γ-氨基丁酸在食品中的应用研究进展_李海峰.pdf

2023 年 2 月第 44 卷第 1 期河南工业大学学报(自然科学版)Journal of Henan University of Technology(Natural Science Edition)Feb.2023Vol.44 No.1收稿日期:2022-05-15基金项目:国家自然科学基金青年项目(42107139);河南省高等学校青年骨 干 教师 培 养 计划(2019ggjs-88);河 南 工 业大 学 创新 基 金 支持 计 划 专项(2021ZKCJ15)作者简介:李海峰(1984),女,博士,副教授,研究方向为环境与食品微生物学,E-mail:。-氨基丁酸在食品中的应用研究进展李海峰,李冰冰,石硕硕,赵文建,王孟宇,周佳,贾峰河南工业大学 生物工程学院,河南 郑州 450001摘要:-氨基丁酸(GABA)属于一种氨基酸衍生物,广泛分布于动植物和微生物中,是哺乳动物中枢神经系统抑制性神经递质,具有多种生理功能。综述了 GABA 的制备方法、应用范围、有益人体健康的生理功能、富集原理以及富含 GABA 的茶、豆制品、谷物、乳制品、果蔬等功能性食品的研究现状,并对GABA 的应用前景进行了展望。可以采用特定的处理提高食品中 GABA 的含量,或将 GABA 作为生物活性化合物开发新的功能性产品,市场前景十分广阔。关键词:-氨基丁酸;生理功能;功能性食品中图分类号:TS201.2文献标志码:A文章编号:1673-2383(2023)01-0117-09DOI:10.16433/j.1673-2383.2023.01.016Research progress on the application of-aminobutyric acid in foodLI Haifeng,LI Bingbing,SHI Shuoshuo,ZHAO Wenjian,WANG Mengyu,ZHOU Jia,JIA FengCollege of Biological Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,ChinaAbstract:Gamma-aminobutyric acid(GABA),widely distributed in plants,animals,and microorgan-isms,is a kind of amino acid derivatives and an inhibitory neurotransmitter of the mammalian central nerv-ous system.As a novel functional factor,GABA has a variety of beneficial physiological functions.This paper reviewed the preparation methods,application scope,health-related physiological functions,enrich-ment principles and the current research status of GABA-related functional foods,involving GABA teas,bean products,cereals,dairy products,fruits and vegetables,etc.,and was expected to provide a basis and reference for further research and development of GABA rich functional foods.Therefore,as a kind of bioactive compound food additives or being after specific pretreatment to increase the content in food,GABA is very promising to be used in developing new functional products.Key words:-aminobutyric acid;physiological function;functional food-氨基丁酸(-aminobutyric acid,GABA)是一种具有 4 个碳原子的非蛋白质氨基酸,化学式为 C4H9NO2,相对分子质量为 103.12,广泛分布于动植物和微生物中1,属于次级代谢产物,可作为信号分子发挥作用2。很多细菌与真菌具有良好的产 GABA 能力3,如短乳杆菌(Lactoba-cillus brevis)、植 物 乳 杆 菌(Lactobacillus planta-rum)、发 酵 乳 杆 菌(Lactobacillus fermentum)等。目前,制备 GABA 的方法主要有化学合成法与生物法,其中化学合成法的生产过程存在能耗高、污染环境、易产生副产物等问题,不宜在食品领域使用;生物法包括植物富集法和微生物发酵法4,由植物富集法得到的 GABA 含量极低、分离提取困难,而微生物发酵法特异性强、所需设备相对简单、对环境友好、生产成本低、菌种多样、容易获得,适合用于大规模工业化生产5。1949 年,科学家首次在马铃薯的块茎组织中检测到 GABA6;1986 年,GABA 作为食品添加剂河南工业大学学报(自然科学版)2023 年进入市场;2009 年,我国卫生部批准 GABA 为新资源食品7,允许在饮料、可可制品、巧克力及其饮料、糖果、焙烤食品和膨化食品中添加,但不允许在婴儿食品中添加,添加限量为 500 mg/d8。日本、欧洲与美国也允许在食品中添加 GABA,其中美国食品药品管理局允许在饮料、咖啡、茶和口香糖中添加 GABA,但不允许在婴儿食品、肉制品或含肉产品中添加8。由此可见,GABA 属于安全的食品级原料,利于增加食品风味或保健功能。人体中的 GABA 含量有限,且会随着年龄增长逐年下降,需要通过外源食品或保健品等补充以维持机体需求,含 GABA 食品的开发已经成为食品生产企业的重点发展方向1。我国对 GABA研究的起步较晚,但随着大众保健意识的提高,对 GABA 的关注也越来越多。近年来,GABA 在功能性乳制品、茶叶和调味品等食品行业中得到了广泛研究,形成了 GABA 酸奶、糖果、酱油、醋和海鲜调味品等一系列产品,并且产生了良好的社会效益和经济效益。作者主要对 GABA 在食品领域的应用研究进行综述,以期为进一步获得富含 GABA 的功能性食品提供参考。1GABA 概述1.1GABA 的生理功能GABA 是大脑中的抑制性神经递质9,可作用于约 30%的神经中枢,主要平息或抑制过度兴奋和强烈的神经,被公认为“安全温和的大脑神经安定剂”。GABA 作用于脊髓的血管运动中枢时,可促进血管扩张,从而有效调节血压10;通过抑制谷氨酸的脱羧作用,GABA 可以促进谷氨酸与血液中的游离氨结合生成尿素被排出,以释放氨的毒性,从而起到养肝护肾的作用11;GABA还可作用于大脑兴奋性机制,干扰癫痫高兴奋性的产生和传播,达到预防癫痫的效果12。此外,GABA 还可以与抗焦虑受体结合,并与其他物质协同作用,防止焦虑信息到达大脑指令中心,起到抗焦虑的作用13。研究发现,服用 GABA 后饮用 60 mL 威士忌,血液中的乙醇含量明显降低,表明 GABA 能促进机体对乙醇的代谢14。在改善睡眠质量方面,GABA 可使过度活跃的脑细胞得到休息,显著降低神经细胞的兴奋性15。临床研究证明,失眠症患者口服 GABA 后在延 长 睡 眠 时 间 方 面 有 65%以 上 的 改 善16;GABA 也可以通过扩张血管、改善血液循环与促进大脑代谢来提高记忆力17,或增加胰岛素分泌,或帮助维 持胰岛素功 能,缓解糖尿 病 的 危害18。此外,GABA 还具有抗衰老19、利尿、增强免疫力及预防肥胖等众多有益的生理功能20。1.2GABA 的富集原理在植物体中,合成和转化 GABA 的途径有两条:一是由谷氨酸脱羧酶(glutamic acid decarbox-ylase,GAD)催化谷氨酸脱羧合成 GABA,称为GABA 支路(GABA shunt),也是 GABA 主要的合成途径,对 GABA 的合成贡献率达 70%左右;二是由多胺降解的中间产物转化而来,称为多胺降解途径(polyamine degradation pathway),对 GABA的合成贡献率为 30%左右21。1.3GABA 的毒理学特性李艳艳22采用限度试验法测定 GABA 经口急性毒性,采用改良寇氏法测定腹腔注射急性毒性,30 d 喂养试验测定亚急性毒性。结果显示,GABA 经口 LD50(半数致死量)10 g/kg,腹腔注射 LD50=8.78 g/kg,95%可信 限为 7.84 9.84 g/kg;在 亚 急 性 毒 性 试 验 中,在 GABA 500 mg/kg 剂量下,与阴性对照相比,对小鼠的行为、脏器指数及血液生化指标无显著影响,剖检未发现各脏器组织异常变化,证明 GABA 属实际无毒物质,临床使用安全性高。临床研究调查纯 GABA 作为膳食补充剂,18 g/d 连续 4 d 和 120 mg/d 持续 12 周摄入的研究中,没有与 GABA 相关的严重不良事件。每天以高达 1 g/kg 的剂量对大鼠和狗长期投喂 GABA没有显示出毒性迹象23。2GABA 食品的研究现状2.1GABA 茶自然条件下生长的鲜茶叶中 GABA 含量为0.002 0.206 mg/g,低于 0.02%,不能达到良好的益生功效。1987 年,日本科学家津志田藤二郎首次发现,将新鲜 茶叶经充氮 厌氧处理 6 h后,茶叶中 GABA 含 量 从 30 mg/100 g 提 高 至200 mg/100 g,他把 GABA 含量在 1.5 mg/g 以上的茶叶称为 Gabaron Tea24(GABA 茶),通过动物试验和临床医学证实 GABA 茶具有降血压功效,已得到开发的 GABA 茶产品包括绿茶(未氧化)、乌龙茶(半氧化)、红茶(完全氧化)、白茶、黑茶等25。811第 44 卷第 1 期李海峰,等:-氨基丁酸在食品中的应用研究进展目前提高 GABA 茶中有效成分含量的方法主要包括:将新鲜的茶叶进行厌氧和好氧重复交替处理、利用微波或红外线照射或者通过对新鲜茶叶进行浸泡处理26,可使 GABA 含量提高近 1倍。Wu 等27研究了新鲜茶叶在厌氧和好氧条件下 GABA 的积累,发现缺氧条件下茶树鲜叶中37%47%的 GABA 由多胺降解途径提供。有研究表明给茶树喷施 0.5%氨基酸叶面肥可以增加对氨基酸的吸收,促进 GABA 的合成,增加茶叶中 GABA 含量24。经过氨基酸叶面肥处理后的鲜茶叶中 GABA 含量虽明显提升,但仍不符合GABA 茶标准。而有学者将茶叶在缺氧条件下加工 11 h 后,茶叶中的 GABA 含量提高了 10 20倍28;对新鲜茶叶好氧厌氧交替处理 13 14 h后,茶 叶 中 GABA 含 量 可 达 到 1.86 mg/g 以上25。因此,要生产出富含 GABA 的高质量茶叶,需与厌氧技术相结合。刘冠卉等29基于传统工艺制备桑叶红茶,结果表明,冷冻萎凋结合浸泡与做青(去除茶叶中多余的水质让原本的茶香做出来)组的 GABA 含量是自然萎凋产品的 3.30 倍,自然萎凋结合浸泡与做青组的 GABA 含量是自然萎凋产品的 1.87倍。夏兴莉等30以中国山茶“龙井”叶片为研究对象,4 低温处理不同时间,发现处理 6 h 后茶叶中 GABA 含量提高约 0.1 mg/g。Dai 等31从动态代谢组学的角度研究发现,厌氧处理使茶叶中的 GABA 含量增加约 16 倍。张亚敏32以龙井茶叶作为试验对象