林楊，唐琦勇，楚敏，顧美英，朱靜，艾尼江·爾斯?jié)M，張志東,3*

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物應(yīng)用研究所/新疆特殊環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830091；3.南京工業(yè)大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院, 南京 211816)

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)，一般是由谷氨酸脫羧酶(GAD)催化谷氨酸(GA)脫羧生成的非蛋白氨基酸，廣泛分布于動(dòng)植物、微生物體中。早在1883年GABA就被化學(xué)合成；1949年Stewatd等從土豆塊莖中發(fā)現(xiàn)了GABA；1950年Floreyt首次在哺乳動(dòng)物腦部抽出液中發(fā)現(xiàn)GABA。目前，通過(guò)植物富集法和微生物發(fā)酵可較為方便地獲得GABA。作為植物細(xì)胞游離氨基酸的重要組分之一，GABA能儲(chǔ)藏氮素、誘導(dǎo)激素合成、維持pH、傳遞胞間信息和調(diào)控生長(zhǎng)信號(hào)等，對(duì)植物抵抗鹽、干旱及病原菌侵染等逆境脅迫有一定作用；同時(shí)作為動(dòng)物體中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，GABA具有安神、降血壓、防止動(dòng)脈硬化和改善肝、腎臟功能等多種生理功效。由于其在食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域有重要作用，2009年我國(guó)衛(wèi)生部批準(zhǔn)其為新資源食品，成為21世紀(jì)新資源食品的生產(chǎn)原料之一，并規(guī)定其攝入量不得超過(guò)500 mg/d。目前，GABA已被廣泛用于開發(fā)功能性乳制品、茶水、調(diào)味品等食品工業(yè)中，并形成了GABA酸奶、糕點(diǎn)、醬油、食醋、海鮮調(diào)味料等系列產(chǎn)品，受到越來(lái)越多人的青睞。因此，GABA的制備純化與綜合開發(fā)利用已被普遍關(guān)注，國(guó)內(nèi)外已投入大量的科研力量提升制備的方法，且仍在不斷地改進(jìn)。本文針對(duì)近年來(lái)有關(guān)GABA的研究情況進(jìn)行了綜述，以期讓學(xué)者更方便地了解GABA的研究動(dòng)態(tài)，為進(jìn)一步攻關(guān)GABA研究難點(diǎn)問(wèn)題提供了科學(xué)借鑒。

1 物理性質(zhì)

GABA又名氨酪酸、哌啶酸，其結(jié)構(gòu)式見圖1。它是一種白色或近白色結(jié)晶性粉末，熔點(diǎn)為202～204 ℃，在高于熔點(diǎn)溫度時(shí)，可分解為水和吡咯烷酮。其微苦、微臭，易溶于水，在水中可發(fā)生解離作用；微溶于熱乙醇溶液，不溶于乙醚、冷乙醇和苯等常見有機(jī)試劑[1]。GABA是一個(gè)兩性離子，可進(jìn)行氨基酸的特征反應(yīng)，如與丹磺酰氯(DNS-C)反應(yīng)生成熒光性強(qiáng)的DNS-GABA，與茚三酮發(fā)生顯色反應(yīng)生成紫色絡(luò)合物；同時(shí)還具有酞氯、肽基化及氰基化反應(yīng)等。

圖1 γ-氨基丁酸(GABA)的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

2 生化代謝途徑

細(xì)胞合成GABA有GA脫羧和多胺降解兩條代謝途徑。其中多胺降解途徑是多胺氧化酶(PAO)對(duì)多胺(PAs)的降解反應(yīng)，由于此途徑較為微弱，因此GABA的合成主要通過(guò)GA脫羧實(shí)現(xiàn)。其代謝過(guò)程如下：GA在GAD的作用下發(fā)生不可逆反應(yīng)生成GABA；而后以三羧酸循環(huán)(TCA)中的α-酮戊二酸為氨基受體，通過(guò)GABA轉(zhuǎn)氨酶(GABA-T)與GABA發(fā)生可逆反應(yīng)生成GA和琥珀酸半醛；最后在琥珀酸半醛脫氫酶(SSADH)催化下，琥珀酸半醛發(fā)生不可逆反應(yīng)生成琥珀酸，進(jìn)入TCA。這樣由α-酮戊二酸經(jīng)GABA、琥珀酸半醛生成琥珀酸的過(guò)程就構(gòu)成了三羧酸循環(huán)的一條支路，即GABA支路[2]，見圖2。一般而言，GABA含量的積累和利用是其合成與降解平衡調(diào)控的結(jié)果。

圖2 γ-氨基丁酸(GABA)主要生物合成途徑

3 生理功能

在動(dòng)物體內(nèi)，GABA幾乎僅存在于神經(jīng)組織，其中腦組織中的含量約為0.1～0.6 mg/g。研究表明，30%～40%的中樞神經(jīng)元以GABA為抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，通過(guò)其與特異性受體相互作用，可以發(fā)揮抗焦慮、抗衰老、降血壓、改善肝腎功能、提高免疫等眾多生理活性。

3.1 治療精神疾病

GABA能結(jié)合抗焦慮受體，并可協(xié)同其他物質(zhì)阻止焦慮信息抵達(dá)腦指示中樞，從而發(fā)揮鎮(zhèn)靜作用。有研究顯示，抑郁癥患者神經(jīng)中樞和外周的GABA水平較健康人群有所降低，而在注射200 μg/d的GABA受體調(diào)節(jié)劑SAGE 547 60 h后，其中70%患者的病癥得到緩解[3]。GABA還與癲癇病的發(fā)作有關(guān)，許多與癲癇相關(guān)的基因突變會(huì)影響GABAergic的信號(hào)通路，這是癲癇的主要生物學(xué)通路。Tang等以癲癇患者和癲癇鼠為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)像生長(zhǎng)釋放激素(GHRH)等一些抗癲癇藥物是通過(guò)增強(qiáng)GABAergic信號(hào)來(lái)提高GABA水平，引起癲癇患者的抗驚厥反應(yīng)，從而增強(qiáng)對(duì)癲癇的抑制作用[4]。

此外，GABA代謝產(chǎn)生的中間代謝產(chǎn)物——γ-羥基丁酸(GHB)，可通過(guò)細(xì)胞膜上的特異性受體發(fā)揮對(duì)興奮性神經(jīng)元的抑制作用，進(jìn)而改善機(jī)體睡眠。醫(yī)學(xué)上，GABA可用于抗癌癥、解毒醒酒、促進(jìn)視網(wǎng)膜再生及緩解腦代謝障礙等，是一種新型功能因子。

3.2 抗衰老

GABA的減少可能會(huì)導(dǎo)致腦衰老。研究表明，老齡恒河猴在補(bǔ)充GABA后，其大腦接近巔峰狀態(tài)，而缺乏GABA會(huì)導(dǎo)致腦組織代謝緩慢，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞出現(xiàn)一定程度的退化，甚至視覺(jué)的選擇力也有所下降；給老年短尾猴注入GABA，其衰老的神經(jīng)細(xì)胞則表現(xiàn)出“年輕化”。對(duì)大鼠進(jìn)行D-半乳糖連續(xù)腹腔注射制作衰老模型，并檢測(cè)其大腦皮質(zhì)、下丘腦及海馬區(qū)中的GABA含量，發(fā)現(xiàn)各部位的GABA含量較正常組呈明顯下降，其中下丘腦中的GABA量較正常組減少了約1/2，而在使用延緩衰老的中藥30 d后，各部位的GABA濃度均出現(xiàn)明顯提升。由此預(yù)測(cè)，提高GABA含量可延緩人體衰老。

3.3 調(diào)節(jié)血壓

GABA降低血壓有兩種方式：一種是作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)脊髓的血管運(yùn)動(dòng)中樞，從而使血管擴(kuò)張；另一種是通過(guò)抑制ACE活性，減少血管緊張素II合成，使血壓降低。Akama等給自發(fā)性高血壓大鼠(SHRs)和正常血壓老鼠(WKYs)服用富含GABA的稻米粉(0.5 mg/kg)，6周后SHRs的血壓降低了20 mmHg，而WKYs則無(wú)明顯降壓現(xiàn)象，同時(shí)評(píng)估了血漿中的ACE水平，并以此推測(cè)GABA是在其他氨基酸的協(xié)同作用下誘發(fā)了降壓作用，如精氨酸、煙堿胺等，而具體是一種或是多種氨基酸的協(xié)同作用及其降血壓的獨(dú)立性和相關(guān)機(jī)制尚需進(jìn)一步研究[5]。Nishimura等給中年高血壓病人(SBP>120 mmHg)每日攝入富含GABA(16.8 mg/100 g)的白米，8周后患者葡萄糖代謝值升高，血壓較對(duì)照組明顯下降，且患者的肝、腎臟、脂質(zhì)等無(wú)任何不良反應(yīng)。另外，研究發(fā)現(xiàn)患者尿排泄中的鈉增加，這對(duì)于傾向高鹽配菜的人群來(lái)說(shuō)，補(bǔ)充GABA對(duì)改善整體健康非常有益[6]。

3.4 改善肝臟、腎臟功能

GABA能抑制GA的脫羧反應(yīng)，使其與氨結(jié)合生成尿素排出體外，可解除氨毒，增進(jìn)肝臟功能。給老鼠喂食富含GABA的米胚芽后，其腎臟基底膜細(xì)胞壞死減少，尿素氮降低，說(shuō)明GABA具有活腎功能；對(duì)腎衰竭大鼠進(jìn)行5/6腎切除，并較對(duì)照組給予60 d的GABA治療，發(fā)現(xiàn)其腎組織轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β-1表達(dá)增強(qiáng)，腎小管間質(zhì)纖維化和腎小管萎縮減輕，殘腎大鼠的腎功能得到改善。另有研究表明，丙戊酸鈉(SVP)的腎損傷保護(hù)機(jī)制是通過(guò)促進(jìn)GA合成GABA，同時(shí)抑制GABA-T降解，從而發(fā)揮其GABA活性對(duì)腎損傷起到保護(hù)作用[7]。此外，GABA還可激發(fā)小鼠及人類的精子發(fā)生頂體反應(yīng)，提高精子的穿卵能力從而促進(jìn)生殖。

3.5 治療糖尿病

臨床研究表明，胰島β-cells的損傷是引起糖尿病的主要原因。作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，除神經(jīng)元細(xì)胞外，胰腺中同樣含有大量的GABA，且濃度與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相近，其中胰島β-cells是合成GABA的主要場(chǎng)所。GABA主要通過(guò)GABAAR、GABABR兩種受體雙相調(diào)節(jié)胰島細(xì)胞分泌，從而發(fā)揮降血糖作用。血糖升高時(shí)，胰島α-cells內(nèi)的GABA通過(guò)激活A(yù)kt使GABAAR的β-亞基磷酸化，從而誘導(dǎo)細(xì)胞膜超極化，抑制胰島釋放胰高血糖素；同時(shí)在胰島β-cells內(nèi)，GABA通過(guò)GABABR誘導(dǎo)細(xì)胞膜去極化，增加胰島素分泌。在人體胰島中，GABA通過(guò)受體激活Ca2+信號(hào)通路，進(jìn)而激活PI3K和CREB-IRS-2通路，緩解血漿和胰腺的氧化應(yīng)激，促進(jìn)胰島素分泌及抗凋亡基因的表達(dá)，進(jìn)而保護(hù)胰腺組織形態(tài)，促進(jìn)胰島β-cells增殖和擴(kuò)散，從而改善糖代謝[8]。GABA系統(tǒng)是胰島的潛在治療靶點(diǎn)，為糖尿病患者治療提供了新的可能。

4 生產(chǎn)工藝

GABA雖然分布廣，但多數(shù)個(gè)體中含量很少，人體從食物中攝取GABA無(wú)法滿足日常的基本需求。近年來(lái)，隨著其生理功能不斷得到闡明，針對(duì)GABA的制備方法也越來(lái)越多?？傮w而言，GABA的制備方法主要有化學(xué)合成法、植物富集法和微生物法等。

4.1 化學(xué)合成法

化學(xué)合成法制備GABA主要有兩種途徑:

(1) 以4-氯丁氰為原料，與鄰苯二甲酰亞氨鉀在180 ℃條件下反應(yīng)的產(chǎn)物與濃硫酸回流，經(jīng)結(jié)晶提純獲得，見圖3。

圖3 化學(xué)合成法制備GABA途徑1

(2) 以2-吡咯烷酮為起始原料，經(jīng)碳酸氫銨與氫氧化鈣水解制得，見圖4。

圖4 化學(xué)合成法制備GABA途徑2

化學(xué)合成法制備GABA速度快、產(chǎn)量高，但其反應(yīng)劇烈，且純化技術(shù)復(fù)雜，污染性大，隨著國(guó)家和人們環(huán)保意識(shí)和綠色發(fā)展理念的增強(qiáng)，此法逐漸被植物富集法和微生物法所取代。

4.2 植物富集法

作為一種非蛋白天然氨基酸，GABA廣泛分布于多種植物中。如參屬、豆屬、中草藥等的種子、根莖和組織液中都含有GABA，同時(shí)在豆科植物的根瘤和植物木質(zhì)部的韌皮液中也有存在，而且在許多植物如大葉種茶樹中GABA以高濃度(0.03～32.5 μmol/g)存在，超過(guò)了許多蛋白類氨基酸。植物富集GABA有兩種途徑：(1)利用GAD催化GA脫羧生成GABA；(2)由化學(xué)物質(zhì)多胺降解——腐胺由二胺氧化酶(DAO)通過(guò)PAs降解反應(yīng)中的γ-氨基丁醛中間體轉(zhuǎn)化為GABA。其中第一種為主要途徑，是植物在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)于外界的脅迫作用如溫度、壓力、氧濃度和機(jī)械損傷等而應(yīng)激代謝產(chǎn)生的，目前主要用于高GABA含量植物的開發(fā)，如糙米、茶葉、大豆等。

4.2.1 糙米中GABA的富集

糙米是稻米經(jīng)礱谷脫殼、同時(shí)較為完整地保留了原料中膳食纖維、脂類、維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的糠層和胚芽，其發(fā)芽期間體內(nèi)大量蛋白質(zhì)被酶類水解形成GA，同時(shí)GAD被激活，一定條件下可催化GA脫羧生成GABA。研究表明，發(fā)芽糙米中的GABA含量為25～50 mg/100 g，分別是糙米的2倍、白米的7倍[9]；在糙米發(fā)芽過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行浸泡、鹽脅迫處理等，可進(jìn)一步提高其GABA濃度。寧亞維等用水浸泡糙米12 h，發(fā)芽60 h后其GABA含量為184.75 mg/kg，較未處理樣品提高了2.76倍[10]；鹽脅迫可提高糙米發(fā)芽期的呼吸速率，增強(qiáng)GAD活性，Chen等用Cl-處理糙米，使得其GAD活性在第3 天達(dá)到5.7845 U/g FW，此時(shí)其GABA濃度為121.714 mg/100 g[11]。此外，研究在使用鹽脅迫處理發(fā)芽糙米時(shí)，發(fā)現(xiàn)Ca2+與NaCl的交互作用對(duì)富集GABA具有極顯著影響，低濃度的Ca2+可緩解鹽脅迫后期對(duì)GAD活性的抑制，使得GABA富集量達(dá)到最大。

4.2.2 茶葉中GABA的富集

茶葉中不僅含有茶多酚、維生素E、黃酮類等抗氧化物質(zhì)，同時(shí)也天然含有GABA。普通茶葉中的GABA含量介于0.04～0.05 mg/g之間，基于GABA的功能特性，提升茶葉中的GABA有助于更好地發(fā)揮其制品的降血壓、降膽固醇等功效。據(jù)報(bào)道，在缺氧條件下，合成GABA的兩種底物腐胺、精胺的濃度增加，參與GABA合成的基因如CsGAD1、CsGAD2等得到顯著上調(diào)，GAD和DAO的活性增強(qiáng)，茶葉中的GABA含量可得到顯著增加。Liao等將茶葉經(jīng)缺氧處理后，其GABA濃度升至0.73 mg/g FW，增加了約20倍[12]；同時(shí)進(jìn)一步的研究表明，經(jīng)厭氧和有氧循環(huán)處理后，茶葉中的GABA濃度可得到進(jìn)一步增加。沈強(qiáng)等選擇0.09 MPa的真空度，對(duì)福鼎大白茶采取真空厭氧3 h、有氧2 h、真空厭氧3 h的真空厭氧間歇處理技術(shù)，在26 ℃條件下，茶葉中GABA含量達(dá)192.79 mg/100 g，且其中的茶多酚、氨基酸分別為15.80%、4.21%，同時(shí)茶葉的感官品質(zhì)優(yōu)異[13]。此外，還有學(xué)者通過(guò)浸漬、冷凍、L-GA葉面噴灑技術(shù)、紅外線微波照射技術(shù)等實(shí)現(xiàn)茶葉中GABA的富集。

4.2.3 大豆中GABA的富集

大豆作為人們?nèi)粘ｏ嬍车闹匾獱I(yíng)養(yǎng)來(lái)源，同時(shí)也是制備調(diào)味品的優(yōu)質(zhì)原料[14]，其中含有豐富的GA，經(jīng)GAD催化可轉(zhuǎn)化成GABA，因而常被用作生產(chǎn)富含GABA產(chǎn)品的食物原料，而其體內(nèi)GABA的積累主要在萌發(fā)期，且隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，GABA積累量也呈極顯著的趨勢(shì)增加，5 d時(shí)便最高可達(dá)859.84 mg/g。使用發(fā)芽大豆富集GABA是目前研究的熱點(diǎn)，研究人員以此為基礎(chǔ)，通過(guò)浸泡、厭氧、鹽濃度等脅迫處理來(lái)提高大豆中的GABA含量。對(duì)發(fā)芽大豆進(jìn)行浸泡和冷凍處理，最后測(cè)得其GABA含量為7.97 mg/g和11.62 mg/g；同時(shí)聯(lián)合NaCl和Ca2+作浸泡液脅迫處理大豆，發(fā)現(xiàn)其GABA含量提高了10倍，達(dá)到269.93 mg/100 g；另有研究顯示，使用300 W的超聲波處理大豆可使其GABA含量提高近44%。由此猜測(cè)，超聲處理會(huì)影響合成GABA相關(guān)酶的活性，日后可以此作為富集GABA的新興手段。

4.3 微生物法

微生物發(fā)酵及固定化酶技術(shù)是目前通過(guò)微生物法富集GABA的趨勢(shì)。其最早以大腸桿菌為生產(chǎn)菌株，得到的GABA粗制品經(jīng)純化后用于化工生產(chǎn)；而要進(jìn)行食品開發(fā)，使用大腸桿菌存在安全性問(wèn)題。迄今為止，乳酸菌、曲霉菌和酵母菌等微生物已被報(bào)道用于GABA的生產(chǎn)，并逐漸成為研究的熱點(diǎn)，其生產(chǎn)方式主要是以GA或其鈉鹽或富含GA的物質(zhì)為底物，通過(guò)GAD對(duì)底物脫羧產(chǎn)生GABA。

4.3.1 乳酸菌發(fā)酵法

乳酸菌作為一種食品安全級(jí)(GRAS)微生物，廣泛定植于人和動(dòng)植物體內(nèi)并產(chǎn)生大量益生因子，由于自身的諸多益生特性，其在食品工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛且歷史悠久[15]。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)了多株產(chǎn)GABA乳酸菌，Susana等從奶酪中分離出8株GABA產(chǎn)量在300 mg/L以上的菌株，涉及L.otakiensis乳桿菌屬、副干酪乳桿菌屬及植物乳桿菌屬，其中一株植物乳桿菌L2A21R1產(chǎn)GABA 量最高，達(dá)936.8 mg/L[16]；王冰聰?shù)纫匀樗峋鶯-SZ303為研究對(duì)象，利用6 g/L的米糠作發(fā)酵氮源，3 d后發(fā)酵液中GABA含量為13.375 g/L[17]。

此外，還有研究以乳酸菌全細(xì)胞作催化劑，通過(guò)轉(zhuǎn)化L-MSG從而進(jìn)一步提高GABA產(chǎn)量。Wu等從魚品中獲得一株高產(chǎn)GABA(15.143 g/L)的乳桿菌RK 03，并以此為研究對(duì)象，通過(guò)補(bǔ)充650 mmol/L的L-MSG，使得發(fā)酵液中的GABA濃度達(dá)到62.523 g/L[18]。此項(xiàng)技術(shù)反應(yīng)體系簡(jiǎn)單、時(shí)間短、污染小，日后用作富集GABA具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4.3.2 曲霉菌發(fā)酵法

曲霉菌因含有豐富的酶系，故可進(jìn)行多種生化反應(yīng)，產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物[19]，其中曲霉菌絲體能以MSG為底物富集GABA，而紅曲霉作為藥食同源性菌株，是目前制備GABA的主要曲霉菌。早期研究多以紅曲霉固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)GABA，然而得到的GABA含量較少，故現(xiàn)研究更傾向于發(fā)酵周期短、不易污染的液態(tài)發(fā)酵[20]來(lái)優(yōu)化紅曲霉合成GABA。田東亮等從腐乳中獲得一株高產(chǎn)GABA的紅曲霉MZ-2，通過(guò)優(yōu)化發(fā)酵工藝，發(fā)現(xiàn)其在MSG濃度為1%時(shí)，GABA產(chǎn)量可達(dá)7.52 g/L，且底物轉(zhuǎn)化率為75.2%[21]；Dikshit等從農(nóng)業(yè)廢渣生產(chǎn)中篩選出紅曲霉M.sanguineus，其以椰子油蛋糕為基質(zhì)，GABA產(chǎn)量為15.53 mg/g[22]。

4.3.3 酵母菌發(fā)酵法

酵母菌是含有大量蛋白質(zhì)、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的單細(xì)胞真菌，基于較高的安全性及經(jīng)濟(jì)效益，酵母菌在食品、釀造等食品行業(yè)中的應(yīng)用已有2000多年的歷史。在挖掘產(chǎn)GABA的安全菌株資源時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)酵母菌也具有GAD活性，可被用于生產(chǎn)GABA。Zeng等從四川泡菜中得到一株釀酒酵母JM037，用其發(fā)酵的桑葚果汁中GABA含量達(dá)1145 mg/L[23]。為進(jìn)一步提高酵母菌的GABA產(chǎn)量，研究人員多利用誘變等技術(shù)對(duì)菌株進(jìn)行處理，取得了較好的效果。肖婧等從新疆特色奶酪中獲得一株產(chǎn)GABA的有孢漢生酵母XYN019，經(jīng)紫外誘變處理，其在33.95 ℃條件下發(fā)酵49.17 h后的GABA產(chǎn)量為4.926 g/L，較原來(lái)提高了約2.3倍[24]，為日后富集GABA并開發(fā)相關(guān)性產(chǎn)品提供了良好基礎(chǔ)。

4.3.4 混合菌種發(fā)酵法

有研究表明，混合菌發(fā)酵產(chǎn)GABA能力優(yōu)于單菌發(fā)酵?；旌暇ㄟ^(guò)多種菌株間的相互作用、不同代謝途徑的組合，從而完成單一菌株不能完成的復(fù)雜發(fā)酵過(guò)程。基于乳酸菌和酵母菌之間的共生效應(yīng)，范媛媛等利用卡斯特酒香酵母ZSM-001和短乳桿菌L2復(fù)合發(fā)酵發(fā)芽糙米，最后所得GABA含量為33.25 g/L，較單一菌株發(fā)酵分別提高了50.8%和19.6%[25]。目前，混合菌發(fā)酵產(chǎn)GABA受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，相關(guān)報(bào)道也越來(lái)越多，具有十分廣闊的研究前景。

5 GABA在食品工業(yè)中的應(yīng)用

GABA在食品工業(yè)中的應(yīng)用最早始于1986年，以日本茶飲料Gabaron為代表。隨著近年來(lái)關(guān)于GABA的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)攝入富含GABA的食物有益于預(yù)防糖尿病、調(diào)節(jié)血壓、減輕疼痛、調(diào)節(jié)機(jī)體代謝及抑制癌細(xì)胞等。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種富集GABA的功能性食品，如GABA茶、糙米、酸奶、醬油、食醋等。據(jù)報(bào)道，日本科學(xué)家利用米胚芽等原料開發(fā)富含GABA的功能食品配料，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于飲料、果醬、糕點(diǎn)、調(diào)味料等制品中。

5.1 糧食制品

谷物類糧食中的蛋白質(zhì)被其內(nèi)在的蛋白酶水解后生成大量谷氨酸，在一定條件下可被GAD轉(zhuǎn)化生成GABA。相關(guān)試驗(yàn)顯示，天然燕麥中GABA含量為57.1 μg/g，通過(guò)浸泡可提高其濃度水平；而利用米曲霉發(fā)酵的燕麥中GABA含量達(dá)到了435.2 μg/g，同時(shí)其抗氧化活動(dòng)也明顯增強(qiáng)[26]；選用高谷氨酸利用率的酵母菌發(fā)酵制作面包，其GABA含量高達(dá)504 mg/kg；此外，還有研究通過(guò)添加一定量的GABA到糕點(diǎn)、蒸粉及即食調(diào)味飯中，使得制品在滿足人們?nèi)粘ｏ嬍车耐瑫r(shí)，也具有緩解壓力、改善睡眠、促進(jìn)記憶等保健作用。目前市場(chǎng)上常見的富含GABA的糧食制品主要有麥茶、發(fā)芽糙米和米胚芽等。

5.2 發(fā)酵乳制品

功能性乳制品是目前乳業(yè)研究的熱點(diǎn)，部分乳酸菌在發(fā)酵酸奶等制品的同時(shí)也產(chǎn)生GABA，將二者結(jié)合可生產(chǎn)出富含GABA的乳制品。陳雪等以具有合成GABA能力的嗜熱鏈球菌QYW-LYS-1和植物乳桿菌QYW-L-11作附屬發(fā)酵劑，制作出GABA含量為0.43 mg/g的功能性干酪，且產(chǎn)GABA菌株在增強(qiáng)干酪的保健功能的同時(shí)，并沒(méi)有影響干酪的感官及組成成分[27]；楊天予等以短乳桿菌CGMCC 1.214∶乳酸乳球菌CGMCC 1.62為1∶1的接種量，制作出富含活菌的藜麥乳酸菌飲料，其中活菌數(shù)為9.176 CFU/mL，GABA含量為0.681 mg/mL，制品在保存了藜麥營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)，又增加了保健作用[28]。

5.3 茶水制品

一般茶中GABA含量達(dá)到1.5 μmol/g時(shí)，可稱之為GABA茶。GABA茶現(xiàn)已被證明可以降低Dahl鹽敏感性大鼠和人類的血壓，并有助于失眠患者，目前市場(chǎng)已有GABA綠茶、白茶、紅茶和烏龍茶等產(chǎn)品。GABA茶是1987年由日本首次開發(fā)的新型降血壓茶，并衍生出了葉茶、罐裝茶和袋泡茶等系列產(chǎn)品；肯尼亞等國(guó)家早在1998年就研究如何提高紅茶中的GABA含量，我國(guó)也隨之開展了GABA茶的研發(fā)工作。2003年中國(guó)農(nóng)科院茶葉研究所已研發(fā)出7種GABA茶樹品種、1種提高GABA含量的茶葉加工方法、GABA速溶茶粉的加工工藝等，并形成了新型GABA茶系列；同時(shí)研發(fā)出加工GABA茶的專用設(shè)備——6CY，通過(guò)此設(shè)備生產(chǎn)的茶中GABA含量可達(dá)6.62 mg/g，遠(yuǎn)超過(guò)日本的GABA茶，且保健作用良好。

同時(shí)近年來(lái)，有學(xué)者基于浸漬、厭氧、L-GA葉面噴灑等技術(shù)，對(duì)一些地區(qū)特定的茶樹品種展開研究，并以此研制出了GABA普洱茶、巖茶、低咖啡因速溶茶等系列產(chǎn)品，這些茶品中的GABA含量在2.5 mg/g以上，是普通茶中GABA含量的近20倍，且茶品在保留了原有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的同時(shí)，還具有促進(jìn)腦部血流及代謝、降血壓、增加氧氣供給等保健功效。

5.4 調(diào)味料制品

調(diào)味品作為人們?nèi)粘ｏ嬍成钪胁豢苫蛉钡呐淞?，其特有的風(fēng)味是多種微生物共同作用的結(jié)果[29]，而隨著現(xiàn)代飲食習(xí)慣的改善，人們?cè)絹?lái)越注重食物的保健功效。因此，功能性調(diào)味料的開拓成為調(diào)味品行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。Wan等利用米曲霉NSK對(duì)工業(yè)大豆進(jìn)行發(fā)酵，通過(guò)優(yōu)化發(fā)酵條件，開發(fā)出一種GABA含量為3278.31 mg/L的新型醬油[30]；Kim等利用米曲霉FMB S46471和乳短桿菌100，對(duì)蒸煮大豆進(jìn)行17 d的更替發(fā)酵，生產(chǎn)出GABA含量為7130～11592 mg/kg的豆瓣醬，且制品在生產(chǎn)期間均未檢測(cè)到黃曲霉毒素，是具有高安全性的調(diào)味制品。

此外，還有研究利用具有GAD活性的酵母、醋酸菌、乳桿菌等食用菌對(duì)麥粉、糯米、辣椒等糧食作物進(jìn)行單一或混合發(fā)酵，在色、香、味得以穩(wěn)定的同時(shí)，開發(fā)出富含GABA的食醋、腌菜、醬料等功能性調(diào)味品。

6 展望

綜上所述，GABA作為一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，具有多種生理活性，對(duì)身心健康的保持有著極其重要的作用，已受到越來(lái)越多人的關(guān)注，其在食品、醫(yī)藥、調(diào)味品等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。目前GABA的生產(chǎn)工藝主要是植物富集法和微生物法，而微生物發(fā)酵生產(chǎn)GABA具有條件溫和、安全性高、可控性好等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前研究制備GABA的發(fā)展趨勢(shì)，并已被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)，其中研究較多的是利用微生物與谷物糧食、傳統(tǒng)乳制品的復(fù)合發(fā)酵或調(diào)制，從而研制出富含GABA的功能性糙米、燕麥、酸奶等系列產(chǎn)品，且在市場(chǎng)上均有出售；但利用微生物發(fā)酵制備GABA開發(fā)功能性調(diào)味品的研究尚處于起步階段，是當(dāng)下主要的研究工作。未來(lái)GABA的研究應(yīng)基于微生物發(fā)酵，通過(guò)進(jìn)一步提高產(chǎn)量，選育高GAD活力的優(yōu)良菌種，結(jié)合大豆、小麥、辣椒、香料等調(diào)味品原料，研發(fā)更多的功能性調(diào)味品，進(jìn)而優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)工藝，推動(dòng)GABA的商業(yè)化應(yīng)用。