化学与生活

米饭的香气里都有些什么?

本文来自Chem-Station日文版 炊きたてご飯の香り成分測定成功、米化学誌に発表 福井大学と福井県農業試験場 Zeolinite

翻译投稿 炸鸡 校对 HaoHu

福井大学和福井县农业试验场测定出了迄今为止难以确定的煮好的米饭所散发的香气的成分,该成果已发表在米化学杂志上了。从该县的特产大米“いちほまれ”中检测出了甜香和像花香一样的清爽香气两种香气。并且随着时间延长,花香样的清爽香气会急剧地减弱。(引用:福井新闻10月12日)
饭煮好了,打开电饭煲的盖子的时候会闻到阵阵的米饭香气,这米饭的香味总让人忍不住多吃一碗饭。
今天这篇文章介绍的是一个定量分析米饭香气的成分的研究。
在食品化学中,通常需要分析成分以鉴定所含化合物,以便寻找其美味的原因,并且在大米分析中,已经报道了使用GC-MS进行分析的实例。还有另外一个已经报道的案例:不使用溶剂通过固相微萃取(SPME)进行萃取,且以简单且可重复的方式萃取组分,并通过GC-MS进行分析。每种稻米中所含的挥发性化合物正在进一步被阐明。但是能让消费者在吃的时候感觉到美味的米饭的香气不仅取决于大米的品种,还取决于大米的保存时间和烹调方法,所以定量测得煮好的米饭的香气十分重要,本篇文章介绍的是定量分析大米的香气的成分。

为了定量分析香气,我们在本文中使用了共振多光子电离质谱(REMPI-TOFMS)。该共振多光子电离(Resonance Enhanced Multi-Photon Ionization)通过多个光子被目标分子吸收并电离,并不是用具有短波长能量的光把分子从基态电离到电离能级,而是分子吸收一个光子穿过激发能级,然后分子吸收另一个光子达到电离能级并被电离。这样能用有适度波长的光来电离挥发性的有机化合物。由于使用激光作为光源,因此电离效率极高,适用于微量成分的分析,可用于大气中微量的有害芳香烃(PAH)的测定

GC/REMPI-TOFMS的原理图(参考:The Application of Resonance-Enhanced Multiphoton Ionization Technique in Gas Chromatography Mass Spectrometry

那么现在我们介绍本篇论文里的实验方法。论文里用的米有福井县产的“いちほまれ”和具有浓郁香气的“十和锦”,糯米用的是“たんちょう”糯米,把米洗干净后用市售的电饭煲(松下电器IH)煮熟。煮糯米的时候还加了煮好的红豆,做成红小豆糯米饭(在日本的一些庆祝仪式中常吃)。饭煮好以后静止5分钟后,让装有SPME的工具靠近米饭吸收香气。之后,将SPME连接到GC,GC柱分离后的成分通过REMPI-TOFMS被电离。

香气的收集和分析(来自:原论文

在揭晓分析结果之前论文的作者们评价了下实验中的米饭的香气,评价如下:
• 饭刚煮好后会有香甜的气味,但是在保温盒里放了两个小时后香气大大减少了,而且还伴随着一股不好闻的气味。
• 煮了放置了7个月的白米,闻起来像米糠一样。作为对照,又煮了放了2,3个年的米,闻起来简直一点食欲也没有。
• 糯米煮好后闻起来有股年糕的香味,香米煮好后有股爆米花香。
• 大米香气来源的两种物质:4-乙烯基苯酚和吲哚。4-乙烯基苯酚的气味和小儿感冒感冒糖浆差不多,吲哚和杀虫剂气味类似。
接下来,通过REMPI-TOFMS分析挥发性成分。结果始终检测到m / z为120和117的离子,并通过与其他研究实例进行比较和对试剂进行测量,将其分别鉴定为4-乙烯基苯酚的峰和吲哚的峰。

GC保留时间和MS飛行時間的图、m/z94和108并不是经常被检出(来自:原论文

4-乙烯基苯酚的结构式

吲哚的结构式

接下来比较在不同保温时间下4-乙烯基苯酚和吲哚的峰面积大小,随着保温时间越来越长,两种物质的检出量都在减少,但都没有减少到0。此外,上文中提到在保温盒里保温2个小时后米饭的香甜气味会减少,不好的气味会增加,检测发现这种香甜气味并不是只是来自4-乙烯基苯酚和吲哚。

(a)4-乙烯基苯酚he (b)吲哚的峰面积随保留时间的变化(来自:原论文

最后测定精米,放置了7个月后的大米,香米和糯米的4-乙烯基苯酚和吲哚的量。发现4-乙烯基苯酚的量不会随着米饭的保温时间而变化。因为对香豆酸(p-Coumaric acid)和阿魏酸(Ferulic acid)受热会分解为4-乙烯基苯酚,所以4-乙烯基苯酚的量不随着保温时间的延长而减少并不奇怪。此外实验还发现,放置了7个月后的大米煮熟后的香气中吲哚的含量明显比其他大米少,所以我们可以根据香气中吲哚的含量判断大米的存放时间。在糯米的香气中检测到了大量的吲哚,和糯米不同,香米的香气中无论是4-乙烯基苯酚还是吲哚都没有检测出很多。根据已有的文献记载,香米煮熟后的像爆米花样的香气来自2-乙酰基-1-吡咯啉(2-acetyl-1-pyrroline),但结果没有检测出2-乙酰基-1-吡咯啉。推测是REMPI-TOFMS的设定条件不匹配或是2-乙酰基-1-吡咯啉的含量极其少。

不同存放时间精米和不同品种的米的检出量的差别(来自:原论文

2-acetyl-1-pyrroline的结构

本研究成功定量检测出了米饭香气中的4-乙烯基苯酚和吲哚的含量,还发现随着大米存放时间的不同,米饭的香气中4-乙烯基苯酚和吲哚的含量会发生改变。本篇论文的作者——福井大学大学院工学研究科内村智博教授小组,正在进行大量的有关质量分析的研究,这种REMPI-TOFMS也可用于测定乳浊液等样品。
消费者一般依据自己喜欢的品牌和价格来选择想要购买的大米,但可惜的是一般大米包装袋上标识的大米的特点都不是经过严格实验测得的。所以比较不同品牌的大米有些困难。或许可以用本研究中的分析方法来定量分析米饭香气,把米饭的美味程度可视化为数值上的差异,这样我们就能从数值上判断哪种米饭更美味。米农和家用电饭煲制造商可以利用定量分析香气的技术来开发出更优良品种的米,或许还能开发出能最大限度保留米饭香气的保温盒。不可否认的是,研究也存在一些不足,比如还有一些峰没有归属,香米特有的香气成分没有被检测出,所以后续仍需研究。所以笔者希望能有后续研究来更全面解析米饭香气的成分。

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