电饭煲吸水阶段浸泡参数对陈粳米饭气味改良作用的影响

米饭是我国居民的主食之一，而粳米因其口感柔软和饭味香浓受到消费者的青睐，市场需求与日俱增。粳稻主要种植于温带和寒带地区，生长期长，基于粮食供给安全保障的需要，通常对其进行一定规模的储备。然而稻谷不易保存，极易发生陈化和霉变[1]。陈化后的大米颜色变黄，米饭适口性下降[2]，尤其明显的是，随着贮藏时间的延长，大米香味消失、出现令人不悦的糠酸味[3]。因此，研究陈化大米的品质改善对满足人们的生活需求、充分利用稻谷资源具有重要意义。

国内外学者对陈化大米的品质提升展开了颇多研究，目前侧重于围绕陈化大米的口感改良设计方案，发现采用酶法[4-5]、酸法[6]处理，可以改变陈米中蛋白质、淀粉的存在状态，从而提高陈米饭的适口性。风味是影响消费者食物接受度的重要指标[7]，然而，关于电饭煲蒸煮陈米饭风味改良的研究鲜有报道，因此，如果能寻找到基于热处理的物理方法改善陈粳米风味，则会有助于推进改善陈粳米风味功能的电饭煲研究与开发。

已有研究表明，醛类是引起陈米糠酸味的主要物质，而这些物质多来自于油脂的氧化降解[8]。在大米蒸煮过程中，脂肪酶水解脂质产生游离脂肪酸[9]，在脂肪氧合酶[10]和热裂解作用下，脂肪酸进一步氧化形成氢过氧化物和小分子羰基化合物，而高浓度挥发性羰基化合物是形成陈米糠酸味的主要原因[11]。大米中脂肪酶是第一个参与脂质氧化水解的酶，也是导致大米陈化风味的主要因素之一，脂肪酶的最适温度为30～40 ℃，其活力受温度限制[12]。研究发现，采用浸泡[13]和瞬时加热[14]后沥干大米水分的方式处理，可以抑制陈米糠酸味的产生。浸泡吸水是电饭煲蒸煮米饭的主要环节之一，若能通过调整该阶段的参数，调控脂肪酶的活力，进而减少游离脂肪酸的积累，则有望抑制米饭陈味物质的生成，达到改良陈米饭气味品质的目的。然而，迄今为止，关于电饭煲吸水阶段浸泡参数与陈米饭挥发性风味物质组成的关系以及浸泡处理对米粒脂肪酶活力、脂肪酸的组成与含量变化的影响尚未见报道。

本文基于感官评价、电子鼻以及气质联用等分析手段，研究电饭煲烹饪米饭吸水阶段的浸泡温度和时间对陈粳米饭气味轮廓及特征性风味物质的影响，在此基础上，从抑制脂肪酶活力、减少引起糠酸味的前体物质生成的角度剖析了浸泡参数对陈粳米饭气味改善的原因，确定合适的吸水阶段浸泡参数，从而为陈米风味改良和电饭煲去陈蒸煮模式的设计提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新粳米、一年陈粳米(秋田小町)，吉林丰裕机械种植专业合作社；1,2-二氯苯(色谱纯)、C13烷酸(色谱纯)，美国Sigma-Aldrich公司；橄榄油(分析纯)，上海阿拉丁试剂有限公司；氢氧化钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、酚酞、浓硫酸、无水甲醇、乙酸、甲基叔丁基醚、正己烷、无水乙醚、无水乙醇、95%乙醇(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司。

MB-FS4089型电饭煲(可调吸水阶段温度和时间)，佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司；THZ-92A气浴恒温振荡器，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；SCIONSQ-456-GC气相色谱-质谱联用仪，美国布鲁克公司；DVB/CAR/PDMS萃取头，美国Supelco 公司；GC-2030AF气相色谱仪，日本岛津公司；Heracles II型快速气相色谱电子鼻，法国Alpha MOS S.A.有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 米饭蒸煮工艺

称取300 g新米或陈米，用适量水淘洗2次，米水质量比为1∶1.45，在MB-FS4089型电饭煲中以吸水阶段不同的温度和时间参数蒸煮米饭。

1.2.2 米饭感官评价

参照GB/T 15682—2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》筛选米饭感官评定小组成员并对不同处理后蒸煮的米饭进行感官评定。通过鉴别试验筛选出10名感官灵敏度高的人员组成米饭感官评定小组，并按GB/T 10220—2012《感官分析方法学总论》的有关规定培训评价人员。米饭气味品质的感官评价实验在感官评定室中进行，鉴定时室温在20～25 ℃。米饭蒸煮结束后，立即开盖，称取20 g米饭样品于40 mL感官杯，由感官评定人员采用打分法对其气味指标进行评价。感官评分标准在GB/T 1568—2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》的基础上根据陈粳米饭的特点进行调整，如表1所示，以气味特性为主，以新米烹饪的米饭为对照(香气10分，糠酸味0分)。为了评价结果的稳定性和客观性，所有样品均采用3位无序数字随机编号。

1.2.3 米饭气味特性分析

采用快速气相色谱电子鼻(Heracles II)进行气味特性分析。称取不同浸泡参数蒸煮的米饭样品4 g于10 mL顶空瓶中，迅速加盖密封待测，每个条件设置4组平行。色谱柱：DB-5和DB-1701(L.D：10 m×0.18 mm)；检测器：氢火焰检测器；顶空萃取温度60 ℃，顶空时间600 s；进样口温度250 ℃，进样速度500 μL/s，进样量500 μL；捕集温度45 ℃，解吸温度250 ℃；起始柱温为50 ℃，保持2 s后以1 ℃/s升至80 ℃，然后3 ℃/s升至120 ℃，保持21 s后1.5 ℃/s升至250 ℃，保持60 s；FID检测器温度260 ℃，采集时间100 s。

1.2.4 挥发性风味物质的分析

采用顶空固相微萃取结合气-质联用对样品挥发性风味物质进行分析。

1.2.4.1 样品制备

称取不同浸泡参数处理后蒸煮的米饭10 g，加入30 g饱和氯化钠溶液，充分研磨100 s，快速吸取研磨液8 g于顶空进样瓶中，加入4 μL 0.015 μg/μL的1, 2-二氯苯作为内标物，迅速旋紧瓶盖。

1.2.4.2 顶空固相微萃取

将装有样品的顶空进样瓶放入70 ℃的恒温水浴锅内，并以恒定速度进行磁力搅拌，将萃取针头置于样品上方1.5 cm处固定，萃取时间为30 min。

1.2.4.3 色谱条件

色谱柱：DB-WAX弹性毛细管柱(30 m×0.25 mm， 0.25 μm)；进样口温度250 ℃；升温程序：色谱柱初始温度为40 ℃，维持3 min，之后以5 ℃/min程序升温至90 ℃，再以10 ℃/min程序升温至230 ℃，维持6 min；载气(He)流量0.8 mL/min。

1.2.4.4 质谱条件

电子电离离子源；传输线温度250 ℃；发射电流：80 μA；离子源温度250 ℃；检测器电压1 000 eV；电子能量70 eV。

1.2.4.5 气味活性值(odor active value，OAV)的计算

按照公式(1)计算OAV：

式中：C是米饭中挥发性风味化合物的含量，T是该化合物的气味阈值。

1.2.5 脂肪酶活力的测定

采用滴定法，在电饭煲烹饪米饭吸水阶段结束后，采用斜线三点取样法，取45 g米粒样品至干燥滤纸上，待沥干米粒表面水分后称取2 g，根据GB/T 5523—2008《粮油检验粮食、油料的脂肪酶活动度的测定》的方法测定米粒脂肪酶活力，同时根据GB/T 5497 《粮食、油料检验水分测定法》对沥干表面水分后的米粒进行水分含量的测定。脂肪酶活力用中和1 g试样(干基)中游离脂肪酸所消耗氢氧化钾的毫克数表示。

1.2.6 游离脂肪酸的测定

采用氨基柱(NH2SPE)分离脂肪酸，并采用气相色谱对游离脂肪酸的组成和含量进行分析。

1.2.6.1 油脂提取

在电饭煲烹饪米饭吸水阶段结束后，采用斜线三点取样法，取45 g米粒样品至干燥滤纸上，待沥干米粒表面水分后，称取30 g米粒，用搅拌机研磨成粉，取20 g米粉，加入100 mL石油醚150 r/min振摇3 h后过滤，旋转蒸发蒸干溶剂后，即得到不同处理后米粒中的油脂。同时取3 g米粉根据GB/T 5497 《粮食、油料检验水分测定法》对米粒水分含量进行测定，游离脂肪酸含量以大米干基计算。

1.2.6.2 游离脂肪酸纯化及甲酯化

用4 mL正己烷将提取的油脂复溶后过氨基柱(NH2SPE)，加入2 mL体积比为2∶1的二氯甲烷-异丙醇洗脱甘油酯2次。再用10 mL 体积分数为2%乙酸-甲基叔丁基醚洗脱游离脂肪酸，氮吹至无液体。随后在试管中加入2 mL甲醇溶液和0.5 mL浓硫酸，60 ℃水浴30 min，冷却至室温后，加入2 mL正己烷和3 mL水振荡混匀，分层后吸取上层油相1 mL，待气相色谱检测，以C13烷酸(2.001 μg/μL)为内标。

1.2.6.3 色谱条件

色谱柱：RTX-WAX(30 m×0.32 mm×0.50 μm)；进样口温度：250 ℃，FID检测器温度260 ℃，升温程序：色谱柱初始温度120 ℃，保留5 min，之后以2 ℃/min程序升温至190 ℃，保留1 min，再以2 ℃/min升温至220 ℃，保留22 min；载气(N2)流速3 mL/min，分流比8∶1。

采用Origin 2018和Excel 2019对实验数据进行整理及图像绘制，实验结果表示为平均值±标准偏差；采用Origin 2018对挥发性风味物质含量进行Z-score归一化；采用SPSS 22对数据进行单因素方差分析，设差异显著性水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 基于感官评定和电子鼻分析比较不同浸泡参数下陈粳米饭气味品质的差异

电饭煲吸水阶段温度较低、环境水分较多，易促进脂肪酶催化活性，产生引起陈米不良风味的前体物质。而脂肪酶活力易受温度影响，因此，考虑通过调整电饭煲吸水阶段的浸泡温度调控脂肪酶活力以改善陈米饭的气味品质，不同温度浸泡处理后蒸煮陈米饭的感官品质及电子鼻分析结果如图1所示。

通过比较发现，吸水阶段不同温度浸泡处理蒸煮陈粳米饭的气味感官品质(图1-a)存在较大差异。当吸水阶段处理时间为10 min时，在25 ℃(常温)浸泡处理蒸煮的陈米饭香气较低且糠酸味浓郁，表明该条件下浸泡对陈粳米气味品质没有改良效果。这可能是由于在此温度环境中，陈米中脂肪酶正常作用于米粒中的脂类物质，导致游离脂肪酸大量积累，在后续高温蒸煮中发生热降解作用裂解成高浓度小分子羰基化合物[15]，使蒸煮后的陈米饭的糠酸味难以得到改善。随着吸水阶段浸泡处理温度的升高，蒸煮米饭的糠酸味降低，香气品质提高，当温度为50 ℃和60 ℃时，陈粳米饭的香气提升和陈味去除效果最显著。陈米饭糠酸味主要是由脂肪酸氧化降解产生的醛类、醇类等物质形成[16]，而温度影响脂肪氧化进程，为明确浸泡温度对陈粳米饭气味品质的影响，后续将对不同条件处理陈粳米的脂肪氧化程度和产物进行分析。

电子鼻分析能客观地评价不同样品的香气轮廓相似性，避免人为因素的干扰和影响。为进一步判断不同样品的气味特性差异，将新米饭以及吸水阶段不同温度浸泡后蒸煮的陈米饭样品进行快速气相色谱-电子鼻分析，结果如图1-b所示。第一主成分(PC1)的方差贡献率为83.70%，第二主成分(PC2)的方差贡献率为13.77%，两者累计方差贡献率达到97.47%，代表了样品绝大部分信息，表明该模型能较全面地解释吸水阶段不同参数处理后米饭样品间的风味差异。主成分的贡献率越大，表示其能够反映样品越多的信息[17]。由图1-b可以看出，新米饭和25 ℃浸泡处理后蒸煮的陈米饭样品在PC1方向差距最大，说明2个样品间的香气成分差异较大，即25 ℃浸泡对陈粳米气味品质无改善效果。调整浸泡温度为50 ℃蒸煮的陈粳米饭与新米饭的整体风味最为接近，表明在此温度浸泡处理对陈粳米饭风味改善效果最佳。

为了明确吸水阶段浸泡处理时间对陈粳米气味品质的改善效果，对50 ℃下浸泡不同时间后蒸煮的陈粳米的感官品质和气味轮廓进行分析，结果如图2所示。由感官评定结果(图2-a)可以看出，随着浸泡时间的延长，其对陈粳米饭气味特性的改善效果逐渐减弱，当处理时间达到30 min时，米饭中的糠酸味升高，香气降低，说明浸泡较长时间会导致米饭气味感官品质下降。这可能是由于浸泡时间的调整改变了米粒的脂肪氧化程度，进而对米饭中糠酸味物质的生成和积累产生了影响[18]。电子鼻分析结果(图2-b)亦表明，浸泡处理20、30 min蒸煮的陈米饭风味轮廓与新米饭有较大差异，进一步表明浸泡时间的调整也对陈米饭糠酸味的改善存在一定的影响。

2.2 基于挥发性风味物质剖析不同浸泡参数下陈粳米饭的气味特性

米饭气味轮廓的形成与挥发性风味化合物的组成和含量密切相关[19]，为进一步明确浸泡参数导致陈粳米饭气味特性差异的原因，采用顶空固相微萃取结合气-质联用对粳米饭中挥发性风味物质进行分析。

烷烃类阈值较高，通常对米饭风味的贡献较低；酮类、烯烃类、酯类和酚类阈值[20]较高且在米饭中含量相对较低，只对米饭整体风味起烘托作用。部分醇类具有特殊芳香气味，醛类物质阈值较低易对特征风味产生贡献，这两类物质是影响米饭气味品质的重要挥发性风味化合物[21]。为了进一步评估挥发性风味化合物对米饭气味的贡献程度，对新米饭和25 ℃浸泡蒸煮的陈粳米饭中醇、醛类挥发性风味物质的OAV进行分析比较，结果如表2所示，并由此明确对米饭香气和陈味具有重要贡献的挥发性化合物。

OAV>1的化合物对米饭的气味品质有重要贡献[22]，由表2可知，粳新、陈米饭中OAV>1的化合物共8种，其中具有类似蘑菇芳香气味的1-辛烯-3-醇仅在新米饭中可以检测到，说明其可能是对粳米饭香气具有重要贡献的物质。醛类物质是大米脂质氧化的终产物，而由亚油酸、亚麻酸等游离脂肪酸降解产生的己醛、壬醛、2-辛烯醛等小分子醛类物质是陈化风味的重要风味群[8]，其阈值较低，在低浓度下具有怡人香气，而在较高浓度下可能产生不愉悦的气味[23]。表2的结果也表明25 ℃浸泡后蒸煮的陈米饭中己醛、辛醛、壬醛和2-辛烯醛的含量和OAV都远大于新米饭，说明这些物质可能是引起陈粳米饭糠酸味的重要挥发性风味化合物。对吸水阶段不同浸泡参数蒸煮陈粳米饭中OAV>1的物质含量差异进行分析，结果如图3所示。

由图3-a可知，与25 ℃浸泡处理相比，提高吸水阶段的浸泡温度后，陈米饭中可以检测到具有芳香气味的化合物1-辛烯-3-醇。40 ℃时脂肪酶活力较高，脂质酶促氧化速率较快，积累较多1-辛烯-3-醇。温度升高后，脂肪酶活力受到抑制，使在50 ℃浸泡处理后蒸煮氧化生成的醛、醇类物质含量均降低。温度进一步升高，促进了米粒脂质的自动氧化。60 ℃时脂质自动氧化降解产生的醇、醛类物质均增加，温度升高至70 ℃时，脂肪氧化降解产生醛类物质的速度大于醇，使1-辛烯-3-醇产生量减少。表明浸泡温度的升高可能会不同程度地促进香气物质的产生。此外，当浸泡处理温度为40 ℃时，庚醛、辛醛、壬醛、壬烯醛和2-辛烯醛等醛类物质含量均大幅度提高，这可能是由于此时脂肪酶处于最适反应温度下，催化活力较高，导致游离脂肪酸的大量生成和积累，进而在后续蒸煮过程中裂解生成了高浓度的小分子醛类物质。研究表明，线性醛(例如辛醛、壬醛)是脂质氧化的产物，虽然低浓度的醛类连续氧化可以为风味做出积极贡献，但在较高的浓度下会产生不良的风味[24]。当吸水阶段浸泡温度为50 ℃时，脂肪氧化产生的醛类物质含量最低，与其感官评价结果一致，表明此浸泡参数能有效抑制陈粳米饭中不良风味物质的生成。由浸泡时间对陈米饭挥发性风味物质含量影响的结果(图3-b)可以看出，浸泡处理时间为10 min时，陈粳米饭中对陈味具有重要贡献的己醛、辛醛、壬醛和2-辛烯醛等醛类物质含量最低，随着浸泡时间的延长此类物质的含量则出现不同程度的提高，这进一步表明延长浸泡时间对陈粳米饭陈味的改善无益。

2.3 吸水阶段浸泡参数对陈粳米米粒中脂肪酶活力的影响

脂肪酶参与脂质水解的过程，在油水界面具有较高的催化活性，可以将脂质水解生成小分子羰基物质[25]，为考察电饭煲蒸煮米饭过程中吸水阶段温度与时间对陈米脂肪酶活力的影响，对不同条件浸泡处理后的陈米米粒进行分析，结果如图4所示。

由图4-a可知，在25 ℃浸泡处理后陈米米粒中的脂肪酶活力较高，可能是由于该浸泡温度不能有效抑制脂肪酶活力。在40 ℃浸泡时脂肪酶活力最高，较25 ℃浸泡升高了58.4%。这可能是由于脂肪酶的最适温度为30～40 ℃[26]，在此温度条件下浸泡米粒，米中的脂肪酶以较高的催化活性作用于三酰甘油，使其生成大量糠酸味前体物质。而随着温度进一步的升高，脂肪酶偏离最适反应温度，导致其活力受到抑制，催化活性降低。当采用50 ℃浸泡处理时，脂肪酶活力较25 ℃浸泡降低了86%，这与感官评价和气味特性分析结果一致，表明电饭煲吸水阶段参数调整可以通过抑制脂肪酶活力达到减少陈味物质产生的效果。图4-b表明，当固定浸泡温度为50 ℃时，随着浸泡时间的延长，脂肪酶活力却呈现增大的趋势，这可能是由于长时间的浸泡使水分逐步渗透进入米粒内部[27]，活化了米粒内部脂肪酶，其进一步作用影响陈米饭的气味品质。

2.4 吸水阶段浸泡参数对陈粳米米粒中游离脂肪酸的影响

脂肪酶是脂肪代谢中的第一限速酶，可以水解大米中的脂质产生游离脂肪酸，其中，游离不饱和脂肪酸易在酶或热作用下氧化裂解成小分子羰基化合物。为进一步明晰电饭煲吸水阶段浸泡参数对陈米饭风味改良的原因，对不同浸泡温度和时间处理后陈米粒中的游离脂肪酸组成和含量进行分析，结果如图5、图6所示。

由图5-a可知，不同浸泡参数处理后的陈米粒中游离脂肪酸总量和不饱和脂肪酸含量随温度的升高呈现先升高后降低的趋势，其中40 ℃浸泡处理陈米粒的游离脂肪酸总量和不饱和脂肪酸含量最高，较25 ℃浸泡分别高出6.6%和5.7%，这一结果与脂肪酶活力变化趋势吻合，进一步说明电饭煲吸水阶段调节浸泡温度可以通过控制陈米粒的脂肪酶活力，调控米粒中游离脂肪酸的生成和积累。油酸、亚油酸和亚麻酸是大米不饱和脂肪酸的重要组成部分，其含有较多不饱和双键，易氧化降解，是产生小分子羰基化合物的主要前体物质。由图5-b可见，在较高温度浸泡处理陈米粒后，这3种脂肪酸的含量较25 ℃浸泡均有下降，其中亚油酸含量下降最为显著，且随浸泡温度的升高，下降幅度增大，表明调整电饭煲吸水阶段浸泡温度可以通过降低游离脂肪酸和不饱和脂肪酸的积累，减少小分子羰基化合物前体物质的产生，从而削弱糠酸味，提升陈米饭的整体风味。

当固定浸泡温度为50 ℃时，游离脂肪酸总量随浸泡时间延长而升高(图6-a)，这表明在浸泡过程中陈米脂质不断水解，产生游离脂肪酸。其中，浸泡10 min后米粒中的游离脂肪酸以及油酸、亚油酸和亚麻酸的含量最低，与25 ℃浸泡处理相比，其游离脂肪酸和不饱和脂肪酸的积累量分别减少了21.6%和28.2%，也进一步证明了50 ℃条件下浸泡对大米脂肪酶产生了一定的抑制作用，减少了米饭中糠酸味前体物质的生成和积累，但由于长时间浸泡导致脂肪酶的活化造成游离脂肪酸的进一步积累，因此延长浸泡时间不利于陈米饭气味品质的改善。

3 结论

本文通过研究电饭煲吸水阶段的浸泡参数对陈米饭气味品质的影响，明确了抑制陈粳米饭陈味产生的关键控制因素，确定了改善陈米气味品质的浸泡处理条件，降低了陈米饭蒸煮后的不良风味。研究结果表明，通过调整烹饪过程中吸水阶段浸泡处理的温度和时间，可以调控陈米粒的脂肪酶活力，降低米粒中糠酸味前体物质的生成和积累，减少陈化风味物质的产生，进而达到改善陈粳米饭的气味品质的目的。其中，当调整电饭煲吸水阶段的参数为50 ℃浸泡处理10 min时，陈米中的脂肪酶活力受到抑制，游离脂肪酸总量和不饱和脂肪酸含量显著降低，从而使脂肪氧化产物己醛、壬醛等对陈味具有重要贡献的挥发性风味物质的含量明显减少。因此，在此条件下蒸煮得到的陈米饭的综合感官品质最优，与新米饭的气味轮廓相似性最高，实现了电饭煲烹饪对陈粳米饭气味品质的提升，同时也为电饭煲去陈蒸煮模式的设计提供了思路和依据。

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