香蕉提取汁对γ-氨基丁酸酸奶发酵过程与品质的影响

张亚丽，刘昭明，黄翠姬，张健

（广西科技大学生物与化学工程学院，广西柳州 545006）

香蕉提取汁对γ-氨基丁酸酸奶发酵过程与品质的影响

张亚丽，刘昭明，黄翠姬，张健

（广西科技大学生物与化学工程学院，广西柳州 545006）

通过测定发酵酸奶的酸度、乳酸菌数、质构特性和γ-氨基丁酸含量等指标，研究香蕉汁提取液对γ-氨基丁酸酸奶的发酵过程及品质的影响。结果表明，添加香蕉汁提取液有利于发酵酸奶中乳酸菌的生长；随着香蕉汁提取液添加量的增加，酸奶的硬度、黏性、弹性先增加后减少，内聚性先减小后增加。酸奶中γ-氨基丁酸的含量随着香蕉汁提取液添加量的增加而增加，而且添加未经热处理香蕉汁的发酵酸奶中的γ-氨基丁酸含量要大于添加经热处理香蕉提取汁的发酵酸奶中的γ-氨基丁酸含量。

γ-氨基丁酸；香蕉提取汁；质构；酸奶

0 引言

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric aciad,GABA）是一种新型的保健功能因子，广泛存在于自然界中，是动物中枢神经系统最重要的抑制性神经递质[1]，具有降低血压、促进睡眠、增强记忆力、抗焦虑、抗衰老、预防癫痫等多种生理功能[2-6]。目前，γ-氨基丁酸茶[7]、γ-氨基丁酸曲米[8]、γ-氨基丁酸豆制品[9]等含γ-氨基丁酸的产品研究已有报道，但有关γ-氨基丁酸发酵酸奶的开发研究较少。

本文将嗜热链球菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种与自行筛选获得的具有产γ-氨基丁酸的性能的干酪乳杆菌混合作为酸奶发酵剂制备γ-氨基丁酸发酵酸奶，同时在发酵过程中添加香蕉提取汁，利用香蕉提取汁中的谷氨酸脱酸酶的脱羧功能产生γ-氨基丁酸，并研究香蕉提取汁对酸奶发酵特性与品质的影响。

1 实验

1.1 原材料

香蕉：无病虫害和损伤，八成熟；全脂奶粉；白砂糖（一级）；谷氨酸钠；菌株：干酪乳杆菌，嗜热链球菌，德氏乳杆菌保加利亚亚种。

γ-氨基丁酸：分析纯（质量分数＞99%），标准品，；邻苯二甲醛，三水合乙酸钠，冰醋酸，硼酸，硝酸，2-巯基乙醇，磷酸二氢钾，氢氧化钾等均为分析纯；甲醇为色谱纯。

1.2 仪器与设备

高效液相色谱仪D-2400；CT3质构仪（CT3-10K）；均质机（SHP-60-60）；Avanti j-26 XPI冷冻离心机；豆浆机（DJ2B-Y60）；pH计（PHS-W）。

1.3 方法

1.3.1 香蕉提取汁的制备

非热处理法提取香蕉汁：在无菌操作台内将无病虫害、损伤、成熟度适宜的香蕉剥皮后切块，按照1∶1的比例加入的温度为4℃的无菌水和少量的护色液（质量浓度2.5 g/L柠檬酸和2.5 g/L抗坏血酸混合溶液）进行护色，然后在经过热烫处理的豆浆机中打浆，取浆液在6 000 r/min下冷冻离心10 min，取上清液，即得未经热处理香蕉提取汁，在4℃下冷藏备用[10-11]。

热处理法提取香蕉汁：将新鲜的香蕉去皮切块，加入等量的沸水中热汤10 min，使引起褐变的多酚氧化酶失活，放入超净台内冷却，取浆液在6 000 r/min下冷冻离心10 min，取上清液，即得到经热处理香蕉提取汁，在4℃下冷藏备用。

1.3.2 酸奶的制备

（1）工艺流程

（2）操作要点。按照全脂奶粉120 g/L，蔗糖70 g/L，谷氨酸5 g/L（均为质量浓度）称取原料后与水混合溶解后均质，均质压力20 MPa，时间20 min，均质结束后煮沸灭菌，搁置于无菌超净台冷却置40℃左右，加入预先处理好的香蕉提取汁并接入发酵菌种，分装于100 mL玻璃瓶中，于40℃培养箱发酵至pH≤4.6（约4 h），取出放置于4℃冰箱后熟24 h。

1.4 测定方法

1.4.1 GABA含量的测定

采用高效液相色谱法测定。

样品的前处理：取1 g的发酵乳于1.5 mL EP管中，沸水浴中煮沸5 min，在12 000 r/min下离心20 min，取上清液过0.25 μm过滤膜，得待测样品。

色谱条件[12]：色谱柱为Luna-C18(2)色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm)；流动相为甲醇:醋酸钠缓冲液（pH=5.8）为45∶55；流速0.8 mL/min；检测波长334 nm；柱温30℃；进样量为20 μL。

1.4.2 酸度的测定

采用酸碱滴定法测定[13]。

1.4.3 pH值的测定

采用pH计直接测定。

1.4.5 持水性（WHC）的测定

称取20 g左右的酸奶放入50 mL离心管，在冷冻离心机中进行离心处理，离心温度4℃，转速4 000 r/min，时间20 min。离心结束后倾去上清液，用天平称残余物的质量。持水性为

WHC=离心后残余物的质量/样品质量×100%[14]。

1.4.6 乳酸菌活菌数的测定

采用平板菌落计数法测定活菌数[15,16]。

1.4.7 酸奶产品质构特性的测定

TPA测试[17]：测定参数设置为探头型号TA4/1 000，触发点负载5 g，测试速度2 mm/s，返回速度2 mm/s，刺入深度20 mm，循环次数2次，测定其硬度、黏性、弹性、内聚性。

2 结果与讨论

2.1 发酵过程中酸奶酸度的变化

酸奶发酵过程中，乳酸菌的生长消耗了原料中的乳糖等营养成分，产生乳酸、乙酸等酸性物质，使得酸奶基质滴定酸度增大，pH值下降，赋予酸奶特有的风味。实验中将经过热处理和未经过热处理获得的香蕉提取汁分别按照不同浓度添加于酸奶发酵基质中，在不同的发酵时间段，测定其滴定酸度和pH值，其变化规律如图1所示。

图1 香蕉提取汁添加量对滴定酸度和pH值变化的影响

由图1可以看出，无论是添加经过热处理的香蕉提取汁还是添加未经热处理的香蕉提取汁，随着发酵过程的进行，酸奶的滴定酸度不断增加，pH值不断的减小。二者的酸度变化的趋势基本一致。1 h前，酸度的变化缓慢，2～4 h酸度的变化速度较快，发酵5 h后，酸度的变化趋于缓慢。说明对于发酵过程的酸度变化而言，香蕉提取汁汁是否经热处理对其影响不大。另一方面，由图1(a)可知，在添加未经热处理的香蕉提取汁酸奶发酵过程中，添加量为0～15%时，添加量越大，酸奶的滴定酸度增加速度与pH值下降的速度也大，但是，当香蕉提取汁的添加量达到20%时，酸奶的滴定酸度和pH值得下降速度要小于添加量为15%的情形。由图1（b）可知，香蕉提取汁的添加量为0～10%时，添加量越大，酸奶的滴定酸度增加速度与pH值下降的速度也大，当香蕉提取汁的添加量达到15%以上时，酸奶的滴定酸度和pH值得下降速度要小于添加量为10%的情形。这说明一定量的香蕉提取汁的加入有利于乳酸菌的生长，使产酸的速度变快，但是香蕉提取汁的添加量过大时，由于香蕉提取汁的有机酸带入过多，不利于乳酸菌的生长，造成酸奶在发酵过程中酸度的变化变慢，不利于发酵的进程。

2.2 发酵过程中乳酸菌活菌数的变化

图2为香蕉提取汁添加量对酸奶发酵过程乳酸菌活菌数变化的影响。由图2可以看出,前1 h乳酸菌处于调整期，活菌数增长缓慢。1～3 h处于对数期，活菌数呈对数增加，3～5 h处于稳定期，活菌数变化不大。香蕉的含糖量高达14%，且以葡萄糖为主，为乳酸菌的生长提供营养物质，而且香蕉属于弱酸性食物，其pH值大概在5.1左右，乳酸菌的最适生长pH在5.6左右，具有很强的耐酸性，所以未经热处理的香蕉提取汁能最大限度保留其营养物质且有助于乳酸菌的生长，随着未经热处理的香蕉提取汁的添加量的增加，乳酸菌活菌数增长速率也在不断的增加后减小，香蕉提取汁添加量为15%时乳酸菌活菌数达到最高，当香蕉提取汁添加量高达20%时，由于菌种间存在竞争关系且会有不良代谢物的产生，反而不利于菌体的生长。

由图2可以看出，添加经热处理的香蕉提取汁与未经热处理的香蕉提取汁对比，乳酸菌的生长速率增加更快，可能是因为加热的过程中产生有助于乳酸菌生长的物质。随着经热处理的香蕉提取汁的添加量的增加，乳酸菌增长趋势与添加未经热处理的香蕉提取汁一样，并且在10%达到最大值。

图2 香蕉提取汁添加量对乳酸菌活菌数变化的影响

2.3 酸奶产品的质构特性变化

酸奶产品的质构特性与酸奶的成分及生产的工艺条件有关。本研究中通过测定酸奶的硬度、黏性、内聚性和弹性的变化来研究香蕉提取汁对酸奶质构特性的影响。

由图3可以看出，随着香蕉提取汁的添加量的增加，酸奶的硬度不断的降低且高于普通酸奶（添加量0%时），这种变化的主要原因是随着香蕉提取汁添加量的增加，使得原料中的蛋白质和脂肪的含量减少，而且形成凝胶作用的酪蛋白的含量会减少，另一方面，脂肪能协同蛋白质促进酸奶凝胶结构的形成，这与XU[18]认为酸奶的硬度是由脂肪和蛋白质的交互作用引起的和Sandoval[19]认为脂肪能够提高酸奶的硬度的研究一致。在香蕉汁的添加量相同的情况下，添加经热处理的香蕉汁比未经热处理的香蕉汁硬度大，这可能是淀粉糊化引起的。

图3 香蕉提取汁添加量对酸奶质构特性(硬度)的影响

图4 香蕉提取汁添加量对酸奶质构特性(黏性)的影响

由图4可以看出，酸奶的黏性先是随着香蕉提取汁添加量的增加而增加，当添加量达到一定程度时，黏性转而下降。这可能是因为香蕉提取汁对酸奶的黏度有贡献，香蕉提取汁添加量较小时，发酵基质中蛋白质浓度也足以让乳酸菌充分发酵生长，二者共同的协同作用使酸奶的黏度不断增加，当添加量过大时，发酵基质中蛋白质浓度变小，不利于乳酸菌的生长，同时由于固形物浓度的减小，也会使酸奶的黏度降低。

图5 香蕉提取汁添加量对酸奶质构特性(内聚性)的影响

图6 香蕉提取汁添加量对酸奶质构特性(弹性)的影响

由图5可以看出，随着香蕉提取汁添加量的增加，酸奶的内聚性先减小后增加，这种变化可能与香蕉提取汁中含有的淀粉有关。由于淀粉具有一定的溶解度及膨胀性，所以酸奶除了在高含量蛋白下内聚性较高外，在香蕉提取汁含量较高时，也具有较高的内聚性。

由图6可以看出，随着香蕉提取汁的添加量的增加，酸奶的弹性先增加后降低，可能是因为添加少量的香蕉提取汁时，并不影响蛋白质的凝胶结构，但过多时，使发酵基质中的蛋白质浓度变小，使弹性降低。

综上所述，随着经热处理的香蕉提取汁添加量的增加，酸奶的硬度、弹性与添加未经加热的香蕉提取汁的趋势一样，都是先增加后减少，且在10%达到最高。随着经热处理香蕉提取汁的添加量的增大，酸奶的粘性的变化趋势与添加未经热处理的香蕉提取汁的变化趋势一样，但在15%处达到最大。随着香蕉提取汁的添加量的增加，酸奶的弹性的变化趋势与添加未经加热的香蕉提取汁的趋势一样，但都比其低。这种差异可能都是由于淀粉加热糊化造成的。

表1 香蕉提取汁的添加量对酸奶的持水率的影响 %

2.4 酸奶产品的持水率变化

乳酸菌的凝乳效果是通过持水率反映的，持水率过低会影响酸奶的凝乳效果进而影响其品质。实验中研究了香蕉提取汁对酸奶的持水性的影响，结果如表1所示。

由表1可以看出，随着香蕉提取汁（未经热处理）的添加量的增加，酸奶的持水率增加，并在15%时达到最大。随着香蕉提取汁（经热处理）的添加量的增加，酸奶的持水率却不断减小。酸奶的持水性与酸奶中的蛋白质凝胶结构有关，实验结果表明，香蕉提取汁是否经过热处理对蛋白质的凝胶结构有影响，这种影响可能是淀粉糊化带来的，也可能是乳酸菌发酵的影响带来的，具体的原因有待进一步的研究。

2.5 酸奶产品中GABA含量的变化

γ-氨基丁酸是我们研制的γ-氨基丁酸发酵酸奶的特征成分，其含量的高低直接影响产品的质量。香蕉提取汁是否经过热处理对酸奶中的γ-氨基丁酸含量的影响如图7所示。

图7 香蕉提取汁的添加量量对酸奶的GABA的影响

由图7可以看出，随着香蕉提取汁的添加量的增大，GABA的产量不断增长且比普通酸奶的含量高很多，说明添加香蕉提取液可以大大地提高酸奶中GA⁃BA的产量，这是因为香蕉提取汁中的谷氨酸脱羧酶催化底物谷氨酸发生反应生成GABA的缘故。同时也发现，添加经热处理香蕉提取汁，GABA的产量增加数量与添加未加热的香蕉提取汁对比低很多，这可能是因为经过加热的香蕉提取汁，其谷氨酸脱羧酶因高温处理部分失活，不能催化底物MSG产生GABA，而酸奶中产生的GABA主要由乳酸菌产生的酶催化底物MSG水解产生，产量较低。

3 结论

将香蕉提取汁添加于γ-氨基丁酸酸奶的发酵过程中，研究其对发酵过程的特性及其产品品质的影响，所得结论如下：（1）香蕉提取汁的加入有利于乳酸菌的生长，使产酸的速度变快，但是香蕉提取汁的添加量过大时，发酵过程中酸度的变化变慢，不利于发酵的进程；（2）添加经热处理的香蕉提取汁，发酵过程中乳酸菌的生长较未经热处理的香蕉提取汁增加更快，且发酵终了时酸奶中的乳酸菌活菌数要大于未添加香蕉汁者；（3）香蕉汁的添加会影响到酸奶的质构特性。随着香蕉提取汁添加量的增加，酸奶的硬度、黏性、弹性增加后减少，内聚性是先减小后增加；（4）添加未经热处理的香蕉提取汁可以提高酸奶的持水率，在15%时酸奶的持水性最好。但是，添加经热处理的香蕉提取汁会使酸奶的持水率降低，且添加量越大，持水性下降越大；（5）添加香蕉提取汁可以提高酸奶中的GABA的产量，且未经热处理的香蕉汁的效果远大于经热处理的香蕉提取汁。

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Effect of banana juice extract on the fermentation characteristics and the quali⁃ty ofγ-aminobutyric acid yogurt

ZHANG Yali,LIU Zhaoming,HUANG Cuiji，ZHANG Jian
(College of Biological and Chemical Engineering,Guangxi University of Technology，Liuzhou 545006，China)

In order to investigate the effect of banana extract juice on the fermentation and quality of yogurt withγ-amino butyric acid,the titratable acidity,amount of Lactic acid bacteria,texture characteristics andγ-aminobutyric acid content in the yogurt with banana juice ex⁃tract were determined.The results showed that banana juice extract was able to contribute to the growth of Lactic acid bacteria,the hardness,vis⁃cidity and elasticity were firstly increasing and then decreasing but cohesiveness firstly decreasing and then increasing with the increasing of the adding amount the banana juice extract.Theγ-aminobutyric acid content was also increasing with the increasing of adding amount of the banana juice extract.Furthermore,theγ-aminobutyric acid content in the yoghurt with the non-heated-treatment banana juice ex⁃tract was higher than that in the yoghurt with heated treatment banana juice.

γ-aminobutyric acid;banana juice extract;texture;yogurt

TS252.54

A

1001-2230（2017）11-0023-05

2016-11-17

柳州市科学研究与技术开发计划(2015E040202)。

张亚丽（1989-），女，硕士研究生，从事功能性酸奶方面的研究。

刘昭明