产γ-氨基丁酸的乳酸菌在发酵乳制品中的应用现状

文/谢婷婷 黄 丽 黄加祥＊

（1 广西南宁市武鸣区市场检验检测服务中心；2 中国农业科学院广西水牛研究所；3 广西壮族自治区水牛乳质量与安全控制技术工程研究中心）

γ-氨基丁酸（Gamma-Amino Butyric Acid，GABA）是由非蛋白质组成的氨基酸，是一种天然活性成分，广泛分布于动植物体内，具有极其重要的生理功能。早在1950年，就有学者研究证明其是哺乳动物体内最重要的抑制性神经递质，参与多种代谢活动，从而具有很高的生理活性[1]。抗焦虑抑郁，通过降低神经元活性，防止神经细胞过热，与另外一些物质协同阻止焦虑信息抵达脑指示中枢[2]；降血压功效，GABA的结合神经受体存在于脑血管中，能有效促进血管扩张，达到降低血压的目的[3]；降血糖，GABA以胞外信号分子形式调节胰岛细胞的分泌功能，同时通过诱导细胞膜超极化来抑制胰高血糖素分泌，即双相调节发挥降糖作用[4]。其他功能还包括利尿、改善肝肾功能、促进睡眠、控制哮喘等[5，6]。

GABA是绿色有机新型食品活性因子，人体每天摄入30～100 mg纯天然GABA就能起到缓解心脑血压，促进人体内氨基酸代谢和调节免疫等保健功能，具有很好的医药应用前景，其在功能食品中的应用已成为研究热点[7]。乳酸菌（Lactic Acid Bacteria，LAB）作为一种食品级微生物在泡菜、奶酪和酸奶等食品生产中应用广泛，是开发生物能源的重要菌种，其发酵乳制品的健康功效被世人所公认。GABA是由谷氨酸脱羧酶（GAD）催化L-谷氨酸（L-Glu）并脱羧合成而来，己有研究表明[8]，乳酸菌具有GAD活性，可以用于催化L-Glu生产GABA。本文主要对筛选自乳及其发酵制品具有产GABA作用的乳酸菌及其在发酵乳中的应用进行综述。

1 产γ-氨基丁酸乳源乳酸菌

1.1 生牛乳

夏江等[9]从未经巴氏消毒的生牛乳中分离得到1 株高产GABA的乳酸菌株hjxj-01，经鉴定为短乳杆菌（Lactobacillus Brevis），在含5.000%的L-谷氨酸钠的培养基中，产GABA最大积累浓度为7.0000 g/L。通过紫外线和γ射线进行诱变处理，得到1 株突变菌株hjxj-08119，经连续传代12 次，遗传性状稳定，平均GABA产量达到17.0000 g/L，较出发菌株hjxj-01提高142.900%。Fan等[8]针对该菌株发酵过程中生长较差的缺陷，通过克隆该菌株的GAD基因，在大肠杆菌BL21中表达，通过高效液相色谱分析纯化的重组蛋白能催化L-谷氨酸钠转化为GABA，说明蛋白质工程增加了GAD的活性，提高了GABA生物合成效率。

1.2 发酵乳

满朝新等[10]从传统发酵乳制品中筛选出1 株具有较强产GABA的菌株植物乳杆菌（Lactobacillus Plantarum）NDC75017，其产GABA的能力最高可达3.3290 g/L，进一步研究了该菌在乳中的最佳发酵条件、降胆固醇和免疫调节能力。薛玉清等[11]从内蒙古牧民自制发酵酸奶中分离出高产GABA的植物乳杆菌，与传统发酵酸奶的菌株复配研制GABA发酵乳。陆小雪[12]从酸奶中筛选出唾液链球菌嗜热亚种（Streptococcus Salivarius Subsp），发酵液中GABA含量为3.3410 g/L。赵树平[13]从新疆地区传统酸马奶分离得到瑞士乳杆菌E2303（Lactobacillus Helveticus）和发酵乳杆菌（Lactobacillus Fermenti）C65-1两株菌在含1.000%（W/V）L-谷氨酸钠（L-MSG）的TYG液体培养基中生成GABA的含量分别为0.9060 g/L和0.9620 g/L。贤乾隆[14]从传统酸乳制品中分离出多株乳酸菌，采用薄层色谱法和高效液相色谱法进行了合成GABA能力分析，获得2 株产量较高的菌株20号（0.5845 g/L）、22号（0.2799 g/L）菌株，对菌株QL-20经形态学特征、生理生化实验和16SrDNA 因鉴定，为干酪乳杆菌（Lactobacillus Casei）。

1.3 奶酪

奶酪是富含蛋白质和乳酸菌的发酵产品，且其天然酪蛋白中L-氨基酸含量丰富，在牛乳发酵和酪蛋白质水解过程中可能被释放。其种类、发酵剂、成熟条件均能影响奶酪中GABA的浓度，是GABA的潜在载体。Sokovic等[15]从当地手工Zlatar奶酪中获得一株产GABA的短乳杆菌BGZLS10-17，将添加此活菌或其产生GABA的上清液饲喂患有自身免疫性脑脊髓炎（EAE）的暗刺豚鼠，40 天后，暗刺豚鼠完全康复，说明此菌可延迟EAE发病，缩短病程和缓解病症。Siragusa等[16]从富含GABA的22 种意大利奶酪中分离出12 株产GABA的乳酸菌，其中5 株包括副干酪乳杆菌（Lactobacillus Paracasei）PF6、德氏乳杆菌乳酸亚种PR1、乳酸乳球菌（Lactococcus Lactis）PU1、植物乳杆菌C48、短乳杆菌 PM17是再制脱脂乳发酵过程中产生GABA最佳菌株。除C48，其他菌株均从GABA浓度最高的奶酪中分离获得，同时基于GAD高度保守区域的引物获得核心片段DNA并分析了氨基酸序列，并证实多株乳酸菌在模拟胃肠道条件下存活并合成GABA。Diana等[17]也从西班牙手工奶酪中筛选10 株产GABA的乳酸菌，对产量最高4 株短乳杆菌CECT 8183、CECT 8181、CECT 8182和乳酸乳球菌CECT 8184在全小麦粉培养基优化产GABA的能力，优化后产量高达0.9300 g/kg以上，可将这些菌株应用在烘焙工业中获得富含GABA的功能性烘焙食品。

2 产γ-氨基丁酸乳酸菌在乳制品中的应用

医学上素来有“药食同源”的理论，是指通过合理膳食从食品补充一些功能成分，达到预防及治疗疾病的目的。由于乳酸菌的益生功能及其安全性，利用乳酸菌发酵生产富含GABA的发酵乳、风味发酵乳、奶酪等乳制品成为目前研究开发的热点。

2.1 发酵乳

发酵乳含有大量有益活性乳酸菌，是营养与保健功能兼备的食品，已成功研发出富含GABA的多种发酵乳产品。嗜热链球菌（Streptococcus Thermophilus）能将乳糖快速转化为乳酸，是一种安全且乳制品行业应用最广泛的乳酸菌之一。Chen等[18]发现嗜热链球菌fmb5能够高产GABA，采用单因素法和响应面法优化此菌在酸奶中的培养条件，研制了富含GABA的功能性酸奶。其研究表明，培养温度38.8 ℃，谷氨酸钠添加量20.0000 g/L，培养时间120 h下，酸奶GABA最大产量为9.6600 g/L，且贮藏过程中GABA浓度、活菌数和保水能力保持稳定。韩梅等[19]对2 株高产GABA的嗜热链球菌gm-12和嗜酸乳杆菌（Lactobacillus Acidophilus）gm-11混合培养，优化工艺条件制备酸奶和酸奶饮品GABA含量均高达1.3300 g/L且感官评价良好。Linares等[20]从鱼消化道分离获得嗜热链球菌APC151，用来发酵酸乳，得到富含2.0000 g/L GABA的产品，达到商业GABA补充剂的水平，理化质构指标与对照组无差异。

植物乳杆菌是一种食品级的安全乳酸菌菌株，利用植物乳杆菌制备GABA，是比较安全、理想的途径。台湾的Liu等[21]用具有GABA活性和血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI）的植物乳杆菌NTU 102（102FM）和副干酪乳杆菌NTU 101（101FM）制备脱脂酸奶，并用于饲喂自发性高血压大鼠（SHRs），单次口服给药8 h后或每周（慢性）给药8 周后，101FM和102FM显著降低SHRs的收缩压和舒张压，主动脉组织镜检显示，中层组织的紊乱减少，可能是ACEI和GABA活性在SHRs中具有降压作用。因此，101FM和102FM可能是预防高血压的生理功能食品中有用的成分。也有学者将此菌与市售发酵剂复配用于制备发酵乳，闫天文等[22]利用分离自内蒙古传统发酵乳制品产GABA的植物乳杆菌NDC75017与德氏乳杆菌保加利亚亚种、嗜热链球菌3 株菌混合发酵酸乳，GABA含量高达0.4600 g/kg，其他感官特性和质构特性最好，为开发富含GABA的新型功能发酵乳制品提供理论依。高璐瑶[23]用产GABA的植物乳杆菌10通过单因素条件下，在脱脂乳培养基中发酵产GABA含量达到1.5500～7.6800 g/L，并优化其与嗜热链球菌ST962、保加利亚乳杆菌LB1823混合接种发酵酸乳的工艺，得到GABA含量较高的酸奶进行贮藏期实验，贮藏至第21天时，脱脂酸奶和全脂酸奶GABA含量分别达到0.6271 g/L和0.4168 g/L，比传统菌株发酵酸奶分别提高了2.090%和0.970%。

干酪乳杆菌和双歧杆菌一样，是益生菌中最具代表性的菌属，贤乾隆[14]将分离自酸奶高产GABA干酪乳杆菌QL-20复配直投式酸奶发酵剂研制出GABA含量为0.2242 g/L的功能性发酵酸奶。Hayakawa等[24]用干酪乳杆菌和乳酸链球菌YIT 2027制备GABA浓度为0.1030 g/L的脱脂发酵乳，同时用同剂量纯GABA喂养高血压患者，利用此菌具备高活性GAD酶在发酵过程中产生GABA，均起到了明显的降压效果。Inoue等[3]利用干酪乳杆菌Shirota和乳链球菌YIT 2027生产了一种新型的含GABA发酵乳，并通过人类临床研究证实可降低轻度高血压患者的血压。

短乳杆菌是植物源性高产GABA的来源，刘宁宁[25]通过诱变育种得到一株遗传稳定的高产GABA突变菌株短乳杆菌1.0727-19-1，其GABA产量达0.0050 g/L，将其用于发酵乳，SHRs试验表明具有一定降血压功能，对研制和开发富含GABA的功能性乳制品具有一定指导意义。由于短乳杆菌基因组中缺少编码细胞外蛋白酶的基因，蛋白水解特性较差，与其他菌种共同发酵能提高发酵乳的特性。韩啸[26]筛选得到短乳杆菌DL1-11，产GABA含量为（5.072±0.0280） g/L，同时与市售发酵剂（保加利亚乳杆菌+嗜热链球菌）在牛乳中进行混合发酵，在最优条件0.100%的L-谷氨酸钠添加量，37.0 ℃发酵9 h时GABA含量可达到（0.8410±0.0268） g/kg。Wu等[27]将具有GABA基因的短乳杆菌NPS-QW-145与传统发酵剂嗜热链球菌STYI-B1共培养，制备富含GABA（3.197±0.0014） g/kg的发酵乳。

有学者筛选到的高产GABA其他乳酸菌，并应用于发酵乳。赵树平[13]将高产GABA的瑞士乳杆菌ND01和E2303用于发酵乳，测得GABA含量分别是0.0165 g/L和0.0076 g/L。并且ND01发酵乳同时产ACE抑制肽，其ACE抑制活性最高达到67.180%。宋伟[28]获得2 株高产GABA的戊糖乳杆菌（Lactobacillus Pentosus）P和lnd3，在优化的培养条件下GABA产量分别是1.4064 g/L和0.4563 g/L；用于发酵脱脂乳，在添加MSG下，发酵乳中GABA产量达到0.2647 g/L和0.0677 g/L；在4.0 ℃贮藏21 天，分别提高和35.000%和45.000%。Hagi等[29]利用乳酸乳球菌乳亚种01-7制备富含GAB的发酵乳，采用代谢组学方法分析发酵乳中生物活性成分，与对照组相比，GABA含量高1 216 倍，鸟氨酸高27 倍，7种公认的ACE抑制肽含量和ACE抑制活性也比对照组高。

2.2 风味发酵乳

风味发酵乳一般以生牛乳或乳粉、果蔬汁等为原料，添加益生菌发酵剂制成的产品，因其货架期长，风味口感好，品种多，富含一定数量的益生菌，因此，深受消费者的喜爱。Park等[30]将分离自韩国泡菜的高产GABA的短乳杆菌OPY-1复配嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌，以发芽糙米、奶粉和脱脂乳一起发酵10～16 h，制备的产品GABA浓度为0.1372 g/kg DW，远高于传统方法制备的0.0013 g/kg DW。陆小雪[12]将分离自以甘蓝为原料的自制泡菜乳酸乳球菌乳酸亚种B，与酶解糙米汁、黄豆芽汁和牛乳汁进行混料发酵，优化后获得发酵液中GABA浓度高达6.4300 g/L，可作为保健饮料的基料。王冰聪[31]经紫外诱变处理后得到一株遗传性状相对稳定的GABA菌株植物乳杆菌L-SZ303UV，与直投式发酵剂混合发酵，在谷氨酸钠添加量为0.5000%，温度为45.0 ℃，发酵时间为8 h，后熟时间为18 h，获得富含GABA为4.8000 g/L的酸豆奶。Servili等[32]以产GABA的植物乳杆菌C48、副干酪乳杆菌15N和橄榄富含酚类水提物发酵生产功能性乳饮料，在发酵和贮存过程中GABA浓度增加0.6300～0.6700 g/L。Park等[33]以短乳杆菌OPY-1和大豆发芽液为原料，发酵获得大豆酸奶的GABA浓度为0.4247 g/kg DW，而传统方法生产的发酵牛乳的GABA小于0.0015 g/kg DW。Chen等[34]从加拿大当地购买一种混合菌粉（干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌、保加利亚杆菌和双歧杆菌），添加蛋白酶共同发酵低脂鲜奶用于制备乳清粉，产品中生物活性肽含量为40.200%和GABA为0.084%，动物实验表明其具有降血压的作用，有望成为预防高血压的生理功能食品。

2.3 奶酪

有“乳品之王”美誉的奶酪含有丰富的营养，奶酪在成熟过程中有乳酸菌的参与，也能生成GABA，提高奶酪的营养价值。Nomura等[35]从科汉森混合发酵剂中分离得到产生GABA的乳酸乳球菌01-7制备奶酪，以确定在pH值与GABA产量的关系，也发现随着奶酪成熟过程中pH值的降低，GABA含量呈线性增加，低pH值的奶酪品种有利于发酵剂中GABA的生成。Wang等[36]以干酪乳杆菌为发酵剂，生产了一种新型益生菌切达干酪，具有较高的抑酸活性和GABA含量。三组不同干酪乳杆菌添加量的奶酪中GABA含量分别为0.5253 g/kg、0.5381 g/kg和0.6774 g/kg，高于对照组奶酪的GABA含量0.2385 g/kg，为开发富含GABA的促进健康益生菌奶酪提供了可能。

3 展望

很多微生物尤其是乳酸菌发酵产酸以利于其在低酸环境下保持生命活力，而低pH值环境正好提高乳酸菌GAD的酶活性，可用于催化谷氨酸脱羧生产GABA。因此，选择适宜的GABA高产菌株来生产发酵乳制品和奶酪产品，显然是强化产品中GABA水平的重要途径。尽管目前有关产GABA乳酸菌的报道已经很多，但开展对产GABA的乳酸菌的分离、鉴定或通过基因工程、代谢调控等方法改善菌株，提高GABA产量等方面的研究对食品工业来说仍是一个重大课题。如需要加大高产菌株的筛选工作，而传统酸性发酵食品是高产GABA菌种的重要来源；优化GABA生产方法，大多天然产生GABA乳酸菌的产量较低，可利用基因工程技术改造获得具有较高GAD活力的基因工程菌；通过控制与改进加工条件及方法，如乳酸菌协同共生机制复配发酵，以提高乳制品中GABA的含量。目前我国GABA产业尚处于研发阶段，亟待加强产业化、产品研发以及GABA知识的宣传科普。