背景
米饭，又称白饭，或简称饭，由稻米与水蒸煮而成（图1左图），是世界一半人口的主食和主要能量来源。随着人们对美味和健康食品需求的不断提高，米饭香气已成为评价米饭感官特性的重要指标。研究人员报道了几种类型的米饭香气，它们被描述为 淡味、烧焦味、酸味、黄油味、饼干味、坚果味、爆米花味、土豆味和花味 。其中，2-乙酰-1-吡咯啉（图1右图）是香米中最重要的挥发性化合物，具有爆米花般的香气。另外，淀粉、蛋白质和脂质是大米的主要成分，在蒸煮过程中，香气的形成也与这些成分之间复杂的化学反应密切相关，包括美拉德反应、脂质氧化等。下面分别介绍大米主要成分和烹煮方法对大米香气的影响。
图1 煮熟的米饭，和2-乙酰-1-吡咯啉的结构式
01
成分与香气的形成
蛋白质对熟米香气的贡献：大米中蛋白质对米饭香气特征的影响主要体现在两方面：一方面，蛋白质水解产生的氨基酸、肽类等参与 美拉德反应 生成醛、酮、呋喃、吡嗪等香气化合物；另一方面，蛋白质通过范德华力、离子键、氢键和疏水相互作用与香气化合物发生可逆或不可逆性结合，影响香气化合物释放。
脂质对熟米香气的贡献：脂质氧化是熟米香气形成的另一个重要途径（图3）。油脂中的不饱和脂肪酸，被空气中氧分子徐徐氧化的过程叫脂质氧化。在大米浸泡和蒸煮过程中，脂质氧化的内源性酶(脂肪酶和脂氧合酶)的活性提高，原大米中挥发物前体氢过氧化物的分解加速，淀粉-脂质复合物分解成脂肪酸， 不饱和脂肪酸生成共轭氢过氧脂肪酸，从而进一步被自氧化或酶降解为各种挥发性化合物，使得米饭闻起来更香 。此外，脂质自氧化或酶降解可以生成各种挥发性化合物，包括醛类化合物、酮类化合物、醇类化合物和酯类化合物等。醇类化合物，如己醇和辛醇通常具有沁人心脾的甜味和香气。
图2 脂质氧化对熟米香气的贡献
淀粉对熟米香气的贡献：大米淀粉通过美拉德反应影响熟米香气的形成。在蒸煮过程中，淀粉会吸收水分膨胀糊化，导致食物基质中水分分布状态发生明显变化，从而影响体系的粘度和美拉德反应物的迁移率，导致反应速率降低。同时，淀粉在加热过程中经过高温降解和酶解，生成的还原糖与氨基酸发生美拉德反应，生成挥发性芳香化合物，并随着蒸煮温度的升高和蒸煮时间的延长，大米中2-乙酰-1-吡咯啉等焦香化合物的质量分数逐渐升高，米饭因而变香。
02
稻米品种
对熟米香气的影响
乌鲁内米（Uruchi rice）因其具有甜味、坚果味和略带粘性的质地，是最受欢迎的日本米，常用来做寿司和饭团。麻薯米（Mochi rice）味道温和，略带甜味，由于淀粉含量高，这种大米煮熟后会变得非常粘软，非常适合制作米糕和糖果等。由此可见，稻米品种对熟米香气的影响源自于不同稻米品种中淀粉种类及含量的差异。
差示扫描量热仪（DSC）具有高度灵敏性，是研究大米中淀粉类型和含量的重要工具之一。图2显示了麻糬米和乌鲁内米的DSC热分析曲线。两种大米均在60°C和100°C之间观察到一个吸热峰，这是由淀粉的糊化所引起。然而，两种大米的糊化峰形状有差异，说明它们的淀粉组成不同。乌鲁内米中的淀粉由80%的支链淀粉和20%的直链淀粉组成，麻糬米中的淀粉由100%的支链淀粉组成。
我国科学家也在积极研究环境对水稻淀粉形成的影响。最近的研究发现，温度对水稻中淀粉的形成具有显著影响。通过对扬农1号水稻和扬农6号水稻进行不同的日间高温、夜间高温和全天候高温处理，水稻淀粉含量有明显不同，如图3所示。
图3 麻糬米和乌鲁内米的DSC曲线
图4 扬农1号水稻(a)和扬农6号水稻(b)经不同高温处理后其籽粒DSC曲线 (自制)
03
制作工艺影响香气的的形成
清洗：图4左图为大米清洗的过程。在烹饪前清洗大米通常可以去除灰尘和碾磨过程中产生的剩余麸皮。有些人喜欢把米放在水中反复的淘洗，这样反而会让营养流失，会让蒸好的米饭没有诱人的米香，所以在做米饭的时候应该适度洗米，最多淘洗不要超过三次，而且在淘米的时候不能过于用力揉搓米的表面。
浸泡：图4右图是浸泡大米的过程。不同浸泡温度和浸泡时间会导致米内源酶活性的差异，从而影响米蒸煮过程中香气的形成和释放。据报道，50℃浸泡10 min可以改善大米的香气，原因是与室温浸泡相比，热浸泡使得水稻内部和表面的大分子结构分布不均匀，形成了渗透通道，挥发性成分可以通过渗透通道挥发，从而促进香气的释放。需要注意的是，如果浸泡时间较长，在后续的烹饪过程中可能会造成甜味化合物的损失，产生腐臭、变质的气味。故将大米在水中浸泡十来分钟为宜，这样做还会增加大米的粘度。浸泡后如果继续在容器中进行高压处理，小分子糖可以在不损失的情况下被压入米粒中，会有更甜的味道。这样处理后的米饭中醇类、醛类和酮类的含量增加，也会改善熟米的香气。
图5 清洗大米（左），和浸泡大米（右）
烹饪方法：常见的热烹饪方法有蒸汽烹饪、电子电饭煲烹饪和微波烹饪（图5）。蒸汽烹饪优点是煮熟过程中水分不易流失，更容易产生香气。我们日常生活中常用电饭锅来煮米饭，而电饭锅根据其是否有压力，可分为常压电饭锅和高压电饭锅。电子电饭锅有自动控温装置，可以更好地控制锅内的温度和加热时间，使煮好的米饭充分散发香气，封闭的烹饪环境让香气不易散失。微波烹饪因其加热速度快、加热均匀、操作安全、烹调时间短的特点而备受欢迎。微波处理可以改变大米淀粉的结构特征，导致结晶区重排，同时也会破坏脂肪酶、脂氧合酶等蛋白质分子的生物构象，减少脂肪酸的产生。
图6 蒸汽烹饪、电子电饭煲和微波烹饪器具
04
结语
一碗香喷喷的大米饭承载着对家的回忆和思念。今天，我们希望通过这篇科普文让大家对“香喷喷”有进一步的了解。能够知其然，也知其所以然。谁知盘中餐，粒粒皆辛苦！珍惜粮食是美德，每一次享用美味的大米饭，我们也应铭记每一粒大米背后的辛勤劳作，感受那份耕耘与付出的力量。
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[7]图片来自：“什么菜才是真正的米饭杀手|浅浅夜语”一文,
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作者：罗震，薛也
通讯作者：王昉
作者单位：南京师范大学
作者邮箱：wangfang@njnu.edu.cn
审稿人：张忠
编辑：朱真逸
来源：洞察化学
编辑：花卷