大米是全球最重要的主食之一, 大米香氣是大米中揮發(fā)性風味物質(zhì)所呈現(xiàn)的整體香氣和人類感官感 知的綜合結(jié)果, 是大米品質(zhì)的重要組成部分, 也是影響消費者對大米可接受程度的主要因素。從水稻的育種、栽培、收獲、貯藏、加工對其大米香氣具有重要影響，大米的加工、蒸煮、消費者口腔香氣釋放一樣對大米整體香氣的感知和香氣質(zhì)量具有地位。簡而言之就是從種植栽培 到消費者餐桌之間的任何一個步驟都對大米揮發(fā)性風味成分存在影響。通過闡明對大米香氣的影響，從而提高大米整體香氣質(zhì)量。
香米因其濃郁的香氣和食用烹飪品質(zhì)而被認為是全球市場上的重要商品。印度和巴基斯坦等亞洲國家是印度香米的主要貿(mào)易商，而泰國是國際市場上茉莉香米的主要供應(yīng)商。大米的強烈香氣與300多種揮發(fā)性化合物有關(guān)，其中2-乙酰基-1-吡咯啉(2-AP)是主要成分。2-AP是隱性基因OsBadh2或Badh2自發(fā)突變的表型表達。本文就世界范圍內(nèi)香稻遺傳資源的起源、演化和多樣性進行了綜述。簡要討論了負責質(zhì)量性狀的基因及其分子遺傳學(xué)細節(jié)。本文的整理和討論將有助于今后香稻育種和品質(zhì)性狀的生物強化，保障香稻的糧食安全和營養(yǎng)需求。 香米因其香氣濃郁、蒸煮品質(zhì)好、籽粒細長、蒸煮后籽粒伸長等品質(zhì)特征而廣受歡迎，且口感適宜，價格不菲。2-AP是產(chǎn)生香氣的主要化合物。然而，其他一些揮發(fā)性化合物也與香氣的產(chǎn)生有關(guān)。OsBadh2與OsBadh1、OsGly和OsP5C5一起負責香稻產(chǎn)生香氣和高濃度的2-AP。在過去的四十年里，重點主要是提高水稻產(chǎn)量潛力，以養(yǎng)活世界不斷增長的人口。因此，在全球范圍內(nèi)，高產(chǎn)品種迅速取代了當?shù)卦耘嗟钠焚|(zhì)性狀優(yōu)良的低產(chǎn)香稻品種。改進本地采用的短粒和中粒香稻基因型是育種的主要目標。2-AP與其他揮發(fā)性化合物、香氣基因以及與稻米食用品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)相關(guān)的基因之間的關(guān)系有待進一步研究。需要分子育種策略來理解香氣生物學(xué)和品質(zhì)性狀之間的關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)高品質(zhì)水稻的生產(chǎn)，以實現(xiàn)可持續(xù)的糧食安全。最后，必須應(yīng)用組學(xué)和CRISPR/Cas9基因編輯等新技術(shù)，以提高全球可獲得的香米的香味和質(zhì)量，以保障營養(yǎng)和糧食安全。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.
東北地區(qū)不同粳稻品種稀飯中揮發(fā)性成分分析 粳稻是全球廣泛種植和消費的谷物。對粳米香氣的研究很多，但對粳米粥的研究很少。采用電子鼻頂空固相微萃取-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HS-SPME-GC-MS)結(jié)合感官評價對21種東北粳米粥中的揮發(fā)性成分進行了分析。電子鼻分析結(jié)果表明，不同品種的米粥具有不同的香味，主成分分析能有效區(qū)分不同品種的米粥。經(jīng)GC-MS鑒定，共鑒定出69種揮發(fā)性化合物，其中烴類19種，醛類17種，醇類9種，酮類3種，酚類3種，酯類5種，醚類4種，酸類4種，其他5種。然后通過計算氣味活度值（OAV）來確定各香氣化合物對稀飯整體香氣的貢獻。最后，發(fā)現(xiàn)粳米粥的主要香氣成分為己醛、辛醛、壬醛、癸醛、(E)-2-壬烯醛、萘、(E, E)-2,4 -癸二烯醛、丁基羥基甲苯、1-十二醇和2-十五烷酮。本研究初步確定了粳米粥中的關(guān)鍵香氣物質(zhì)及香氣屬性，為粳米粥加工業(yè)中稻米原料的選擇提供了有價值的理論依據(jù)。 采用SPME-GC-MS、電子鼻法和感官法對東北地區(qū)21種粳米粥的揮發(fā)性成分進行了分析。從粳米粥中共鑒定出69種揮發(fā)性化合物，其中烴類化合物19種，醛類化合物17種，醇類化合物9種，酮類化合物3種，酚類化合物3種，酯類化合物5種，醚類化合物4種，酸類化合物4種，其他化合物5種。根據(jù)揮發(fā)性化合物的閾值和含量，粳米粥的主要揮發(fā)性成分為己醛、辛醛、壬醛、癸醛、(E)-2-壬烯醛、萘、(E, E)-2,4-癸二烯醛、丁基羥基甲苯、1-十二醇和2-十五烷酮。粳米粥的相對含量和關(guān)鍵香氣成分與前人研究的粳米粥相似，但香氣成分的種類和絕對含量相對減少。 粳米粥香氣成分的研究尚處于初級階段，但本研究提供的數(shù)據(jù)是粳米粥香氣研究邁出的重要一步。本研究結(jié)果對于稀飯加工業(yè)選擇合適的原料，提高消費者接受度及市場競爭力有很大的幫助。未來，考慮探索不同提取方法與AEDA相結(jié)合，進一步鑒定粳米粥中更多的關(guān)鍵香氣成分。
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.
芳香水稻2 -乙酰基-1-吡咯啉的生物合成：農(nóng)業(yè)管理、環(huán)境因素和功能基因組學(xué)的新見解 大米是世界上一半以上人口的主食，大米香味是一種重要的品質(zhì)屬性，深受消費者的青睞，并在國際市場上吸引高價。水稻香氣中含有約200種揮發(fā)性化合物，但2-乙酰基-1-吡咯啉（2-AP）一直被認為是香稻香氣的主要調(diào)節(jié)劑。因此，通過管理農(nóng)藝措施或利用現(xiàn)代功能基因組工具提高了籽粒中2-AP的含量，成功地將非香稻品種轉(zhuǎn)化為香稻品種。此外，環(huán)境因素也對2-AP含量有影響。然而，關(guān)于2-AP生物合成在農(nóng)業(yè)管理實踐、環(huán)境因素和功能基因組工具在香稻生產(chǎn)中的應(yīng)用方面的綜合分析還缺乏。本文綜述了微量/大量營養(yǎng)元素、栽培措施、氨基酸前體、生長調(diào)節(jié)劑以及干旱、鹽度、光照和溫度等環(huán)境因素對2-AP生物合成的影響。此外，我們還總結(jié)了利用現(xiàn)代基因編輯工具（如RNAi、TALENS和CRISPR-Cas9）將非香稻品種成功轉(zhuǎn)化為香稻的研究進展。最后，討論并強調(diào)了香米香氣的未來發(fā)展前景和面臨的挑戰(zhàn)。 
微量/大量營養(yǎng)元素、栽培措施、氨基酸前體、生長調(diào)節(jié)劑和環(huán)境因素影響香稻香氣。環(huán)境因素對香稻香氣的影響是異質(zhì)性的，特別是持續(xù)變化的氣候使香稻香氣合成的復(fù)雜性增加了一層。例如，輕度干旱和鹽度脅迫通過調(diào)節(jié)2-AP水平正向調(diào)節(jié)香氣，而高溫和光照負向調(diào)節(jié)香氣。同樣，生長調(diào)節(jié)劑對2-AP含量的影響也是異質(zhì)性的，茉莉酸增加，而BR、GA和IAA降低2-AP含量。然而，2-AP合成在農(nóng)藝措施、生長調(diào)節(jié)劑、微量/大量營養(yǎng)物質(zhì)、氨基酸前體和環(huán)境因素等方面的分子機制尚不清楚，尤其是它們是否具有相似的機制或調(diào)控相同的途徑調(diào)節(jié)芳香化合物。通過大規(guī)模的轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)方法來識別基因和/或途徑，并使用功能基因組學(xué)工具對這些被識別的基因和/或途徑進行功能驗證，將向全面了解2-AP合成邁出一步。事實上，OsBADH2已經(jīng)被基因組編輯技術(shù)（RNAi、TALENS、CRISPR-Cas9等）操縱，成功地增加了香氣。而種質(zhì)資源遺傳多樣性的處理和篩選主要集中在BADH2上。2-AP的生物合成是一個復(fù)雜的過程，通過操縱2-AP生物合成途徑中的一個或多個組分來獲得香氣。例如，OsGAD2基因的操作會增加GABA的含量，從而提高2-AP的產(chǎn)量和對環(huán)境變化的適應(yīng)性。脯氨酸在植物生長發(fā)育和適應(yīng)過程中起著重要作用。此外，脯氨酸是2-AP合成的前體，這就提出了2-AP水平調(diào)控脯氨酸相關(guān)基因水平的可能性。可以對OsP5CS進行處理，以增加脯氨酸含量。然而，為了高效地生產(chǎn)脯氨酸，需要去除P5C5的自抑制特性，這可能會影響芳香水稻的其他品質(zhì)。乙二醛是另一種合成2-AP的前體并且可以通過調(diào)控乙二醛酶途徑中的Gly基因來增加乙二醛的產(chǎn)量。由于Δ1pyrroline對GABA和2-AP的合成很重要，因此對水稻中鳥氨酸脫羧酶（ODC）和二胺氧化酶（DAO）的遺傳操作將增加Δ1-pyrroline的含量。盡管CRISPR-Cas9基因操縱已被證明是生產(chǎn)芳香作物的一種有效方法，但公眾的擔憂和政府對轉(zhuǎn)基因作物的監(jiān)管政策將成為育種策略的障礙。盡管面臨這些挑戰(zhàn)，基因編輯技術(shù)在提高作物質(zhì)量方面發(fā)揮著不可避免的作用。 水稻的香味是一種復(fù)雜的性狀，由不同基因編碼的一種或多種化合物以確定的比例構(gòu)成一種特定的香味。主要化合物的數(shù)量性狀遺傳位點的存在及其互作、修飾基因的影響、遺傳背景及其與環(huán)境的互作是調(diào)控香氣的重要因素。同樣重要的是，研究這些遺傳因素，以及可能影響香氣的揮發(fā)性化合物水平的采前和采后因素。此外，我們對與農(nóng)作物香味相關(guān)的遺傳標記的了解非常有限。我們需要開發(fā)遺傳標記，使我們能夠有效地篩選具有香味的種質(zhì)。利用遺傳學(xué)和基因組學(xué)的工具，全面了解2-AP的生物合成將使我們能夠進行2-AP的化學(xué)合成，這仍然是一個困難的問題，需要進一步優(yōu)化2-AP合成策略。此外，2-AP在穩(wěn)定平臺上的生物合成（如淀粉，如大米）可能是一種保持和傳遞這種香味到各種食物的選擇。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、粳稻和秈稻貯藏過程中揮發(fā)性物質(zhì)、可溶性糖和脂肪酸的變化
Abstract
稻米風味是稻米最重要的品質(zhì)之一，包括稻米的香氣和口感。本文對糯米、粳稻和秈稻的香氣和甜味相關(guān)化合物進行了研究和比較。與粳稻和秈稻相比，糯米中揮發(fā)性化合物含量較高。根據(jù)它們的相對氣味活性值，己醛、壬醛、辛醛、反式2-辛烯醛、反式2-壬烯醛、庚醛、癸醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、2-戊基呋喃、2-正丁基呋喃、1-辛烯-3-醇、2-乙基丙烯酸己酯、2-癸酮和2-壬烯-4-酮是芳香譜的重要組成部分。蔗糖是甜味的主要來源，而其他可溶性糖對甜味的貢獻很小。貯藏過程中，除果糖外，脂肪酸和可溶性糖含量均有所下降。可溶性糖含量的降低會影響煮熟大米的甜度和煮熟過程中的美拉德反應(yīng)，導(dǎo)致大米風味品質(zhì)下降。此外，貯藏過程中醛類、酮類和呋喃類揮發(fā)物含量增加，對稻米香氣產(chǎn)生了負面影響。 本研究對糯米、粳稻和秈稻的香氣和甜味相關(guān)化合物進行了研究。糯稻的揮發(fā)性特征與粳稻和秈稻明顯不同。此外，粳稻和秈稻的揮發(fā)分也有相似的分布。結(jié)果表明，糯米具有獨特的揮發(fā)性特征，醛類和呋喃類的含量較高。大部分醛類和呋喃類化合物表現(xiàn)出綠色和脂肪的氣味，這種氣味在糯米中表現(xiàn)得比較強烈。己醛、壬醛、辛醛、反-2-辛醛、反-2-壬烯醛、庚醛、癸醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、2-戊基呋喃、2-正丁基呋喃、1-辛烯-3-醇、2-丙烯酸乙酯、2-癸酮和2-壬烯-4-酮的相對OAVs為>1，在大米中具有重要的風味貢獻。此外，大米中己醛縮合產(chǎn)物2丁基-2-辛烯含量較高。蔗糖被認為是水稻甜味的主要來源，而其他可溶性糖對甜味的貢獻很小。貯藏后，除果糖外，脂肪酸和糖的含量均有一定程度的下降。可溶性糖含量的降低會影響大米的甜味，降低蒸煮過程中的美拉德反應(yīng)。脂肪酸含量的下降是油脂降解和脂肪酸分解為揮發(fā)物的結(jié)果。稻米儲藏過程中揮發(fā)性化合物如醛類、酮類和呋喃類的含量增加，是稻米香氣下降的主要原因。為了在大米儲藏過程中保持較高的風味品質(zhì)，有必要防止不需要的揮發(fā)物（如醛和呋喃）的形成和蔗糖的降解。本研究結(jié)果可為今后保藏技術(shù)的發(fā)展提供參考。
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分析不同碎米的揮發(fā)性成分
本研究采用頂空固相微萃取（HS-SPME）結(jié)合氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜（GC- TOFMS）對5個不同破碎度樣品的揮發(fā)性成分進行檢測和分析，并結(jié)合聚類分析，正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）和相對氣味活度值（ROAV)）分析。結(jié)果表明，在不同破碎度的樣品中，共檢測到70種揮發(fā)性成分。40種是共同含有成分。聚類分析顯示，樣品B（20目篩）與C（40目篩）相似度較高，歸為一類。揮發(fā)性成分相對含量的變化順序為A（未破碎）> E（120目篩）> D（80目篩）> B和C；OPLS-DA分析表明，不同破碎程度的大米樣品的揮發(fā)性成分存在顯著差異，這種差異主要是由于36個重要度投影（VIP > 1）的揮發(fā)性成分相對含量不同，如丁酸乙酯、苯乙酸乙酯、二甲基三硫醚。結(jié)果表明，5個樣品的ROAV值為＞ 1，其中己酸乙酯、2-AP、E-2-壬烯醛等12種揮發(fā)性成分為主要揮發(fā)性成分，不同的粉碎程度對大米的整體香氣影響較大。研究結(jié)果可為今后的大米加工企業(yè)提供參考。 碾米時，儀器的溫度會隨著碾米時間的增加而繼續(xù)升高。所需破碎程度越高，所需破碎時間越長，與空氣接觸時間越長，接觸面積越寬。簡單地說，碾碎后的大米篩分粒度小，所需粉碎時間短，篩分粒度大，易揮發(fā)成分粉碎時間長。可分為4種情況: 1）隨著破碎度的增加，丁酸、乙酯等相對含量較未破碎時降低。
2）隨著破碎度的增加，相對含量相對于未破碎物有所增加，如1-辛烯-3-醇。
3）隨著破碎程度的增加，相對含量較未破碎時降低到最低。不斷克服后，相對含量由最低程度增加，如辛酸、乙酯等。
4）隨著破碎程度的增加，相對含量比未破碎時增加到最高。相對含量在繼續(xù)克服后從最高程度下降，如丙酮。
揮發(fā)性成分相對含量的增加可能是由于大米中原本含有的揮發(fā)性成分通過破碎過程與空氣接觸更大，容易逸出；揮發(fā)性組分相對含量的下降可能是由于某些揮發(fā)性組分的不穩(wěn)定性以及破碎過程中由于高速而引起的高溫破碎所致。碎米的揮發(fā)性成分含量高于全米，而碎米中揮發(fā)性成分含量越高，容易使碎米產(chǎn)生異味，導(dǎo)致品質(zhì)惡化醛類揮發(fā)性成分的含量可以用來評價大米的新鮮度;適量的醛會給大米帶來清新、青草味和水果味，而含量過高則會產(chǎn)生令人不快的腐爛氣味。不同樣品中壬烯醛和己醛含量較高，是醛類的主要揮發(fā)性成分。已經(jīng)注意到高溫促進了大米中己醛、1-辛醛、壬烯醛、E-2-辛醛、癸醛和壬烯醛的變化，這與本實驗的結(jié)果基本一致，因為高溫是在快速粉碎過程中產(chǎn)生的，揮發(fā)性成分發(fā)生快速轉(zhuǎn)變。 采用HS-SPME-GC-TOFMS對不同破碎度大米的揮發(fā)性成分進行差異研究，結(jié)果表明：1）5個樣品的揮發(fā)性成分差異較大，共鑒定出70種揮發(fā)性成分;其中，40種常見的含有成分。2）聚類分析表明，B類和C類樣品相似度較高，可劃分為一類，揮發(fā)性成分相對含量的變化順序為A > E > D > B和C類樣品，表明水稻在短時間內(nèi)輕度破碎時揮發(fā)性成分的變化最大。3）通過OPLS-DA模型分析，5個樣品（VIP > 1）中差異較大的物質(zhì)為丁酸乙酯等36種揮發(fā)性成分。用VIP > 1對各組分再次驗證了模型的穩(wěn)定性，驗證了該方法對碾米標記物組分的篩選效果。4）ROAV分析表明，己酸乙酯和2-AP的ROAV值較高，是五種樣品中最重要的揮發(fā)性成分品種對整體香氣的貢獻，香氣特征表明，A樣品的植物香氣、爆米花香氣、脂肪香氣等香氣較破碎的4個樣品低，果香基本不受破碎的影響。
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.
基于選擇-破碎和物質(zhì)運輸耦合模型，建立了白米口腔加工過程中香氣釋放的數(shù)學(xué)模型。綜合的選擇與破碎模型可以預(yù)測丸劑表面積隨時間的變化，假設(shè)咀嚼過程中香味釋放到液體丸劑中的主要機制是咀嚼后被咀嚼的米粒的黏糊部分。當輸入?yún)?shù)直接從咀嚼-香氣釋放耦合模型中獲得時，對所有被試的實驗數(shù)據(jù)進行了驗證。從驗證的耦合模型中調(diào)整輸入?yún)?shù)，結(jié)果表明，部分大小、香氣化合物初始濃度、初始液量和大米糊分數(shù)是最敏感的產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)。口腔容積、咽容積、鼻腔容積和呼吸頻率是最敏感的生理參數(shù)。其中影響最大的理化參數(shù)是唾液相的傳質(zhì)系數(shù)。 綜合選擇-破損模型與質(zhì)量運輸模型相結(jié)合，預(yù)測煮熟白米食用過程中的香氣釋放。通過將模型預(yù)測結(jié)果與五名受試者的體內(nèi)香氣釋放數(shù)據(jù)進行比較，驗證模型的有效性。基于對三組不同參數(shù)(產(chǎn)品、生理和物理化學(xué))的手工敏感性分析：
- 模型表明，在測試的所有產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)中，組分大小、初始香氣濃度、初始液體體積和粘貼分數(shù)對香氣濃度的影響最大。
- 生理上，模型顯示口腔容積、咽容積、鼻腔容積和呼吸頻率是影響香氣濃度最大的變量。
- 在該模型研究的所有理化參數(shù)中，唾液的傳質(zhì)系數(shù)對香氣釋放的影響最為顯著。
總而言之，本研究將機械咀嚼模型納入其中，為機械模型的發(fā)展邁出了第一步，而機械模型的發(fā)展可以導(dǎo)致食物影響感官和消化結(jié)果的發(fā)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.
