基于顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术优化食用酵母挥发性化合物分析方法的研究

《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》：Optimized method for analyzing volatile compounds in edible yeast using headspace SPME-GC-MS

本刊推荐：为提升食用酵母风味分析的准确性与重现性，研究人员系统优化了顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）技术体系。通过比较四种酵母制备方法（肉汤培养、琼脂培养、上清液和酵母细胞沉淀）及三种色谱柱极性（非极性DB-5、中极性DB-17、极性VF-WAX），发现上清液样本可捕获最丰富的挥发性化合物谱。盐析剂优化实验表明35% NaCl可提升醇类萃取效率，35% H2NaPO4则增强酸类回收。该研究为酵母风味精准解析及食品发酵应用提供了方法学支撑。

　　

在食品工业中，酵母不仅是发酵过程的核心驱动者，更是风味物质的重要生产者。其代谢产生的挥发性化合物（Volatile Compounds）直接决定了面包、啤酒、葡萄酒等产品的香气品质与消费者接受度。然而，酵母风味研究长期面临一个技术瓶颈：不同样本前处理方法（如全培养液、琼脂培养、离心上清或细胞沉淀）会显著影响挥发性化合物的提取效率，导致检测结果缺乏可比性。此外，气相色谱-质谱（GC-MS）分析中色谱柱极性的选择、盐析剂类型等参数对化合物分离效果的影响尚未系统评估。这种方法论的不确定性严重制约了酵母风味研究的准确性与重现性。

为破解这一难题，韩国食品研究所的Nho-Eul Song等人发表在《Analytical and Bioanalytical Chemistry》的研究，首次系统比较了四种酵母样本制备策略与三种色谱柱极性对挥发性化合物分析的影响。研究人员以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）Rey 4-7为模型，设计肉汤培养、琼脂培养、上清液和酵母细胞沉淀四种样本类型，结合非极性（DB-5）、中极性（DB-17）和极性（VF-WAX）色谱柱，通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）技术进行全面解析。

关键技术方法包括：1）四种酵母样本制备（肉汤/琼脂培养、上清液、细胞沉淀）；2）HS-SPME萃取参数优化（盐析剂浓度梯度测试）；3）三重四极杆GC-MS/MS全扫描分析；4）主成分分析（PCA）与热图可视化统计方法。

优化盐析剂对酵母挥发性化合物分析的影响

通过测试不同浓度NaCl和H₂NaPO₄的盐析效果，发现35%为最佳浓度阈值，高于此浓度会产生沉淀。醇类在所有盐析条件下均为优势挥发物，NaCl（35%）显著提升醇类回收率，而H₂NaPO₄（35%）更利于酸类萃取。酯类在两种盐析条件下均表现良好，酮类和醛类则受盐析影响较小。该结果明确了盐析剂类型对特定挥发物萃取的定向增强作用。

样本制备方法对酵母挥发性化合物的影响

上清液样本展现出最丰富的挥发物多样性，其中苯甲醛、乙酸辛酯等低分子量化合物含量突出。肉汤培养因液相环境促进代谢物溶解，乙醇、己酸乙酯等化合物含量较高。而琼脂培养和细胞沉淀中挥发物数量显著减少，可能与固体基质扩散限制或细胞内化合物提取困难有关。研究首次证实样本前处理方法是影响酵母挥发物检测效率的关键因素。

GC柱极性对挥发性化合物检测的影响

极性柱（VF-WAX）对短链有机酸和醇类具有高选择性，乙醇、苯乙醇等极性化合物响应强烈；非极性柱（DB-5）广谱覆盖酯类和高级醇，如己醇、庚醇等；中极性柱（DB-17）在甲基酮类和短链酯类分离上表现均衡。组合使用VF-WAX和DB-5柱可实现互补分析，避免冗余。

不同酵母制备方法中的主要挥发性化合物

己酸乙酯在上下清液和肉汤中含量最高，苯乙醇在琼脂培养中优势明显，乙酸2-乙基己酯主要富集于细胞沉淀。苯甲醛仅在上清液中检测到，体现其易扩散特性。非极性柱对酯类检测更敏感，极性柱则提升苯甲醛的响应强度。

不同酵母制备方法下的挥发性化合物谱

PCA分析显示，非极性柱（PC1=71.1%, PC2=14.9%）和极性柱（PC1=42.2%, PC2=31.1%）均能清晰区分不同制备方法的样本簇。苯乙醇、3-甲基-1-丁醇等化合物是组间分离的主要贡献者。上清液与肉汤培养聚类接近，而琼脂培养和细胞沉淀呈现独特挥发谱。

该研究通过多维度方法学优化，明确了上清液样本结合极性/非极性柱联用的策略可为酵母挥发物分析提供最全面表征。盐析剂的选择性增强效应为靶向风味调控提供了技术路径。研究成果不仅建立了标准化酵母风味分析流程，更为食品工业中酵母衍生风味剂的设计与应用提供了方法论基础，对发酵食品品质提升具有重要实践意义。