GABA茶的生理功能及富集技术研究进展

许凡凡,司辉清,*,沈　强,郑文佳,叶深高

(1.西南大学食品科学学院,重庆 400716; 2.贵州省茶叶研究所,贵州贵阳 550006; 3.正安县金林茶业有限公司,贵州正安 563400)



GABA茶的生理功能及富集技术研究进展

许凡凡1,司辉清1,*,沈强2,郑文佳2,叶深高3

(1.西南大学食品科学学院,重庆 400716; 2.贵州省茶叶研究所,贵州贵阳 550006; 3.正安县金林茶业有限公司,贵州正安 563400)

γ-氨基丁酸(GABA)的众多生理功能已被广泛应用到各个领域中,茶叶中GABA的功能研究也日益受到茶业界的关注。文章综述了GABA茶的生理功能(如降低血压、抗糖尿病、抗癌、抗疲劳等)以及鲜叶中GABA富集技术的研究现状,以期为未来GABA茶的研究提供参考,并提出在GABA茶开发中所面临的问题,并对其研究前景进行了展望。

GABA茶,生理功能,富集技术

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA),也称氨酪酸,分子式C4H9NO2,一种四碳非蛋白质所组成的天然氨基酸,以自由态广泛存在于植物、动物及微生物中。其中哺乳动物的脑组织中含量最高,主要分布在丘脑、海马等区域,是中枢神经系统中重要的抑制性神经递质,大约有50%的中枢突触部位以GABA为递质并调节其机体功能[1,2]。研究表明,GABA具有降血压、镇静神经、抗焦虑、抗癫痫、健脑、减肥等众多生理功能。

日本Tsushida于1987年首次发现经充氮除氧处理后的茶鲜叶能积累大量的GABA,而将其鲜叶加工制成的绿茶具有明显的降血压功效,并将GABA含量在1.5 mg/g以上的茶叶命名为γ-氨基丁酸茶(Gabaron Tea)[3-4]。此后,日本对GABA茶的生产技术及功能进行了研究,并取得了一定成果。起初我国对GABA茶的研究关注甚少,研究起步晚,产品开发及技术研究不成熟。但是近年来,随着消费者对天然、健康功能性产品的追求不断增加,茶叶中GABA的众多功能逐渐引起了大家的重视,其药理功能也在不断的被发掘,对GABA茶产品的功能研究及产品开发已经成为了茶业界较为关注的热点。因此,本文将从近几年GABA茶的生理功能以及鲜叶中GABA富集技术的研究现状进行综述,以期为GABA茶的深入研究和开发提供参考。

1　GABA茶的生理功能

1.1降血压功能

据2010年调查显示,我国人群高血压患病率仍呈增长态势,目前我国约有2亿高血压患者,每10个成人中就有2人患高血压,而且约有1.3亿高血压患者还不知道自己患有高血压,高血压知晓率、治疗率和控制率较低[5],伴有脑、心脏、血管和肾脏等器官功能性或器质性改变的全身性疾病。GABA可用于预防、辅助治疗高血压等心血管疾病。研究表明GABA主要通过两种方式降压:一种是GABA通过中枢神经系统的调节能有效促进血管扩张,从而使血压降低[2];另一种是GABA能较强抑制ACE的活性[6],减少血管紧张素Ⅱ的合成,减少强升压产生,血压降低。此外,也有文献报道GABA还能减少去甲肾上腺素的释放量起到降血压作用[7]。

早期已有研究表明,富含GABA的茶叶能使血压降低[8]。黄亚辉等人[9]将加工制成的GABA绿茶对老年人进行了临床降压实验,结果表明GABA茶比普通绿茶组的临床降压效果明显,且几乎无副作用。此后,林智[10]、毛志方[11]分别对GABA茶的降血压机理及动物降压实验做了相关研究。谭俊峰等[12]人利用不同剂量的GABA超微绿茶粉给大鼠连续灌胃30 d,结果表明高剂量组(5.0 g/kg体重)对自发性高血压大鼠(SHR)的降血压效果明显,且在实验期间实验动物的心率并无明显变化。目前关于GABA茶降血压研究虽然比较多,但是关于人体GABA摄入量的降压标准及范围研究较少,缺少有说服力的科学依据,今后可将其作为GABA茶降血压机理研究的一个课题。

1.2改善和治疗糖尿病

糖尿病是一种以糖代谢紊乱为特征的慢性全身性疾病,引发原因较多,病情也较复杂,易引起心血管疾病、神经损伤、肾病、心脏病等多种并发症,现今治疗糖尿病的主要手段有控制血糖或者减轻胰岛素抵抗[13]。现研究发现GABA受体对胰腺激素如胰岛素、胰岛血糖素的分泌过程有着重要作用[14]。GABA茶能降低血糖,并抑制TNF-α(肿瘤坏死因子-α)的表达和Fas/Fas配体介导的细胞凋亡,从而抑制STZ(链脲佐菌素)诱发的糖尿病大鼠心肌化纤维,表明GABA茶可能具有抗糖尿病的功能[15]。此外,研究发现GABA茶可明显抑制糖尿病所引起的脑皮质细胞凋亡,说明了GABA茶具有防止糖尿病脑异常的可能性[16]。这些新发现将对今后糖尿病的预防和治疗有着积极的影响,同时也说明了GABA茶产品开发的重要性。

1.3抗癌功能

GABA作为抑制性神经递质,其功能主要通过与其受体相结合来实现的。GABA受体有三种类型即GABAA、GABAB和GABAC,其中GABAA和GABAC都为离子型受体,GABAB则为代谢型受体。研究表明,GABA对肝细胞增殖起着重要的调节作用[17],其过程可能与GABAA受体的θ亚基有关[18]。而Thaker[19]认为GABA受体也能抑制结肠癌细胞的转移;Lodewyks等[20]人也发现GABAB受体对细胞增殖没有影响,但能减少细胞迁移,这种抑制作用可能涉及到cAMP(环单磷酸腺苷)信号,而不是MMP(基质金属蛋白酶)的表达。此外,研究表明GABA在体外能明显抑制胆管癌细胞QBC939的生长,GABA通过GABAB受体介导后抑制胆管癌细胞生长的抗癌机制,可能与调控JAK/STAT3(两面神激酶/信号转导子和转录激活子3)信号通路有关[21-22]。在茶叶中,研究发现GABA茶提取物比普通茶叶中主要儿茶素成分EGCG(表没食子儿茶素没食子酸酯)更具有遗传毒性和促氧化性,GABA茶与铜离子的协同作用导致DNA(脱氧核糖核酸)裂解,说明了GABA茶提取物具有潜在抗癌特性的可能[23]。另研究发现在GABA茶提取物中锌离子可作为助氧化剂来增强调制DNA裂解,GABA茶具有氧化和抗氧化双重特性[24]。这些研究和发现给预防和治疗癌症提供了新的途径,为未来GABA茶的产品开发及功能研究提供了新的途径和方向。

1.4抗疲劳功能

Kanehira给患有疲劳症者和正常者口服不同剂量的GABA饮料,结果表明与正常组相比患有疲劳症的人口服含有50 mgGABA的饮料(250 mL)能明显降低精神上和身体上所产生的疲劳感,且解决问题的能力也有所提高[25]。杨帆等人[26]采用昆明种小鼠游泳力竭实验,给实验小鼠灌胃不同剂量的γ-氨基丁酸茶,结果表明GABA茶具有明显的抗疲劳作用,且能延长小鼠力竭游泳时间,保护肝糖原和肌糖原,减少乳酸的生成。在工作、学习、运动等过程中,很容易产生疲劳感,这是一种正常的生理现象。所以,将含有GABA茶饮料研究应用在满足机体高强度运动的需要上也是十分有意义的。

1.5改善脑功能,增强记忆力

在哺乳动物的大脑中,GABAA是GABA最重要的受体,GABA能突触传递大多都是由GABAA介导的。H. Möhler[27]报道了GABAA具有介导记忆障碍、睡眠障碍、焦虑障碍及精神分裂等脑部疾病的多种功能。Glu(谷氨酸)与GABA的代谢调节对学习记忆有着重要作用,在一定范围内,Glu/GABA的比值升高对学习记忆有促进作用,但比值过高则有抑制作用[28-29]。Thanapreedawat[30]认为GABA对认知功能及时间记忆有一定的影响作用。此外,研究表明GABA对情绪波动、焦虑及压力缓解有着重要的作用[31-32];在茶叶中,吴春兰等[33]人研究发现GABA毛叶茶具有明显的催眠效果。

1.6其他功能

此外,众多研究表明GABA具有镇痛作用[34]、抗癫痫病[35-36]等精神疾病、调节激素分泌及控制哮喘病[37]等功能。但是目前相关GABA茶的这些功能性研究还比较少见,关于GABA茶生理功能的研究仍任重而道远。

2　茶叶中GABA的富集技术

2.1厌氧技术

目前,常将CO2、N2、真空和厌氧/好气交替等处理作为茶叶中的厌氧处理条件。Tsushida利用同位素追踪发现在厌氧环境下Glu有益于GABA和Ala(丙氨酸)的积累,且鲜叶经充氮厌氧处理5 h后,GABA含量可达1.74 mg/g[38]。而林智[39]发现利用真空作为厌氧处理的效果要明显优于N2处理。此后,郝强等人对真空厌氧处理茶鲜叶的设备进行了研究,并对其加工技术的数字化控制进行了初探[40-41]。杨明容[42]在此基础上利用该设备制成的普洱生茶其GABA的含量能达到1.50 mg/g以上,说明了该设备能生产出符合GABA茶标准的茶叶。而泽井佑典等人[43]发现采用厌氧/好气交互处理茶鲜叶后,其GABA的含量要比连续厌氧处理高出很多。沈强等[44]人对茶鲜叶经13～14 h的厌氧/好气处理后,茶叶中的GABA含量能达到1.86 mg/g以上,但交替时间过长会影响成茶品质。

厌氧处理时间和温度对GABA茶的品质影响较大,厌氧处理时间过长,GABA含量并非越高,反而会造成叶底花杂,降低成品茶品质,而厌氧/好气交替处理次数也不易过多,否则易造成红梗红叶;温度对GABA的含量影响不大,但若温度高于40 ℃会使叶底在短时间内变黄,茶氨酸、儿茶素含量也会降低[7,45]。在实际生产中,经厌氧处理加工而成的GABA茶容易产生一种不愉快的特殊气味,但有研究发现利用茉莉花[46]、菊花[47]的香气可以消除γ-氨基丁酸茶所产生的不良气味。所以,通过矫香工艺,提升γ-氨基丁酸茶感官品质,具有较大发展空间。

2.2喷施叶面肥

吴琴燕等人[48]利用谷氨酸钠、CaCl2和VB6三种叶面肥喷施茶树后均能使鲜叶中GABA含量明显增加,但由于受自然生长状态的限制,经叶面肥喷施处理的茶鲜叶其GABA含量最高仅达0.77 mg/g,加工而成的红茶GABA含量最高也仅能达0.45 mg/g,远远低于GABA茶1.5 mg/g的标准,因此必须要结合一定的厌氧技术。张定等[49]人发现在茶树叶面喷施6种氨基酸后合成GABA能力最强的是谷氨酸,并且以0.5%谷氨酸叶面肥喷施茶树5 d后,再结合厌氧技术加工而成的GABA茶最理想。采用叶面喷施氨基酸可以促进茶树对氨基酸的吸收,更好地满足茶树的生长要求,对于生产优质的GABA茶具有很大的积极作用。

2.3浸泡处理

浸泡处理导致茶鲜叶处于低氧逆境的状态,从而使GABA积累量增加。白木与志也[50]将茶鲜叶在水中浸渍15 h后GABA的含量能达到1.61～2.80 mg/g。廖明星等[51]人发现茶鲜叶GABA主要在浸渍前期积累,持续或者间歇浸泡4 h,其含量都比在空气晾置中增加明显(p<0.01)。此外,毛清黎[52]利用2.5%谷氨酸钠浸泡鲜叶4 d后,再进行厌氧处理8 h,茶叶中GABA的含量高达2.501 mg/g,是未处理的12.6倍。浸泡处理操作简单方便、且易规模化生产,但易产生“水闷味”,影响成茶品质。

2.4微生物发酵液法

研究报道选取安全性高的微生物如乳酸菌、酵母菌等,采用微生物发酵液的方法能较好的增加GABA积累量[53]。李亚莉[54]利用专利菌株近平滑假丝酵母GPT-5-11对普洱茶进行发酵,可以大幅度提高普洱茶中GABA的含量,且灭菌每翻接种液态菌的普洱茶发酵样品GABA的含量可达1.53 mg/g,达到了GABA茶的标准。利用此方法生产的γ-氨基丁酸茶不带有异样气味。

2.5其他技术

微波照射技术也能提高GABA的含量,白木与志也利用微波照射春茶后GABA含量达2.02 mg/g,且在兼顾GABA含量及GABA茶品质的同时,以功率0.3～0.4 kW微波照射20 min时最为理想[55]。此外,研究表明采用红外线照射鲜叶[56]、低温冲击鲜叶[6]等技术也能使成品茶达到GABA茶的标准,但采用红外线照射耗电较大和微波照射对防泄露要求较高且费用较高,目前在实际生产中的应用还比较少。

3　展望

GABA的众多药理功能已被众多人所接受,富含GABA的绿茶在日本也有生产销售,其产品也受到了一些消费者特别是高血压患者的青睐,在GABA功能研究的现有基础上,发掘GABA茶药理功能并将其运用到产品开发上将会对人类健康产生重要意义。在功能研究上,GABA茶主要是通过其降压功能被人类所关注,但关于人体摄入GABA的健康标准及有益范围还尚未明确,缺少功能性科学依据,仍需进一步深究;而近几年关于GABA茶的抗癌、抗糖尿病等其他功能也相继被发现,为预防和治疗癌症、糖尿病等疾病提供了新的途径,但其抗病机理还尚未清楚,可作为未来的研究方向;在GABA的众多功能研究的基础上,挖掘GABA茶的功能性,开发天然功能性产品,符合当今保健行业的发展趋势,具有较大市场前景。在生产技术上,经厌氧处理加工而成的GABA茶具有明显的“异味”,限制了其在国际上的发展;浸泡处理成本较低,但易产生“水闷味”;红外线和微波照射处理费用大,要求严,不易大面积生产。但是,通过工艺的改进、生产设备的研发,提升GABA茶的感官品质,是值得作为以后探索研究的创新课题;此外,增加花色品种如加工成红茶、乌龙茶和花茶等,增加饮料类型如加工成纯茶饮料、调味茶饮料和复合茶饮料等,适应不同消费者的口味,相信未来会有较大的发展前景。

据统计,截止2014年,我国茶园面积已有4112万亩,干毛茶总产量约209万吨,总产值达到1349亿元。但我国许多产茶区主要采摘春茶,夏秋茶利用率较低,所以利用夏秋茶资源研究GABA茶技术及功能,开发天然功能性的茶产品,不仅能提高我国夏秋茶产品的附加值,延长茶产业链,也能促进我国茶产业的可持续发展,造福于人类。

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Research progress on the physiological functions and enrichment technique of GABA tea

XU Fan-fan1,SI Hui-qing1,*,SHEN Qiang2,ZHENG Wen-jia2,YE Shen-gao3

(1.College of Food Science,Southwest University,Chongqing 400716,China; 2.Guizhou Tea Research Institute,Guiyang 550006,China; 3.Zheng’an County Jinlin Tea industrial Limited Company,Zheng’an 563400,China)

With numerous physiological functions,γ-aminobutyric acid(GABA)has been widely used in various fields. Studies on its functions in tea have increasingly attracted the attention of tea reasearchers. This paper mainly illustrates the physiological functions of GABA tea(such as lowering blood pressure,anti-diabetes,anti-cancer,anti-fatigue and so on)and the present researches of enrichment technique in fresh leaves so as to provide a reference for the further study of GABA tea in the future. Finally,problems faced with in GABA tea development and prospective research in this field was discussed in this paper.

GABA tea;physiological functions;enrichment technique

2015-10-26

许凡凡(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：制茶工程与贸易，E-mail：xufan163@126.com。

司辉清(1958- )，男，硕士研究生，副教授，主要从事茶叶加工教学及科研方面的工作，E-mail：shq464@126.com。

贵州省农业科学院院专项(黔农科院院专项[2013]009号)；贵州省农业攻关项目(黔科合NY[2015]3023-2号)；贵州省科技创新人才团队项目[黔科合人才团队(2014)4025]。

TS272

A

1002-0306(2016)10-0381-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.071