富含γ-氨基丁酸豆类功能食品的研究进展

王红波，魏蜜，徐媛，赵慧霞，陈禅友

(1.江汉大学生命科学学院，湖北省豆类(蔬菜)植物工程技术研究中心，武汉 430056； 2.湖北工程学院生命科学技术学院，特色果蔬质量安全控制湖北省 重点实验室，湖北 孝感 432000)

1 概述

豆类作物是三大粮食作物之一，其他两类为谷类作物和薯类作物。2016年为国际豆类年，旨在提高公众对可持续粮食生产组成部分的豆类作物的营养价值认识，以实现粮食的安全与营养。现在人们越来越重视豆类食品的优良功能。食用豆类品种较多，主要包括大豆、蚕豆、绿豆、芸豆、赤豆等，其中大豆为高蛋白质和高脂肪的豆类，而绿豆和赤豆是高碳水化合物的豆类。豆类不但是鲜食佳肴，而且是制备调味品的优质原料。由于其有益健康，豆类在世界各地被广泛食用，豆类是低血糖指数食物，含有降低胆固醇、降低心脏病疾病风险和预防癌症的功能成分，这些有益健康的成分包括生物活性蛋白质、膳食纤维、慢消化淀粉、矿物质和维生素以及生物活性化合物。在这些生物活性的化合物中,γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)作为一种非蛋白源氨基酸，成为近年来食品营养领域研究的热点[1]。

γ-氨基丁酸具有良好的生物学功能，是豆类食品加工关注的焦点。γ-氨基丁酸广泛分布于动植物体内，作为中枢神经系统重要的抑制性神经递质，对生物生命活动的调节起着不可代替的作用,是一种天然存在的非蛋白质氨基酸，具有降血压、改善糖尿病患者生理状况、改善脑机能、增强记忆、抗焦虑等生理功能[2-4]。

豆类经过发酵或发芽加工处理后，豆类产品中γ-氨基丁酸含量均会显著提高，营养品质显著改善。因此发酵豆制品和发芽豆产品是优良的保健食品资源[5,6]。

中国逐步进入老年化社会，糖尿病、心脑血管疾病，高血压等慢性疾病已经给我国老年人生活质量带来严重困扰，给社会和家庭都带来了较为沉重的负担。将豆类加工成适合于老年人食用的富含γ-氨基丁酸的功能食品，对于缓解糖尿病并发症、降血压和改善睡眠质量都具有重要作用。与此同时，豆类加工也能延长豆类种植的产业链，开发高附加值的农副产品，对农民增收也具有重要的意义。因此，本文以豆类为原料，以富含γ-氨基丁酸的豆类食品的制备方法为研究对象开展综述。

2 富含γ-氨基丁酸的豆类食品

2.1 大豆食品

大豆制品是我国传统的特色食品，食用历史悠久。大豆也是亚洲国家最受欢迎的食物之一，被制作成各种各样的产品。大豆富含多种功效成分,如低聚糖、大豆多肽、异黄酮、膳食纤维和大豆磷脂等，这些功效成分具有降血压、降血脂、预防癌症和抗衰老等功能。近年来研究表明，大豆发芽或发酵加工过程中能合成γ-氨基丁酸等大豆原料中原来含量低或不具有的功效成分[7,8]。γ-氨基丁酸是大豆中的一种非蛋白质氨基酸，与人类健康密切相关的重要功能成分。大豆原料中γ-氨基丁酸含量低，限制了大豆制品的营养品质和保健功能。因此研究大豆中γ-氨基丁酸加工方法，对于开发富含γ-氨基丁酸的大豆功能食品具有重要意义[9]。在这些产品中，豆芽被认为生产简单且经济价值高。Huang等研究发现，3天发芽大豆的营养价值较高，价值高于大豆原料，大豆发芽后γ-氨基丁酸含量增加了10倍，并且发芽大豆是各种营养素和生物活性物质的良好来源[10]。吴嘉琪等以富含γ-氨基丁酸的发芽大豆和糙米为主要原料，制作口感爽滑、风味更佳的功能性豆乳食品[11]。彭菁等以富含γ-氨基丁酸的大豆芽和玉米浓浆为原料研制出了口感清甜、玉米味和豆乳味协调的玉米味发芽豆乳[12]。

2.2 蚕豆食品

蚕豆富含淀粉、蛋白质、维生素和矿物质等，是人体良好的营养来源。发芽和发酵的方法能有效改善蚕豆营养组分和降低抗营养因子。杨润强等研究了低氧和氯化钠环境胁迫下发芽蚕豆中γ-氨基丁酸的富积规律。先在非胁迫环境下培养液pH 3.5，培养1.5天；再低氧联合氯化钠环境胁迫4天。在此条件下，发芽蚕豆中γ-氨基丁酸含量可达1.06 mg/g DW，为原料蚕豆的7.57倍[13]。王婷婷等研究了在酸性低氧胁迫条件下，蚕豆发芽过程中γ-氨基丁酸含量是原料的49.26倍。在酸性低氧胁迫条件下，发芽蚕豆可用于制备富含γ-氨基丁酸的功能食品，显著提高蚕豆的营养品质和经济价值[14]。Yang等探究了在低氧和盐胁迫条件下，脱落酸和氯化钙参与发芽蚕豆中γ-氨基丁酸生物合成的机理，研究结果表明钙离子能诱导发芽蚕豆中二胺氧化酶和谷氨酸脱羧酶的表达，脱落酸能上调发芽蚕豆中二胺氧化酶和谷氨酸脱羧酶的表达，并激活了二胺氧化酶和谷氨酸脱羧酶两种酶的活性，从而显著提高发芽蚕豆中γ-氨基丁酸的含量[15]。陈惠等研究了谷氨酸钠、氯化钙和维生素B6对发芽蚕豆谷氨酸脱羧酶及γ-氨基丁酸含量的影响，蚕豆在优化后的培养液中，γ-氨基丁酸含量达到(1.98±0.09) mg/g DW，为对照的1.83倍[16]。Li等研究发现培养液的温度和pH值对发芽蚕豆中的GABA含量具有显著影响。在33.6 ℃、pH 3.19、空气流速1.19 L/min的优化培养条件下，发芽蚕豆中GABA含量达到2.41 g/kg DW，是蚕豆原料的48倍[17]。

2.3 赤豆食品

赤豆为亚洲各国广泛种植的杂粮作物，具有蛋白高、淀粉高、脂肪低等特点，具有良好的营养价值。赤豆还含有γ-氨基丁酸、总酚和花色苷等多种能够促进人体健康的功能性成分，具备优良的保健价值[18]。Liao等用乳酸菌发酵经过冷休克处理的赤豆，赤豆中γ-氨基丁酸含量达到201.2 mg/100 g，相比于赤豆原料，γ-氨基丁酸含量提高了150倍。这种将冷休克与乳酸菌发酵相结合的技术，能够制备一种富含γ-氨基丁酸的赤豆天然功能食品[19]。Song等研究了一种用鼠李糖乳杆菌发酵生产富含γ-氨基丁酸赤豆奶的工艺方法。在豆乳中添加半乳糖、谷氨酸钠和维生素B6能显著提高γ-氨基丁酸的产量，经过优化，赤豆奶中γ-氨基丁酸含量达到1.12 mg/mL，相比于未发酵的赤豆奶γ-氨基丁酸提高了22.4倍。这种经过鼠李糖乳杆菌发酵制备的富含γ-氨基丁酸的赤豆奶将会成为消费者日常的保健佳品[20]。

2.4 其他豆类食品

由于消费者对功能性食品的需求日益增长，对各种豆类食品功能成分的鉴定与开发利用一直取得积极的进展。Limón研究发现芸豆是生物活性物质的良好来源，发酵过程是获得芸豆水溶性功能性提取物的有效方法，其中含有具有抗高血压活性功能的γ-氨基丁酸含量达到6.8～10.6 mg/g，因此发酵是一种获得优质生物活性物质的有效方法。从芸豆中提取的功能成分，可应用于制备功能食品的良好配方中[21]。Limón等还研究发现谷氨酸诱导8天的发芽芸豆，不仅使γ-氨基丁酸含量显著增加，而且还能获得抗氧化活性成分多酚和缓解高血压功能成分血管紧张素转换酶抑制剂，这些都极大地挖掘了芸豆食品的保健功能价值[22]。鹰嘴豆营养丰富，食用广泛，具有较好的食用、药用价值，可作为生产富含γ-氨基丁酸的良好食品原料。李文利用响应面优化法提高了诱变菌株在鹰嘴豆乳中γ-氨基丁酸的含量，制定了生产富含γ-氨基丁酸鹰嘴豆乳的生产工艺，并且探讨了富含γ-氨基丁酸的鹰嘴豆乳提取物对神经细胞的保护机制[23]。Trung等研究发现发芽绿豆是γ-氨基丁酸的良好食品来源，在缺氧或厌氧条件下，用响应面方法优化了浸泡pH值、萌发时间和萌发温度对γ-氨基丁酸含量的影响，在优化的萌发条件下，γ-氨基丁酸含量达到了1.64 mg/g，比绿豆原料提高了27.77倍，显著提高了绿豆的营养价值[24]。申迎宾等以豇豆为原料,优化发芽过程积累γ-氨基丁酸。研究结果表明在浸泡温度34 ℃、浸泡时间25 h、发芽温度33 ℃和发芽时间24 h的条件下，豇豆芽中γ-氨基丁酸含量能达到2.04 mg/g，是未发芽豇豆中γ-氨基丁酸的7.48倍[25]。朱青霞等也研究了发芽豇豆富集γ-氨基丁酸的最佳工艺条件,研究结果表明浸泡液体pH 3.89，浸泡时间25 h，发芽温度31 ℃，发芽时间25 h，在此条件下γ-氨基丁酸含量达到1.16 mg/g[26]。

3 结语

豆类经过发酵或发芽加工处理后，豆类产品中γ-氨基丁酸含量均会显著提高，营养品质显著改善。发酵豆制品和发芽豆产品是优良的重要保健食品资源，具有重要的研究和开发价值。大豆、蚕豆、赤豆、芸豆、豇豆和绿豆是加工制备富含γ-氨基丁酸豆类食品的重要原料，这些豆类食品的加工方法及其γ-氨基丁酸含量见表1。

表1 豆类食品的加工方法及其γ-氨基丁酸含量Table 1 The processing method of beans food and its content of γ-aminobutyric acid

由表1可知，在豆芽食品中，蚕豆豆芽和豇豆豆芽中γ-氨基丁酸含量较高。在发酵豆制品中，芸豆中γ-氨基丁酸含量较高。

4 展望

由于消费者对功能性食品的需求日益增长，对各种豆类食品功能成分的鉴定与开发利用将会取得积极的进展。富含γ-氨基丁酸的豆类食品在预防心脑血管疾病、预防癌症和缓解糖尿病并发症方面的重要作用，势必给豆类食品加工带来良好的社会价值和经济价值。在豆芽的制备过程中，除了需要关注γ-氨基丁酸的含量以外，感官品质也是影响豆芽品质的重要因素。商品性良好的豆芽产品具有颜色洁白、口感脆嫩、芽体饱满和香味纯正等优点。因此，提高感官品质和降低生产成本，以生产出适合市场需求的豆芽食品，对提高豆芽制品的品质具有积极的作用，也是生产富含γ-氨基丁酸豆芽食品的研究重点。高产谷氨酸脱羧酶益生菌的筛选和γ-氨基丁酸高效生物转化条件是生产高含量γ-氨基丁酸发酵豆类食品的关键。发芽和发酵方法提高豆类中γ-氨基丁酸含量的机理研究还需进一步深入。在确保豆类食品营养品质和安全品质的前提下，开发出高含量γ-氨基丁酸的发酵豆制品,从而可以进一步提升我国传统发酵豆类食品的功能价值,满足消费者对健康食品的需求，提高我国豆类食品的市场竞争力。