γ氨基丁酸富集方法的研究進(jìn)展

何夢秀　陳芳艷　鐘楊生等

摘要 γ氨基丁酸（γAminobutyric acid，GABA）是四碳非蛋白質(zhì)氨基酸，為哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，具有降血壓、改善腦功能、抗癲癇和抗衰老等多種功效。作為一種新型的功能性因子，它越來越引起醫(yī)藥、食品等行業(yè)的關(guān)注，成為開發(fā)研究的熱點(diǎn)。GABA廣泛存在于動(dòng)植物及微生物體中，然而欲利用動(dòng)植物中的GABA加工為功能產(chǎn)品，則需要對生物體中的GABA含量富集提高。幾年來，科學(xué)家們對GABA富集技術(shù)及其產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)行了大量研究。該研究綜述了γ氨基丁酸的富集方法，并且對其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 γ氨基丁酸；富集；技術(shù)方法

中圖分類號 S879.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）15-015-03

Research Progress of γaminobutyric Acid Enrichment Methods

HE Mengxiu， CHEN Fangyan*， ZHONG Yangsheng et al

（College of Animal Science， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510624）

Abstract γaminobutyric acid is a fourcarbon nonprotein amino acids， as the mammalian central nervous system， the major inhibitory neurotransmitter， have lower blood pressure， improve brain function， antiepileptic and antiaging and other effect， it is as a novel functional factors cause more medicine， food and other industries concerned， the development has become a hot research. GABA is widely present in plants， animals and microorganisms， and yet want to make use of animal and plant product development capabilities， improve product quality， GABA concentration in the organism to be improved. In recent years， scientists have a number of studies for GABA enrichment technology and product development. This paper reviews the γaminobutyric acid enrichment methods， and its prospects were discussed.

Key words γaminobutyric acid； Enrichment； Technical methods

γ氨基丁酸（γAminobutyric acid，GABA）又叫氨酪酸或4氨基丁酸，是一種以自由態(tài)存在于真核生物和原核生物中的非蛋白質(zhì)天然氨基酸，是一種新型功能因子，廣泛分布于動(dòng)植物體內(nèi)，為哺乳動(dòng)物腦、脊髓中重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)[1]。研究表明，GABA具有降血壓[2-3]、降低膽固醇[4-6]、增強(qiáng)記憶力、參與腦循環(huán)的生理活動(dòng)、增進(jìn)腦機(jī)能、促進(jìn)睡眠、鎮(zhèn)痛安神、促進(jìn)生長激素分泌、促進(jìn)酒精代謝、抗癲癇和焦慮、高效減肥[7]和抗衰老等多種有益的保健功能。神經(jīng)生理和神經(jīng)醫(yī)學(xué)的研究表明，GABA是在人腦中一種重要的活性物質(zhì)。雖然GABA可由腦部的谷氨酸（Glutamic acid，Glu）在專一性較強(qiáng)的谷氨酸脫羧酶（Glutamic acid decarboxylase，GAD）作用下轉(zhuǎn)化而成，但隨著年齡的增長和精神壓力的加大，GABA的積累異常困難。為此，通過日常飲食的補(bǔ)充，可有效改善這種狀況，促進(jìn)人體健康。國家衛(wèi)生部于2009年9月將γ氨基丁酸列入新資源食品，富集GABA的原料可應(yīng)用于生產(chǎn)功能性食品，通過飲食來降低和預(yù)防高血壓。正是由于GABA眾多有益的生理功能，富集高GABA及其產(chǎn)品開發(fā)利用越來越受到人們的廣泛關(guān)注。筆者綜述了GABA的富集技術(shù)方法，并且對其前景進(jìn)行了展望。

1 植物中GABA富集法

γ氨基丁酸在植物中具有多種功效，可調(diào)節(jié)體內(nèi)pH，促進(jìn)代謝生長發(fā)育，提供三羧酸循環(huán)旁路的代謝產(chǎn)物，抵御逆境等[8]。高等植物中GABA的富集受2條不同途徑的影響。一是L谷氨酸在GAD的催化下經(jīng)α脫羧產(chǎn)生GABA，反應(yīng)方程式為：

LGluGADGABA+CO2↑

另一途徑是多胺降解途徑[9]。其中，谷氨酸脫羧酶和二胺氧化酶（Diamine oxidase，DAO）是這2條途徑的關(guān)鍵限速酶。在植物正常生長條件下，其體內(nèi)GABA含量極低，通常在0.3～32.5 μmol/g之間[10]。當(dāng)植物體受到外界脅迫如熱刺激、冷凍、機(jī)械損傷、鹽脅迫[11]、缺氧、浸泡和酸化等逆境脅迫或植物激素作用時(shí)，植物體內(nèi)GAD酶被激活而引起酶活力的增強(qiáng)，從而促進(jìn)GABA的大量富集[12-13]。

1.1 雜糧中γ氨基丁酸的富集

豌豆、黃豆、甜蕎麥、小扁豆、大麥和莜麥等小雜糧中的蛋白質(zhì)可被內(nèi)源性蛋白酶水解成氨基酸，其中谷氨酸經(jīng)GAD作用催化脫羧合成GABA。浸泡和萌芽是雜糧中GABA合成的關(guān)鍵步驟。通過改變外界因素，直接影響GAD酶活性，進(jìn)而達(dá)到富集γ氨基丁酸的目的。例如，浸泡能使豌豆中γ氨基丁酸的富集量達(dá)1 261.2 mg/kg干基，是未處理的1.6倍[14]。劉暢等[15-16]以優(yōu)質(zhì)大豆為原料，分別采用浸泡法和冷凍處理法來提高大豆GABA含量，35 ℃水浴中浸泡6 h、27 ℃培養(yǎng)3 d后發(fā)芽大豆富集得到GABA含量達(dá)7.97 mg/g，是未發(fā)芽的3.1倍；而冷凍處理后，大豆中GABA含量高達(dá)11.62 mg/g，是未冷凍大豆的46倍。溫度的迅速降低會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)的區(qū)室化加強(qiáng)，同時(shí)LGAD酶活性隨之增強(qiáng)，從而引起GABA含量的增加[17]。由此可知，冷凍法富集GABA的效果較浸泡發(fā)芽法好，且操作簡單易行。此外，也有研究報(bào)道，利用低氧脅迫和鹽脅迫，可促進(jìn)植物中抗氧化酶活力，增加抗氧化物質(zhì)，提高其抗氧化性。以發(fā)芽的玉米或優(yōu)良大豆為原料，經(jīng)低氧脅迫培養(yǎng)后得到GABA含量為1.97 mg/g，是對照組的1.56倍，表明低氧脅迫可促進(jìn)GABA的積累[10，18]。利用氯化鈉脅迫處理同樣可以觸及豆芽中GABA的積累。研究表明，氯化鈉脅迫造成植物細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度迅速升高，從而誘導(dǎo)GAD酶活力上升。同時(shí)，鹽脅迫還伴隨多胺的減少，可促進(jìn)GABA的富集[19]。何秋云等[20]采用液體浸潤和無氧有氧交替兩種方法處理馬鈴薯后均可富集高GABA。陳惠等[21]研究表明，以蠶豆為原材料，在低氧脅迫條件下，氯化鈣、氯化鈉和赤霉素可提高發(fā)芽蠶豆中GAD和DAO活性，有利于GABA的積累。由此可知，采用逆境脅迫（缺氧、冷凍、浸泡發(fā)芽等）方法，可提高植物體內(nèi)的GABA富集。

曲霉是發(fā)酵工業(yè)的重要菌種，廣泛分布在谷物、空氣、土壤和各種有機(jī)物中。紅曲霉是世界上唯一生產(chǎn)食用色素的微生物，在生長過程中可產(chǎn)生紅色天然色素，是一種安全有益的菌種，適合工業(yè)化生產(chǎn)。蔣冬花等[49]在自然發(fā)酵的紅曲中篩選、分離出一株曲霉菌株As8，以谷氨酸鈉為底物，共同作用產(chǎn)生GABA。試驗(yàn)在pH 6.0，以蔗糖為碳源，以蛋白胨為唯一氮源或以蛋白胨和牛肉膏為復(fù)合氮源的條件下培養(yǎng)，結(jié)果GABA含量達(dá)到最高（4.2 g/L）。

由此可知，微生物中富集GABA以發(fā)酵法為主。相對于植物富集法成本高、產(chǎn)率低和局限性大的缺點(diǎn)，微生物發(fā)酵法更有優(yōu)越性。它不受空間、環(huán)境和資源的限制，具有成本低、無化學(xué)殘留和產(chǎn)量高等顯著優(yōu)點(diǎn)，是富集GABA的理想途徑。

3 展望

GABA在食品中的研究和應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代中期，應(yīng)用產(chǎn)品以日本茶飲料Gabaron為代表。在食品中應(yīng)用GABA。“藥食同源”絕對不是對藥用GABA的簡單添加，而是利用天然物質(zhì)，采用生物技術(shù)方法，生產(chǎn)出能在食品中應(yīng)用且被視為天然添加劑的食用GABA。目前，人們對GABA的生理功能的研究不斷深入，并且取得一定的成效。桑葉作為一種優(yōu)良的、具有多種保健功能活性物質(zhì)的藥食資源，對其內(nèi)含豐富的GABA及前體物質(zhì)谷氨酸進(jìn)行開發(fā)利用。在人們消費(fèi)水平日益提高以及對天然物質(zhì)倍加青睞的今天，富集高GABA且開發(fā)出適用于不同人群的食品將有廣闊的市場前景。

43卷15期 何夢秀等 γ氨基丁酸富集方法的研究進(jìn)展

參考文獻(xiàn)

[1] KARDOS J.Recent advances in GABA research[J].Neurochem Int，1999，34（5）：353-358.

[2] HAYAKAWA K，KIMURA M，KASAHA K，et al.Effect of a γaminobutyric acidenriched dairy product on the blood pressure of spontaneously hypertensive and normotensive WistarKyoto rats[J].Brit J Nutr，2004，92（3）：411-417.

[3] COLE LAURA K.Fishoil w3 polyunsaturated fatty acids and cardiovascular function[D].Pro Quest，UMI Dissertations Publishing，2003：167.

[4] 毛清黎.茶葉氨基酸的研究進(jìn)展[J].氨基酸雜志，1989（4）：16-21.

[5] 朱曉立，裘暉.γ氨基丁酸的生物學(xué)功能及其在食品上的應(yīng)用[J].食品工程，2008（2）：34-37.

[6] 操家璇，李玉萍，熊向源，等.γ氨基丁酸在開發(fā)功能性食品中的應(yīng)用[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（11）：52-54.

[7] KOOK M C，CHO S C，KANG J Y，et al.Effect of gammaaminobutyric acid produced by Lactobacillus sakei B216 on diet and exercise in high fat dietinduced Obese rats[J].Food Science and Biotechnology，2014，23（6）：1965-1970.

[8] 楊勝遠(yuǎn)，陸兆新，呂風(fēng)霞，等.γ氨基丁酸的生理功能和研究開發(fā)進(jìn)展[J].食品科學(xué)，2005（9）：528-533.

[9] 郭元新，楊潤強(qiáng)，顧振新，等.采用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)富集大豆制品γ氨基丁酸研究進(jìn)展[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2011（11）：154-158.

[10] 楊潤強(qiáng)，王淑芳，顧振新.低氧脅迫下大豆發(fā)芽富集γ氨基丁酸品種篩選及培養(yǎng)條件優(yōu)化[J].食品科學(xué)，2014，35（21）：159-163.

[11] 郭元新，楊潤強(qiáng)，陳惠，等.鹽脅迫富集發(fā)芽大豆γ氨基丁酸的工藝優(yōu)化[J].食品科學(xué)，2012（10）：1-5.

[12] 何娜.結(jié)球甘藍(lán)富集γ氨基丁酸工藝及其超細(xì)微粉開發(fā)研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[13] 黃亞輝，陳建華，曾貞，等.提高茶葉中γ氨基丁酸含量的方法研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010（11）：236-240.

[14] 謝海玉.小雜糧中γ氨基丁酸形成機(jī)理及富集技術(shù)的研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2013.

[15] 劉暢.大豆中γ氨基丁酸富集及提取的研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[16] 劉暢，吳非.大豆發(fā)芽和冷凍富集γ氨基丁酸的比較[J].食品科技，2012（11）：58-61.

[17] 廖明星，朱定和.鮮茶葉γ氨基丁酸富集的機(jī)理與關(guān)鍵技術(shù)[J].現(xiàn)代食品科技，2007（7）：75-77.

[18] 尹永祺，吳進(jìn)賢，劉春泉，等.低氧脅迫下發(fā)芽玉米淀粉特性及高γ氨基丁酸玉米飲料開發(fā)[J].食品科學(xué)，2014（6）：234-239.

[19] 郭元新，楊潤強(qiáng)，陳惠，等.鹽脅迫富集發(fā)芽大豆γ氨基丁酸的工藝優(yōu)化[J].食品科學(xué)，2012（10）：1-5.

[20] 何秋云，楊志偉.馬鈴薯富含γ氨基丁酸食品加工初探[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014（6）：1069-1073.

[21] 陳惠，楊潤強(qiáng)，李巖，等.氯化鹽和激素對發(fā)芽蠶豆中γ氨基丁酸富集的影響[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（1）：119-124.

[22] 津志田藤二郎， 村井敏信， 大森正司， 等. γ‐アミノ酪酸を畜積させた茶の製造とその特徴[J]. 日本農(nóng)蕓化學(xué)會(huì)誌， 1987，61（7）：817-822.

[23] 鄒鋒揚(yáng)，王淑鳳，王文嬌，等.真空工藝對茶鮮葉富集γ氨基丁酸的試驗(yàn)研究[J].飲料工業(yè)，2012（10）：18-20.

[24] 尹志亮，毛平生，王敏，等.桑葉中γ氨基丁酸的富集研究[J].蠶桑茶葉通訊，2009（3）：11-12.

[25] 黃亞輝，陳建華，曾貞，等.提高茶葉中γ氨基丁酸含量的方法研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010（11）：236-240.

[26] 張定，湯茶琴，陳暄，等.葉面噴施氨基酸對茶葉中γ氨基丁酸含量的影響[J].茶葉科學(xué)，2006（4）：237-242.

[27] 姜元榮，姚惠源，陳正行.米糠多糖的研究進(jìn)展[C]//中國糧油學(xué)會(huì)第二屆學(xué)術(shù)年會(huì).中國成都，2002.

[28] 鄭曉晨，陳野，宋佳，等.米糠發(fā)酵生產(chǎn)富集γ氨基丁酸的研究[J].中國食品添加劑，2013（S1）：50-56.

[29] KHWANCHAI P，CHINPRAHAST N，PICHYANGKURA R，et al.Gammaaminobutyric acid and glutamic acid contents，and the GAD activity in germinated brown rice（Oryza sativa L.）：Effect of rice cultivars[J].Food Science and Biotechnology，2014，23（2）：373-379.

[30] 肖君榮，余以剛，柯于家，等.高GABA發(fā)芽糙米制備新方法[J].食品科技，2014（7）：152-157.

[31] 陳穎，沈艷，姚惠源.米糠γ氨基丁酸富集工藝的研究[J].糧食與飼料工業(yè)，2005（4）：5-7.

[32] 胡秀娟，劉亞偉，劉潔，等.富含γ氨基丁酸的發(fā)芽糙米制備工藝研究[J].糧食加工，2012（3）：18-22.

[33] SAIKUSA T，HORINO T，MORI Y.Distribution of free amino acids in the rice kernel and kernel fractions and the effect of water soaking on the distribution[J].J Agr Food Chem，1994，42（5）：1122-1125.

[34] 李云，楊勝遠(yuǎn)，楊韻晴，等.產(chǎn)γ氨基丁酸屎腸球菌的鑒定及其谷氨酸脫羧酶酶學(xué)性質(zhì)[J].生物技術(shù)，2010（1）：27-30.

[35] 王琲，繆冶煉，陳介余，等.香蕉果皮中谷氨酸脫羧酶的活力及分布[J].中國食品學(xué)報(bào)，2014（3）：211-217.

[36] 謝廣發(fā)，戴軍，趙光鰲，等.黃酒中的γ氨基丁酸及其功能[J].中國釀造，2005（3）：49-50.

[37] LI H X，GAO D D，CAO Y S，et al.A high γaminobutyric acidproducing Lactobacillus brevis isolated from Chinese traditionalpaocai[J].Ann Microbiol，2008，58（4）：649-653.

[38] PLOKHOV A Y，GUSYATINER M M，YAMPOLSKAYA T A，et al.Preparation of γaminobutyric acid using E.coli cells with high activity of glutamate decarboxylase[J].Appl Biochem Biotech，2000，88（1/3）：257-265.

[39] LU X X，CHEN Z G，GU Z X，et al.Isolation of γaminobutyric acidproducing bacteria and optimization of fermentative medium[J].Biochem Eng J，2008，41（1）：48-52.

[40] LEE B J，KIM J S，KANG Y M，et al.Antioxidant activity and γaminobutyric acid（GABA）content in sea tangle fermented by Lactobacillus brevis BJ20 isolated from traditional fermented foods[J].Food Chem，2010，122（1）：271-276.

[41] 趙景聯(lián).固定化大腸桿菌細(xì)胞生產(chǎn)γ氨基丁酸的研究[J].生物工程學(xué)報(bào)，1989（2）：124-128.

[42] PLOKHOV A Y， GUSYATINER M M， YAMPOLSKAYA T A， et al. Preparation of γ-aminobutyric acid using E. coli cells with high activity of glutamate decarboxylase[J]. Appl Biochem Biotech， 2000，88（1-3）：257-265.

[43] 李云，楊勝遠(yuǎn)，楊韻晴，等.產(chǎn)γ氨基丁酸屎腸球菌的鑒定及其谷氨酸脫羧酶酶學(xué)性質(zhì)[J].生物技術(shù)，2010（1）：27-30.

[44] 林謙，姜康怡，韋素娟，等.產(chǎn)GABA發(fā)酵乳桿菌的篩選、發(fā)酵條件優(yōu)化及其谷氨酸脫羧酶基因的克隆[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（8）：192-197.