青稞γ-氨基丁酸發(fā)酵的初步研究

蔣博文，張玉紅，丁予章，陳建樹，韓 凝，邊紅武，朱睦元，

(1.浙江大學(xué)，浙江 杭州 310058;2.西藏農(nóng)牧科學(xué)院，西藏 拉薩 850032;3.章舸生物工程有限公司，浙江 義烏 322002)

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國高血壓患者高達(dá)1.6億人，且呈上升趨勢，高血壓的死亡率在我國偏高。另據(jù)報道，日本是世界上腦血管發(fā)病率最高的國家之一，高血壓病人患腦血管病者是正常人的13倍之多;在我國80%的腦血管病患者與高血壓有關(guān)，其中86%的腦出血和71%的腦梗塞都有高血壓史。很明顯，高血壓已日益成為現(xiàn)代都市人的健康殺手。

紅曲產(chǎn)品在我國已有上千年歷史。Endo發(fā)現(xiàn)利用紅曲發(fā)酵，其產(chǎn)物對人體有降血脂的功效，引起了全世界醫(yī)學(xué)界的極大興趣和廣泛的關(guān)注［1-2］。現(xiàn)代科學(xué)研究表明，紅曲降血脂作用主要是洛伐它汀 (lovastatin)，降血壓的主要成分是γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid 簡稱 GABA)［3-4］。GABA 是由麩酸脫羧而成的一種天然非蛋白質(zhì)氨基酸，是脊椎動物交感神經(jīng)細(xì)胞結(jié)合點(diǎn)的抑制性神經(jīng)傳遞物質(zhì)。研究表明，紅曲菌的代謝產(chǎn)物GABA在脊椎動物的心血管功能中扮演著重要角色，繼而發(fā)現(xiàn)GABA還具有健腦、降血壓、改善脂質(zhì)代謝、抗疲勞等作用［5］。

青稞屬裸大麥，為青藏高原地區(qū)農(nóng)牧民的主要食糧，是西藏最主要的特色糧食作物品種。青稞播種面積和產(chǎn)量分別占西藏糧食總播面積和總產(chǎn)量的60%和55%以上，在西藏的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要作用。隨著人們生活方式、飲食結(jié)構(gòu)、交通運(yùn)輸、遺傳育種技術(shù)等的變化，青稞出現(xiàn)部分剩余。因此，開展青稞功效成分測定分析、精深加工技術(shù)以及青稞產(chǎn)業(yè)化等研究能顯著提高青稞的附加值，給農(nóng)民帶來經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)將有關(guān)研究結(jié)果報道如下。

1 材料與方法

試驗(yàn)所用的青稞原料購自西藏自治區(qū)，品種為藏青320。

紅曲菌株20個從浙江、福建等地相關(guān)單位企業(yè)收集，通過初步篩選，選擇其中6個菌株用于試驗(yàn)分析。

設(shè)置菌株、發(fā)酵溫度、pH值、料水比、發(fā)酵時間等因子對發(fā)酵青稞GABA.得率的試驗(yàn)，青稞發(fā)酵方法參照紅曲米發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌株

根據(jù)多次預(yù)備試驗(yàn)的結(jié)果，選擇發(fā)酵溫度35℃、pH 4.6、料水比128%，比較不同菌株對GABA得率的影響，發(fā)酵79 h后，測定GABA含量，結(jié)果 (表1)表明，在選用的菌株中，3號菌株的GABA含量最高，與其他菌株差異極明顯，以此菌株開展其它因子的研究。

2.2 溫度

pH固定在4.6，在不同的發(fā)酵溫度下，發(fā)酵79 h，GABA的含量不同 (表2)，35℃ 恒溫發(fā)酵的GABA含量最高，而在其它溫度下就明顯低得多。

表1 不同紅曲霉菌株對GABA得率的效應(yīng)

表2 發(fā)酵溫度對GABA得率的效應(yīng)

2.3 pH值

在35℃恒溫條件下，控制不同pH值進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵79 h，測定GABA含量，結(jié)果 (表3)表明，pH4.6時發(fā)酵產(chǎn)物GABA的含量達(dá)最大值。

表3 不同pH值對GABA得率的效應(yīng)

2.4 料水比

控制穩(wěn)定35℃、pH 4.6的條件，通過不同的料水比進(jìn)行比較，發(fā)酵79 h后測定GABA含量。結(jié)果 (表4)表明，在料水比為128%時，GABA含量最高。

2.5 發(fā)酵時間

當(dāng)控制穩(wěn)定35℃、pH 4.6、料水比128%的條件，通過不同發(fā)酵時間對 GABA含量的試驗(yàn)，結(jié)果 (表5)表明，發(fā)酵時間控制在72～79 h之間為最佳發(fā)酵時間，GABA得率較高。

表4 不同料水比對GABA得率的效應(yīng)

表5 不同發(fā)酵時間對GABA得率的效應(yīng)

3 小結(jié)和討論

紅曲霉菌株在生長過程中能分泌淀粉酶、蛋白酶、糖化酶、麥芽糖酶、脂肪酶、果酸酶、谷氨酸脫羧酶和其他脫羧酶等。但不同的菌株所分泌的酶種類和數(shù)量有顯著的差異，不同的酶其發(fā)酵產(chǎn)物各不相同，因此在青稞GABA發(fā)酵中，選擇合適的菌株最為重要。

GABA是麩酸羥谷氨酸脫羧酶 (GAD)脫羧形成的代謝產(chǎn)物。GAD對于溫度相當(dāng)敏感，溫度低，酶的催化作用小，酶解速度隨著溫度的升高而加快，但溫度過高時會因變性而失活。在酶的最適溫度下，酶的催化作用最大，活力最強(qiáng)，酶促反應(yīng)最快，本試驗(yàn)結(jié)果表明，GAD在以青稞為基質(zhì)的情況下，35℃ 時其酶活力最強(qiáng)。

紅曲青稞中的麩酸是以它的酸酐-吡咯羧酸的形式存在的。在酸性條件下，它易水解成麩酸，而且這是一個可逆反應(yīng)，達(dá)到動態(tài)平衡:

從反應(yīng)式可以看出，吡咯羧酸的水解是在酸性條件下進(jìn)行的，因此紅曲青稞發(fā)酵過程中控制pH值就顯得相當(dāng)重要。另外，麩酸轉(zhuǎn)化成GABA是通過GAD的催化而進(jìn)行的，而 ［H+］對酶的影響很大，GABA的生成速度和得率取決于發(fā)酵醪的pH值，在最適pH范圍內(nèi)其生成速度最快，得率高。

在酶促反應(yīng)中，水分含量的多少決定了底物濃度和酶濃度。當(dāng)酶濃度穩(wěn)定時，底物濃度決定酶反應(yīng)的速度，隨著底物濃度的增加而增加，當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾拥揭欢ㄖ抵?，底物的濃度與酶反應(yīng)速度幾乎無關(guān)。

紅曲青稞發(fā)酵的時間對GABA的得率存在一定的影響。多次試驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)不同發(fā)酵時間里GABA的含量幾乎都是先升后降 (結(jié)果未列出)。GABA的含量隨發(fā)酵時間的延長而增加，但并不是無限制的。掌握合適發(fā)酵時間對GABA的得率相當(dāng)重要，不然既浪費(fèi)能源，又減低得率。在本試驗(yàn)條件下，發(fā)酵時間72～79 h較佳。

［1］Endo A， Monacolin K. A new hypocholesterolemic agent produced by a Monascus species ［J］.J Antibiot，1979，32(8):852.

［2］Endo A.Compaction(ML-236B)and related compounds as potentialcholesterol-lowering agents thatinhibitHMG-CoA reductase［J］.J Med Chem，1985，28，401-405.

［3］Kono I，Himeno K.Antimicrobial activity of Monascus pilosus IFO 4520 against contaminant of Koji［J］.Bisci Biotechnol Biochem，1999，63(8):1494-1496.

［4］張暉.富含γ-氨基丁酸保健食品的研究與開發(fā) ［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2003，29(10):50-52.

［5］Stanton H C，Woodhouse F H.The effect of gamma amino butyric acid and some related compounds on the cardiovascular system of anesthetized dogs ［J］.J Pharmacol Exp Ther，1960，128:233-242.