文/謝婷婷 黃 麗 黃加祥＊

（1 廣西南寧市武鳴區(qū)市場檢驗檢測服務(wù)中心；2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院廣西水牛研究所；3 廣西壯族自治區(qū)水牛乳質(zhì)量與安全控制技術(shù)工程研究中心）

γ-氨基丁酸（Gamma-Amino Butyric Acid，GABA）是由非蛋白質(zhì)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(nèi)，具有極其重要的生理功能。早在1950年，就有學(xué)者研究證明其是哺乳動物體內(nèi)最重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，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(jīng)元活性，防止神經(jīng)細(xì)胞過熱，與另外一些物質(zhì)協(xié)同阻止焦慮信息抵達(dá)腦指示中樞[2]；降血壓功效，GABA的結(jié)合神經(jīng)受體存在于腦血管中，能有效促進(jìn)血管擴(kuò)張，達(dá)到降低血壓的目的[3]；降血糖，GABA以胞外信號分子形式調(diào)節(jié)胰島細(xì)胞的分泌功能，同時通過誘導(dǎo)細(xì)胞膜超極化來抑制胰高血糖素分泌，即雙相調(diào)節(jié)發(fā)揮降糖作用[4]。其他功能還包括利尿、改善肝腎功能、促進(jìn)睡眠、控制哮喘等[5，6]。

GABA是綠色有機(jī)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(jìn)人體內(nèi)氨基酸代謝和調(diào)節(jié)免疫等保健功能，具有很好的醫(yī)藥應(yīng)用前景，其在功能食品中的應(yīng)用已成為研究熱點(diǎn)[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(chǎn)中應(yīng)用廣泛，是開發(fā)生物能源的重要菌種，其發(fā)酵乳制品的健康功效被世人所公認(rèn)。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(chǎn)GABA。本文主要對篩選自乳及其發(fā)酵制品具有產(chǎn)GABA作用的乳酸菌及其在發(fā)酵乳中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 產(chǎn)γ-氨基丁酸乳源乳酸菌

1.1 生牛乳

夏江等[9]從未經(jīng)巴氏消毒的生牛乳中分離得到1 株高產(chǎn)GABA的乳酸菌株hjxj-01，經(jīng)鑒定為短乳桿菌（Lactobacillus Brevis），在含5.000%的L-谷氨酸鈉的培養(yǎng)基中，產(chǎn)GABA最大積累濃度為7.0000 g/L。通過紫外線和γ射線進(jìn)行誘變處理，得到1 株突變菌株hjxj-08119，經(jīng)連續(xù)傳代12 次，遺傳性狀穩(wěn)定，平均GABA產(chǎn)量達(dá)到17.0000 g/L，較出發(fā)菌株hjxj-01提高142.900%。Fan等[8]針對該菌株發(fā)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(dá)，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(zhuǎn)化為GABA，說明蛋白質(zhì)工程增加了GAD的活性，提高了GABA生物合成效率。

1.2 發(fā)酵乳

滿朝新等[10]從傳統(tǒng)發(fā)酵乳制品中篩選出1 株具有較強(qiáng)產(chǎn)GABA的菌株植物乳桿菌（Lactobacillus Plantarum）NDC75017，其產(chǎn)GABA的能力最高可達(dá)3.3290 g/L，進(jìn)一步研究了該菌在乳中的最佳發(fā)酵條件、降膽固醇和免疫調(diào)節(jié)能力。薛玉清等[11]從內(nèi)蒙古牧民自制發(fā)酵酸奶中分離出高產(chǎn)GABA的植物乳桿菌，與傳統(tǒng)發(fā)酵酸奶的菌株復(fù)配研制GABA發(fā)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(fā)酵液中GABA含量為3.3410 g/L。趙樹平[13]從新疆地區(qū)傳統(tǒng)酸馬奶分離得到瑞士乳桿菌E2303（Lactobacillus Helveticus）和發(fā)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(yǎng)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(tǒng)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(jìn)行了合成GABA能力分析，獲得2 株產(chǎn)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(jīng)形態(tài)學(xué)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(zhì)和乳酸菌的發(fā)酵產(chǎn)品，且其天然酪蛋白中L-氨基酸含量豐富，在牛乳發(fā)酵和酪蛋白質(zhì)水解過程中可能被釋放。其種類、發(fā)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(dāng)?shù)厥止latar奶酪中獲得一株產(chǎn)GABA的短乳桿菌BGZLS10-17，將添加此活菌或其產(chǎn)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(fù)，說明此菌可延遲EAE發(fā)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(chǎn)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(fā)酵過程中產(chǎn)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(qū)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(chǎn)GABA的乳酸菌，對產(chǎn)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(yǎng)基優(yōu)化產(chǎn)GABA的能力，優(yōu)化后產(chǎn)量高達(dá)0.9300 g/kg以上，可將這些菌株應(yīng)用在烘焙工業(yè)中獲得富含GABA的功能性烘焙食品。

2 產(chǎn)γ-氨基丁酸乳酸菌在乳制品中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)上素來有“藥食同源”的理論，是指通過合理膳食從食品補(bǔ)充一些功能成分，達(dá)到預(yù)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(fā)酵生產(chǎn)富含GABA的發(fā)酵乳、風(fēng)味發(fā)酵乳、奶酪等乳制品成為目前研究開發(fā)的熱點(diǎn)。

2.1 發(fā)酵乳

發(fā)酵乳含有大量有益活性乳酸菌，是營養(yǎng)與保健功能兼?zhèn)涞氖称?，已成功研發(fā)出富含GABA的多種發(fā)酵乳產(chǎn)品。嗜熱鏈球菌（Streptococcus Thermophilus）能將乳糖快速轉(zhuǎn)化為乳酸，是一種安全且乳制品行業(yè)應(yīng)用最廣泛的乳酸菌之一。Chen等[18]發(fā)現(xiàn)嗜熱鏈球菌fmb5能夠高產(chǎn)GABA，采用單因素法和響應(yīng)面法優(yōu)化此菌在酸奶中的培養(yǎng)條件，研制了富含GABA的功能性酸奶。其研究表明，培養(yǎng)溫度38.8 ℃，谷氨酸鈉添加量20.0000 g/L，培養(yǎng)時間120 h下，酸奶GABA最大產(chǎn)量為9.6600 g/L，且貯藏過程中GABA濃度、活菌數(shù)和保水能力保持穩(wěn)定。韓梅等[19]對2 株高產(chǎn)GABA的嗜熱鏈球菌gm-12和嗜酸乳桿菌（Lactobacillus Acidophilus）gm-11混合培養(yǎng)，優(yōu)化工藝條件制備酸奶和酸奶飲品GABA含量均高達(dá)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(fā)酵酸乳，得到富含2.0000 g/L GABA的產(chǎn)品，達(dá)到商業(yè)GABA補(bǔ)充劑的水平，理化質(zhì)構(gòu)指標(biāo)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(zhuǎn)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(fā)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(yù)防高血壓的生理功能食品中有用的成分。也有學(xué)者將此菌與市售發(fā)酵劑復(fù)配用于制備發(fā)酵乳，閆天文等[22]利用分離自內(nèi)蒙古傳統(tǒng)發(fā)酵乳制品產(chǎn)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(fā)酵酸乳，GABA含量高達(dá)0.4600 g/kg，其他感官特性和質(zhì)構(gòu)特性最好，為開發(fā)富含GABA的新型功能發(fā)酵乳制品提供理論依。高璐瑤[23]用產(chǎn)GABA的植物乳桿菌10通過單因素條件下，在脫脂乳培養(yǎng)基中發(fā)酵產(chǎn)GABA含量達(dá)到1.5500～7.6800 g/L，并優(yōu)化其與嗜熱鏈球菌ST962、保加利亞乳桿菌LB1823混合接種發(fā)酵酸乳的工藝，得到GABA含量較高的酸奶進(jìn)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(dá)到0.6271 g/L和0.4168 g/L，比傳統(tǒng)菌株發(fā)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(chǎn)GABA干酪乳桿菌QL-20復(fù)配直投式酸奶發(fā)酵劑研制出GABA含量為0.2242 g/L的功能性發(fā)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(fā)酵乳，同時用同劑量純GABA喂養(yǎng)高血壓患者，利用此菌具備高活性GAD酶在發(fā)酵過程中產(chǎn)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(chǎn)了一種新型的含GABA發(fā)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(chǎn)GABA的來源，劉寧寧[25]通過誘變育種得到一株遺傳穩(wěn)定的高產(chǎn)GABA突變菌株短乳桿菌1.0727-19-1，其GABA產(chǎn)量達(dá)0.0050 g/L，將其用于發(fā)酵乳，SHRs試驗表明具有一定降血壓功能，對研制和開發(fā)富含GABA的功能性乳制品具有一定指導(dǎo)意義。由于短乳桿菌基因組中缺少編碼細(xì)胞外蛋白酶的基因，蛋白水解特性較差，與其他菌種共同發(fā)酵能提高發(fā)酵乳的特性。韓嘯[26]篩選得到短乳桿菌DL1-11，產(chǎn)GABA含量為（5.072±0.0280） g/L，同時與市售發(fā)酵劑（保加利亞乳桿菌+嗜熱鏈球菌）在牛乳中進(jìn)行混合發(fā)酵，在最優(yōu)條件0.100%的L-谷氨酸鈉添加量，37.0 ℃發(fā)酵9 h時GABA含量可達(dá)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(tǒng)發(fā)酵劑嗜熱鏈球菌STYI-B1共培養(yǎng)，制備富含GABA（3.197±0.0014） g/kg的發(fā)酵乳。

有學(xué)者篩選到的高產(chǎn)GABA其他乳酸菌，并應(yīng)用于發(fā)酵乳。趙樹平[13]將高產(chǎn)GABA的瑞士乳桿菌ND01和E2303用于發(fā)酵乳，測得GABA含量分別是0.0165 g/L和0.0076 g/L。并且ND01發(fā)酵乳同時產(chǎn)ACE抑制肽，其ACE抑制活性最高達(dá)到67.180%。宋偉[28]獲得2 株高產(chǎn)GABA的戊糖乳桿菌（Lactobacillus Pentosus）P和lnd3，在優(yōu)化的培養(yǎng)條件下GABA產(chǎn)量分別是1.4064 g/L和0.4563 g/L；用于發(fā)酵脫脂乳，在添加MSG下，發(fā)酵乳中GABA產(chǎn)量達(dá)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(fā)酵乳，采用代謝組學(xué)方法分析發(fā)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(rèn)的ACE抑制肽含量和ACE抑制活性也比對照組高。

2.2 風(fēng)味發(fā)酵乳

風(fēng)味發(fā)酵乳一般以生牛乳或乳粉、果蔬汁等為原料，添加益生菌發(fā)酵劑制成的產(chǎn)品，因其貨架期長，風(fēng)味口感好，品種多，富含一定數(shù)量的益生菌，因此，深受消費(fèi)者的喜愛。Park等[30]將分離自韓國泡菜的高產(chǎn)GABA的短乳桿菌OPY-1復(fù)配嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌，以發(fā)芽糙米、奶粉和脫脂乳一起發(fā)酵10～16 h，制備的產(chǎn)品GABA濃度為0.1372 g/kg DW，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法制備的0.0013 g/kg DW。陸小雪[12]將分離自以甘藍(lán)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(jìn)行混料發(fā)酵，優(yōu)化后獲得發(fā)酵液中GABA濃度高達(dá)6.4300 g/L，可作為保健飲料的基料。王冰聰[31]經(jīng)紫外誘變處理后得到一株遺傳性狀相對穩(wěn)定的GABA菌株植物乳桿菌L-SZ303UV，與直投式發(fā)酵劑混合發(fā)酵，在谷氨酸鈉添加量為0.5000%，溫度為45.0 ℃，發(fā)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(chǎn)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(fā)酵生產(chǎn)功能性乳飲料，在發(fā)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(fā)芽液為原料，發(fā)酵獲得大豆酸奶的GABA濃度為0.4247 g/kg DW，而傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的發(fā)酵牛乳的GABA小于0.0015 g/kg DW。Chen等[34]從加拿大當(dāng)?shù)刭徺I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(fā)酵低脂鮮奶用于制備乳清粉，產(chǎn)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(yù)防高血壓的生理功能食品。

2.3 奶酪

有“乳品之王”美譽(yù)的奶酪含有豐富的營養(yǎng)，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(yǎng)價值。Nomura等[35]從科漢森混合發(fā)酵劑中分離得到產(chǎn)生GABA的乳酸乳球菌01-7制備奶酪，以確定在pH值與GABA產(chǎn)量的關(guān)系，也發(fā)現(xiàn)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(fā)酵劑中GABA的生成。Wang等[36]以干酪乳桿菌為發(fā)酵劑，生產(chǎn)了一種新型益生菌切達(dá)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(fā)富含GABA的促進(jìn)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(fā)酵產(chǎn)酸以利于其在低酸環(huán)境下保持生命活力，而低pH值環(huán)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(chǎn)GABA。因此，選擇適宜的GABA高產(chǎn)菌株來生產(chǎn)發(fā)酵乳制品和奶酪產(chǎn)品，顯然是強(qiáng)化產(chǎn)品中GABA水平的重要途徑。盡管目前有關(guān)產(chǎn)GABA乳酸菌的報道已經(jīng)很多，但開展對產(chǎn)GABA的乳酸菌的分離、鑒定或通過基因工程、代謝調(diào)控等方法改善菌株，提高GABA產(chǎn)量等方面的研究對食品工業(yè)來說仍是一個重大課題。如需要加大高產(chǎn)菌株的篩選工作，而傳統(tǒng)酸性發(fā)酵食品是高產(chǎn)GABA菌種的重要來源；優(yōu)化GABA生產(chǎn)方法，大多天然產(chǎn)生GABA乳酸菌的產(chǎn)量較低，可利用基因工程技術(shù)改造獲得具有較高GAD活力的基因工程菌；通過控制與改進(jìn)加工條件及方法，如乳酸菌協(xié)同共生機(jī)制復(fù)配發(fā)酵，以提高乳制品中GABA的含量。目前我國GABA產(chǎn)業(yè)尚處于研發(fā)階段，亟待加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)品研發(fā)以及GABA知識的宣傳科普。