生物转化麸皮提取物的挥发性成分GC/MS分析

魏敏，陈义坤，罗诚浩，宋旭艳，李冉，潘曦

（湖北中烟工业有限责任公司技术中心，湖北武汉430040）

生物转化麸皮提取物的挥发性成分GC/MS分析

魏敏，陈义坤，罗诚浩，宋旭艳，李冉*，潘曦

（湖北中烟工业有限责任公司技术中心，湖北武汉430040）

利用从香荚兰茎中分离出1株能转化阿魏酸生成香兰素的产香菌株桑肠杆菌（L4-3），生物转化小麦麸皮，得到生物转化麸皮提取物，并与其对照-麸皮提取物进行挥发性香气成分GC/MS对比分析。结果表明：生物转化麸皮提取物的香气物质有了很大程度的改变和改善，其中香气主要成分3-羟基-2丁酮，相对百分含量40.935％，稀释后赋予生物转化麸皮浸膏浓郁的奶油香气。

桑肠杆菌（L4-3）；生物转化麸皮浸膏；GC/MS

目前，我国烟用香料主要由各种分离手段直接从烟草或其它植物中提取的天然香料［1］或化学合成香料，受到植物资源的有限性和化工合成香料香气单一性限制，且有的尚不能人工合成或成本太高。将微生物发酵工程应用于香精香料的生物合成中，以工农业废料为原料，利用微生物可以生产各种天然香料，是一种很好的解决途径［2-4］。

麸皮为小麦最外层的表皮，是小麦加工面粉后得到的副产品，主要用作饲料，经济价值不高。小麦麸皮含有大量人体必需的营养成分，如相当丰富的维生素、蛋白质、含有硫胺素、核黄素、尼克酸等生长素，富含纤维素和半纤维素，此外，还含有丰富的酶类［5-6］。麸皮作为中药的一味，具有润肺、滋润皮肤，防癌抗癌，健脾和胃，乌发固发，清理肠胃等作用。

本研究利用从香荚兰茎中分离出的能转化阿魏酸生成香兰素的产香菌株桑肠杆菌（L4-3）［7-9］，生物转化小麦麸皮，得到生物转化麸皮提取物，并与其未经处理对照-麸皮提取物（以下简称对照）进行挥发性香气成分GC/MS对比分析，研究产香菌对麸皮进行生物转化后，其致香成分的变化情况，旨在为生物转化技术在作物废料中开发高价值天然香料的应用提供参考。

1　材料与方法

1.1材料和仪器

1.1.1菌种

桑肠杆菌Enterobactermori VL4-3CCTCCM2012020，从香荚兰植物的茎中筛选得到，于2012年1月16日保藏于武汉大学中国典型培养物保藏中心。

1.1.2斜面培养基

马铃薯葡萄糖琼脂培养基：北京三药科技开发公司，BR：马铃薯浸液200mL/L，葡萄糖20 g/L，琼脂13 g/L。

原始种子培养基（麦芽糖蛋白胨培养基）：麦芽糖50 g/L，蛋白胨10 g/L，氯化钠5 g/L。

发酵培养基：为麸皮回流提取液的滤液。

1.1.3原料和药品

农家小麦麸皮；葡萄糖；琼脂；麦芽糖；蛋白胨；氯化钠；二氯甲烷；无水硫酸钠：国药集团化学试剂有限公司，AR；95％乙醇（食用级）。

1.1.4仪器

SHP-080生化培养箱：上海精宏实验设备有限公司；YX.350Z灭菌锅：上海三申医疗器械有限公司；SW-CJ-1FD超净工作台：苏净集团安泰公司；HQL 300B恒温摇床：武汉中科科仪技术发展有限责任公司；6890N-5973C气相色谱-质谱联用仪：美国安捷伦科技公司。

1.2方法

1.2.1麸皮发酵香料的制备

种子液培养方法：用接种环挑取一环L4-3到装有200mL液体种子培养基的500mL三角瓶中，30℃，150 r/min培养24 h。

1）将干燥的麸皮和水按质量比1：25混合，回流提取1 h～3 h后过滤，取滤液，115℃灭菌25min；

2）斜面培养：将桑肠杆菌L4-3接种到马铃薯葡萄糖琼脂斜面培养基上，在恒温培养箱中30℃下、pH自然，静置培养24 h～72 h后置于4℃冰箱中；

3）制备种子培养液：用上述步骤2）中所得的斜面培养物，接种到种子培养基，在25℃～35℃，转速100 r/min～150 r/min条件下振荡培养12 h～36 h，连续转接1～4次后制得种子培养液；

4）生物转化：将步骤3）中所得的种子培养液按体积比2％～20％接种到上述步骤1）中的麸皮滤液中，上述滤液的装罐量为20％，在pH自然，温度30℃～32℃，转速150 r/min，不避光条件下发酵24 h～72 h；

5）将步骤4）中所得的发酵液和95％乙醇按体积比1∶3，沉淀过夜后抽滤，除去杂质保留滤液，并减压浓缩除去溶剂，制得黄褐色浸膏，密度约为1.12左右，为生物转化麸皮提取物。

1.2.2挥发性香气成分GC/MS分析

1.2.2.1同时蒸馏萃取

将5 g生物转化麸皮提取物装入圆底烧瓶中，加入400mL水，用电热套加热至沸腾，另一侧的圆底烧瓶中加入200mL的二氯甲烷，60℃水浴沸腾，待中间分液管处液面出现分层后计时萃取2 h。萃取结束后，向二氯甲烷萃取液中加入无水硫酸钠，过夜，过滤并浓缩至1mL，浓缩液用于进行GC/MS分析。同样的方法进行5 g未发酵麸皮提取物浸膏的同时蒸馏萃取，用于进行GCMS分析。

1.2.2.2GC/MS分析

HP-5MS（50m×0.25mm×0.25μm）毛细管柱；进样温度：250℃；分流比20∶1；载气：He，1mL/min；升温程序：从50℃（1min）以5℃/min升到250℃（5min）；传输线温度：250℃；离子源：EI源；电子能量：70 eV；扫描范围：50 amu～400 amu；使用WILEY和MINILAB谱库进行检索。

2　结果与分析

通过GC/MS对生物转化麸皮提取物及其对照进行挥发性香气成分对比分析，从下表1中可以看出，生物转化麸皮提取物共鉴定出40种香气成分，对比其对照，香气有了很大程度的变化与改善。消失的香气物质主要为烷烃类、苯酚类和邻苯二甲酸酯类；增加的香气物质包括：丙酮醛具有刺激性辛辣气味和焦糖样甜味；2，3-丁二酮具有甜的、奶油、黄油香气，有天然存在；乙酸是重要的有机酸，呈刺激性特殊香气；3-羟基-2丁酮，相对百分含量40.935％，大量稀释后呈奶油香气；1，1-2乙氧基乙烷，呈愉快的坚果和新鲜青水果香气，有天然品存在；异丁酸具有强烈的似哈败奶油气味和干酪味；丁酸具有呈强烈的奶油和干酪香气及奶油脂肪酸败气味；2，3-丁二醇具有香气微弱的水果香，有天然存在；糠醛具有焦香味；3-甲基-2-丁烯，1％或更高浓度的乙醇溶液，具有浆果样果香香气，有尖刺的酸气，并带有发酵蜜糖样香调，属于天然等同香料；对乙烯基愈创木酚呈强烈香辛料、丁香和发酵似香气，有炒花生气息。另外相对百分含量有变化的香气物质：苯乙醇具有特殊玫瑰香气，丁酸-2-甲基-2-苯乙酯具有青香、花香、甜的果香和蜡样香气。所有这些香气糅合在一起赋予生物转化麸皮提取物具有甘甜奶香气。

3　结论

本研究利用从香荚兰茎中分离出的能转化阿魏酸生成香兰素的产香菌株桑肠杆菌（L4-3）［7-9］，生物转化小麦麸皮，得到生物转化麸皮提取物，并与其未经处理对照-麸皮提取物（以下简称对照）进行挥发性香气成分GC/MS对比分析。结果表明：生物转化麸皮提取物的香气物质相比其对照有了很大程度的改变和改善，其中香气主要成分3-羟基-2丁酮，相对百分含量40.935％，稀释后赋予生物转化麸皮浸膏浓郁的奶油香气。本方法所用原料来源广泛，工艺条件温和、步骤简单，易于操作和实现产业化，成本低，绿色环保，旨在为生物转化技术在作物废料中开发高价值天然香料的应用提供参考。

表1　生物转化麸皮提取物与其对照的挥发性香气成分对比分析Table1 Comparativeanalysisof aroma components in biotransformated bran extractand its control

续表1生物转化麸皮提取物与其对照的挥发性香气成分对比分析Continue table1 Comparativeanalysisof arom a com ponents in biotransformated bran extractand its control

［1］胡文，何静，樊永明，等.植物性天然香料及其提取技术［J］.精细与专用化学品，2004，12（6）：6-9

［2］赵伟睿，马海乐，刘斌.微生物挥发性物质及其在食品工业中的应用［J］.食品科技，2009，34（8）：32-37

［3］孟庆豪，李继峰，刘岩梅，等.生物技术在食品添加剂生产中的应用［J］.山东食品发酵，2011（2）：49-52

［4］罗诚浩，喻林，魏敏，等.微生物转化法生产香兰素的研究进展［J］.化学与生物工程，2011，28（12）：11-16

［5］林琳.小麦麸皮的营养成分及其开发利用［J］.农业科技与装备，2010（3）：41-42

［6］江晖，何珣.小麦麸皮功能性成分的研究进展［J］.安徽农业科学，2011，39（2）：834-835

［7］陈勇，魏敏，罗诚浩，等.桑肠杆菌及利用其生物转化阿魏酸生产天然香兰素的方法：ZL 201210117028.4［P］.2012-4-19

［8］罗诚浩，魏敏，陈义坤，等.桑肠杆菌及其生物转化发酵型烟用麸皮浸膏的方法和应用：ZL 201210117406.9［P］.2012-4-19

［9］喻林，魏敏，陈义坤，等.桑肠杆菌L4-3转化阿魏酸生产香兰素［J］.湖北大学学报（自然科学版），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年湖北省自然科学基金项目（2010CDB07301）

魏敏（1979—），女（汉），工程师，硕士，研究方向：生物技术开发天然食品添加剂。

李冉（1982—），男（汉），工程师，博士，研究方向：卷烟增香保润。

2015-06-03