【Review】米饭香气的形成与释放

背景

米饭的感官特性，尤其是风味品质，直接影响米饭的适口性和消费者的可接受性。作为一个复杂体系，米饭风味由各种挥发性气味化合物、非挥发性滋味化合物和质构特征共同作用而成，其中香气是感知风味的最关键部分。淀粉、蛋白质和脂质是大米的主要成分，但在许多情况下，人们对这些成分影响米饭香气的机制知之甚少。本文阐述了大米主要成分参与米饭香气形成的途径，分析了蛋白质、淀粉和脂肪对米饭基质中香气释放的影响。并总结了蒸煮方法和参数对米饭香气的影响。为提高米饭风味品质提供新的思路。

【图文摘要】

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蛋白质对米饭香气形成的贡献

构成蛋白质的氨基酸为米饭风味的形成提供了丰富的前体物质。2-乙酰基-1-吡咯啉被描述为类似爆气，是香稻的特征香气化合物，也是米饭“焦香味”的主要贡献者。米饭中2-乙酰基-1-吡咯啉一方面来自于稻米本身（由 Badh2基因控制合成），一方面与蒸煮过程中脯氨酸和丙酮醛或二羟丙酮的 Strecker 降解反应有关。淀粉在内源酶和热处理的作用下分解成还原糖，可与游离氨基酸、水解产生的氨基酸或蛋白质降解产生的肽发生反应。美拉德反应初期和中期对米饭香气的形成非常重要（图1）。

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淀粉对米饭香气形成的影响

淀粉主要存在于大米胚乳中，占大米成分的75%左右。大米淀粉通过两种方式影响和参与美拉德反应，从而影响米饭香气。一方面，淀粉在蒸煮过程中吸水膨胀、糊化，导致大米基质中水的分布状态发生显著变化。这种现象会影响体系的黏度和美拉德反应物的流动性，导致反应速率下降；当淀粉充分糊化，体系充分吸收美拉德反应产生的水分子，此时美拉德反应速率主要受整个体系物理性质的影响。二是加热过程中，淀粉发生高温降解和酶解，产生的还原糖与氨基酸发生美拉德反应，产生各种挥发性化合物。

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脂质对米饭香气的贡献

脂质氧化是米饭香气形成的另一个重要途径。大米胚乳中的脂质主要以淀粉-脂质复合物的形式存在，在蒸煮过程中，复合物受热分解，产生游离脂肪酸。脂肪酸与脂酶接触，生成一系列饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，进而发生水解、氧化、降解等化学变化，形成由脂肪酸衍生的直链醇、酮、醛、酸、内酯和酯类等挥发性化合物。这些产物涉及三个反应过程：脂肪氧化酶途径、α-氧化和β-氧化。

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酚酸对米饭香气的贡献

2-甲氧基-4-乙烯基苯酚由阿魏酸热脱羧生成，具有丁香、烟熏和咖喱的香气。对香豆酸和阿魏酸通过热脱羧反应还可生成苯酚和4-乙烯基-2-甲氧基苯酚，4-乙烯基-2-甲氧基苯酚是荞麦的天然香气成分。4-乙烯基苯酚具有类似米糠的难闻气味，由对香豆酸热分解形成。此外，硫胺素热降解还可产生噻吩、呋喃和脂肪族硫化物；抗坏血酸可与酸性氨基酸反应生成吡嗪类化合物。

图 1  米饭中杂环化合物可能的生成途径 （RA: 逆缩醛化；SD: Strecker 降解）

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蛋白质、淀粉和脂质对米饭香气释放的影响

蛋白质和香气化合物间的相互作用是多样的，如图2所示。大多数香气化合物可与蛋白质的非极性内部区域通过疏水相互作用可逆性结合；除了疏水缔合，二者间可逆性结合还有氢键、离子键、范德华力和静电相互作用。此外，一些气味分子还可以与蛋白质侧链上的特定基团相互作用发生不可逆共价结合，典型例子之一是醛和赖氨酸残基（-NH2）之间希夫碱的形成。

蒸煮过程中，温度和压力是导致米饭香气损失或变化的重要参数。加热初期，蛋白质受热展开会暴露先前隐藏的内部疏水位点，从而提供更多的结合位点并促进与香气化合物的结合。然而，随着加热温度和时间的增加，香气化合物易释放到顶部空间。与此同时，蛋白质在加热过程中会发生聚集，从而降低对香气化合物的结合能力。

图 2  蛋白质与香气化合物的相互作用 （'A' 表示香气分子）

淀粉复杂的多尺度结构对挥发性化合物具有吸附和包埋作用。大米蒸煮过程中，温度、压力等处理导致淀粉发生糊化和/或降解，使A型晶体转变为无定形态。在米饭冷却或储藏期间，淀粉回生促进无定形态向V型或B型晶体转变。在这个过程中，直链淀粉由于空间位阻小，可以快速重排发生短期回生，易与气味分子形成复合物。直链淀粉形成的左手单螺旋结构，外部亲水，内部疏水，通过疏水相互作用与醛、酮和酯类化合物结合形成V-型络合物。支链淀粉主要通过外链重排形成B型晶体，B型晶体的形成和生长过程也会影响香气保留。

脂肪可以作为气味化合物的溶剂，因为它们大多数表现出亲脂性，这会影响气味化合物在食品基质中的稳定性。大多数香气合物对脂肪的亲和性均比水高，且疏水性越强越易溶于脂肪，这种结合力还取决于脂肪的化学组成、链长、饱和度以及三酰甘油中各脂肪酸序列。2-乙酰基-1-吡咯啉作为一种极性化合物，可以与脂质结合，糙米中2-乙酰基-1-吡咯啉含量比精米高约50%，这与糙米中（主要在外皮层）脂质含量远高于精米有关。

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加工方法及参数对米饭香气的影响

自制和大规模生产米饭的制备过程通常包括清洗、浸泡和蒸煮阶段。图3A给出了一个流程图，突出显示了每个加工阶段可采用的各种加工方法，图3B中给出了加工方法引起的米饭香气的变化及其可能的机制。

图 3  米饭生产的预煮和蒸煮技术（A）；由加工方法导致的米饭香气变化及其机制（B）

展望

未来关于米饭风味品质的提升还可开展以下研究内容：(1) 热处理是米饭制备的重要步骤，探究加热过程中蛋白质与米饭关键香气间的相互作用，获得蛋白质与香气成分结合行为的全面信息，以达到增强香气保留、减缓释放的目的；(2) 利用淀粉、脂质或其复合物作为包埋剂，开发稳定包埋的米饭增香剂；(3) 探究米饭在加工、食用过程中挥发性和非挥发性化合物的变化规律及其对风味感知的影响。

【原文链接】

https:///10.1016/j.jcs.2022.103523

编辑 | 关丽娜

审核 | 张   敏