不同干酵母发酵豆粕的挥发性成分分析
mvp什么意思
李开U，宋昊U，王冬U，郑玉芝
(1.北京一轻研究院，北京1〇1111;2.北京市食品工业研究所，北京100075)
摘要：采用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用技术，对豆桕和4种干酵母发酵豆桕后的挥发性成分进行了主成分分析。豆桕中 共鉴定出36种挥发性成分，主要成分为1-辛烯-3-醇、1-己醇、酯类化合物和醛类化合物，其中1-辛烯-3-醇含量最高，占34.03%。豆桕经 过安琪酵母、马利酵母、舒可曼酵母和超凡酵母发酵后，发酵产物中分别鉴定出54、51、57、52种挥发性物质，1-辛烯-3-醇、3-甲基-1-丁 醇、1-己醇、苯乙醇和酯类为发酵产物的主要挥发性成分;1-辛烯-3-醇的含量与发酵前相比下降明显，其中超凡酵母发酵后含量降至
10.28%。通过主成分分析得知，超凡酵母和舒可曼酵母发酵后的豆桕的挥发性成分在整体上较为接近，而与安琪酵母、马利酵母明
显不同。
good friend关键词：顶空固相微萃取；豆桕；挥发性成分；酵母；发酵
中图分类号：T S201.1文章编号：0254-5071(2018)02-0153-06d o i:10.11882/j.is s n.0254-5071.2018.02.031 Volatile compounds analysis of fermented soybean meal with different dry yeasts
L I K a i1，2, S O N G H a o1，2, W A N G D o n g' Z H E N G Y u z h i12**
(1 .Beijing Industrial Technology Rearch Institute，Beijing 101 1 1 1，China;
2.BeijingFoodIndustryRearchInstitute，B djing 100075，China)
A b s tra c t: The v o la tile com pounds in soybean m eal before and after ferm en tation w ith fo u r d iffe re n t d ry yeasts w ere analyzed b y H S-S PM E. The results showed th a t 36 v o la tile com pounds in soybean m eal w ere id e n tifie d，and the m a jo r com ponents w ere 1 -o cte n-3-o l，1 -h exano l，ester and aldehyde. The content o f1 -o cten-3-ol was the high est，w h ic h accounted fo r 34.03%. A fte r ferm entation w ith A n g e l yeast，M a u ri yeast，Sugarman yeast and C haofan yeast，54，5 1，57 and 52 v o la tile com pounds w ere id e n tifie d in the ferm ented soybean m e a l，respectively. 1 -o cte n-3-o l，3-m eth yl- 1 -b u ta n o l，1 -h e xa n o l，phenethyl a lcoh ol and ester w ere the m a jo r v o la tile com ponents. M o re o ve r，the re la tive content o f1-o cten-3-ol in ferm ented products o f C haofan yeast decread to 1 0.28%. Bad on the p rin c ip a l com ponent analysis，the v o la tile com pounds o f ferm ented soybean m eal w ith C haofan
and Sugarman yeast w ere generally sim ilar, b u t o b v io u s ly d iffe re n t fro m the v o la tile com pounds o f ferm ented soybean m eal w ith A n g e l and M a u ri yeast.
K e y w o rd s： H S-S P M E; soybean m eal; v o la tile com ponents; yeast; ferm entation
豆粕含有40%〜60%的蛋白质，除此之外，还含有硫 胺素、核黄素、烟酸等维生素以及大豆低聚糖、大豆异黄 酮等活性成分[1]；大豆蛋白是公认的一种全价蛋白，含有 人体所需的9种必需氨基酸[2-3]。
不良风味一直以来都是大豆类产品在食品工业中深 度开发利用的主要障碍，目前已有许多关于大豆类产品风 味物质的研究。BOUfi S M等[4]跟踪研究了大豆在不同发 育时期的挥发性化合物，总共鉴定出49种化合物，主要包 含酯、酮、醇。LV Y等[5]在豆浆中鉴定出8种豆腥味化合物 和4种非豆腥味化合物。研究表明，含有大豆蛋白产品的不 良风味(如豆腥味）主要是由不饱和脂肪酸的氧化所引起 的吹黄友如等[7]研究表明，乙醇处理能有效改善大豆分离 蛋白的风味，主要是由于乙醇处理去除了 1-辛烯-3-醇和降
收稿日期：2017-12-06 修回日期：2018-01-11
基金项目：2017年度北京市东城区科技计划(2017-3-001)
作者简介：李开(1990-)，男，硕士，研究方向为食品科学。低了己醛、乙酸乙酯等的含量。施小迪等[
8]利用屮环糊精 包埋技术显著降低了豆乳中的豆腥味。SURATMANLLI 等[9]发现，a-环糊精降低豆奶中豆腥味的效果更好。另外，也有将微生物发酵技术应用于大豆类产品风味的改善，LEEJEERAJUMNEAN A等[10]用芽孢杆菌发酵大豆后，发 现风味化合物的含量増加了 100倍。BLAGDEN T D等[11]发 现，乳酸杆菌和链球菌能降低豆奶气味物质中甲醇和乙醇 的含量。目前，还鲜见关于豆柏及豆柏发酵后的挥发性成 分的研究。
本研究采用4种不同品牌的干酵母发酵豆粕，利用顶空固 相微萃取(headspace solid-pha microextraction，HS-SPME)和 气相色谱-质谱联用（gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS)，米用主成分分析(principal component analysis，PCA)
*通讯作者：郑玉芝(1965-)，女，教授级高级工程师，博士，研究方向为食品科学。
对豆粕发酵前后的挥发性物质进行分析研究，以期为更好 地开发利用豆粕有价值的参考依据。
1材料与方法
1.1材料与试剂
大豆粕(食品级）：山东禹王实业有限公司；安琪酵母：安琪酵母股份有限公司；马利酵母：新疆马利食品有限公 司；舒可曼酵母：广西湘桂酵母科技有限公司；超凡酵母：山东圣琪生物有限公司。
1.2仪器与设备
7890A-5975C气相色谱质谱联用仪：美国安捷伦科技 有限公司；SPME手动进样器、HS-SPME萃取头(50/30 pm 二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基娃氧烧）：美国Supelco公司。
1.3方法
1.3.1豆粕发酵
称取干酵母0.5 g置于三角瓶中，加入50 g去离子水，在 37 °C条件下振荡培养箱中振荡培养1h，备用；称取豆粕50 g 置于培养盒中，倒入准备好的酵母培养液，混匀，在37 °C 恒温培养箱中发酵2 h (发酵时间来自酵母粉说明书）。1.3.2顶空-固相微萃取
参考文献[12]的方法，取适量的样品，置于15 mL顶空 样品瓶中，密封，60 C平衡30 min。将预先进行高温老化 后的SPME针头插进顶空样品瓶中，推出萃取纤维头，在 60 C进行顶空固相微萃取30 min，最后将萃取头插进气相 色谱仪进样口，240 C解吸5 min，进行GC-MS分析。
1.3.3GC-MS检测条件
气相色谱条件:DB-WAX石英毛细柱(30 mx0.32 mm，0.25 pm)色谱柱；进样口温度:240 C；升温程序:
40 C保 持3 min，以5 °C/min升至 120 C，保持4min，8 °C/min升温至 200 °C，保持 8 min，10 °C/min升至240 °C，保持 10 min；载气 氦气(He)流速1.5mL/min，不分流。january怎么读
质谱条件：电子电离（electron ionization，EI)源；电子 能量70 eV；传输线温度240 °C；离子源温度230 °C；母离子 285 m/z；激活电压1.5V；质量扫描范围35.00〜500.00 m/z。
空军工程大学分数线1.3.4数据处理
利用安捷伦质谱数据处理系统结合NIST 11标准质谱 库对总离子流色谱图中的各峰进行检索，确定每个峰对应 的化学成分，并用峰面积归一化法计算各化学成分的相对 含量。利用Matlab2016b对4种不同酵母发酵豆粕中的挥发 性成分进行主成分分析。
2结果与分析
2.1豆粕的挥发性化学成分
发酵前豆粕的挥发性成分的总离子流色谱图见图1，各组分的鉴定结果见表1。
由表1可知，发酵前，豆粕的挥发性物质包括醇、醛、酯、酸、酮和烃类。其中，醇类化合物10种，占58.13%；醛类化合物7种，占10.47%；酯类化合物6种，占16.08%；酸类化 合物3种，占2.45%；
酮类化合物4种，占5.11%；烃类化合物6种，占7.76%。由于烃类化合物的气味阈值较高，因此对豆 粕的风味的形成贡献不大，1-辛烯-3-醇、1-己醇、酯类化合 物和醛类化合物为豆粕的主要挥发性成分。1-辛烯-3-醇的 相对含量为34.03%，具有不愉快的蘑菇味和油腻味，是大 豆产品中的主要异味成分[13]。在豆粕的脱脂过程中，与蛋白 质共价结合的脂质无法被正己烷去除，在豆粕的加工贮藏 过程中这些残留脂质中的亚油酸等不饱和脂肪酸，在脂 肪氧合酶的催化下，被氧化为氢过氧化物，氢过氧化物再 被氢过氧化物裂解酶、氧化还原酶等催化生成1-辛烯-3-醇 等醇类和羰基化合物，形成了豆粕特殊的风味[6，14"15]。
图1发酵前豆粕的挥发性成分G C-M S分析的总离子流色谱图Fig. 1Total ion chrom atogram of volatile com ponents in soybean meal before ferm entation analysis by G C-M S
表1豆粕发酵前后主要挥发性成分的变化
Table 1C hanges of m ain volatile com ponents in soybean m eal before and after ferm entation
化合物
相对含量/%
未发酵安琪马利舒可曼超凡
醇
3-己醇 1.76----2-甲基丙醇--- 3.81 4.86
3-甲基-1-丁醇-12.4713.8710.789.92 2-己醇 1.46-0.19--
1-戊醇 1.530.60---
1-己醇12.4410.2411.0110.9611.24 (Z)-3-己烯-1-醇-0.260.39--
3,5-辛二烯-2-醇 1.840.39 1.020.27-
3-辛醇-0.16-- 1.01
1-辛烯-3-醇34.0314.6211.2212.0210.28 1-庚醇 1.21 1.26 1.300.84 1.14 2-乙基己醇0.64----
2, 3-丁二醇- 1.15-0.80 1.08 1-辛醇- 1.59 1.290.72 1.06 1-壬烯-4-醇 2.91---
-
续表
化合物
相对含量/%
未发酵安琪马利舒可曼超凡
1-壬醇- 1.98 3.68 2.28 2.83 (Z)-3-壬烯-1-醇-0.59 1.54 1.030.98苯甲醇---0.30-
苯乙醇0.319.26 5.44 5.18 4.99丙三醇-0.200.180.280.15醛
(E)-2-丁烯醛--- 1.84 1.35
己醛--- 2.51 3.13 2-己烯醛 1.63----(Z)-2-庚烯醛 1.450.370.340.28-壬醛 1.070.890.900.610.81 (2E,4E)-己二烯醛-0.440.57--
(E)-2-辛烯醛 1.080.470.510.590.61 (2E,4E)-庚二烯醛0.17----癸醛-0.510.40-0.32苯甲醛 3.82 4.74 3.02 1.34 2.37 5-甲基庚醛---0.34-
(E)-2-壬烯醛 1.240.73---2-苯基巴豆醛- 1.570.930.440.58酸
乙酸0.320.90 1.460.85 1.12
己酸----0.52
庚酸---0.41-
辛酸-0.740.620.550.59山梨酸-0.87---
壬酸-0.40---
正癸酸----0.24正十二酸-0.14---
十四酸 1.110.610.650.290.23十五酸-0.190.20--
十六酸 1.030.690.810.740.45
萜烯
^柠檬烯---0.430.45 S ra
3-辛酮 1.04 3.91---
2-庚酮---0.720.59 3-羟基-2-丁酮- 3.07 3.28 1.60 4.16 2-辛酮0.58 1.36- 1.23-2-乙酰环戊酮- 2.82 2.610.94 2.49 2,5-己二酮 2.03----2,3-辛二酮---0.260.28 2-壬酮--- 1.760.53 3-辛烯-2-酮----0.33 8-壬烯-2-酮---0.63-
续表化合物
相对含量/%顺其自然披头士
未发酵安琪马利舒可曼超凡2-辛烯-4-酮---0.33-
2-壬烯-4-酮----0.27 (3E,5E)-辛二烯-2-酮 1.45--0.27-2-十~酮---0.23-
烃类
顺-3-甲基-1-乙基环戊烷----0.26正十四烷---0.72-
正十五烷0.150.330.300.460.22
正十六烷 1.070.37-0.490.51 2,6,10,14-四甲基十六烷 2.57-0.75--
2,6,10,14-四甲基十五烷--0.84--正十七烷 1.490.34---
正十八烷 1.80- 1.72--
正十九烷0.670.32 1.33--
1-庚烯-0.25---
苯乙烯- 2.28 4.95 6.67 5.95
杂环类
2-戊基呋喃-- 1.350.850.72
麦芽醇-0.86 1.030.540.50酯
乙酸-3-甲基丁酯--- 2.35 3.08己酸乙酯-- 1.39 1.05 1.52
乙酸己酯- 2.14 3.91 6.85 5.99
庚酸乙酯--0.28--
乙酸庚酯---0.390.39 1-辛烯-3-醇乙酸酯-0.110.310.420.48辛酸乙酯- 2.25 2.33 3.43 2.27
壬酸乙酯-0.66-0.400.55
(E)-2-辛烯酸乙酯--0.24-0.16
癸酸乙酯- 2.13 1.91 1.88 1.43
苯甲酸乙酯-0.45---
9-癸烯酸乙酯---0.31-
工商管理学什么
乙酸苯乙酯-0.420.400.240.26
十二酸乙酯--0.370.220.13
丁酸丁酯 5.19 1.49 1.84--2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯 5.78----十四酸甲酯--0.11--
六级查询入口7-壬内酯 2.51 3.18 4.38 2.99 3.14
十四酸乙酯--0.09--
三乙酸甘油酯 1.11----4-乙氧基苯甲酸乙酯0.990.410.42--十六酸甲酯0.490.320.43--
十六酸乙酯-0.87 1.47 1.05 1.46 9-十六碳烯酸乙酯-0.630.450.23-注：表示未检出。
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图2
不同干酵母发酵后豆粕的挥发性成分G C -M S 总离子流 色谱图
Fig. 2 Total ion chrom atogram of volatile com ponents in ferm ented
soybean m eal w ith different dry yeasts analysis by G C -M S
发酵前后豆粕中挥发性成分按种类的数量分析结果 见图3。
由图3可知，在安琪酵母发酵后的豆粕中，共有54种挥 发性成分。其中，醇类14种，占54.77%；酯类13种，占15.06%； 酮类4种，占11.16%；醛类8种，占9.72%；酸类8种，占4.54%； 烃类6种，占3.89%；杂环1种，占0.86%。其主要挥发性成分
2.2豆粕发酵后的挥发性成分
分别经4种干酵母发酵后的豆粕的挥发性成分的总 离子流色谱图如图2所示，发酵后挥发性成分鉴定结果见 表1。由表1可知，豆粕发酵后挥发性物质的类别为醇、醛、 酸、萜烯、酮、杂环、酯和烃类，与发酵前相比，挥发性物质 增加了十几种，萜烯、杂环是新增加的种类。
20 - 安琪
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16： 马利
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图4发酵前后豆粕中挥发性成分的含量分析
Fig. 4 C ontents analysis of volatile com pounds in soybean meal
before and after ferm entation
是 1-半烯-3-醇（14.62%)、3-甲基-1-丁醇（12.47%)、1-己醇 (10.24%)、苯乙醇(9.26%)、酯类及酮类。
18 16 14
12
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英语学习成人^醇醛酸萜烯酮杂环酯轻类图3
发酵前后豆粕中挥发性成分的种类分析
Fig. 3 V arieties analysis of volatile com pounds in soybean m eal
before and after ferm entation
在马利酵母发酵后的豆粕中，共有51种挥发性成分。 其中，醇类12种，占51.11%；酯类17种，占20.32%；酮类2种， 占5.89%；醛类7种，占6.67%；酸类5种，占3.74%；烃类6种， 占9.88%；杂环2种，占2.38%。其主要挥发性成分是3-甲基-1- 丁醇（13.87%)、1-辛烯-3-醇（11.22%)、1-己醇（11.01%)、苯 乙醇(5.44%)及酯类。
在舒可曼酵母发酵后的豆粕中，共有57种挥发性成分。 其中，醇类13种，占49.57%；酯类14种，占21.83%；酮类10种， 占7.96%；醛类8种，占7.94%；酸类5种，占2.83%；烃类4种， 占8.34%；杂环2种，占1.39%；萜烯1种，占0.43%。其主要挥 发性成分是1-辛烯-3-醇（12.02%)、1-己醇（10.96%)、3-甲 基-1-丁醇（10.78%)、苯乙醇(5.18%)及酯类。
在超凡酵母发酵后的豆粕中，共有52种挥发性成分。 其中，醇类12种，占49.54%；酯类13种，占20.86%；酮类7种， 占8.66%；醛类7种，占9.18%；酸类6种，占3.14%；烃类4种， 占6.95%；杂环2种，占1.22%；萜烯1种，占0.45%。其主要挥 发性成分是1-己醇（11.24%)、1-辛烯-3-醇（10.28%)、3-甲 基-1-丁醇(9.92%)、苯乙醇(4.99%)及酯类。
发酵前后豆粕中挥发性成分按种类的含量分析，结 果见图4。
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由图4可知，在发酵的过程中，由于酵母经历新陈代 谢，豆粕的主要风味化学成分含量在发酵前后发生了很大 的变化，同时还生成了许多新的挥发性化合物，从而形成 了豆粕发酵后的特殊的风味。对于醇类化合物来说，4种 酵母发酵后，醇类化合物的种类有所上升，但是总体相对 含量却下降。异味物质1-辛烯-3-醇发酵前的相对含量为 34.03%，发酵后降幅超过50%，最低降至10.28%，这个结果 可为豆类产品脱除异味提供参考依据。1-己醇具有酒香、果香，发酵后相对含量有所降低，但是变化不大。苯乙醇具 有玫瑰香的风味，在未发酵的豆粕中相对含量极低，但是 经过酵母发酵后，其相对含量最高升至9.26%。在酵母细 胞中，苯乙醇可以经苯丙酮酸途径从头合成，也可以经过 Ehrlich途径将L-苯丙氨酸转化生成[16]。另外，3-甲基-1-丁 醇、1-壬醇和1-辛醇在未发酵的豆粕中未检测出，而在
发酵 产物中大量出现了，其中3-甲基-1-丁醇具有苹果白兰地香 气，相对含量占9%以上，构成了发酵产物的主体风味物质。在酵母的发酵过程中，丙酮酸通过一系列的酶促反应合成 缬氨酸，缬氨酸再经过Ehrlich途径最终生成3-甲基-1-丁醇，3-甲基-1-丁醇还可以由亮氨酸直接经过Ehrlich途径转化 而成[17]。对于酯类化合物，经4种酵母分别发酵后酯的种类 均增加了 1倍以上，除了安琪酵母发酵后酯类的相对含量 有所降低外，马利、舒可曼、超凡酵母发酵产物的酯类化 合物的相对含量均升高。如具有椰子香气的壬内酯的相 对含量从发酵前的2.51%，最高升至4.38%；具有水果香味 的乙酸己酯、甜酒香的辛酸乙酯、菠萝香的己酸乙酯、椰 子香的癸酸乙酯、玫瑰花香的乙酸苯乙酯为发酵后新增加 的酯。经过4种酵母的分别发酵后，豆粕中醛类化合物的 相对含量由发酵前的10.47%降至10%以下，醛类化合物不 构成发酵产物的主体风味化学成分，其中具有油脂气味的 壬醛和具有脂肪气味的(E)-2-辛烯醛的相对含量均有明显 下降。发酵后，豆粕主要异味成分的含量下降明显，说明发 酵法对于豆粕的异味脱除效果显著。目前已有一些关于酵 母发酵法脱除异味的应用被报道，如大豆分离蛋白的异味 脱除[18]、豪猪肝的异味脱除[19]，而且包括1-辛烯-3-醇在内 的异味化学成分的含量在发酵后均明显下降。酵母发酵 脱除异味的机理至今还不太清楚，可能是异味成分被酵母 在新陈代谢的过程中转化为其他风味良好的成分；另外，酵母含有复杂的胞内酶和胞外酶系统，一些酶可以催化异 味化学成分改变其化学结构，从而去除异味。
2.3豆粕发酵产物的挥发性成分主成分分析
主成分分析（PCA)是统计学上处理降维的一种方法，将原先的变量重新组合成一组新的互相无关的几个综合 变量，并根据需求从中取出几个较少的综合变量尽可能多 地反映原来变量。通过初步筛选并按照剔除原则[20]，利用 Matlab2016b对4种不同酵母发酵豆粕的挥发性化学成分 进行主成分分析，结果见表2。
表2三个主因子的特征值和方差贡献率
Table 2 E igenvalue and variance contribution rate of three
principal factors
主因子特征值方差贡献率/%累积方差贡献率/% F118.7352.0452.04
F212.2734.0986.13美国奖学金申请
F3 4.9913.87100.00
由表2可知，前2个主因子对方差的累计贡献率达到了 86.13%，这说明前2个主因子能够较好地反映原始数据的 基本信息。第1个主因子Fi解释了总变异信息的52.04%。
酵母发酵豆粕后的挥发性成分经主成分分析后的前 两个主因子的得分图见图5，豆粕经不同酵母发酵后经主 成分分析后的前两个主因子得分图见图6。
F: (52.04%)
图5挥发性成分的主成分散点图
Fig. 5 PCA sca tte r diagram of volatile com pounds
由图5可知，乙酸己酯、1-辛烯-3-醇乙酸酯、苯乙烯、(E)-2-辛烯醛、1-己醇和己酸乙酯在F1上载荷值接近并呈 正向分布，十四酸、苯乙醇、9-十六碳烯酸乙酯、1-辛醇、乙酸苯乙酯、苯甲醛、辛酸和2-苯基巴豆醛在F1上载荷值接 近并呈反向分布。1-壬醇、乙酸、7-壬内酯和（)-3-壬烯-1-醇 在F2上的载荷值接近并呈正向分布，正十六烷、壬酸乙酯 和2,3-丁二醇在F2上的载荷值接近并呈反向分布。而按类 别，酯类挥发性成分对F1的贡献率最大，醇类对F2的贡献 率最大。
§2
11111'青云翻译在线
_ 马利
超凡
- 安琪
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舒可曼■
-6 -4 -2 0 2 4
Fx(52.04%)
图6不同酵母发酵豆粕的主成分散点图
Fig. 6 PCA sca tte r diagram of ferm ented soybean m eal by
d ifferent
yeasts
