酶与米曲对发芽糙米挥发性物质的影响

董艳，田媛，张正海

(黑龙江省科学院大庆分院，黑龙江 大庆 163319)

发芽糙米是将糙米发芽至一定程度(0.5～1 mm)而得到的由幼芽和带糠层的胚乳组成的糙米制品[1]。糙米在发芽过程中内源酶被激活，将蛋白质、淀粉、多糖等降解为小分子，富集更多的营养和生理活性成分，如膳食纤维、维生素、矿物质、γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、磷酸肌醇、谷维醇等，具有抗动脉粥样硬化、降低心脑血管疾病发病率和抗衰老等诸多保健功效[2]。其直接食用口感较差，以致其相关食品的消费一直很难得到推广。目前发芽糙米加工中大多采用酶解或发酵工艺，如李伟等[3]采用α-淀粉酶、吴伟莉等[4]采用淀粉酶和糖化酶、曹阳等[5]采用酵母复合乳酸菌、李雪[6]通过接种米曲霉和双歧杆菌制备发芽糙米饮品。发芽糙米经酶和米曲加工后能够改善其风味并保留其营养成分，并可提高人们的接受度。但酶和米曲加工后发芽糙米挥发性成分的研究未见报道。本研究利用气相色谱偶联离子迁移谱技术(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS)[7]分析酶、米曲加工方法对发芽糙米挥发性成分的影响，旨在为发芽糙米发酵饮料、发芽糙米米酒、发芽糙米米醋等发芽糙米食品研发时增强其风味化合物饱满性、改善其适口性提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

市售发芽糙米：东极小镇牌；酶制剂(淀粉酶100000 U/g、糖化酶40000 U/g、纤维素酶3000 U/g)：日本洛东化成工业株式会社；米曲：新潟麦酒株式会社。

BS211S型电子天平 北京赛多利斯科学仪器有限公司；FlavourSpec®气相色谱-离子迁移谱联用仪 德国 G.A.S.公司。

1.2 样品准备

0号样品：称量100 g发芽糙米，加入100 mL水，匀浆。

1号样品：称量100 g发芽糙米，加入100 mL水，加入1 g淀粉酶、1 g糖化酶、0.5 g纤维素酶、30 g米曲，匀浆。

2号样品：称量100 g发芽糙米，加入100 mL水，加入1 g淀粉酶、1 g糖化酶、0.5 g纤维素酶，匀浆。

3号样品：称量100 g发芽糙米，加入100 mL水，加入30 g米曲，匀浆。

将0，1，2，3号样品分别放在培养箱中60 ℃培养12 h后冷却密封待测。

1.3 GC-IMS分析

GC-IMS分析委托山东海能科学仪器有限公司实验室完成，取2 g样品于20 mL顶空进样瓶中，经顶空进样通过气相色谱-离子迁移谱FlavourSpec®进行测试，经G.A.S.软件分析得到样品中挥发性有机物的差异谱图。GC-IMS设备的分析条件见表1。

表1 分析条件Table 1 The analysis of conditions

续 表

1.4 数据分析

采用Laboratory Analytical Viewer和GC×IMS Library Search Software软件对GC-IMS数据进行挥发性成分的差异图谱及定性分析，利用NIST 2014 数据库与G.A.S.的IMS迁移时间数据库进行二维定性，通过仪器配备的功能软件可给出样品的气相色谱-离子迁移谱图、挥发性有机物的Gallery Plot指纹谱图等，清晰展示样品的风味成分，快速找出之间的差异[8]。

2 结果与分析

2.1 不同加工方法对发芽糙米挥发性有机物的成分分析

酶、米曲加工后发芽糙米GC-IMS二维谱图见图1，纵坐标为气相保留时间，横坐标为离子迁移时间(drift time)，左侧深色竖线为RIP(即反应离子峰，drift time约为7.84 ms)。RIP两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。颜色代表物质的浓度，白色表示浓度较少，深色表示浓度较大，颜色越深表示浓度越大，整个谱图即代表了样品的顶空成分。

图1 发芽糙米样品HS-GC-IMS二维谱图比较Fig.1 Comparison of HS-GC-IMS two-dimensional spectra of germinated brown rice

由图1可知，GC-IMS可将不同加工方法的发芽糙米挥发性成分有效分离，且可直观展示不同加工方法下的挥发性成分差别，使用GC×IMS Library Search软件，通过内置的NIST 2014气相保留指数数据库与G.A.S.的IMS迁移时间数据库二维定性，最终确定了 36 种挥发性有机组分(见表2)和 36个特征峰位置点(见图2)，位置点编号与表 2中编号一致。36 种挥发性有机组分包括一些物质的二聚体，主要由醛类、酮类、醇类、酯类、酸类、杂环类等组成，醛类化合物14 种、酮类化合物5 种和醇类化合物5 种，占确定挥发性有机物的1/2以上。GC-IMS将不同加工方法的发芽糙米样品的挥发性有机物进行指纹采集，对比分析GC-IMS的二维谱图和指纹图谱可以将不同加工方法的发芽糙米样品进行区分，共检测出36 种物质并对其定性。

图2 36个特征峰选取位置点Fig.2 36 characteristic peaks selection locations

表2 发芽糙米样品挥发性化合物的定性分析Table 2 Qualitative analysis of volatile compounds in germinated brown rice

续 表

2.2 不同加工方法对发芽糙米挥发性成分差异分析

采用LAV软件的Gallery Plot插件，自动生成指纹图谱，对比不同工艺条件处理得到的发芽糙米间挥发性有机物的差异，结果见图 3。

图3 发芽糙米样品HS-GC-IMS指纹图谱Fig.3 HS-GC-IMS fingerprint spectra of germinated brown rice samples注：图3中横坐标为化合物名称，纵坐标为样品编号(n=2)。

由图 3可知，不同处理工艺的发芽糙米样品挥发性有机物种类和浓度呈现出明显的差异。将图 3标记不同区域，a框区域是0号样品的主要风味物质，包括己酸、2-庚酮、2-丁酮、丁酸、乙缩醛、2-戊酮、2-己酮等，这些物质的浓度比其他样品中稍高。据报道，己酸是兔肉腥味的主体成分[9]，2-庚酮有类似梨的水果香味[10]；b框区域的物质在1 号样品中含量较高，其中包含米曲和米曲协同生物酶发酵后发芽糙米样品的挥发性有机成分，主要有苯乙醛、2-乙基-6-甲基吡嗪、1-己醇、1-戊醇、2-正戊基呋喃、苯甲醛、3-甲硫基丙醛、糠醛、异戊醛、2-甲基丙醛、2-甲基丙醇等，其中苯乙醛具有花香，苯甲醛具有杏仁、坚果香且均是米曲霉发酵高盐稀态酱油过程中的典型挥发性风味物质[11]，3-甲硫基丙醛有醇厚的酱香、洋葱香和红烧肉香味[12]，异戊醛经稀释后具有苹果的香味[13]，2-正戊基呋喃有烤坚果或者烤肉的焦香，易与硫化氢反应产生强烈的香气，并且感觉阈值极低，多生成于美拉德反应[14]，吡嗪类化合物多具有巧克力香、坚果香、焦香、烤香等气味[15]；d框区域的物质在2 号样品中含量较高，有壬醛、辛醛、庚醛、正己醛、戊醛等，其中壬醛是玫瑰、绿茶等中的特征香气物质，具有玫瑰花香和柑橘的清香，庚醛具有水果香味，正己醛呈现清鲜气息和水果香；c框区域的3-甲基-3-丁烯-1-醇、乙酸乙酯、乙酸3-甲基丁酯、丁醛等物质在3号样品中含量较多，分析其中应有米曲本身的挥发性风味物质，酯类化合物大多呈现怡人的花香和水果香气，乙酸乙酯是白酒中重要的香气化合物。

由图1～图3结合表2 可知，使用酶、米曲加工后发芽糙米挥发性有机物的指纹信息改变。主要原因在于：挥发性有机物随着酶、米曲加工条件的改变而变化(产生、消失或浓度改变)，不同的变化存在规律性，具体哪些挥发性有机物发生了变化还需进一步检测。此外，1号样品是通过酶与米曲共同加工得到的发芽糙米样品，其醛类化合物如壬醛、庚醛、正辛醛、正己醛含量比2号样品少，在酯类方面，如乙酸-乙酯、3-甲基-1-丁醇乙酸酯是的丰富度和浓度低于3号样品，但其整体挥发性有机成分种类与浓度均高于其他3个样品，其原因是糖化酶、淀粉酶、纤维素酶高效催化使发芽糙米中储藏的淀粉和非淀粉多糖降解，米曲中的蛋白酶、植酸酶等混合生物酶体系，使其进一步分解为聚合度更低的小分子，同时米曲本身带来的风味物质也增加了1号样品中的挥发性有机成分。

3 结论

本研究采用气相色谱-离子迁移谱法测定了酶、米曲加工后发芽糙米样品的挥发性有机成分，将不同加工方法的发芽糙米样品的挥发性有机物进行指纹采集，对比分析GC-IMS的二维谱图和指纹图谱，将不同加工方法的发芽糙米样品进行区分，结果显示：分别采用酶协同米曲、酶、米曲加工后的发芽糙米样品与发芽糙米样品的挥发性风味存在明显差异，采用酶与米曲协同加工得到的发芽糙米样品主体挥发性物质组成更丰富，具有独特的香气和风味。本研究为发芽糙米增香技术及不同风味发芽糙米调味品的开发提供了信息。