产γ-氨基丁酸(GABA)乳酸菌的筛选及其在香蕉发酵饮料中的应用研究

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γ-氨基丁酸(γ-aminiobutyric acid,GABA)是一种天然非蛋白质组成成分的氨基酸,具有降低血压、治疗癫痫、改善脑细胞、增强记忆和促进睡眠等多种生理功能。海南香蕉资源丰富,香蕉是一种药食俱佳的水果,常食用香蕉不仅能预防神经疲劳,还能润肺止咳、防止便秘。生产富含GABA的香蕉乳酸菌饮料是一种很好的香蕉深加工途径,不仅可以缓解海南香蕉运输成本高的问题,而且能创造良好的经济和社会效益,为海南特色产品的创建奠定基础。香蕉还是一种高谷氨酸脱羧酶(GAD)活性水果,能利用其内源GAD富集GABA,目前还未报道从香蕉植株上分离筛选出产GABA的乳酸菌菌株。因此,本研究着眼于从香蕉的花、果、茎、叶、根系土壤中筛选出产GABA的乳酸菌菌株,并以此乳酸菌菌株为发酵菌株,调配香蕉汁为天然发酵培养基,结合乳酸菌的健康特性,生产富含GABA的香蕉乳酸菌饮料。研究发酵过程中各因素对GABA以及感官品质的影响,并对其发酵条件进行工艺优化,从而为富含GABA的香蕉乳酸菌饮料的工业化、标准化生产提供理论依据和参考,为海南香蕉的深加工业开辟新的道路。主要研究结果如下:(1)首先对发酵液中GABA的检测方法进行研究,采用薄层层析法定性分析GABA,高效液相色谱法-超高效液相色谱法定量分析GABA。确定了薄层层析分析方法中展开剂组分,当正丁醇∶冰醋酸∶水(V/V)=4∶1∶1时为最优展开剂比例,此时GABA和谷氨酸的Rf值有明显差异,显色条件为90℃显色10 min。采用超高效液相色谱(UPLC)与高效液相色谱(HPLC)邻苯二甲醛(OPA)柱前衍生-紫外检测法对比分析乳酸菌发酵液中的GABA含量,建立GABA质量浓度与吸光度值的线性回归方程。2种方法测得的GABA在质量浓度100.0~1000.0μg/m L范围内均有良好的线性关系(相关系数R~2>0.998)。UPLC法和HPLC法精密度试验结果相对标准偏差(RSD)均<1.5%,UPLC法的平均相对标准偏差(RSD)为0.529%,平均回收率为99.59%;HPLC法的平均相对标准偏差(RSD)为1.175%,平均回收率为98.06%。表明2种检测方法均可准确定量分析乳酸菌发酵液中GABA含量,二者相比较,UPLC法更快捷,更适合大量样品检测,为后续研究奠定了基础。(2)接着采用薄层层析定性分析法从海南香蕉植株上分离筛选出的49株乳酸菌中初筛出19株产GABA的乳酸菌,其中5株产GABA能力较强。再通过超高效液相色谱定量分析方法,最终得到一株产GABA较高的菌株CT4-1,乳酸菌发酵产物中GABA含量达0.928 g/L。随后对菌株CT4-1的形态学特征及生理生化特征进行了研究,该菌株的生理生化鉴定结果与《伯杰细菌鉴定手册》植物乳杆菌属(Lactobacillus plantarum)结果一致,又对其16 S r DNA基因序列进行分析,结果鉴定是为植物乳杆菌(L.plantarum),初命名为L.plantarum CT4-1,抑菌结果显示该菌株对大肠杆菌(Escherichia coli),沙门氏菌(Salmonella),金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus),李斯特菌(Listeria monocytogenes),枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)均存在抑菌效果,表明该乳酸菌具有抗菌活性的抑菌物质,因此拟应用在发酵食品中以抑制食品中腐败菌的生长,并改善食品的品质及风味,延长货架期。(3)然后对GABA-香蕉乳酸菌饮料进行工艺优化。通过单因素和Box-Behnken响应面法优化香蕉乳酸菌饮料的发酵工艺条件,结果表明:香蕉乳酸菌饮料的最优发酵工艺条件为:香蕉汁添加量8%,蔗糖添加量5%,全脂奶粉添加量10%、接种量5%。在此条件下发酵的蕉乳酸菌饮料爽口、细腻,酸甜度适中,奶香味清爽,具有香蕉特有的香味,感官评分为95分。(4)为增强饮料的稳定性,选取黄原胶、CMC-Na和海藻酸钠三种稳定剂,通过单因素和3因素3水平正交试验对稳定剂进行选择,并以沉淀率和感官评定对稳定性效果评价。结果表明:单一稳定剂对香蕉乳酸菌饮料的稳定效果可知,黄原胶在三种稳定剂的稳定效果中最佳。通过正交试验确定稳定剂的最佳配比为黄原胶、CMC-Na、海藻酸钠的添加量分别为0.075%、0.10%、0.05%,此时饮料的感官评分为93分,稳定效果最佳。(5)最后为探究冷藏对香蕉乳酸菌饮料品质的影响,在0-4°C条件下,测定28d以内香蕉乳酸菌饮料的p H、乳酸菌活菌数以及感官品质的变化。结果表明:冷藏条件下,保存28 d以内香蕉乳酸菌饮料的活菌数均高于国家标准(1×10~6CFU/m L),p H从3.83下降至3.78,21 d以内饮料的感官品质稳定性良好。
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