CN101810322B

CN101810322B - 一种生产富含γ-氨基丁酸食材的方法

Info

Publication number: CN101810322B
Application number: CN2009100289951A
Authority: CN
Inventors: 缪冶炼; 戴凤燕; 何珣
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: CN101810322A

Abstract

本发明提供了一种富含γ-氨基丁酸食材的生产方法，即将富含谷氨酸脱羧酶食材和富含谷氨酸食材混合并进行脱羧反应，得到富含GABA食材。本发明所述的方法能克服现有技术的单一材料富集法或发酵法中存在的谷氨酸转化率低、生产周期长等问题，并能高效生产富含GABA食材，以满足各种人群的特殊要求。

Description

一种生产富含γ-氨基丁酸食材的方法

技术领域

本发明涉及一种富含γ-氨基丁酸食材的生产方法，尤其涉及多材料酶法生产富含γ-氨基丁酸食材的方法。

背景技术

γ-氨基丁酸(分子式HOOCCH₂CH₂CH₂NH₂，分子量103.12，以下简称为GABA)，又名氨酪酸、呱啶酸。GABA是一种非蛋白质(non-protein)的功能性氨基酸，广泛存在于动、植物界，是哺乳动物的脑脊髓中具有抑制性的神经递质，能激活脑内葡萄糖代谢，促进乙酰胆碱合成，在人脑能量代谢过程中起重要作用。在医学上，GABA的主要功效为：治疗脑血管障碍引起的症状如偏瘫、记忆障碍、儿童智力发育迟缓、精神幼稚等；改善更年期障碍和初老期精神障碍；增强肝、肾功能；防止高血压、动脉硬化和心律失常；消除睡眠障碍；增强食欲；预防肥胖；防止皮肤老化。

一般来说，谷物胚芽、蔬菜、水果、茶叶等食材都含有微量的GABA，但天然食材中GABA的含量极少，例如，100g糙米中的GABA含量仅为3.8mg。然而，GABA对于更年期障碍和初老期精神障碍的改善效果，需要达到26mg/天的摄入量时才能发挥出来。因此，人们要求食品含有较多的GABA，以便通过食品摄取足够的GABA来预防疾病、增进健康。近年来，已经进入市场的富含GABA食品有发芽糙米、茶、饮料、糕点、饼干、调料、巧克力等。

现有技术中GABA的合成原理均如以下反应方程式所示：

食用GABA的生产方法主要有单一材料富集法和发酵法两种。在单一材料富集法的例子如下：日本专利特開2008-245527公开了一种利用香蕉和L-谷氨酸或L-谷氨酸钠生产GABA食材的方法，其中L-谷氨酸或L-谷氨酸钠的加入量为香蕉可食部分重量的0.5％～10％，最佳pH为4.5～6.5，最佳温度为20～50℃，反应时间30～120min；日本专利特開2006-259739公开了通过燕麦发芽进行GABA富集的方法，发芽阶段中空气的相对湿度为10％～90％、温度为15～40℃；日本专利特開2006345708公开了发芽大豆粉及其制造方法，在27～42℃水中浸泡24h，使大豆发芽，在此发芽过程中大豆中GABA含量从0mg/100g增加到142mg/100g-大豆异黄酮总含量从69.5mg/100g增加到305.2mg/100g，大豆皂甙含量从310mg/100g增加到470mg/100g；日本专利特開2004-159617公开了富含GABA发芽糙米的制造方法及利用发芽糙米的食品，将糙米在35～45℃水中浸泡0.5～2h后，取出后在35～45℃条件下保持1～8h使其发芽，8h以内的发芽时间可以避免12h发芽出现的微生物繁殖问题，通常糙米胚芽的GABA含量为25～50mg/100g，富集后GABA大约提高到300～400mg/100g；中国专利CN1248596C公开了一种富含GABA胚芽粉的制备方法和应用：(1)将米胚在pH5.6、40℃条件下振荡，激活内源酶，添加氯化钙500～700μmol/L，米胚中的GABA含量从原料的28mg/100g上升到615mg/100g；(2)首先采用胰蛋白酶水解米胚，则干燥米胚粉中的GABA可达2.3g/100g；(3)在米胚和pH5.6磷酸缓冲液的混合液中加入谷氨酸钠，在40℃条件下反应6h以后，谷氨酸钠的转化率达到100％，GABA产量达到20.7g/100g米胚；中国专利CN1995365A公开了一种以米糠为原料制备高浓度γ-氨基丁酸粉的方法，以米糠为原料，添加谷氨酸(0.1％～0.5％，米糠重量基准)、氯化钙(10～15mmol/mol谷氨酸)和磷酸吡哆醛(0.5～1.0mmol/L)，在水与米糠的液料比为6～8，反应温度40℃，pH5.6，6～8h的条件下得到富含γ-氨基丁酸的反应液，然后经过离心分离、超滤、浓缩和喷雾干燥后，得到含量为50％的GABA粉。

发酵法即利用微生物将底物中的谷氨酸或谷氨酸钠转化成GABA。具有谷氨酸脱羧酶生产能力的微生物可包括乳酸菌、酵母、枯草菌、大豆红曲等，作为底物的食材可包括紫菜、西红柿、芦笋、大豆、谷物胚芽、米糠、甜料酒糟等。日本专利特開2008-86292及特開2007-267662公开了用乳酸菌对紫菜作用，生产富含GABA食材的方法；日本专利特開2006-121989公开了一种用大豆为原料的大豆红曲生产的方法，大豆红曲的GABA含量为30～100mg/100g；日本专利特開2001-352940公开了利用乳酸菌或酵母对米糠、米胚、麦胚、麸皮进行发酵，在30℃、一周的条件下能使底物材料中95％的谷氨酸或谷氨酸钠转化成GABA；日本专利特開2000-14356公开了利用具有蛋白酶活性和谷氨酸脱羧酶活性的微生物对含有蛋白质的食材进行发酵，生产高GABA含量饮料，具有蛋白酶活性的微生物包括Lactobacillus属、Lactococcus属、Bifidobacterium属的细菌，具有谷氨酸脱羧酶活性的微生物包括乳酸菌和Bifidobacterium属细菌；中国专利CN 101225418公开了一种以稻米为原料制取GABA的方法，此方法利用杆菌包括植物乳杆菌和短乳杆菌，在30～40℃下对淀粉酶和蛋白酶处理后的稻米乳进行发酵3～5天，然后经过过滤、浓缩、干燥，制备出GABA含量在40％以上的产品。

综上所述，单一材料富集法通过激活内源谷氨酸脱羧酶来生产GABA，因此操作简单、生产成本低，但是在激活谷氨酸脱羧酶的同时，也可能激活丙酮酸转氨酶，使生成的GABA进一步降解，降低GABA产率，此外，谷氨酸脱羧酶和谷氨酸分别存在于材料中，使得谷氨酸向GABA的转化率较低；而另一方面，发酵法GABA生产中，谷氨酸的转化率较高，但是需要合适的菌种和发酵设备，而且需要数天至一周的发酵时间，生产周期较长。

发明内容

GABA是由谷氨酸经谷氨酸脱羧酶脱去羧基而产生的。因此本发明的技术目的在于提供一种新的富含GABA食材的生产方法，该方法能克服现有技术的单一材料富集法或发酵法中存在的谷氨酸转化率低、生产周期长等问题，并能高效生产富含GABA食材，以满足各种人群的特殊要求。

本发明的技术方案如附图1所示：

一种多材料酶法生产富含GABA食材的方法，将富含谷氨酸脱羧酶食材和富含谷氨酸食材混合并进行脱羧反应，得到富含GABA食材。

本发明所述的多材料酶法生产富含GABA食材的方法，具体步骤包括：

1、将富含谷氨酸脱羧酶食材中的谷氨酸脱羧酶活化；

2、将富含蛋白质食材中的蛋白质分解；

3、将步骤(1)和(2)得到的食材混合进行脱羧反应，得到富含GABA食材。

本发明所述的将谷氨酸脱羧酶活化的方法是：在温度10～50℃、pH3.5～7.5、料液比1∶1～1∶20、反应时间0.5～24h的条件下激活富含谷氨酸脱羧酶食材中的内源酶；

本发明所述的将蛋白质分解的方法是：利用外源酶或内源酶，在温度10～70℃、pH3.5～7.5、料液比1∶1～1∶20、反应时间1～48h的条件下，对富含蛋白质食材中的蛋白质进行水解；

本发明所述的谷氨酸脱羧反应是：根据1～100谷氨酸脱羧酶活/g-谷氨酸的比例，将富含谷氨酸脱羧酶食材和富含谷氨酸食材混和，在温度10～50℃、pH3.5～7.5、氯化钙添加量1～50mmol/mol-谷氨酸、反应时间0.5～12h的条件下进行反应；

本发明所述的富含谷氨酸脱羧酶食材包括香蕉、荞麦、大麦胚、米胚；

本发明所述的富含蛋白质食材包括大豆、玉米、米糠、花生、核桃；

通过本发明所述方法制得的富含GABA食材产品为多水分状态，可以直接用于饮料、食品加工，也可以通过脱水、浓缩、干燥等手段加工成干燥粉末食材。

本发明的有益效果在于：本发明所提供的多材料酶法生产工艺简单；本发明所提供的多材料酶法方便于选择高谷氨酸脱羧酶含量和高蛋白含量的食材；本发明所提供的多材料酶法方便于选择谷氨酸脱羧酶激活条件、蛋白酶解条件和谷氨酸脱羧反应条件；本发明所提供的多材料酶法，产品GABA含量控制方便，谷氨酸脱羧反应迅速。

附图说明

图1多材料酶法富含GABA食材生产工艺

具体实施方式

食料中谷氨酸转化率的计算公式：

其中，系数1.43为谷氨酸分子量(147.13)与GABA分子量(103.12)之比。

GABA及谷氨酸的高效液相色谱分析方法：

色谱仪：HP1100型高效液相色谱仪(美国Agilent公司)。

色谱柱：Kromasil C₁₈柱(5μm，4.6mm×250mm)；柱温：45～50℃；流动相流速：1.0mL·min^-1；紫外检测器波长：250～254nm；流动相梯度洗脱。

流动相A液：取无水醋酸钠5.7g加入1L烧杯中，再加入0.4mL三乙胺，以蒸馏水溶解并稀释至1L，用稀醋酸调节至pH6.3，滤膜过滤。取滤液960mL，加入乙腈40mL，摇匀，超声处理20min，备用。

流动相B液：乙腈∶水＝3∶2

再干燥液：乙醇∶水∶三乙胺＝2∶2∶1(v/v)

衍生试剂：异硫氰酸苯酯∶乙醇∶三乙胺∶水＝1∶7∶1∶1(V/V)

样品稀释液：取354mg NaHPO₄·12H₂O加200mL蒸馏水溶液，用酸酸-乙腈(95∶5)溶液调至pH7.4，备用。

标准曲线：分别精密配置谷氨酸和GABA标准溶液，使其含量为谷氨酸：0.025、0.05、0.1、0.25、0.5、1，2.5μmol·L^-1；GABA：0.125、0.25、0.625、1.25、2.5，6.25nmol·L^-1。按照样品衍生步骤衍生并HPLC测定，以峰面积对对质量浓度作线性回归。

实施例1

(1)称取5g米胚，粉碎过40目筛，置于100mL三角瓶中(标号1)，按照料液比1∶5添加pH3.5的醋酸-醋酸钠缓冲液；将三角瓶置于10℃的水浴锅中浸泡0.5h，并不断搅拌，以激活谷氨酸脱羧酶；(2)称取5g花生，粉碎过40目筛；置于100mL三角瓶中(标号2)，按照料液比1∶5添加pH3.5的醋酸-醋酸钠缓冲液；将三角瓶置于10℃的水浴锅中浸泡1h，并不断搅拌，利用内源酶(蛋白酶)使蛋白质水解；(3)将1号三角瓶的料液与2号三角瓶的料液混合于250mL的三角瓶中，加入氯化钙1mmol/mol-谷氨酸；再将250mL的三角瓶置于10℃的摇床中振荡反应0.5h；(4)用高效液相色谱分析法测定反应前后原料的GABA含量及反应前原料的谷氨酸含量，计算得到原料中谷氨酸的转化率20.5％。

实施例2

(1)称取2g大麦胚，粉碎过40目筛，置于100mL三角瓶中(标号1)，按照料液比1∶10添加pH5.0的醋酸-醋酸钠缓冲液；将三角瓶置于30℃的水浴锅中浸泡6h，并不断搅拌，以激活谷氨酸脱羧酶；(2)称取10g大豆，粉碎过40目筛；置于100mL三角瓶中(标号2)，按照料液比1∶10添加pH5.0的醋酸-醋酸钠缓冲液；将三角瓶置于30℃的水浴锅中浸泡12h，并不断搅拌，利用内源酶(蛋白酶)使蛋白质水解；(3)将1号三角瓶的料液与2号三角瓶的料液混合于250mL的三角瓶中，加入氯化钙15mmol/mol-谷氨酸；再将250mL的三角瓶置于30℃的摇床中振荡反应6h；(4)用高效液相色谱分析法测定反应前后原料的GABA含量及反应前原料的谷氨酸含量，计算得到原料中谷氨酸的转化率90.0％。

实施例3

(1)称取1g香蕉，粉碎过40目筛，置于100mL三角瓶中(标号1)，按照料液比1∶15添加pH6.5的醋酸-醋酸钠缓冲液；将三角瓶置于50℃的水浴锅中浸泡12h，并不断搅拌，以激活谷氨酸脱羧酶；(2)称取10g玉米，粉碎过40目筛；置于100mL三角瓶中(标号2)，按照料液比1∶15添加pH6.5的醋酸-醋酸钠缓冲液；将三角瓶置于70℃的水浴锅中浸泡48h，并不断搅拌，利用内源酶(蛋白酶)使蛋白质水解；(3)将1号三角瓶的料液与2号三角瓶的料液混合于250mL的三角瓶中，加入氯化钙50mmol/mol-谷氨酸；再将250mL的三角瓶置于50℃的摇床中振荡反应12h；(4)用高效液相色谱分析法测定反应前后原料的GABA含量及反应前原料的谷氨酸含量，计算得到原料中谷氨酸的转化率50.0％。

实施例4

(1)称取1g荞麦，粉碎过40目筛，置于100mL三角瓶中(标号1)，按照料液比1∶20添加pH6的醋酸-醋酸钠缓冲液；将三角瓶置于50℃的水浴锅中浸泡12h，并不断搅拌，以激活谷氨酸脱羧酶；(2)称取10g核桃，粉碎过40目筛；置于100mL三角瓶中(标号2)，按照料液比1∶20添加pH6的醋酸-醋酸钠缓冲液；将三角瓶置于70℃的水浴锅中浸泡36h，并不断搅拌，利用内源酶(蛋白酶)使蛋白质水解；(3)将1号三角瓶的料液与2号三角瓶的料液混合于250mL的三角瓶中，加入氯化钙70mmol/mol-谷氨酸；再将250mL的三角瓶置于50℃的摇床中振荡反应12h；(4)用高效液相色谱分析法测定反应前后原料的GABA含量及反应前原料的谷氨酸含量，计算得到原料中谷氨酸的转化率86.0％。

实施例5

(1)称取1g荞麦，粉碎过40目筛，置于100mL三角瓶中(标号1)，按照料液比1∶15添加pH7.5的醋酸-醋酸钠缓冲液；将三角瓶置于50℃的水浴锅中浸泡24h，并不断搅拌，以激活谷氨酸脱羧酶；(2)称取10g米糠，粉碎过40目筛；置于100mL三角瓶中(标号2)，按照料液比1∶20添加pH7.5的醋酸-醋酸钠缓冲液；将三角瓶置于70℃的水浴锅中浸泡24h，并不断搅拌，利用内源酶(蛋白酶)使蛋白质水解；(3)将1号三角瓶的料液与2号三角瓶的料液混合于250mL的三角瓶中，加入氯化钙100mmol/mol-谷氨酸；再将250mL的三角瓶置于50℃的摇床中振荡反应12h；(4)用高效液相色谱分析法测定反应前后原料的GABA含量及反应前原料的谷氨酸含量，计算得到原料中谷氨酸的转化率69.0％。

Claims

1.一种富含γ-氨基丁酸食材的生产方法，将富含谷氨酸脱羧酶食材和富含谷氨酸食材混合并进行脱羧反应，得到富含GABA食材；其中，所述的富含谷氨酸脱羧酶食材是香蕉、荞麦、大麦胚、米胚；所述的富含谷氨酸食材是大豆、玉米、米糠、花生、核桃；具体步骤包括：

(1)将富含谷氨酸脱羧酶食材中的谷氨酸脱羧酶活化：在温度10～50℃、pH3.5～7.5、料液比1g∶1mL～1g∶20mL、反应时间0.5～24h的条件下激活富含谷氨酸脱羧酶食材中的内源酶；

(2)将富含谷氨酸食材中的蛋白质分解：利用外源酶或内源酶，在温度10～70℃、pH3.5～7.5、料液比1g∶1mL～1g∶20mL、反应时间1～48h的条件下，对富含蛋白质食材中的蛋白质进行水解；

(3)将步骤(1)和(2)得到的食材混合进行脱羧反应，得到富含GABA食材：根据1～100谷氨酸脱羧酶活/g-谷氨酸的比例，将富含谷氨酸脱羧酶食材和富含谷氨酸食材混合，在温度10～50℃、pH3.5～7.5、氯化钙添加量1～50mmol/mol-谷氨酸、反应时间0.5～12h的条件下进行反应。