顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法分析 耿胜荣,夏和舟,鉏晓艳,陈玉霞,叶丽秀,熊光权* (湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所,湖北 武汉 430064)
摘 要:采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法分析酵母浸膏辐照后的挥发成分。结果表明:未经辐照的酵母浸膏萃取得到13 种挥发性成分,其中含酸类1 种、醛类2 种、醇类2 种、烯烃类1 种、含氮化合物3 种,主要成分为乙酸、吲哚、2-乙基己醇。辐照后的酵母浸膏萃取得到35 种挥发性成分,其中酸类1 种、醛类7 种、醇类2 种、烯烃类4 种、酮类2 种、含氮化合物14 种、含硫化合物2 种、酯类1 种、苯类2 种。挥发物的种类和含量均随辐照剂量的增加而增加。 关键词:酵母浸膏;顶空固相微萃取;气相色谱-质谱联用仪;挥发性成分;辐照
Analysis of Volatile Compounds from Irradiated Yeast Extract by Headspace Solid Phase Micro-Extraction
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)
Abstract: 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. Key words: yeast extract; headspace solid phase microextraction (HS-SPME); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); volatile compounds; irradiation 中图分类号:TS202;TL99 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2014)06-0055-05 doi:10.7506/spkx1002-6630-201406011 酵母浸膏富含氨基酸、肽类、VB和多种微量元素,具有增鲜、增香和强化风味的效果,可广泛应用于食品加工业、调味品、素食面汤料、肉制品及水产品加工等多领域[1-3]。酵母浸膏作为食品原料前需要进行消毒处理,以保证安全。在众多的化学和物理灭菌法中,辐照法以其操作方便、灭菌彻底、非热处理的优势,广泛应用于干、鲜调料等的灭菌和保鲜中。但是蛋白质类材料在辐照过程中会发生降解反应,生成不愉快的挥发性成分[4],影响其风味和感官品质,以及消费者的接受程度。目前对于酵母浸膏原始风味的研究报道较多[1,5-7],而辐照灭菌后其香味的变化鲜有报道。实际生产中,酵母浸膏因辐射灭菌后风味变差而难以被消费者接受,因而直接作为微生物培养基处理[8-10],极大地浪费了资源。 固相微萃取(solid phase micro-extraction,SPME)技术是20世纪90年代新发展起来的用于食品风味物质提取的方法,该方法无需有机溶剂、简单方便、快捷、费用低,集采样、萃取、浓缩、进样于一体[11-13]。本研究采用SPME与气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)结合,分析辐射剂量对酵母浸膏中的挥发性成分的影响,以期为全面考察卫生学指标以外的营养成分变化、探索酵母浸膏辐照风味物质产生机理、建立更优异的辐射工艺提供重要的理论依据。 1 材料与方法 1.1 材料 LM808试剂级酵母浸膏 湖北安琪酵母有限公司。 1.2 仪器与设备 7890A/5975C气相色谱-质谱联用仪、SPME手动进样手柄、100 μm聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)萃取头、65 μm聚二甲基硅氧烷-二乙基苯(polydimethylsiloxane/divinyl benzene,PDMS/DVB)萃取头、50/30 μm二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷(divinyl benzene/carboxen/polydimethylsiloxane,DVB/CAR/PDMS)萃取头、40 mL顶空采样瓶 美国Agilent公司;L-8800全自动高效氨基酸分析仪 日本日立公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 郑州长城科工贸有限公司;60Co-γ辐照源由湖北辐照实验中心提供。 1.3 方法 1.3.1 辐照处理 向40 mL顶空采样瓶中封装4g酵母浸膏,在常温下采取动态悬挂辐照不同剂量梯度(0~18 kGy)。每种剂量采用2支硫酸亚铁剂量计跟踪剂量,吸收剂量取平均值。辐照后立刻放入-80 ℃冰箱冻存。 1.3.2 顶空固相微萃取条件 萃取头的老化:第1次使用时,需要在气相色谱进样口(氮气保护下)于270 ℃处理30min,以去除可能吸附的挥发性成分。 将SPME针管插入顶空瓶中,调整并固定萃取头在顶空体积中的位置,在40 ℃顶空萃取40min后,迅速取出插入气相色谱-质谱联用仪的进样口,解吸5min后,取出SPME针管。 1.3.3 色谱条件 色谱柱:DB-5MS系列弹性毛细管柱(30m×0.25 mm,0.25 μm);升温程序:柱初温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;进样口温度200 ℃;载气He;分流比1∶50;流速1.1 mL/min。 1.3.4 质谱条件 电子电离源;离子源温度230 ℃;电子能量70 eV;传输线温度280 ℃;四极杆温度150 ℃;质量扫描范围m/z 35~400。 1.3.5 氨基酸测定 样品的前处理采用盐酸水解法:将酵母浸膏于50 ℃烘干并粉碎,在真空、110 ℃条件下用6 mol/L盐酸水解24h,超纯水定容后上机分析。 1.4 数据分析 实验数据处理通过NIST 08标准谱图库检索,确认化合物成分,用软件Excel处理数据和绘图。 2 结果与分析 2.1 固相微萃取纤维头的选择 表 1 萃取头种类对酵母浸膏辐照挥发成分的萃取效果 Table 1 Effect of different fibers on the extraction efficiencies of volatile from irradiated yeast extract
按照聚合物的极性,萃取头的固定相涂层可分为3大类:极性、非极性和中等极性混合涂层,应结合待测化合物的极性、沸点和分配系数,选用不同涂层材料的萃取纤维头。本实验选用3种萃取头(100 μm PDMS、65 μm PDMS/DVB、50/30 μm DVB/CAR/PDMS),在40 ℃条件下萃取40 min后,经8 kGy剂量辐照后的酵母浸膏挥发性成分的萃取效果见表1。100 μm PDMS、65 μm PDMS/DVB、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头从辐照后的酵母浸膏中提取出匹配度大于80%的挥发性化合物分别有2、18种和23种,总峰面积分别为1.23×108、1.39×109和4.53×109,含氮、硫化合物峰面积分别为0、2.52×108和5.53×108。DVB/CAR/PDMS萃取头提取的化合物数量、总含量、含氮化合物的含量以及含硫化合物含量均是最高的,故选择DVB/CAR/PDMS萃取头。 2.2 不同辐照剂量对酵母浸膏挥发性成分的影响
图 1 不同剂量辐照后酵母浸膏总挥发性成分(A)和含氮、 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 本实验采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头、萃取温度40 ℃、萃取时间40 min,研究不同辐照剂量(0、3.05、6.12、9.30、13.15、17.00、19.80 kGy)处理后的酵母浸膏的挥发性成分,匹配度大于80%的挥发性化合物如表2所示。未经辐照的酵母浸膏挥发成分含有1 种酸类、2 种醛类、2 种醇类、1 种烯烃类、4 种苯环类、3 种含氮化合物;经不同剂量辐照后,共产生酵母浸膏挥发成分含有1 种酸类、2 种酮类、7 种醛类、2 种醇类、4 种烯烃类、2 种苯环类、14 种含氮化合物、2 种含硫化合物和1 种酯类。与未经辐照的样品相比,辐照后新产生了5 种醛类、11 种含氮化合物、1 种醇类、3 种烯烃类、2 种酮类和2 种含硫化合物。 在0~18 kGy辐照剂量范围内,总挥发性成分峰面积和种类变化如图1A所示。未经辐照的样品的总挥发性成分峰面积和种类分别为2.05×109和13 种;当吸收剂量达到6 kGy时,二者分别为2.94×109和14 种;当辐照剂量超过12 kGy时,二者的升高幅度增大,至18 kGy时,分别达到9.41×109和26 种。这说明随剂量的增加,化合物的种类和含量均呈增加的趋势,常用的6 kGy剂量对化合物数量和种类贡献不大,当剂量超过12 kGy时,影响较明显。 表 2 不同剂量辐照后酵母浸膏辐照挥发成分 Table 2 Effect of different dosages on the extraction efficiencies of volatile compounds from irradiated yeast extract
酵母浸膏富含游离氨基酸,有大量的—NH3和 表 3 辐照酵母浸膏氨基酸含量 Table 3 Amino acid contents of irradiated yeast extract
3 讨论与结论 风味感官分析中发现,当辐射灭菌剂量为6~8 kGy时,酵母浸膏经辐照后仍然呈酵母抽提物独有的焦香味;当剂量超过8 kGy后,辐照后的酵母抽提物有刺激的异味,稍带辛辣味,剂量越高味道越重[14]。林美丽等[15]利用气相-嗅闻-质谱检测到23 种酵母浸膏风味物质,其中乙酸、丙酮、丙酸、苯甲醛、2-丁酮含量较高。本实验检测到未经辐照酵母浸膏挥发性性成分有13 种,其中乙酸、吲哚、2-乙基己醇、2,3-丁二醇、苯甲醛含量较高的,与文献报道各有异同,可能由于萃取和分析条件不同造成。酵母浸膏辐照后的挥发成分与胡国栋等[16]研究结果不一致,与王志沛[17]、Tracey[18]报道的啤酒挥发成分相似。辐照后酵母浸膏挥发成分与金华火腿的风味成分极其相似,均含有庚醛、壬醛、苯乙醛、二甲基二硫、2,6-二甲基吡嗪等[19]。辐照后酵母浸膏挥发成分中的醛、酮类与牛奶[20]、火腿[21]、鸭汤[22-23]有部分相似。其中苯甲醛有苦杏仁味,庚醛呈不愉快脂肪气味,壬醛有玫瑰香味,辛醛有果子香气。少量醛类混合会产生青草或黄瓜的香味,但含量过多会有辛辣味[24]。含硫类化合物与辐照猪肉挥发成分相似,其阀值低,具有刺激的恶硫磺味和臭鸡蛋味[4]。另外,酵母浸膏辐照后还新产生了11 种含氮化合物,与蘑菇汤的吡嗪类挥发成分大致相似[25],吡嗪类物质呈烤香、咖啡、花生、土豆气味,但浓度高时呈刺激性的味道,其中吲哚浓度低时呈香味,浓度高时呈强烈的粪臭味。含氮、硫化合物的氮源、硫源分别来自于酵母浸膏氨基酸的—NH3和—SH,推测其产生机理为:辐射能引发蛋白质水解,游离氨基酸浓度显著增加,导致Maillard反应和Stretcher氨基酸反应,形成醛、醇、酮、吡嗪和含硫化合物等挥发性风味物质,带来酵母浸膏特殊的辐照风味。辐照剂量越大,次级反应越多,程度越激烈,产物含量和种类相应发生变化。但酵母浸膏挥发成分中的主要贡献成分以及其随剂量的变化规律,还需结合嗅觉检测仪进一步研究分析。 本研究采用SPME萃取结合气-质联用法检出未经辐照的酵母浸膏中含有13 种挥发性成分,包括1 种酸类、2 种醛类、2 种醇类、1 种烯烃类、4 种苯环类、3 种含氮化合物,其中乙酸、1,3-二氯苯和吲哚是含量最高的3 种成分。辐照后酵母浸膏中共检出35 种挥发性成分,其中新产生了5 种醛类、1 种醇类、3 种烯烃类、2 种酮类、11 种含氮化合物和2 种含硫化合物。挥发性成分含量和数量均随辐射剂量的增加呈上升趋势。50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头、萃取温度40 ℃、萃取时间40 min的方法可较好地萃取辐照后酵母浸膏挥发物中的含氮、硫化合物,这对分析氨基酸的辐射分解具有重要意义。 参考文献: [1] 李科德, 曾庆孝. 提升啤酒酵母抽提物整体风味优化工艺条件的研究[J]. 食品科学, 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, 耿胜荣, 刘杨岷, 等. 冷却包装猪肉辐照异味气体成分研究[J]. 中国农业科学, 2008, 41(3): 918-924. [5] 宁正祥. 酵母细胞自溶动力学研究[J]. 微生物学报, 1994, 34(3): 213-219. [6] 张虹, 张宏, 毕丽君. 酵母提取物的研究[J]. 中国调味品, 2000(2): 20-23. [7] PAULO C B C, BIBIANA A S, ROGER W, et al. The effect of yeast 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] 杨玉平, 熊光权, 程薇, 等. 水产品异味物质形成机理、检测及去除技术研究进展[J]. 食品科学, 2009, 30(23): 533-538. [12] 杨玉平, 焦春海, 廖涛, 等. 鲤鱼挥发性成分测定及其产生机理初探[J]. 湖北农业科学, 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] 廖涛, 李新, 鉏晓艳, 等. 酵母抽提物辐照挥发性成分分析[J]. 核农学报, 2013, 27(12): 1858-1864. [15] 林美丽, 许倩倩, 宋焕禄, 等. 酵母抽提物香气活性化合物的分离与鉴定[J]. 食品科学, 2013, 34(8): 259-262. [16] 胡国栋, 张晓磊. 顶空固相微萃取与气相色谱/质谱分析啤酒微量香味组分的研究[J]. 食品与发酵工业, 2004, 30(2): 1-5. [17] 王志沛, 季晓东, 武千钧, 等. 啤酒中挥发性风味物质的分析及风味评价[J]. 酿酒科技, 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] 田怀香, 王璋, 许时婴. GC-O法鉴别金华火腿中的风味活性物质[J]. 食品与发酵工业, 2004, 30(12): 117-123. [20] 王艳芳, 杨瑞金, 赵伟, 等. 高压脉冲电场对牛奶中风味物质的影响[J]. 食品科学, 2009, 30(11): 43-46. [21] 章建浩, 周光宏, 朱健辉, 等. 金华火腿传统加工过程中游离氨基酸和风味物质的变化及其相关性[J]. 南京农业大学学报, 2004, 27(4): 96-100. [22] 王武, 查浦本, 张静, 等. 响应面法优化固相微萃取-气质联用法检测鸭肉中挥发性风味物质[J]. 食品科学, 2010, 31(20): 329-334. [23] 刘源, 周光宏, 徐幸莲, 等. 南京盐水鸭挥发性风味化合物的研究[J]. 食品科学, 2006, 27(1): 166-170. [24] 李琴, 朱科学, 周惠明. 固相微萃取-气相色谱-质谱及气相色谱嗅闻技术分析双孢蘑菇汤的风味活性物质[J]. 食品科学, 2011, 32(16): 300-304. [25] 张丽娟. 恒顺香醋醋酸发酵过程中风味物质的变化分析[D]. 无锡: 江南大学, 2008: 24-28. 收稿日期:2013-06-05 基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(11105048);湖北省农业科技创新中心项目(2013-620-007-001) 作者简介:耿胜荣(1979—),女,助理研究员,硕士,研究方向为农产品辐射加工。E-mail:zaolight@163.com *通信作者:熊光权(1965—),男,研究员,学士,研究方向为淡水鱼加工。E-mail:xiongguangquan@163.com |
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