青稞γ-氨基丁酸发酵的初步研究

蒋博文，张玉红，丁予章，陈建树，韩 凝，边红武，朱睦元，

(1.浙江大学，浙江 杭州 310058;2.西藏农牧科学院，西藏 拉萨 850032;3.章舸生物工程有限公司，浙江 义乌 322002)

据不完全统计，我国高血压患者高达1.6亿人，且呈上升趋势，高血压的死亡率在我国偏高。另据报道，日本是世界上脑血管发病率最高的国家之一，高血压病人患脑血管病者是正常人的13倍之多;在我国80%的脑血管病患者与高血压有关，其中86%的脑出血和71%的脑梗塞都有高血压史。很明显，高血压已日益成为现代都市人的健康杀手。

红曲产品在我国已有上千年历史。Endo发现利用红曲发酵，其产物对人体有降血脂的功效，引起了全世界医学界的极大兴趣和广泛的关注［1-2］。现代科学研究表明，红曲降血脂作用主要是洛伐它汀 (lovastatin)，降血压的主要成分是γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid 简称 GABA)［3-4］。GABA 是由麸酸脱羧而成的一种天然非蛋白质氨基酸，是脊椎动物交感神经细胞结合点的抑制性神经传递物质。研究表明，红曲菌的代谢产物GABA在脊椎动物的心血管功能中扮演着重要角色，继而发现GABA还具有健脑、降血压、改善脂质代谢、抗疲劳等作用［5］。

青稞属裸大麦，为青藏高原地区农牧民的主要食粮，是西藏最主要的特色粮食作物品种。青稞播种面积和产量分别占西藏粮食总播面积和总产量的60%和55%以上，在西藏的农业生产、社会稳定、经济发展中起着重要作用。随着人们生活方式、饮食结构、交通运输、遗传育种技术等的变化，青稞出现部分剩余。因此，开展青稞功效成分测定分析、精深加工技术以及青稞产业化等研究能显著提高青稞的附加值，给农民带来经济效益。现将有关研究结果报道如下。

1 材料与方法

试验所用的青稞原料购自西藏自治区，品种为藏青320。

红曲菌株20个从浙江、福建等地相关单位企业收集，通过初步筛选，选择其中6个菌株用于试验分析。

设置菌株、发酵温度、pH值、料水比、发酵时间等因子对发酵青稞GABA.得率的试验，青稞发酵方法参照红曲米发酵标准程序进行。

2 结果与分析

2.1 菌株

根据多次预备试验的结果，选择发酵温度35℃、pH 4.6、料水比128%，比较不同菌株对GABA得率的影响，发酵79 h后，测定GABA含量，结果 (表1)表明，在选用的菌株中，3号菌株的GABA含量最高，与其他菌株差异极明显，以此菌株开展其它因子的研究。

2.2 温度

pH固定在4.6，在不同的发酵温度下，发酵79 h，GABA的含量不同 (表2)，35℃ 恒温发酵的GABA含量最高，而在其它温度下就明显低得多。

表1 不同红曲霉菌株对GABA得率的效应

表2 发酵温度对GABA得率的效应

2.3 pH值

在35℃恒温条件下，控制不同pH值进行发酵，发酵79 h，测定GABA含量，结果 (表3)表明，pH4.6时发酵产物GABA的含量达最大值。

表3 不同pH值对GABA得率的效应

2.4 料水比

控制稳定35℃、pH 4.6的条件，通过不同的料水比进行比较，发酵79 h后测定GABA含量。结果 (表4)表明，在料水比为128%时，GABA含量最高。

2.5 发酵时间

当控制稳定35℃、pH 4.6、料水比128%的条件，通过不同发酵时间对 GABA含量的试验，结果 (表5)表明，发酵时间控制在72～79 h之间为最佳发酵时间，GABA得率较高。

表4 不同料水比对GABA得率的效应

表5 不同发酵时间对GABA得率的效应

3 小结和讨论

红曲霉菌株在生长过程中能分泌淀粉酶、蛋白酶、糖化酶、麦芽糖酶、脂肪酶、果酸酶、谷氨酸脱羧酶和其他脱羧酶等。但不同的菌株所分泌的酶种类和数量有显著的差异，不同的酶其发酵产物各不相同，因此在青稞GABA发酵中，选择合适的菌株最为重要。

GABA是麸酸羟谷氨酸脱羧酶 (GAD)脱羧形成的代谢产物。GAD对于温度相当敏感，温度低，酶的催化作用小，酶解速度随着温度的升高而加快，但温度过高时会因变性而失活。在酶的最适温度下，酶的催化作用最大，活力最强，酶促反应最快，本试验结果表明，GAD在以青稞为基质的情况下，35℃ 时其酶活力最强。

红曲青稞中的麸酸是以它的酸酐-吡咯羧酸的形式存在的。在酸性条件下，它易水解成麸酸，而且这是一个可逆反应，达到动态平衡:

从反应式可以看出，吡咯羧酸的水解是在酸性条件下进行的，因此红曲青稞发酵过程中控制pH值就显得相当重要。另外，麸酸转化成GABA是通过GAD的催化而进行的，而 ［H+］对酶的影响很大，GABA的生成速度和得率取决于发酵醪的pH值，在最适pH范围内其生成速度最快，得率高。

在酶促反应中，水分含量的多少决定了底物浓度和酶浓度。当酶浓度稳定时，底物浓度决定酶反应的速度，随着底物浓度的增加而增加，当底物浓度增加到一定值之后，底物的浓度与酶反应速度几乎无关。

红曲青稞发酵的时间对GABA的得率存在一定的影响。多次试验均发现不同发酵时间里GABA的含量几乎都是先升后降 (结果未列出)。GABA的含量随发酵时间的延长而增加，但并不是无限制的。掌握合适发酵时间对GABA的得率相当重要，不然既浪费能源，又减低得率。在本试验条件下，发酵时间72～79 h较佳。

［1］Endo A， Monacolin K. A new hypocholesterolemic agent produced by a Monascus species ［J］.J Antibiot，1979，32(8):852.

［2］Endo A.Compaction(ML-236B)and related compounds as potentialcholesterol-lowering agents thatinhibitHMG-CoA reductase［J］.J Med Chem，1985，28，401-405.

［3］Kono I，Himeno K.Antimicrobial activity of Monascus pilosus IFO 4520 against contaminant of Koji［J］.Bisci Biotechnol Biochem，1999，63(8):1494-1496.

［4］张晖.富含γ-氨基丁酸保健食品的研究与开发 ［J］.食品与发酵工业，2003，29(10):50-52.

［5］Stanton H C，Woodhouse F H.The effect of gamma amino butyric acid and some related compounds on the cardiovascular system of anesthetized dogs ［J］.J Pharmacol Exp Ther，1960，128:233-242.