富GABA黄色糙米酵素发酵工艺研究

陈美琪 律振青 马绍益 张赢月 张妍妍 王俊玲

基金项目：吉林省大学生科技创新创业训练计划（2022053）；吉林省科技厅吉林省科技发展计划项目（YDZJ202101ZYTS118）。

作者简介：陈美琪（2001—），女，吉林松原人，本科。研究方向：发酵工程。

通信作者：王俊玲（1982—），女，吉林吉林人，博士，副教授。研究方向：分子酶学工程与发酵工程。E-mail：wangjunling0432@163.com。

摘 要：目的：优化糙米发酵工艺，以提高γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric Acid，GABA）等营养物质含量。方法：以黄色糙米为原料，添加酵母菌，经发酵产黄色糙米酵素。以GABA含量为指标，通过单因素试验和正交试验优化发酵条件。结果：黄糙米的最佳发酵条件为接种量2%、培养时间40 h、培养温度32 ℃，该条件下GABA含量为0.456 mg·mL-1。结论：优化后的发酵条件后可为糙米酵素的生产应用提供依据。

关键词：黄色糙米；酵母菌；γ-氨基丁酸；发酵条件

Study on Fermentation Technology of GABA-Rich Yellow Brown Rice Enzymes

CHEN Meiqi， LYU Zhenqing， MA Shaoyi， ZHANG Yingyue， ZHANG Yanyan， WANG Junling*

（College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering， Jilin Agricultural Science and Technology University， Jilin 132101， China）

Abstract： Objective： To optimize the fermentation process of brown rice in order to improve increase the content of nutrients such as γ-aminobutyric acid （GABA）. Method： Yellow brown rice is used as raw material， yeast is added， and yellow brown rice enzyme is produced through fermentation. Using GABA content as an indicator， optimize fermentation conditions through single factor and orthogonal experiments. Result： The optimal fermentation conditions for yellow brown rice were 2% inoculation amount， 40 h cultivation time， and 32 ℃ cultivation temperature. Under these conditions， the GABA content was 0.456 mg·mL-1. Conclusion： The optimized fermentation conditions can provide a basis for the production and application of brown rice enzymes.

Keywords： yellow brown rice; yeast; γ-aminobutyric acid; fermentation conditions

γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric Acid，GABA）是糙米酵素中一種重要的营养物质，具有一定的生理活性，是糙米酵素中一种非蛋白组分[1-2]。目前，GABA已被证实具有降血压、抗癫痫、止痛、提高记忆力等药理学功效[3-6]。酵母菌是一种重要的微生物菌种，在工业及生物工程中发挥着重要的作用。有学者研究东北酸菜发酵酵母菌冻干保护剂时发现，酵母菌辅助东北酸菜进行发酵有重大的开发前景和应用意义，加入酵母菌可大大提升发酵产品的品质及安全性，使生产过程更为可控[7]。糙米酵素是将从酸菜中选育得到的酵母菌接种至糙米培养基中经发酵产生的具有一定生物活性的物质，含有人体所需的必需元素，能够促进机体吸收营养物质，提高免疫力[7]，还能促进新陈代谢[8]。

本文选择具有较高富集GABA能力的酵母菌，将其添加到黄色糙米培养基中进行发酵，采用单因素试验和正交试验进行发酵工艺优化，以得到具有较高营养价值的黄色糙米酵素，为今后利用高产GABA酵母提升糙米酵素营养价值提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄色糙米：购自陕西汉中洋县；酵母菌：本实验室保存；酵母提取粉、蛋白胨、琼脂、葡萄糖、蔗糖、碳酸钠、四硼酸钠以及苯酚，分析纯；GABA标准品，色谱纯，乐美天医药科技有限公司。

1.2 仪器与设备

电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9243BL-Ⅲ上海新苗医疗器械制造有限公司）；高速多功能粉碎机（HC-100T常州市金坛友联仪器研究所）；高压蒸汽灭菌锅（MLS-3751L-PC松下健康医疗器械株式会社）；超声波细胞破碎机（JT202N宁波新芝生物科技股份有限公司）；恒温振荡培养箱（HZQ-X100A杭州奥盛仪器有限公司）；紫外可见分光光度计（UV756CRT上海佑科仪器仪表有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 样品制备

将黄色糙米置于烘箱中烘干（30 ℃，40 min），用粉碎机粉碎后过60目筛，于4 ℃冰箱保存备用。称取3 g黄色糙米粉，与YEPD培养基混合，定容至50 mL，灭菌后接种菌种进行发酵，获得黄色糙米酵素。

采用超声法提取GABA，超声时间为15 min、超声功率为350 W，然后于12 000 r·min-1下离心

5 min，上清液即为待测样品[9]。

1.3.2 单因素试验

（1）接种量对GABA的影响。依据前期试验，将酵母菌以1%、2%、3%和4%的接种量接种至发酵培养基中，于32 ℃发酵培养44 h待其发酵后测定待测样品吸光值，计算GABA含量。

（2）发酵温度对GABA的影响。将3%酵母菌接种于发酵培养基中培养，并于30 ℃、32 ℃、34 ℃和36 ℃下发酵培养44 h，测定待测样品吸光值，计算GABA含量。

（3）发酵时间对GABA含量的影响。将3%酵母菌接种于发酵培养基中培养，于32 ℃分别培养32 h、36 h、40 h和44 h，测定待测样品吸光值，测定GABA含量。

1.3.3 正交试验

根据单因素试验结果，以接种量、发酵温度、发酵时间为考察因素，进行L9（33）正交试验。因素水平设计如表1所示。

1.3.4 糙米酵素GABA含量测定

GABA含量测定方法依据GABA中游离氨与苯酚及次氯酸钠产生一系列作用，最终导致样品产生蓝绿色反应进行。用Berthelot比色法测定待测样品吸光值，通过标准曲线计算GABA含量[10-11]。

准确称量10 mg GABA标准品，加入0.1 mol·L-1盐酸溶液溶解，用纯化水定容至10 mL，分别配制成浓度为0 mg·mL-1、0.2 mg·mL-1、0.4 mg·mL-1、

0.6 mg·mL-1、0.8 mg·mL-1和1.0 mg·mL-1的标准品溶

液。参考文献[10]，以GABA浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制GABA标准曲线。

2 结果与分析

2.1 GABA标准曲线绘制

以GABA浓度为横坐标，OD640值为纵坐标，绘制GABA标准曲线（图1），得到线性方程为y=0.868x+0.017 3，相关系数R?=0.996 4。

2.2 單因素试验结果

2.2.1 接种量对黄糙米GABA含量影响

由图2可知，当培养基接入3%酵母菌时，GABA含量最大；当接入酵母菌的量高于3%时，GABA含量呈下降趋势。综合考虑，本研究选择2%、3%、4% 3个水平进行进一步研究。

2.2.2 发酵温度对黄糙米GABA含量影响

从图3可以看出，当发酵温度达到32 ℃时，GABA含量最大；继续升高发酵温度，GABA含量逐渐减小。这可能是因为随着温度的提高，酵母的增殖和代谢受到了抑制，酵母中的蛋白酶活性减弱，GABA的产量也随之减少。综合考虑，正交试验中选取30 ℃、32 ℃、34 ℃进行下一步试验。

2.2.3 发酵时间对黄糙米GABA含量影响

从图4可得，GABA含量在发酵时间为40 h时达到最大，继续延长发酵时间，酵母菌的活力降低，GABA的产量也随之降低。综合考虑，选取36 h、40 h、44 h进行下一步试验。

2.3 正交试验结果

由表2可知，黄糙米的发酵时间对GABA含量的影响最大，其次为酵母菌接种量，发酵温度影响最小。分析可知，黄糙米的最优发酵条件为A1B2C2，与试验设计中最佳组合一致，即酵母菌接种量为2%，发酵温度32 ℃，发酵时间40 h，该条件下样品的吸光度值为0.413，黄糙米中GABA含量为0.456 mg·mL-1。

3 结论

本试验以黄色糙米为原料，以糙米酵素中GABA含量为评价指标，选取酵母菌的接种量、发酵时间、发酵温度为考察因素，进行单因素及正交试验。结果表明，酵母菌发酵黄糙米的最佳工艺为接种量2%，培养时间40 h，培养温度32 ℃，该条件下GABA含量为0.456 mg·mL-1。该试验可为提高糙米的综合利用率和附加值，以及有色糙米酵素的实际生产应用提供依据[12-14]。

参考文献

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