糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析技術(shù)及其在加工中變化研究進展

陳焱芳 張 雁 鄧媛元 魏振承 唐小俊 劉 光

(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點實驗室；廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室1，廣州 510610)(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院2，武漢 430070)

多年來，具有良好香氣和風(fēng)味的糙米無論是在東南亞市場還是歐美市場都倍受青睞[1,2]。隨著營養(yǎng)全面、膳食均衡的飲食理念逐漸深入人心，營養(yǎng)豐富、高膳食纖維的糙米逐漸受到越來越多人的關(guān)注。糙米中的蛋白質(zhì)、維生素、膳食纖維以及游離態(tài)的鈣、鐵、鋅等重要礦物元素的含量均高于精白米。此外，糙米還富含許多精白米不含或含量很少的功能性營養(yǎng)因子，如γ-氨基丁酸、谷胱甘肽和谷維素等，這些功能性成分使糙米具有預(yù)防心腦血管疾病、降血糖、降血脂、改善新陳代謝和增強免疫力等一系列營養(yǎng)保健功效[3]。

全谷物糙米的糠層含有大量糠蠟和纖維物質(zhì)，直接食用不僅口感粗糙、香氣也十分清淡，市場接受程度并不高。Meullenet等[4]研究發(fā)現(xiàn)，大米的外觀和香味表現(xiàn)是影響消費者接受程度的關(guān)鍵因素，揮發(fā)性風(fēng)味化合物對大米的可接受性起著重要作用[5]。糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的提取分離技術(shù)較多，應(yīng)用頂空-固相微萃取[6-8]和同時蒸餾萃取[9,10]較為成熟和廣泛，攪拌棒吸附萃取[11,12]和溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)技術(shù)[13,14]在吸附容量或保持原香方面更具優(yōu)勢。在糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)定量分析方面，內(nèi)標(biāo)法[15-18]應(yīng)用最為普遍，而穩(wěn)定同位素稀釋測定法[1,19]在準(zhǔn)確性和靈敏度方面表現(xiàn)優(yōu)秀。糙米揮發(fā)性風(fēng)味感官評價方法中氣相色譜-嗅聞技術(shù)[20]應(yīng)用廣泛，并通常以氣味活度值(OAV)[21]和風(fēng)味稀釋(FD)因子[13]等指標(biāo)進行量化評價。另外，通常采用發(fā)芽[22,23]、高壓[24-26]、擠壓膨化[13]、烘烤[8]等加工技術(shù)來增強糙米揮發(fā)性風(fēng)味。因此，本文綜述了糙米揮發(fā)性成分分析技術(shù)的研究進展，并主要介紹了不同加工處理后糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化規(guī)律，以期為糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析評價和全谷物糙米食品的研發(fā)提供參考。

1 糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析技術(shù)

糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的研究步驟主要包括揮發(fā)性組分提取與分離，揮發(fā)性物質(zhì)定性與定量，揮發(fā)性成分對風(fēng)味的貢獻評價等[27]。糙米的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量較低、香味清淡，選擇適宜的提取分離、分析和評價技術(shù)十分關(guān)鍵。

1.1 揮發(fā)性組分的提取

糙米中揮發(fā)性組分的提取收集方法包括頂空-固相微萃取(HS-SPME)、攪拌棒吸附萃取(SBSE)、溶劑萃取(SE)、同時蒸餾萃取(SDE)、溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)(SAFE)、頂空吹掃捕集等。糙米中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量較低，通常根據(jù)分析目的和試樣特性對提取方法加以選擇來減小誤差，從而更加全面地分析揮發(fā)性組分。

1.1.1 頂空-固相微萃取法

頂空-固相微萃取(HS-SPME)是目前糙米揮發(fā)性組分提取最為常用且方便的方法之一。常用于糙米揮發(fā)性成分吸附的萃取纖維種類有聚丙烯酸酯(PA)，羧基/聚二甲基硅氧烷(CAR/PDMS)，聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯(PDMS/DVB)和二乙烯基苯/羧基/聚二甲基硅氧烷(DVB/CAR/PDMS)等。Akhoundzadeh等[16]通過比較不同萃取纖維從大米中萃取到的揮發(fā)性物質(zhì)的數(shù)量和峰面積來評估其萃取能力，結(jié)果表明DVB/CAR/PDMS萃取頭具有較高的性能。Wu等[22]利用HS-SPME從碾磨了0、3、6、9 min的稻米煮熟的米飯中分別鑒定出了43、39、32、31種風(fēng)味成分。張冬媛等[28]采用HS-SPME從擠壓膨化糙米粉中吸附到了34種揮發(fā)性物質(zhì)。Xia等[23]采用自動頂空采樣系統(tǒng)從煮熟糙米及其發(fā)芽糙米中吸附揮發(fā)性物質(zhì)，最終鑒定出了78種揮發(fā)性化合物。Liu等[29]采用HS-SPME對糙米、發(fā)芽糙米和富硒發(fā)芽糙米中揮發(fā)性化合物進行萃取，最終鑒定了8類約100種揮發(fā)性化合物。

SPME可以用于糙米揮發(fā)性物質(zhì)定性和半定量試驗的提取方法，需要精確的定量數(shù)據(jù)則不宜用SPME作為提取方法[12]。Grimm等[11]采用1 cm的DVB/CAR/PDMS萃取纖維能從0.75 g香米中平均回收2.2 ng的2-乙酰基吡咯啉(2-acetyl-1-pyrroline，2-AP)，而采用溶劑萃取法可回收的2-AP含量為810 ng/g。HS-SPME提取2-AP回收率約為0.3%，這說明HS-SPME提取糙米中2-AP計算絕對濃度不可行。Grimm等[11]還探究了運用HS-SPME法對不同品種稻米中2-AP含量進行相對比較的可行性，結(jié)果表明，除個別含量過低無法分析的樣品外，HS-SPME法的結(jié)果按回收率為0.3%調(diào)整后，所有香米(2-AP含量 >100 ng/g)樣品的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差為11%，糙米樣品的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差為20%。作者認為，盡管SPME提取時定量誤差較大，但其簡單便捷，且足以用來區(qū)分香型和非香型糙米。因而，HS-SPME在目前糙米香氣提取分析中仍具有一定的應(yīng)用前景。

1.1.2 攪拌棒吸附萃取法

攪拌棒吸附萃取(SBSE)由固相微萃取技術(shù)演化發(fā)展而來。攪拌棒有更大的表面積，吸附能力約為SPME纖維頭的50倍，可以吸附揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質(zhì)。攪拌棒頂空吸附提取(HSSE)法靈敏度高，稻米中2-AP檢出限約為0.1 ng/g[12]。Grimm等[12]采用HSSE從14個品種稻米中提取2-AP，僅在所有香型稻米樣品中檢測到了2-AP。HSSE法從香型稻米中提取2-AP的平均回收率≈2%，略高于SPME法的0.3%，但兩者回收率的差距遠遠低于僅由于固定相容量增加而預(yù)期的數(shù)量級，作者推測這可能主要是由于固定相的差異所引起，該實驗中攪拌棒僅含有PDMS涂層，這在提取弱極性化合物時不如SPME常用的DVB/CAR/PDMS復(fù)合涂層有效。另外，與SPME法類似，運用SBSE法測定結(jié)果進行相對比較是可行的，但絕對濃度測定不準(zhǔn)確。SBSE法需要專用的熱解析設(shè)備，這在一定程度上限制了其廣泛應(yīng)用。未來相關(guān)熱解吸配套設(shè)備的普及、攪拌棒復(fù)合涂層以及針對性的專用吸附涂層的發(fā)展或許可以彌補SBSE法在應(yīng)用上的短板。

1.1.3 溶劑萃取法

溶劑萃取法前處理較為繁瑣、使用有機試劑對環(huán)境有害，且萃取效果不具有明顯優(yōu)勢，目前采用該方法對糙米揮發(fā)性物質(zhì)進行提取的報道相對較少。萃取糙米中揮發(fā)性物質(zhì)通常采用二氯甲烷、乙醇等有機溶劑，如Itani等[30]在80 ℃水浴中加熱乙醇來萃取糙米中的2-AP。有時為防止高溫在萃取過程產(chǎn)生不良影響，或為了盡可能提取糙米在室溫自然揮發(fā)的氣味，一些學(xué)者采用混合萃取劑或低溫超聲處理來萃取揮發(fā)性物質(zhì)，如Xia等[31]將3 mL去離子水與8 mL的無水乙醚/二氯甲烷混合液(1∶1)作為萃取劑，并通過向萃取液中添加氯化鈉、低溫超聲處理等操作來促進揮發(fā)性物質(zhì)的擴散，最終從糙米中鑒定出了55種揮發(fā)性物質(zhì)。但Bergman等[5]研究發(fā)現(xiàn)45 ℃左右超聲處理對2-AP或己醛的提取并無影響，而85 ℃下用二氯甲烷溶液提取2.5 h，可一次性提取出糙米中80%～85%的2-AP和68%的己醛。此外，為研究溶劑萃取時高溫是否會改變揮發(fā)性物質(zhì)組分，Bullard等[32]對比了常溫萃取7 h和50 ℃萃取4 h的糙米揮發(fā)性物質(zhì)的變化情況，發(fā)現(xiàn)兩次采集的色譜圖相似、新峰與峰高比變化不明顯，間接證明了一定溫度區(qū)間內(nèi)較高溫度萃取是可行的。

1.1.4 同時蒸餾萃取法

同時蒸餾萃取(SDE)技術(shù)通常采用改進的Likens-Nickerson儀器，可以同時一步完成提取與濃縮揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質(zhì)[33]，常用于萃取的有機試劑有二甲醚、二乙醚、二異丙基醚[9,10]等。Buttery等[34]認為濃度為2.5%的稀硫酸/二乙醚混合液(2∶3)作為萃取劑提取大米中的基本揮發(fā)性物質(zhì)，可在分析2-AP時有效減少干擾組分的影響。SDE能提高揮發(fā)性化合物的提取率，但其蒸餾溫度較高且沸騰時間較長，可能會造成揮發(fā)性物質(zhì)組分變化，如4-乙烯基苯酚和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚被認為是由蒸汽蒸餾過程中對香豆素和阿魏酸的熱分解形成[35,36]。為避免提取時將稻米煮熟，Mahatheeranont等[15]認為可采用間接蒸汽蒸餾，在負壓下直接通入新鮮蒸汽吸附糙米的揮發(fā)性物質(zhì)。SDE溶劑溫度過高還可能會降低萃取效率、加劇氧化和熱反應(yīng)。Yang等[37]認為將水溶液脫氣處理或充入惰性氣體，可以有效減少萃取過程中的氧化反應(yīng)。Sunthonvit等[38]使用SDE從泰國香米中提取到了94種揮發(fā)性物質(zhì)，包含21種醇、19種醛、17種酸、14種酮、9種雜環(huán)化合物、8種烴類和6種其他化合物。由于某些揮發(fā)性物質(zhì)可以在蒸餾過程從非揮發(fā)性物質(zhì)中分離出來，因此SDE還能從非揮發(fā)性物質(zhì)中分離出痕量的提取物。另外，糙米樣品可能在SDE過程中發(fā)生熱降解，導(dǎo)致親水性較強的物質(zhì)如酸、醇等提取效果變差，進而影響提取的糙米揮發(fā)性組分構(gòu)成。

1.1.5 溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)技術(shù)

溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)(SAFE)技術(shù)利用溶劑在低溫和高真空條件下迅速汽化，輔助目標(biāo)風(fēng)味物質(zhì)蒸發(fā)并將難揮發(fā)物質(zhì)剔除，使萃取物表現(xiàn)出樣品原有的自然香味。He等[13]先用淀粉酶處理糙米，再與戊烷/二乙醚混合物(2∶1)振搖后離心分離有機相，提取兩次后合并有機相。合并的有機相采用SAFE處理，并結(jié)合GC-O共鑒定出71種有氣味活性的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中，罕見報道的4-巰基-甲基戊烷2-酮(4-mercapto-4-methylpentan-2-one，4MMP)被作者認定為糙米的特征風(fēng)味化合物。Jezussek等[14]向煮熟糙米的凍干粉中加入二氯甲烷攪拌提取1 h，重復(fù)提取兩次后合并的提取物經(jīng)干燥濃縮至100 ml，然后經(jīng)SAFE高真空蒸餾分離得到揮發(fā)性組分，結(jié)合香氣提取物稀釋分析(AEDA)從三個品種的熟糙米中共鑒定出了41種氣味活性物質(zhì)。SAFE技術(shù)設(shè)備較為復(fù)雜、操作繁瑣、樣品及溶劑消耗較大、耗時較長，但其結(jié)合了SE與SDE法的優(yōu)點，實現(xiàn)了低溫萃取與迅速蒸餾的目的，提取物更加貼近樣品原香，利用SAFE將有助于更好地分析糙米中有氣味活性的揮發(fā)性物質(zhì)。

1.1.6 頂空吹掃捕集法

基于2,6-二苯基呋喃的多孔型聚合物Tenax-TA吸附管或液氮冷阱常與動態(tài)頂空系統(tǒng)聯(lián)用，用于吸附糙米的揮發(fā)性物質(zhì)。Yang等[39]采用真空取樣泵連接Tenax捕集器收集來自煮熟大米的頂空揮發(fā)物，從6種不同品種稻米中共鑒定出36種氣味活性物質(zhì)。Bullard等[32]利用涂有鄰苯二甲酸二丁酯的液氮阱捕集糙米揮發(fā)物，鑒定出了73種揮發(fā)性化合物。Cho等[17]利用Tenax捕集器收集煮熟糙米和野生稻的頂空揮發(fā)物，鑒定出了71種揮發(fā)性化合物，其中醛類(23種)和吡嗪類(12種)化合物最多，最豐富的6種化合物分別為2,5-二甲基吡嗪(12.0%)、2,4-庚二烯醛(11.8%)、甲基吡嗪(10.9%)、2,4-癸二烯醛(6.1%)、苯甲醛(4.7%)和己醛(4.6%)，含量占揮發(fā)性物質(zhì)總量的一半。

1.2 揮發(fā)性物質(zhì)的鑒定分析

目前糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)研究中較少采用高效液相色譜-質(zhì)譜儀(HPLC-MS)來進行，常用的檢測方法為氣相色譜-氫火焰檢測器法(GC-FID)和氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)，其中質(zhì)譜儀包括四極桿質(zhì)譜儀(Q-MS)和飛行時間質(zhì)譜儀(TOF-MS)等[8,15]。多年來GC-MS一直是糙米揮發(fā)性物質(zhì)定性與定量分析的首選[40]，GC-MS分析常用的非極性毛細管色譜柱有HP-5MS、DB-5MS等[8,31]，極性毛細管色譜柱有FFAP、DB-Wax[13]等。

1.3 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS定性與定量分析

1.3.1 定性分析

利用核磁共振波譜(NMR)、紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)、質(zhì)譜(MS)等技術(shù)都可以對糙米揮發(fā)性物質(zhì)進行定性分析。GC具有極強的分離能力，MS對未知化合物具有獨特的鑒定能力、靈敏度極高，MS還可以獲得總離子流(TIC)圖譜等數(shù)據(jù)。GC-MS數(shù)據(jù)定性分析主要采用基于相似度匹配的庫搜索、測定正構(gòu)烷烴混標(biāo)的保留時間計算保留指數(shù)，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)品驗證的方法[17]。儀器配套的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫主要有美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院發(fā)布的NIST系列和Wiley公司發(fā)布的質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫系列。

1.3.2 定量分析1.3.2.1 峰面積歸一化法

此法要求所有揮發(fā)性化合物都出峰，且僅能得到揮發(fā)性化合物的相對含量。劉玉平等[41]采用峰面積歸一化法對4種不同品種香米的揮發(fā)性成分進行定量分析，確定了苯并噻唑、2-甲硫基苯并噻唑、己醛、壬醛、乙酸乙酯和吲哚對香米香氣貢獻較大。張敏等[42]采用峰面積歸一化法對7種粳米和4種秈米米飯的揮發(fā)性成分進行定量分析，結(jié)果表明米飯中關(guān)鍵風(fēng)味化合物香草醛、1-辛烯-3-醇、戊醛、己醛等物質(zhì)的相對含量在粳米、秈米樣品中有明顯的差異。

1.3.2.2 內(nèi)標(biāo)法

內(nèi)標(biāo)法通過加入已知量純化的內(nèi)標(biāo)物以校準(zhǔn)或消除由于操作條件的變化對分析結(jié)果產(chǎn)生的影響，提高定量準(zhǔn)確度。糙米中揮發(fā)性物質(zhì)定量分析常用的內(nèi)標(biāo)物有2,4,6-三甲基吡啶(2,4,6-trimethylpyridine，TMP)[5,10,15,16]、4-辛醇[28]、δ-香芹酮[17,18]、2-辛酮[43]等。如果內(nèi)標(biāo)物與待測組分理化性質(zhì)不完全一致，則一般需要校正回收率的差異，以得到更加接近待測化合物實際含量的值。如Tanchotikul等[44]通過將已知量的2-AP與TMP混合后加入到不含待測組分的提取液中并重復(fù)相同操作，然后在同一色譜質(zhì)譜條件下分別測定提取后的2-AP及TMP的峰面積以及已知濃度2-AP和TMP直接進樣時的峰面積。根據(jù)下式求出相對回收值(relative recovery factor，RRF)，并將這一修正因子納入待測化合物含量的計算中，可以得出更加接近該化合物實際含量的值。

1.3.2.3 外標(biāo)法

外標(biāo)法要求外標(biāo)物必須為待測化合物的標(biāo)準(zhǔn)品，外標(biāo)物所在體系與待測樣品在相同條件下平行地處理及檢測，有關(guān)運用外標(biāo)法對糙米中揮發(fā)性物質(zhì)進行定量分析的報道較少。Yang等[39]采用外標(biāo)法得到了黑色香型糙米(Goemjeongssal)中24種主要揮發(fā)性化合物的標(biāo)準(zhǔn)曲線，并結(jié)合GC-O準(zhǔn)確測定了其主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的氣味活性值(OAV)。

1.3.2.4 穩(wěn)定同位素稀釋測定法

運用穩(wěn)定同位素稀釋測定(SIDA)時，將已知質(zhì)量和豐度的穩(wěn)定同位素作為稀釋劑加入到處理前的樣品中混合均勻，處理后通過測定同位素豐度的變化，便可計算出樣品中待測化合物處理前的含量。Yoshihashi[1]采用同位素標(biāo)記的2-乙酰-d3-1-吡咯啉作為內(nèi)標(biāo)物對糙米中的2-AP進行定量分析，有效減少了基質(zhì)效應(yīng)與分析過程中引入的誤差，2-AP的回收率在5～5 000 ng/g之間呈線性關(guān)系，檢測靈敏度在0.1 ng/g以下。Maraval等[19]報道了一種新的簡便合成2-AP及其環(huán)氘化類似物2-乙酰-1-d2-吡咯啉(2-AP-d2)的方法，采用HS-SPME結(jié)合氣相色譜-正化學(xué)電離-離子阱串聯(lián)質(zhì)譜(GC-PCI-ITMS-MS)技術(shù)，建立了SIDA法用于稻米中2-AP的定量分析。該實驗結(jié)果表明，稻米中2-AP含量在5.9～779 ng范圍內(nèi)，該法測定結(jié)果呈良好的線性關(guān)系(r2=0.998 9)，稻米中2-AP的檢測限(LOD)和定量限(LOQ)分別為0.1 ng/g和0.4 ng/g，該方法具有很好的靈敏度。值得注意的是，關(guān)于非香型稻米中2AP含量的報道很少，但作者采用該方法測定出了法國卡馬格地區(qū)兩個非香型稻米品種Ariette和Ruille中2AP的含量，結(jié)果分別為(10.6±2.5) μg/kg和(24.7±2.6) μg/kg。

1.4 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的感官分析評價

糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的感官分析主要通過評價或量化各化合物對整體氣味貢獻的大小，進而確定關(guān)鍵香氣化合物。評價復(fù)雜揮發(fā)性混合物中單一香氣成分的貢獻時，通常關(guān)注其濃度、氣味閾值或二者比值的大小。人能否感受到某化合物的氣味除了與其氣味閾值有很大關(guān)系外，揮發(fā)性組分之間的相互作用[45]、提取介質(zhì)及評價方式的選擇也十分重要。風(fēng)味強度法、氣相色譜-嗅聞以及電子鼻等分析評價方式在糙米風(fēng)味評價中應(yīng)用較廣，各評價方式又有不同的特點。

1.4.1 風(fēng)味強度法

若糙米中某一揮發(fā)性物質(zhì)的濃度高于其氣味閾值，則說明該成分對糙米整體風(fēng)味有貢獻。氣味閾值與溶解該物質(zhì)的介質(zhì)有關(guān)，現(xiàn)有研究主要涉及糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在空氣和水中的氣味閾值[32,43]。Cho等[17]認為單純將糙米中某化合物的相對濃度作為評價其對風(fēng)味貢獻的指標(biāo)并不可取，進行必要的氣味活性評價，進而篩選出對風(fēng)味性狀有較大影響的成分似乎更加重要。糙米中揮發(fā)性物質(zhì)對整體風(fēng)味的貢獻通常采用氣味活度值(OAV)或香氣值(AV)來表征[21]。OAV是揮發(fā)性化合物的濃度與氣味識別閾值的比值，通常認為當(dāng)OAV<1時，表示該氣味對糙米總體風(fēng)味無實際作用；當(dāng)OAV>1時，在一定范圍內(nèi)隨著OAV的增加，其對糙米風(fēng)味形成的貢獻越大[46]。Yang等[39]分析了大米中25種主要香氣物質(zhì)的OAV，最終篩選出的13種化合物(2-AP、己醛、(E)-2-壬醛、辛醛、庚醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、(E)-2-辛烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2-庚酮、(E,E)-2,4-癸二烯醛、癸醛、愈創(chuàng)木酚)便能準(zhǔn)確表現(xiàn)大米香氣，利用這些化合物不僅能區(qū)別和表征不同稻米的風(fēng)味類型，在良好風(fēng)味水稻選育工作中或許也具有潛在的應(yīng)用價值。

1.4.2 氣相色譜-嗅聞技術(shù)

氣相色譜-嗅聞(GC-O)是將人類的嗅覺和檢測儀器相結(jié)合起來的分析技術(shù)，基于GC-O的糙米風(fēng)味分析方法主要有Charm分析、香氣提取物稀釋分析(AEDA)和強度法[20]。Yang等[18]采用強度法(強度值范圍0～5)評價煮熟黑米的氣味強度，檢測到氣味強度>3的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有2-AP、(E)-2-壬烯醛、壬醛、己醛、3-辛烯-2-酮和愈創(chuàng)木酚等，其中2-AP和愈創(chuàng)木酚被認為對黑米的特殊香氣貢獻最大。AEDA或強度法都是基于活性測量值是該化合物實際濃度的線性函數(shù)這一假設(shè)，而張衛(wèi)斌[47]認為氣味濃度在高于絕對閾值時存在一個差別閾值增加的過程，由于受Stevens物理功效函數(shù)的影響，此時待測化合物濃度的變化并不能刺激感覺強度的相等變化[48]，因此不可避免對評價結(jié)果帶來誤差。針對這一情況，Ong等[20]認為可以采用氣味譜值(OSV)來對比分析，OSV是經(jīng)Stevens物理功效函數(shù)修正過的Charm值，它與濃度無關(guān)，只近似描述組分氣味的相對重要性。另外，有研究認為基于揮發(fā)性物質(zhì)濃度與嗅覺強度的評價描述體系，在一定程度上也可以用韋伯-費希納定律來修正產(chǎn)生的感受性誤差[47]。

1.4.3 電子鼻

電子鼻識別氣味的主要機理是陣列中的每個傳感器對待測物都有不同的靈敏度，傳感器將化學(xué)輸入轉(zhuǎn)換成電信號，由多個傳感器對一種氣味的響應(yīng)便構(gòu)成了傳感器陣列對該氣味的響應(yīng)譜[21]。與其他分析儀器相比，電子鼻得到的是被測樣品揮發(fā)性物質(zhì)的整體信息，也就是“指紋數(shù)據(jù)”。胡志全等[49]從整體分析大米香氣的指紋圖譜，驗證了電子鼻可識別不同收獲年份、不同產(chǎn)地和不同基因型大米的揮發(fā)性氣味的差異，揭示了電子鼻系統(tǒng)對稻米揮發(fā)性物質(zhì)進行分析評價是可行的。運用電子鼻進行氣味感官分析可有效避免人類因嗅覺疲勞、敏感度差異以及情緒調(diào)節(jié)等自身因素引入的誤差，該技術(shù)在糙米氣味強度定性、指紋圖譜分析以及優(yōu)質(zhì)水稻選育等方面具有較廣的應(yīng)用前景。

1.4.4 多元統(tǒng)計分析

運用多元統(tǒng)計分析對糙米揮發(fā)性化合物的分析評價數(shù)據(jù)進行綜合分析，可以幫助進一步篩選出對糙米風(fēng)味貢獻較大的組分。常用方法為主成分分析(PCA)和判別因子分析(DFA)。應(yīng)用PCA可以把多個變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個能夠反映原始變量絕大部分信息的綜合指標(biāo)(即主成分)[50]，Yang等[39]對稻米中25種、13種和7種氣味活性化合物進行主成分分析時，通過比較各組前四個主成分特征值的累加值來評價其對不同品種稻米的區(qū)別情況。結(jié)果表明，使用25種氣味活性化合物PCA時需要三組成分才能占總方差的89.4%，而使用13種主要氣味活性化合物PCA時，前兩組成分便占總方差的88.3%。篩選的13種氣味活性化合物可用于分離實驗中6種不同品系稻米的風(fēng)味類型，結(jié)果表明該分析方法可以準(zhǔn)確地進行稻米香型分類及多種風(fēng)味類型的區(qū)分，借助該方法有望在減少感官試驗的情況下開發(fā)出風(fēng)味優(yōu)良的新品種稻米。

1.5 糙米主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

糙米大量揮發(fā)性化合物中僅有少數(shù)被確定可以影響其香氣或風(fēng)味[27]。香型大米具有相對多樣化的香氣，比非香型品種更具風(fēng)味優(yōu)勢[39]。2-AP具有類似“爆米花”香氣，一直被認為是香型大米最重要的特征風(fēng)味成分[51]。Jezussek等[14]采用溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)-氣相色譜-嗅聞/質(zhì)譜-香氣提取物稀釋分析(SAFE-GC-O/MS-AEDA)技術(shù)從三種不同香型的煮熟糙米中鑒定出了41種氣味活性化合物，其中風(fēng)味稀釋(FD)因子超過32的化合物的分別為：2-乙?；量┻?、(E)-4,5-環(huán)氧基-2-癸二醛、雙(2-甲基-3-呋喃基)-二硫、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、2-氨基苯乙酮、苯乙酸、香草醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛等。

糙米脫去糠皮和糊粉層即為精白米，磨制前后其揮發(fā)性化合物的種類和嗅覺感知強度均有所不同，He等[13]發(fā)現(xiàn)糙米中1-辛烯-3-醇、2-AP、辛醛、4-乙烯基苯酚等揮發(fā)物的FD值最高，而精白米中乙酸乙酯、己酸、壬醛等揮發(fā)物的FD值相對較高。表1列出了精白米(MBR)、生糙米(RBR)和煮熟糙米(CBR)中發(fā)現(xiàn)的可能影響其香氣或風(fēng)味的關(guān)鍵氣味活性成分及其氣味描述。

表1 精白米、生糙米和煮熟糙米中關(guān)鍵氣味活性成分(AV或FD≥16)及其氣味描述

2 不同加工處理對糙米揮發(fā)性風(fēng)味化合物的影響

2.1 發(fā)芽處理

Wu等[22]發(fā)現(xiàn)糙米發(fā)芽初期大多數(shù)醛類、酚類和雜環(huán)化合物的含量逐漸減少，發(fā)芽后期這些化合物含量呈上升趨勢。此外，糙米經(jīng)發(fā)芽處理后，原來未檢出的二甲基硫醚和二甲基二硫醚的含量逐漸增多，二甲基硫化物作為熟甜玉米揮發(fā)物的主要成分，是對甜玉米香氣貢獻最大的特征化合物[53,54]，作者認為發(fā)芽處理在一定程度上賦予了糙米部分煮熟玉米的風(fēng)味。Xia等[23]報道的糙米發(fā)芽初期的揮發(fā)性物質(zhì)變化情況與之類似，他們發(fā)現(xiàn)除了2-乙基-1-己醇、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚等化合物在發(fā)芽初期含量有所增加外，大量揮發(fā)性醛類、酮類、醇類以及呋喃類化合物的含量在發(fā)芽后都呈明顯的下降趨勢，并推測這一變化可能與糙米萌發(fā)過程中脂肪酶或脂氧合酶活性變化以及由此引起的脂肪酸組成的變化、或它們部分浸溶在了水中的原因有關(guān)[55]。

Wu等[22]認為發(fā)芽時間較長時，產(chǎn)生了過量的醛類、酚類化合物和二甲基硫醚，這可能導(dǎo)致令人不快的風(fēng)味增多。而采取適當(dāng)?shù)陌l(fā)芽時長，則可以使不良風(fēng)味化合物的含量維持在較低水平而理想風(fēng)味化合物的含量有所增加，據(jù)此來改善糙米風(fēng)味。

2.2 高壓處理

總的來說，高壓處理主要對糙米組織結(jié)構(gòu)及與揮發(fā)性物質(zhì)相關(guān)酶的活性有顯著影響[25]，引起化合物相對含量的變化。Deng等[25]研究表明200 MPa和400 MPa高壓處理可能使氫過氧化物裂解酶或脂氧合酶失活，進而影響不飽和脂肪酸氧化或裂解，從而導(dǎo)致己醛、庚醛、辛醛和2-己烯醛等醛類揮發(fā)性物質(zhì)的濃度顯著降低[56,57]。

另一方面，高壓引起糙米的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)變化也會影響揮發(fā)性化合物的含量變化。糙米中淀粉復(fù)雜的結(jié)構(gòu)使其對部分揮發(fā)性物質(zhì)具有吸附、包埋、緩釋等作用；淀粉在加工過程中還直接參與風(fēng)味物質(zhì)的形成[58]。Deng等[25]還發(fā)現(xiàn)高壓下糙米內(nèi)淀粉糊化改性會導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)及淀粉與2-AP絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)坍塌，從而在一定程度上維持了高壓處理后2-AP含量的基本穩(wěn)定。另外，Baszczak等[26]發(fā)現(xiàn)高壓處理會使糊化淀粉對揮發(fā)性醇類和酮類化合物的吸收能力增強，從而導(dǎo)致這些化合物的檢測量變少；高壓處理還可能破壞細胞結(jié)構(gòu)、改變游離脂肪酸組分與大分子間的相互作用，從而釋放出大量的游離脂肪酸，且在一定壓力區(qū)間內(nèi)，酸類揮發(fā)性物質(zhì)的含量隨著壓力的增加而逐漸增加[23,31]。

2.3 擠壓膨化處理

擠壓膨化時糙米在極低的水分含量和高溫剪切條件下加工，這一過程導(dǎo)致原料產(chǎn)生分解、降解、變性、交聯(lián)作用以及氧化、聚合、水解等各種化學(xué)反應(yīng)。He等[13]研究發(fā)現(xiàn)糙米經(jīng)擠壓膨化處理后，2-AP、己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛等揮發(fā)性化合物的FD值顯著升高，并認為這些化合物可能對擠壓膨化糙米的香氣有較大貢獻。另外，方勇等[59]發(fā)現(xiàn)發(fā)芽糙米中含量較高的醛類(如己醛、庚醛、苯甲醛)和醇類(如乙醇、正己醇)等物質(zhì)經(jīng)擠壓膨化后含量呈下降趨勢；而吡嗪類(如2-甲基吡嗪、2,6-二甲基)和酮類(如甲基庚烯酮、3,5-辛二烯-2-酮)等物質(zhì)則在擠壓膨化后才能被檢測到。

2.4 烘烤處理

糙米烘烤過程中水分蒸發(fā)，大量揮發(fā)性化合物的前體物質(zhì)被加熱發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。Shi等[8]認為隨著烘烤時間的延長，水蒸氣、揮發(fā)性化合物和CO2的大量聚集增加了內(nèi)部壓力，內(nèi)部組織發(fā)生明顯變化，粗纖維斷裂產(chǎn)生裂紋增加揮發(fā)性物質(zhì)的溢出路徑，但這些揮發(fā)性物質(zhì)從糙米的微觀結(jié)構(gòu)中釋放出來的作用機理尚不清楚。糙米在烘烤初期醛類物質(zhì)含量較高，主要有3-甲基丁醛、己醛、庚醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛；隨著烘烤時間的延長，絕大部分醛類物質(zhì)由于熱降解含量急劇下降[60]。此外，酯類、酮類、醇類和噻唑類化合物的含量在烘烤后呈下降趨勢；吡嗪類、酚類和吡咯類化合物的含量呈先升后降的趨勢。烘烤過程中，大量雜環(huán)化合物的形成對烘烤糙米獨特的香氣品質(zhì)起到了積極的作用，其中呋喃類和吡嗪類化合物的含量約占總量的50%，被認為是影響烘烤糙米香氣的主要成分[8]。

3 展望

糙米品種差異、貯藏加工等因素都會影響其揮發(fā)物的變化，而提取分離、定性定量與感官評價等分析過程易受人操作及主觀因素影響，導(dǎo)致難以對揮發(fā)物進行準(zhǔn)確分析。迄今為止，對糙米風(fēng)味及其影響因素的研究還不夠系統(tǒng)全面，無法對現(xiàn)有研究成果進行有效對比分析，有待于建立一套更加完善的糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析方法。目前，SPME與SDE仍是揮發(fā)物提取的主要方法，SBSE與SAFE具有高靈敏度或保留原香的優(yōu)勢未來將有更多的應(yīng)用；依托GC-FID和GC-MS采用內(nèi)標(biāo)法進行相對定量或?qū)⒅饾u被穩(wěn)定同位素稀釋測定法所取代；不斷發(fā)展的電子鼻與GC-O結(jié)合的評價方式能有效避免人類主觀因素的影響，在未來糙米風(fēng)味感官分析中具有較大潛力。

我國食用糙米加工起步較晚，現(xiàn)有的研究大多僅揭示了加工后揮發(fā)性物質(zhì)的變化情況，人們對糙米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化的機理知之甚少。隨著大健康產(chǎn)業(yè)的興起，糙米食品會逐漸走入千家萬戶，加大風(fēng)味化合物調(diào)控作用的研究、解決糙米較差的風(fēng)味及口感等問題，將有助于開發(fā)出更多有益健康、受市場歡迎的糙米全谷物食品。