基于感官组学(Sensory-omics)联用技术的酵母蛋白关键香气化合物解析与风味重组重建

《Food Chemistry: X》：Decoding and reconstructing yeast protein flavor based on an integrated sensory-omics approach

　　

为提升酵母蛋白(yeast protein, YP)的感官品质并促进其在食品中的广泛应用，研究人员通过感官评价结合全二维气相色谱-飞行时间质谱(GC×GC-TOF-MS)系统表征了其关键香气活性物质。联合使用三种前处理萃取技术——同步蒸馏萃取(Simultaneous Distillation Extraction, SDE)、溶剂辅助风味蒸发(Solvent-Assisted Flavor Evaporation, SAFE)及固相萃取(Solid-Phase Extraction, SPE)，共鉴定出104种嗅感活性化合物。感官剖面分析表明烘焙香、酸味、甜味及杏仁样香气为酵母蛋白的主导风味特征。三种方法中，SAFE和SDE适用于大部分挥发性成分的批量回收，而SPE对有机酸类目标物具有选择性富集优势。香气重组实验(Aroma Recombination)证实，基于三种方法联用构建的重组模型与真实酵母蛋白样品相似度达90%。香气省略实验(Omission Test)进一步确认苯甲醛(benzaldehyde)、正癸酸(n-decanoic acid)、己酸(hexanoic acid)、苯甲酸甲酯(methyl benzoate)、香叶基丙酮(geranylacetone)、1-壬醇(1-nonanol)、2-癸醇(2-decanol)、2-十五烷酮(2-pentadecanone)、金合欢醇(farnesol)、γ-十一内酯(γ-undecalactone)及辛醛(octanal)为酵母蛋白中的关键呈香化合物。本研究建立了稳健的酵母蛋白风味表征分析框架，可为产品开发与质量控制提供支撑。

《基于感官组学联用技术的酵母蛋白关键香气化合物解析与风味重组重建》论文解读

该研究由北京工商大学食品营养与人类健康北京高精尖创新中心Jiahui Chen、Boya Cao等研究人员完成，发表于《Food Chemistry: X》。酵母蛋白源自酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，是一种通过生物工程提取的高品质微生物蛋白，氨基酸组成均衡且消化率高，已被中美欧批准为新食品原料。然而，酵母蛋白中存在的典型酵母味及不良风味(off-flavor)严重制约了其在终端食品中的添加比例与消费者接受度，而目前关于酵母蛋白关键香气活性物质的系统解析尚属空白。已有研究表明异味形成受菌种、发酵条件、加工及贮藏影响，单一萃取方法难以全面捕获热不稳定及极性差异大的挥发性组分。为此，研究人员采用联合萃取策略配合感官组学(sensory-omics)方法，旨在明确酵母蛋白的特征香气化合物、量化其贡献度并验证重组模型的真实性，从而为靶向脱腥及风味改良提供理论依据。

研究人员选用市售酿酒酵母来源的酵母蛋白为样本，分别采用SAFE、SDE和SPE三种方式提取挥发性物质，借助GC-O(Gas Chromatography-Olfactometry，气相色谱-嗅闻仪)结合AEDA(Aroma Extract Dilution Analysis，香气提取物稀释分析)测定各化合物风味稀释因子(FD因子)，经GC-MS及GC×GC-TOF-MS(Gas Chromatography×Gas Chromatography-Time-of-Flight Mass Spectrometry，全二维气相色谱-飞行时间质谱)定性定量，计算OAV(Odor Activity Value，嗅感活性值＝化合物浓度/嗅觉阈值)，筛选OAV＞10的组分进行无嗅基质中的香气重组(Recombination)，并对OAV＞10组分逐一开展三角检验省略实验(Omission Test)以确证关键呈香物。

3.1. Complementarity between SAFE, SPE and SDE

三种方法联用共鉴定出99种已知嗅感活性物质(总计104种含5种未鉴定)，其中SAFE与SDE互补回收了83种挥发性成分，覆盖酵母蛋白中约85%的风味物质；SPE虽检出总数较少，但对OAV＞1的高丰度有机酸(如己酸、庚酸、癸酸等)表现出独特的选择性富集能力，三者互为补充可获得最完整的酵母蛋白挥发性风味谱。

3.2. Analysis of volatile compounds obtained by GC×GC-TOF-MS

以SDE提取物进行GC×GC-TOF-MS分析，经NIST20质谱库匹配及正构烷烃校正保留指数(RI, Retention Index)，结合GC-O嗅闻描述，明确了各化合物的出峰规律与极性分布。该方法弥补了常规GC-MS对某些痕量嗅感物质的检测盲区，成功鉴定出经GC-O感知但GC-MS未检出的部分含氮/含氧杂环嗅感成分。

3.3. Aroma-active compounds in YP

AEDA结果显示FD因子最高的化合物依次为3-乙基-2,5-二甲基吡嗪(FD=512)、香叶基丙酮(FD=512)、2,6-二甲基吡嗪(FD=256)、6-甲基-5-庚烯-2-酮(FD=128)、苯甲醛(FD=128)、2-十五烷酮(FD=128)、2-哌啶酮(FD=128)及α-红没药醇(FD=128)。其中香叶基丙酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2-十五烷酮、2-哌啶酮和α-红没药醇为首次在酵母源产品中报道为特征嗅感物。感官评价显示酵母蛋白主体香气轮廓为烘焙香、酸味、甜味及杏仁香，与上述高FD化合物嗅闻描述高度吻合。

3.4. Quantitation analysis

对FD≥2的64种嗅感活性物建立内标标准曲线(R²＞0.99)进行定量。浓度最高者为2,5-二甲基苯甲醛(321,387.68 μg/kg)，其次为癸酸(285,751.45 μg/kg)、庚酸(150,292.89 μg/kg)等中短链脂肪酸。尽管部分酸类浓度极高，但因嗅觉阈值也高，其实质呈香贡献需通过OAV判定。苯甲酸、3-甲基丁酰胺及乙酰胺虽浓度＞10,000 μg/kg，OAV均＜1，对整体香气几无贡献。

3.5. Calculation of odor activity value

OAV计算表明50种化合物OAV＞1，其中33种OAV＞10。OAV最高的依次为苯甲酸甲酯(OAV=6330，果香)、2-哌啶酮(OAV=5033，氨味)、十二烷酸(OAV=4199，蜡脂味)、壬醛(OAV=2497，脂肪-柑橘)、邻甲酚(OAV=2361，霉酚)、癸酸(OAV=2198，脂肪-腐臭)、2-十五烷酮(OAV=2122，青草)、γ-癸内酯(OAV=1983，桃-椰)、2,5-二甲基苯甲醛(OAV=1607，杏仁)等。结果再次印证化合物浓度与感官贡献无必然联系，须依据OAV判定关键呈香物。

3.6. Aroma recombination and omission

将OAV＞10的33种化合物按实测浓度加入脱嗅酵母蛋白基质配制的重组模型，感官比对显示三种方法联用提取物的重组液与原样相似度达90％(SDE＋SAFE＋SPE＞SAFE＋SPE＞SDE＋SPE)，微小差异可能源于基质效应或未知互作。省略实验中，剔除苯甲醛显著减弱杏仁香(p＜0.05)；剔除癸酸或1-壬醇使甜感增强(表明二者抑制甜感)；剔除己酸显著降低汗臭味(其为酵母蛋白汗臭味主因)；剔除香叶基丙酮、金合欢醇或苯甲酸甲酯使汗臭增强、甜感降低(三者具甜香并抑制汗臭)；剔除γ-十一内酯使甜感增强；剔除2-十五烷酮或辛醛使青草香减弱；剔除2-癸醇使酸味增强。其余22种OAV＞10化合物省略后无显著差异(p＞0.05)，故最终确定苯甲醛、n-癸酸、己酸、苯甲酸甲酯、香叶基丙酮、1-壬醇、2-癸醇、2-十五烷酮、金合欢醇、γ-十一内酯及辛醛为酵母蛋白的关键呈香化合物。

讨论与结论翻译：

研究人员通过联用SAFE、SDE和SPE三种萃取技术并结合GC–MS/O及GC×GC-TOF-MS，从酵母蛋白样品中鉴定出100种嗅感活性化合物(含5种未鉴定)，感官上可归为青草、脂肪、甜香及烘焙香四大属性。定量分析发现多种OAV＞100的重要化合物，包括苯甲酸甲酯(OAV=6330)、2-哌啶酮(5033)、十二烷酸(4199)、壬醛(2497)、邻甲酚(2361)、n-癸酸(2198)、2-十五烷酮(2122)、γ-癸内酯(1983)、2,5-二甲基苯甲醛(1607)、二甲基二硫醚(318)、辛醛(277)及1-辛烯-3-醇(103)，确立了它们对整体香气轮廓的贡献。结果表明SAFE与SDE适于大部分挥发性组分的批量回收(＞80%)，SPE则对特征有机酸分离效果更优；GC×GC-TOF-MS可有效补充常规GC–MS漏检组分。重组实验证明三法联用提取物重建的感官模型与原酵母蛋白最接近(90%相似度)。省略实验最终确证苯甲醛、n-癸酸、己酸、苯甲酸甲酯、香叶基丙酮、1-壬醇、2-癸醇、2-十五烷酮、金合欢醇、γ-十一内酯及辛醛为酵母蛋白中的关键呈香化合物。本研究阐明酵母蛋白主要风味组分并建立其风味表征分析框架，为酵母蛋白基食品的开发与质量控制提供参考，也为未来食品风味分析中前处理方法的选择提供了实践依据。