表明，小分子饱和酸类物质总量过高会对食品的风味产生负面影响[34]，醛类物质总量过高会产生令人不愉快的异味[35]，添加3%油酸的米饭气味较差与这2 种物质含量过高有关。

表4 亚油酸及米饭挥发性风味化合物的GC-MS鉴定结果Table 4 Analytical results for GC-MS identi fication of volatile compounds in cooked rice with addition of linoleic acid

续表4

由表4可知，己醛、苯甲醛、辛醛、壬醛、癸醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2,2,4-三甲基戊二醇异丁酯、2,6-二叔丁基对甲酚等物质均在对照组、亚油酸和添加亚油酸的米饭样品中检出；上述大多数挥发性风味化合物的含量随亚油酸添加量的增加呈现出先升高后降低的趋势，这与添加油酸的变化情况不同。添加油酸对这些风味化合物含量的影响较亚油酸更显著，这是由于油酸仅含有1 个不饱和双键，更易断裂发生氧化还原反应，氧化反应可生成醛、酮或羧酸类物质，还原反应易生成醇类物质[36]。具有甜香气的吲哚在各米饭样品中均检出，含量随亚油酸添加量的增加逐渐降低。吲哚属于含氮化合物，色氨酸是唯一一个含有吲哚骨架的氨基酸[37]。随着亚油酸添加量的增加，极性较小的酯类物质的总量显著降低。冀国强等[38]曾指出，蛋白质加热变性后，结构发生较大变化，维系蛋白质空间螺旋结构的疏水键断裂后，更多的憎水基团暴露出来，加强了对极性较低或非极性风味化合物的保留且体系中所形成高分子聚集体可吸附某些挥发性风味化合物[39]，添加亚油酸后对米饭整体风味起辅助烘托作用的酯类物质含量减少与此有关。

3 结 论

脂肪酸添加量在1%～3%范围内，油酸、亚油酸与大米淀粉形成复合物的量随脂肪酸添加量的增加而增多，油酸分子更易与大米淀粉结合形成淀粉-脂质复合物。随着脂肪酸添加量的增加，米饭的硬度升高，黏度降低，油酸对米饭质构特性的影响更显著。2 种不饱和脂肪酸均可增加大米淀粉糊的硬度，加速大米淀粉的老化；油酸可抑制大米淀粉颗粒的吸水溶胀。油酸和亚油酸可显著增加米饭挥发性风味化合物的种类及总量，油酸对米饭挥发性风味化合物含量的作用更显著。油酸添加量超过3%时，米饭中醛类和酸类物质总量过高是米饭产生不愉快气味的主要原因。油酸氧化裂解生成的烯醛类物质可作为中间体参与其他反应，使米饭饱和醛类、醇类及酮类等物质的含量增加。