產γ-氨基丁酸的乳酸菌在發酵乳制品中的應用現狀

文/謝婷婷 黃 麗 黃加祥＊

（1 廣西南寧市武鳴區市場檢驗檢測服務中心；2 中國農業科學院廣西水牛研究所；3 廣西壯族自治區水牛乳質量與安全控制技術工程研究中心）

γ-氨基丁酸（Gamma-Amino Butyric Acid，GABA）是由非蛋白質組成的氨基酸，是一種天然活性成分，廣泛分布于動植物體內，具有極其重要的生理功能。早在1950年，就有學者研究證明其是哺乳動物體內最重要的抑制性神經遞質，參與多種代謝活動，從而具有很高的生理活性[1]。抗焦慮抑郁，通過降低神經元活性，防止神經細胞過熱，與另外一些物質協同阻止焦慮信息抵達腦指示中樞[2]；降血壓功效，GABA的結合神經受體存在于腦血管中，能有效促進血管擴張，達到降低血壓的目的[3]；降血糖，GABA以胞外信號分子形式調節胰島細胞的分泌功能，同時通過誘導細胞膜超極化來抑制胰高血糖素分泌，即雙相調節發揮降糖作用[4]。其他功能還包括利尿、改善肝腎功能、促進睡眠、控制哮喘等[5，6]。

GABA是綠色有機新型食品活性因子，人體每天攝入30～100 mg純天然GABA就能起到緩解心腦血壓，促進人體內氨基酸代謝和調節免疫等保健功能，具有很好的醫藥應用前景，其在功能食品中的應用已成為研究熱點[7]。乳酸菌（Lactic Acid Bacteria，LAB）作為一種食品級微生物在泡菜、奶酪和酸奶等食品生產中應用廣泛，是開發生物能源的重要菌種，其發酵乳制品的健康功效被世人所公認。GABA是由谷氨酸脫羧酶（GAD）催化L-谷氨酸（L-Glu）并脫羧合成而來，己有研究表明[8]，乳酸菌具有GAD活性，可以用于催化L-Glu生產GABA。本文主要對篩選自乳及其發酵制品具有產GABA作用的乳酸菌及其在發酵乳中的應用進行綜述。

1 產γ-氨基丁酸乳源乳酸菌

1.1 生牛乳

夏江等[9]從未經巴氏消毒的生牛乳中分離得到1 株高產GABA的乳酸菌株hjxj-01，經鑒定為短乳桿菌（Lactobacillus Brevis），在含5.000%的L-谷氨酸鈉的培養基中，產GABA最大積累濃度為7.0000 g/L。通過紫外線和γ射線進行誘變處理，得到1 株突變菌株hjxj-08119，經連續傳代12 次，遺傳性狀穩定，平均GABA產量達到17.0000 g/L，較出發菌株hjxj-01提高142.900%。Fan等[8]針對該菌株發酵過程中生長較差的缺陷，通過克隆該菌株的GAD基因，在大腸桿菌BL21中表達，通過高效液相色譜分析純化的重組蛋白能催化L-谷氨酸鈉轉化為GABA，說明蛋白質工程增加了GAD的活性，提高了GABA生物合成效率。

1.2 發酵乳

滿朝新等[10]從傳統發酵乳制品中篩選出1 株具有較強產GABA的菌株植物乳桿菌（Lactobacillus Plantarum）NDC75017，其產GABA的能力最高可達3.3290 g/L，進一步研究了該菌在乳中的最佳發酵條件、降膽固醇和免疫調節能力。薛玉清等[11]從內蒙古牧民自制發酵酸奶中分離出高產GABA的植物乳桿菌，與傳統發酵酸奶的菌株復配研制GABA發酵乳。陸小雪[12]從酸奶中篩選出唾液鏈球菌嗜熱亞種（Streptococcus Salivarius Subsp），發酵液中GABA含量為3.3410 g/L。趙樹平[13]從新疆地區傳統酸馬奶分離得到瑞士乳桿菌E2303（Lactobacillus Helveticus）和發酵乳桿菌（Lactobacillus Fermenti）C65-1兩株菌在含1.000%（W/V）L-谷氨酸鈉（L-MSG）的TYG液體培養基中生成GABA的含量分別為0.9060 g/L和0.9620 g/L。賢乾隆[14]從傳統酸乳制品中分離出多株乳酸菌，采用薄層色譜法和高效液相色譜法進行了合成GABA能力分析，獲得2 株產量較高的菌株20號（0.5845 g/L）、22號（0.2799 g/L）菌株，對菌株QL-20經形態學特征、生理生化實驗和16SrDNA 因鑒定，為干酪乳桿菌（Lactobacillus Casei）。

1.3 奶酪

奶酪是富含蛋白質和乳酸菌的發酵產品，且其天然酪蛋白中L-氨基酸含量豐富，在牛乳發酵和酪蛋白質水解過程中可能被釋放。其種類、發酵劑、成熟條件均能影響奶酪中GABA的濃度，是GABA的潛在載體。Sokovic等[15]從當地手工Zlatar奶酪中獲得一株產GABA的短乳桿菌BGZLS10-17，將添加此活菌或其產生GABA的上清液飼喂患有自身免疫性腦脊髓炎（EAE）的暗刺豚鼠，40 天后，暗刺豚鼠完全康復，說明此菌可延遲EAE發病，縮短病程和緩解病癥。Siragusa等[16]從富含GABA的22 種意大利奶酪中分離出12 株產GABA的乳酸菌，其中5 株包括副干酪乳桿菌（Lactobacillus Paracasei）PF6、德氏乳桿菌乳酸亞種PR1、乳酸乳球菌（Lactococcus Lactis）PU1、植物乳桿菌C48、短乳桿菌 PM17是再制脫脂乳發酵過程中產生GABA最佳菌株。除C48，其他菌株均從GABA濃度最高的奶酪中分離獲得，同時基于GAD高度保守區域的引物獲得核心片段DNA并分析了氨基酸序列，并證實多株乳酸菌在模擬胃腸道條件下存活并合成GABA。Diana等[17]也從西班牙手工奶酪中篩選10 株產GABA的乳酸菌，對產量最高4 株短乳桿菌CECT 8183、CECT 8181、CECT 8182和乳酸乳球菌CECT 8184在全小麥粉培養基優化產GABA的能力，優化后產量高達0.9300 g/kg以上，可將這些菌株應用在烘焙工業中獲得富含GABA的功能性烘焙食品。

2 產γ-氨基丁酸乳酸菌在乳制品中的應用

醫學上素來有“藥食同源”的理論，是指通過合理膳食從食品補充一些功能成分，達到預防及治療疾病的目的。由于乳酸菌的益生功能及其安全性，利用乳酸菌發酵生產富含GABA的發酵乳、風味發酵乳、奶酪等乳制品成為目前研究開發的熱點。

2.1 發酵乳

發酵乳含有大量有益活性乳酸菌，是營養與保健功能兼備的食品，已成功研發出富含GABA的多種發酵乳產品。嗜熱鏈球菌（Streptococcus Thermophilus）能將乳糖快速轉化為乳酸，是一種安全且乳制品行業應用最廣泛的乳酸菌之一。Chen等[18]發現嗜熱鏈球菌fmb5能夠高產GABA，采用單因素法和響應面法優化此菌在酸奶中的培養條件，研制了富含GABA的功能性酸奶。其研究表明，培養溫度38.8 ℃，谷氨酸鈉添加量20.0000 g/L，培養時間120 h下，酸奶GABA最大產量為9.6600 g/L，且貯藏過程中GABA濃度、活菌數和保水能力保持穩定。韓梅等[19]對2 株高產GABA的嗜熱鏈球菌gm-12和嗜酸乳桿菌（Lactobacillus Acidophilus）gm-11混合培養，優化工藝條件制備酸奶和酸奶飲品GABA含量均高達1.3300 g/L且感官評價良好。Linares等[20]從魚消化道分離獲得嗜熱鏈球菌APC151，用來發酵酸乳，得到富含2.0000 g/L GABA的產品，達到商業GABA補充劑的水平，理化質構指標與對照組無差異。

植物乳桿菌是一種食品級的安全乳酸菌菌株，利用植物乳桿菌制備GABA，是比較安全、理想的途徑。臺灣的Liu等[21]用具有GABA活性和血管緊張素轉化酶抑制劑（ACEI）的植物乳桿菌NTU 102（102FM）和副干酪乳桿菌NTU 101（101FM）制備脫脂酸奶，并用于飼喂自發性高血壓大鼠（SHRs），單次口服給藥8 h后或每周（慢性）給藥8 周后，101FM和102FM顯著降低SHRs的收縮壓和舒張壓，主動脈組織鏡檢顯示，中層組織的紊亂減少，可能是ACEI和GABA活性在SHRs中具有降壓作用。因此，101FM和102FM可能是預防高血壓的生理功能食品中有用的成分。也有學者將此菌與市售發酵劑復配用于制備發酵乳，閆天文等[22]利用分離自內蒙古傳統發酵乳制品產GABA的植物乳桿菌NDC75017與德氏乳桿菌保加利亞亞種、嗜熱鏈球菌3 株菌混合發酵酸乳，GABA含量高達0.4600 g/kg，其他感官特性和質構特性最好，為開發富含GABA的新型功能發酵乳制品提供理論依。高璐瑤[23]用產GABA的植物乳桿菌10通過單因素條件下，在脫脂乳培養基中發酵產GABA含量達到1.5500～7.6800 g/L，并優化其與嗜熱鏈球菌ST962、保加利亞乳桿菌LB1823混合接種發酵酸乳的工藝，得到GABA含量較高的酸奶進行貯藏期實驗，貯藏至第21天時，脫脂酸奶和全脂酸奶GABA含量分別達到0.6271 g/L和0.4168 g/L，比傳統菌株發酵酸奶分別提高了2.090%和0.970%。

干酪乳桿菌和雙歧桿菌一樣，是益生菌中最具代表性的菌屬，賢乾隆[14]將分離自酸奶高產GABA干酪乳桿菌QL-20復配直投式酸奶發酵劑研制出GABA含量為0.2242 g/L的功能性發酵酸奶。Hayakawa等[24]用干酪乳桿菌和乳酸鏈球菌YIT 2027制備GABA濃度為0.1030 g/L的脫脂發酵乳，同時用同劑量純GABA喂養高血壓患者，利用此菌具備高活性GAD酶在發酵過程中產生GABA，均起到了明顯的降壓效果。Inoue等[3]利用干酪乳桿菌Shirota和乳鏈球菌YIT 2027生產了一種新型的含GABA發酵乳，并通過人類臨床研究證實可降低輕度高血壓患者的血壓。

短乳桿菌是植物源性高產GABA的來源，劉寧寧[25]通過誘變育種得到一株遺傳穩定的高產GABA突變菌株短乳桿菌1.0727-19-1，其GABA產量達0.0050 g/L，將其用于發酵乳，SHRs試驗表明具有一定降血壓功能，對研制和開發富含GABA的功能性乳制品具有一定指導意義。由于短乳桿菌基因組中缺少編碼細胞外蛋白酶的基因，蛋白水解特性較差，與其他菌種共同發酵能提高發酵乳的特性。韓嘯[26]篩選得到短乳桿菌DL1-11，產GABA含量為（5.072±0.0280） g/L，同時與市售發酵劑（保加利亞乳桿菌+嗜熱鏈球菌）在牛乳中進行混合發酵，在最優條件0.100%的L-谷氨酸鈉添加量，37.0 ℃發酵9 h時GABA含量可達到（0.8410±0.0268） g/kg。Wu等[27]將具有GABA基因的短乳桿菌NPS-QW-145與傳統發酵劑嗜熱鏈球菌STYI-B1共培養，制備富含GABA（3.197±0.0014） g/kg的發酵乳。

有學者篩選到的高產GABA其他乳酸菌，并應用于發酵乳。趙樹平[13]將高產GABA的瑞士乳桿菌ND01和E2303用于發酵乳，測得GABA含量分別是0.0165 g/L和0.0076 g/L。并且ND01發酵乳同時產ACE抑制肽，其ACE抑制活性最高達到67.180%。宋偉[28]獲得2 株高產GABA的戊糖乳桿菌（Lactobacillus Pentosus）P和lnd3，在優化的培養條件下GABA產量分別是1.4064 g/L和0.4563 g/L；用于發酵脫脂乳，在添加MSG下，發酵乳中GABA產量達到0.2647 g/L和0.0677 g/L；在4.0 ℃貯藏21 天，分別提高和35.000%和45.000%。Hagi等[29]利用乳酸乳球菌乳亞種01-7制備富含GAB的發酵乳，采用代謝組學方法分析發酵乳中生物活性成分，與對照組相比，GABA含量高1 216 倍，鳥氨酸高27 倍，7種公認的ACE抑制肽含量和ACE抑制活性也比對照組高。

2.2 風味發酵乳

風味發酵乳一般以生牛乳或乳粉、果蔬汁等為原料，添加益生菌發酵劑制成的產品，因其貨架期長，風味口感好，品種多，富含一定數量的益生菌，因此，深受消費者的喜愛。Park等[30]將分離自韓國泡菜的高產GABA的短乳桿菌OPY-1復配嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌，以發芽糙米、奶粉和脫脂乳一起發酵10～16 h，制備的產品GABA濃度為0.1372 g/kg DW，遠高于傳統方法制備的0.0013 g/kg DW。陸小雪[12]將分離自以甘藍為原料的自制泡菜乳酸乳球菌乳酸亞種B，與酶解糙米汁、黃豆芽汁和牛乳汁進行混料發酵，優化后獲得發酵液中GABA濃度高達6.4300 g/L，可作為保健飲料的基料。王冰聰[31]經紫外誘變處理后得到一株遺傳性狀相對穩定的GABA菌株植物乳桿菌L-SZ303UV，與直投式發酵劑混合發酵，在谷氨酸鈉添加量為0.5000%，溫度為45.0 ℃，發酵時間為8 h，后熟時間為18 h，獲得富含GABA為4.8000 g/L的酸豆奶。Servili等[32]以產GABA的植物乳桿菌C48、副干酪乳桿菌15N和橄欖富含酚類水提物發酵生產功能性乳飲料，在發酵和貯存過程中GABA濃度增加0.6300～0.6700 g/L。Park等[33]以短乳桿菌OPY-1和大豆發芽液為原料，發酵獲得大豆酸奶的GABA濃度為0.4247 g/kg DW，而傳統方法生產的發酵牛乳的GABA小于0.0015 g/kg DW。Chen等[34]從加拿大當地購買一種混合菌粉（干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌、保加利亞桿菌和雙歧桿菌），添加蛋白酶共同發酵低脂鮮奶用于制備乳清粉，產品中生物活性肽含量為40.200%和GABA為0.084%，動物實驗表明其具有降血壓的作用，有望成為預防高血壓的生理功能食品。

2.3 奶酪

有“乳品之王”美譽的奶酪含有豐富的營養，奶酪在成熟過程中有乳酸菌的參與，也能生成GABA，提高奶酪的營養價值。Nomura等[35]從科漢森混合發酵劑中分離得到產生GABA的乳酸乳球菌01-7制備奶酪，以確定在pH值與GABA產量的關系，也發現隨著奶酪成熟過程中pH值的降低，GABA含量呈線性增加，低pH值的奶酪品種有利于發酵劑中GABA的生成。Wang等[36]以干酪乳桿菌為發酵劑，生產了一種新型益生菌切達干酪，具有較高的抑酸活性和GABA含量。三組不同干酪乳桿菌添加量的奶酪中GABA含量分別為0.5253 g/kg、0.5381 g/kg和0.6774 g/kg，高于對照組奶酪的GABA含量0.2385 g/kg，為開發富含GABA的促進健康益生菌奶酪提供了可能。

3 展望

很多微生物尤其是乳酸菌發酵產酸以利于其在低酸環境下保持生命活力，而低pH值環境正好提高乳酸菌GAD的酶活性，可用于催化谷氨酸脫羧生產GABA。因此，選擇適宜的GABA高產菌株來生產發酵乳制品和奶酪產品，顯然是強化產品中GABA水平的重要途徑。盡管目前有關產GABA乳酸菌的報道已經很多，但開展對產GABA的乳酸菌的分離、鑒定或通過基因工程、代謝調控等方法改善菌株，提高GABA產量等方面的研究對食品工業來說仍是一個重大課題。如需要加大高產菌株的篩選工作，而傳統酸性發酵食品是高產GABA菌種的重要來源；優化GABA生產方法，大多天然產生GABA乳酸菌的產量較低，可利用基因工程技術改造獲得具有較高GAD活力的基因工程菌；通過控制與改進加工條件及方法，如乳酸菌協同共生機制復配發酵，以提高乳制品中GABA的含量。目前我國GABA產業尚處于研發階段，亟待加強產業化、產品研發以及GABA知識的宣傳科普。