γ氨基丁酸富集方法的研究进展

何梦秀　陈芳艳　钟杨生等

摘要 γ氨基丁酸（γAminobutyric acid，GABA）是四碳非蛋白质氨基酸，为哺乳动物中枢神经系统主要的抑制性神经递质，具有降血压、改善脑功能、抗癫痫和抗衰老等多种功效。作为一种新型的功能性因子，它越来越引起医药、食品等行业的关注，成为开发研究的热点。GABA广泛存在于动植物及微生物体中，然而欲利用动植物中的GABA加工为功能产品，则需要对生物体中的GABA含量富集提高。几年来，科学家们对GABA富集技术及其产品开发进行了大量研究。该研究综述了γ氨基丁酸的富集方法，并且对其应用前景进行了展望。

关键词 γ氨基丁酸；富集；技术方法

中图分类号 S879.9 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）15-015-03

Research Progress of γaminobutyric Acid Enrichment Methods

HE Mengxiu， CHEN Fangyan*， ZHONG Yangsheng et al

（College of Animal Science， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510624）

Abstract γaminobutyric acid is a fourcarbon nonprotein amino acids， as the mammalian central nervous system， the major inhibitory neurotransmitter， have lower blood pressure， improve brain function， antiepileptic and antiaging and other effect， it is as a novel functional factors cause more medicine， food and other industries concerned， the development has become a hot research. GABA is widely present in plants， animals and microorganisms， and yet want to make use of animal and plant product development capabilities， improve product quality， GABA concentration in the organism to be improved. In recent years， scientists have a number of studies for GABA enrichment technology and product development. This paper reviews the γaminobutyric acid enrichment methods， and its prospects were discussed.

Key words γaminobutyric acid； Enrichment； Technical methods

γ氨基丁酸（γAminobutyric acid，GABA）又叫氨酪酸或4氨基丁酸，是一種以自由态存在于真核生物和原核生物中的非蛋白质天然氨基酸，是一种新型功能因子，广泛分布于动植物体内，为哺乳动物脑、脊髓中重要的抑制性神经递质[1]。研究表明，GABA具有降血压[2-3]、降低胆固醇[4-6]、增强记忆力、参与脑循环的生理活动、增进脑机能、促进睡眠、镇痛安神、促进生长激素分泌、促进酒精代谢、抗癫痫和焦虑、高效减肥[7]和抗衰老等多种有益的保健功能。神经生理和神经医学的研究表明，GABA是在人脑中一种重要的活性物质。虽然GABA可由脑部的谷氨酸（Glutamic acid，Glu）在专一性较强的谷氨酸脱羧酶（Glutamic acid decarboxylase，GAD）作用下转化而成，但随着年龄的增长和精神压力的加大，GABA的积累异常困难。为此，通过日常饮食的补充，可有效改善这种状况，促进人体健康。国家卫生部于2009年9月将γ氨基丁酸列入新资源食品，富集GABA的原料可应用于生产功能性食品，通过饮食来降低和预防高血压。正是由于GABA众多有益的生理功能，富集高GABA及其产品开发利用越来越受到人们的广泛关注。笔者综述了GABA的富集技术方法，并且对其前景进行了展望。

1 植物中GABA富集法

γ氨基丁酸在植物中具有多种功效，可调节体内pH，促进代谢生长发育，提供三羧酸循环旁路的代谢产物，抵御逆境等[8]。高等植物中GABA的富集受2条不同途径的影响。一是L谷氨酸在GAD的催化下经α脱羧产生GABA，反应方程式为：

LGluGADGABA+CO2↑

另一途径是多胺降解途径[9]。其中，谷氨酸脱羧酶和二胺氧化酶（Diamine oxidase，DAO）是这2条途径的关键限速酶。在植物正常生长条件下，其体内GABA含量极低，通常在0.3～32.5 μmol/g之间[10]。当植物体受到外界胁迫如热刺激、冷冻、机械损伤、盐胁迫[11]、缺氧、浸泡和酸化等逆境胁迫或植物激素作用时，植物体内GAD酶被激活而引起酶活力的增强，从而促进GABA的大量富集[12-13]。

1.1 杂粮中γ氨基丁酸的富集

豌豆、黄豆、甜荞麦、小扁豆、大麦和莜麦等小杂粮中的蛋白质可被内源性蛋白酶水解成氨基酸，其中谷氨酸经GAD作用催化脱羧合成GABA。浸泡和萌芽是杂粮中GABA合成的关键步骤。通过改变外界因素，直接影响GAD酶活性，进而达到富集γ氨基丁酸的目的。例如，浸泡能使豌豆中γ氨基丁酸的富集量达1 261.2 mg/kg干基，是未处理的1.6倍[14]。刘畅等[15-16]以优质大豆为原料，分别采用浸泡法和冷冻处理法来提高大豆GABA含量，35 ℃水浴中浸泡6 h、27 ℃培养3 d后发芽大豆富集得到GABA含量达7.97 mg/g，是未发芽的3.1倍；而冷冻处理后，大豆中GABA含量高达11.62 mg/g，是未冷冻大豆的46倍。温度的迅速降低会导致植物细胞内的区室化加强，同时LGAD酶活性随之增强，从而引起GABA含量的增加[17]。由此可知，冷冻法富集GABA的效果较浸泡发芽法好，且操作简单易行。此外，也有研究报道，利用低氧胁迫和盐胁迫，可促进植物中抗氧化酶活力，增加抗氧化物质，提高其抗氧化性。以发芽的玉米或优良大豆为原料，经低氧胁迫培养后得到GABA含量为1.97 mg/g，是对照组的1.56倍，表明低氧胁迫可促进GABA的积累[10，18]。利用氯化钠胁迫处理同样可以触及豆芽中GABA的积累。研究表明，氯化钠胁迫造成植物细胞内Ca2+浓度迅速升高，从而诱导GAD酶活力上升。同时，盐胁迫还伴随多胺的减少，可促进GABA的富集[19]。何秋云等[20]采用液体浸润和无氧有氧交替两种方法处理马铃薯后均可富集高GABA。陈惠等[21]研究表明，以蚕豆为原材料，在低氧胁迫条件下，氯化钙、氯化钠和赤霉素可提高发芽蚕豆中GAD和DAO活性，有利于GABA的积累。由此可知，采用逆境胁迫（缺氧、冷冻、浸泡发芽等）方法，可提高植物体内的GABA富集。

曲霉是发酵工业的重要菌种，广泛分布在谷物、空气、土壤和各种有机物中。红曲霉是世界上唯一生产食用色素的微生物，在生长过程中可产生红色天然色素，是一种安全有益的菌种，适合工业化生产。蒋冬花等[49]在自然发酵的红曲中筛选、分离出一株曲霉菌株As8，以谷氨酸钠为底物，共同作用产生GABA。试验在pH 6.0，以蔗糖为碳源，以蛋白胨为唯一氮源或以蛋白胨和牛肉膏为复合氮源的条件下培养，结果GABA含量达到最高（4.2 g/L）。

由此可知，微生物中富集GABA以发酵法为主。相对于植物富集法成本高、产率低和局限性大的缺点，微生物发酵法更有优越性。它不受空间、环境和资源的限制，具有成本低、无化学残留和产量高等显著优点，是富集GABA的理想途径。

3 展望

GABA在食品中的研究和应用始于20世纪80年代中期，应用产品以日本茶饮料Gabaron为代表。在食品中应用GABA。“药食同源”绝对不是对药用GABA的简单添加，而是利用天然物质，采用生物技术方法，生产出能在食品中应用且被视为天然添加剂的食用GABA。目前，人们对GABA的生理功能的研究不断深入，并且取得一定的成效。桑叶作为一种优良的、具有多种保健功能活性物质的药食资源，对其内含丰富的GABA及前体物质谷氨酸进行开发利用。在人们消费水平日益提高以及对天然物质倍加青睐的今天，富集高GABA且开发出适用于不同人群的食品将有广阔的市场前景。

43卷15期 何梦秀等 γ氨基丁酸富集方法的研究进展

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