γ-氨基丁酸的乳酸菌转化及在食品中的应用

◎ 倪琳钰，叶朋飞，刘 静，李秋达，周 杰，黄杰秋，杜艳琼

（1.云南乾盛司法鉴定中心，云南 昆明 650032；2.曲靖职业技术学院 现代农业系，云南 曲靖 655000）

γ-氨基丁酸（Gamma-Aminobutyric Acid，GABA）是一种4-C非蛋白质氨基酸，几乎在所有原核和真核生物中都存在，是游离氨基酸的重要组成部分，是脊椎动物中枢神经系统的主要抑制性神经递质和大脑中的主要抑制性神经递质。研究表明，GABA具有参与调节pH、N存储、植物发育和防御、预防血压和心率等心血管疾病、在疼痛和焦虑的感觉中起缓解作用等生理功能[1-2]。微生物是GABA的主要来源，在发酵过程中通过谷氨酸脱羧酶作用与L-谷氨酸反应产生GABA[3]。乳酸菌是在世界范围内被公认为安全等级的食品微生物，能产生大量GABA[4-5]。本文主要综述了GABA的乳酸菌转化途径、益生功能以及在食品中的应用现状，为高产GABA乳酸菌进一步研究及开发更多的功能性发酵产品奠定理论基础。

1 GABA的乳酸菌转化途径

目前，GABA的生产以化学合成和微生物转化2种方式为主，而化学合成的GABA禁止作为食品添加剂使用，因此微生物转化的GABA用于食品添加剂具有重要意义。已报道多种微生物可用于GABA的转化生产，包括芽孢杆菌、大肠杆菌、曲霉和乳酸菌[6]。GABA是乳酸菌中谷氨酸脱羧的终产物，由对磷酸吡哆醛具有依赖性的谷氨酸脱羧酶（Glutamic Acid Decarboxylase，GAD）通过L-谷氨酸不可逆的α-脱羧而合成。GAD系统主要由谷氨酸脱羧酶、Glu/GABA反向转运蛋白和转录调节因子组成，其中谷氨酸脱羧酶负责GABA的合成，Glu/GABA反向转运蛋白负责将胞外的谷氨酸运输到胞内并将胞内合成的GABA转移到细胞外[7-9]。

2 乳酸菌转化GABA的益生功能

现有研究中，对乳酸菌转化GABA的益生功能的研究较多[10]。INOUE等[11]研究发现，每天摄入含有10～12 mg/100 mL GABA的发酵乳可以在2周内显著降低轻度高血压患者的血压。BARLA等[12]通过16S核糖体RNA基因（rDNA）序列和碳水化合物同化能力分析，通过物种水平的分类学评估了来自日本各种传统发酵食品中的53株乳酸菌，筛选了在脱脂牛奶或大豆蛋白培养基中表现出高血管紧张素转化酶（Angiotens in Converting Enzyme，ACE）抑制活性的分离株，并在含有1%（w/v）谷氨酸的MRS培养基中培养，培养物上清液产生高浓度的γ-氨基丁酸（GABA），结果表明，布氏乳杆菌（2株）、短乳杆菌（6株）、希腊韦氏菌（2株）在35 ℃培养72 h后，产GABA含量大于500 mg/100 mL；使用短乳杆菌（3个分离株）、布氏乳杆菌（2个分离株）和希腊魏斯氏菌（2个分离株）与牛奶蛋白一起培养的乳清中ACE抑制活性强于所有用大豆蛋白培养基培养的乳清。并且这些IC50＜1 mg/mL蛋白质，10株中的3株在pH值为3时具有较高的GABA产生活性。LI等[13]研究发现，植物乳杆菌M-6发酵的新型鹰嘴豆乳饮料对MnCl2诱导损伤的PCl2细胞具有保护作用，与受损细胞相比，富含GABA的鹰嘴豆奶饮料提高了细胞活力，并显著减弱了乳酸脱氢酶的释放能力，说明了富含GABA的鹰嘴豆奶饮料具有潜在神经保护活性。BA等[14]将Sprague-Dawley雄性大鼠分为4组，分别为正常饮食控制（NC）、乙醇控制（EC）、乙醇+乳杆菌OPK2-59粉末（EL1）和OPK2-59+GABA粉末（EL2），饲喂6周，结果显示，与EC组相比，EL2组血液中总胆固醇和甘油三酯浓度显著降低，肝脏甘油三酯也显著降低，血清谷氨酰草酰乙酸转氨酶（Glutamic Oxalacetic Transaminase，GOT）、 谷 氨酰丙酮酸转氨酶（Glutamate Pyruvic Transaminase，GPT）和肝脏GOT水平显著降低；与EC组相比，EL1和EL2组血清乙醇浓度低于EC组，肝脏中的超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性显著增加。以上结果表明，乳杆菌OPK2-59+GABA粉末能改善大鼠脂质和酶谱。

3 乳酸菌转化GABA在食品中的应用

GABA在各个领域都有良好的应用价值，如果在食品中添加或富集GABA，能够提升食品的营养价值，在市场中具有良好的应用前景。日本是最早开始研究GABA在食品中的应用的国家，继日本、美国之后，我国原卫生部也于2009年9月正式批准GABA可用于部分食品的生产和加工中。KIM等[15]使用短乳杆菌GABA 100在30 ℃下发酵12 d富集黑树莓汁中的GABA，结果表明，在较低pH值和较低温度下发酵的黑树莓汁表现出较低的单体花青素含量。RATANABUREE等[16]用高产GABA的戊糖片球菌HN8和乳酸乳杆菌NH2生产“泰式发酵猪肉香肠”产品，结果显示，在添加0.5%的谷氨酸钠、每种菌接种量大约6 lg（CFU·g-1）时，“泰式发酵猪肉香肠”产品中产生大量GABA（4 051 mg·kg-1），且与没有添加任何发酵剂或味精的对照相比，添加了发酵剂和味精的“泰式发酵猪肉香肠”的脂肪、碳水化合物含量和能量较低，感官评价比对照和商业泰式发酵猪肉香肠产品更容易接受，酵母菌较少、无葡萄糖球菌和霉菌。LEE等[17]在泡菜中添加发酵乳杆菌GU240和味精（1%），该泡菜中GABA含量最高，感官评分最高。KISHIMOTO等[18]将从味噌和酱油中分离得到的乳杆菌NBRC 120005制成冻干粉，并按0.5 g·mL-1添加到商业味噌中，辅以80 mg谷氨酸钠，28 ℃培养7 d，结果每克味噌产生6.9 mg GABA。JEONG等[19]用短乳杆菌CFM11在最佳条件32 ℃下发酵软枣猕猴桃的汁液48 h（加入40%米糠提取物、1.0%蔗糖、3.0%大豆蛋白、0.2%硫酸镁和0.2%味精），发酵液产生浓度为 1 366.13 μg·mL-1的 GABA，结果表明，使用短乳杆菌CFM11发酵软枣猕猴桃汁液可以生产富含GABA的发酵饮料。国内乳酸菌转化GABA主要应用于发酵乳制品、发酵豆乳制品、发酵果蔬汁饮料等。表1中总结了近几年来高产GABA的乳酸菌、菌种来源和相关应用。

表1 常见高产GABA的乳酸菌、来源及应用总结表

4 结语

乳酸菌转化GABA在生产功能性食品、保健食品方面的作用越来越受到重视，应用前景非常广阔。然而，就目前的研究来看，高产GABA的乳酸菌主要集中在短乳杆菌和植物乳杆菌，菌种较单一，且对GABA吸收途径的研究较少，对发酵过程中GABA产生机制仍然未知。此外，关于GABA具有抗高血压和抗抑郁活性的有效剂量的信息非常有限，需要进一步研究以了解这些机制。最重要的是，在使用乳酸菌生产GABA的同时，一些乳酸菌可能还会产生生物胺（Biogenic Amine，BA），从安全角度来看，存在一定隐患。KIM等[27]研究发现用米曲霉FMBS46471和短乳杆菌GABA100发酵90 d的豆酱中GABA为7 130 ～ 11 592 mg·kg-1，酪胺为 178 ～ 305 mg·kg-1，腐胺为 139 ～ 163 mg·kg-1，组胺为 7.4 ～ 10.8 mg·kg-1，尸胺为7.1～7.9 mg·kg-1，而米曲霉发酵的豆酱中GABA为 30 ～ 1 671 mg·kg-1，酪胺为 0.8 ～ 189.0 mg·kg-1，腐胺为 1.3 ～ 85.0 mg·kg-1，组胺 3.6 mg·kg-1，尸胺0.2～2.4 mg·kg-1。结果表明，GABA的产生伴随着大量BA产生。今后的研究中需以最大限度地减少BA的产量，同时以优化GABA的产量为重点。