全 文 ：早籼米及其自然发酵液挥发性成分分析
谢　定1 , 2 　钟海雁1 　刘永乐2 　易翠平2 　陈　奇2 　李晓文2
(中南林业科技大学1 ,长沙　410004)
(长沙理工大学化学与生物工程学院2 ,长沙　410004)
摘　要　采用顶空固相微萃取对存放了 30个月的早籼稻米及其 72 h自然发酵液的挥发性成分进行提
取 ,利用气相色谱-质谱对挥发性化合物进行分析 ,结合谱库检索技术 、标准物色谱和参考文献对化合物进行
鉴定 ,应用内标法定量 ,发现两者的主要挥发性成分均有乙醛(各为 95.05 ,46.84 μg/mL)、2-羟基丙腈(43.59 ,
30.79μg/mL)、乙酸(17.77 , 59.36 μg/mL)和 2-壬酮(78.27 , 92.38 μg/mL)等 , 自然发酵增加了二氧化碳
(36.83 μg/mL)和 4-甲氧基-1 ,3-苯二胺(0.67μg/mL)等成分 。
关键词　早籼米　自然发酵　顶空固相微萃取法　气相色谱-质谱法　挥发性化合物
中图分类号:TS21　　文献标识码:A　　文章编号:1003-0174(2009)02-0001-04
　　米粉是大米深加工的主要产品之一[ 1] ,常德米
粉 、桂林米粉 、云南米线 、广洲沙河粉是我国著名的
四大传统米粉制品 ,其中常德 、桂林两地米粉多采用
大米自然发酵制作工艺 ,其制品因筋力强 、风味独特而
深受消费者喜爱 ,以湖南常德为例 ,其城市人口不足40
万 ,但每日产销米粉达 80 000 kg ,其中有60 000 kg就是
发酵米粉 ,这成为当地早籼米转化的一个重要途径 。
虽然米粉发酵工艺历史悠久 ,但相关研究却直
到20世纪 90年代末才引起重视 ,近些年许多学者对
发酵工艺和设备进行了研究 ,但对发酵微生物的研
究较少 ,对早稻米及其自然发酵过程中产生的挥发
性成分以及对米粉的风味影响亦未见报道。
本研究利用近年发展起来的固相微萃取(SPME)
样品前处理方法 ,采用GC-MS技术和相关的分析软
件 ,对早籼米及其自然发酵 72 h 后的大米发酵液的
挥发性成分进行分析测定 ,为改善米粉发酵工艺及
其风味提供科学依据 。
1　材料与方法
1.1　材料与设备
　　早籼米(由存放 30个月的早籼稻谷加工而成)
基金项目:国家高技术研究发展计划项目(2008AA100801), 湖南
省科技攻关项目(2008gk3002), 湖南省教育厅项目
(06C091)
收稿日期:2008-01-05
作者简介:谢定 ,男 , 1962年出生 ,教授 ,硕士生导师 ,粮油及农副
产品深加工
及其发酵液(早籼米加 40 ℃、等重量的温水浸泡 ,自
然发酵 72 h后的浸泡液):常德米粉厂;
2-辛酮 、乙醛 、乙酸 、十一醇(色谱纯):Sigma 公
司和国药集团化学试剂有限公司;氯化钠(分析纯);
实验用水为去离子蒸馏水。
手动 SPME进样器 、65 μm PDMS/DVB纤维萃取
头 、10 mL 带硅橡胶垫的样品瓶:美国 Supelco 公司;
Finnigan Trace MS DSQ气相色谱-质谱联用仪:美国
Finigan公司 。
1.2　样品处理
先将固相微萃取装置的萃取头放在气相色谱的
进样口(氮气保护下)老化 ,第一次使用时 ,需要在气
相色谱进样口于 270 ℃老化 2 h 以上;以后使用时需
于 270 ℃下处理 30 min ,以确保脱去其可能吸附的挥
发性成分。
取早籼米 50 g ,加 40 ℃温水 50 mL ,粉碎磨浆。
取 7 mL 早籼米浆汁及 7 mL 早籼米 72 h 自然发酵
液 ,分别置于 15 mL 样品瓶中 ,同时各加入 2 g NaCl ,
放入转子 ,盖上盖子 ,50 ℃恒温。将固相微萃取器的
萃取头通过瓶盖的橡皮垫插入到样品瓶中 ,推出纤
维头 ,不要使萃取头碰到浆汁 。打开磁力搅拌功能
使转子在浆汁中迅速转动 ,吸附 25 min ,随后抽回纤
维头 ,从样品瓶上拔出萃取头 ,再将萃取头直接插入
气相色谱仪 ,推出纤维头。于250 ℃解析5 min ,抽回
纤维头后拔出萃取头 ,同时启动仪器采集数据。
1.3　早籼米发酵液的脱香处理
用旋转蒸发仪(75 ℃),对早籼米发酵液蒸发
2009年 2月
第24卷第 2期
中国粮油学报
Journal of the Chinese Cereals and Oils Association
Vol.24 ,No.2
Feb.2009
30 min后 ,再用氮气吹去其残留挥发性物质 ,此过程
重复 3 ～ 4次 ,用气相色谱检测其无主香气成分存在
后 ,可作为测定基质使用 。
1.4　试验条件
气相色谱(GC)条件:色谱柱为 HP5(30 m ,
0.25 mm)。程序升温为起始 40 ℃保持 3 min , 以
4 ℃/min的升温速度升至 160 ℃,保持 3 min , 再以
5 ℃/min的升温速度升至 240 ℃。载气为 N2 ,体积流
量为0.7 mL/min。检测器温度为 280 ℃,入口温度为
260 ℃。
质谱(MS)条件:EI电离源 ,电子能量为70 eV ,灯
丝电流为 0.25 mA。电子倍增器电压为 1 500 V。离
子源温度为200 ℃。扫描范围为33 ～ 450 AMU 。
2　结果与分析
2.1　定性
按上述步骤进行试验 ,测定早籼米及其自然发
酵液的挥发性成分 ,测得的总离子流色谱图见图 1 、
图2 。未知化合物经计算机检索同时与 NIST 和Wi-
ley标准质谱图库 、标准物色谱(图 3)并结合有关文
献人工检索确定其化学组成(表 1)[ 2-8] 。顶空固相
微萃取法的缺陷之一是图谱中会出现少量由萃取头
带来的硅氧烷类的杂质峰 ,在对样品进行质谱检索
时需扣除这些杂质峰[ 9] 。
2.2　定量
以2-辛酮(10.02 μg/mL)为内标 ,并选用乙醛 、
乙酸 、十一醇作为标准品 ,各标准品的浓度依次为:
乙醛(5.12 μg/mL)、乙酸(5.10 μg/mL)、十一醇
(5.05μg/mL),将已知浓度的标准品和内标物加入到
早籼米自然发酵液经脱香处理的样品中 ,经气相色
谱检测(图 3),由各峰面积按公式:
f i =AsAt ×
mi
ms
式中:f i为标准样品校正因子;Ai 为标准样品出
峰面积;As为内标 2-辛酮出峰面积;m i为标准样品
浓度;m s为内标 2-辛酮浓度。计算得到相对校正
因子(表 2)[ 10] 。
在相同的SPME和色谱条件下对加入内标物的
早籼米及其发酵液进行气相色谱检测 ,对其进行定
量分析 ,其中醛类 、酸类 、醇类的质量浓度以相应的
真实物质或离组分最近标样的相对校正因子计算 ,
其它类物质用其与 2-辛酮质量浓度之比计算(表 1 ,
表2)。
　　从表 1可以看出 ,在早籼米自然发酵液中 ,除比
早籼米多检出二氧化碳 、4-甲氧基-1 ,3-苯二胺 ,
少检出麝香草酚 、1-甲基-4-1-甲基乙基-1 ,3-
环已二烯和对叔丁基苯酚外 ,其它检出成分均相同 ,
两者挥发性组分中主要均有乙醛(各为 95.05 ,
46.84μg/mL)、2-羟基丙腈(43.59 , 30.79 μg/mL)、
乙酸(17.77 , 59.36 μg/mL)和 2 -壬酮(78.27 ,
92.38μg/mL)等。在早籼米及其自然发酵液中共检
出了 13种相同化合物 ,其中有 4种保留时间完全相
同 ,有 7种保留时间差别不大(<1%),有 1种(3 ,4-
二甲基苯甲酸)保留时间略有差别(<2%),仅乙酸
保留时间差别较大(3.13和3.71),经对照标准物色
2 中国粮油学报 2009年第 2期
表 1　早籼稻米及其自然发酵液挥发性成分的 SPME/GC/MS分析结果
序号 保留时间/min 化合物名称
早籼米 发酵液
相似度/ % 含量/μg/mL 相似度/ % 含量/μg/mL
1 1.51 乙醛 75.77 95.05 75.77 46.84
2 1.72 二氧化碳 - - 84.20 36.83
3 1.96 2-羟基丙腈 49.52 43.59 68.03 30.79
4 3.13 乙酸 - - 96.16 59.36
3.71 乙酸 96.67 17.77 - -
5 9.82 3 , 4-二甲基苯甲酸 - - 80.86 5.08
9.98 3 , 4-二甲基苯甲酸 81.34 7.71 - -
6 12.89 2-壬酮 80.40 78.27 - -
12.96 2-壬酮 - - 79.85 92.38
7 14.31 1-甲基-4-1-甲基亚乙基-环已烯 79.77 2.02 69.72 2.22
8 14.91 1-甲基-2-硝基苯 82.84 0.67 67.29 0.69
9 17.16 5-己基二氢 2(3H)呋喃酮 - - 70.41 3.38
17.27 5-己基二氢 2(3H)呋喃酮 83.17 1.16 - -
10 17.58 苯乙基醇 - - 94.48 2.81
17.63 苯乙基醇 86.69 2.32 - -
11 18.48 1 , 3-二氧戊烷 - - 51.85 3.04
18.49 1 , 3-二氧戊烷 71.85 1.90 - -
12 19.83 十一醇 80.00 0.91 71.02 2.39
13 20.36 4-甲氧基-1 , 3-苯二胺 - - 91.42 0.67
14 24.05 麝香草酚 52.50 1.72 - -
15 24.43 木糖 - - 84.22 0.76
24.45 木糖 87.31 0.75 - -
16 27.15 5-2-丙烯基-胡椒环 - - 53.77 0.54
27.18 5-2-丙烯基-胡椒环 93.62 3.03 - -
17 29.45 1-甲基-4-1-甲基乙基-1 , 3-环已二烯 57.56 3.24 - -
18 34.20 对叔丁基苯酚 77.35 7.33 - -
　　注:“ -”为未检出
表 2　相对校正因子
乙醛 乙酸 十一醇
相对校正因子 2.52 2.00 1.05
RT/min 1.51 3.15 19.83
谱(图 3)及用已知物(乙酸)增加峰高法[ 10]进一步确
认 ,可判定早籼米发酵液的保留时间(RT)3.13和早
籼米的保留时间(RT)3.71处所出物质均为乙酸 。这
可能与早籼米陈化及自然发酵过程中产生一些复杂
的干扰成分有关[ 11] 。在贮藏过程中 ,粮食中的脂类
会发生氧化作用产生过氧化物和羰基化合物 ,还会
因水解作用产生脂肪酸和甘油 ,稻米在陈化过程中
游离脂肪酸增多 ,常产生难闻的高沸点醛类物质[ 4] ,
但本试验只检出乙醛。在常德发酵米粉制作工艺
中 ,大米自然发酵过程中优势菌群是乳酸杆菌 、乳酸
链球菌和酵母菌[ 12] ,通过发酵 ,二氧化碳 、乙酸 、2-
壬酮 、5-己基二氢 2(3H)呋喃酮 、1 , 3-二氧戊烷 、
十一醇和 4-甲氧基-1 ,3-苯二胺的质量分数明显
增加而乙醛 、2-羟基丙腈 、3 , 4-二甲基苯甲酸 、5-2
-丙烯基-胡椒环质量分数明显降低 ,其它成分质
量分数则变化不大 。
大米自然发酵过程是一个非常复杂的过程 ,国
外研究较少[ 13] ,而国内也才起步 ,许多挥发性成分的
形成机理及其对米粉风味的影响均不清楚 ,因此今
后有必要综合多种方法进行分离鉴定 ,以求更真实
地反映其各种挥发性成分 ,为大米深加工提供更多
理论依据。
3　结论
早籼米及其自然发酵液挥发性成分共鉴定了 18
种 ,由醛类(乙醛)、酸类(乙酸 、3 , 4-二甲基苯甲
酸)、酮类(2-壬酮)、烃类(1-甲基-4-1-甲基亚
乙基-环已烯)、醇类(苯乙基醇 、十一醇)、酚类(麝
香草酚)、糖类(木糖)及其它化合物组成。两者的相
同成分为 2-壬酮 、乙醛 、2-羟基丙腈 、乙酸 、3 , 4-
二甲基苯甲酸 、1-甲基-4-1-甲基亚乙基-环已
烯 、1-甲基-2-硝基苯 、5-己基二氢 2(3H)呋喃
酮 、苯乙基醇 、1 , 3-二氧戊烷 、十一醇 、木糖和 5-2
-丙烯基-胡椒环等化合物。通过自然发酵 ,二氧
3第 24卷第 2期 谢　定等　早籼米及其自然发酵液挥发性成分分析
化碳 、乙酸 、2-壬酮 、5-己基二氢 2(3H)呋喃酮 、1 ,
3-二氧戊烷 、十一醇和4-甲氧基-1 ,3-苯二胺的
质量分数明显增加而乙醛 、2-羟基丙腈 、3 ,4-二甲
基苯甲酸 、5-2-丙烯基-胡椒环质量分数明显降
低且麝香草酚 、1-甲基-4-1-甲基乙基-1 , 3-环
已二烯 、对叔丁基苯酚消失 ,其它成分质量分数则变
化不大。
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Analysis of Aroma Components in Early Indica Rice and
Its Natural Fermented Liquid
Xie Ding
1 , 2 　Zhong Haiyang1　Liu Yongle2 　Yi Cuiping2 　Chen Qi2 　Li Xiaowen2
(Central South University of Forestry and Technology1 , Changsha　410004)
(College of Chemical and Biological ,Changsha University of Science and Technology2 , Changsha　410004)
Abstract　Headspace solid phase microextraction(SPME)technique was employed to extract volatile compounds from
stored early indica rice and its 72 h natural fermented liquid , the early indica rice had stored for 30months after harvested.
Volatile compounds of the samples were isolated and identified successfully by capillary gas chromatography -mass spec-
trometry (GC-MS)coupled with NIST ,GC chromatogram of reference samples and related literatures.There are following
same volatile components in both the stored early indica rice and the fermented liquid:acetaldehyde (95.05 μg/mL and
46.84 μg/mL , respectively );2-hydroxy-propanenitrile(43.59μg/mL and 30.79μg/mL , respectively);acetic acid
(17.77μg/mL and 59.36μg/mL , respectively)and 2-nonanone(78.27μg/mL and 92.38μg/mL , respectively).The
natural ferment produces additional volatile components , such as carbon dioxide(36.83μg/mL)and 4-methoxy-1 ,3-
benzenediamine(0.67 μg/mL), and others.
Key words　early indica rice , natural ferment , head space solid phase microextraction (HS -SPME), gas chro-
matography-mass spectrometry , volatile compounds
4 中国粮油学报 2009年第 2期