青稞红曲啤酒中γ-氨基丁酸（GABA）的研究

张荣霞 ， 李 崎 ， 朱林江 ， 刘春凤 ， 李永仙 *

（1.江南大学 教育部工业生物技术重点实验室，江苏 无锡 214122；2.江南大学 生物工程学院，江苏 无锡214122）

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）是一种天然的非蛋白质氨基酸，在自然界中广泛存在，是哺乳动物体内一种重要的抑制性神经递质[1]，对人体有降血压、抗心律失常等多种生理功能[2-4]。

针对GABA在食品工业中的应用研究已广泛开展，如富含GABA的茶叶、桑叶、米胚芽、糙米等许多植物性食品[5-6]。GABA在发酵型饮料、酒类产品的检测及应用研究方面均有报道，比如对黄酒[7]、黑莓啤酒[8]、莜麦米酒[9]及葡萄酒发酵过程[10]中GABA含量进行检测分析，以及富含GABA的白酒、苹果醋饮料、梨酒等特色酒的研制。 GABA在啤酒领域的相关研究报道较少，2009年Iimure T[11]等利用谷氨酸脱羧酶的作用，使用廉价的谷氨酸钠和大麦麸皮制备富含GABA水溶液，并将其添加到麦汁中，获得富含 GABA（257 μg/mL）的麦汁。但该过程较为繁琐，仅简单地将富含GABA的溶液加入麦汁中，并未展开发酵实验，而对于啤酒酿造原料中GABA质量浓度变化情况，糖化及啤酒酿造过程对GABA质量浓度的影响等也未做深入研究。

赵大伟等[12]及曹斌等[13]对国内外大麦籽粒、国外裸大麦籽粒、青藏高原裸大麦籽粒（青稞）进行检测，发现多棱裸麦中GABA质量分数更为丰富。而青稞作为中国高原特产裸麦，将其作为原料，生产富含GABA的食品或饮料具有潜在优势。青稞接种红曲霉进行发酵后，能制得富含GABA的青稞红曲。万强等[14]对青稞红曲和市售红曲中的GABA质量分数进行了对比，发现青稞红曲中GABA质量分数高达2.33 mg/g，远高于市售红曲米（0.63 mg/g），但未见在啤酒酿造过程中的应用研究报道。因此，在本实验室研究开发的一款青稞红曲啤酒的基础上，对市售啤酒和青稞红曲啤酒中GABA质量分数进行普测，对青稞麦芽和青稞红曲原料中的GABA质量分数进行检测，并进一步针对青稞红曲啤酒生产过程以及生产工艺对GABA质量分数的影响进行研究，为富含GABA的啤酒新品开发及工业化提供充分的理论依据和数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：澳麦麦芽由中粮麦芽（江阴）有限公司提供，青稞麦芽及青稞红曲均由西藏月王生物技术有限公司提供，酒花（青岛大花），发酵啤酒酵母G03为本实验室保藏。

试剂：OPA、FMOC、结晶乙酸钠、三乙胺、甲醇、乙腈、醋酸及四氢呋喃均购于Sigma公司，色谱纯；GABA购于Fluca公司，色谱纯；其他试剂均为分析纯，购于国药集团（上海）化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

仪器：美国安捷伦公司Agilent 1100高效液相色谱仪（配有紫外检测器）、UNICO（上海）仪器有限公司UV-2000分光光度计及BIOER（杭州）科技有限公司BGY-8 A糖化仪等。

1.3 实验方法

1.3.1 麦汁制备 使用糖化仪按照预设的45℃30 min，63℃ 40 min，72℃ 20 min，78℃升温程序进行糖化。麦汁煮沸时长共1 h，煮沸期间分3次加入酒花（按麦汁体积0.03%计算酒花添加量），煮沸结束后过滤并分装，115℃灭菌15 min，冷却备用。

1.3.2 实验室规模发酵 取0.2 g酵母泥接种于装有200 mL无菌麦汁的三角瓶中，加灭菌后的发酵栓密封瓶口，于12℃培养箱发酵，通过CO2失重确定主酵结束时间，主酵结束后过滤发酵液，低温保存待测。

1.3.3 GABA质量浓度的分析 （1）GABA液相色谱分析方法。采用文献[15]中方法进行GABA质量浓度的测定。（2）样品预处理方法。样品用8 mol/L盐酸进行水解，120℃水解22 h后加入NaOH溶液中和，转移并定容至25 mL，经0.45 μm滤膜过滤后测定GABA质量浓度。

2 结果与讨论

2.1 青稞红曲啤酒与市售啤酒中GABA质量浓度的比较

采用青稞麦芽和大麦麦芽添加比例为5∶5，青稞红曲添加比例为0.5%制得青稞红曲麦汁，接种酵母发酵，过滤后进行检测分析，同时检测9种不同市售啤酒样品（样品信息如表 1所示），与本研究所得青稞红曲啤酒进行对照分析，GABA质量浓度如图1所示。

表1 啤酒样品信息表Table 1 Information of beer samples

图1 啤酒中GABA的质量浓度Fig.1 GABA content in beers

图1中，横坐标样品编号1-9为普通市售样品，10为青稞红曲啤酒。为了使数据具有可比性，数据归一化为原麦汁浓度为11°P时样品中GABA的含量。

由图1可见，普通市售啤酒中GABA含量范围介于40～65 mg/L之间，青稞红曲啤酒GABA质量浓度为91.3±6.9 mg/L，高于普通市售啤酒。

2.2 原料中GABA质量分数分析

分别对本实验所用原料青稞麦芽、大麦麦芽和青稞红曲进行GABA质量分数的测定，青稞麦芽和大麦麦芽中GABA质量分数分别为0.791±0.034 mg/g和0.324±0.031 mg/g，青稞红曲GABA质量分数为1.967±0.059 mg/g。青稞麦芽中GABA质量分数高于大麦麦芽，青稞红曲中含有较丰富的GABA，青稞麦芽和青稞红曲为酿造GABA质量分数较高的青稞红曲啤酒提供了GABA的来源。

2.3 糖化工艺对麦汁中GABA质量浓度的影响

2.3.1 糖化过程中麦汁中GABA质量浓度的变化使用1.3.1节中方法进行糖化 （只使用大麦麦芽作为原料），在糖化过程不同阶段进行取样，过滤并分析滤液中GABA质量浓度，结果如图2所示。

图2 糖化过程中游离GABA质量浓度变化Fig.2 GABA contents of mashes at different intervals during mushing process

图 2展现了糖化过程中GABA质量浓度的变化情况，可以看出，糖化初期麦汁中GABA质量浓度逐渐升高，当糖化温度升至63℃时麦汁中GABA质量浓度趋于稳定，不再随糖化时间延长及温度的升高而显著变化。

2.3.2 不同比例青稞麦芽对麦汁中GABA含量的影响 采用不同比例青稞麦芽进行糖化，研究其对麦汁中GABA质量浓度的影响，结果如图3所示。

图3 青稞麦芽和大麦麦芽比例对麦汁中游离GABA质量浓度的影响Fig.3 Effect of different highland barley malt and barley malt ratio on free GABA content in wort

图3结果表明，随着青稞麦芽比例的增加，麦汁中 GABA质量浓度从 43.5±0.8 mg/L增加至97.3±3.9 mg/L。这是由于青稞麦芽比大麦麦芽含有更多GABA，由于青稞麦芽过滤等因素，本实验室青稞红曲啤酒采用的青稞麦芽比例为5∶5，此时麦汁中GABA含量相较0∶10时提高了64%。

2.3.3 青稞红曲添加比例对麦汁中GABA质量浓度的影响 因为青稞红曲中含有大量的GABA，因此在考察青稞红曲添加比例时，同时考察GABA的质量浓度，结果如图4所示。

图4 青稞红曲添加比例对麦汁GABA质量浓度的影响Fig.4 Effect oftheproportion ofhighland barley Monascus on GABA content in wort

青稞麦芽和大麦麦芽添加比例为5∶5，按照不同青稞红曲添加比例制备麦汁，所得麦汁中GABA含量如图4所示，尽管青稞红曲添加比例较小与不添加青稞红曲的样品相比，青稞红曲添加量为0.5%、1%、1.5%、2%、3%和5%时麦叶中总GABA含量均有所增加，青稞红曲的添加能够提高麦汁中总GABA的质量浓度。其中青稞红曲添加比例为0.5%时，麦汁中总 GABA 质量浓度（102.4±4.1 mg/L）即有一定增加，但是进一步提高添加比例，不能提高其质量浓度，具体原因需要进一步研究。

2.4 发酵对GABA质量浓度的影响

为了探究发酵过程对GABA含量的影响，将实验室保藏的下面发酵啤酒酵母G03接种于不同GABA含量的麦汁 （在麦汁中添加不同含量的GABA）进行实验室规模发酵，分别测定麦汁及发酵液中GABA含量，对比结果如图5所示。

图5 麦汁及发酵液中GABA质量浓度对比Fig.5 Comparison of GABA contents between wort and fermented liquor

如图5所示，发酵过程中GABA质量浓度均有一定程度降低，其降低率为（10.7±1.1）%，麦汁中约90%GABA仍保留于发酵液中，发酵液中GABA质量浓度随着麦汁中GABA质量浓度的增加而增加，啤酒酵母发酵过程对GABA质量浓度影响较小，因此可以通过分析麦汁中GABA质量浓度预测啤酒中GABA的质量浓度。

3 结 语

本实验对原料的分析结果表明，青稞麦芽中的GABA质量浓度高于大麦麦芽，青稞红曲中含有丰富的 GABA（质量分数为 1.967±0.059 mg/g）。工艺研究结果表明麦汁中GABA质量浓度在糖化过程中先增加再趋于平稳。青稞麦芽添加比例对麦汁中GABA质量浓度有较大影响，随着青稞麦芽添加比例的增加，麦汁中GABA质量浓度增加（见图3）。青稞红曲添加比例为0.5%时，麦汁中GABA质量浓度（102.4±4.1 mg/L）有一定增加，但是进一步提高青稞红曲添加比例，不能提高GABA质量浓度。麦汁经发酵后GABA质量浓度损失约为（10.7±1.1）%，90%的GABA仍保留在发酵液中。因此，青稞麦芽和青稞红曲是青稞红曲啤酒中GABA质量浓度较高的主要因素。然而，青稞红曲添加比例对麦汁中GABA质量浓度的影响和发酵过程中GABA减少的原因仍有待进一步研究。