《食品科學》：河南工業大學李慧博士等：糧食氣味物質的提取、關鍵組分判別及其在儲藏中的應用研究進展

糧食儲備在國民經濟發展中占有重要的戰略地位，對于保障國家糧食安全具有重要意義。近年來，通過對氣味物質定性或定量分析快速檢測糧食狀態的研究受到廣泛關注。目前，國內外研究在大米、小麥、玉米等重要谷物及其他雜糧的氣味物質方面取得了一定的進展，其中在大米的氣味物質中已經鑒定出500 種以上的揮發物，而在小麥和玉米的氣味物質中，也已經鑒定出超過300 種揮發物，這些氣味物質主要包括烴類、醇類、酮類、酸類、醛類、脂類、芳香族及部分雜環化合物（表1）。通過對糧食氣味物質的提取、鑒定、定性、定量及判別分析，可獲取關鍵指標和特殊標記物，進而實現對糧食狀態的快速檢測及鑒定。

河南工業大學糧食和物資儲備學院的李慧、洪習文、王爭艷等就糧食氣味物質提取與檢測技術、關鍵氣味物質判別方法、代謝途徑及氣味物質在糧食儲藏中的應用進行綜述，以期為氣味物質在糧食綠色儲藏領域的研發推廣提供參考。

1 氣味物質提取及檢測技術

隨著對糧食氣味物質研究的逐漸深入，多種提取、分析與檢測技術在該領域得到了廣泛應用，如SDE、SFE、SPME被應用于糧食氣味物質的提?。籊C、GCMS、GC-IMS和E-nose等技術被應用于糧食氣味物質組分的檢測及定性、定量分析（圖1）。

1.1 氣味物質提取技術

目前多種氣味物質提取技術被用于糧食氣味物質的鑒定，其各有優缺點（表2）。SPME是最常用的糧食氣味物質提取技術，具有操作簡單且可以有效避免溶劑污染的特點。為縮短操作時間、減少目標物分解，研究人員在SPME基礎上開發了HS-SPME。徐鑫等利用HSSPME對小麥粉氣味物質進行提取，共提取到24 種揮發性物質；Hu Shengying等利用HS-SPME從22 個水稻樣品中提取出22 種揮發物；牛永浩利用HS-SPME從小麥、谷蠹和受谷蠹侵染的小麥樣品中提取到40 種不同的氣味物質，其中環戊烷酸戊酯和2-噻吩羧酸酯在谷蠹侵染小麥樣品中的含量遠高于在小麥和谷蠹樣品中的含量，此外，其還從面粉、赤擬谷盜和赤擬谷盜侵染的面粉樣品中分別提取到26、30、38 種揮發性組分。

1.2 氣味物質檢測技術

1.2.1 GC-MS

GC-MS是目前最常用的糧食氣味物質檢測技術，基于此技術，諸多研究已經對多種儲糧的氣味物質組分進行了鑒定。如馬良等利用GC-MS研究常溫條件下玉米儲藏過程中揮發物組分的變化情況，發現醛類和脂類物質含量較高，且隨儲藏時間的延長呈先上升后下降趨勢；石嘉懌等利用GC-MS從粳稻中鑒定出84 種揮發物，并發現烴類物質是粳稻揮發物的主要組分。為避免吸附過程中化學氣味物質組分的損失，研究人員在GC-MS基礎上開發出HS-GC-MS，如Ch等利用HS-GCMS檢測中國、越南和印度等國家大米樣品的揮發性成分并成功實現大米產地溯源。

1.2.2 GC-IMS

GC-IMS是近年來逐漸引入糧食揮發物組分研究的一種新型檢測技術，可以檢測糧食真實狀態下的氣味物質組分。如Zhao Qingyu等利用HS-GC-IMS分析不同儲藏溫度下稻谷氣味物質的變化，發現硫化物含量的增加、乙酸乙酯和1-己醇含量的降低可指示稻米品質的劣變程度；Liu Jinguang等利用GC-MS、GC-IMS分析大米黃化過程中氣味物質變化情況，發現大多數氣味物質含量在大米黃化過程中減少，而1,2,4-三甲基苯含量的增加和苯酚含量的減少可作為大米黃化的指示性標記；王熠瑤等利用GC-IMS分析不同儲藏時間和儲藏條件下糙米揮發性物質的變化情況，從8 類糙米樣品中鑒定出59 種揮發物，其中乙酸乙酯、乙酸丙酯、1-丙醇、戊醛、庚醛等物質含量隨著儲藏時間的延長而減少，這可能是糙米香味流失的關鍵因素；此外，該研究還發現乙偶姻含量可以用于評估儲藏期間糙米受霉菌污染程度。

1.2.3 E-nose

E-nose通過多種氣體傳感器捕獲環境中的氣味分子，并利用計算機算法對氣味分子進行識別，從而實現對糧食氣味物質的實時、快速、無損檢測。鄭豪男等依據E-nose對不同霉變程度小麥的響應數值構建小麥霉變程度預測模型，實現了對小麥3 種不同霉變程度的精確預測；Rahimzadeh等將E-nose系統和無監督算法相結合，能夠快速檢測大米儲藏過程中的香氣變化；而Liu Tong等對E-nose獲取的數據進行概率神經網絡分析，可以定性識別大米實際儲藏期。

2 糧食關鍵氣味物質的判別方法及代謝途徑

2.1 糧食關鍵氣味物質組分的判別方法

糧食氣味物質繁雜多樣，且受到糧食品種、儲藏條件、生物危害等多種因素影響，其中關鍵特征氣味物質可以準確反映糧食的狀態。目前糧食關鍵氣味物質主要通過PCA、PLS-DA和OPLS-DA等判別方法進行分析鑒定。

PCA通過降維和正交變換將數據信息轉化成少數幾個相互獨立、具有代表性的綜合信息指標（即PC），根據其貢獻率判斷指標權重值，再通過載荷矩陣即可實現關鍵影響因子的篩選，排除了人為因素，具有很強的客觀性和全面性。如康文翠等基于PCA實現了不同儲藏時間的蘇軟香型米的有效區分，且載荷因子分析表明，壬醛、2-甲基丁醛、正己醛和2-戊基呋喃是區分不同儲藏時間蘇軟香型米的關鍵因子；黃宗文等基于PCA對赤擬谷盜成蟲侵染后的小麥粉揮發物進行判別分析，發現1,2-15,16-二環氧十六烷、(

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)-3-二十碳烯、1-十二烯、環十二烯、1-十五醇、4-異丙基-1,3-環己烷二酮、羥甲基環丙烷、1-十三烯、(

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)-2-庚醛、戊醛和17-十八炔酸和甲基苯醌等揮發物是赤擬谷盜危害小麥粉的特征物質；嚴松等對不同霉變程度小麥的氣味物質進行PCA和載荷分析，發現1-辛烯-3-醇是小麥霉變過程中的特征揮發物。因此，利用PCA可實現不同儲藏時間或蟲霉危害程度糧食的關鍵氣味物質篩選。

由于糧食的氣味物質較為復雜，PCA可能并不能很好地區分樣本組間差異，為更好地區分樣本的組間差異，常采用有監督的統計方法（PLS-DA和OPLS-DA）對糧食氣味物質進行分析。

PLS-DA通過對數據進行分組能更好地分析樣品組間差異。Cervellieri等通過PLS-DA發現醋酸、1-己醇、1-辛烯-3-醇、己醛、2-壬烯醛、2-戊基呋喃、2-乙基己醇和苯甲醇8 種揮發物可用于區分意大利硬粒小麥制作的面食和摻雜其他小麥制作的面食；Starr等通過PLS-DA法分析81 個品種小麥的揮發物，發現乙酸乙酯、丁酮、丙酮、異丙酮、3-環庚烯-1-酮、正戊基呋喃和甲基丙醛等揮發物是地方小麥品種的特征揮發物，其中δ-3-蒈烯、萜烯、莰烯和杜松烯是奧地利小麥的主要揮發物，而法國、丹麥和英國的小麥樣品中檢出較高含量的1,8-桉樹腦、對傘花烴、2-甲氧基-3-丙基吡嗪、2-甲基呋喃、甲基磺酰甲烷和四甲基吡嗪。

OPLS-DA是在PLS-DA基礎上使用不同的預測和正交分量解釋組間和組內變化，篩選出用于區分樣本的特征變量。如Zhao Qiyan等利用OPLS-DA法分析我國不同地區粳米的揮發物，發現己醛、3,5-八烯-2-酮、2-丁基-2-辛烯等多種揮發物可以用于區分粳米的產地和品種；Zhou Chenguang等利用OPLS-DA法分析糙米和發芽糙米的揮發物差異，發現丁醛、(

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)-2,4-癸二烯醛、庚醛、戊醛、己醛、1-己醇、1-辛-3-醇、乙醇、2-庚酮、乙酸甲酯、十六烷酸乙酯和2-AP等15 種揮發物是區分糙米和發芽糙米的關鍵揮發物。

2.2 糧食關鍵氣味物質的代謝途徑

在儲藏過程中，谷物氣味物質的產生主要與脂質的氧化分解有關，近年來已有研究從分子層面解析谷物關鍵氣味物質的代謝途徑（圖2）。Liu Jinguang等研究發現，6-甲基-5-庚烯-2-酮、6,10,14-三甲基-2-十五烷酮、1-辛烯-3-醇、壬酸乙酯、己酸乙酯等10 種揮發物可作為指示水稻黃化的標志性揮發物，其中6-甲基-5-庚烯-2-酮可用于監測水稻黃化程度，經進一步代謝組學分析發現，6-甲基-5-庚烯-2-酮由丙酮酸酯和乙酰輔酶A經甲基赤蘚糖醇磷酸途徑和甲羥戊酸途徑產生。醛類物質是谷物主要的氣味物質組分，主要由脂肪酸經氧化分解生成，其中己醛是水稻中最重要的氣味物質之一，被認為由亞麻酸氧化分解產生。醇類是另一類重要的谷物氣味物質，常被認為是不飽和脂肪酸的次生代謝產物，由醛類物質進一步分解形成，其中1-辛烯-3-醇常被作為評估水稻陳化及霉變程度的特征揮發物。此外，酚類和雜環化合物也是谷物氣味物質的關鍵組分，由脂質氧化或美拉德反應生成。

香米由于其香氣獨特，頗受消費者喜愛。研究發現，2-AP是香米主要特征性氣味物質。利用同位素示蹤法探究2-AP的合成前體，發現脯氨酸、谷氨酸是2-AP合成過程中的主要氮源，而鳥氨酸和精氨酸也可能是2-AP的合成前體。代謝組學聯合轉錄組學分析表明，在香米品種中存在非功能性甜菜堿醛脫氫酶2（BADH2），可將

-氨基丁醛轉化為中間化合物Δ 1 -吡咯啉，而Δ 1 -吡咯啉則與甲基乙二醛經非酶促反應生成終產物2-AP；但非香米品種中的BADH2為功能性BADH2，主要將

-氨基丁醛轉化為

-氨基丁酸，生成2-AP，最終無法呈現香米的獨特香氣。此外，有研究發現，Δ 1 -吡咯啉-5-羧基酸、腐胺等也是生成2-AP的重要中間產物，這些中間產物的積累則與吡咯啉-5-羧酸合酶、鳥氨酸轉氨酶、鳥氨酸脫羧酶、二胺氧化酶等多種酶的含量及活性有關。2-AP生成途徑如圖3所示。

3 氣味物質在糧食儲藏中的應用

氣味作為評價糧食品質及狀態的重要指標之一，逐漸受到研究者的廣泛關注。研究表明，氣味物質在糧食行業多個領域中均具有重要的應用價值（圖4）。

3.1 糧食新陳度檢測

糧食陳化會導致其食用品質及商品價值下降，及時檢測陳化糧并進行輪轉是維護我國儲糧安全的重要手段。通過檢測特征氣味化合物可以實現對糧食新陳度的監測。

研究表明，2-AP、醛類和雜環類化合物是陳化大米的指示性揮發物。2-AP是香米的特征揮發物，在香米陳化過程中，其含量將顯著降低。醛類物質的含量隨著大米儲藏時間的延長顯著增加，其中己醛可以作為大米陳化的指示物，當其相對含量超過40%時，即可判定大米變質；Lin Hao等利用GC-MS分析不同儲藏時間（1～10 個月）大米樣品的揮發物，發現在大米儲藏過程中18-冠醚-6的相對含量從儲藏初期的30%降低至儲藏后期的7%，可作為大米陳化標志物。

揮發物的相對含量也可指示小麥和玉米的新陳度。龐林江等利用E-nose采集不同小麥樣品的氣味信息，基于PCA實現了不同年份陳化小麥及摻雜25%、37.5%或50%陳化小麥樣品的有效區分；周顯青等通過分析新收獲玉米和不同陳化程度玉米樣品揮發物變化情況發現，儲藏3 a的玉米樣品中丙酮和己醛含量是新收獲玉米樣品中丙酮和己醛含量3 倍以上，兩者可作為陳化玉米的指示性揮發物。

3.2 倉儲環境有害生物檢測

通過檢測儲糧揮發物組分的變化情況，可以推測害蟲發生情況并及時實施防控。如Nouri等設計了基于E-nose的在線害蟲監測系統，通過建立統計和預測模型，實現了對面粉中地中海粉螟蟲口密度的精確監測，其中5 齡幼蟲的預測準確率可達90%；He Peihuan等利用GC-MS結合固相傳感平臺，檢測受玉米象和米象侵染大米的氣味物質種類及含量變化，對大米是否受害蟲侵染及害蟲發生種類進行了準確監測；Tian Xuemei等利用HS-SPME和GC-MS分析不同溫度下受赤擬谷盜侵染糙米的氣味物質，發現1-十五烯僅在赤擬谷盜侵染糙米中存在，可作為儲藏過程中糙米是否發生赤擬谷盜侵染的指示性揮發物。

霉菌侵染不僅會造成儲糧營養成分損失，其在生長過程中還會產生真菌毒素等多種有害物質，危害消費者健康，因此檢測儲糧中有害微生物發生情況是保障儲糧安全的重要舉措。Duan Yaxian等利用GC-MS和PCA對黃曲霉侵染小麥的揮發性物質進行分析，發現1-辛烯-3-醇含量與黃曲霉數量密切相關（Pearson相關系數為0.983），并基于納米多孔改性顏料設計比色傳感器，能夠在6×10 -6 mg/kg水平下準確定量1-辛烯-3-醇，進而實現小麥中黃曲霉的無損、準確定量；Zhang Jixiang等利用GC-MS證實，早期霉變粳米的霉變指標（1-辛烯-3-醇和3-辛酮）與E-nose W2S傳感器響應值和菌落總數高度相關，由此可見，GC-MS結合E-nose可以實現粳米霉菌污染的早期檢測；Li Hongbo等利用HS-GC-IMS分析儲藏過程中侵染黃曲霉玉米的氣味物質變化，認為乙酸乙酯-D和3-羥基丁烷-2-酮-D可作為早期玉米受黃曲霉侵染的指示性物質。

3.3 倉儲環境有害生物防控

害蟲是影響食品質量安全的重要因素，利用氣味物質誘捕或迷向技術可以大面積誘殺害蟲或干擾害蟲正常交配，達到防治效果。研究表明，大量釋放合成信息素可以干擾煙草甲雄蟲對雌蟲的定位，影響成蟲正常交配行為，以達到降低蟲口密度、減少害蟲為害的目的；Collins等發現反-2-壬烯醛和對乙基苯乙酮對鋸谷盜、谷象和銹赤扁谷盜均有明顯的引誘效果，具有較好的開發潛力。此外，有研究表明一些植物天然揮發性成分也對倉儲害蟲具有毒害作用，如Zhang Ying等通過對比抗性和敏感水稻品種間揮發物差異，發現戊酰胺可能與稻谷對儲糧害蟲的抗性有關，且施用8%（

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）戊酰胺粉末可以有效降低儲藏期間麥蛾對稻谷的危害；Cui Kaidi等發現谷物揮發性化合物反-2-己烯醛可作為儲糧熏蒸劑對赤擬谷盜進行防控，其對赤擬谷盜的多個發育階段均具有良好的殺蟲活性。

微生物污染是影響儲糧安全的重要因素，研究表明，部分儲糧攜帶的微生物產生的氣味物質可以抑制儲糧中產毒真菌的生長并降低毒素污染水平，如Farbo等發現，酵母揮發性氣味物質可以抑制赭曲霉和炭黑曲霉的生長和產孢，降低赭曲霉毒素A的產量；Tilocca等也證實，暴露于酵母揮發物或其主要揮發性組分2-苯乙醇條件下的炭黑曲霉生長受到抑制，且毒素產量降低。Jaibangyang等從泰國水稻、甘蔗和玉米葉片中提取并鑒定了49 種能夠產生抗真菌揮發物的酵母菌，其中揮發物組分1-戊醇對黃曲霉菌絲生長和分生孢子萌化具有較強的抑制作用，且能夠有效降低玉米籽粒中黃曲霉毒素的產生；Qin Yuliang等發現谷物揮發物成分1-辛醇可作為儲糧天然殺菌劑，模擬實驗證實利用300 μL/L 1-辛醇熏蒸谷物能夠完全抑制水分質量分數為20%的小麥、玉米和稻谷中黃曲霉的生長。

3.4 其他應用

以次充好問題在糧食生產及加工領域十分突出，而氣味物質分析被認為是一種能夠快速、準確鑒定摻假糧的重要工具。Jie Yu等利用HS-SPME-GC-MS評估我國3 種主要香米品種和2 種非香米品種的香氣組分，發現乙酰乙酮是香米和非香米的關鍵差異組分。一些不良商販還會在非香米中添加大米香精以達到造假的目的，這增加了摻假香米檢測的難度，而Peng Jinfeng等在選擇離子監測模式下，采用GC-MS實現了大米香精、天然香米和人工香米的準確鑒別。此外，我國一些地理標志產品如五常大米的造假、摻假問題也十分突出，黃亞偉等利用HS-SPME/GC-MS檢測五常香米、五常糯米的氣味物質，發現3,5-二甲基己醇、二十四醇、丙烯酸-2-乙基己酯、十一醛和正壬醇是五常香米的特征風味物質，而己酸乙烯基酯、2-庚烯-4-醇、3-壬烯-2-酮和(

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)-氧代環十七碳-8-烯-2-酮僅在五常糯米中存在；劉瑤利用SPME-GC-MS分析對比泰國香米和我國五常大米香氣成分差異，發現香草醛、3-甲基苯酚、2-氨基-3,5-二氮-4H-咪唑-4-酮是構成五常大米特征風味物質的關鍵組分。因此，針對糧食以次充好、造假、摻假等問題，對其進行特異性氣味指紋圖譜庫的構建顯得尤為必要。

4 結 語

近年來，隨著氣味物質提取和檢測技術在儲糧領域的應用，大量與主糧相關的氣味物質被鑒定出來，這為糧食品質評價、糧食品種鑒定、糧食儲藏環境中有害生物檢測等提供了巨大的助力，但是目前在糧食氣味物質研究及實際應用領域還存在一些不足，主要體現在：1）重要雜糧如小米、燕麥、大麥等氣味物質的研究進展緩慢，同時我國大量的地理標志谷物品種的特征性揮發物也還未得到充分鑒定；2）目前多數研究仍停留在對樣品不同氣味物質的鑒定及概述性分析，未來應充分利用人工智能，對數據進行深入挖掘分析，創新算法模型，以實現糧食品質狀態的快速、準確預測和精準調控；3）對已經鑒定的大量糧食氣味物質的應用仍停留在實驗室階段，基于這些氣味物質開發新產品、新技術，實現糧食品質的客觀評定，還需要進一步研究探討。

隨著稻谷、小麥氣味物質鑒定工作的逐漸完成，針對糧食氣味的研究重點將逐步轉入對玉米、雜糧和一些特殊品種糧食氣味物質的鑒定，以進一步擴大、完善糧食的氣味指紋圖譜數據庫。同時，通過研究不同儲藏、加工方式對糧食關鍵氣味物質的影響，精準剖析儲藏過程中糧食氣味物質的動態變化，深入挖掘糧食關鍵氣味物質及其代謝途徑，創新構建相關預測模型，將會是發展智慧儲糧建設、指導我國糧食安全儲藏工作的重要一環。此外，隨著化學藥劑在糧食倉儲行業的使用逐漸受到限制，植物源氣味物質在糧食安全儲藏中的應用研究正逐步開展，并且將可能成為糧食綠色儲藏藥劑的極佳來源。

引文格式：

李慧, 洪習文, 王爭艷, 等. 糧食氣味物質的提取、關鍵組分判別及其在儲藏中的應用研究進展[J]. 食品科學, 2025, 46(1): 266-273. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20231018-149.

LI Hui, HONG Xiwen, WANG Zhengyan, et al. Research progress on the extraction and identification of key components of grain odorants and their applications in grain storage[J]. Food Science, 2025, 46(1): 266-273. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20231018-149.

實習編輯：甘冬娜；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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