Levilactobacillus brevis CGMCC 1.5954与Lactiplantibacillus plantarum subsp. plantarum CGMCC 1.5953联合使用对红豆芽及富含GABA的发酵乳的影响研究

《Food Chemistry》：Characterization of the effect of Levilactobacillus brevis CGMCC 1.5954 combined with Lactiplantibacillus plantarum subsp. plantarum CGMCC 1.5953 on the red bean sprouts GABA-enriched fermented milks

红豆芽与高GABA乳酸菌共发酵改善发酵乳品质及分子机制研究。采用Levilactobacillus brevis CGMCC 1.5954和Lactiplantibacillus plantarum subsp. plantarum CGMCC 1.5953复合发酵红芽豆乳，检测到241.3 μg/mL GABA含量和70.7% DPPH抗氧化活性，硬度降低32%，持水能力提升14%。质构分析显示更致密的蛋白网络（G'=470 Pa），电子鼻和质谱分析证实风味由乳脂转向果香酯类，特征物质1-己醇、柠檬烯和1-非醇显著增加。代谢组学揭示通过维生素B6代谢、氨基酸互变和γ-谷氨酰循环增强GABA合成。该研究为功能性发酵乳开发提供新思路。

　　

袁文英|周慧|陈静茹|吴珊|严芳芳|李梅泉|郭旭星|吴珍|潘道东|罗杰|范先康

湖南农业大学食品科学与技术学院，长沙410128，中国

摘要

γ-氨基丁酸（GABA）是一种具有神经保护作用的神经递质。本研究探讨了Levilactobacillus brevis CGMCC 1.5954与Lactiplantibacillus plantarum subsp. plantarum CGMCC 1.5953共同作用对红豆芽发酵乳中GABA含量的影响。实验结果表明，这种复合发酵乳的GABA含量为241.3 μg/mL，DPPH清除活性达到70.7%。其质地得到改善，硬度降低了32%，持水能力提高了14%，这得益于更紧密的蛋白质网络（G′ = 470 Pa）。此外，E-nose、HS-SPME-GC–MS和GC-IMS分析显示，风味从乳香型转变为果香型，1-己醇、芳樟醇和1-壬醇的含量增加，同时硫化物和收敛性有所减少。代谢拓扑分析表明，发酵过程通过维生素B6代谢、氨基酸转化和γ-谷氨酰循环增强了谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和谷氨酰胺的利用，从而促进了具有抗应激作用的代谢物（如GABA）的产生。这一发现对于开发富含GABA的发酵乳具有重要意义。

引言

发酵乳是全球乳制品行业中的重要产品。其营养价值不仅来自于发酵过程中产生的感官特性（如顺滑的质地和酸味），还来自于生物转化过程中形成的功能性代谢物（如生物活性肽、B族维生素和短链脂肪酸）的生理调节作用（Patil等人，2018年）。近年来，功能性发酵乳的研发从“单一成分定向强化”发展为“多成分协同增强”（Fazilah等人，2018年）。这种方法主要包括三种技术策略：筛选高活性菌株、使用植物成分进行生物强化以及直接添加外源活性物质。其中，γ-氨基丁酸（GABA）在乳制品功能化研究中受到了关注。GABA是一种非蛋白质氨基酸，由谷氨酸（或其钠盐）通过谷氨酸脱羧酶合成，在中枢神经系统中作为抑制性神经递质发挥作用（Jena和Choudhury，2024年）。然而，生物组织中的GABA含量极低，从天然资源中高效提取十分困难。因此，开发替代制备方法至关重要。

研究人员对富含GABA的发酵乳进行了多方面的研究。GABA作为一种重要的功能性成分，已被证实具有多种生理活性，包括缓解焦虑、改善睡眠和帮助降低血压等作用。通过向发酵乳中添加GABA，可以开发出具有特定健康益处的日常食品。例如，某些乳制品有助于情绪管理和心血管健康（Backstrom等人，2023年）。虽然直接添加GABA的方法操作简单，但浓度超过0.5%时可能会导致质地恶化（如乳清分离过多）和成本增加（Zhu等人，2017年）。此外，使用植物原料（如发芽糙米或豆类）进行GABA生物强化可能会因原料中的苦味肽和抗营养因子而产生不良风味和系统不稳定（Fan、Li等人，2022年）。值得注意的是，乳酸菌被认定为GRAS（一般认为安全，FAO/WHO）益生菌（Chavez等人，2024年）。由于它们具有较高的GABA产量和多种益生菌效应（如抗氧化活性、调节脂质和维持肠道微生态平衡），成为当前研究的重点（Fan、Han等人，2023年；Xu等人，2022年）。我们筛选出了一种高产GABA的L. brevis CGMCC 1.5954菌株，其GABA产量为9.87 ± 0.18 g/L，该菌株在体内编码三种GABA合成基因，并在体内和体外安全性评估中表现出优异的表现（Fan、Yu等人，2023年；Wu等人，2021年）。研究表明，用这种菌株生产的发酵乳可通过肠-脑轴缓解小鼠因昼夜节律紊乱引起的焦虑和记忆丧失（Fan等人，2025年）。而Lactiplantibacillus plantarum subsp. plantarum CGMCC 1.5953具有出色的降胆固醇和除臭效果（Fan、Liu等人，2024年）。然而，其与红豆芽共同发酵对发酵乳品质及其分子机制的影响尚不清楚。

豆类富含蛋白质、维生素、矿物质和膳食纤维等营养成分，其氨基酸组成可与谷物互补，从而提高蛋白质的利用率。研究表明，发芽可以显著提升可食用种子的营养价值和功能性（Gan等人，2017年）。首先，发芽促进了主要宏量营养素（如碳水化合物、蛋白质和脂肪酸）的分解，生成易于消化的单糖、游离氨基酸和有机酸等小分子。其次，在豆类发芽过程中，一些苦味前体被分解，蛋白质水解模式发生变化，有助于减少传统豆类原料中的不良风味。第三，发芽可显著激活谷氨酸脱羧酶活性，增加游离谷氨酸水平，为乳酸菌后续合成GABA提供丰富底物（Wang、Fan等人，2024年）。红豆芽作为一种典型的发芽豆类制品，具有显著的营养重塑特性（Luo等人，2017年）。发芽过程激活了水解酶，不仅将大分子营养素（如淀粉、蛋白质、脂肪）转化为可吸收的小分子（如单糖、游离氨基酸、有机酸），还降解了抗营养因子（如胰蛋白酶抑制剂和凝集素），同时丰富了GABA前体（如谷氨酸）和酚类化合物（Vann等人，2020年）。因此，红豆芽是生产GABA的理想原料。然而，传统的发酵红豆芽产品存在一些挑战，多酚氧化和蛋白酶活性可能导致苦味和豆腥味，植物蛋白凝胶的弱相互作用可能导致质地塌陷。我们假设使用L. brevis CGMCC 1.5954和L. plantarum CGMCC 1.5953共同发酵红豆芽酸奶可以改善酸奶的风味并增加GABA含量。

因此，本研究探讨了高产GABA的L. brevis CGMCC 1.5954与红豆芽共同发酵对富含GABA的发酵乳品质的影响及其分子机制。通过多层面分析，结合物理化学和流变学特性检测（使用E-nose、E-tongue、HS-SPME-GC–MS、GC-IMS）和非靶向代谢组学（UHPLC-MS）技术，揭示了品质形成和代谢调控机制。本研究为开发具有增强功能和感官品质的植物基发酵乳奠定了科学基础。

材料

Levilactobacillus brevis CGMCC 1.5954（简称L. brevis 54）和Lactiplantibacillus plantarum subsp. plantarum CGMCC 1.5953（简称L. plantarum 53）由我们实验室分离并鉴定，购自中国普通微生物菌种保藏中心（CGMCC）。发酵剂直接购买自Angel Yeast Co., Ltd.（湖北，中国）；全脂牛奶来自蒙牛集团（内蒙古，中国）；红小豆来自云南；蔗糖来自...

红豆芽含量的测定

如图1A所示，添加了20%红豆芽的发酵乳呈现略微红色的色调，颜色较为均匀，但底部有少量沉淀。这表明在较高添加量下，系统的物理稳定性可能受到影响。虽然在实验期间没有明显的分相现象，但长期储存时这种沉淀可能会影响产品的感官均匀性。

结论

总之，将红豆芽匀浆与Levilactobacillus brevis CGMCC 1.5954和Lactiplantibacillus plantarum subsp. plantarum CGMCC 1.5953共同发酵后，发酵乳的品质显著提升。可滴定酸度升高至80°T，pH值降至4.3，持水能力提高至62.3%，抗氧化活性（DPPH清除）达到70.7%。质地分析显示硬度降低了32%，...

CRediT作者贡献声明

袁文英：撰写、审稿与编辑、数据分析。周慧：方法学设计。陈静茹：方法学设计、实验实施。吴珊：监督、方法学指导。严芳芳：验证、方法学设计。李梅泉：数据分析。郭旭星：数据可视化、资源获取、方法学设计。吴珍：方法学设计。潘道东：项目管理、资金筹措、概念构思。罗杰：撰写、审稿与编辑、概念构思。范先康：初稿撰写、方法学设计、实验实施。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了湖南省教育厅一般项目（25C0138）、洞庭实验室研究项目（2025-DTYB-003）、国家自然科学基金（32272354）、湖南省自然科学基金（2022JJ20026）以及湖湘青年科技创新项目（2023RC3151）的支持。