耿勝榮，夏和舟，鉏曉艷，陳玉霞，葉麗秀，熊光權(quán)*

（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，湖北 武漢 430064）

頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法分析酵母浸膏輻照揮發(fā)性成分

耿勝榮，夏和舟，鉏曉艷，陳玉霞，葉麗秀，熊光權(quán)*

（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，湖北 武漢 430064）

采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法分析酵母浸膏輻照后的揮發(fā)成分。結(jié)果表明：未經(jīng)輻照的酵母浸膏萃取得到13 種揮發(fā)性成分，其中含酸類1 種、醛類2 種、醇類2 種、烯烴類1 種、含氮化合物3 種，主要成分為乙酸、吲哚、2-乙基己醇。輻照后的酵母浸膏萃取得到35 種揮發(fā)性成分，其中酸類1 種、醛類7 種、醇類2 種、烯烴類4 種、酮類2 種、含氮化合物14 種、含硫化合物2 種、酯類1 種、苯類2 種。揮發(fā)物的種類和含量均隨輻照劑量的增加而增加。

酵母浸膏；頂空固相微萃?。粴庀嗌V-質(zhì)譜聯(lián)用儀；揮發(fā)性成分；輻照

酵母浸膏富含氨基酸、肽類、VB和多種微量元素，具有增鮮、增香和強化風(fēng)味的效果，可廣泛應(yīng)用于食品加工業(yè)、調(diào)味品、素食面湯料、肉制品及水產(chǎn)品加工等多領(lǐng)域[1-3]。酵母浸膏作為食品原料前需要進(jìn)行消毒處理，以保證安全。在眾多的化學(xué)和物理滅菌法中，輻照法以其操作方便、滅菌徹底、非熱處理的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于干、鮮調(diào)料等的滅菌和保鮮中。但是蛋白質(zhì)類材料在輻照過程中會發(fā)生降解反應(yīng)，生成不愉快的揮發(fā)性成分[4]，影響其風(fēng)味和感官品質(zhì)，以及消費者的接受程度。目前對于酵母浸膏原始風(fēng)味的研究報道較多[1,5-7]，而輻照滅菌后其香味的變化鮮有報道。實際生產(chǎn)中，酵母浸膏因輻射滅菌后風(fēng)味變差而難以被消費者接受，因而直接作為微生物培養(yǎng)基處理[8-10]，極大地浪費了資源。

固相微萃取（solid phase micro-extraction，SPME）技術(shù)是20世紀(jì)90年代新發(fā)展起來的用于食品風(fēng)味物質(zhì)提取的方法，該方法無需有機溶劑、簡單方便、快捷、費用低，集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體[11-13]。本研究采用SPME與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）結(jié)合，分析輻射劑量對酵母浸膏中的揮發(fā)性成分的影響，以期為全面考察衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)以外的營養(yǎng)成分變化、探索酵母浸膏輻照風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生機理、建立更優(yōu)異的輻射工藝提供重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

LM808試劑級酵母浸膏 湖北安琪酵母有限公司。1.2 儀器與設(shè)備

7890A/5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、SPME手動進(jìn)樣手柄、100 ?m聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）萃取頭、65 ?m聚二甲基硅氧烷-二乙基苯（polydimethylsiloxane/divinyl benzene，PDMS/DVB）萃取頭、50/30 ?m二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinyl benzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/ CAR/PDMS）萃取頭、40 mL頂空采樣瓶 美國Agilent公司；L-8800全自動高效氨基酸分析儀 日本日立公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鄭州長城科工貿(mào)有限公司；60Co-γ輻照源由湖北輻照實驗中心提供。1.3 方法

1.3.1 輻照處理

向40 mL頂空采樣瓶中封裝4 g酵母浸膏，在常溫下采取動態(tài)懸掛輻照不同劑量梯度（0～18 kGy）。每種劑量采用2支硫酸亞鐵劑量計跟蹤劑量，吸收劑量取平均值。輻照后立刻放入-80 ℃冰箱凍存。

1.3.2 頂空固相微萃取條件

萃取頭的老化：第1次使用時，需要在氣相色譜進(jìn)樣口（氮氣保護下）于270 ℃處理30 min，以去除可能吸附的揮發(fā)性成分。

將SPME針管插入頂空瓶中，調(diào)整并固定萃取頭在頂空體積中的位置，在40 ℃頂空萃取40 min后，迅速取出插入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣口，解吸5 min后，取出SPME針管。

1.3.3 色譜條件

色譜柱：D B-5 M S系列彈性毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 ?m）；升溫程序：柱初溫30 ℃，保持2 min，以2 ℃/min升至40 ℃，保持2 min，再以3 ℃/min升至180 ℃，保持2 min，最后以20 ℃/min升至250 ℃，保持2 min；進(jìn)樣口溫度200 ℃；載氣He；分流比1∶50；流速1.1 mL/min。

1.3.4 質(zhì)譜條件

電子電離源；離子源溫度230 ℃；電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；四極桿溫度150 ℃；質(zhì)量掃描范圍m/z 35～400。

1.3.5 氨基酸測定

樣品的前處理采用鹽酸水解法：將酵母浸膏于50 ℃烘干并粉碎，在真空、110 ℃條件下用6 mol/L鹽酸水解24 h，超純水定容后上機分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)處理通過NIST 08標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫檢索，確認(rèn)化合物成分，用軟件Excel處理數(shù)據(jù)和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 固相微萃取纖維頭的選擇

表 1 萃取頭種類對酵母浸膏輻照揮發(fā)成分的萃取效果Table 1 Effect of different fibers on the extraction efficiencies of volatile from irradiated yeast extract

按照聚合物的極性，萃取頭的固定相涂層可分為3大類：極性、非極性和中等極性混合涂層，應(yīng)結(jié)合待測化合物的極性、沸點和分配系數(shù)，選用不同涂層材料的萃取纖維頭。本實驗選用3種萃取頭（100 ?m PDMS、65 ?m PDMS/DVB、50/30 ?m DVB/CAR/PDMS），在40 ℃條件下萃取40 min后，經(jīng)8 kGy劑量輻照后的酵母浸膏揮發(fā)性成分的萃取效果見表1。100 ?m PDMS、65 ?m PDMS/DVB、50/30 ?m DVB/CAR/PDMS萃取頭從輻照后的酵母浸膏中提取出匹配度大于80%的揮發(fā)性化合物分別有2、18種和23種，總峰面積分別為1.23×108、1.39×109和4.53×109，含氮、硫化合物峰面積分別為0、2.52×108和5.53×108。DVB/CAR/PDMS萃取頭提取的化合物數(shù)量、總含量、含氮化合物的含量以及含硫化合物含量均是最高的，故選擇DVB/CAR/PDMS萃取頭。

2.2 不同輻照劑量對酵母浸膏揮發(fā)性成分的影響

圖1 不同劑量輻照后酵母浸膏總揮發(fā)性成分（A）和含氮、硫化合物（B）的變化Fig.1 Effect of different irradiation dosages on the extraction efficiencies of volatile and N-containing and S-containing organic compounds from irradiated yeast extract

本實驗采用50/30 ?m DVB/CAR/PDMS萃取頭、萃取溫度40 ℃、萃取時間40 min，研究不同輻照劑量（0、3.05、6.12、9.30、13.15、17.00、19.80 kGy）處理后的酵母浸膏的揮發(fā)性成分，匹配度大于80%的揮發(fā)性化合物如表2所示。未經(jīng)輻照的酵母浸膏揮發(fā)成分含有1 種酸類、2 種醛類、2 種醇類、1 種烯烴類、4 種苯環(huán)類、3 種含氮化合物；經(jīng)不同劑量輻照后，共產(chǎn)生酵母浸膏揮發(fā)成分含有1 種酸類、2 種酮類、7 種醛類、2 種醇類、4 種烯烴類、2 種苯環(huán)類、14 種含氮化合物、2 種含硫化合物和1 種酯類。與未經(jīng)輻照的樣品相比，輻照后新產(chǎn)生了5 種醛類、11 種含氮化合物、1 種醇類、3 種烯烴類、2 種酮類和2 種含硫化合物。

在0～18 kGy輻照劑量范圍內(nèi)，總揮發(fā)性成分峰面積和種類變化如圖1A所示。未經(jīng)輻照的樣品的總揮發(fā)性成分峰面積和種類分別為2.05×109和13 種；當(dāng)吸收劑量達(dá)到6 kGy時，二者分別為2.94×109和14 種；當(dāng)輻照劑量超過12 kGy時，二者的升高幅度增大，至18 kGy時，分別達(dá)到9.41×109和26 種。這說明隨劑量的增加，化合物的種類和含量均呈增加的趨勢，常用的6 kGy劑量對化合物數(shù)量和種類貢獻(xiàn)不大，當(dāng)劑量超過12 kGy時，影響較明顯。

表 2 不同劑量輻照后酵母浸膏輻照揮發(fā)成分Table 2 Effect of different dosages on the extraction efficiencies of volatile compounds from irradiated yeast extract

酵母浸膏富含游離氨基酸，有大量的—NH3和—SH，在輻射過程中參與氧化還原反應(yīng)，是揮發(fā)性氮、硫化合物的來源。酵母浸膏的游離氨基酸檢測結(jié)果如表3所示，未經(jīng)輻照的樣品檢測到17 種氨基酸，總量為34.2%，其中含硫氨基酸有蛋氨酸和胱氨酸，其含量分別為0.62%和0.08%。經(jīng)8 kGy輻照后，氨基酸總量為34.1%，含硫氨基酸有蛋氨酸和胱氨酸，其含量分別為0.60%和0.09%。輻照前后氨基酸含量變化很少。但氣-質(zhì)分析結(jié)果顯示，輻照前后含氮、硫揮發(fā)性成分變化明顯（圖1B）。未經(jīng)輻照的酵母浸膏中含氮、硫化合物峰面積和數(shù)量分別為3.12×108和3 種；劑量為6 kGy時，二者分別為3.64×108和6 種；當(dāng)劑量超過15 kGy時，二者快速升高，至18 kGy時分別為3.06×109和11 種。這說明，常用的6 kGy劑量對含氮、硫化合物的種類有一定影響，但對其含量影響較小。當(dāng)劑量超過15 kGy時，對二者的影響均很明顯。含硫化合物是輻照異味的主要來源，輻照劑量越大，其含量越高，對輻照后酵母浸膏的異味貢獻(xiàn)越大。

表 3 輻照酵母浸膏氨基酸含量Table 3 Amino acid contents of irradiated yeast extract

3 討論與結(jié)論

風(fēng)味感官分析中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輻射滅菌劑量為6～8 kGy時，酵母浸膏經(jīng)輻照后仍然呈酵母抽提物獨有的焦香味；當(dāng)劑量超過8 kGy后，輻照后的酵母抽提物有刺激的異味，稍帶辛辣味，劑量越高味道越重[14]。林美麗等[15]利用氣相-嗅聞-質(zhì)譜檢測到23 種酵母浸膏風(fēng)味物質(zhì)，其中乙酸、丙酮、丙酸、苯甲醛、2-丁酮含量較高。本實驗檢測到未經(jīng)輻照酵母浸膏揮發(fā)性性成分有13 種，其中乙酸、吲哚、2-乙基己醇、2,3-丁二醇、苯甲醛含量較高的，與文獻(xiàn)報道各有異同，可能由于萃取和分析條件不同造成。酵母浸膏輻照后的揮發(fā)成分與胡國棟等[16]研究結(jié)果不一致，與王志沛[17]、Tracey[18]報道的啤酒揮發(fā)成分相似。輻照后酵母浸膏揮發(fā)成分與金華火腿的風(fēng)味成分極其相似，均含有庚醛、壬醛、苯乙醛、二甲基二硫、2,6-二甲基吡嗪等[19]。輻照后酵母浸膏揮發(fā)成分中的醛、酮類與牛奶[20]、火腿[21]、鴨湯[22-23]有部分相似。其中苯甲醛有苦杏仁味，庚醛呈不愉快脂肪氣味，壬醛有玫瑰香味，辛醛有果子香氣。少量醛類混合會產(chǎn)生青草或黃瓜的香味，但含量過多會有辛辣味[24]。含硫類化合物與輻照豬肉揮發(fā)成分相似，其閥值低，具有刺激的惡硫磺味和臭雞蛋味[4]。另外，酵母浸膏輻照后還新產(chǎn)生了11 種含氮化合物，與蘑菇湯的吡嗪類揮發(fā)成分大致相似[25]，吡嗪類物質(zhì)呈烤香、咖啡、花生、土豆氣味，但濃度高時呈刺激性的味道，其中吲哚濃度低時呈香味，濃度高時呈強烈的糞臭味。含氮、硫化合物的氮源、硫源分別來自于酵母浸膏氨基酸的—NH3和—SH，推測其產(chǎn)生機理為：輻射能引發(fā)蛋白質(zhì)水解，游離氨基酸濃度顯著增加，導(dǎo)致Maillard反應(yīng)和Stretcher氨基酸反應(yīng)，形成醛、醇、酮、吡嗪和含硫化合物等揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，帶來酵母浸膏特殊的輻照風(fēng)味。輻照劑量越大，次級反應(yīng)越多，程度越激烈，產(chǎn)物含量和種類相應(yīng)發(fā)生變化。但酵母浸膏揮發(fā)成分中的主要貢獻(xiàn)成分以及其隨劑量的變化規(guī)律，還需結(jié)合嗅覺檢測儀進(jìn)一步研究分析。

本研究采用SPME萃取結(jié)合氣-質(zhì)聯(lián)用法檢出未經(jīng)輻照的酵母浸膏中含有13 種揮發(fā)性成分，包括1 種酸類、2 種醛類、2 種醇類、1 種烯烴類、4 種苯環(huán)類、3 種含氮化合物，其中乙酸、1,3-二氯苯和吲哚是含量最高的3 種成分。輻照后酵母浸膏中共檢出35 種揮發(fā)性成分，其中新產(chǎn)生了5 種醛類、1 種醇類、3 種烯烴類、2 種酮類、11 種含氮化合物和2 種含硫化合物。揮發(fā)性成分含量和數(shù)量均隨輻射劑量的增加呈上升趨勢。50/30 ?m DVB/ CAR/PDMS萃取頭、萃取溫度40 ℃、萃取時間40 min的方法可較好地萃取輻照后酵母浸膏揮發(fā)物中的含氮、硫化合物，這對分析氨基酸的輻射分解具有重要意義。

[1] 李科德, 曾慶孝. 提升啤酒酵母抽提物整體風(fēng)味優(yōu)化工藝條件的研究[J]. 食品科學(xué), 2007, 28(5): 152-157.

[2] CLAUDIA L B, CAMEN L N, DANIELA A, et al. Effects of yeast extract and different amino acids on the dynamics of some components in cabbage juice during fermentation with bifidobacterium lactis BB-12[J]. Food Science and Biotechnology, 2012, 21(3): 691-699.

[3] CHAGAS C M A, HONORATO T L, PINTO G A S, et al. Dextransucrase production using cashew apple juice as substrate: effect of phosphate and yeast extract addition[J]. Bioprocess and Biosystems Engineering, 2007, 30(3): 207-215.

[4] 林若泰, 耿勝榮, 劉楊岷, 等. 冷卻包裝豬肉輻照異味氣體成分研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(3): 918-924.

[5] 寧正祥. 酵母細(xì)胞自溶動力學(xué)研究[J]. 微生物學(xué)報, 1994, 34(3): 213-219.

[6] 張虹, 張宏, 畢麗君. 酵母提取物的研究[J]. 中國調(diào)味品, 2000(2): 20-23.

[7] PAULO C B C, BIBIANA A S, ROGER W, et al. The effect ofyeast extract addition on quality of fermented sausages at low NaCl content[J]. Meat Science, 2011, 87(3): 290-298.

[8] PHISIT S, AMPIN K, PRASERT H, et al. Exopolysaccharide production by Lactobacillus confusus TISTR 1498 using coconut water as an alternative carbon source: the effect of peptone, yeast extract and beef extract[J]. Songklanakarin Journal of Science and Technology, 2011, 33(4): 379-387.

[9] IKONMOU L, BASTIN G, SCHNEIDER Y J, et al. Design of efficient medium for insect cell growth and recombinant protein production[J]. In Vitro Cellular＆Developmental Biology Animal, 2001, 37(9): 549-559.

[10] ZHAO Jianglin, ZHENG Bingbing, LI Yan, et al. Enhancement of diepoxin ζ production by yeast extract and its fractions in liquid culture of Berkleasmium-like endophytic fungus Dzf12 from Dioscorea zingiberensis[J]. Molecules, 2011, 16(1): 847-856.

[11] 楊玉平, 熊光權(quán), 程薇, 等. 水產(chǎn)品異味物質(zhì)形成機理、檢測及去除技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 2009, 30(23): 533-538.

[12] 楊玉平, 焦春海, 廖濤, 等. 鯉魚揮發(fā)性成分測定及其產(chǎn)生機理初探[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 49(3): 688-691.

[13] FRANCISCO J D, JOSE G C, RAMON C, et al. Characterisation by SPME-GC-MS of the volatile profile of a Spanish soft cheese P.D.O.Torta dek Casar during ripening[J]. Food Chemistry, 2010, 118(1): 182-189.

[14] 廖濤, 李新, 鉏曉艷, 等. 酵母抽提物輻照揮發(fā)性成分分析[J]. 核農(nóng)學(xué)報, 2013, 27(12): 1858-1864.

[15] 林美麗, 許倩倩, 宋煥祿, 等. 酵母抽提物香氣活性化合物的分離與鑒定[J]. 食品科學(xué), 2013, 34(8): 259-262.

[16] 胡國棟, 張曉磊. 頂空固相微萃取與氣相色譜/質(zhì)譜分析啤酒微量香味組分的研究[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2004, 30(2): 1-5.

[17] 王志沛, 季曉東, 武千鈞, 等. 啤酒中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析及風(fēng)味評價[J]. 釀酒科技, 2001(4): 59-61.

[18] TRACEY E S, MARK R S, ALAN P P, et al. Selective determination of volatile sulfur compounds in wine by gas chromatography with sulfur chemiluminescence detection[J]. Agricultural and Food Chemistry, 2010, 58(17): 9454-9462.

[19] 田懷香, 王璋, 許時嬰. GC-O法鑒別金華火腿中的風(fēng)味活性物質(zhì)[J].食品與發(fā)酵工業(yè), 2004, 30(12): 117-123.

[20] 王艷芳, 楊瑞金, 趙偉, 等. 高壓脈沖電場對牛奶中風(fēng)味物質(zhì)的影響[J].食品科學(xué), 2009, 30(11): 43-46.

[21] 章建浩, 周光宏, 朱健輝, 等. 金華火腿傳統(tǒng)加工過程中游離氨基酸和風(fēng)味物質(zhì)的變化及其相關(guān)性[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2004, 27(4): 96-100.

[22] 王武, 查浦本, 張靜, 等. 響應(yīng)面法優(yōu)化固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法檢測鴨肉中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[J]. 食品科學(xué), 2010, 31(20): 329-334.

[23] 劉源, 周光宏, 徐幸蓮, 等. 南京鹽水鴨揮發(fā)性風(fēng)味化合物的研究[J].食品科學(xué), 2006, 27(1): 166-170.

[24] 李琴, 朱科學(xué), 周惠明. 固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜及氣相色譜嗅聞技術(shù)分析雙孢蘑菇湯的風(fēng)味活性物質(zhì)[J]. 食品科學(xué), 2011, 32(16): 300-304.

[25] 張麗娟. 恒順香醋醋酸發(fā)酵過程中風(fēng)味物質(zhì)的變化分析[D]. 無錫:江南大學(xué), 2008: 24-28.

Analysis of Volatile Compounds from Irradiated Yeast Extract by Headspace Solid Phase Micro-Extraction Coupled with Gas Chromatography-Mass Spectrometry

GENG Sheng-rong, XIA He-zhou, ZU Xiao-yan, CHEN Yu-xia, YE Li-xiu, XIONG Guang-quan*
(Institute for Farm Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China)

A method for determining volatile compounds from irradiated yeast extract using headspace solid phase microextraction (HS-SPME) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was developed in this paper. The results showed that 13 volatile compounds were detected from unirradiated yeast extract including 1 acid, 2 aldehydes, 2 alcohols, 1 alkene and 3 nitrogen compounds and the major compounds were acetic acid, indole and 2-ethyl-1-hexanol. Totally 35 volatile compounds including 1 acid, 7 aldehydes, 2 alcohols, 4 alkenes, 2 ketones, 14 nitrogen compounds, 2 sulfur compounds, 1 ester and 2 benzenes were detected from irradiated yeast extract. The number and contents of volatile compounds increased with increasing irradiation dosage.

yeast extract; headspace solid phase microextraction (HS-SPME); gas chromatography- mass spectrometry (GCMS); volatile compounds; irradiation

TS202；TL99

A

1002-6630（2014）06-0055-05

10.7506/spkx1002-6630-201406011

2013-06-05

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目（11105048）；湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心項目（2013-620-007-001）

耿勝榮（1979—），女，助理研究員，碩士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品輻射加工。E-mail：zaolight@163.com

*通信作者：熊光權(quán)（1965—），男，研究員，學(xué)士，研究方向為淡水魚加工。E-mail：xiongguangquan@163.com