大米是全球最重要的主食之一, 大米香气是大米中挥发性风味物质所呈现的整体香气和人类感官感 知的综合结果, 是大米品质的重要组成部分, 也是影响消费者对大米可接受程度的主要因素。从水稻的育种、栽培、收获、贮藏、加工对其大米香气具有重要影响，大米的加工、蒸煮、消费者口腔香气释放一样对大米整体香气的感知和香气质量具有地位。简而言之就是从种植栽培 到消费者餐桌之间的任何一个步骤都对大米挥发性风味成分存在影响。通过阐明对大米香气的影响，从而提高大米整体香气质量。

01 遗传育种

香米因其浓郁的香气和食用烹饪品质而被认为是全球市场上的重要商品。印度和巴基斯坦等亚洲国家是印度香米的主要贸易商，而泰国是国际市场上茉莉香米的主要供应商。大米的强烈香气与300多种挥发性化合物有关，其中2-乙酰基-1-吡咯啉(2-AP)是主要成分。2-AP是隐性基因OsBadh2或Badh2自发突变的表型表达。本文就世界范围内香稻遗传资源的起源、演化和多样性进行了综述。简要讨论了负责质量性状的基因及其分子遗传学细节。本文的整理和讨论将有助于今后香稻育种和品质性状的生物强化，保障香稻的粮食安全和营养需求。

Conclusion & Discussion

香米因其香气浓郁、蒸煮品质好、籽粒细长、蒸煮后籽粒伸长等品质特征而广受欢迎，且口感适宜，价格不菲。2-AP是产生香气的主要化合物。然而，其他一些挥发性化合物也与香气的产生有关。OsBadh2与OsBadh1、OsGly和OsP5C5一起负责香稻产生香气和高浓度的2-AP。在过去的四十年里，重点主要是提高水稻产量潜力，以养活世界不断增长的人口。因此，在全球范围内，高产品种迅速取代了当地栽培的品质性状优良的低产香稻品种。改进本地采用的短粒和中粒香稻基因型是育种的主要目标。2-AP与其他挥发性化合物、香气基因以及与稻米食用品质和蒸煮品质相关的基因之间的关系有待进一步研究。需要分子育种策略来理解香气生物学和品质性状之间的关联，从而实现高品质水稻的生产，以实现可持续的粮食安全。最后，必须应用组学和CRISPR/Cas9基因编辑等新技术，以提高全球可获得的香米的香味和质量，以保障营养和粮食安全。

Reference:

BEHERA P K, PANDA D. Germplasm resources, genes and perspective for aromatic rice[J]. Rice Science, 2023, 30(4): 294−305. DOI:10.1016/j.rsci.2023.03.011.

02 品种

粳稻是全球广泛种植和消费的谷物。对粳米香气的研究很多，但对粳米粥的研究很少。采用电子鼻顶空固相微萃取-质谱联用技术(HS-SPME-GC-MS)结合感官评价对21种东北粳米粥中的挥发性成分进行了分析。电子鼻分析结果表明，不同品种的米粥具有不同的香味，主成分分析能有效区分不同品种的米粥。经GC-MS鉴定，共鉴定出69种挥发性化合物，其中烃类19种，醛类17种，醇类9种，酮类3种，酚类3种，酯类5种，醚类4种，酸类4种，其他5种。然后通过计算气味活度值（OAV）来确定各香气化合物对稀饭整体香气的贡献。最后，发现粳米粥的主要香气成分为己醛、辛醛、壬醛、癸醛、(E)-2-壬烯醛、萘、(E, E)-2,4 -癸二烯醛、丁基羟基甲苯、1-十二醇和2-十五烷酮。本研究初步确定了粳米粥中的关键香气物质及香气属性，为粳米粥加工业中稻米原料的选择提供了有价值的理论依据。

Conclusion & Discussion

采用SPME-GC-MS、电子鼻法和感官法对东北地区21种粳米粥的挥发性成分进行了分析。从粳米粥中共鉴定出69种挥发性化合物，其中烃类化合物19种，醛类化合物17种，醇类化合物9种，酮类化合物3种，酚类化合物3种，酯类化合物5种，醚类化合物4种，酸类化合物4种，其他化合物5种。根据挥发性化合物的阈值和含量，粳米粥的主要挥发性成分为己醛、辛醛、壬醛、癸醛、(E)-2-壬烯醛、萘、(E, E)-2,4-癸二烯醛、丁基羟基甲苯、1-十二醇和2-十五烷酮。粳米粥的相对含量和关键香气成分与前人研究的粳米粥相似，但香气成分的种类和绝对含量相对减少。

粳米粥香气成分的研究尚处于初级阶段，但本研究提供的数据是粳米粥香气研究迈出的重要一步。本研究结果对于稀饭加工业选择合适的原料，提高消费者接受度及市场竞争力有很大的帮助。未来，考虑探索不同提取方法与AEDA相结合，进一步鉴定粳米粥中更多的关键香气成分。

Reference:

MI Y J, WANG Z H, GUAN L, et al. Analysis of volatile compounds in rice porridge of different japonica rice varieties in Northeast China[J]. Journal of Cereal Science, 2023, 113: 103749. DOI:10.1016/j.jcs.2023.103749.

03 栽培

大米是世界上一半以上人口的主食，大米香味是一种重要的品质属性，深受消费者的青睐，并在国际市场上吸引高价。水稻香气中含有约200种挥发性化合物，但2-乙酰基-1-吡咯啉（2-AP）一直被认为是香稻香气的主要调节剂。因此，通过管理农艺措施或利用现代功能基因组工具提高了籽粒中2-AP的含量，成功地将非香稻品种转化为香稻品种。此外，环境因素也对2-AP含量有影响。然而，关于2-AP生物合成在农业管理实践、环境因素和功能基因组工具在香稻生产中的应用方面的综合分析还缺乏。本文综述了微量/大量营养元素、栽培措施、氨基酸前体、生长调节剂以及干旱、盐度、光照和温度等环境因素对2-AP生物合成的影响。此外，我们还总结了利用现代基因编辑工具（如RNAi、TALENS和CRISPR-Cas9）将非香稻品种成功转化为香稻的研究进展。最后，讨论并强调了香米香气的未来发展前景和面临的挑战。

Conclusion & Discussion

微量/大量营养元素、栽培措施、氨基酸前体、生长调节剂和环境因素影响香稻香气。环境因素对香稻香气的影响是异质性的，特别是持续变化的气候使香稻香气合成的复杂性增加了一层。例如，轻度干旱和盐度胁迫通过调节2-AP水平正向调节香气，而高温和光照负向调节香气。同样，生长调节剂对2-AP含量的影响也是异质性的，茉莉酸增加，而BR、GA和IAA降低2-AP含量。然而，2-AP合成在农艺措施、生长调节剂、微量/大量营养物质、氨基酸前体和环境因素等方面的分子机制尚不清楚，尤其是它们是否具有相似的机制或调控相同的途径调节芳香化合物。通过大规模的转录组学、代谢组学和蛋白质组学方法来识别基因和/或途径，并使用功能基因组学工具对这些被识别的基因和/或途径进行功能验证，将向全面了解2-AP合成迈出一步。事实上，OsBADH2已经被基因组编辑技术（RNAi、TALENS、CRISPR-Cas9等）操纵，成功地增加了香气。而种质资源遗传多样性的处理和筛选主要集中在BADH2上。2-AP的生物合成是一个复杂的过程，通过操纵2-AP生物合成途径中的一个或多个组分来获得香气。例如，OsGAD2基因的操作会增加GABA的含量，从而提高2-AP的产量和对环境变化的适应性。脯氨酸在植物生长发育和适应过程中起着重要作用。此外，脯氨酸是2-AP合成的前体，这就提出了2-AP水平调控脯氨酸相关基因水平的可能性。可以对OsP5CS进行处理，以增加脯氨酸含量。然而，为了高效地生产脯氨酸，需要去除P5C5的自抑制特性，这可能会影响芳香水稻的其他品质。乙二醛是另一种合成2-AP的前体并且可以通过调控乙二醛酶途径中的Gly基因来增加乙二醛的产量。由于Δ1pyrroline对GABA和2-AP的合成很重要，因此对水稻中鸟氨酸脱羧酶（ODC）和二胺氧化酶（DAO）的遗传操作将增加Δ1-pyrroline的含量。尽管CRISPR-Cas9基因操纵已被证明是生产芳香作物的一种有效方法，但公众的担忧和政府对转基因作物的监管政策将成为育种策略的障碍。尽管面临这些挑战，基因编辑技术在提高作物质量方面发挥着不可避免的作用。

水稻的香味是一种复杂的性状，由不同基因编码的一种或多种化合物以确定的比例构成一种特定的香味。主要化合物的数量性状遗传位点的存在及其互作、修饰基因的影响、遗传背景及其与环境的互作是调控香气的重要因素。同样重要的是，研究这些遗传因素，以及可能影响香气的挥发性化合物水平的采前和采后因素。此外，我们对与农作物香味相关的遗传标记的了解非常有限。我们需要开发遗传标记，使我们能够有效地筛选具有香味的种质。利用遗传学和基因组学的工具，全面了解2-AP的生物合成将使我们能够进行2-AP的化学合成，这仍然是一个困难的问题，需要进一步优化2-AP合成策略。此外，2-AP在稳定平台上的生物合成（如淀粉，如大米）可能是一种保持和传递这种香味到各种食物的选择。

Reference:

IMRAN M, SHAFIQ S, ASHRAF U, et al. Biosynthesis of 2-acetyl-1-pyrroline in fragrant rice: recent insights into agro-management, environmental factors, and functional genomics[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2023, 71: 4201-4215. DOI:10.1021/acs.jafc.2c07934.

糯米、粳稻和籼稻贮藏过程中挥发性物质、可溶性糖和脂肪酸的变化

Abstract

Reference:

HU X Q, FANG C Y, ZHANG W X, et al. Change in volatiles, soluble sugars and fatty acids of glutinous rice, japonica rice and indica rice during storage[J]. LWT-Food Science and Technology , 2023, 174: 114416. DOI:10.1016/j.lwt.2022.114416.

HS-SPME/GC-TOFMS分析不同碎米的挥发性成分

Reference:

PENG K X, TANG Q Y, ZHENG Y H, et al. Analysis of volatile components in different broken rice by HS-­SPME/GC-­TOFMS[J]. Flavour and Fragrance Journal, 2023, 38(3): 204-216. DOI:10.1002/ffj.3733.

Abstract

基于选择-破碎和物质运输耦合模型，建立了白米口腔加工过程中香气释放的数学模型。综合的选择与破碎模型可以预测丸剂表面积随时间的变化，假设咀嚼过程中香味释放到液体丸剂中的主要机制是咀嚼后被咀嚼的米粒的黏糊部分。当输入参数直接从咀嚼-香气释放耦合模型中获得时，对所有被试的实验数据进行了验证。从验证的耦合模型中调整输入参数，结果表明，部分大小、香气化合物初始浓度、初始液量和大米糊分数是最敏感的产品相关参数。口腔容积、咽容积、鼻腔容积和呼吸频率是最敏感的生理参数。其中影响最大的理化参数是唾液相的传质系数。

Conclusion & Discussion

综合选择-破损模型与质量运输模型相结合，预测煮熟白米食用过程中的香气释放。通过将模型预测结果与五名受试者的体内香气释放数据进行比较，验证模型的有效性。基于对三组不同参数(产品、生理和物理化学)的手工敏感性分析：

• 模型表明，在测试的所有产品相关参数中，组分大小、初始香气浓度、初始液体体积和粘贴分数对香气浓度的影响最大。
• 生理上，模型显示口腔容积、咽容积、鼻腔容积和呼吸频率是影响香气浓度最大的变量。
• 在该模型研究的所有理化参数中，唾液的传质系数对香气释放的影响最为显著。

总而言之，本研究将机械咀嚼模型纳入其中，为机械模型的发展迈出了第一步，而机械模型的发展可以导致食物影响感官和消化结果的发展。

Reference:

HOW S, JONES J R, MORGENSTERN M P, et al. Modelling mastication and aroma release from white rice during food oral processing[J]. Journal of Food Engineering, 2023, 357: 111636. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2023.111636.