稻米香味檢測的研究進展

1. 引言 Open Access 生產上等稻米，可提高稻谷的商品率，保障生產者(農戶和育種單位)，銷售者(大米加工企業和終端 零售)和消費者各方利益，從而有利于水稻產業的可持續發展[1] [2]。香味是稻米品質*重要的性狀之一， 香味程度會影響消費者的購買意愿及決定是否再次購買，所以香味的市場隱含價格較高[3] [4]。香米的價 格比普通稻米常高出多倍，一些高價的上等品牌米可能摻有香米或香料[5] [6] [7] [8] [9]。2017年的中央 一號文件指示“確保口糧****，重點發展上等稻米”，以滿足稻米消費市場需求。鑒于稻米香味性 狀的重要性，科研人員對稻米香味的化學組成，遺傳基礎和分子機制進行了廣泛研究，并開發了檢測稻 米香味的諸多方法。 

2. 稻米的香味成分 

3. 稻米香味控制的遺傳及分子基礎 
水稻中已鑒別出近500種揮發性化合物，這些化合物的濃度及其可感受的閾值構成了不同稻米的香
味[10]。2-AP (2-乙酰基-1-吡咯啉，2-acetyl-1-pyrroline)、1-辛烯-3-醇、正己醇、己醛和辛醛等揮發性成
分是稻米的關鍵風味化合物[11]。不同香米品種的香味濃烈程度和類型可能不同，可分為爆米花、
紫羅蘭和山核桃等香型[12] [13]。研究認為2-AP是稻米香味的主要成分,可使米飯呈現甜香氣味，而乙酸
乙酯和辛酸乙酯等酯類物質對米飯風味起烘托作用，使米飯香氣溫潤和飽滿[14] [15]。2-AP是一種低沸
點小分子雜環化合物，具有烤面包、堅果和爆米花的香氣，每千克天然香米的2-AP含量常低至微克[12] 
[16]。2-AP 在空氣中具有極低的氣味閾值(0.02 ng/L)，香米中極低含量的2-AP也能被人類嗅覺系統所感
知[17]。因此，2-AP含量已作為衡量香稻品質的重要指標[16]。 
水稻的香味主要受第8號染色體上的一個隱性基因(badh2, fgr, LOC_Os08g32870)控制[18]。OsBADH2
編碼一個甜菜堿醛脫氫酶,顯性基因抑制2-AP的生物合成，所以含全長BADH2的水稻沒有香味[19]。突
變的badh2導致BADH2 蛋白功能缺失，促進2-AP的積累，使水稻具有香味[19] [20]。badh2的功能等
位變異主要包括第7外顯子有8bp缺失和第2外顯子有7bp缺失[20] [21]。badh2受到強烈的人工選擇，
超過80%的香米資源有第7外顯子的8bp缺失[22]。 
稻米香味除受2-AP的影響外，其他香味物質對也有一定的作用，但其機制有待進一步研究[4]。 
4. 稻米香味的檢測 
4.1. 基于質譜技術的化學分析 
目前，研究人員用水、鹽酸、乙醇、二氯甲烷、CO2等溶劑分離純化稻米中的香味化合物，然后對
16 
食品與營養科學 
DOI: 10.12677/hjfns.2021.101003 
陳庭 等 
純化的物質進行檢測或結構分析。Nadaf等對Basmati及其他香米樣品進行水蒸氣減壓蒸餾，再用二氯甲
烷對收集的水蒸氣冷凝物進行萃取，進一步濃縮、干燥后進行 GC/MS (Gas chromatography/mass spec
trometer)分析，測得幾種香米中2-AP的含量范圍是0.028~0.061 mg/kg [23]。Limpawattana 等對100 g大
米加入150 mL蒸餾水蒸煮，采用氣相色譜聞嗅法(Gas chromatography-olfactometry)，米飯有 13種香味屬
性，不同香米類型之間的風味差異遠比單一的2-AP的濃度變化要復雜得多[4]。Wijit等先用鹽酸溶液對
泰國香米種子中的揮發性成分進行提取，再用二氯甲烷反萃取，對純化后的化合物進行GC/MS檢測，
測出35 了種揮發性成分[13]。應興華等用無水乙醇和二氯甲烷提取結合GC/MS分析，發現清香米、泰
香R207、Texmati、桂香絲糯和健2號等5個品種中含有2-AP [24]。Hien等用乙醇萃取，采用氣相色譜-質譜/選擇離子掃描法(Gas chromatography-mass spectrometry-selected ion monitoring, GC-MS-SIM )檢測，
測出36個香米中2-AP 含量為0~430.7 μg/kg，不同香米品種的2-AP含量差別較大[25]。隨著質譜技術
的進一步發展，Lee等利用頂空固相微萃取(HS-SPME，Headspace solid phase microextraction)對無菌包裝
的即食香米飯進行檢測，發現 2-AP 是米飯中*重要的香味化合物[4]。孫謙等采用固相微萃取和氣相色
譜-質譜聯用(SPME-GC-MS)檢測稻米中的2-AP，用于快速鑒別香米真偽[26]。Hopfer等結合頂空固相微
萃取和氣相色譜-串聯質譜(Gas chromatography tandem mass spectrometry, HS-SPME-GC-MS/MS)實現了
單粒米中2-AP的定量測定[27]。 
總體來看，該類技術用溶劑提取，頂空(吸附)萃取和固相微萃取等分離香味化合物，然后用色譜質譜
分析，研究揭示了稻米香味的本質。該類技術常涉及較長周期的樣品準備、昂貴的設備和專業技術人員
對設備維護及操作，在一般的育種單位和大米加工企業不容易應用此類技術。由于2-AP已經實現人工合
成，市面可能存在“摻香”或“添香”情況，稻米加工企業、食品管理部門和消費者并不容易通過該類
技術判斷稻米香味的真實性。另外，育種單位及種子生產企業在選育過程中不能利用該類技術對雜合單
株和顯性單株進行判斷。 
4.2. 育種及加工過程中的簡單檢測 
4.2.1. 嗅聞法 
對抽穗開花期間的植株或成熟的稻米，可通過嗅聞樣品來判別香味的有無及香味的濃淡程度。自然
條件下，稻米或植株釋放出的香味可能較淡。為了增加香味，將稻米籽粒或稻株營養器官放在密閉玻璃
瓶內，加熱后嗅其香味[28]。堿可促進香稻中的2-AP揮發，研究人員將水稻樣品放入小玻璃培養皿中，
加氫氧化鉀溶液處理后聞嗅，用以判別香味的有無及評定香味的等級[29]。嗅聞法簡單易行，常在品種選
育和大米選購過程中采用，但由于缺乏客觀標準，其分析結果不一定準確可靠，可能錯失優良單株及材
料。 
4.2.2. 咀嚼法 
咀嚼品嘗糙米籽粒、市場銷售的大米或米飯，以評判有無香味及香味的濃淡程度。遺傳育種試驗中，
常將糙米橫切為兩半，咀嚼不含胚的那一半，若有香味，則將另一半含胚的糙米培育成香稻植株[12]。稻
米香味受遺傳基因的控制，也與一定的環境條件和存儲加工因素有關。個人對大米香味的感受能力不盡
相同，咀嚼法不一定能判斷稻米香味的真實性。由于badh2是隱性基因，咀嚼法和嗅聞法都不能對優良
的雜合或顯性純合單株進行判斷和選擇。 
4.3. 分子標記鑒定香味控制基因 
水稻的香味主要由badh2 控制，利用該位點的優良等位變異進行分子標記輔助香稻資源鑒定、恢復
系和不育系選育等已有大量研究(表1) [21] [22] [30]-[48]。約超過80%香米資源的badh2第7外顯子有8bp