Identifizierung flüchtiger organischer Verbindungen im Zusammenhang mit der Verzehrqualität von gekochtem Japonica-Reis

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 18133 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Die Essqualität (EQ) von Reis ist eine komplexe Natur, die sich aus physikalisch-chemischen Eigenschaften zusammensetzt. Dennoch waren Zuchtprogramme zur Bewertung des EQ durch sensorische Tests oder Instrumente zur Geschmacksbewertung mühsam, zeitaufwändig und ineffizient. Der EQ wird sowohl vom Geschmack als auch vom Aroma beeinflusst. In tatsächlichen Zuchtprogrammen wurde jedoch aufgrund fehlender Informationen das Aroma von gekochtem Reis als am wenigsten eingestuft. Hier haben wir insgesamt 41 flüchtige Verbindungen identifiziert, die möglicherweise den EQ von nicht aromatischem, gekochtem Japonica-Reis beeinflussen, identifiziert durch GC-MS, Sensorik-Panel-Test und Toyo-Geschmacksmessgerät-Analysen. Die partielle Diskriminanzanalyse der kleinsten Quadrate zeigte einen hervorragenden Klassifizierungseffekt der identifizierten flüchtigen Verbindungen auf die Unterscheidung der Essqualität. Es wurde festgestellt, dass mehrere flüchtige Verbindungen im Zusammenhang mit der Lipidoxidation und dem Fettsäureabbau den EQ in Japonica-Reis beeinflussen. Davon 1-Octen-3-ol, 1-Ethyl-3,5-dimethylbenzol, 2,6,11-Trimethyldodecan, 3-Ethyloctan, 2,7,10-Trimethyldodecan, Methylsalicylat, 2-Octanon und Heptanal wurden als wichtige Verbindungen ausgewählt. Das Diskriminanzmodell zur Klassifizierung der Sortenqualität war robust und genau, der R-Quadrat-Wert lag bei 0,91, der Aq-Quadrat-Wert bei 0,85 und die Genauigkeit bei 1,0. Insgesamt charakterisieren die Ergebnisse dieser Studie den EQ von Reissorten auf Basis flüchtiger Verbindungen und legen die Anwendung von Metabolitenprofildaten für die Reiszüchtung mit hoher Essqualität nahe.

Reis (Oryza sativa L.) ist eine der wichtigsten landwirtschaftlichen Nutzpflanzen und dient weltweit als Grundnahrungsmittel. Aufgrund der Verbesserung des Lebensstandards ist die Marktnachfrage nach hochwertigem Reis gestiegen1. Der sensorische Paneltest ist eine direkte Methode zur Bewertung des EQ von gekochtem Reis. Vorzugsweise nach Geschlechtern ausgewogene geschulte Prüfer bewerten die gekochten Reisproben individuell hinsichtlich der Intensität und Präferenzen von Attributen wie Aussehen, Härte, Klebrigkeit, Geschmack oder Aroma, Textur und allgemeine Essqualität2,3. Trotz seiner direkten und intuitiven Auswertung im EQ ist der sensorische Paneltest zeitaufwändig, arbeitsintensiv und erfordert große Probenmengen, sodass er nicht für Tests der frühen Generation in Zuchtprogrammen anwendbar ist. Daher wurde es durch die Analyse der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Reis ersetzt. Stärke ist ein Hauptbestandteil des Reisendosperms, das aus Amylose und Amylopektin4 besteht. Daher wurden stärkebezogene Merkmale wie Amylosegehalt, Gelkonsistenz und Gelatinierungstemperatur umfassend untersucht5,6,7,8 und ihre genetischen Hintergründe wurden repräsentativ bestimmt, wie z. B. granulatgebundene Stärkesynthase und Stärkeverzweigungsenzyme9,10,11, 12. Der mit Geschmacksbewertungsinstrumenten und physikalisch-chemischen Analysen ermittelte EQ war jedoch bisher nicht so zufriedenstellend. Da es sich bei EQ um ein kompliziertes Merkmal handelt, sind alle Attribute, die mit den menschlichen Sinnen zusammenhängen, für die Unterscheidung von EQ von Bedeutung. Während der Geruchssinn in erster Linie die Informationen wahrnimmt, gelten Aroma und Geschmack als zwei der wichtigsten EQ-bezogenen Faktoren für die sensorischen Eigenschaften von Reis13,14,15. Reiszüchter wissen empirisch, dass eine genaue sensorische Beurteilung von gekochtem Reis bei einer verstopften Nase schwer zu erreichen ist.

Es wurden Versuche unternommen, die flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) von Reis zu untersuchen und zu profilieren. Über den Zusammenhang zwischen diesen Verbindungen und dem Geschmack oder EQ von gekochtem Reis ist jedoch wenig bekannt16. Folglich wurden Aroma und Geschmack bei der Anwendung identifizierter chemischer Verbindungen bei der EQ-Bewertung restriktiv berücksichtigt. Darüber hinaus konzentrierten sich die meisten früheren Studien auf aromatische Reissorten wie Basmati- und tropischer Japonica-Reis. Beispielsweise wurde 2-Acetyl-1-pyrrolin als VOC identifiziert, das für das spezifische Popcorn-artige Aroma und den charakteristischen Geschmack von Duftreis verantwortlich ist. Darüber hinaus wurde ein molekularer Marker entwickelt, der auf einer 8-bp-Deletion im Duftstoffgen basiert, um zwischen duftenden und nicht duftenden Reissorten zu unterscheiden17,18,19.

Mittels analytischer Chemie wurden in Reis über 300 flüchtige Verbindungen identifiziert. Einige dieser Verbindungen wurden als Oxidationsprodukte identifiziert und gelten als mögliche negative Faktoren für den Reisgeschmack20,21,22. Eine kürzlich durchgeführte Studie zielte darauf ab, flüchtige Verbindungen in gekochtem Japonica-Reis mithilfe der Festphasen-Mikroextraktion (SPME) mit gaschromatographisch-resonanzverstärkter Multiphotonen-Ionisations-Flugzeit-Massenspektrometrie (GC/REMPI-TOFMS) nachzuweisen, wobei der Schwerpunkt auf der Verkürzung der Extraktionszeit und dem Vergleich lag die Methode zum Nachweis bestimmter Verbindungen, 4-Vinylphenol und Indol23. Zhang et al.24 führten Metabolitenprofilierung mittels Headspace (HS)-SPME GC/MS und HS GC/Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) durch, um mithilfe der partiellen Diskriminanzanalyse der kleinsten Quadrate (PLS-DA) zwischen weißem und gelbem Reis zu unterscheiden. Folglich wurden Hexanal, Nonanal, Octanal, 1-Pentanol und 2-Pentylfuran, die an der Sauerstoffanreicherung von Fettsäuren beteiligt sind, als Verbindungen mit hoher variabler Bedeutung in den Projektionswerten (VIP) identifiziert. Daher ist weitere Forschung zu VOCs der gekochten Japonica-Reissorte erforderlich, um wichtige Verbindungen zu charakterisieren, die die allgemeinen sensorischen Eigenschaften beeinflussen, und um sie schließlich für die Züchtung wünschenswerter Reissorten mit hohem EQ zu nutzen.

Diese Studie zielt darauf ab, flüchtige Verbindungen in gekochtem Reis zu identifizieren, die den EQ von nichtaromatischen Japonica-Reissorten erheblich beeinflussen, um grundlegende Informationen zur Festlegung des Bewertungsstandards des EQ für die genetische Verbesserung bereitzustellen.

Der EQ von 24 nicht-aromatischen Japonica-Reissorten aus gemäßigten Zonen wurde in dieser Studie auf der Grundlage des sensorischen Paneltests und der Messwerte des Toyo-Geschmacksmessgeräts bewertet (Abb. 1). Den Ergebnissen des sensorischen Paneltests zufolge, der von 14 geschulten Panelisten durchgeführt wurde, war Samkwang die beste EQ-Sorte, gefolgt von Ilpum, Gopum, Koshihikari und Cheongpum. Die am wenigsten bevorzugten Sorten waren Namil, gefolgt von Samnam und Palgong. Unterdessen war der mit dem Toyo-Geschmacksmesser gemessene EQ in Saenuri am höchsten, gefolgt von Cheongpum, Gopum, Samkwang und Ilpum. Andererseits wies Yeongdeok den niedrigsten Toyo-Geschmackswert auf, gefolgt von Namil, Samnam, Saegyehwa und Palgong. Eine von Lestari et al.25 durchgeführte Studie zur Bewertung der Essqualität von 22 Japonica-Reissorten verwendete Toyo-Geschmackswerte in der Marker-Merkmals-Regressionsanalyse. Die verwendeten Sorten waren nicht völlig identisch, aber Gopum, Samkwang, Ilpum und Koshihikari wiesen einen hohen Toyo-Geschmackswert über 70 auf. In ähnlicher Weise wurde in der Studie in Palgong und Samnam ein niedriger Toyo-Geschmackswert um 60 beobachtet. Eine andere Art von Geschmacksbewertungsinstrument, der Satake-Geschmacksanalysator (Satake, STA1B-RHS1A-RFDM1A, Japan), generiert eine Geschmacksbewertung von gekochtem Reis für die EQ-Bewertung26,27,28 und wurde nacheinander zur genomweiten Bewertung von 533 Reisakzessionen verwendet Assoziationsstudie29. Obwohl eine starke Korrelation zwischen den EQs des sensorischen Paneltests und des Toyo-Geschmacksmessers bestand (siehe ergänzende Abbildung S1 online), wird der Toyo-Geschmacksmesser häufig zur Bewertung des EQ von gekochtem Reis hinsichtlich seiner relativen Bequemlichkeit im Vergleich zum sensorischen verwendet test30,31 bewertet den EQ von gekochtem Japonica-Reis möglicherweise nicht genau. Die Unterschiede in der Rangfolge beider Methoden könnten durch die Tatsache erklärt werden, dass das Toyo-Geschmacksmessgerät nur den Glanz der Oberfläche gekochter Reiskörner berücksichtigt. Dies legt nahe, dass Geschmack und Aroma gemeinsam betrachtet werden sollten, um die Grenzen herkömmlicher EQ-Bewertungsmethoden wie dem Toyo-Geschmacksmessgerät zu überwinden, das den numerischen Wert anhand des Aussehens von gekochtem Reis misst und generiert.

Bewertung des EQ von 24 Reissorten mithilfe des sensorischen Paneltests und des Toyo-Geschmacksmessgeräts. (a, b) EQ von Reissorten, gemessen mit dem sensorischen Paneltest (a) und dem Toyo-Geschmacksmessgerät (b).

Basierend auf den Ergebnissen in Abb. 1, sieben Sorten mit höherem EQ (Samkwang, Ilpum, Gopum, Koshihikari, Cheongpum, Sindongjin und Saenuri) und sieben Sorten mit niedrigerem EQ (Namil, Samnam, Palgong, Nongbek, Hwacheong, Yungdeok und Giho) im Vergleich zur Kontrollsorte wurden für die Analyse der flüchtigen Verbindungen ausgewählt, die den EQ von Reis beeinflussen. Der gekochte Reis von 14 Japonica-Sorten wurde mittels HS-SPME GC-MS/MS analysiert und 41 flüchtige Verbindungen wurden in Tabelle 1 identifiziert und quantifiziert (siehe Online-Ergänzungstabelle S1). Diese Verbindungen wurden in neun verschiedene Klassen eingeteilt: Alkohole, Aldehyde, Carbonsäuren, Ester, Kohlenwasserstoffe, Imine, Ketone, Phenole, Terpenoide und unbekannte Verbindungen. Die am häufigsten beobachteten Klassen waren Kohlenwasserstoffe und Aldehyde. Unter den Kohlenwasserstoffen stammen Berichten zufolge Alkane und Alkene aus dem Lipidabbau. Nonadecan wurde bereits in aromatischen und nicht-aromatischen Reissorten nachgewiesen32. Obwohl in der aktuellen Studie eine Reihe von Alkanen und Alkenen nachgewiesen wurden, liegen nur begrenzte Informationen über deren Auswirkungen auf den Geschmack von gekochtem Reis vor. Aldehyde weisen normalerweise eine relativ niedrige Geruchsschwelle auf und gelten als einer der Hauptfaktoren, die das Gesamtgeschmacksprofil von gekochtem Reis beeinflussen. Unter den identifizierten Aldehyden weist Hexanal fruchtige, grasige und grüne Eigenschaften auf; Allerdings entsteht bei der Lipidoxidation eine große Menge Hexanal, was zu Fehlgerüchen im Reis führt33,34,35. Octanal, Heptanal und Nonanal werden durch die Zersetzung von Oleathydroperoxid gewonnen. Darüber hinaus wurden auch Alkohole mit niedriger Geruchsschwelle identifiziert, wie etwa aus Lipiden gewonnenes 1-Octen-3-ol und mehrfach ungesättigtes Fettsäuren-Stoffwechsel-bezogenes 1-Hexanol. Alle identifizierten flüchtigen Verbindungen wurden einer weiteren statistischen Analyse unterzogen, um wichtige flüchtige Merkmale im Zusammenhang mit dem EQ von gekochtem Japonica-Reis aus gemäßigten Klimazonen zu identifizieren.

Vor der Datenanalyse wurden das relative Peakflächenverhältnis und der sensorische Testwert jeder Verbindung normalisiert und skaliert, wie in den ergänzenden Abbildungen gezeigt. S1 und Abb. S2 online. Die Pearson-Korrelationsanalyse wurde durchgeführt, um flüchtige Verbindungen zu identifizieren, die stark mit dem Testergebnis des sensorischen Panels korrelieren (Abb. 2).

Pearsons Korrelationsanalyse der sensorischen Panel-Testergebnisse und HS-SPME GC/MS-identifizierten flüchtigen Verbindungen. Die ID-Nummern der VOCs sind angegeben. Die Farbskala gibt die Korrelationskoeffizienten im Bereich von 1 (rot) bis -1 (blau) an.

Von den 41 Verbindungen sind sieben Verbindungen: 3-Ethyloctan, 1-Ethyl-3,5-Dimethylbenzol, 2,7,10-Trimethyldodecan, 2,6,11-Trimethyldodecan, 1-Methyl-4-(1-methylethyl). )-Benzol, Decan und 1,3,5-Trimethylbenzol zeigten signifikante positive Korrelationen. Zahlreiche aus Benzol gewonnene aromatische Kohlenwasserstoffe wurden zuvor in unverarbeiteten Reisproben identifiziert36. Dekan wurde bereits zuvor in Proben von gekochtem Duftreis identifiziert37,38. Die oben genannten flüchtigen Verbindungen wurden erstmals in gekochtem, nicht aromatischem Reis identifiziert. Zehn der 41 Verbindungen: Hexanal, Butylhydroxytoluol, 1-Octen-3-ol, 2-Methoxy-5-vinylphenol, 2-(3-Methylbutyl)-thiophen, Heptanal, 6-Methyl-5-hepten-2-on , 1-Octanol, Nonanal und 2,4-Bis(1,1-dimethylethyl)phenol, zeigten signifikante negative Korrelationen mit dem sensorischen Paneltest. Aliphatische Aldehyde wie Hexanal, Heptanal und Nonanal entstehen beim Abbau von Fettsäuren, und 1-Octen-3-ol ist ein bekannter, aus Lipiden gewonnener Alkohol34,39,40. Somit könnten diese Lipidoxidationsprodukte den EQ von Reis negativ beeinflusst haben.

Die PLS-DA-Modelle wurden verwendet, um auf der Grundlage der in gekochten Reisproben identifizierten flüchtigen Verbindungen zwischen Sorten mit hohem und niedrigem EQ zu unterscheiden. Die erste latente Variable erklärte 44,2 % der Gesamtvariablen (Abb. 3a). Das Score-Plot zeigte eine klare Trennung der Reissorten basierend auf ihren EQs. Dies impliziert, dass die Nachweismethode und die identifizierten flüchtigen Verbindungen für die Identifizierung von Reissorten mit überlegenem EQ geeignet waren. Die Genauigkeit, Anpassungsgüte und Vorhersagegüte dieses Modells betrugen 1,0, 0,911 bzw. 0,846, wenn die Anzahl der Komponenten 1 betrug. Diese Werte bedeuten, dass das in dieser Studie erstellte Modell sowohl genau als auch robust ist.

PLS-DA der HS-SPME GC/MS-Daten nichtaromatischer Reissorten. (a) PLS-DA-Score-Diagramm. (b) VIP-Werte der Verbindungen. Die farbcodierten Kästchen geben das Spitzenflächenverhältnis als hoch (rot) und niedrig (blau) an. Die erste Spalte enthält Sorten mit hoher Verzehrqualität und die zweite Spalte enthält Sorten mit geringer Verzehrqualität.

Die variable Wichtigkeit bei Projektionswerten (VIP), die Biomarker implizieren, die eine wichtige Rolle bei der Unterscheidung aus dem PLS-DA-Modell spielen, wurde ebenfalls berechnet (Abb. 3b). Unter den flüchtigen Verbindungen wies 1-Octen-3-ol den höchsten VIP-Wert (1,51) auf, gefolgt von 1-Ethyl-3,5-Dimethylbenzol, 1-Methyl-4-(1-Methylethyl)Benzol, 2,6, 11-Trimethyldodecan, 3-Ethyloctan, 2,7,10-Trimethyldodecan, Methylsalicylat, 2-Octanon und Heptanal. Bemerkenswerterweise lagen die VIP-Werte der Lipidoxidationsprodukte über 1. Darüber hinaus wurde bei allen Sorten mit niedrigem EQ ein vergleichsweise höheres Spitzenverhältnis von 1-Octen-3-ol festgestellt (siehe ergänzende Online-Abbildung S2), was darauf hindeutet, dass 1- Octen-3-ol hat möglicherweise einen negativen Einfluss auf den EQ. Andererseits wurden bei den aus Benzol gewonnenen aromatischen Kohlenwasserstoffen, 3-Ethyloctan und Methylsalicylat in Sorten mit hohem EQ höhere Peakverhältnisse gezeigt. Diese Verbindungen können als VOCs angesehen werden, die einen positiven Zusammenhang mit dem EQ haben. Je höher die VIP-Werte, desto klarere Segregationsmuster der Spitzenverhältnisse zwischen den Sorten mit niedrigem und hohem EQ wurden beobachtet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Gehalt an bestimmten VOCs zusätzliche Informationen zu Geschmack und Aroma bei der EQ-Bewertung liefern könnte. Eine kürzlich durchgeführte Studie zur Bewertung des EQ von 6 Japonica-Reissorten ergab, dass JR5, eine der Sorten, die in der Studie als hoch-EQ eingestuft wurden, einen höheren 1-Octen-3-ol-Wert aufwies, und erklärte, dass dies einen positiven VOC-Beitrag zum Aroma von machte die Sorte41. Den Ergebnissen der Studie mangelt es jedoch an statistischer Aussagekraft und sie konnten keine wissenschaftliche Grundlage für die Auswirkungen der VOCs auf die Bestimmung des EQ liefern. Andererseits wurden im PLS-DA-Modell dieser Studie VOCs klar dargestellt und vorgeschlagen, die sich positiv oder negativ auf den EQ auswirken.

Unterdessen gibt es immer noch eine Grauzone bei der praktischen Nutzung der Ergebnisse, beispielsweise sollten die Wechselwirkungen zwischen den VOCs weiter untersucht und berücksichtigt werden. Darüber hinaus sollte eine unbekannte Verbindung, die möglicherweise den EQ von Reis beeinflusst, weiter untersucht und identifiziert werden. Verbindungen mit VIP-Werten über 1, die sich positiv oder negativ auswirken, gelten als wichtige VOCs, die die allgemeinen sensorischen Eigenschaften von gekochtem Japonica-Reis beeinflussen. Diese könnten außerdem als Qualitätsbewertungskriterien zur Berücksichtigung von Aroma- und Geschmacksattributen in Reiszüchtungsprogrammen verwendet werden.

In dieser Studie wurde der EQ von 14 nichtaromatischen Japonica-Reissorten mithilfe des sensorischen Paneltests, des Toyo-Geschmacksmessers und der Profilierung flüchtiger Verbindungen bewertet. Eine Reihe flüchtiger Verbindungen wurde erstmals in gekochtem, nicht aromatischem Japonica-Reis identifiziert, und diese Verbindungen zeigten eine starke Korrelation mit dem EQ von Reis. Insbesondere wurden von Lipiden abgeleitete Verbindungen (z. B. 1-Octen-3-ol), Verbindungen, die mit dem Fettsäureabbau in Zusammenhang stehen (Heptanal), und andere Verbindungen (z. B. 2-Octanon, Methylsalicylat und andere von Benzol abgeleitete Verbindungen) identifiziert als wichtige Variablen, die Reissorten anhand des EQ unterscheiden. Um die Aroma- und Geschmackseigenschaften von gekochtem Reis bei der Bewertung seines EQ zu berücksichtigen, wurde ein hochpräzises Diskriminanzmodell erstellt. Für den neuen EQ-Standard könnten die Gehalte der aufgeführten bedeutenden VOCs vorgeschlagen werden. Die Ergebnisse könnten als Grundlage für zukünftige Forschungen zum integrierten Reis-EQ dienen und die Entwicklung hochwertiger Reissorten erleichtern.

Insgesamt wurden 24 nicht-aromatische Japonica-Reissorten aus gemäßigten Zonen ausgewählt, basierend auf Vorkenntnissen über ihre mutmaßliche EQ: Koshihikari, Chucheong, Gopum, Samkwang, Sindongjin, Ilpum, Saenuri, Cheongpum, Gyehwa, Dongjin, Seomjin, Hwaseong, Nampyeong, Hopum , Yeongdeok, Giho, Nakdong, Nongbek, Hwacheong, Samnam, Palgong, Junam, Saegyehwa und Namil. Alle Akzessionen wurden im Agricultural Genetic Resource Center der Seoul National University, Suwon, Südkorea, aufbewahrt und folgten den relevanten institutionellen Richtlinien.

Alle Reissorten wurden im Jahr 2020 auf einer Versuchsfarm der Seoul National University in Suwon angebaut. Es wurde die allgemeine Tieflandanbaumethode angewendet. Das Erntedatum jeder Sorte wurde aufgezeichnet und die Pflanzen wurden 45–50 Tage nach dem Ernten geerntet. Die geernteten Pflanzen wurden luftgetrocknet, bis ein Kornwassergehalt von 13–14 % erreicht war, und anschließend mit einer Dreschmaschine gedroschen. Die Körner wurden geschält (mit einer Schälmaschine), auf 92,2 % gemahlen (mit einer Mühle) und sofort bis zum Experiment im Tieftemperaturlager bei 12 °C gelagert.

Die Proben wurden gemäß dem Protokoll des National Institute of Crop Science (NICS), Rural Development Administration (RDA), Korea42, vorbereitet und gekocht. Die gemahlenen Reisproben wurden auf 200 g gewogen, fünfmal mit Leitungswasser gewaschen und 20 Minuten lang eingeweicht. Das Wasser wurde 10 Minuten lang abgelassen und der mazerierte Reis in 1,2 Volumina Wasser (Reis:Wasser = 1:1,2 Gew./Gew.) unter Verwendung des automatischen Kochzyklus eines elektrischen Reiskochers gekocht. Anschließend wurde der gekochte Reis im Reiskocher gründlich gemischt und 15 Minuten ruhen gelassen. Die sensorische Bewertung wurde von einem Gremium aus 14 geschulten Mitgliedern durchgeführt. Der EQ jeder Sorte wurde im Vergleich mit dem von Chucheong (Referenzprobe; Punktzahl = 0) mit + 2 (sehr gut) bis – 2 (sehr schlecht) bewertet und der Durchschnittswert für jede Sorte berechnet.

Zur Messung des EQ von gekochtem Reis wurde das Toyo-Geschmacksmessgerät (MA-30A; Toyo Rice Corporation, Wakayama, Japan) verwendet. Es ist bekannt, dass der Toyo-Geschmackswert stark mit der Schmackhaftigkeit von gekochtem Reis korreliert43. Kopfreis (33 g) wurde 10 Minuten lang bei 80 °C gekocht und dann 5 Minuten lang bei Raumtemperatur ruhen gelassen. Der Glanz der Oberfläche der gekochten Reiskörner wurde dreifach mit bestimmten elektromagnetischen Wellen gemessen und dann in den Toyo-Geschmackswert umgerechnet.

Die gemahlenen Reisproben wurden mit einigen Modifikationen gemäß dem NICS-Protokoll gekocht. Kurz gesagt wurden gemahlene Reisproben (3 g) quantifiziert, gewaschen und 20 Minuten lang in Leitungswasser eingeweicht. Nach dem Ablassen des Wassers wurde jede Reisprobe in ein 20-ml-Glasfläschchen (CTC, Perkin Elmer & Agilent) überführt, in das 3,6 ml destilliertes Wasser und 2 μl 2000 ppm 1,2,3-Trichlorpropan (Sigma-Aldrich, St . Louis, MO; interner Standard) wurden hinzugefügt. Die Fläschchen wurden mit einer magnetischen Bördelkappe unter Verwendung von PTFE/Silikon-Septen fest verschlossen und kräftig geschüttelt. Anschließend wurden die verschlossenen Glasfläschchen in einen elektronischen Reiskocher gegeben und die Proben 25 Minuten lang gekocht.

VOCs wurden mit dem mit einem HS-SPME-Injektor ausgestatteten Thermo Scientific Trace 1310-Gaschromatographen, dem TSQ 8000 Triple-Quadrupol-Massenspektrometer und dem TriPlus RSH-Autosampler (Waltham, MA, USA) mit einer DB-Wax-Kapillarsäule (60 m × 0,25 mm, 0,50 mm) analysiert μm Filmdicke; Agilent Technologies). Die Proben wurden 10 Minuten lang bei 70 °C inkubiert. Flüchtige Stoffe im Kopfraum der gekochten Reisprobe wurden durch Einführen einer DVB/CAR/PDMS StableFlex SPME-Faser (2 cm, 50/30 μm; Supelco, Bellefonte, PA, USA) für 50 Minuten bei 70 °C unter Rühren in das Fläschchen adsorbiert dann 2 Minuten lang desorbiert. Als Kontrolle wurden nach jeweils 10 Proben Leerproben durchgeführt. Die Injektortemperatur betrug 250 °C. Die Ofentemperatur des GC war wie folgt: Anfangstemperatur 40 °C, gehalten für 2 Minuten; mit 3,0 °C/Min. auf 150 °C erhöht und 10 Min. gehalten; mit 3,0 °C/Min. auf 200 °C erhöht und 5 Min. gehalten; und mit 6,0 °C/Min. auf 230 °C erhöht und 5 Min. gehalten. Als Trägergas wurde Helium in Forschungsqualität mit einer konstanten Durchflussrate von 2,0 ml/min im Splitless-Modus mit Spülung verwendet. Das Massenspektrometer wurde auf den Elektronenstoßmodus bei 230 °C mit 70 eV eingestellt und bei 35–550 m/z gescannt. Die Analyse wurde dreifach durchgeführt. Die Verbindungen wurden durch Vergleich des Chromatogramms und der Retentionsindizes mit der Referenz in der Datenbank, NIST Mass Spectral Search Program für die NIST/EPA/NIH Mass Spectral Library, Version 2.0g (National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, USA), identifiziert ), mit einem Match-Score-Cutoff von mindestens 80 %. Die erhaltenen Daten wurden mit der Xcalibur-Software (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) verarbeitet. Die Ionenpeakfläche der identifizierten Verbindung wurde durch die von 1,2,3-Trichlorpropan (interner Standard) dividiert und das berechnete Flächenverhältnis für weitere statistische Analysen verwendet (siehe Online-Ergänzungstabelle S1).

Alle Daten wurden als Mittelwerte dargestellt. Pearsons Korrelations- und Spearman-Korrelationsanalysen wurden mit einem Paket der Software RStudio 1.1.453 (R Foundation for Statistical Computing, Wien, Österreich) durchgeführt. Um eine multivariate statistische Analyse durchzuführen, wurde die relative Peakfläche der identifizierten flüchtigen Verbindungen auf das Quantil normalisiert, auf den Mittelwert zentriert skaliert und durch die Standardabweichung jeder Variablen dividiert (siehe ergänzende Abbildungen S3 und S4 online). Die resultierenden Daten wurden dann mit MetaboAnalyst 5.044 PLS-DA unterzogen.

Die in der aktuellen Studie generierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Headspace-Festphasen-Mikroextraktion

Gaschromatographie-Massenspektrometrie

Flüchtige organische Verbindungen

Essqualität

Partielle Diskriminanzanalyse der kleinsten Quadrate

Variable Bedeutung in der Projektion

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Diese Arbeit wurde mit Unterstützung des „Cooperative Research Program for Agriculture Science and Technology Development (Projekt Nr. PJ015729)“ der Rural Development Administration, Republik Korea, durchgeführt.

Ministerium für Land- und Forstwirtschaft und Bioressourcen, Institut für Pflanzengenomik und -züchtung, Forschungsinstitut für Landwirtschaft und Biowissenschaften, Seoul National University, Seoul, Südkorea

Yoon Kyung Lee, Su Jang und Hee-Jong Koh

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YKL: Konzeptualisierung, Methodik, formale Analyse, Untersuchung, Schreiben – ursprünglicher Entwurf, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung; SJ: Konzeptualisierung, Methodik, Untersuchung; HJK: Projektverwaltung, Supervision, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung.

Korrespondenz mit Hee-Jong Koh.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Lee, YK, Jang, S. & Koh, HJ. Identifizierung flüchtiger organischer Verbindungen im Zusammenhang mit der Verzehrqualität von gekochtem Japonica-Reis. Sci Rep 12, 18133 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-21863-4

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Eingegangen: 15. Juni 2022

Angenommen: 04. Oktober 2022

Veröffentlicht: 28. Oktober 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-21863-4

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