青稞紅曲啤酒中γ-氨基丁酸（GABA）的研究

張榮霞 ， 李 崎 ， 朱林江 ， 劉春鳳 ， 李永仙 *

（1.江南大學(xué) 教育部工業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122；2.江南大學(xué) 生物工程學(xué)院，江蘇 無錫214122）

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）是一種天然的非蛋白質(zhì)氨基酸，在自然界中廣泛存在，是哺乳動物體內(nèi)一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)[1]，對人體有降血壓、抗心律失常等多種生理功能[2-4]。

針對GABA在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究已廣泛開展，如富含GABA的茶葉、桑葉、米胚芽、糙米等許多植物性食品[5-6]。GABA在發(fā)酵型飲料、酒類產(chǎn)品的檢測及應(yīng)用研究方面均有報(bào)道，比如對黃酒[7]、黑莓啤酒[8]、莜麥米酒[9]及葡萄酒發(fā)酵過程[10]中GABA含量進(jìn)行檢測分析，以及富含GABA的白酒、蘋果醋飲料、梨酒等特色酒的研制。 GABA在啤酒領(lǐng)域的相關(guān)研究報(bào)道較少，2009年Iimure T[11]等利用谷氨酸脫羧酶的作用，使用廉價(jià)的谷氨酸鈉和大麥麩皮制備富含GABA水溶液，并將其添加到麥汁中，獲得富含 GABA（257 μg/mL）的麥汁。但該過程較為繁瑣，僅簡單地將富含GABA的溶液加入麥汁中，并未展開發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，而對于啤酒釀造原料中GABA質(zhì)量濃度變化情況，糖化及啤酒釀造過程對GABA質(zhì)量濃度的影響等也未做深入研究。

趙大偉等[12]及曹斌等[13]對國內(nèi)外大麥籽粒、國外裸大麥籽粒、青藏高原裸大麥籽粒（青稞）進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)多棱裸麥中GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)更為豐富。而青稞作為中國高原特產(chǎn)裸麥，將其作為原料，生產(chǎn)富含GABA的食品或飲料具有潛在優(yōu)勢。青稞接種紅曲霉進(jìn)行發(fā)酵后，能制得富含GABA的青稞紅曲。萬強(qiáng)等[14]對青稞紅曲和市售紅曲中的GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)青稞紅曲中GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)2.33 mg/g，遠(yuǎn)高于市售紅曲米（0.63 mg/g），但未見在啤酒釀造過程中的應(yīng)用研究報(bào)道。因此，在本實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)的一款青稞紅曲啤酒的基礎(chǔ)上，對市售啤酒和青稞紅曲啤酒中GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行普測，對青稞麥芽和青稞紅曲原料中的GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行檢測，并進(jìn)一步針對青稞紅曲啤酒生產(chǎn)過程以及生產(chǎn)工藝對GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響進(jìn)行研究，為富含GABA的啤酒新品開發(fā)及工業(yè)化提供充分的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：澳麥麥芽由中糧麥芽（江陰）有限公司提供，青稞麥芽及青稞紅曲均由西藏月王生物技術(shù)有限公司提供，酒花（青島大花），發(fā)酵啤酒酵母G03為本實(shí)驗(yàn)室保藏。

試劑：OPA、FMOC、結(jié)晶乙酸鈉、三乙胺、甲醇、乙腈、醋酸及四氫呋喃均購于Sigma公司，色譜純；GABA購于Fluca公司，色譜純；其他試劑均為分析純，購于國藥集團(tuán)（上海）化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

儀器：美國安捷倫公司Agilent 1100高效液相色譜儀（配有紫外檢測器）、UNICO（上海）儀器有限公司UV-2000分光光度計(jì)及BIOER（杭州）科技有限公司BGY-8 A糖化儀等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 麥汁制備 使用糖化儀按照預(yù)設(shè)的45℃30 min，63℃ 40 min，72℃ 20 min，78℃升溫程序進(jìn)行糖化。麥汁煮沸時(shí)長共1 h，煮沸期間分3次加入酒花（按麥汁體積0.03%計(jì)算酒花添加量），煮沸結(jié)束后過濾并分裝，115℃滅菌15 min，冷卻備用。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)室規(guī)模發(fā)酵 取0.2 g酵母泥接種于裝有200 mL無菌麥汁的三角瓶中，加滅菌后的發(fā)酵栓密封瓶口，于12℃培養(yǎng)箱發(fā)酵，通過CO2失重確定主酵結(jié)束時(shí)間，主酵結(jié)束后過濾發(fā)酵液，低溫保存待測。

1.3.3 GABA質(zhì)量濃度的分析 （1）GABA液相色譜分析方法。采用文獻(xiàn)[15]中方法進(jìn)行GABA質(zhì)量濃度的測定。（2）樣品預(yù)處理方法。樣品用8 mol/L鹽酸進(jìn)行水解，120℃水解22 h后加入NaOH溶液中和，轉(zhuǎn)移并定容至25 mL，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后測定GABA質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 青稞紅曲啤酒與市售啤酒中GABA質(zhì)量濃度的比較

采用青稞麥芽和大麥麥芽添加比例為5∶5，青稞紅曲添加比例為0.5%制得青稞紅曲麥汁，接種酵母發(fā)酵，過濾后進(jìn)行檢測分析，同時(shí)檢測9種不同市售啤酒樣品（樣品信息如表 1所示），與本研究所得青稞紅曲啤酒進(jìn)行對照分析，GABA質(zhì)量濃度如圖1所示。

表1 啤酒樣品信息表Table 1 Information of beer samples

圖1 啤酒中GABA的質(zhì)量濃度Fig.1 GABA content in beers

圖1中，橫坐標(biāo)樣品編號1-9為普通市售樣品，10為青稞紅曲啤酒。為了使數(shù)據(jù)具有可比性，數(shù)據(jù)歸一化為原麥汁濃度為11°P時(shí)樣品中GABA的含量。

由圖1可見，普通市售啤酒中GABA含量范圍介于40～65 mg/L之間，青稞紅曲啤酒GABA質(zhì)量濃度為91.3±6.9 mg/L，高于普通市售啤酒。

2.2 原料中GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析

分別對本實(shí)驗(yàn)所用原料青稞麥芽、大麥麥芽和青稞紅曲進(jìn)行GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定，青稞麥芽和大麥麥芽中GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.791±0.034 mg/g和0.324±0.031 mg/g，青稞紅曲GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.967±0.059 mg/g。青稞麥芽中GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于大麥麥芽，青稞紅曲中含有較豐富的GABA，青稞麥芽和青稞紅曲為釀造GABA質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的青稞紅曲啤酒提供了GABA的來源。

2.3 糖化工藝對麥汁中GABA質(zhì)量濃度的影響

2.3.1 糖化過程中麥汁中GABA質(zhì)量濃度的變化使用1.3.1節(jié)中方法進(jìn)行糖化 （只使用大麥麥芽作為原料），在糖化過程不同階段進(jìn)行取樣，過濾并分析濾液中GABA質(zhì)量濃度，結(jié)果如圖2所示。

圖2 糖化過程中游離GABA質(zhì)量濃度變化Fig.2 GABA contents of mashes at different intervals during mushing process

圖 2展現(xiàn)了糖化過程中GABA質(zhì)量濃度的變化情況，可以看出，糖化初期麥汁中GABA質(zhì)量濃度逐漸升高，當(dāng)糖化溫度升至63℃時(shí)麥汁中GABA質(zhì)量濃度趨于穩(wěn)定，不再隨糖化時(shí)間延長及溫度的升高而顯著變化。

2.3.2 不同比例青稞麥芽對麥汁中GABA含量的影響 采用不同比例青稞麥芽進(jìn)行糖化，研究其對麥汁中GABA質(zhì)量濃度的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 青稞麥芽和大麥麥芽比例對麥汁中游離GABA質(zhì)量濃度的影響Fig.3 Effect of different highland barley malt and barley malt ratio on free GABA content in wort

圖3結(jié)果表明，隨著青稞麥芽比例的增加，麥汁中 GABA質(zhì)量濃度從 43.5±0.8 mg/L增加至97.3±3.9 mg/L。這是由于青稞麥芽比大麥麥芽含有更多GABA，由于青稞麥芽過濾等因素，本實(shí)驗(yàn)室青稞紅曲啤酒采用的青稞麥芽比例為5∶5，此時(shí)麥汁中GABA含量相較0∶10時(shí)提高了64%。

2.3.3 青稞紅曲添加比例對麥汁中GABA質(zhì)量濃度的影響 因?yàn)榍囡t曲中含有大量的GABA，因此在考察青稞紅曲添加比例時(shí)，同時(shí)考察GABA的質(zhì)量濃度，結(jié)果如圖4所示。

圖4 青稞紅曲添加比例對麥汁GABA質(zhì)量濃度的影響Fig.4 Effect oftheproportion ofhighland barley Monascus on GABA content in wort

青稞麥芽和大麥麥芽添加比例為5∶5，按照不同青稞紅曲添加比例制備麥汁，所得麥汁中GABA含量如圖4所示，盡管青稞紅曲添加比例較小與不添加青稞紅曲的樣品相比，青稞紅曲添加量為0.5%、1%、1.5%、2%、3%和5%時(shí)麥葉中總GABA含量均有所增加，青稞紅曲的添加能夠提高麥汁中總GABA的質(zhì)量濃度。其中青稞紅曲添加比例為0.5%時(shí)，麥汁中總 GABA 質(zhì)量濃度（102.4±4.1 mg/L）即有一定增加，但是進(jìn)一步提高添加比例，不能提高其質(zhì)量濃度，具體原因需要進(jìn)一步研究。

2.4 發(fā)酵對GABA質(zhì)量濃度的影響

為了探究發(fā)酵過程對GABA含量的影響，將實(shí)驗(yàn)室保藏的下面發(fā)酵啤酒酵母G03接種于不同GABA含量的麥汁 （在麥汁中添加不同含量的GABA）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模發(fā)酵，分別測定麥汁及發(fā)酵液中GABA含量，對比結(jié)果如圖5所示。

圖5 麥汁及發(fā)酵液中GABA質(zhì)量濃度對比Fig.5 Comparison of GABA contents between wort and fermented liquor

如圖5所示，發(fā)酵過程中GABA質(zhì)量濃度均有一定程度降低，其降低率為（10.7±1.1）%，麥汁中約90%GABA仍保留于發(fā)酵液中，發(fā)酵液中GABA質(zhì)量濃度隨著麥汁中GABA質(zhì)量濃度的增加而增加，啤酒酵母發(fā)酵過程對GABA質(zhì)量濃度影響較小，因此可以通過分析麥汁中GABA質(zhì)量濃度預(yù)測啤酒中GABA的質(zhì)量濃度。

3 結(jié) 語

本實(shí)驗(yàn)對原料的分析結(jié)果表明，青稞麥芽中的GABA質(zhì)量濃度高于大麥麥芽，青稞紅曲中含有豐富的 GABA（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.967±0.059 mg/g）。工藝研究結(jié)果表明麥汁中GABA質(zhì)量濃度在糖化過程中先增加再趨于平穩(wěn)。青稞麥芽添加比例對麥汁中GABA質(zhì)量濃度有較大影響，隨著青稞麥芽添加比例的增加，麥汁中GABA質(zhì)量濃度增加（見圖3）。青稞紅曲添加比例為0.5%時(shí)，麥汁中GABA質(zhì)量濃度（102.4±4.1 mg/L）有一定增加，但是進(jìn)一步提高青稞紅曲添加比例，不能提高GABA質(zhì)量濃度。麥汁經(jīng)發(fā)酵后GABA質(zhì)量濃度損失約為（10.7±1.1）%，90%的GABA仍保留在發(fā)酵液中。因此，青稞麥芽和青稞紅曲是青稞紅曲啤酒中GABA質(zhì)量濃度較高的主要因素。然而，青稞紅曲添加比例對麥汁中GABA質(zhì)量濃度的影響和發(fā)酵過程中GABA減少的原因仍有待進(jìn)一步研究。