γ-氨基丁酸的乳酸菌轉(zhuǎn)化及在食品中的應(yīng)用

◎ 倪琳鈺，葉朋飛，劉 靜，李秋達(dá)，周 杰，黃杰秋，杜艷瓊

（1.云南乾盛司法鑒定中心，云南 昆明 650032；2.曲靖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)系，云南 曲靖 655000）

γ-氨基丁酸（Gamma-Aminobutyric Acid，GABA）是一種4-C非蛋白質(zhì)氨基酸，幾乎在所有原核和真核生物中都存在，是游離氨基酸的重要組成部分，是脊椎動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要抑制性神經(jīng)遞質(zhì)和大腦中的主要抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。研究表明，GABA具有參與調(diào)節(jié)pH、N存儲、植物發(fā)育和防御、預(yù)防血壓和心率等心血管疾病、在疼痛和焦慮的感覺中起緩解作用等生理功能[1-2]。微生物是GABA的主要來源，在發(fā)酵過程中通過谷氨酸脫羧酶作用與L-谷氨酸反應(yīng)產(chǎn)生GABA[3]。乳酸菌是在世界范圍內(nèi)被公認(rèn)為安全等級的食品微生物，能產(chǎn)生大量GABA[4-5]。本文主要綜述了GABA的乳酸菌轉(zhuǎn)化途徑、益生功能以及在食品中的應(yīng)用現(xiàn)狀，為高產(chǎn)GABA乳酸菌進(jìn)一步研究及開發(fā)更多的功能性發(fā)酵產(chǎn)品奠定理論基礎(chǔ)。

1 GABA的乳酸菌轉(zhuǎn)化途徑

目前，GABA的生產(chǎn)以化學(xué)合成和微生物轉(zhuǎn)化2種方式為主，而化學(xué)合成的GABA禁止作為食品添加劑使用，因此微生物轉(zhuǎn)化的GABA用于食品添加劑具有重要意義。已報道多種微生物可用于GABA的轉(zhuǎn)化生產(chǎn)，包括芽孢桿菌、大腸桿菌、曲霉和乳酸菌[6]。GABA是乳酸菌中谷氨酸脫羧的終產(chǎn)物，由對磷酸吡哆醛具有依賴性的谷氨酸脫羧酶（Glutamic Acid Decarboxylase，GAD）通過L-谷氨酸不可逆的α-脫羧而合成。GAD系統(tǒng)主要由谷氨酸脫羧酶、Glu/GABA反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子組成，其中谷氨酸脫羧酶負(fù)責(zé)GABA的合成，Glu/GABA反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白負(fù)責(zé)將胞外的谷氨酸運(yùn)輸?shù)桨麅?nèi)并將胞內(nèi)合成的GABA轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外[7-9]。

2 乳酸菌轉(zhuǎn)化GABA的益生功能

現(xiàn)有研究中，對乳酸菌轉(zhuǎn)化GABA的益生功能的研究較多[10]。INOUE等[11]研究發(fā)現(xiàn)，每天攝入含有10～12 mg/100 mL GABA的發(fā)酵乳可以在2周內(nèi)顯著降低輕度高血壓患者的血壓。BARLA等[12]通過16S核糖體RNA基因（rDNA）序列和碳水化合物同化能力分析，通過物種水平的分類學(xué)評估了來自日本各種傳統(tǒng)發(fā)酵食品中的53株乳酸菌，篩選了在脫脂牛奶或大豆蛋白培養(yǎng)基中表現(xiàn)出高血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（Angiotens in Converting Enzyme，ACE）抑制活性的分離株，并在含有1%（w/v）谷氨酸的MRS培養(yǎng)基中培養(yǎng)，培養(yǎng)物上清液產(chǎn)生高濃度的γ-氨基丁酸（GABA），結(jié)果表明，布氏乳桿菌（2株）、短乳桿菌（6株）、希臘韋氏菌（2株）在35 ℃培養(yǎng)72 h后，產(chǎn)GABA含量大于500 mg/100 mL；使用短乳桿菌（3個分離株）、布氏乳桿菌（2個分離株）和希臘魏斯氏菌（2個分離株）與牛奶蛋白一起培養(yǎng)的乳清中ACE抑制活性強(qiáng)于所有用大豆蛋白培養(yǎng)基培養(yǎng)的乳清。并且這些IC50＜1 mg/mL蛋白質(zhì)，10株中的3株在pH值為3時具有較高的GABA產(chǎn)生活性。LI等[13]研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌M-6發(fā)酵的新型鷹嘴豆乳飲料對MnCl2誘導(dǎo)損傷的PCl2細(xì)胞具有保護(hù)作用，與受損細(xì)胞相比，富含GABA的鷹嘴豆奶飲料提高了細(xì)胞活力，并顯著減弱了乳酸脫氫酶的釋放能力，說明了富含GABA的鷹嘴豆奶飲料具有潛在神經(jīng)保護(hù)活性。BA等[14]將Sprague-Dawley雄性大鼠分為4組，分別為正常飲食控制（NC）、乙醇控制（EC）、乙醇+乳桿菌OPK2-59粉末（EL1）和OPK2-59+GABA粉末（EL2），飼喂6周，結(jié)果顯示，與EC組相比，EL2組血液中總膽固醇和甘油三酯濃度顯著降低，肝臟甘油三酯也顯著降低，血清谷氨酰草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶（Glutamic Oxalacetic Transaminase，GOT）、 谷 氨酰丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶（Glutamate Pyruvic Transaminase，GPT）和肝臟GOT水平顯著降低；與EC組相比，EL1和EL2組血清乙醇濃度低于EC組，肝臟中的超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性顯著增加。以上結(jié)果表明，乳桿菌OPK2-59+GABA粉末能改善大鼠脂質(zhì)和酶譜。

3 乳酸菌轉(zhuǎn)化GABA在食品中的應(yīng)用

GABA在各個領(lǐng)域都有良好的應(yīng)用價值，如果在食品中添加或富集GABA，能夠提升食品的營養(yǎng)價值，在市場中具有良好的應(yīng)用前景。日本是最早開始研究GABA在食品中的應(yīng)用的國家，繼日本、美國之后，我國原衛(wèi)生部也于2009年9月正式批準(zhǔn)GABA可用于部分食品的生產(chǎn)和加工中。KIM等[15]使用短乳桿菌GABA 100在30 ℃下發(fā)酵12 d富集黑樹莓汁中的GABA，結(jié)果表明，在較低pH值和較低溫度下發(fā)酵的黑樹莓汁表現(xiàn)出較低的單體花青素含量。RATANABUREE等[16]用高產(chǎn)GABA的戊糖片球菌HN8和乳酸乳桿菌NH2生產(chǎn)“泰式發(fā)酵豬肉香腸”產(chǎn)品，結(jié)果顯示，在添加0.5%的谷氨酸鈉、每種菌接種量大約6 lg（CFU·g-1）時，“泰式發(fā)酵豬肉香腸”產(chǎn)品中產(chǎn)生大量GABA（4 051 mg·kg-1），且與沒有添加任何發(fā)酵劑或味精的對照相比，添加了發(fā)酵劑和味精的“泰式發(fā)酵豬肉香腸”的脂肪、碳水化合物含量和能量較低，感官評價比對照和商業(yè)泰式發(fā)酵豬肉香腸產(chǎn)品更容易接受，酵母菌較少、無葡萄糖球菌和霉菌。LEE等[17]在泡菜中添加發(fā)酵乳桿菌GU240和味精（1%），該泡菜中GABA含量最高，感官評分最高。KISHIMOTO等[18]將從味噌和醬油中分離得到的乳桿菌NBRC 120005制成凍干粉，并按0.5 g·mL-1添加到商業(yè)味噌中，輔以80 mg谷氨酸鈉，28 ℃培養(yǎng)7 d，結(jié)果每克味噌產(chǎn)生6.9 mg GABA。JEONG等[19]用短乳桿菌CFM11在最佳條件32 ℃下發(fā)酵軟棗獼猴桃的汁液48 h（加入40%米糠提取物、1.0%蔗糖、3.0%大豆蛋白、0.2%硫酸鎂和0.2%味精），發(fā)酵液產(chǎn)生濃度為 1 366.13 μg·mL-1的 GABA，結(jié)果表明，使用短乳桿菌CFM11發(fā)酵軟棗獼猴桃汁液可以生產(chǎn)富含GABA的發(fā)酵飲料。國內(nèi)乳酸菌轉(zhuǎn)化GABA主要應(yīng)用于發(fā)酵乳制品、發(fā)酵豆乳制品、發(fā)酵果蔬汁飲料等。表1中總結(jié)了近幾年來高產(chǎn)GABA的乳酸菌、菌種來源和相關(guān)應(yīng)用。

表1 常見高產(chǎn)GABA的乳酸菌、來源及應(yīng)用總結(jié)表

4 結(jié)語

乳酸菌轉(zhuǎn)化GABA在生產(chǎn)功能性食品、保健食品方面的作用越來越受到重視，應(yīng)用前景非常廣闊。然而，就目前的研究來看，高產(chǎn)GABA的乳酸菌主要集中在短乳桿菌和植物乳桿菌，菌種較單一，且對GABA吸收途徑的研究較少，對發(fā)酵過程中GABA產(chǎn)生機(jī)制仍然未知。此外，關(guān)于GABA具有抗高血壓和抗抑郁活性的有效劑量的信息非常有限，需要進(jìn)一步研究以了解這些機(jī)制。最重要的是，在使用乳酸菌生產(chǎn)GABA的同時，一些乳酸菌可能還會產(chǎn)生生物胺（Biogenic Amine，BA），從安全角度來看，存在一定隱患。KIM等[27]研究發(fā)現(xiàn)用米曲霉FMBS46471和短乳桿菌GABA100發(fā)酵90 d的豆醬中GABA為7 130 ～ 11 592 mg·kg-1，酪胺為 178 ～ 305 mg·kg-1，腐胺為 139 ～ 163 mg·kg-1，組胺為 7.4 ～ 10.8 mg·kg-1，尸胺為7.1～7.9 mg·kg-1，而米曲霉發(fā)酵的豆醬中GABA為 30 ～ 1 671 mg·kg-1，酪胺為 0.8 ～ 189.0 mg·kg-1，腐胺為 1.3 ～ 85.0 mg·kg-1，組胺 3.6 mg·kg-1，尸胺0.2～2.4 mg·kg-1。結(jié)果表明，GABA的產(chǎn)生伴隨著大量BA產(chǎn)生。今后的研究中需以最大限度地減少BA的產(chǎn)量，同時以優(yōu)化GABA的產(chǎn)量為重點(diǎn)。