不同储藏条件对小米风味的影响

张 韶， 张义茹， 郭 静， 韩渊怀， 李红英

(山西农业大学1，晋中 030801)(太原师范学院2，晋中 030600)

小米为我国特色杂粮产品，富含丰富蛋白质、不饱和脂肪酸、膳食纤维和多种功能性成分，如类胡萝卜素、叶酸、黄酮和多酚类物质[1]，具有健脾养胃、和中益肾、调节睡眠、降脂降压的功效[2]。小米品质高低直接影响着人们的喜好程度。小米粥风味是香气挥发物和口感味道的复杂作用，是衡量小米品质的重要指标之一[3]。小米蒸煮风味的文献已有报道，且明确己醛、庚醛、反-2-辛烯醛、2,4-壬二烯醛和反,反-2,4-癸二烯醛等醛类化合物是小米粥中的主要挥发性物质组分[4]。此外，Bi等[5]在蒸煮小米粥中发现碳氢化合物和苯衍生物被鉴定为谷物中的气味活性化合物。

小米外颖壳具有保护其结构稳定的作用，脱壳的小米容易氧化变质。小米的感官品质、加工品质、生理特性及化学成分都会随储藏条件变化而变化，经过夏天高温储藏的小米，其工艺和食用品质下降严重。小米的储藏方式一般有两种，分为常温和低温储藏。据研究表明，小米在常温储藏期间脂肪酸值增高，粗脂肪、粗蛋白和还原糖含量下降，过氧化氢酶活性下降，造成小米粥食用品质下降；低温条件可以减缓小米的变化，有利于维持较好的品质[7]。在其他作物上也发现储藏期间挥发性风味物质含量变化影响风味品质，小麦在9个月的储藏期中，醇类、酸类、醛类、酮类物质含量逐渐增加，酯类及烃类相对含量先增加后减少[8]；玉米在储藏6个月中，醛类、醇类和脂类含量先升高后下降[9]；Suzuki等[10]的研究中提出，稻谷储藏时间超过一年后，其米饭挥发性物质减少。

为了探究储藏对小米蒸煮风味品质的影响，本研究选择3个山西省的名优品牌小米——东方亮、汾都香、沁州黄进行实验，将3种水分含量相同的小米在遮光处理下，分别设置了不同储藏时间(0、3、6、9、12月)、不同储藏温度(常温和4 ℃)，以期探究储藏过程中影响小米风味劣变的关键风味物质并探索最佳的储藏条件。

1 材料与方法

1.1 实验材料

“东方亮”小米(DFL)、“汾都香”小米(FDX)、“沁州黄”小米(QZH)于2018年同时采购，密封包装。

1.2 样品处理

将含水量为13.5%的品牌小米分成质量相同的两份，并用锡箔袋密封，一份置于常温环境，另一份置于4 ℃冰箱，在储藏0、3、6、9、12个月取样测量。每次分别称取1.5 g小米、7.5 g纯净水和20 μL 0.005%的3-庚酮甲醇溶液到20 mL的顶空进样瓶中(75.5 mm×22.5 mm)。每个样品制备等量3份，随机置于气相色谱质谱仪(Trace 1300)上100 ℃孵化20 min，模拟小米粥蒸煮过程。

1.3 气相色谱质谱联用仪程序设定

色谱条件设定：毛细管的色谱柱为DB-5 ms柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，进样口温度为250 ℃，载气为氦气，不分流进样且流速为1.0 mL/min。柱温起始设定为40 ℃保持2 min，后以6 ℃/min的速度升温到250 ℃保持3 min[11]。质谱条件：灯丝发射电流为200 μA，离子源温度为200 ℃，接口温度为250 ℃；电子能量为70 eV，电离方式为EI[11]。顶空固相微萃取装置(涂层50/30 μm DVB/ CAR/ PDMS 萃取头)萃取10 min，解吸附2 min，进入色谱分析45 min[11]。

1.4 数据处理

定性分析：待测样品的挥发性化合物鉴定和筛选通过结合保留时间(RT)和线性保留指数(LRI，通过C8-C40混合碳标计算)，并结合NIS 数据库的比对结果完成的；相对含量计算：待测样品峰面积与标准品峰面积比≈待测样品相对浓度与标准品浓度比来计算；挥发性物质组分的贡献率计算：气味活性值(OAV)为各挥发性物质组分的绝对浓度(C)与香味阈值(T)之比，即：OAV=C/T。由于很难准确定量几十种甚至几百种挥发性物质的绝对浓度，采用相对气味活性值(R0AV)来计算和评价挥发性物质组分对样品的贡献性[12]。通常设定风味阈值较低、对样品风味贡献最大的化合物的ROAV为100，则其他物质组分的ROAV计算为：

式中：Cmax、Tmax为对样品风味贡献最大化合物的质量分数和香味阈值；Ci、Ti为被测组分的质量分数和香味阈值。ROAV值越高，对样品的风味贡献性越大，当 ROAV≥1时，表明该物质为关键风味物质；当0.1≤ROAV≤1时，表明该物质对样品的整体风味具有修饰作用[11]。

采用EXCEL软件对3个品牌小米不同储藏时期和储藏温度的风味物质进行统计分析。主成分分析(SIMCA)以区分不同储藏时间小米的挥发性风味物质对小米粥的贡献。

2 结果与讨论

2.1 小米粥风味物质鉴定与分析

对不同储藏时间、储藏温度的3个品牌小米的蒸煮挥发性风味物质进行测定，共鉴定出50种挥发性化合物，这些化合物包括17种醛类、4种酮类、4种醇类、3种酚类、7种烷烃类、6种杂环类和9种酸脂类物质(表1)。根据物质组分和构成比例分析，3种品牌小米中醛类、烷烃类、杂环类及酸脂类含量相对较高，但其挥发性风味物质含量和比例各不相同，可能由于基因型、生长环境和土壤条件等因素造成的[5]。刘丹[13]在测定不同地区燕麦的挥发性风味物质也发现相同的结果。

表1 不同品牌小米初始月份挥发性风味物质鉴定

续表1

相对香味活性阈值(ROAV)是确定食品主体挥发性物质的一种新方法，即定义挥发性物质组分的相对浓度为各组分占总挥发性组分的质量分数[14]，以此来得出小米粥中风味物质的贡献率大小结果见表2。通过分析发现，不同品牌小米主要挥发性物质种类和含量比例不同，造成不同的特征风味。辛醛、壬醛、反,反-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、反,反-2,4-壬二烯醛、正壬醇、正己醛、癸醛、2-十一烯醛、十二醛、1-辛烯-3-醇、对二甲苯、萘、香叶基丙酮和2-正戊基呋喃(ROAV≥0.1)15种物质是3个优质品牌小米粥中的特征挥发性物质。对这些香味物质的来源成分和香味分析，9种醛类、1辛烯-3醇及2-正戊基呋喃一般被认为是油酸、亚油酸及花生四烯酸等脂肪酸氧化降解产生。己醛、癸醛和反,反-2，4-癸二烯醛含量较高，具有青香、脂香、柑橘等风味，且因其阈值较低，对小米粥风味形成有较大贡献[15]。不饱和醇类阈值较低，如1-辛烯-3-醇具有类似泥土的气味，该物质被认为是谷物中重要挥发性物质[16]。2-正戊基呋喃带有豆类、青味及蔬菜等的气味，多生成于美拉德反应[17]。香叶基丙酮的前体物质是类胡萝卜素，具有香甜的花香气味[18]；萘由两个芳香苯环构成，在Bi等[5]分析蒸煮小米粥风味时，也证实了萘的存在，该物质在较低浓度时对小米粥香味起整体协调作用。

表2 不同品牌小米粥初始月份主要挥发性物质组分

2.2 不同储藏时间的小米对小米粥挥发性风味物质的影响

主成分分析(PCA)将3个品牌小米在5个储藏时间节点区分成了5组，基本上反映了每个储藏时期的风味物质特征(图1)。在一年储藏过程中，挥发性风味物质种类数量在不断下降。常温条件下不同储藏时期挥发性物质的含量变化表明(图2)，3个品牌小米挥发性风味物质变化有较好的一致性。从整体来看，烷烃类、醛类、杂环类和酸脂类物质含量较高，醛类、醇类、杂环类和烷烃类含量变化基本呈“W”型，酸脂类呈“M”型。酚类和酮类物质呈“下降—急剧升高—下降”变化趋势。储藏至12个月时酸脂类物质含量急剧下降，杂环类、醛类和烷烃类物质含量有所增加。对上述15种小米特征性挥发性风味物质在储藏过程中的相对含量的变化进行分析。结果表明，除了反,反-2,4-壬二烯醛、香叶基酮、反,反-2,4-癸二烯醛、十二醛、对二甲苯和萘以外，其他物质变化趋势都呈“W”型。在储藏3个月内，这15种挥发性风味物质的含量都下降，小米粥香味变淡；在储藏6个月时，正己醛、2-正戊基呋喃、1-辛烯-3醇和对二甲苯含量较初始月都升高，壬醛、辛醛和正壬醛接近初始含量，其他物质含量下降；在储藏9个月时，正己醛、2-正戊基呋喃和1-辛烯3醇含量较初始月份升高，其他物质含量较初始月份都下降；储藏12个月时，正己醛、2-正戊基呋喃、正壬醇、1-辛烯-3醇和对二甲苯含量较初始月都升高，而其他物质含量处于较低水平。汾都香中物质含量变化较为平缓，说明其储藏稳定性高于东方亮和沁州黄。

造成这种变化的原因可能与大米陈化过程类似，在储藏期间脂类物质氧化，生成更高浓度的醛、醇和烷烃类物质，产生不良气味[19]。正己醛物质含量较低时是青草香味,含量过高会产生酸败味道[20]。1-辛烯-3醇来源于花生四烯酸的氢过氧化物，具有蘑菇和泥土气味。2-正戊基呋喃在稀浓度下有典型的坚果味，但是在较高的浓度下，它有一种不太令人愉快的大豆臭味特征[18]。在储藏4个月后，这些异味物质含量增加，造成小米粥不新鲜或酸败难闻的气味。满忠秀等[21]也发现大米储藏期4个月时，会出现较明显的陈化味。

注：-n代表储藏n月份。图1 小米常温储藏1年后小米粥挥发性物质得分图

2.3 不同储藏温度对小米粥风味物质的影响

根据常温和低温下小米粥挥发性物质相对含量的对比表明(图3)，低温(4 ℃)储藏条件下3个品牌小米含量变化较常温平缓，趋势相似且较为集中。醛类、酚类、醇类及烷烃类的含量在低温储藏条件下有所升高，杂环类有所下降。在Yuan等[22]基于核糖核酸测序和GC-MS研究大米在不同储藏温度和湿度的物质变化实验中表明，在大米储藏期间其挥发性物质变化主要由于脂质氧化，在储藏阶段脂肪酶活性先增加后下降，过氧化氢酶活性下降使大米生成更高浓度的醛、酮和呋喃类物质，产生不良气味。因此推测物质含量的这种变化可能是由于在0～3个月，氧气浓度高，脂肪氧化成游离脂肪酸的速率高于氧化成醛醇及烷烃等物质的速率，醛醇烷烃类物质的含量下降；储藏4～6个月，生成醛醇烷烃类化合物的速率高于生成脂肪酸物质的速率，故其含量上升；储藏7～9个月，由于脂肪酸含量增加，pH下降，使过氧化氢酶活性下降，故游离脂肪酸被氧化的速率下降，醛、醇、杂环及烷烃类物质含量下降；储藏10～12个月，脂肪氧化成脂肪酸的速率下降，脂肪酸含量下降故其含量下降。低温抑制酶活性，减缓了物质氧化速率，故低温储藏条件下物质含量变化趋势更平缓。该推测还需进一步测定基因表达量及酶活性予以验证。

注：—为DFL；-----为FDX；---为QZH。图2 小米常温储藏期小米粥挥发性物质的相对质量分数

通过分析15种小米粥风味形成的关键性物质可知，在低温储藏条件下，0～3个月挥发性物质的含量变化和常温相似，从储藏3个月后，辛醛、壬醛、(E)-2-壬烯醛、十一醛、十二醛、反,反-2,4-癸二烯醛、反,反-2,4-壬二烯醛、正壬醇和2-正戊基呋喃含量较常温储藏明显增加，说明低温储藏下小米制备成的小米粥风味更丰富。然而，正己醛、1-辛烯-3-醇、正壬醇、2-正戊基呋喃及对二甲苯含量在储藏12个月时较储藏初期增加，其他物质含量减少，这与常温储藏1年后小米粥特征挥发性物质变化相似。

注：—为DFL；-----为FDX；---为QZH。黑色为常温下物质的变化含量，灰色为低温(4 ℃)下的物质含量变化。图3 小米在常温与低温储藏后其小米粥挥发性物质的含量变化

对比小米在常温与4 ℃储藏一年后其小米粥挥发性风味物质的贡献率发现，1-辛烯-3醇、2-正戊基呋喃、正己醛、癸醛、十二醛、萘及4-乙烯基愈创木酚这7种物质在储藏阶段贡献率相近；壬醛、壬醇、2-十一醛、对二甲苯在3个月低温储藏条件下贡献率有所增加；庚醛、苯乙醛、十一醛和(E)-2-辛烯醛在储藏6个月和9个月低温储藏条件下贡献率有所下降。储藏12个月时常温与低温储藏下主要挥发性物质相同，贡献率大小不同，低温储藏风味更加丰富(表3)。

表3 小米在常温与低温储藏1年后其小米粥主要挥发性物质的贡献率变化

3 结论

小米脱壳不耐储藏，家庭保存不当会导致小米变质产生异味。本实验通过对常温和低温储藏条件下的3个优质品牌小米的蒸煮风味进行分析与比较，结果表明，从3个品牌小米中共检测出了50种挥发性风味物质，对其进行ROAV分析，首次确定了优质小米中的15种特征挥发性风味物质。在一年的常温储藏期间，醛类、醇类、杂环类及烷烃类物质相对含量变化呈“W”型；酸脂类呈“M”型。在低温(4 ℃)储藏期间，物质的相对含量变化与常温相似，且变化趋势更为平缓、集中。这些物质的含量变化与温度、酶活性相关，需要后续进一步予以验证。正己醛、1-辛烯-3醇、对二甲苯、正壬醇和2-正戊基呋喃是小米储藏阶段造成异味的关键物质。在储藏4个月后蒸煮小米粥中的异味物质含量开始增加，同时在低温储藏条件下风味物质更为丰富，故在条件允许的情况下应进行低温密封储藏小米，在4个月以内食用。为了延长小米储藏期限，后续可以通过这几个异味物质含量高低并结合口感评价来筛选耐储藏及不耐储藏的品种，通过分子手段定位相关的基因。