富含降壓物質(zhì)γ-氨基丁酸發(fā)酵飲料的研制

李若鯤，高 巖，盧天成，王 莘,*

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130118；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，吉林 長春 130118)

富含降壓物質(zhì)γ-氨基丁酸發(fā)酵飲料的研制

李若鯤1，高 巖2，盧天成1，王 莘1,*

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130118；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，吉林 長春 130118)

目的：以高產(chǎn)GABA的紅曲霉菌株發(fā)酵制備富含降壓物質(zhì)γ-氨基丁酸的保健飲料。方法：該功能發(fā)酵飲料原料及口味配比經(jīng)正交試驗(yàn)確定最佳工藝。結(jié)果：經(jīng)三因素三水平正交試驗(yàn)確定最佳原料配比為綠茶汁50%、菊花提取液8%、荷葉-山楂-玉米須提取液14%，發(fā)酵飲料口味調(diào)配經(jīng)四因素三水平正交試驗(yàn)確定最佳工藝為白砂糖7g/100mL、香精0.04mL/100mL、抗氧化劑0.3mL/100mL、茶汁35mL/100mL。結(jié)論：該發(fā)酵飲料中GABA的含量達(dá)0.26g/L，其色澤、氣味、口感等指標(biāo)均達(dá)到最優(yōu)水平。

紅曲霉；富含γ-氨基丁酸；降血壓；飲料

γ-氨基丁酸 (gamma-amino butyric acid，GABA)廣泛存在于自然界，是一種非蛋白質(zhì)組成的天然氨基酸。在哺乳動物腦內(nèi)的含量很高，尤其是高等動物的腦內(nèi)，它是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一種抑制性化學(xué)遞質(zhì)，具有抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)的活性[1-2]。大量研究證明GABA具有顯著的降壓效果，富含GABA的降壓綠茶飲品也有相關(guān)報(bào)道，但此類產(chǎn)品都是以中藥或茶葉中存在的GABA作為其主要來源，由于其篩選過程復(fù)雜、繁瑣，所以生產(chǎn)成本較高，而以微生物發(fā)酵產(chǎn)物生產(chǎn)此類降壓飲品的研究卻未見報(bào)道。紅曲霉(Fermentum Rubrm)在真菌分類學(xué)上屬于子囊菌綱(Ascomycetes)，真子囊菌亞綱(Euascomycetes)，曲霉目(Eurotiales)，曲霉科(Eurotiaceae)[3-4]。最低生長溫度26℃，最高42℃，其可利用多種碳源和氮源，能合成多種酶類、色素及其他生理活性物質(zhì)[5]。紅曲霉的次級代謝產(chǎn)物中含有大量GABA，適于批量生產(chǎn)，且產(chǎn)量穩(wěn)定，成本較低，利用紅曲霉發(fā)酵研制富含GABA的功能飲料將會成為微生物發(fā)酵生產(chǎn)功能性保健品的新途徑。本研究主要以紅曲霉為出發(fā)菌株進(jìn)行液體發(fā)酵培養(yǎng)獲得功效產(chǎn)物GABA作為發(fā)酵飲料的主要降壓成分，同時(shí)添加功效植物綠茶[6-7]、菊花等為輔助原料研制發(fā)酵型功能性飲料，為微生物發(fā)酵產(chǎn)物協(xié)同植物功能性物質(zhì)在食品保健飲品應(yīng)用研究提供創(chuàng)新型產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高產(chǎn)GABA紅曲霉菌株 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生物工程實(shí)驗(yàn)室；碧螺春綠茶、菊花茶 長春市中東大市場；荷葉、山楂 百草大藥房；玉米須 吉林農(nóng)大玉米實(shí)驗(yàn)田；純凈水 市購。

發(fā)酵培養(yǎng)基：改良PDA液體培養(yǎng)基；展開劑：正丁醇-冰醋酸-水=4:1:3(V/V)；洗脫劑：0.001g/mL CuSO4溶液-75%乙醇溶液=1:14(V/V)。

γ-氨基丁酸 上海KAYON試劑公司；葡萄糖、NaNO3、酵母提取物、K2HPO4、MgSO4、KCl、FeSO4、NaCl、瓊脂條、水合茚三酮、正丁醇、冰醋酸、硫酸銅、乙醇、谷氨酸。

1.2 儀器與設(shè)備

722E型可見分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司；立式壓力蒸氣滅菌器 上海華線醫(yī)用核子儀器有限公司；電子分析天平 德國賽多利斯股份公司；HYG-A全溫?fù)u瓶柜 江蘇太倉試驗(yàn)設(shè)備廠；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、DK-S28水浴 上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；臺式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；智能生化培養(yǎng)箱 寧波海曙賽福實(shí)驗(yàn)儀器廠；無菌操作臺 蘇凈集團(tuán)安泰公司。

1.3 方法[8-14]

1.3.1 降血壓功能發(fā)酵飲料工藝流程

1.3.2 發(fā)酵培養(yǎng)

將高產(chǎn)GABA紅曲霉菌株接入改良PDA固體平板培養(yǎng)基中，恒溫箱30℃活化培養(yǎng)72h。制備改良PDA液體培養(yǎng)基1000mL，每250mL錐形瓶中裝入50mL，分裝20瓶滅菌，取上述活化的直徑8mm紅曲霉菌餅接入培養(yǎng)基，pH值自然，40℃條件下120r/min搖床發(fā)酵培養(yǎng)48h取發(fā)酵液分析檢測GABA產(chǎn)量[15]。

1.3.3 檢測

GABA的含量測量采用改良紙層析法[16-17]，展開劑加入顯色劑茚三酮0.004g/mL。取1mL發(fā)酵液置離心管中，水浴煮沸5min，12000r/min離心15min，取5μL上清液點(diǎn)樣。GABA標(biāo)樣配成5g/L作參比，點(diǎn)樣量1μL，展開后在65℃顯色30min，洗脫劑洗脫后，520nm波長處比色測定吸光度，獲得GABA含量。

1.3.4 飲料的制備

1.3.4.1 原料的前處理

按綠茶與水的比例為1:50稱取20g綠茶，用1L沸水煮沸5min后加入白砂糖80g，攪拌溶解后過濾，得茶汁備用。

精確稱取菊花6g，沸水煮沸5min后過濾，將濾液繼續(xù)加熱濃縮至300mL，備用。

由于玉米須為野外采摘，所以應(yīng)先用清水清洗，去除泥土、沙石及其他雜質(zhì)，再用2%食鹽水浸泡10～20min，用以清除上面的病菌、蟲卵及殘留的農(nóng)藥，然后再用清水漂洗，烘箱烘干。按比例稱取一定量干荷葉、山楂、玉米須，水煎30min后過濾備用。

1.3.4.2 調(diào)配

為使本發(fā)酵飲料中GABA的含量較高，調(diào)配采用L9(33)正交試驗(yàn)進(jìn)行因素與水平的設(shè)計(jì)(表1)。

表1 發(fā)酵飲料中原料配比L9(33)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Design of orthogonal experiments for optimizing the formula of raw materials in GABA-rich fermented beverage %

1.3.5 發(fā)酵

將調(diào)配好的飲料基液加純凈水至100mL，密封后在0.1MPa壓力下，121℃高壓滅菌20min，而后待冷卻至室溫時(shí)在無菌操作臺分別接入活化72h的直徑為8mm的菌餅，然后在40℃條件下，120r/min搖床發(fā)酵培養(yǎng)48h。

1.3.6 檢測

將發(fā)酵培養(yǎng)48h的發(fā)酵液同樣用改良后的紙層析法進(jìn)行測定，選取GABA含量最高的組作為該發(fā)酵飲料的原料配比最佳方案。

1.3.7 調(diào)味

表2 發(fā)酵飲料口味調(diào)配L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Design of orthogonal experiments for optimizing taste adjustment of in GABA-rich fermented beverage

為使配制的發(fā)酵飲料的色、香、味達(dá)到理想程度，口味的調(diào)配采用L9(34)正交試驗(yàn)進(jìn)行因素與水平的設(shè)計(jì)。首先，將防腐劑苯甲酸鈉配置成20g/mL水溶液，分別取0.2mL邊攪拌邊緩慢加入進(jìn)行調(diào)配，加入量為0.4g/L；然后，將抗氧化劑、抗壞血酸配制置成10%的水溶液，加入量為1～5mL/L；根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，按茶汁、白砂糖、防腐劑、香精、抗氧化劑的加入先后順序進(jìn)行調(diào)配(表2)。

表3 感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory score standard

1.3.8 滅菌

將調(diào)配好的9組發(fā)酵飲料密封后，于0.1MPa、121℃高壓滅菌4min，或者高溫瞬時(shí)殺菌5s，冷卻后即為成品。

1.3.9 評分標(biāo)準(zhǔn)

對飲料進(jìn)行感官評價(jià)評分，評分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 富含GABA發(fā)酵飲料原料配比方案選定

表4 富含GABA發(fā)酵飲料原料配比正交試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of orthogonal experiments for optimizing the formula of raw materials in GABA-rich fermented beverage

由表4可知，通過發(fā)酵飲料4種原料配比正交試驗(yàn)，測定各試驗(yàn)組GABA含量，發(fā)酵飲料中影響GABA產(chǎn)量的順序?yàn)镃＞B＞A，即荷葉-山楂-玉米須提取液＞菊花＞茶汁。根據(jù)單因素和極差分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定最佳配比方案為A3B1C1，即發(fā)酵飲料中綠茶汁占50%；菊花提取液占8%；荷葉-山楂-玉米須提取液占14%。按照以上原料配比方案進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)所獲得的發(fā)酵液GABA質(zhì)量濃度平均為0.26g/L。

2.2 富含GABA發(fā)酵飲料口味調(diào)配方案選定

由表5可知，通過對發(fā)酵飲料選定的白砂糖、香精、抗氧化劑、茶汁進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，確定影響該飲料口味的主要因素主次為A＞D＞B＞C，即白砂糖＞茶汁＞香精＞抗氧化劑。根據(jù)單因素和SPSS統(tǒng)計(jì)軟件極差分析，確定最佳口味調(diào)配方案為A2B1C2D1，即白砂糖7g/100mL、香精0.04mL/100mL、抗氧化劑0.3mL/100mL、茶汁35mL/100mL。按照以上配比方案進(jìn)行調(diào)配的飲料色、香、味感官評分標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到最優(yōu)程度。

表5 富含GABA發(fā)酵飲料口味調(diào)配正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of orthogonal experiments for optimizing tasteadjustment of in GABA-rich fermented beverage

3 討論與結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用高產(chǎn)GABA紅曲霉菌株進(jìn)行發(fā)酵獲得大量GABA發(fā)酵物，制備的發(fā)酵飲料主要降壓物質(zhì)為GABA，含量0.26g/L，制備的發(fā)酵飲料具有降壓保健作用。據(jù)相關(guān)研究資料表明，連續(xù)服用GABA可有效抑制血壓上升，長期飲用富含GABA的飲料，對平穩(wěn)血壓具有更明顯的保健作用[18-20]。徐冬云[21]報(bào)道日本開發(fā)用紅曲提取物制備保健飲料用于治療高血壓的技術(shù)，認(rèn)為GABA能系統(tǒng)作用延髓血管的運(yùn)動中樞，并抑制抗利尿激素后葉加壓素的分泌，擴(kuò)張血管，降低血壓。后家衡[22]研究報(bào)道GABA是通過調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)，作用于脊髓的血管運(yùn)動中樞，與突觸后有抗擴(kuò)張血管作用的GABA-A受體和對交感神經(jīng)末梢有突觸前抑制作用GABA-B受體結(jié)合，能有效促進(jìn)血管擴(kuò)張，從而達(dá)到降血壓的目的。因此，開發(fā)富含降壓活性物質(zhì)具有保健功能的發(fā)酵飲料的市場前景廣闊。

富含GABA發(fā)酵飲料的研制中，原料工藝優(yōu)化通過正交試驗(yàn)確定最佳原料配比為綠茶汁50%、菊花提取液8%、荷葉-山楂-玉米須提取液14%。感官口味調(diào)配優(yōu)化通過正交試驗(yàn)確定最佳配比為白砂糖7g/100mL、香精0.04mL/100mL、抗氧化劑0.3mL/100mL、茶汁35mL/ 100mL。發(fā)酵飲料中GABA含量0.26g/L，色澤、氣味、口感等指標(biāo)均達(dá)到了最優(yōu)水平，

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Development of GABA-rich Fermented Beverage with Blood-pressure-lowering Function

LI Ruo-kun1，GAO Yan2，LU Tian-cheng1，WANG Xin1,*
(1. College of Life Sciences, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China；2. College of Resources and Environment, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

Objective: To develop gamma aminobutyric acid (GABA)-rich beverage by Monascus fermentation with bloodpressure-lowering function. Methods: Orthogonal experiments were performed to determine the optimal processing parameters for the fermented functional beverage. Results: The optimal formula of raw materials was composed of 50% green tea juice, 8% chrysanthemum extract and 14% lotus leaf-hawthorn-corn extract. Meanwhile, the optimal accessory materials for taste adjustment were 70 g white sugar, 0.4 mL of essential oil, 3 mLof anti-oxidant and 350 mL of tea juice in 1000 mL of fermented beverage. Conclusion: The prepared beverage contains GABA up to 0.26 g/L and achieved the excellent level in color, smelling and taste. Key words：Monascus；gamma aminobutyric acid；blood pressure lowering；beverage

TS252.1

B

1002-6630(2010)24-0494-04

2010-08-01

長春市科技局項(xiàng)目(2008214)

李若鯤(1986—)，男，本科生，研究方向?yàn)槲⑸锇l(fā)酵與利用。E-mail：liruokun1986@163.com

*通信作者：王莘(1959—)，女，教授，碩士，研究方向?yàn)槲⑸镔Y源發(fā)酵與功能產(chǎn)品開發(fā)。E-mai：wangxin5853@126.com