CN112602906B - 一种提高根茎类食物中γ-氨基丁酸含量的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高根茎类食物中γ‑氨基丁酸含量的处理方法，通过对根茎类食物先进行干燥处理，能够显著提高食物中的γ‑氨基丁酸的含量，即使其后再进行熟化处理也能有效提高食物中γ‑氨基丁酸的含量。并且，本发明的处理方法简单，节省能源，环境友好，营养不流失。且本发明通过将食物烘干或者晒干，因此保质期会更长。同时本发明食物处理过程中仅仅是通过洗净、切片、干燥，其处理步骤简单，且没有外源性物质引入，较发芽技术安全性更高。
Description
技术领域
本发明涉及农产品深加工技术领域，尤其涉及一种提高根茎类食物中γ-氨基丁酸含量的处理方法。
背景技术
食物和水是人们每天的必需品。众所周知，食物可分为碱性食物和酸性食物两个大类，人们进食必须酸碱食物搭配才能维持体内血液酸碱度即PH值的平衡。所谓酸性和碱性食物，并非由口感或味觉来识别，主要是看食物被机体吸收氧化后所蕴含的化学元素来作为鉴别的依据。大部分含氮、硫、磷等非金属元素较多的为酸性食品，而含钠、钾、钙、镁等金属元素较多的则为碱性食品。并非味道酸的就是酸性食品，比如醋是酸的，柑、梅、杏等水果也是酸的，但它们非但不是酸性食品，恰恰相反，却是典型的碱性食品。又如粮食、糖果、糕点、鱼、猪肉及其他动物肉类等，全都属于酸性食品。而能否保留住食物的营养，取决于是否能正确地烹调、处理食物。
植物组织中γ-氨基丁酸(GABA)的含量极低，通常在0.3～32.5μmol/g之间。已有文献报道，植物中GABA富集与植物所经历胁迫应激反应有关，在受到缺氧、热激、冷激、机械损伤、盐胁迫等胁迫压力时，会导致GABA的迅速积累。对植物性食品原料采用某种胁迫方式处理后，或通过微生物发酵作用使其体内GABA含量增加，用这种原料加工成富含GABA的功能产品已成为研究热点。GABA作为一种新型功能性因子，已被广泛应用于食品工业领域。利用富含GABA的发芽糙米、大豆和蚕豆等原料开发的食品已面市。
γ-氨基丁酸(GABA)是一种广泛存在于动植物、藻类和微生物中的四碳非蛋白类氨基酸，是一种非必需氨基酸，又称4-氨基丁酸、γ-氨酪酸。GABA在哺乳动物中枢神经系统中作为抑制性神经递质起作用，参与脑循环生理活动，能够阻止与压力有关的信息传递到中枢神经系统，从而帮助促进脑功能健康，具有抗心律失常、调节肝脏和肾脏功能、抑制神经失调、心血管疾病和调节血压的作用。同时，GABA非蛋白质氨基酸，是哺乳动物抑制性神经传递物质，还具有激活脑内葡萄糖代谢，促乙酰胆碱合成，降血氨、抗惊厥、降血压、改善高血脂、抑制肥胖、镇痛和改善记忆等多种功能，是在人脑能量代谢过程中起重要作用的活性氨基酸。此外，GABA还可作为少年儿童智力的营养补充剂和促进剂以及作为老年人的营养剂而广泛应用于食品行业，其是一种很好的医疗药物及保健品原料，有助于减少焦虑情绪，对治疗情绪和压力相关的疾病非常有益，如性欲降低和高血压等。此外，γ-氨基丁酸由身体的谷氨酸等其他氨基酸生成，能够作为一种体内基本镇静剂，其影响与其他处方药(如安定等镇静剂)很相似。能够帮助缓和大脑神经细胞压力，因此对治疗一些刺激大脑活动中心的疾病有一定好处，如癫痫，注意力缺失症等。同时还有助于治疗酗酒，并降低酒精渴望。
前列腺增大患者可以受益于氨基丁酸补充剂，因为这种氨基酸有平衡和调节体内性激素的关键性作用。一些研究表明，γ-氨基丁酸刺激人类生长激素生长，从而帮助增加肌肉质量和降低身体总脂肪量。
癫痫病患者脊髓液中的GABA浓度低于正常水平。帕金森病人脊髓中GABA的浓度也较低。GABA对Kupperman综合症具有显著的改善效果。另外，神经组织中GABA的降低与Huntington疾病、老年痴呆等疾病有关。
在动物体内，GABA主要分布于神经组织中，在哺乳动物的脑组织内分布最高，其含量是单胺类含量的1000倍，而在外围器官中含量很少。GABA的积累会随着年龄的增长和精神压力的加大而变得困难。因此，采用日常饮食补充GABA可有效改善这种情况，以利于人体健康。
欧洲食品安全局(EFSA)虽然允许食物中添加GABA，规定GABA的膳食摄入量上限为550mg/d，但是其主要功能特性尚需严格的人群试验结果加以佐证。美国食品药品监督管理局(FDA)根据毒理学实验结果指出食品中添加GABA是安全的，使用范围包含饮料、咖啡、茶和口香糖等，但不允许在婴儿食品、肉制品或含肉产品中添加。中国卫生部2009年12号公告，GABA摄入量不得超过500mg/d，使用范围为饮料、可可制品、巧克力及其饮料、糖果、焙烤食品和膨化食品，但婴儿食品中不能添加。
已有研究表明，发芽蚕豆、萌发大豆、发芽糙米能够有效提高其中的GABA含量。临床实践研究结果表明，人体每天额外摄入100mgγ-氨基丁酸，持续12周，未见任何异常；短期经口摄入剂量高达18g时，人体耐受性良好，没有明显的副作用；γ-氨基丁酸在体内降解很快，半衰期约为20-30分钟；由于其可以通过血脑屏障进入大脑，故而孕妇、乳母以及婴幼儿不宜食用。
GABA在一系列的食物中都有存在，例如谷物、蔬菜、水果、蘑菇、海藻等。在谷物中，GABA的含量从55～718nmol/g不等，米胚芽、大麦芽和大豆芽中的GABA含量均较高(分别为389、326和302nmol/g)。蔬菜中，洋葱仅含12nmol/g为最低，而菠菜中高达414nmol/g为最高。此外，土豆、红薯、山药和羽衣甘蓝中分别含166、137、129、122nmol/g，栗子中GABA含量达到188nmol/g，但苹果、蘑菇等食物中的GABA含量较低。尽管糙米、蚕豆、小麦、绿豆等经过发芽可以提高食物中GABA的含量，然而上述食物通常需要先浸泡8-14h，然后再发芽培养1-3天。整个过程用时较长，且操作步骤较为繁琐。且需严格控制发芽过程中的温度，否则会使食物中腐败微生物大量增加，产生酸臭味，从而影响产品的口感甚至无法食用。同时，为了增加食物中γ-氨基丁酸含量，处理过程中也会添加CaCl2、NaCl等盐溶液进行处理。然而使用上述外源性添加物，会降低食品的安全性能。
发明内容
为了改善上述技术问题，本发明提供一种提高根茎类食物中γ-氨基丁酸含量的处理方法，包括先对根茎类食物进行干燥处理，然后再对其进行熟化处理。
根据本发明的实施方案，所述根茎类食物可以选自下列中的一种、两种或更多种：谷物、蔬菜和水果。例如，可以选自山药、芋头、土豆、莲菜、红薯、紫薯、蘑菇或海藻中的至少一种。
本发明中，所述的根茎类食物预先均未经过下述的干燥处理。
根据本发明的实施方案，所述干燥处理可以为烘干、真空干燥、晒干和晾干中的至少一种。优选地，所述干燥处理为烘干。
根据本发明的实施方案，所述烘干的温度可以为10-80℃，优选为20-60℃，示例性为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃。
根据本发明的实施方案，所述熟化处理可以为煮熟、蒸熟和烘烤中的至少一种。优选地，所述熟化处理可以为蒸熟。
根据本发明的实施方案，所述处理方法还包括对根茎类食物进行清洗的步骤。例如，将根茎类食物用清水清洗干净。
根据本发明的实施方案，所述处理方法还包括对清洗后的根茎类食物进行切片。例如，将清洗后的根茎类食物切至厚度为1～5mm的薄片，优选2～3mm。
根据本发明的实施方案，所述提高根茎类食物中γ-氨基丁酸含量的处理方法，包括如下步骤：
1)清洗：根茎类食物用清水清洗干净；
2)切片：将根茎类食物切成片；
3)干燥：将切成片的根茎类食物在10-80℃下干燥(优选20-60℃)或者晒干(中间注意不要发生霉变)；
4)熟化：将干燥好的根茎类食物采用蒸、煮、烘烤等方法熟化并烘干。
根据本发明的实施方案，所述煮熟或蒸熟时的介质均为水，本领域技术人员可以理解，蒸熟、煮熟的过程中的温度即为水的沸点，而食物煮熟或蒸熟的标准也是本领域技术人员公知的。
本发明的有益效果:
发明人出人意料地发现，本发明通过对根茎类食物先进行干燥处理，能够显著提高食物中的γ-氨基丁酸的含量，即使其后再进行熟化处理也能有效提高食物中γ-氨基丁酸的含量。并且，本发明的处理方法简单，节省能源，环境友好，营养不流失。且本发明通过将食物烘干或者晒干，因此保质期会更长。同时本发明食物处理过程中仅仅是通过洗净、切片、干燥，其处理步骤简单，且没有外源性物质引入，较发芽技术安全性更高(需要浸泡、再更换水发芽，并加入氯化钠、氯化钙等溶液，浸泡发芽过程中食物容易产生腐败微生物而产生酸臭味)。
附图说明
图1为烘干后蒸熟山药(WLH)和直接蒸熟后烘干山药(WLZ)的PCA得分图。
图2为烘干后蒸熟山药(WLH)和直接蒸熟后烘干山药(WLZ)的OPLS-DA得分图。
图3为烘干后蒸熟山药(WLH)和直接蒸熟后烘干山药(WLZ)的OPLS-DA载荷图。
图4为烘干(A)、蒸熟后烘干(B)、烘干后蒸熟(C)和烘干后煮熟(D)山药的1H NMR图谱。
图5为煮熟后冻干(A)、冻干后蒸熟(B)、煮熟后烘干(C)、烘干后蒸熟(D)、煮熟后晒干(E)、晒干后蒸熟(F)芋头的1H NMR谱。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1
高含量γ-氨基丁酸山药的处理方法，包括如下步骤：
1.山药样品的制备：将温县铁棍山药洗净，晾干，去皮后分别切为2-3mm薄片并于50℃烘干，烘干后的山药再蒸熟后烘干，粉碎备用。
对比样品：将洗干净切片后的山药直接蒸熟并烘干，粉碎备用。每种山药样品平行制备10份。
2.山药中成分的提取：分别称取上述步骤制备的50mg山药粉置于1.5mL离心管中，加入400μL甲醇和400μL 0.05M的pH为6.8的磷酸缓冲液，涡旋振荡5min，10000g离心5min，吸取上清液600μL置于5mm样品管中；
3.1H NMR测试：将5mm样品管置于Agilent 400MR超导核磁共振波谱仪中，OneNMRProbe探头，压制水峰脉冲序列对残余水峰进行压制，谱宽11ppm，中心频率4.5ppm，扫描次数64，弛豫时间2s；
4.主成分分析(PCA)：将获得的核磁共振氢谱进行相位校正、位移校正(TSP＝0)后，分段积分(Δδ0.02)并归一化处理后利用SIMCA软件进行主成分分析，结果如图1所示，各主成分的指认参考如下表中标准核磁数据。
表1山药中特征代谢物的1H NMR数据
a s:单峰；d:双峰；t:三峰；m:多重峰；dd:双二重峰。
5.正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)：将上述两组样本进行OPLS-DA分析，其得分图和荷载图分别如图2、图3所示。
由图中结果可知：信号差异最大的为γ-氨基丁酸，其中先烘干再蒸熟后的山药样品中有γ-氨基丁酸特征信号，而直接蒸熟后再烘干的山药样品(对比样品)中未见γ-氨基丁酸信号。
实施例2
高含量γ-氨基丁酸山药的处理方法，包括如下步骤：
1)清洗：将山药用清水洗净外皮上的泥土；
2)切片：将洗干净的山药去皮切为2-3mm薄片；
3)烘干：切片后的山药用50℃热风烘干，烘干后的山药片分别煮熟、蒸熟后备用。
对比样品：将洗干净的山药切片后直接蒸熟并烘干备用。
检测：
1.核磁共振法：
将上述制备得到的山药样品粉碎后过200目筛，分别取50mg样品加入400μL甲醇和400μL 0.05M的pH为6.8的磷酸缓冲液，涡旋震荡5min，10000rpm离心5min，取上清液600μL进行核磁共振氢谱测试，结果如图4所示。
图4表明，烘干(A)、烘干后蒸熟(C)、烘干后煮熟(D)的山药中含有γ-氨基丁酸，而直接蒸熟后烘干的山药(对比样品，图4中(B))中没有γ-氨基丁酸。
2.液相色谱法：
一、试剂：
1.平衡缓冲溶液(pH 7.0):称取3.4g磷酸二氢钾加入145.5mL 0.1mol/L的氢氧化钠溶液，用水稀释至500mL，混匀，抽滤，贮存于棕色瓶中。
2.衍生试剂(1％):称取1g氟苯，用乙腈溶解稀释至100mL，混匀。
3.衍生缓冲液(pH 9.0):称取21.0g碳酸氢钠加入470mL水溶解过滤，加入30mL乙腈于500mL试剂瓶中。
4.流动相(0.05mol/L):称取4.1g无水乙酸钠，加入100mL N，N-二甲基甲酰胺定容至1000mL容量瓶中，用20％冰乙酸调节pH至6.4，备用。
二、样品处理
1.提取：分别称取上述步骤3)处理过的山药样品及对比样品各3.5g，分别加入50mL容量瓶中，各加入40mL提取液(乙醇溶液：水＝4:1，v/v)，室温下超声提取30min，用提取液定容至50mL，摇匀，静置5min，过滤。
2.衍生：分别准确移取样品溶液(上述过滤后的溶液)和γ-氨基丁酸标准溶液各10μL于小试管中，抽干，准确加入衍生缓冲液20μL，用快速混匀器混匀，再加衍生试剂20μL，混匀，封口膜封口，放入电热鼓风干燥箱中60℃衍生30min，取出放至室温，加平衡缓冲液160μL，混匀。
3.标准曲线：称取γ-氨基丁酸标准品20mg于100mL容量瓶中，用40mL0.1mol/L盐酸溶液溶解，并定容至刻度。用水稀释配制一系列标准品溶液，和样品溶液同时进行衍生处理。
三、上机测定
1.仪器型号：华谱S6000
2.色谱柱型号：C-18柱-250mm(YMC)
3.流动相:A-0.05mol/L乙酸钠溶液；B-乙腈:水＝1:1(v/v)。洗脱梯度见下表：
| 序号 | 时间(min) | A％ | B％ |
| 1 | 0.0 | 84.0 | 16.0 |
| 2 | 0.3 | 84.0 | 16.0 |
| 3 | 4.0 | 69.0 | 31.0 |
| 4 | 9.5 | 64.0 | 36.0 |
| 5 | 17.0 | 45.0 | 55.0 |
| 6 | 28.0 | 40.0 | 60.0 |
| 7 | 34.0 | 0.0 | 100.0 |
| 8 | 38.0 | 0.0 | 100.0 |
| 9 | 39.0 | 84.0 | 16.0 |
| 10 | 46.0 | 84.0 | 16.0 |
4.流速:1.20mL/min
5.柱温:25℃
6.检测波长:360 nm
7.进样量:10μL。
测定结果：
| 样品 | 烘干 | 烘干后煮熟 | 烘干后蒸熟 | 蒸熟后烘干 |
| γ-氨基丁酸含量(％) | 0.133 | 0.073 | 0.145 | 0.018 |
结果表明，烘干能够大幅提高产品中γ-氨基丁酸的含量，即使先烘干再煮熟或者蒸熟，也能够有效提高所得产品中γ-氨基丁酸的含量，而直接蒸熟并烘干后的山药产品中γ-氨基丁酸的含量显著低于本发明处理工艺所得的产品。
实施例3
高含量γ-氨基丁酸芋头的处理方法，包括如下步骤：
1.清洗：将芋头用清水洗净外皮上的泥土；
2.切片：将洗干净的芋头切片至1-3mm；
3.处理：将切片芋头分别采用50℃热风烘干、晒干、冻干，然后分别蒸熟备用。
对比样品：将洗干净的芋头切片后直接煮熟并分别烘干、晒干、冻干备用。
检测：
1.按照实施例2中的核磁共振法进行图谱测试，结果见图5。
图5为直接煮熟后冻干(A)、冻干后蒸熟(B)、直接煮熟后烘干(C)、烘干后蒸熟(D)、直接煮熟后晒干(E)、晒干后蒸熟(F)芋头的1H NMR谱。
2.按照实施例2的液相色谱法对处理后的芋头样品中的γ-氨基丁酸含量进行检测，结果如下表所示。
结果表明，即使后续经历了蒸熟或煮熟步骤，先对芋头进行晒干和烘干处理步骤也能够有效提高芋头产品中γ-氨基丁酸的含量，而直接先进行煮熟或先进行冻干等处理步骤后，芋头产品中γ-氨基丁酸的含量显著低于本发明处理工艺所得的样品。
实施例4
高含量γ-氨基丁酸土豆的处理方法，包括如下步骤：
1.清洗：将土豆用清水洗净外皮上的泥土；
2.切片：将洗干净的土豆切片至1-3mm；
3.烘干：将土豆切片用50℃热风烘干，烘干后的土豆片煮熟备用。
对比样品：将洗干净的土豆切片后直接煮熟并烘干备用。
检测：
按照实施例2的液相色谱法进行含量检测，结果如下表所示。
结果表明：相对于先煮熟后烘干的方法，将土豆先烘干再煮熟能够有效提高所得土豆产品中γ-氨基丁酸的含量。
实施例5
高含量γ-氨基丁酸莲菜的处理方法，包括如下步骤：
1.清洗：将莲菜用清水洗净外皮上的泥土；
2.切片：将洗干净的莲菜切片至1-3mm(去皮不去皮均可)；
3.烘干：将莲菜切片用50℃热风烘干，烘干后的莲菜片煮熟备用。
对比样品：将洗干净的莲菜切片后直接煮熟并烘干备用。
检测：
按照实施例2的液相色谱法进行含量检测。
结果：
| 处理方法 | 烘干 | 烘干后煮熟 | 煮熟后烘干 |
| γ-氨基丁酸含量(％) | 0.172 | 0.120 | 0.034 |
结果表明，相对于先煮熟后烘干的方法，将莲菜先烘干再煮熟能够有效提高其中γ-氨基丁酸的含量，而直接煮熟并烘干的莲菜中γ-氨基丁酸的含量显著低于本发明处理工艺所得的样品。
实施例6
高含量γ-氨基丁酸红薯和紫薯的处理方法，包括如下步骤：
1.清洗：将红薯、紫薯分别用清水洗净外皮上的泥土；
2.切片：将洗干净的红薯、紫薯切片至1-3mm；
3.烘干：将红薯、紫薯切片后用50℃热风烘干，烘干后的紫薯、红薯分别煮熟备用。
对比样品：将洗干净切片后的红薯、紫薯直接煮熟并烘干备用。
检测：
按照实施例2的液相色谱法进行含量检测，结果如下表所示：
结果表明，先烘干再煮熟能够显著提高红薯和紫薯中的γ-氨基丁酸含量，而直接煮熟并烘干的红薯和紫薯中γ-氨基丁酸的含量显著低于本发明处理工艺所得的样品。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种提高根茎类食物中γ-氨基丁酸含量的处理方法，其特征在于，包括先对根茎类食物进行干燥处理，然后再对其进行熟化处理；
所述根茎类食物选自山药、土豆中的至少一种；
所述干燥处理为烘干；所述烘干的温度为50-80℃；
所述熟化处理为煮熟、蒸熟中的至少一种。
2.如权利要求1所述的提高根茎类食物中γ-氨基丁酸含量的处理方法，其特征在于，所述熟化处理为蒸熟。
3.如权利要求1或2任一项所述的提高根茎类食物中γ-氨基丁酸含量的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括对根茎类食物用清水清洗干净。
4.如权利要求3所述的提高根茎类食物中γ-氨基丁酸含量的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括对清洗后的根茎类食物进行切片。
5.如权利要求4所述的提高根茎类食物中γ-氨基丁酸含量的处理方法，其特征在于，将清洗后的根茎类食物切至厚度为1~5mm的薄片。
6.如权利要求5所述的提高根茎类食物中γ-氨基丁酸含量的处理方法，其特征在于，将清洗后的根茎类食物切至厚度为2~3mm。
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