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北京工商大学张敏教授等:基于气相色谱-离子迁移谱和电子鼻技术研究籼米口腔加工过程中的风味释放
2022-11-17作者:来源:食品科学杂志责任编辑:食品界 字体A+AA-
食物的口腔加工与感官知觉,特别是食物的质地和风味密切相关。随着人们生活水平的提高,人们对大米的口感和品质的要求也逐渐提高。以往对于米饭风味的研究,仅把米饭当作孤立的实验材料,用材料学的方法研究其风味物质,而米饭食用时入口咀嚼是一个动态的过程。随着食品口腔加工研究快速兴起,很多研究者开始探究食物在口腔内咀嚼过程中风味的动态释放情况。
气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)技术结合GC分离能力强和IMS快速响应的优点。基于GC-IMS技术分离效率高、分析时间短、定性分析更准确、成本低、操作简便等优点,在过去的几年里被广泛应用于食品领域,北京工商大学食品与健康学院,北京食品营养与人类健康高精尖创新中心(北京工商大学),北京市食品添加剂工程技术研究中心(北京工商大学)的赛里木汗·阿斯米、任 欣、张 敏*等结合GCIMS和电子鼻技术,探究籼米米饭在咀嚼过程中风味物质成分的变化情况,并区分籼米米饭在咀嚼的不同阶段风味组分是否存在差异,旨在研究籼米米饭在口腔加工过程中的风味释放规律,为籼米的品种改良及方便米饭的品质提升提供科学依据和理论参考。
1、电子鼻分析
由图1可知,大部分种类的风味物质在不同咀嚼阶段风味强度差异不大,W1S所代表的烷烃类物质强度最大;W2S、W2W、W5S三个传感器所代表的醇、醛、酮类,有机硫化物,氮氧化合物存在较大差异,其中醛类、酮类和醇类物质变化最大。通过电子鼻分析大致可以判定,醛类、酮类、醇类物质在咀嚼过程中含量变化最大,其次是一些芳香成分。醛类、酮类和醇类物质主要来自籼米本身,是籼米风味的主要贡献成分。
2、籼米在口腔加工过程中风味物质GC-IMS分析
如图2所示,与Y轴平行的红线在X轴1.0刻度处表示反应性离子峰值,每个数据点代表一种挥发性化合物,其强度信息用颜色表示(即白色代表挥发性化合物浓度较低,红色代表浓度较高)。
为了更好地对不同咀嚼阶段挥发性化合物进行比较分析,采用差异对比模式。取0%阶段样品作为参比,其余4 组样品依次扣除参比,若样品中挥发性化合物含量高于参比,该物质显示红色,若样品中挥发性化合物低于参比,该物质则显示蓝色。图2b中数据点颜色的变化可以直观看出风味物质在不同咀嚼阶段的浓度变化主要对集中在不同咀嚼时间之间A、B区域的化合物。相比较,A区域中部分化合物颜色加深,B区域的化合物颜色变浅,说明随着咀嚼时间的延长,A区域的化合物含量增加,B区域的化合物含量降低。
3、籼米在口腔加工过程中风味物质指纹图谱分析
如图3所示,同一行表示同一咀嚼阶段食团的挥发性化合物的信号峰,同一列表示同一挥发性化合物在不同咀嚼阶段的信号峰。颜色由浅到深表示挥发性化合物的含量由低到高。籼米在不同咀嚼阶段的风味物质存在明显差异。A框中的物质随着咀嚼时间的延长,其含量呈减少趋势,包括多己醛、戊醛、庚醛、辛醛、2-戊基呋喃、(E)-2-己烯醛、2,3-戊二酮和(E)-2-戊烯醛,多数为醛类和酮类。此结果与电子鼻结果相互验证。B框中展示了丙酮类的变化,随着口腔加工的进行,丙酮浓度不断升高,而1-丙醇和2-丙醇在呈现先增多后减少的变化趋势。C框中的乙醇(二聚体)在整个咀嚼阶段保持比较高的浓度。一些未知的风味化合物后期需要进一步鉴定。
以籼米不同咀嚼阶段食团中挥发性化合物的峰强度值为参数变量,对5 个阶段的食团进行PCA。如图3b得知,3 个PC的贡献率(PC1,47.6%;PC2,26.0%;PC3,18.6%)为92.2%,能反映出样品的总体特征。未咀嚼籼米和不同咀嚼阶段食团可在PC1上区分。咀嚼25%~100%阶段食团在PC3上呈现递变。
4、籼米在口腔加工过程中风味物质定性分析
结果如表2所示。部分挥发性化合物出现了二聚体甚至多聚体,他们具有相近的保留时间和不同的迁移时间。籼米口腔加工过程中共检测出33 种风味物质,其中醛类物质8 种,醇类物质5 种,酮类物质5 种,呋喃类2 种,有机酸、硫化物、酯类、胺类、萜烯类各1 种。本研究鉴定出的风味物质种类高于张敏等7 种籼米的风味物质。醛类(戊醛、己醛、辛醛和庚醛)、酮类(2-庚酮和2,3-戊二酮)、呋喃(2-戊基呋喃)的相对含量随着咀嚼时间延长显著降低(P<0.05)。在先前关于白面包口腔加工过程中风味释放的研究中,也发现了白面包咀嚼后风味物质含量显著降低的类似结果。
从图4A可知,与0%相比,25%、50%、75%和100%食团的醛类物质相对含量分别降低了62.01%、47.60%、69.19%和71.78%。这种先降低后增多的现象,主要和唾液的分泌有关,前期研究表明,米饭在咀嚼后唾液会迅速分泌,此时唾液会包裹食团从而影响了风味物质的释放,随着咀嚼进行,食物被粉碎及唾液酶作用,大量风味物质被释放出来。本实验共鉴定出8 种醛类物质,(E)-2-戊烯醛、(E)-2-己烯醛、戊醛、己醛、辛醛、庚醛、乙醛和丙醛。其中(E)-2-戊烯醛、(E)-2-己烯醛和正戊醛(二聚体)仅在0%阶段检测到,25%~100%阶段没有检测到,这可能是因为这几种醛类物质含量相对较低,当入口咀嚼时唾液的迅速分泌会覆盖、吸收和稀释香味化合物。
本研究的结果表明,在口腔加工过程中,与0%相比,25%、50%、75%和100%食团的己醛相对含量分别降低了45%、25%、54%和57%;辛醛相对含量分别降低了31%、25%、41%和44%;庚醛相对含量分别降低了55%、23%、55%和59%。
醇类是在籼米中鉴定出的第2大类风味物质。醇类物质气味阈值较高,对籼米米饭风味的贡献要小于醛类物质。与0%相比,25%、50%、75%和100%食团的醇类相对含量分别增加了59.89%、42.59%、29.94%和17.73%。食团中共鉴定出5 种醇:3-呋喃甲醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、乙醇。醇类赋予米饭香蕉甜味和轻微的酒精香味。这几种醇类物质在之前有关米饭风味的研究中仅仅出现过乙醇且含量较低,对于米饭风味贡献较小(气味活度值(OAV)<1),因此本研究乙醇可能主要来源于口腔气体,并对米饭的风味产生积极影响,形成醇香的味道。
酮类是籼米中鉴定出的第3大类风味物质。与0%相比,25%、50%、75%和100%食团的酮类相对含量分别降低了31.92%、17.87%、34.92%和38.45%。酮类作为籼米的关键风味物质,是油酸和亚油酸的氧化分解产物,赋予米饭果香味、愉悦的辛辣风味。
5、籼米在口腔加工过程中风味物质PLS-DA
结 论
01通信作者简介
张敏,女,汉族,1972年出生,北京工商大学食品与健康学院教授,博士研究生导师。1993年本科毕业于东北农业大学食品科学与工程专业,1996年硕士毕业于东北农业大学农产品贮藏与加工专业,2004年博士毕业于东北农业大学农业工程专业。1996年至2012年在东北农业大学任教,2012年至今在北京工商大学任教。主要从事粮食油脂与植物蛋白工程、农产品贮藏与加工、农产品副产物的综合利用方面的教学和科研工作。建立了杂粮及马铃薯原料加工适应性及产品营养评价体系,开发出杂粮及薯类的面条、冲调粉及营养重组米等产品;通过揭示稻谷加工与米饭风味间的关联机理,用于方便米饭的加工;在米糠综合利用及植物蛋白研究方面,积累了大量研究成果。先后主持承担国家自然科学基金项目2项、“十三五”国家重点研发计划研究任务2项、国家科技部科技支撑计划项目子课题3项,北京市科委重大科技项目课题1项,黑龙江省青年科学基金项目1项,企业横向合作项目多项。在Food hydrocolloid、Journal of texture study、International journal of food science & technology 、Cereal chemistry、Journal of food processing and preservation、《食品工业科技》、《粮油学报》和《食品科学》等国内外学术刊物和国际会议论文集发表论文50余篇。出版专著2部、教材和书籍6部,获授权国家发明专利5项。指导毕业博硕士研究生20余名。
02第一作者简介
赛里木汗·阿斯米,女,维吾尔族,博士研究生,2011年本科毕业于浙江大学食品科学与工程专业,2014年硕士毕业于浙江大学食品科学与工程专业,2014年至2018年就职于新疆阿尔曼食品集团有限责任公司研发部。2022年博士毕业于北京工商大学食品科学与工程专业,曾参与研究国家重点研发计划项目3项,主持研究生科研能力提升计划项目和研究生创新项目3项。主要从事农产品加工,口腔加工方面的研究。在Clinical nutrition、Food Research International、International journal of food science & technology 、Foods、Journal of texture studies和食品科学等国内外学术刊物和国际会议论文集发表论文20余篇,发明专利4项。
本文《基于气相色谱-离子迁移谱和电子鼻技术研究籼米口腔加工过程中的风味释放》来源于《食品科学》2022年43卷16期261-268页,作者:赛里木汗·阿斯米,任欣,张敏,刘东晓,关丽娜。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211013-133。点击https://www.spkx.net.cn/article/2022/1002-6630/202...即可查看文章相关信息。