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        γ-氨基丁酸的乳酸菌轉(zhuǎn)化及在食品中的應(yīng)用

        2022-03-24 11:54:32倪琳鈺葉朋飛李秋達(dá)黃杰秋杜艷瓊
        現(xiàn)代食品 2022年3期
        關(guān)鍵詞:脫羧酶泰式谷氨酸

        ◎ 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(dòng)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(chǔ)、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(jué)中起緩解作用等生理功能[1-2]。微生物是GABA的主要來(lái)源,在發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)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(jí)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(kāi)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(bào)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(duì)磷酸吡哆醛具有依賴性的谷氨酸脫羧酶(Glutamic Acid Decarboxylase,GAD)通過(guò)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(duì)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(guò)16S核糖體RNA基因(rDNA)序列和碳水化合物同化能力分析,通過(guò)物種水平的分類學(xué)評(píng)估了來(lái)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(gè)分離株)、布氏乳桿菌(2個(gè)分離株)和希臘魏斯氏菌(2個(gè)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(shí)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(duì)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(shuō)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(gè)領(lǐng)域都有良好的應(yīng)用價(jià)值,如果在食品中添加或富集GABA,能夠提升食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,在市場(chǎng)中具有良好的應(yīng)用前景。日本是最早開(kāi)始研究GABA在食品中的應(yīng)用的國(guó)家,繼日本、美國(guó)之后,我國(guó)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(shù)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(shù)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(shí),“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(méi)有添加任何發(fā)酵劑或味精的對(duì)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(píng)價(jià)比對(duì)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(wú)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(píng)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(guó)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(lái)高產(chǎn)GABA的乳酸菌、菌種來(lái)源和相關(guān)應(yīng)用。

        表1 常見(jiàn)高產(chǎn)GABA的乳酸菌、來(lái)源及應(yīng)用總結(jié)表

        4 結(jié)語(yǔ)

        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(lái)越受到重視,應(yīng)用前景非常廣闊。然而,就目前的研究來(lái)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(duì)GABA吸收途徑的研究較少,對(duì)發(fā)酵過(guò)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(shí),一些乳酸菌可能還會(huì)產(chǎn)生生物胺(Biogenic Amine,BA),從安全角度來(lái)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(shí)以優(yōu)化GABA的產(chǎn)量為重點(diǎn)。

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