基于气相色谱-离子迁移谱技术分析16种云南大米挥发性风味物质的差异

杨水艳,聂绪恒*,王忻*,和霁恬,郭颖,刘付英,放茂良,毛金蓉

(云南省粮油科学研究院(云南省粮油产品质量监督检验测试中心),云南 昆明,650033)

摘 要 采用气相色谱-离子迁移谱对16 种云南大米的挥发性风味物质进行检测,共检测出53 种挥发性风味物质(单体、二聚体和多聚体仅计算1 次),利用软件内置数据库共识别出五类28 种挥发性风味物质,包括醛类9 种、酮类9 种、醇类7 种、酯类2 种、酸1 种。 统计分析发现,醛类、醇类和酮类物质的相对含量最多,其中,醛类含量23.610% ~34.559%,醇类含量20.878% ~33.197%,酮类含量13.374% ~28.985%。 对比各样品挥发性风味物质的指纹图谱发现,2-丁酮、正丁醇等大部分挥发性化合物为16 种大米共有,只是在各样品中含量差异较大;未知物24 为编号354 的大米所特有,1-辛烯-3-醇二聚体为编号373 的大米所特有。 指纹图谱可以清楚地显示出不同品种的云南大米挥发性风味物质间的差异。

关键词 气相色谱-离子迁移谱;大米;挥发性风味成分;指纹图谱

大米作为人们日常主食,因其高产、稳产、适应性强、经济价值高的优势,在国民经济中占有极其重要的地位[1]。 在我国,大米按原料稻谷类型分为四类:籼米、粳米、籼糯米和粳糯米,但无论是不同种类还是不同存在方式的大米都有独特的香味。 近20 年来,谷物化学家对稻米和米制品的挥发性风味物质进行了广泛的研究。 大米中挥发性化合物的测定对大米的香气分析具有重大的意义,由于大米香气质量高度依赖于栽培过程以及环境条件,如温度、土壤类型、水、CO2、光、盐度等。 大米的种类不同,其中所含有的挥发性物质种类及含量也不相同,但是所测到的主要的化学物质是类似的[2]。 崔琳琳等[3]利用GC-MS和电子鼻技术对大米挥发性风味成分进行测定,分析出粳米和籼米中的重要风味物质主要是醛类、酮类和醇类,例如己醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、2-戊基呋喃等。陈翠莹等[4]利用气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)分析测定了不同方式加工后糙米的挥发性风味物质,结果和崔琳琳等[3]一致,经3 种加工方式处理后糙米关键风味物质为醛类、醇类、酮类和酯类,例如苯甲醛、正丁醛、正丁醇、环己酮、乙酸丁酯等。

目前,挥发性风味物质的检测技术主要有电子鼻技术[3,5]、GC 法[6-7]、顶空固相微萃取-气质联用技术[8-12]、光谱技术、GC-IMS 技术等[13-16]。 GC-IMS技术的出现,提供了一种具有快速响应能力的新气相分离和检测技术[17]。 GC-IMS 是一种利用气相离子电场迁移速率差异分析鉴定特征风味成分的新技术,以IMS 作为气相色谱的检测器,通过GC 色谱保留时间和IMS 相对迁移时间可以有效反映样品中挥发性风味成分(volatile flavor components,VFCs)的二维信息[18]。 相比于GC-MS,其分离能力更强,大大降低了仪器成本,同时也避免了耗时久、操作复杂、碎片离子解谱困难等缺点。 通过将GC 分析技术和IMS 巧妙有机结合,GC-IMS 可快速、简捷、直观地对检测结果进行高精度分析,且对样品预处理和分析温度要求更低,可最大程度保留样品原有的风味信息,使分析结果更具真实性和说服力,更适用于VFCs 的痕量检测[19]。 目前,GC-IMS 技术已在食品分类鉴别、掺假检测、产地溯源、过程监测以及食品污染等方面得到广泛应用[20]。

本研究以云南种植的16 种大米为实验材料,采用GC-IMS 分别检测了每份样品中的VFCs,通过内置软件鉴别样品中VFCs 组成,通过统计分析寻找不同大米中VFCs 相对含量的差异性,之后通过挥发性风味物质指纹图谱对不同品种大米VFCs 进行比较分析,旨在探索不同品种大米挥发性风味物质之间的差异,建立云南特色大米风味物质谱库,为云南大米产业发展提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

16 种大米由云南大米生产加工企业提供,具体信息如表1 所示。

表1 十六种云南大米信息
Table 1 Information on 16 types of Yunnan rice

样品编号名称种类来源344声农4 号粳米 大理荣江生态农业发展有限公司345云粳37 号粳米 大理荣江生态农业发展有限公司347八宝贡米籼米 云南八宝贡米业有限公司349云南贡广南米籼米 云南云之香米业有限公司350遮放贡米籼米 芒市粮油收储公司351紫溪大米粳米 楚雄州胡氏米业有限责任公司354姚州软米粳米 姚安县粮食储备有限公司357澜沧香软米籼米 云南滇雪粮油有限公司359楚粳39 号粳米 牟定县粮食储备有限公司368超吉香粳米 云南精粮坊农业科技开发有限公司369稻花香2 号粳米 云南精粮坊农业科技开发有限公司371文稻20籼米 双江允俸水稻种植农民专业合作社373水傣香清香型籼米 籼米 勐海县勐遮曼勐养农业专业合作社374水傣香象牙米粳米 勐海县勐遮曼勐养农业专业合作社381傣金香籼米 芒市杰成米业有限公司390目瑙纵歌优质米籼米 德宏睿联粮油有限责任公司

0.54μg/mL 校准液(含2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮)为分析纯,美国RESTEK 公司。

1.2 仪器与设备

FlavourSpec®GC-IMS,山东海能科学仪器有限公司,配有CTC 自动顶空进样器、VOCal 0.1.3 分析软件;AR5120 百分之一电子天平,奥豪斯(上海)有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

大米样品混匀后,随机称取(3.00 ±0.01) g 装于20 mL 顶空瓶,盖紧盖子后进行测定,每个样品重复3 次。

1.3.2 仪器校正

取30 μL 校正液于20 mL 顶空瓶中,采用和样品相同的检测条件进行检测,检测结束后通过VOCal 0.1.3 软件对保留时间和迁移时间进行校正。

1.3.3 GC-IMS 检测条件

顶空条件:顶空孵育温度,80 ℃;孵化时间,15.0 min;振荡加热,孵化转速为500 r/min;顶空进样针温度,85 ℃;顶空进样,进样体积,500 μL,不分流模式。

GC 条件:色谱柱类型:MXT-5 型气相色谱柱(15 m ×0.53 mm,1.0 μm);柱温,60 ℃,保持20 min。载气为N2,载气流量:0 ~2 min,2 mL/min;2 ~10 min,2 ~10 mL/min;10 ~20 min,10 ~100 mL/min;运行时间:20 min。

IMS 条件:IMS 探测器温度为45 ℃,漂移管长度5.3 cm,管内线性电压500 V/cm,漂移气为N2,漂移气流速为150 mL/min,采用正离子模式,β 射线(氚)进行放射处理。

1.4 数据分析

运用VOCal 0.1.3 软件对样品中的VFCs 进行采集和分析,根据特征性物质保留时间和迁移时间,应用NIST 2014 数据库和IMS 数据库对VFCs 进行定性分析,应用实验室分析观察器、Reporter 插件和Gallery Plot 插件进行图谱分析,对比不同品种大米之间的谱图差异。 实验数据处理:WPS Office(12.1.0.24034);数据分析:SPSS 16. 0(P <0. 05,表示差异显著);作图:Origin 2022。

2 结果与分析

2.1 不同大米VFCs 的GC-IMS 谱图分析

通过VOCal 0.1.3 软件采集得到的16 种云南大米的挥发性风味成分二维俯视谱图(图1),图中纵坐标表示保留时间(单位s),横坐标表示离子迁移时间(单位ms),红色垂直线表示反应离子峰(reaction ion peak,RIP)。 以点的颜色和面积表示挥发性成分含量大小,点的颜色越深、面积越大表示该物质含量越高,红色点表示物质含量较高,而白色点表示含量较低[21]。 同一种风味物质可能引起1 个甚至多个信号,多个信号一般代表物质的单体、二聚体或三聚体[4]。 如图1 所示,16 种云南大米VFCs 的保留时间为80 ~742 s,离子迁移时间集中在1.06 ~1.99 ms。所有样品的挥发性风味物质在GC 保留时间742 s 内完成了GC 分离。

图1 十六种云南大米VFCs 的GC-IMS 二维俯视谱图
Fig.1 GC-IMS two-dimensional top-down spectral map of VFCs in 16 types of Yunnan rice

2.2 不同大米VFCs 的GC-IMS 定性分析

使用2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-壬酮、2-庚酮和2-辛酮校准液作为外标参考,将不同品种云南大米VFCs的保留时间、迁移时间与GC-IMS 中Library Search 内置的NIST 2014 数据库和IMS 迁移时间数据库进行匹配,从而对16 种云南大米中VFCs 进行定性分析,结果如表2 所示。 16 种云南大米共检出53 种挥发性风味物质(单体、二聚体和多聚体仅计算1 次),从数据库中识别出28 种,包括醛类9 种、酮类9 种、醇类7 种、酯类2 种、酸1 种,此外还有25 种挥发性化合物未从数据库中得到鉴别。

表2 十六种云南大米VFCs 的GC-IMS 定性结果
Table 2 Qualitative results of GC-IMS for 16 types of Yunnan rice VFCs

序号种类化合物名称CAS 号分子式相对分子质量保留指数保留时间/s离子迁移时间/ms 1丙醛123-38-6C3 H6 O58.1490.980.361.053 67丁醛123-72-8C4 H8 O72.1595.7111.3821.293 81 3戊醛110-62-3C5 H10 O86.1697.8154.4981.196 22 4戊醛二聚体110-62-3C5 H10 O86.1699.3155.4921.420 37 5己醛66-25-1C6 H12 O100.2798.9233.9671.267 96 6己醛二聚体66-25-1C6 H12 O100.2796.9232.2091.564 03 7庚醛111-71-7C7 H14 O114.2903.3348.0111.333 72 8庚醛二聚体111-71-7C7 H14 O114.2903.3348.0111.692 32 9醛类 辛醛124-13-0C8 H16 O128.21 009.7531.2461.411 10辛醛二聚体124-13-0C8 H16 O128.21 009.3530.5841.826 61 11苯乙醛122-78-1C8 H8 O120.21 043.7599.2351.265 79 12正壬醛124-19-6C9 H18 O142.21 104741.8671.477 38 13正壬醛二聚体124-19-6C9 H18 O142.21 104741.8671.943 76 14苯甲醛100-52-7C7 H6 O106.1973.8462.5841.146 55 15苯甲醛二聚体100-52-7C7 H6 O106.1972.9461.0311.465 01 16丙酮67-64-1C3 H6 O58.1521.888.4711.122 19 172-丁酮78-93-3C4 H8 O72.1582.2106.7691.069 96 182-丁酮二聚体78-93-3C4 H8 O72.1587.2108.4611.248 29 192-戊酮107-87-9C5 H10 O86.1689.9149.5171.124 43 202-戊酮二聚体107-87-9C5 H10 O86.1693.6151.8241.365 44 212,3-戊二酮600-14-6C5 H8 O2100.1711.2163.3491.217 4 22酮类 2-己酮591-78-6C6 H12 O100.2796.6232.0141.505 52 232-庚酮110-43-0C7 H14 O114.2894.6336.0611.255 86 242-庚酮二聚体110-43-0C7 H14 O114.2892.5333.1591.630 98 252-辛酮111-13-7C8 H16 O128.2990.3494.5291.312 57 265-壬酮502-56-7C9 H18 O142.21 071.4660.8531.332 02 275-壬酮二聚体502-56-7C9 H18 O142.21 069.8657.2151.818 48 282,6-二甲基-4-庚酮108-83-8C9 H18 O142.2974.2463.491.335 72 2

续表2

序号种类化合物名称CAS 号分子式相对分子质量保留指数保留时间/s离子迁移时间/ms 29正丙醇71-23-8C3 H8 O60.1568.4102.311.116 97 30正丁醇71-36-3C4 H10 O74.1669.5140.1371.185 61 31正丁醇二聚体71-36-3C4 H10 O74.1671.3140.9061.393 05 321-戊醇71-41-0C5 H12 O88.1772210.3911.257 16 331-戊醇二聚体71-41-0C5 H12 O88.1773.7211.91.525 02 34醇类 1-辛烯-3-醇3391-86-4C8 H16 O128.2992.9499.7631.157 47 351-辛烯-3-醇二聚体3391-86-4C8 H16 O128.2992.8499.6211.719 83 361-辛醇111-87-5C8 H18 O130.21 060.8636.6961.451 78 37正己醇111-27-3C6 H14 O102.2884.2322.871.326 59 38正己醇二聚体111-27-3C6 H14 O102.2882.2320.4661.648 46 39正己醇多聚体111-27-3C6 H14 O102.2880.7318.6951.990 52 402-己烯-1-醇928-95-0C6 H12 O100.2854.4288.5881.185 35 412-己烯-1-醇二聚体928-95-0C6 H12 O100.2855.5289.7221.532 92 42乙酸乙酯141-78-6C4 H8 O288.1615.1118.3021.103 54 43酯类 乙酸乙酯二聚体141-78-6C4 H8 O288.1607.9115.6881.341 56 44丙酸乙酯105-37-3C5 H10 O2102.1706.7160.321.452 8 45酸类 丙酸79-09-4C3 H6 O274.1672141.2211.084 8 46未知物1——631.2124.3931.174 74 47未知物2——748.0190.3991.166 06 48未知物3——766.9205.9621.131 11 49未知物4——743.7187.0261.244 22 50未知物5——735.9181.091.331 77 51未知物6——743.4186.7981.488 14 52未知物7——767.7206.6551.416 21 53未知物8——769.5208.2491.456 81 54未知物9——812.3246.0961.475 88 55其未知物10——861.8296.7471.138 03 56他未知物11——934.4394.6441.132 4 57未知物12——960.7438.81.668 79 58未知物13——961.9440.4311.258 06 59未知物14——1 055.8625.491.298 34 60未知物15——1 053.2619.7221.416 33 61未知物16——722.9211.2181.813 32 62未知物17——754.9195.9861.107 57 63未知物18——736.0181.1251.070 53 64未知物19——932.1390.9461.482 08 65未知物20——986.8487.571.402 61 66未知物21——1 006.8525.8521.679 77 67未知物22——949.9420.1731.255 92 68未知物23——741.6185.4031.399 15 69未知物24——675.2142.621.627 4 70未知物25——995.5505.0081.254 03

注:—表示信息未知。

2.3 不同大米的VFCs 相对定量及统计分析

图2 及表3 为16 种云南大米中各类挥发性化合物的相对含量,可知16 种大米中醛类、酮类、醇类含量较高,酯类及酸类含量较低,而且不同大米之间几类化合物均有不同程度的差异性,图2 及表3 中不同字母表示差异显著(P <0.05)。 16 种云南大米中醛类含量为23. 610% ~34. 559%,编号374 的大米中醛类含量最低,编号369 的大米中醛类含量最高;醇类含量为20. 878% ~33. 197%,编号349 的大米醇类含量最低,编号354 的大米醇类含量最高,其中编号344、354 的大米醇类含量与其他大米存在显著差异;酮类含量为13.374% ~28.985%,编号347 的大米酮类含量最低,编号374 的大米酮类含量最高且与其他大米存在显著差异;其他未识别的化合物含量为18.264% ~30.658%,编号345 的大米其含量最低,编号357 的大米其含量最高;酯类含量为0.671% ~3.296%,编号357 的大米酯类含量最低,编号371 的大米酯类含量最高且与其他大米存在显著差异;酸类含量为0. 092% ~1. 468%,编号349、373 的大米与其他大米的酸类含量存在显著差异。 这些差异性构成了不同大米的特殊风味。

图2 十六种云南大米各类挥发性化合物相对含量差异
Fig.2 Relative content difference of various volatile compounds in 16 types of Yunnan rice

注:不同字母表示差异显著(P <0.05)。

表3 十六种云南大米各类挥发性化合物相对定量结果单位:%Table 3 Relative quantification results of various volatile compounds in 16 types of Yunnan rice

样品编号醛类醇类酮类酯类酸类其他34427.047 ±0.147ef28.784 ± 0.115b21.274 ±0.260c0.875 ±0.062de0.255 ±0.018fg21.765 ±0.095fgh 34533.365 ±0.270ab26.330 ± 0.135cd20.782 ±0.248cd0.956 ±0.061cde0.303 ±0.008f18.264 ±0.172j 34729.692 ±0.192cd25.566 ± 0.464d13.374 ±0.061h1.207 ±0.090bc0.332 ±0.017ef29.828 ±0.236a 34924.543 ±0.573fg20.878 ± 0.469g24.045 ±0.468b1.360 ±0.047b1.468 ±0.081a27.706 ±1.214b 35031.929 ±0.609bc26.658 ± 0.494cd13.618 ±0.392h1.005 ±0.258cd0.274 ±0.030fg26.515 ±0.497bc 35130.247 ±0.269cd22.941 ± 0.134e20.199 ±0.305cd0.858 ±0.026de0.342 ±0.036ef25.414 ±0.140cd 35428.541 ±0.416de33.197 ± 0.310a14.662 ±0.226gh1.082 ±0.187bcd0.092 ±0.009g22.426 ±0.359efg 35731.638 ±1.172bc22.832 ± 0.333e13.816 ±0.190gh0.671 ±0.005e0.384 ±0.032def30.658 ±1.302a 35933.004 ±3.315ab25.347 ± 0.270d20.930 ±1.535cd0.782 ±0.042de0.237 ±0.025fg19.700 ±1.646ij 36833.981 ±1.733ab26.238 ± 0.135cd15.859 ±0.888fg0.815 ±0.009de0.257 ±0.019fg22.849 ±0.869efg 36934.559 ±1.013a22.719 ± 0.274e17.291 ±1.105ef0.898 ±0.084cde0.310 ±0.039f24.223 ±0.677de 37129.920 ±1.579cd27.092 ± 0.571c18.877 ±0.652de3.296 ±0.480a0.635 ±0.074c20.180 ±0.975hi 37326.611 ±1.800ef21.067 ± 0.723fg24.631 ±1.151b0.965 ±0.028cde1.050 ±0.269b25.676 ±0.795cd 37423.610 ±1.131g22.489 ± 2.351ef28.985 ±3.021a1.192 ±0.074bc0.637 ±0.190c23.087 ±1.380ef 38132.222 ±0.986abc25.568 ± 0.459d19.081 ±0.908de1.367 ±0.070b0.538 ±0.054cd21.224 ±0.807ghi 39033.427 ±0.333ab21.996 ± 0.089efg20.734 ±0.379cd1.096 ±0.066bcd0.506 ±0.021cde22.241 ±0.726fg

注:同一列不同字母代表不同大米中该类化合物含量具有显著差异(P <0.05)。

16 种云南大米VFCs 相对定量及统计结果如电子版增强出版附表1(https:/ /doi. org/10.13995/j. cnki.11-1802/ts.045622,下同)所示,由附表1 的含量可知,在检出的53 种挥发性化合物中,己醛(2. 628% ~5.321%)及其二聚体(5.487% ~11.394%)、正壬醛(1.746% ~6.247%)及其二聚体(0.281% ~3.291%)、丙酮(2.628% ~19.796%)、2-丁酮(1.498% ~4.174%)及其二聚体(0.400% ~2.784%)、2-戊酮(0.744% ~3.310%)及其二聚体(0. 235% ~3. 280%)、2-庚酮(0.775% ~2.078%)及其二聚体(0.377% ~2.908%)、正丁醇(2. 334% ~5. 395%)及其二聚体(0.811% ~9.152%)、1-辛烯-3-醇(2.337% ~7.413%)及其二聚体(0.199% ~1.283%)、正己醇(2.975% ~5.886%)及其二聚体(0. 473% ~3. 818%)、多聚体(0.223% ~1.503%)、丙酸乙酯(0.108% ~2.515%)及未知物4(0.606% ~3.108%)、未知物10(0.696% ~2.961%)、未知物11(0. 526% ~3. 090%)、未知物12(1.121% ~10.467%)、未知物13(3.400% ~7.515%)、未知物15(0.637% ~2.889%)含量相对较高且范围较宽。

2.4 不同大米VFCs 差异性分析

由附表1 可知16 种云南大米所检出的每种挥发性化合物的相对含量及相互之间的差异性,同一行不同字母代表不同大米中该化合物含量具有显著差异(P <0.05)。 编号344 的大米中苯乙醛、2-己酮、2-庚酮二聚体、2,6-二甲基-4-庚酮、正己醇多聚体、2-己烯-1-醇二聚体、未知物1、10、23 的相对含量与其他大米存在显著差异;345 中庚醛二聚体、正壬醛二聚体、2-己酮、2,6-二甲基-4-庚酮、正己醇多聚体、2-己烯-1-醇二聚体、未知物1、23 的相对含量与其他大米存在显著差异;347 中1-辛烯-3-醇及其二聚体、未知物1、12、22 的相对含量与其他大米存在显著差异;349 中2-丁酮、2-庚酮、2-辛酮、1-辛烯-3-醇及其二聚体、1-辛醇、丙酸、未知物1、2、8、9 的相对含量与其他大米存在显著差异;350 中苯甲醛、正丁醇的相对含量与其他大米存在显著差异;381 中2,3-戊二酮、2,6-二甲基-4-庚酮的相对含量与其他大米存在显著差异;351 中未知物6 的相对含量与其他大米存在显著差异;354 中己醛、2-戊酮二聚体、2-庚酮二聚体、5-壬酮二聚体、正丁醇二聚体、正己醇多聚体、2-己烯-1-醇二聚体、未知物5、15、18、24、25 的相对含量与其他大米存在显著差异;357 中1-辛烯-3-醇、未知物12、22的相对含量与其他大米存在显著差异;368 中正丁醇、2-己烯-1-醇、未知物17 的相对含量与其他大米存在显著差异;369 中未知物1、4、11、19 的相对含量与其他大米存在显著差异;371 中苯甲醛及其二聚体、2-戊酮二聚体、2,3-戊二酮、1-戊醇二聚体、1-辛烯-3-醇、正己醇多聚体、2-己烯-1-醇二聚体、丙酸乙酯、未知物8、15、16、17、20、25 的相对含量与其他大米存在显著差异;373 中2-庚酮、2-辛酮、1-辛烯-3-醇二聚体、丙酸、未知物2、23 的相对含量与其他大米存在显著差异;374 中丙醛、戊醛、正壬醛、苯甲醛、丙酮、2-丁酮、2-庚酮二聚体、2,6-二甲基-4-庚酮、正丁醇、1-戊醇二聚体、未知物18 的相对含量与其他大米存在显著差异;390 和359 中所有检出的挥发性化合物的相对含量与其他大米不存在显著差异。

16 种云南大米挥发性物质之间的差异形成了不同品种大米的独特风味,造成这些差异的原因主要有:a)大米品种差异,卞景阳等[21]的研究也表明不同品种大米挥发性风味物质存在差异。 b)加工精度不同可能导致风味物质的差异,加工精度越高,大米中醛类和酮类物质的含量可能会越少,因为加工过程中去除了一部分脂质和蛋白质,从而减少了醛、酮类物质的来源[22]。 c)贮藏条件对大米挥发性风味物质的影响。 贮藏时间的延长可能导致大米中某些挥发性成分的含量发生变化。 例如,醛类物质的含量可能会随着贮藏时间的延长而减少,而酮类物质的含量可能会增加。 贮藏温度和湿度也可能影响挥发性成分的含量,高温和高湿可能会加速脂质的氧化,从而增加酮类物质的含量[23]。 此外,不同的产地及包装方式对大米的挥发性风味物质也可造成不同程度的影响[24]。

2.5 不同品种云南大米VFCs 的GC-IMS 指纹图谱分析

通过软件内置的Gallery Plot 插件对16 个大米VFCs 谱图中的所有离子峰进行指纹比对,如图3 所示,图中每一行代表每一份大米样品的全部信号峰,每个样品为3 重复,每一列代表某一VFCs 在不同大米样品中的信号峰。 由图3 可知,不同大米中指纹图谱具有明显差异,尤其图中右侧区域。 如红色框中2-庚酮二聚体、苯乙醛、正己醇多聚体、未知物19、2-己酮、2,6-二甲基-4-庚酮、未知物10 及1-辛醇在编号344、345 的大米中较丰富。 绿色框中未知物18、未知物14、5-壬酮二聚体、戊醛二聚体、未知物5、未知物24 在编号354 的大米中较丰富,且未知物24 为354的大米所特有。 橘色框中未知物16、2-戊酮二聚体、2,3-戊二酮、丙酸乙酯在编号371 的大米中较丰富。紫色区域中1-辛烯-3-醇二聚体为编号373 的大米所特有,且相对含量较高。 此外,由图3 可知2-丁酮、正丁醇、己醛及其二聚体、2-己烯-1-醇、1-戊醇、未知物4、正己醇等大部分挥发性化合物为16 个大米所共有,只是在不同大米中的相对含量有差异,颜色越红相对含量越大。

图3 16 种云南大米VFCs 的GC-IMS 指纹图谱
Fig.3 GC-IMS fingerprint spectra of 16 types of Yunnan rice for VFCs

注:“M”代表单体,“D”代表二聚体,“P”代表多聚体。

3 结论

本研究采用GC-IMS 技术对云南种植的16 种大米进行检测,相比GC-MS 等技术,该方法操作简单,无需对样品进行前处理,对真空度无特殊要求,耗时短,方法灵敏度高,内置的数据库可以很好地对检出的挥发性风味物质进行定性,通过指纹图谱、二维图谱可以直观地比较不同样品间挥发性物质的差异性。通过分析,16 种云南大米共检出53 种挥发性风味物质,通过软件内置的NIST 2014 数据库和IMS 迁移时间数据库共定性出五类28 种挥发性风味物质,其中酮类9 种、醛类9 种、醇类7 种、酯类2 种,酸1 种,这与崔琳琳等[3]、陈翠莹等[4]的研究一致,进一步表明醛类、醇类、酮类和酯类等是构成大米风味的重要物质。 通过WPS Office(12.1.0.24034)表格计算出53种挥发性化合物及每类挥发性化合物的相对含量,利用SPSS 16.0 软件分析16 种云南大米中53 种挥发性化合物及六类化合物相对含量间的差异性,可以看出己醛及其二聚体、正壬醛及其二聚体、丙酮、2-丁酮及其二聚体、2-戊酮及其二聚体、2-庚酮及其二聚体、正丁醇及其二聚体、1-辛烯-3-醇及其二聚体、正己醇及其二聚体、多聚体、丙酸乙酯、未知物4、10、11、12、13、15 相对含量较高且范围较宽,也体现出不同品种大米中风味物质的差异性。 之后通过对比各样品的指纹图谱发现,不同大米中指纹图谱具有明显差异,其中2-丁酮、正丁醇、己醛及其二聚体等大部分挥发性化合物为16 种云南大米所共有,但是在各样品中的相对含量差异较大,未知物24 为编号354 的大米所特有,1-辛烯-3-醇二聚体为编号373 的大米所特有。此外,在检测出的挥发性风味物质中还有25 种未能得到鉴别,相对含量较高(18.264% ~29.828%),且有的未知物为特征化合物,故还可以通过GC-MS 等方法进一步鉴别,从而补充云南大米风味物质谱库,为云南大米产业发展提供一定的参考。

参 考 文 献

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Differential analysis of volatile flavor compounds in 16 kinds of Yunnan rice based on gas chromatography-ion mobility spectroscopy technology

YANG Shuiyan, NIE Xuheng*, WANG Xin*, HE Jitian,GUO Ying, LIU Fuying, FANG Maoliang, MAO Jinrong

(Yunnan Grain and Oil Science Research Institute (Yunnan Grain and Oil Product Quality Supervision and Inspection Center), Kunming 650033, China)

ABSTRACT The volatile flavor substances of 16 kinds of Yunnan rice were detected by gas chromatography-ion mobility spectrometry.A total of 53 volatile flavor substances (monomers, dimers, and polymers were only counted once) were detected.Using the built-in database of the software, 28 kinds of volatile flavor substances were identified, including 9 aldehydes, 9 ketones, 7 alcohols, 2 esters, and 1 acid.Statistical analysis revealed that aldehydes, alcohols, and ketones had the highest relative contents, among which the content of aldehydes was 23.610% to 34.559%, that of alcohols was 20.878% to 33.197%, and that of ketones was 13.374% to 28.985%.By comparing the fingerprint spectra of volatile flavor substances of each sample, it was found that most of the volatile compounds, such as 2-butanone and 1-butanol, were common to the 16 kinds of rice, but their contents in each sample were quite different.Unknown substance 24 was unique to rice No.354, and 1-octene-3-ol dimer was unique to rice No. 373. The fingerprint chromatograms could clearly show the differences in volatile flavor substances among different varieties of Yunnan rice.

Key words gas chromatography-ion mobility spectroscopy; rice; volatile flavor components; fingerprint spectra

DOI:10.13995/j.cnki.11 -1802/ts.045622

引用格式:杨水艳,聂绪恒,王忻,等.基于气相色谱-离子迁移谱技术分析16 种云南大米挥发性风味物质的差异[J]. 食品与发酵工业,2026,52(18):359 -366. YANG Shuiyan,NIE Xuheng,WANG Xin, et al. Differential analysis of volatile flavor compounds in 16 kinds of Yunnan rice based on gas chromatography-ion mobility spectroscopy technology[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(18):359 -366.

第一作者:硕士,高级工程师(聂绪恒高级工程师和王忻工程师为共同通信作者,E-mail:niekon2014@163.com;735613134@ qq.com)

收稿日期:2025-12-29,改回日期:2026-03-18