富含降压物质γ-氨基丁酸发酵饮料的研制

李若鲲，高 岩，卢天成，王 莘,*

(1.吉林农业大学生命科学学院，吉林 长春 130118；2.吉林农业大学资源环境学院，吉林 长春 130118)

富含降压物质γ-氨基丁酸发酵饮料的研制

李若鲲1，高 岩2，卢天成1，王 莘1,*

(1.吉林农业大学生命科学学院，吉林 长春 130118；2.吉林农业大学资源环境学院，吉林 长春 130118)

目的：以高产GABA的红曲霉菌株发酵制备富含降压物质γ-氨基丁酸的保健饮料。方法：该功能发酵饮料原料及口味配比经正交试验确定最佳工艺。结果：经三因素三水平正交试验确定最佳原料配比为绿茶汁50%、菊花提取液8%、荷叶-山楂-玉米须提取液14%，发酵饮料口味调配经四因素三水平正交试验确定最佳工艺为白砂糖7g/100mL、香精0.04mL/100mL、抗氧化剂0.3mL/100mL、茶汁35mL/100mL。结论：该发酵饮料中GABA的含量达0.26g/L，其色泽、气味、口感等指标均达到最优水平。

红曲霉；富含γ-氨基丁酸；降血压；饮料

γ-氨基丁酸 (gamma-amino butyric acid，GABA)广泛存在于自然界，是一种非蛋白质组成的天然氨基酸。在哺乳动物脑内的含量很高，尤其是高等动物的脑内，它是中枢神经系统的一种抑制性化学递质，具有抑制血管紧张素转化酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)的活性[1-2]。大量研究证明GABA具有显著的降压效果，富含GABA的降压绿茶饮品也有相关报道，但此类产品都是以中药或茶叶中存在的GABA作为其主要来源，由于其筛选过程复杂、繁琐，所以生产成本较高，而以微生物发酵产物生产此类降压饮品的研究却未见报道。红曲霉(Fermentum Rubrm)在真菌分类学上属于子囊菌纲(Ascomycetes)，真子囊菌亚纲(Euascomycetes)，曲霉目(Eurotiales)，曲霉科(Eurotiaceae)[3-4]。最低生长温度26℃，最高42℃，其可利用多种碳源和氮源，能合成多种酶类、色素及其他生理活性物质[5]。红曲霉的次级代谢产物中含有大量GABA，适于批量生产，且产量稳定，成本较低，利用红曲霉发酵研制富含GABA的功能饮料将会成为微生物发酵生产功能性保健品的新途径。本研究主要以红曲霉为出发菌株进行液体发酵培养获得功效产物GABA作为发酵饮料的主要降压成分，同时添加功效植物绿茶[6-7]、菊花等为辅助原料研制发酵型功能性饮料，为微生物发酵产物协同植物功能性物质在食品保健饮品应用研究提供创新型产品。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高产GABA红曲霉菌株 吉林农业大学生物工程实验室；碧螺春绿茶、菊花茶 长春市中东大市场；荷叶、山楂 百草大药房；玉米须 吉林农大玉米实验田；纯净水 市购。

发酵培养基：改良PDA液体培养基；展开剂：正丁醇-冰醋酸-水=4:1:3(V/V)；洗脱剂：0.001g/mL CuSO4溶液-75%乙醇溶液=1:14(V/V)。

γ-氨基丁酸 上海KAYON试剂公司；葡萄糖、NaNO3、酵母提取物、K2HPO4、MgSO4、KCl、FeSO4、NaCl、琼脂条、水合茚三酮、正丁醇、冰醋酸、硫酸铜、乙醇、谷氨酸。

1.2 仪器与设备

722E型可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司；立式压力蒸气灭菌器 上海华线医用核子仪器有限公司；电子分析天平 德国赛多利斯股份公司；HYG-A全温摇瓶柜 江苏太仓试验设备厂；电热恒温鼓风干燥箱、DK-S28水浴 上海新苗医疗器械制造有限公司；台式离心机 上海安亭科学仪器厂；智能生化培养箱 宁波海曙赛福实验仪器厂；无菌操作台 苏净集团安泰公司。

1.3 方法[8-14]

1.3.1 降血压功能发酵饮料工艺流程

1.3.2 发酵培养

将高产GABA红曲霉菌株接入改良PDA固体平板培养基中，恒温箱30℃活化培养72h。制备改良PDA液体培养基1000mL，每250mL锥形瓶中装入50mL，分装20瓶灭菌，取上述活化的直径8mm红曲霉菌饼接入培养基，pH值自然，40℃条件下120r/min摇床发酵培养48h取发酵液分析检测GABA产量[15]。

1.3.3 检测

GABA的含量测量采用改良纸层析法[16-17]，展开剂加入显色剂茚三酮0.004g/mL。取1mL发酵液置离心管中，水浴煮沸5min，12000r/min离心15min，取5μL上清液点样。GABA标样配成5g/L作参比，点样量1μL，展开后在65℃显色30min，洗脱剂洗脱后，520nm波长处比色测定吸光度，获得GABA含量。

1.3.4 饮料的制备

1.3.4.1 原料的前处理

按绿茶与水的比例为1:50称取20g绿茶，用1L沸水煮沸5min后加入白砂糖80g，搅拌溶解后过滤，得茶汁备用。

精确称取菊花6g，沸水煮沸5min后过滤，将滤液继续加热浓缩至300mL，备用。

由于玉米须为野外采摘，所以应先用清水清洗，去除泥土、沙石及其他杂质，再用2%食盐水浸泡10～20min，用以清除上面的病菌、虫卵及残留的农药，然后再用清水漂洗，烘箱烘干。按比例称取一定量干荷叶、山楂、玉米须，水煎30min后过滤备用。

1.3.4.2 调配

为使本发酵饮料中GABA的含量较高，调配采用L9(33)正交试验进行因素与水平的设计(表1)。

表1 发酵饮料中原料配比L9(33)正交试验设计Table 1 Design of orthogonal experiments for optimizing the formula of raw materials in GABA-rich fermented beverage %

1.3.5 发酵

将调配好的饮料基液加纯净水至100mL，密封后在0.1MPa压力下，121℃高压灭菌20min，而后待冷却至室温时在无菌操作台分别接入活化72h的直径为8mm的菌饼，然后在40℃条件下，120r/min摇床发酵培养48h。

1.3.6 检测

将发酵培养48h的发酵液同样用改良后的纸层析法进行测定，选取GABA含量最高的组作为该发酵饮料的原料配比最佳方案。

1.3.7 调味

表2 发酵饮料口味调配L9(34)正交试验设计Table 2 Design of orthogonal experiments for optimizing taste adjustment of in GABA-rich fermented beverage

为使配制的发酵饮料的色、香、味达到理想程度，口味的调配采用L9(34)正交试验进行因素与水平的设计。首先，将防腐剂苯甲酸钠配置成20g/mL水溶液，分别取0.2mL边搅拌边缓慢加入进行调配，加入量为0.4g/L；然后，将抗氧化剂、抗坏血酸配制置成10%的水溶液，加入量为1～5mL/L；根据正交试验设计，按茶汁、白砂糖、防腐剂、香精、抗氧化剂的加入先后顺序进行调配(表2)。

表3 感官评分标准Table 3 Sensory score standard

1.3.8 灭菌

将调配好的9组发酵饮料密封后，于0.1MPa、121℃高压灭菌4min，或者高温瞬时杀菌5s，冷却后即为成品。

1.3.9 评分标准

对饮料进行感官评价评分，评分标准如表3所示。

2 结果与分析

2.1 富含GABA发酵饮料原料配比方案选定

表4 富含GABA发酵饮料原料配比正交试验结果Table 4 Results of orthogonal experiments for optimizing the formula of raw materials in GABA-rich fermented beverage

由表4可知，通过发酵饮料4种原料配比正交试验，测定各试验组GABA含量，发酵饮料中影响GABA产量的顺序为C＞B＞A，即荷叶-山楂-玉米须提取液＞菊花＞茶汁。根据单因素和极差分析统计结果确定最佳配比方案为A3B1C1，即发酵饮料中绿茶汁占50%；菊花提取液占8%；荷叶-山楂-玉米须提取液占14%。按照以上原料配比方案进行发酵培养所获得的发酵液GABA质量浓度平均为0.26g/L。

2.2 富含GABA发酵饮料口味调配方案选定

由表5可知，通过对发酵饮料选定的白砂糖、香精、抗氧化剂、茶汁进行四因素三水平正交试验，确定影响该饮料口味的主要因素主次为A＞D＞B＞C，即白砂糖＞茶汁＞香精＞抗氧化剂。根据单因素和SPSS统计软件极差分析，确定最佳口味调配方案为A2B1C2D1，即白砂糖7g/100mL、香精0.04mL/100mL、抗氧化剂0.3mL/100mL、茶汁35mL/100mL。按照以上配比方案进行调配的饮料色、香、味感官评分标准达到最优程度。

表5 富含GABA发酵饮料口味调配正交试验结果Table 5 Results of orthogonal experiments for optimizing tasteadjustment of in GABA-rich fermented beverage

3 讨论与结论

本实验采用高产GABA红曲霉菌株进行发酵获得大量GABA发酵物，制备的发酵饮料主要降压物质为GABA，含量0.26g/L，制备的发酵饮料具有降压保健作用。据相关研究资料表明，连续服用GABA可有效抑制血压上升，长期饮用富含GABA的饮料，对平稳血压具有更明显的保健作用[18-20]。徐冬云[21]报道日本开发用红曲提取物制备保健饮料用于治疗高血压的技术，认为GABA能系统作用延髓血管的运动中枢，并抑制抗利尿激素后叶加压素的分泌，扩张血管，降低血压。后家衡[22]研究报道GABA是通过调节中枢神经系统，作用于脊髓的血管运动中枢，与突触后有抗扩张血管作用的GABA-A受体和对交感神经末梢有突触前抑制作用GABA-B受体结合，能有效促进血管扩张，从而达到降血压的目的。因此，开发富含降压活性物质具有保健功能的发酵饮料的市场前景广阔。

富含GABA发酵饮料的研制中，原料工艺优化通过正交试验确定最佳原料配比为绿茶汁50%、菊花提取液8%、荷叶-山楂-玉米须提取液14%。感官口味调配优化通过正交试验确定最佳配比为白砂糖7g/100mL、香精0.04mL/100mL、抗氧化剂0.3mL/100mL、茶汁35mL/ 100mL。发酵饮料中GABA含量0.26g/L，色泽、气味、口感等指标均达到了最优水平，

[1]林智, 大森正司. γ-氨基丁酸茶(gabaron tea)降血压机理的研究[J].茶叶科学, 2002, 22(1): 43-46.

[2]ONDETTI M A, GUSHMAN D W. Inhibitors of angiotensin-converting enzyme in biochemical regulation of blood pressure[M]. New York: Wiley, 1981: 165-204.

[3]中国科学院微生物研究所. 常见与常用真菌[M]. 北京: 科学出版社, 1973: 97-100.

[4]张纪忠. 微生物分类学[M]. 上海: 复旦大学出版社, 1990: 146.

[5]庄桂. 红曲及其生理活性物质的研究与应用[J]. 郑州粮食学院学报, 1996(4): 44-50.

[6]彭师奇. 多肽药物化学[M]. 北京: 科学出版社, 1993: 293.

[7]杨晓萍. 功能性茶制品[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005: 213-215.

[8]藤田敦, 西田有志, 川崎真吾. 稳定性良好的发酵饮料的制造方法:中国, CN101014696[P]. 2007-08-08.

[9]泉贵章, 古久保进, 高冈成介. 具有良好酿造香味的啤酒味发酵饮料的制造方法: 中国, CN1769417[P]. 2006-05-10

[10]林凤媛. 以玉米和黄豆为原料的发酵饮料及制造方法:中国, 200610090623[P]. 2008-01-02.

[11]西田有志, 丸桥太一, 藤田广树. 发酵饮料的制造方法: 中国, CN101294125 [P]. 2006-01-04.

[12]角户洋一, 吉田学, 木村孝志. 麦芽发酵饮料: 中国, 200480035343 [P]. 2006-12-27.

[13]天津工业大学. 一种降压饮料及制作方法: 中国, 200610130367[P]. 2008-06-25.

[14]陈江. 降压饮料: 中国, CN1895564[P]. 2007-01-17.

[15]蒋冬花, 后家衡, 李杰, 等. 红腐乳中高产γ-氨基丁酸红曲霉菌株的筛选[J]. 浙江师范大学学报: 自然科学版, 2007, 30(4): 447-452.

[16]张晖, 徐永, 姚惠源. 纸层析法定量测定米胚芽中的γ-氨基丁酸[J].无锡轻工大学学报, 2004, 23(2): 101-103.

[17]杨晓玲, 赵宗云, 刘永军, 等. 应用纸层析分离鉴定氨基酸方法的改进[J]. 植物生理学通讯, 2002, 38(4): 368.

[18]吴惠岭, 毛志方, 傅剑云, 等. 富含γ-氨基丁酸绿茶对大鼠辅助降血压功能的研究[J]. 环境与职业医学, 2008, 25(3): 252-255.

[19]HAYAKAWA K, KIMURA M, KASAHA K, et al. Effect of a γaminobutyric acid-enriched dairy product on the blood pressure of spontaneously hypertensive and normotensive Wistar-Kyoto rats[J]. Br J Nutr, 2004, 92(3): 411-417.

[20]OKINDA P O, OBANDA M, OMORI M, et al. Production of CTC gabaron black tea by modifying withering conditions[J]. Tea-Tea Board of Kenya, 1998, 19(2): 92-96.

[21]徐冬云. 红曲霉产降血压活性物质的研究[D]. 杭州: 浙江工业大学, 2006.

[22]后家衡. 高产γ-氨基丁酸红曲霉菌株的筛选及发酵条件优化[D]. 杭州: 浙江师范大学, 2008.

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

长春市科技局项目(2008214)

李若鲲(1986—)，男，本科生，研究方向为微生物发酵与利用。E-mail：liruokun1986@163.com

*通信作者：王莘(1959—)，女，教授，硕士，研究方向为微生物资源发酵与功能产品开发。E-mai：wangxin5853@126.com