谷物风味化学
谷物留香增香技术
1、大米及其制品中挥发性香气成分的提取与鉴定方法研究综述
大米及其制品的香气是重要的品质特征之一。它是由500多种不同的挥发性化合物组成的，香气化合物的提取和定量同样重要，这决定了香气的阈值。到目前为止，文献中还缺乏对大米的香气考虑的完整综述。因此，该综述的目的是总结20世纪80年代初至2019年不同类型大米和大米产品的香气特征的数据和其他重要信息。本文综述了不同类型大米及其制品中挥发性香气化合物(VAC)的提取、分离和表征方面的研究进展，为进一步研究大米香气的不足之处提供帮助。2-乙酰基吡咯(2-AP)是香稻品种与非香稻品种的区别所在。
Deepak Kumar Verma, PremPrakashSrivastav,A paradigm of volatile aroma compounds in rice and theirproduct with extraction and identification methods: A comprehensive review,Food Research International,Volume 130,2020,108924,
2、HS-SPME GC/MS分析米糠贮藏和加工过程中的主要香气挥发性化合物
米糠是米粉加工过程中最有价值的营养副产品之一。众所周知，它有一种消费者不能接受的味道，因此应该开发可靠的分析方法来确定其令人不快的挥发性化合物。采用固相微萃取(SPME)与GC/MS联用，对米糠在不同加速贮藏时间下的挥发性成分进行了比较分析，并利用电子鼻、GC/MS和气相色谱-嗅觉分析(GC-O)分析了不同稳定化方法对米糠气味的影响。共鉴定出65种挥发性化合物，并将其分为6类。其中，醛的相对浓度随储藏时间的延长而增加，其中己醛是含量最高的化合物。酮和醇也表现出类似的行为，它们与米糠的早期氧化有关。米糠的主要特征气味成分是香草醛、2-甲氧基-4-乙烯基酚和5-氨基-2-甲氧基酚。通过主成分分析，对6种米糠的挥发性成分进行了区分。GC-O实验证明，加工后的产品从原来的草味、油味变成了香草、奶酪和焦糖的味道。这些结果全面阐明了米糠的风味特征，为米糠产品的开发提供了重要的理论支持。
Chen Gao, Yan Li, Qifeng Pan, Mingcong Fan, Li Wang, HaifengQian,Analysis of the key aroma volatile compoundsin rice bran during storage and processing via HS-SPME GC/MS,Journal of Cereal Science,Volume 99,2021,103178,
3、贮藏期间茉莉香米主要香气活性成分和味道成分的变化
尽管茉莉香米大受欢迎，但茉莉香米在存储中的风味变化仍不清楚。本文将茉莉香米中主要的香气活性化合物与气味活性值和检测频率分析相结合。此外，还调查了所储存大米的主要香气活性化合物和味道成分。结果表明，己醛，辛醛，壬醛，（E）-2-辛烯醛，癸醛，1-庚醇和1-辛醇七个成分被确定为主要的香气活性化合物。大米样品在不同储存条件下的各种挥发物以不同的速率增加，而高温促进了这些变化。大米的主要味道成分，例如可溶性糖和游离氨基酸，在储存期间会发生变化。这些变化可能会影响米饭的甜味和鲜味。
QingyuZhao, Yong Xue, QunShen,Changes in the major aroma-active compoundsand taste components of Jasmine rice during storage,Food Research International,Volume 133,2020,109160,
4、巴斯马蒂和非巴斯马蒂香稻品种不同发育阶段香气成分及2AP特征成分的分析
香稻品种2AP的生物合成途径(G6P：葡萄糖6磷酸；P5CS：Δ1吡咯啉-5羧酸合成酶；P5CR：吡咯啉-5羧酸还原酶；GABARD：γ-氨基丁醛；GABA：γ-氨基丁酸。TPI：磷酸三糖异构酶；BADH2：甜菜碱醛脱氢酶；GAPDH：甘油醛-3-磷酸脱氢酶；1，3，PG：1，3-二磷酸甘油酸；DHAP：磷酸二羟丙酮；乙酰辅酶A：乙酰辅酶A)
研究表明，香稻品种的挥发组比非香稻品种的挥发组更为复杂。N-杂环(2AP，2-乙酰-1-吡咯和吲哚)是香稻品种与非香稻品种的主要区别类。2AP等13种化合物在香稻品种中特异性检测到。化合物合成以苗期最多，生殖成熟期逐渐减少。苗期是植物生长发育的活跃期，合成的绿叶挥发物数量最多，可作为防御分子保护幼株部位。在14种OACs中，有10种OACs在香稻品种中有较高浓度的积累，对香稻的香气有一定的贡献。在香稻品种中，特定的一组OAC可以区分BA-370和AM157，可作为Basmati和Ambemohar风味类型。成熟期籽粒中2-AP含量最高，孕穗期次之。开花期OAC的最大积累可能是由于挥发性物质释放的内源发育调节所致。基因表达分析表明，Badh2和GAPDH表达降低，TPI和P5CS转录本水平升高，2AP的积累增加。在苗期合成的化合物种类最多，开花后苗期积累的OACs较多。2AP等香气挥发物在不同发育阶段存在不同的积累规律。OACs可作为区分水稻品种的生物标志物，选择性OACs可用于诱导巴斯马蒂型或Ambemohar型风味。通过设计合理的管理措施，可以保持孕穗期2AP的含量，进一步提高成熟籽粒的香气。
VidyaR. Hinge, Hemant B. Patiland Altafhusain B. Nadaf.Aroma volatile analyses and 2AP characterization at various developmentalstages in Basmati and Non-Basmati scented rice (Oryzasativa L.) cultivars . Rice, 2016, 9:38 .
5、通过仪器和感官技术的应用表征生豌豆和烤豌豆中主要香气成分
气相色谱-嗅觉法（GC-O）与GC-质谱（GC-MS）结合以及香气重组-遗漏实验导致鉴定出导致生豆和烤豌豆不同风味的关键香气化合物。结果表明，在生豌豆和烤豌豆中总共鉴定出30种气味。在生豌豆和烤豌豆中，分别有9种和20种化合物被认为是重要的增香剂，其气味活性值（OAV）均大于1。香气重组省略实验表明，六种香气化合物显着促进了豌豆的特征香气（p <0.05）。其中，3-甲基丁酸（OAV = 382）和己醛（OAV = 280）显着促进了豌豆的香气。15种香气化合物显着促进了烤豌豆的特征香气（p <0.05）。其中，吡嗪和吡喃酮对烤豌豆的香气起重要作用。烘烤显着增加了主要香气化合物的种类，并为豌豆增添了坚果味。豌豆的综合香气表征以及焙烧对关键香气成分变化的影响的确定将有助于豌豆新产品的风味质量控制。
ShuangBi, XinxingXu, DongshengLuo, Fei Lao, XueliPang, QunShen, XiaosongHu, and Jihong Wu. Characterization of Key Aroma Compounds in Raw and RoastedPeas (Pisumsativum L.) by Application of Instrumental and Sensory Techniques. J. Agric. FoodChem. 2020, 68, 9,2718–2727
·谷物留香主要基于储藏、加工方式：
储藏过程中由酶解反应产生的不良风味以及香味物质的损失
加工过程中挤压、蒸煮、烘烤、焙炒等导致的美拉德反应
·谷物增香技术·谷物香气补偿技术——针对每种谷物的特征风味进行香气组合物的制备，再回填到加工食品中 如五谷味、燕麦味、大麦味等
谷物产品香气类型及香气成分分类
https://www.palouseheritage.com/nutrition-and-flavor
1、燕麦和燕麦制品中的主要香气成分
燕麦有一种独特的味道，包括谷物和坚果般的感官特征。Heydanek和McGorrin对燕麦风味的首次综合研究，他们鉴定了燕麦穗粒中的110种挥发性成分，包括对燕麦粒、干草和青草香味有贡献的C8-C9不饱和醛和酮。Heydanek和McGorrin对热加工燕麦和煮熟燕麦的后续研究鉴定了一系列美拉德衍生的化合物，包括呋喃酮、噻唑和2-甲基-2，5-二甲基-C3-和C4-取代吡嗪。在随后的38年里，这些最初的研究发现，燕麦片和面粉中的香气化合物也被报道过。本文综述了燕麦风味化学的最新研究进展，以及燕麦特有风味的关键香气化合物。
Robert J. McGorrin*. Key Aroma Compounds in Oats and Oat Cereals. J. Agric. FoodChem. 2019, 67, 50,13778–13789
2、精制玉米膨化与全粒膨化玉米膨化香气差异的鉴定
研究了由精制谷物和全谷物面粉制成的膨化玉米泡芙的香气特征差异。气相色谱/质谱/嗅觉分析（GC / MS / O）分析报告了13种风味稀释度（FD）≥16的香气化合物。定量分析确定了8种化合物的统计差异，其中7种化合物在整个谷物样品中的浓度较高。感官重组和描述性分析进一步支持了分析数据，全谷物样品的煮熟，玉米片，烘烤和烘烤属性的平均香气强度更高。通常，造成全谷物玉米膨化膨化过程中感知差异的化合物与美拉德反应产物（例如2-乙基-3,5-二甲基吡嗪和2-乙酰基-2-噻唑啉）的含量升高相关。
Smith, K.; Peterson, D.G. Identification of AromaDifferences in Refined and Whole Grain Extruded Maize Puffs. Molecules 2020, 25,2261. https://doi.org/10.3390/molecules25092261
3、日本烤大麦茶（Mugi-Cha）的主要气味-裸大麦制烤大麦茶与脱壳大麦制烤大麦茶之间的差异
通过溶剂提取和溶剂辅助风味蒸发（SAFE）从烤大麦茶中提取的挥发物进行了比较，该烤麦茶是用去壳大麦或裸大麦制备的，其香气提取物稀释度分析结果为27，具有气味稀释度的气味活性化合物因数（FD因数）为64-1024。通过静态顶空分析检测到另外5种气味。对这32种化合物的定量分析显示，裸大麦茶和去壳大麦茶中分别有22种和23种增香剂，其气味阈值超过了阈值。根据这些数据，两种大麦茶变种的香气都成功地用参考化合物重构。气味活性值（OAVs =浓度/气味阈值）的计算和遗漏测试表明，2-甲氧基苯酚（OAVs69和160）和反式异丁香酚（OAVs 1.4和31）是导致烟熏中浓烟味的关键化合物。去壳的大麦茶。在裸露的和去壳的大麦茶中，其他重要的气味物质包括2-乙酰基吡嗪（OAV23和16），2-乙酰基1-吡咯啉（OAV 19和16）和3-甲基丁醛（OAV 12和15）。
SotaroTatsu, Yoshihide Matsuo, KoichiNakahara, Thomas Hofmann, and Martin Steinhaus. Key Odorants in Japanese RoastedBarley Tea (Mugi-Cha)—Differences between RoastedBarley Tea Prepared from Naked Barley and Roasted Barley Tea Prepared fromHulled Barley. J. Agric. Food Chem. 2020, 68, 9, 2728–2737
4、藜麦粉替代米粉对无麸质手指饼的理化、营养、挥发性和感官指标的影响
研究了用藜麦粉(QF)部分或全部替代米粉(Rf)(25%、50%、75%和100%)对手指饼干的理化、营养和感官特性以及挥发性物质的影响。所有以藜麦为基础的配方都对面包皮的颜色产生了积极的影响，使其具有较低的“明度”和较高的“红度值”，从而使饼干的面包色更具吸引力。QF含量越高的饼干结构也越好，因为它们更柔软。用QF替代RF显著改善了饼干的营养状况，蛋白质、脂肪、灰分、总可溶性(SP)和不溶性多酚(IP)、类黄酮和抗氧化活性水平都随着替代率的增加而线性增加。补充藜麦导致挥发性化合物的增加，这些挥发性化合物几乎总是以积极的嗅觉属性为特征。感官分析显示，QF的最大替代率可能是50%，因为较高的百分比会因为草本植物和苦味的存在而削弱可接受性，即使消费者也认为这些样品更健康，触感更柔和。
Cannas, M.; Pulina,S.; Conte, P.; Del Caro, A.; Urgeghe, P.P.; Piga, A.; Fadda, C. Effect of Substitution of RiceFlour with Quinoa Flour on the Chemical-Physical, Nutritional, Volatile andSensory Parameters of Gluten-Free Ladyfinger Biscuits. Foods 2020, 9,808. https://doi.org/10.3390/foods9060808
5、不同高粱品种挥发性成分的GC-MS和HS-GC-IMS分析
生高粱的酯类化合物中十六酸乙酯含量最高。
蒸煮可形成较多的脂肪醛，且呈品种依赖性。
2-戊基呋喃是一种关键的挥发性物质，尤其是在熟制高粱中。
用OAV+ANOVA分析挥发性化合物的特征。
XiaojingFan, Xin Jiao, JinguangLiu, MengJia,Chris Blanchard, ZhongkaiZhou,Characterizing the volatile compounds of different sorghum cultivarsby both GC-MS and HS-GC-IMS,Food Research International,Volume 140,2021,109975,
6、气相色谱-质谱法分析小米粥瓶内蒸煮后的挥发性香气成分
建立了一种分析谷子香气成分的试管蒸煮方法
在40分钟内，煮制时间越长，挥发物含量越高
小米面粉在煮制过程中释放出的香气化合物比小米谷物多
广受欢迎的金桂21号比其他品种释放出更高水平的香气化合物。
Zhang, Y., Yang, N., Fray, R. G., Fisk, I., Liu, C., Li,H., & Han, Y. (2018). Characterization of volatile aroma compounds after in-vialcooking of foxtail millet porridge with gas chromatography-mass spectrometry.Journal of Cereal Science, 82, 8–15. doi:10.1016/j.jcs.2018.05.003
7、顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法分析不同新鲜湿面品种的挥发性成分
采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用(SPME-GC-MS)技术，对4种不同面条中醛、醇、酮、酯、酸、酚、醚等芳香族化合物的变化进行了评价和分析。熟面条的总挥发性化合物含量高于生面条。马铃薯/小麦面条样品中的总挥发性化合物主要含有醛类化合物，且总挥发性物质含量高于小麦面条样品。熟面条样品中总挥发性化合物含量高于生面样品。马铃薯/小麦面条中的挥发性化合物在煮熟的面条样品中含有较多的醇类化合物，而在生面样品中含有较少的酮类化合物。醛类物质可能对提高马铃薯/小麦面条的香气有一定的价值。在贮藏期间，这些化合物可能会强烈影响马铃薯/小麦生鲜面条的香气和风味。醛的数量变化不大，酸的数量急剧增加。这些结果为更好地理解马铃薯/小麦面粉鲜面样品与小麦面条样品挥发性成分的差异提供了依据。本研究将为进一步研究面条中的挥发性物质提供参考。
Yan Wu, Shan Liang, YanyanZheng, Min Zhang. Volatile Compounds of Different Fresh WetNoodle Cultivars Evaluated by Headspace Solid-Phase Microextraction-Gas Chromatography-MassSpectrometry. An. Acad. Bras. Ciênc. vol.92 no.3 Rio de Janeiro 2020 Epub Nov 27, 2020.http://dx.doi.org/10.1590/0001-3765202020190063
8、青稞酒发酵过程中与风味产生相关的微生物动态研究
青稞酒酿造过程中微生物群落的演替。有机酸和挥发物随发酵时间的不同而不同。进行了基于O2PLS的相关分析。醋杆菌、明串珠菌、芽孢杆菌、根霉与主要风味相关。
Lingxi Guo, Yeming Luo,Yuan Zhou, Ciren Bianba, Hui Guo, Yemeng Zhao, Hongfei Fu,Exploring microbial dynamics associated with flavours production during highland barleywine fermentation,Food Research International,Volume 130,2020,108971
谷物产品香气类型主要受加工方式和品种的影响，其香气类型可分为：
烤香型、煮香型、发酵香型、混合香型、茶香型
谷物产品香气类型主要受加工方式和品种的影响，其香气成分可分为：
吡嗪类、醛酮类、醇酯类、酚酸类、内酯类等
谷物香气物质与香韵/感官相关性
食品中挥发性成分的典型复杂性是原料在加工过程中原有化学成分的改变，以及酶和热/化学反应催化的不同化学组内部和不同化学组之间相互作用的结果。
1、结合GC-MS和GC-IMS分析不同处理方式下玉米的挥发性风味物质
从图中可以看出，经不同方式处理的玉米在花甜香的香气方向比较接近，且均以花甜香和脂肪青香为主，在蒸玉米中体现的尤为明显。花甜香主要由壬醛、癸醛、苯乙醛等醛类化合物贡献，脂肪青香主要是因为正己醛、反-2-壬醛、辛醇等所带来。其中，对照玉米更多的是蔬菜样豆青香，考虑到主要是受2-戊基呋喃的含量的影响；冻干玉米和炒玉米中由苯甲醛带来的苦杏仁的香气较明显，脂质氧化被认为是导致甜玉米冻藏期间产生不良风味的重要因素之一。吡嗪类物质对炒玉米中的坚果烤土豆的特征风味贡献较大；预冷玉米中各类风味较为均匀；煮玉米、蒸玉米和清洗玉米香气轮廓最为接近，速冻玉米和漂烫玉米最为接近，与指纹图谱所得结论基本一致。
孙嘉卿, 冯涛, 张灿, 张康逸. 结合GC-MS和GC-IMS分析不同处理方式下玉米的挥发性风味物质. 粮油食品科技. 2021, (1) :1-9.
2、结合GC-MS和GC-IMS分析不同处理方式下青豆的挥发性风味物质
从图中可以看出，经不同方式处理的青豆在蜡状醛香的香气方向比较接近，且均以蜡状醛香和脂肪青香为主。蜡状醛香主要由3，5-辛二烯酮、反-2-癸烯醛、壬醛、癸醛、反-2-己烯醛等醛酮类化合物贡献，脂肪青香主要是因为正己醛、(E)-2-庚烯醛、庚醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、反-2-辛烯醛等所带来。其中正己醛被认为是豆腥味的典型代表，是亚油酸在脂肪氧合酶作用下发生酶促反应裂解后产生的。其中，对照、漂烫、清洗青豆的风味轮廓图较为相似，依旧以蜡状醛香为主，且含量有所增加，考虑到是加工过程中醛类物质增加所致，与上文结论一致；绿色脂肪、蘑菇干草、以及蔬菜的青香有所增加，贡献相当，考虑到主要是2-正戊基呋喃等化合物含量增加所致，而2-正戊基呋喃是食品热加工中美拉德反应的典型产物。
冯涛, 孙嘉卿, 张灿, 张康逸. 结合GC-MS和GC-IMS分析不同处理方式下青豆的挥发性风味物质. 粮油食品科技. 2021, (1) :10-19.
3、结合GC-MS和GC-IMS分析不同处理方式下青麦仁的挥发性风味物质
从图中可以看出，经不同方式处理的青麦仁在绿色脂肪的香气方向比较接近且以此为主，绿色脂肪主要由正己醛、庚醛、顺-3-壬烯-1-醇、反-2-辛烯醛、反式-2-壬醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、反式-2,4-癸二烯醛等醛类化合物贡献，尤其是冻干处理的青麦仁，其绿色脂肪样香气相对占比尤为高，考虑到是冻干处理导致醛类物质含量增加，与上文指纹图谱结论一致。
其中，对照、漂烫、清洗青麦仁的风味轮廓图较为相似，依旧以绿色脂肪为主，且含量相当，在经清洗以及漂烫处理后，蘑菇干草香有所降低，可能是1-辛烯-3-醇等物质含量的减少所致，而蜡状醛香的贡献稍有增加，可能是壬醛、癸醛、反式2-己烯醛等醛类物质增加所致，与上文结论一致；经炒制处理的青麦仁风味轮廓图与其他处理方式差异最大，尤其是蘑菇干草香含量下降明显，与上文经炒制处理后青麦仁醇酮类物质减少的结论一致；速冻、预冷以及蒸煮处理方式下的风味轮廓图较为相似，体现在蔬菜青香（2-正戊基呋喃等化合物含量增加所致）、柑橘果香（甲苯等化合物含量增加所致）都有所增加，蜡状醛香有所下降。与上文GC-IMS谱图变化趋势一致。
张康逸， 孙嘉卿 ，张灿 ，冯涛. 结合GC-MS和GC-IMS分析不同处理方式下青麦仁的挥发性风味物质. 粮油食品科技.2021, (1) :20-30.
4、仙草胶/大米挤压制品挥发性成分的GC-MS和电子鼻分析
综上所述，不同MBG添加量(0~20%)的大米膨化产物的有机浸出物在0%MBG的膨化产物与其他水平的MBG膨化产物之间差异较大，而电子鼻香气特征在5~20%MBG添加量的大米膨化产物中差异不大。基于电子鼻的PCA和LDA分析表明，这些样品和香气特征是完全不同的。雷达地形图结果显示，不含MBG的样品与其他水平的MBG样品相比，差异有显著性(P<0.0 5)。此外，结合GC-MS数据的主成分分析和HCA分析还表明，不添加MBG的大米膨化产物产生的风味与大米的香气密切相关，而添加其他水平的MBG的大米膨化产物产生的风味与某些草药香精高度相关。由此可见，大米膨化产品的差异主要是由大米香气和中草药香精造成的。此外，电子鼻可以被视为一种有用的方法，可以直接根据这些样品的挥发性香气成分来区分这些具有知名配方的样品。
Feng,T., Zhuang, H., Ye, R., Jin, Z., Xu, X., & Xie,Z. (2011). Analysis of volatile compounds of MesonaBlumes gum/rice extrudates via GC–MS andelectronic nose. Sensors and Actuators B: Chemical, 160(1), 964–973. doi:10.1016/j.snb.2011.09.013
·谷物香气物质与香韵/感官相关性主要通过GC-O，GC-MS和感官评价结合数理统计学方法PCA、PLS等进行，可以找出每种谷物的香气物质和香韵之间的对应关系，这一工作可以帮助谷物确定其加工方向
（本内容由上海应用技术大学现代食品风味与营养创新团队制作）