顶空固相微萃取-气质联用分析优质稻谷储藏前后挥发性成分*

万 娟，关则恳，应玲红

（1.广东科贸职业学院，广州 510430；2.阳江市粮油储备公司，广东 阳江 529500；3.浙江省储备粮管理有限公司，杭州 310006）

广东是传统的稻米消费大省，随着时代的进步，人民生活水平的提高，人们对稻米的食用品质有了新的要求，新鲜的有机绿色大米越发受到人们的喜爱。然而稻米耐储性差，尤其在广东高温高湿环境下储藏不当容易导致稻米的陈化，陈化的稻米虽未发霉生虫，但其理化品质、加工品质和食用品质等都发生了较大的变化[1-2]，储藏期间产生大量挥发性气体，形成稻米的风味。目前，已报道的米饭中挥发性化合物有300多种[3]。

顶空固相微萃取（HS-SPME）技术是20世纪90年代出现的样品前处理方法，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-质谱联用，可以快速分析物质中挥发性成分，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[4]。

本研究采用顶空固相微萃取技术采集优质稻谷美香粘品种经高温高湿条件储藏后的风味成分，并用气相色谱-质谱联用方法对其风味成分的组成和含量的进行了分析，为进一步研究广东省优质稻米品质评价提供基础数据，也为稻米储藏中品质变化过程机理的研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究主要选取广东地区种植的优质稻谷品种美香粘。

1.2 模拟储藏过程条件的建立

将收集的稻谷样品5 kg左右装入布袋，模拟广东省典型的高温高湿气候条件，采用恒温恒湿培养箱进行稻谷储存，温度控制35℃±2℃，湿度控制85%±5%。待恒温恒湿培养箱内部环境平衡后，将样品放入进行模拟储藏，6个月后取样进行检测。

1.3 仪器

气相色谱质谱联用仪（7890A-5977，美国安捷伦科技有限公司）；固相微萃取装置及萃取纤维头（美国Supelco公司）。

1.4 样品萃取处理

称取5.00 g稻谷样品加入顶空样品瓶中，加入3 mL饱和氯化钠溶液，密封后置于预先设定好的恒温水浴锅中40 min，再将萃取头插入顶空瓶吸附60 min，于GC/MS进样口250℃解析5 min。

1.5 GC-MS分析条件

采用安捷伦7890A-5977气相色谱质谱联用仪，色谱柱为 HP-5MS（30 m × 0.25 mm ×0.25 μm），载气为氦气，流速为1.0 mL/min。柱初始温度40℃，保持3 min，以速率10℃/min升至230℃，保持5min。采用不分流进样。传输线温度：280℃，EI离子源温度230℃，四级杆温度：150℃。质量扫描范围：33～550 m/z。

1.6 数据处理

样品中各未知挥发性成分的定性由计算机检索与NIST标准质谱库匹配，匹配度大于70%的成分作为鉴定结果，化合物含量按峰面积归一法由谱库自动检索分析并计算，用Excel软件进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 稻米的GC-MS总离子峰图

按照GC/MS条件对储藏后的稻米风味成分进行测试，得到总离子流图（见图1）。由图1可以看出，固相微萃取可以充分提取稻谷中的挥发性成分，并在GC-MS中获得很好的解吸附，通过检测，可以获得分离良好的总离子峰图，说明固相微萃取是一项可行的稻谷风味物质鉴定的前处理技术。经面积归一法测定各组分的相对含量结果见表1。

图1 稻谷高温高湿储藏后的风味成分总离子流图

2.2 高温高湿储藏后稻谷风味物质成分的组成

新收获美香粘稻谷经高温高湿储藏6个月后，无论是风味物质成分还是具体数量均发生了巨大的变化，通过GC-MS分析，经高温高湿储藏后的稻谷共检测到9大类110种气体成分，其中烃类61种（包括烷烃类38种、烯烃类13种和芳香烃类10种）、醇类13种、酯类2种、酸类4种、酮类4种、酚类3种、醛类16种、醚类4种、胺类3种。测定数量结果见图2，从图2中可以得出，美香粘稻谷中挥发性成分种类数量最多的是烃类，其次是醛类和醇类，酯类、酚类和胺类较少。

图2 经高温高湿储藏后美香粘稻谷中各类挥发性成分的数量示意

2.3 高温高湿储藏前后稻谷中的烃类挥发性成分

新收获美香粘稻谷经高温高湿储藏后烃类挥发性成分种类和数量较多，所占的比例也最大，从检测结果（表1）来看，共61种烃类物质被检出，其中烷烃类占总烃类比例最高，达到62.3%，其后是烯烃类，所占比例达21.3%，而芳香烃则占16.4%，且多见于萘类。

表1 美香粘稻谷高温高湿储藏前后烃类化合物成分对比表

续表1

续表1

储藏稻米挥发性物质中的烃类化合物较多，大量的烃类化合物通常具有清香和甜香的风味，特别是具有支链的烷烃，这些不饱和烃对稻米风味的产生起着很重要的作用。一般来讲，饱和烷烃香气阈值较高，赋予产品的香气作用较小，烯烃和芳香烃相对饱和烷烃阈值较低并具有特殊香气，作用较大。但随着储藏时间的延长，许多烃类物质的相对含量都呈现下降趋势，这说明随着储藏时间的延长，美香粘稻谷品质不断下降，其特有的香气成分在逐渐减少。

2.4 高温高湿储藏前后稻谷中的醛类挥发性成分

经GC-MS分析，储藏稻谷中醛类挥发性成分数量仅次于烃类挥发性成分，共有16种被检出，经高温高湿储藏后的稻谷样品其醛类物质被检出分别有乙醛、戊醛、己醛、庚醛、辛醛、壬醛、十二醛、肉桂醛、苯甲醛、十三醛、十四醛、2-壬烯醛、2-十一烯醛、癸醛、7-十六烯醇和苯乙醛等。稻米风味物质的重要化合物是羰基化合物，尤其是醛类，由于稻米在储藏过程中脂类物质不断发生氧化，产生过氧化物和羰基化合物，同时水解生产游离脂肪酸，导致生成一些难闻的高沸点醛类物质[5]。适量的醛类物质常为青草香味或清淡的水果香，因此新鲜稻谷通常赋予令人愉悦的清新青草香及淡水果香，但当其含量过高时即会产生令人厌恶的腐败味[6]。从本研究结果可以得出，醛类物质所占比重不小，且随着储藏时间的延长，多数醛类均出现相对含量增加的现象，由此可以得出在挥发性物质含量中占主导地位的醛类物质在稻谷气味形成中起到重要作用，醛类是稻米挥发性气味的重要化合物组成成分之一。研究表明己醛来源主要是油脂氧化降解，其浓度增加会明显产生令人不愉快的异味，本研究发现，随着储藏时间的延长稻米中的己醛含量明显增加。

表2 美香粘稻谷高温高湿储藏前后醛类化合物成分对比表

2.5 高温高湿储藏前后稻谷中的醇类挥发性成分

储藏后期检测得到稻谷醇类挥发物主要有1-辛烯-3-醇、3,3-二甲基-1-丁醇、2-乙基己醇、1-壬醇等十多种醇类。醇类化合物通常具有芳香、植物香等风味，但低链低级醇大体无风味，随着碳链增长而风味增强，且表现出清香、木香、脂肪香等风味。多数醇类化合物的阈值较高，只有具有较高的含量或是本身为非饱和醇，才会对风味产品产生较大影响[7]。不同的醇类具有各自特殊的香气，也因此赋予了不同储藏期稻米各自特有风味，但随着储藏时间延长，醇类物质的相对含量逐渐降低。储藏后期，当稻米储藏品质劣变后，检测到醇类物质含量也相对减少。

2.6 高温高湿储藏前后稻谷中的酮类挥发性成分

经高温高湿储藏后检测稻米发现酮类物质主要有丙酮、己酮、2-庚酮、3,5-辛二烯-2-酮4种。脂肪氧化、氨基酸降解和美拉德反应等都能生成酮类化合物，多数酮类化合物具有清淡清香或果香味，也有研究认为其具有轻微酸甜味[8]。但经研究发现储藏后期稻米中酮类化合物含量相对较低，故不能成为稻米风味主要贡献者。

2.7 稻谷储藏前后其它挥发性成分

研究发现经高温高湿储藏后的稻谷，所检出的酯类、酸类、酮类以及醚类等挥发性成分的数量均不多，其中酯类2种、酸类4种、酮类4种、酚类3种、醚类4种和胺类3种。随着储藏时间的延长酯类、酮类和胺类物质相对含量呈下降趋势，酸类和酚类物质相对含量略微增加，醚类物质则多见于储藏末期。

表3 美香粘稻谷高温高湿储藏前后醇类化合物成分对比表

3 结论

采用顶空固相微萃取-气质联用技术对高温高湿储藏前后优质稻美香粘的挥发性物质成分进行了定性和定量分析。研究得出，稻谷中的挥发性成分有9大类110种气体成分，包含了烃类、醇类、酯类、酸类、酮类、酚类、醛类、醚类和胺类等。储藏稻谷中挥发性成分种类数量最多的是烃类，其次是醛类和醇类，酯类、酚类和胺类均较少。挥发性成分总含量最高的是烃类和醛类，醛类成分中含量最高的是己醛，含量为11.50%，该成分可作为稻谷高温高湿储藏后风味特征的主要组成成分。本文为进一步研究储藏期间稻谷不良气味产生的原因提供理论依据。