香蕉提取汁對γ-氨基丁酸酸奶發酵過程與品質的影響

張亞麗，劉昭明，黃翠姬，張健

（廣西科技大學生物與化學工程學院，廣西柳州 545006）

香蕉提取汁對γ-氨基丁酸酸奶發酵過程與品質的影響

張亞麗，劉昭明，黃翠姬，張健

（廣西科技大學生物與化學工程學院，廣西柳州 545006）

通過測定發酵酸奶的酸度、乳酸菌數、質構特性和γ-氨基丁酸含量等指標，研究香蕉汁提取液對γ-氨基丁酸酸奶的發酵過程及品質的影響。結果表明，添加香蕉汁提取液有利于發酵酸奶中乳酸菌的生長；隨著香蕉汁提取液添加量的增加，酸奶的硬度、黏性、彈性先增加后減少，內聚性先減小后增加。酸奶中γ-氨基丁酸的含量隨著香蕉汁提取液添加量的增加而增加，而且添加未經熱處理香蕉汁的發酵酸奶中的γ-氨基丁酸含量要大于添加經熱處理香蕉提取汁的發酵酸奶中的γ-氨基丁酸含量。

γ-氨基丁酸；香蕉提取汁；質構；酸奶

0 引言

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric aciad,GABA）是一種新型的保健功能因子，廣泛存在于自然界中，是動物中樞神經系統最重要的抑制性神經遞質[1]，具有降低血壓、促進睡眠、增強記憶力、抗焦慮、抗衰老、預防癲癇等多種生理功能[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-氨基丁酸的產品研究已有報道，但有關γ-氨基丁酸發酵酸奶的開發研究較少。

本文將嗜熱鏈球菌、德氏乳桿菌保加利亞亞種與自行篩選獲得的具有產γ-氨基丁酸的性能的干酪乳桿菌混合作為酸奶發酵劑制備γ-氨基丁酸發酵酸奶，同時在發酵過程中添加香蕉提取汁，利用香蕉提取汁中的谷氨酸脫酸酶的脫羧功能產生γ-氨基丁酸，并研究香蕉提取汁對酸奶發酵特性與品質的影響。

1 實驗

1.1 原材料

香蕉：無病蟲害和損傷，八成熟；全脂奶粉；白砂糖（一級）；谷氨酸鈉；菌株：干酪乳桿菌，嗜熱鏈球菌，德氏乳桿菌保加利亞亞種。

γ-氨基丁酸：分析純（質量分數＞99%），標準品，；鄰苯二甲醛，三水合乙酸鈉，冰醋酸，硼酸，硝酸，2-巰基乙醇，磷酸二氫鉀，氫氧化鉀等均為分析純；甲醇為色譜純。

1.2 儀器與設備

高效液相色譜儀D-2400；CT3質構儀（CT3-10K）；均質機（SHP-60-60）；Avanti j-26 XPI冷凍離心機；豆漿機（DJ2B-Y60）；pH計（PHS-W）。

1.3 方法

1.3.1 香蕉提取汁的制備

非熱處理法提取香蕉汁：在無菌操作臺內將無病蟲害、損傷、成熟度適宜的香蕉剝皮后切塊，按照1∶1的比例加入的溫度為4℃的無菌水和少量的護色液（質量濃度2.5 g/L檸檬酸和2.5 g/L抗壞血酸混合溶液）進行護色，然后在經過熱燙處理的豆漿機中打漿，取漿液在6 000 r/min下冷凍離心10 min，取上清液，即得未經熱處理香蕉提取汁，在4℃下冷藏備用[10-11]。

熱處理法提取香蕉汁：將新鮮的香蕉去皮切塊，加入等量的沸水中熱湯10 min，使引起褐變的多酚氧化酶失活，放入超凈臺內冷卻，取漿液在6 000 r/min下冷凍離心10 min，取上清液，即得到經熱處理香蕉提取汁，在4℃下冷藏備用。

1.3.2 酸奶的制備

（1）工藝流程

（2）操作要點。按照全脂奶粉120 g/L，蔗糖70 g/L，谷氨酸5 g/L（均為質量濃度）稱取原料后與水混合溶解后均質，均質壓力20 MPa，時間20 min，均質結束后煮沸滅菌，擱置于無菌超凈臺冷卻置40℃左右，加入預先處理好的香蕉提取汁并接入發酵菌種，分裝于100 mL玻璃瓶中，于40℃培養箱發酵至pH≤4.6（約4 h），取出放置于4℃冰箱后熟24 h。

1.4 測定方法

1.4.1 GABA含量的測定

采用高效液相色譜法測定。

樣品的前處理：取1 g的發酵乳于1.5 mL EP管中，沸水浴中煮沸5 min，在12 000 r/min下離心20 min，取上清液過0.25 μm過濾膜，得待測樣品。

色譜條件[12]：色譜柱為Luna-C18(2)色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 μm)；流動相為甲醇:醋酸鈉緩沖液（pH=5.8）為45∶55；流速0.8 mL/min；檢測波長334 nm；柱溫30℃；進樣量為20 μL。

1.4.2 酸度的測定

采用酸堿滴定法測定[13]。

1.4.3 pH值的測定

采用pH計直接測定。

1.4.5 持水性（WHC）的測定

稱取20 g左右的酸奶放入50 mL離心管，在冷凍離心機中進行離心處理，離心溫度4℃，轉速4 000 r/min，時間20 min。離心結束后傾去上清液，用天平稱殘余物的質量。持水性為

WHC=離心后殘余物的質量/樣品質量×100%[14]。

1.4.6 乳酸菌活菌數的測定

采用平板菌落計數法測定活菌數[15,16]。

1.4.7 酸奶產品質構特性的測定

TPA測試[17]：測定參數設置為探頭型號TA4/1 000，觸發點負載5 g，測試速度2 mm/s，返回速度2 mm/s，刺入深度20 mm，循環次數2次，測定其硬度、黏性、彈性、內聚性。

2 結果與討論

2.1 發酵過程中酸奶酸度的變化

酸奶發酵過程中，乳酸菌的生長消耗了原料中的乳糖等營養成分，產生乳酸、乙酸等酸性物質，使得酸奶基質滴定酸度增大，pH值下降，賦予酸奶特有的風味。實驗中將經過熱處理和未經過熱處理獲得的香蕉提取汁分別按照不同濃度添加于酸奶發酵基質中，在不同的發酵時間段，測定其滴定酸度和pH值，其變化規律如圖1所示。

圖1 香蕉提取汁添加量對滴定酸度和pH值變化的影響

由圖1可以看出，無論是添加經過熱處理的香蕉提取汁還是添加未經熱處理的香蕉提取汁，隨著發酵過程的進行，酸奶的滴定酸度不斷增加，pH值不斷的減小。二者的酸度變化的趨勢基本一致。1 h前，酸度的變化緩慢，2～4 h酸度的變化速度較快，發酵5 h后，酸度的變化趨于緩慢。說明對于發酵過程的酸度變化而言，香蕉提取汁汁是否經熱處理對其影響不大。另一方面，由圖1(a)可知，在添加未經熱處理的香蕉提取汁酸奶發酵過程中，添加量為0～15%時，添加量越大，酸奶的滴定酸度增加速度與pH值下降的速度也大，但是，當香蕉提取汁的添加量達到20%時，酸奶的滴定酸度和pH值得下降速度要小于添加量為15%的情形。由圖1（b）可知，香蕉提取汁的添加量為0～10%時，添加量越大，酸奶的滴定酸度增加速度與pH值下降的速度也大，當香蕉提取汁的添加量達到15%以上時，酸奶的滴定酸度和pH值得下降速度要小于添加量為10%的情形。這說明一定量的香蕉提取汁的加入有利于乳酸菌的生長，使產酸的速度變快，但是香蕉提取汁的添加量過大時，由于香蕉提取汁的有機酸帶入過多，不利于乳酸菌的生長，造成酸奶在發酵過程中酸度的變化變慢，不利于發酵的進程。

2.2 發酵過程中乳酸菌活菌數的變化

圖2為香蕉提取汁添加量對酸奶發酵過程乳酸菌活菌數變化的影響。由圖2可以看出,前1 h乳酸菌處于調整期，活菌數增長緩慢。1～3 h處于對數期，活菌數呈對數增加，3～5 h處于穩定期，活菌數變化不大。香蕉的含糖量高達14%，且以葡萄糖為主，為乳酸菌的生長提供營養物質，而且香蕉屬于弱酸性食物，其pH值大概在5.1左右，乳酸菌的最適生長pH在5.6左右，具有很強的耐酸性，所以未經熱處理的香蕉提取汁能最大限度保留其營養物質且有助于乳酸菌的生長，隨著未經熱處理的香蕉提取汁的添加量的增加，乳酸菌活菌數增長速率也在不斷的增加后減小，香蕉提取汁添加量為15%時乳酸菌活菌數達到最高，當香蕉提取汁添加量高達20%時，由于菌種間存在競爭關系且會有不良代謝物的產生，反而不利于菌體的生長。

由圖2可以看出，添加經熱處理的香蕉提取汁與未經熱處理的香蕉提取汁對比，乳酸菌的生長速率增加更快，可能是因為加熱的過程中產生有助于乳酸菌生長的物質。隨著經熱處理的香蕉提取汁的添加量的增加，乳酸菌增長趨勢與添加未經熱處理的香蕉提取汁一樣，并且在10%達到最大值。

圖2 香蕉提取汁添加量對乳酸菌活菌數變化的影響

2.3 酸奶產品的質構特性變化

酸奶產品的質構特性與酸奶的成分及生產的工藝條件有關。本研究中通過測定酸奶的硬度、黏性、內聚性和彈性的變化來研究香蕉提取汁對酸奶質構特性的影響。

由圖3可以看出，隨著香蕉提取汁的添加量的增加，酸奶的硬度不斷的降低且高于普通酸奶（添加量0%時），這種變化的主要原因是隨著香蕉提取汁添加量的增加，使得原料中的蛋白質和脂肪的含量減少，而且形成凝膠作用的酪蛋白的含量會減少，另一方面，脂肪能協同蛋白質促進酸奶凝膠結構的形成，這與XU[18]認為酸奶的硬度是由脂肪和蛋白質的交互作用引起的和Sandoval[19]認為脂肪能夠提高酸奶的硬度的研究一致。在香蕉汁的添加量相同的情況下，添加經熱處理的香蕉汁比未經熱處理的香蕉汁硬度大，這可能是淀粉糊化引起的。

圖3 香蕉提取汁添加量對酸奶質構特性(硬度)的影響

圖4 香蕉提取汁添加量對酸奶質構特性(黏性)的影響

由圖4可以看出，酸奶的黏性先是隨著香蕉提取汁添加量的增加而增加，當添加量達到一定程度時，黏性轉而下降。這可能是因為香蕉提取汁對酸奶的黏度有貢獻，香蕉提取汁添加量較小時，發酵基質中蛋白質濃度也足以讓乳酸菌充分發酵生長，二者共同的協同作用使酸奶的黏度不斷增加，當添加量過大時，發酵基質中蛋白質濃度變小，不利于乳酸菌的生長，同時由于固形物濃度的減小，也會使酸奶的黏度降低。

圖5 香蕉提取汁添加量對酸奶質構特性(內聚性)的影響

圖6 香蕉提取汁添加量對酸奶質構特性(彈性)的影響

由圖5可以看出，隨著香蕉提取汁添加量的增加，酸奶的內聚性先減小后增加，這種變化可能與香蕉提取汁中含有的淀粉有關。由于淀粉具有一定的溶解度及膨脹性，所以酸奶除了在高含量蛋白下內聚性較高外，在香蕉提取汁含量較高時，也具有較高的內聚性。

由圖6可以看出，隨著香蕉提取汁的添加量的增加，酸奶的彈性先增加后降低，可能是因為添加少量的香蕉提取汁時，并不影響蛋白質的凝膠結構，但過多時，使發酵基質中的蛋白質濃度變小，使彈性降低。

綜上所述，隨著經熱處理的香蕉提取汁添加量的增加，酸奶的硬度、彈性與添加未經加熱的香蕉提取汁的趨勢一樣，都是先增加后減少，且在10%達到最高。隨著經熱處理香蕉提取汁的添加量的增大，酸奶的粘性的變化趨勢與添加未經熱處理的香蕉提取汁的變化趨勢一樣，但在15%處達到最大。隨著香蕉提取汁的添加量的增加，酸奶的彈性的變化趨勢與添加未經加熱的香蕉提取汁的趨勢一樣，但都比其低。這種差異可能都是由于淀粉加熱糊化造成的。

表1 香蕉提取汁的添加量對酸奶的持水率的影響 %

2.4 酸奶產品的持水率變化

乳酸菌的凝乳效果是通過持水率反映的，持水率過低會影響酸奶的凝乳效果進而影響其品質。實驗中研究了香蕉提取汁對酸奶的持水性的影響，結果如表1所示。

由表1可以看出，隨著香蕉提取汁（未經熱處理）的添加量的增加，酸奶的持水率增加，并在15%時達到最大。隨著香蕉提取汁（經熱處理）的添加量的增加，酸奶的持水率卻不斷減小。酸奶的持水性與酸奶中的蛋白質凝膠結構有關，實驗結果表明，香蕉提取汁是否經過熱處理對蛋白質的凝膠結構有影響，這種影響可能是淀粉糊化帶來的，也可能是乳酸菌發酵的影響帶來的，具體的原因有待進一步的研究。

2.5 酸奶產品中GABA含量的變化

γ-氨基丁酸是我們研制的γ-氨基丁酸發酵酸奶的特征成分，其含量的高低直接影響產品的質量。香蕉提取汁是否經過熱處理對酸奶中的γ-氨基丁酸含量的影響如圖7所示。

圖7 香蕉提取汁的添加量量對酸奶的GABA的影響

由圖7可以看出，隨著香蕉提取汁的添加量的增大，GABA的產量不斷增長且比普通酸奶的含量高很多，說明添加香蕉提取液可以大大地提高酸奶中GA?BA的產量，這是因為香蕉提取汁中的谷氨酸脫羧酶催化底物谷氨酸發生反應生成GABA的緣故。同時也發現，添加經熱處理香蕉提取汁，GABA的產量增加數量與添加未加熱的香蕉提取汁對比低很多，這可能是因為經過加熱的香蕉提取汁，其谷氨酸脫羧酶因高溫處理部分失活，不能催化底物MSG產生GABA，而酸奶中產生的GABA主要由乳酸菌產生的酶催化底物MSG水解產生，產量較低。

3 結論

將香蕉提取汁添加于γ-氨基丁酸酸奶的發酵過程中，研究其對發酵過程的特性及其產品品質的影響，所得結論如下：（1）香蕉提取汁的加入有利于乳酸菌的生長，使產酸的速度變快，但是香蕉提取汁的添加量過大時，發酵過程中酸度的變化變慢，不利于發酵的進程；（2）添加經熱處理的香蕉提取汁，發酵過程中乳酸菌的生長較未經熱處理的香蕉提取汁增加更快，且發酵終了時酸奶中的乳酸菌活菌數要大于未添加香蕉汁者；（3）香蕉汁的添加會影響到酸奶的質構特性。隨著香蕉提取汁添加量的增加，酸奶的硬度、黏性、彈性增加后減少，內聚性是先減小后增加；（4）添加未經熱處理的香蕉提取汁可以提高酸奶的持水率，在15%時酸奶的持水性最好。但是，添加經熱處理的香蕉提取汁會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的產量，且未經熱處理的香蕉汁的效果遠大于經熱處理的香蕉提取汁。

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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

柳州市科學研究與技術開發計劃(2015E040202)。

張亞麗（1989-），女，碩士研究生，從事功能性酸奶方面的研究。

劉昭明