生物轉化麩皮提取物的揮發性成分GC/MS分析

魏敏，陳義坤，羅誠浩，宋旭艷，李冉，潘曦

（湖北中煙工業有限責任公司技術中心，湖北武漢430040）

生物轉化麩皮提取物的揮發性成分GC/MS分析

魏敏，陳義坤，羅誠浩，宋旭艷，李冉*，潘曦

（湖北中煙工業有限責任公司技術中心，湖北武漢430040）

利用從香莢蘭莖中分離出1株能轉化阿魏酸生成香蘭素的產香菌株桑腸桿菌（L4-3），生物轉化小麥麩皮，得到生物轉化麩皮提取物，并與其對照-麩皮提取物進行揮發性香氣成分GC/MS對比分析。結果表明：生物轉化麩皮提取物的香氣物質有了很大程度的改變和改善，其中香氣主要成分3-羥基-2丁酮，相對百分含量40.935％，稀釋后賦予生物轉化麩皮浸膏濃郁的奶油香氣。

桑腸桿菌（L4-3）；生物轉化麩皮浸膏；GC/MS

目前，我國煙用香料主要由各種分離手段直接從煙草或其它植物中提取的天然香料［1］或化學合成香料，受到植物資源的有限性和化工合成香料香氣單一性限制，且有的尚不能人工合成或成本太高。將微生物發酵工程應用于香精香料的生物合成中，以工農業廢料為原料，利用微生物可以生產各種天然香料，是一種很好的解決途徑［2-4］。

麩皮為小麥最外層的表皮，是小麥加工面粉后得到的副產品，主要用作飼料，經濟價值不高。小麥麩皮含有大量人體必需的營養成分，如相當豐富的維生素、蛋白質、含有硫胺素、核黃素、尼克酸等生長素，富含纖維素和半纖維素，此外，還含有豐富的酶類［5-6］。麩皮作為中藥的一味，具有潤肺、滋潤皮膚，防癌抗癌，健脾和胃，烏發固發，清理腸胃等作用。

本研究利用從香莢蘭莖中分離出的能轉化阿魏酸生成香蘭素的產香菌株桑腸桿菌（L4-3）［7-9］，生物轉化小麥麩皮，得到生物轉化麩皮提取物，并與其未經處理對照-麩皮提取物（以下簡稱對照）進行揮發性香氣成分GC/MS對比分析，研究產香菌對麩皮進行生物轉化后，其致香成分的變化情況，旨在為生物轉化技術在作物廢料中開發高價值天然香料的應用提供參考。

1　材料與方法

1.1材料和儀器

1.1.1菌種

桑腸桿菌Enterobactermori VL4-3CCTCCM2012020，從香莢蘭植物的莖中篩選得到，于2012年1月16日保藏于武漢大學中國典型培養物保藏中心。

1.1.2斜面培養基

馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基：北京三藥科技開發公司，BR：馬鈴薯浸液200mL/L，葡萄糖20 g/L，瓊脂13 g/L。

原始種子培養基（麥芽糖蛋白胨培養基）：麥芽糖50 g/L，蛋白胨10 g/L，氯化鈉5 g/L。

發酵培養基：為麩皮回流提取液的濾液。

1.1.3原料和藥品

農家小麥麩皮；葡萄糖；瓊脂；麥芽糖；蛋白胨；氯化鈉；二氯甲烷；無水硫酸鈉：國藥集團化學試劑有限公司，AR；95％乙醇（食用級）。

1.1.4儀器

SHP-080生化培養箱：上海精宏實驗設備有限公司；YX.350Z滅菌鍋：上海三申醫療器械有限公司；SW-CJ-1FD超凈工作臺：蘇凈集團安泰公司；HQL 300B恒溫搖床：武漢中科科儀技術發展有限責任公司；6890N-5973C氣相色譜-質譜聯用儀：美國安捷倫科技公司。

1.2方法

1.2.1麩皮發酵香料的制備

種子液培養方法：用接種環挑取一環L4-3到裝有200mL液體種子培養基的500mL三角瓶中，30℃，150 r/min培養24 h。

1）將干燥的麩皮和水按質量比1：25混合，回流提取1 h～3 h后過濾，取濾液，115℃滅菌25min；

2）斜面培養：將桑腸桿菌L4-3接種到馬鈴薯葡萄糖瓊脂斜面培養基上，在恒溫培養箱中30℃下、pH自然，靜置培養24 h～72 h后置于4℃冰箱中；

3）制備種子培養液：用上述步驟2）中所得的斜面培養物，接種到種子培養基，在25℃～35℃，轉速100 r/min～150 r/min條件下振蕩培養12 h～36 h，連續轉接1～4次后制得種子培養液；

4）生物轉化：將步驟3）中所得的種子培養液按體積比2％～20％接種到上述步驟1）中的麩皮濾液中，上述濾液的裝罐量為20％，在pH自然，溫度30℃～32℃，轉速150 r/min，不避光條件下發酵24 h～72 h；

5）將步驟4）中所得的發酵液和95％乙醇按體積比1∶3，沉淀過夜后抽濾，除去雜質保留濾液，并減壓濃縮除去溶劑，制得黃褐色浸膏，密度約為1.12左右，為生物轉化麩皮提取物。

1.2.2揮發性香氣成分GC/MS分析

1.2.2.1同時蒸餾萃取

將5 g生物轉化麩皮提取物裝入圓底燒瓶中，加入400mL水，用電熱套加熱至沸騰，另一側的圓底燒瓶中加入200mL的二氯甲烷，60℃水浴沸騰，待中間分液管處液面出現分層后計時萃取2 h。萃取結束后，向二氯甲烷萃取液中加入無水硫酸鈉，過夜，過濾并濃縮至1mL，濃縮液用于進行GC/MS分析。同樣的方法進行5 g未發酵麩皮提取物浸膏的同時蒸餾萃取，用于進行GCMS分析。

1.2.2.2GC/MS分析

HP-5MS（50m×0.25mm×0.25μm）毛細管柱；進樣溫度：250℃；分流比20∶1；載氣：He，1mL/min；升溫程序：從50℃（1min）以5℃/min升到250℃（5min）；傳輸線溫度：250℃；離子源：EI源；電子能量：70 eV；掃描范圍：50 amu～400 amu；使用WILEY和MINILAB譜庫進行檢索。

2　結果與分析

通過GC/MS對生物轉化麩皮提取物及其對照進行揮發性香氣成分對比分析，從下表1中可以看出，生物轉化麩皮提取物共鑒定出40種香氣成分，對比其對照，香氣有了很大程度的變化與改善。消失的香氣物質主要為烷烴類、苯酚類和鄰苯二甲酸酯類；增加的香氣物質包括：丙酮醛具有刺激性辛辣氣味和焦糖樣甜味；2，3-丁二酮具有甜的、奶油、黃油香氣，有天然存在；乙酸是重要的有機酸，呈刺激性特殊香氣；3-羥基-2丁酮，相對百分含量40.935％，大量稀釋后呈奶油香氣；1，1-2乙氧基乙烷，呈愉快的堅果和新鮮青水果香氣，有天然品存在；異丁酸具有強烈的似哈敗奶油氣味和干酪味；丁酸具有呈強烈的奶油和干酪香氣及奶油脂肪酸敗氣味；2，3-丁二醇具有香氣微弱的水果香，有天然存在；糠醛具有焦香味；3-甲基-2-丁烯，1％或更高濃度的乙醇溶液，具有漿果樣果香香氣，有尖刺的酸氣，并帶有發酵蜜糖樣香調，屬于天然等同香料；對乙烯基愈創木酚呈強烈香辛料、丁香和發酵似香氣，有炒花生氣息。另外相對百分含量有變化的香氣物質：苯乙醇具有特殊玫瑰香氣，丁酸-2-甲基-2-苯乙酯具有青香、花香、甜的果香和蠟樣香氣。所有這些香氣糅合在一起賦予生物轉化麩皮提取物具有甘甜奶香氣。

3　結論

本研究利用從香莢蘭莖中分離出的能轉化阿魏酸生成香蘭素的產香菌株桑腸桿菌（L4-3）［7-9］，生物轉化小麥麩皮，得到生物轉化麩皮提取物，并與其未經處理對照-麩皮提取物（以下簡稱對照）進行揮發性香氣成分GC/MS對比分析。結果表明：生物轉化麩皮提取物的香氣物質相比其對照有了很大程度的改變和改善，其中香氣主要成分3-羥基-2丁酮，相對百分含量40.935％，稀釋后賦予生物轉化麩皮浸膏濃郁的奶油香氣。本方法所用原料來源廣泛，工藝條件溫和、步驟簡單，易于操作和實現產業化，成本低，綠色環保，旨在為生物轉化技術在作物廢料中開發高價值天然香料的應用提供參考。

表1　生物轉化麩皮提取物與其對照的揮發性香氣成分對比分析Table1 Comparativeanalysisof aroma components in biotransformated bran extractand its control

續表1生物轉化麩皮提取物與其對照的揮發性香氣成分對比分析Continue table1 Comparativeanalysisof arom a com ponents in biotransformated bran extractand its control

［1］胡文，何靜，樊永明，等.植物性天然香料及其提取技術［J］.精細與專用化學品，2004，12（6）：6-9

［2］趙偉睿，馬海樂，劉斌.微生物揮發性物質及其在食品工業中的應用［J］.食品科技，2009，34（8）：32-37

［3］孟慶豪，李繼峰，劉巖梅，等.生物技術在食品添加劑生產中的應用［J］.山東食品發酵，2011（2）：49-52

［4］羅誠浩，喻林，魏敏，等.微生物轉化法生產香蘭素的研究進展［J］.化學與生物工程，2011，28（12）：11-16

［5］林琳.小麥麩皮的營養成分及其開發利用［J］.農業科技與裝備，2010（3）：41-42

［6］江暉，何珣.小麥麩皮功能性成分的研究進展［J］.安徽農業科學，2011，39（2）：834-835

［7］陳勇，魏敏，羅誠浩，等.桑腸桿菌及利用其生物轉化阿魏酸生產天然香蘭素的方法：ZL 201210117028.4［P］.2012-4-19

［8］羅誠浩，魏敏，陳義坤，等.桑腸桿菌及其生物轉化發酵型煙用麩皮浸膏的方法和應用：ZL 201210117406.9［P］.2012-4-19

［9］喻林，魏敏，陳義坤，等.桑腸桿菌L4-3轉化阿魏酸生產香蘭素［J］.湖北大學學報（自然科學版），2012，34（3）：286-291

GC/MSAnalysis of Biotransform ated Bran Extract's Volatile Com ponents

WEI Min，CHEN Yi-kun，LUO Cheng-hao，SONG Xu-yan，LI Ran*，PAN Xi
（Technology Center of China Tobacco Hubei Industry Limited-liability Company，Wuhan 430040，Hubei，China）

Wheat bran was biotrans for mated by aroma producing strain Enterobactermori（L4-3），whichwas isolated from the stem vanilla and could conversion of ferulic acid to generate vanillin.And the obtained biotransformated bran extractwas compared with the untreated control-bran exactby GC/MS.The results showed that the aroma ofbiotransformated bran extracthas a large degree of change and improvement.Themain aroma componentsof3-hydroxy-2methylethylketone，the relative contentof40.935％，which can give biotransformated bran extract rich creamy aromaafterdilution.

Enterobactermori（L4-3）；biotransformatedbranextract；GC/MS

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.18.030

2010年湖北省自然科學基金項目（2010CDB07301）

魏敏（1979—），女（漢），工程師，碩士，研究方向：生物技術開發天然食品添加劑。

李冉（1982—），男（漢），工程師，博士，研究方向：卷煙增香保潤。

2015-06-03