γ-氨基丁酸茶的研究進(jìn)展

倪娟楨 梁月榮 鄭新強(qiáng)

(浙江大學(xué)茶葉研究所，杭州 310058)

γ-氨基丁酸茶的研究進(jìn)展

倪娟楨 梁月榮 鄭新強(qiáng)*

(浙江大學(xué)茶葉研究所，杭州 310058)

茶的保健功能已被廣泛認(rèn)可，茶葉新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)也日益受到重視。GABA因其具有降血壓、抗焦慮、降低膽固醇、增強(qiáng)記憶力和促進(jìn)血液中乙醇分解等多種功效已引起各界關(guān)注。二十多年來(lái)，經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)，γ-氨基丁酸茶具有顯著的降血壓功能，日漸得到了市場(chǎng)的歡迎。本文綜述了茶樹(shù)中GABA的代謝途徑、鮮葉中GABA的富集技術(shù)以及富集機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上指出γ-氨基丁酸茶開(kāi)發(fā)中仍存在的問(wèn)題，并對(duì)其前景進(jìn)行了展望。

茶樹(shù)；γ-氨基丁酸茶；代謝途徑；富集技術(shù)

經(jīng)過(guò)數(shù)千年的發(fā)展，茶葉已成為當(dāng)今世界上最普及的保健飲品。20世紀(jì)中葉后，世界茶園面積以及茶葉產(chǎn)量均處于持續(xù)增長(zhǎng)狀態(tài)，如今，已有60多個(gè)國(guó)家引種了茶樹(shù)。中國(guó)作為茶的起源之地，在2012年，茶園面積已經(jīng)達(dá)到3529萬(wàn)畝，產(chǎn)值將近1000億。但大部分茶產(chǎn)區(qū)的夏秋茶鮮葉以及修剪枝葉等利用率較低，造成茶資源的大量浪費(fèi)。提升茶葉品質(zhì)，或從中提取天然有效成分，如茶多酚、γ-氨基丁酸等可以提高這些資源的利用率，促進(jìn)茶產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是谷氨酸經(jīng)谷氨酸脫羧酶催化而生成的一種非蛋白質(zhì)氨基酸，在自然界中分布廣泛，動(dòng)物、植物和微生物中均有存在[1]。γ-氨基丁酸是哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。已有研究表明，GABA能減少去甲腎上腺素的釋放量從而發(fā)揮降血壓的功效[2]，同時(shí)，能有效減少神經(jīng)紊亂和抑郁的發(fā)生，具有一定的鎮(zhèn)定安神作用[2,3]。除此之外，它還能在腦循環(huán)生理活動(dòng)中發(fā)揮抗心律失常、增強(qiáng)記憶力以及調(diào)節(jié)激素分泌等多種生理功能。在近二十多年來(lái)，GABA已引起各界關(guān)注，正逐漸被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品保健、化工及農(nóng)業(yè)等行業(yè)。普通茶鮮葉中含量低于0.02%，遠(yuǎn)不能滿足上述需要。因此如何提高茶葉中GABA的含量，成為研究的一大熱點(diǎn)。1987年日本研究者津志田藤二郎等人[4]將茶樹(shù)鮮葉經(jīng)6 h的充N(xiāo)2厭氧處理后，GABA的含量由30 mg/100 g增加到200 mg/100 g，經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)，以此為原料加工成的綠茶具有顯著的降血壓效果，并將此茶葉命名為γ-氨基丁酸茶(含量一般在1.5 mg/g以上)。在日本，γ-氨基丁酸茶的研究與開(kāi)發(fā)得到了重視，研制成的茶、袋泡茶和灌裝茶飲料等產(chǎn)品得到了廣大消費(fèi)者尤其是高血壓患者的青睞。在我國(guó)，由于對(duì)γ-氨基丁酸茶缺乏一定的認(rèn)識(shí)，其發(fā)展尚處于起步階段。隨著人們對(duì)健康越來(lái)越多的關(guān)注以及γ-氨基丁酸茶的藥理功能逐漸被熟知，此種保健茶必將擁有廣闊的市場(chǎng)前景。

1 γ-氨基丁酸的代謝途徑

在植物體內(nèi)，GABA主要參與了信號(hào)傳遞、生長(zhǎng)發(fā)育、碳氮營(yíng)養(yǎng)平衡和對(duì)逆境脅迫響應(yīng)等活動(dòng)，在低氧、溫度、水澇、機(jī)械傷害等逆境條件下，GABA會(huì)有一定程度的積累。

GABA的合成與代謝主要是通過(guò)三羧酸循環(huán)的一個(gè)側(cè)支進(jìn)行的,即α-酮戊二酸經(jīng)過(guò)谷氨酸(L-Glutamic acid，L-Glu)、GABA、琥珀酸半醛生成琥珀酸的途徑，這一過(guò)程稱(chēng)為GABA支路[5]。植物體內(nèi)GABA的代謝途徑如圖1所示，其中有三種關(guān)鍵酶：位于細(xì)胞質(zhì)中的谷氨酸脫羧酶(glutamate decarboxylase，GAD)、存在于線粒體或細(xì)胞質(zhì)中的γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)氨酶(Aminobutyrate Aminotransferase，GABA-T)以及線粒體中的琥珀酸半醛脫氫酶(Succinate-Semialdehyde Dehydrogenase，SSADH)[7,8]。

圖1 GABA的代謝途徑[6]

1.1 GABA的合成

研究表明，植物體內(nèi)合成和轉(zhuǎn)化為GABA的途徑有兩條：一條是L-Glu經(jīng)谷氨酸脫羧酶催化脫羧而成，另一條是由多胺降解的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化而來(lái)。

高等植物中GABA主要來(lái)源于L-Glu脫羧。1972年，Streeter和Thompson[9]發(fā)現(xiàn)利用14C-L-Glu培養(yǎng)蘿卜葉片后,葉片內(nèi)檢測(cè)到大量的14C-GABA，證明GABA由L-Glu脫羧形成。對(duì)天門(mén)冬屬植物的研究[10]中也得到了相似的結(jié)論。在對(duì)茶樹(shù)中GABA的研究中，Tsushida和Murai[11]在厭氧條件下用14C-L-Glu和15N-L-Glu培養(yǎng)茶樹(shù)離體葉片6h后，葉片中有大量14C-GABA和15N-GABA生成，也證明GABA源于L-Glu。

此外，GABA也可以經(jīng)多胺轉(zhuǎn)化。在多胺參與的途徑中，腐胺在二胺氧化酶作用下形成氨、H2O2和吡咯啉；精胺和亞精胺經(jīng)多胺氧化酶的催化分別氧化成H2O2、二氨基丙烷以及1-(3-丙氨基)2-吡咯啉和吡咯啉。最終，吡咯啉在吡咯啉脫氫酶作用下形成GABA。

1.2 GABA的降解

在對(duì)細(xì)菌以及動(dòng)物中的GABA的降解途徑的研究證明，GABA在GABA轉(zhuǎn)氨酶催化下與α-酮戊二酸發(fā)生轉(zhuǎn)氨作用生成琥珀酸半醛和L-Glu，之后，在SSADH的作用下，琥珀酸半醛氧化生成琥珀酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)。Dixon和Fowder[12]首次證明植物體中GABA的降解途徑與細(xì)菌和動(dòng)物中的相同。他們用14C-GABA孵育花生線粒體和豌豆葉盤(pán)，10 min后檢測(cè)到了帶有標(biāo)記物的天冬氨酸、谷氨酸和丙氨酸，6 h后標(biāo)記物進(jìn)入三羧酸循環(huán)的中間體，10 h后50%的標(biāo)記物以14CO2的形式存在。Tokunaga等[13]將14C-GABA加入大豆愈傷組織培養(yǎng)基中，24h后檢測(cè)到53%的14C以14CO2形式代謝出來(lái)。

2 γ-氨基丁酸的富集方式

2.1 噴施氨基酸葉面肥

葉面肥氨基酸的噴施能促進(jìn)茶樹(shù)對(duì)氨基酸的吸收，更好地滿足茶樹(shù)生長(zhǎng)需要，具有增產(chǎn)提質(zhì)的作用。研究表明，給茶樹(shù)噴施適量氨基酸葉面肥(0.067%)能使其提早發(fā)芽、增加芽頭密度和百芽重，葉片的氨基酸含量明顯提高，滋味也得到一定的改善，這對(duì)加工制作γ-氨基丁酸茶具有積極意義[14，15]。

茶樹(shù)體內(nèi)氨基酸的代謝過(guò)程中，一些氨基酸之間會(huì)相互轉(zhuǎn)化，如茶氨酸水解、天冬氨酸經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)氨均可得到谷氨酸。雖然L-Glu是GABA的前體，是影響厭氧處理后茶鮮葉中GABA含量的重要因素，但并不是氨基酸中唯一的影響因子。因此，在其余處理?xiàng)l件一致的情況下，茶鮮葉中氨基酸總量才是影響 GABA 合成的主要因素，特別是谷氨酸、茶氨酸、天冬氨酸等的含量，但每種氨基酸在厭氧處理?xiàng)l件下轉(zhuǎn)變?yōu)镚ABA的能力存在一定的差異，因此必須選擇適合茶樹(shù)的氨基酸葉面肥。張定[16]等人以噴施氨基酸的鮮葉為原料，經(jīng)過(guò)真空厭氧處理8 h，加工成的γ-氨基丁酸茶中GABA的含量遠(yuǎn)大于未噴施氨基酸的樣品，6種氨基酸葉面肥中谷氨酸合成GABA的能力最強(qiáng)，且以0.5%的濃度噴施茶樹(shù)葉面，5天后采摘加工而成的茶的綜合評(píng)價(jià)最好。

2.2 厭氧處理

自然生長(zhǎng)狀態(tài)下茶葉中GABA的含量較低，一般在 0.021-0.206 mg/g之間。經(jīng)過(guò)氨基酸葉面肥處理之后茶鮮葉中的GABA含量顯著高于對(duì)照，但仍達(dá)不到γ-氨基丁酸茶的標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了最大可能促進(jìn)GABA的生成，厭氧處理是生產(chǎn)γ-氨基丁酸茶必不可少的環(huán)節(jié)。

目前，常用的厭氧處理?xiàng)l件為CO2、N2、真空以及厭氧/好氣交替處理。津志田藤二郎等[4]研究發(fā)現(xiàn)，在N2中處理了5 h的茶葉，其GABA含量可達(dá)1.74 mg/g，而繼續(xù)延長(zhǎng)處理時(shí)間至10 h，GABA含量可高達(dá)2.34 mg/g。林智等[17]對(duì)厭氧處理中的氣體種類(lèi)、處理溫度和處理時(shí)間進(jìn)一步研究，認(rèn)為真空比氮?dú)飧邇?yōu)越性，最優(yōu)的處理系數(shù)為鮮葉在25℃下厭氧處理8 h，其GABA含量可達(dá)3.33 mg/g。而澤井佑典等人[18]發(fā)現(xiàn)，厭氧/好氣交替處理的方法可以更明顯提高茶葉中GABA的含量。經(jīng)過(guò)1次厭氧/好氣處理，GABA的含量較連續(xù)厭氧處理提高1.5倍，經(jīng)過(guò)4次循環(huán)處理，GABA含量增加了2.3倍。沈強(qiáng)[19]等人也對(duì)厭氧/好氣處理對(duì)茶葉中的GABA含量進(jìn)行了研究，結(jié)果卻表明，經(jīng)過(guò)13-14 h的厭氧/好氧氣處理，茶葉中的GABA含量?jī)H達(dá)到1.86 mg/g以上，且隨著GABA含量的升高茶葉品質(zhì)有所下降，滋味及香氣均不如對(duì)照。

由此可見(jiàn)，厭氧處理時(shí)間是影響γ-氨基丁酸茶品質(zhì)的重要因素，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不僅不能繼續(xù)提高GABA含量，而且會(huì)導(dǎo)致茶氨酸含量降低，成茶葉底花雜，影響成品茶品質(zhì)，而厭氧/好氣處理易產(chǎn)生紅葉紅梗。厭氧處理溫度對(duì)GABA的含量影響不大，但若高于40℃易降低茶氨酸、兒茶素的含量，并使葉底在短時(shí)間里發(fā)黃。合適的厭氧處理?xiàng)l件能積累較高的GABA含量，且茶葉成品的口感相對(duì)較好，不同品種、不同季節(jié)、不同環(huán)境中生長(zhǎng)的茶樹(shù)的茶葉所需的最佳厭氧處理?xiàng)l件可能存在著差異，此間存在的規(guī)律性需要進(jìn)一步探究。

根據(jù)厭氧好氣交替處理的加工原理，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所[20]研制出γ-氨基丁酸茶加工的專(zhuān)用設(shè)備——6CY-4.0型茶鮮葉真空厭氧處理機(jī)。此設(shè)備加工的γ-氨基丁酸綠茶品質(zhì)良好，無(wú)明顯酸味，GABA含量較高，明顯優(yōu)于日本同類(lèi)產(chǎn)品。

2.3 浸泡處理

浸泡處理所用的溶液一般為谷氨酸鈉或谷氨酸溶液，其方式與厭氧處理以及噴施葉面肥有一定的相似之處。浸泡處理為茶葉提供了一個(gè)無(wú)氧環(huán)境，低氧和淹漬的逆境可能激活了谷氨酸脫羧酶的活性，同時(shí)，茶葉對(duì)谷氨酸或是谷氨酸鈉的吸收能增加鮮葉中的氨基酸總量，有利于茶葉中GABA的富集。廖明星等[21]指出以pH值為4.8、濃度為2.5%的L-Glu溶液浸泡處理5.5 h時(shí)所得茶樣的GABA含量最高，可達(dá)4.55 mg/g,同時(shí)指出原料是重要的影響因素。鄭紅發(fā)等[22]經(jīng)過(guò)綜合評(píng)價(jià)得出用谷氨酸鈉溶液浸泡鮮葉時(shí)最佳的工藝參數(shù)為1.5%溶液浸泡12 h，GABA的生成量接近最大值且對(duì)品質(zhì)成分影響較小，成品茶的感官品質(zhì)優(yōu)于真空充氮法生產(chǎn)的γ-氨基丁酸茶。浸泡法在生產(chǎn)過(guò)程中具有低成本、易操作以及便于規(guī)?；葍?yōu)點(diǎn)，但易產(chǎn)生水悶味。

2.4 其它方式

Yoshliya[23]采用一定波長(zhǎng)(通常為650-2500 nm)的紅外線照射茶鮮葉20-60 min，照射溫度控制在40-50℃，所制出的γ-氨基丁酸茶中GABA含量較對(duì)照增加25.4%。

白木與志也[24]用水或0.01-0.2 mol/L谷氨酸鈉溶液浸漬茶鮮葉3h，GABA的含量增加近1倍。若輔以紅外線照射加溫處理，較單一浸漬處理時(shí)GABA含量提高1.7-2.7倍。

此外，采用低溫沖擊鮮葉[25]、將產(chǎn)生GABA的乳酸菌發(fā)酵液調(diào)成一定的濃度，在制茶揉捻過(guò)程中加入茶中[26]等方法均能使成品茶達(dá)到γ-氨基丁酸茶的標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 富集技術(shù)的機(jī)理

γ-氨基丁酸茶的加工主要是利用鮮葉采摘后的一段時(shí)間內(nèi)鮮葉仍具有一定的生理活性，人為地制造GABA生物合成的適宜環(huán)境，從而得到含較高GABA的茶。在這個(gè)過(guò)程中，影響GABA富集的因素主要有參與GABA合成代謝的酶以及茶鮮葉內(nèi)L-Glu的濃度。

大量研究表明，GAD在GABA的合成中發(fā)揮著重要作用，L-Glu是它的直接作用底物。植物體中的GAD的最適pH為5.8左右[27]，在其羧基端有一個(gè)受Ca2+水平調(diào)控的鈣調(diào)蛋白(CaM)結(jié)合部位。Wigge[28]和Shelp[29]等的研究指出由于GAD位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，L-Glu也主要位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，各種逆境(如低氧、機(jī)械破壞等)可能破壞了細(xì)胞內(nèi)部的部分結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)的pH值降低，從而有利于L-Glu脫羧而不利于GABA轉(zhuǎn)氨(最適pH 8.9)從而造成GABA積累。Kurkdjian等[30]也證實(shí)，厭氧處理可致使細(xì)胞質(zhì)pH下降0.4-0.8，而pH值下降可能是厭氧處理中GABA富集作用的主要原因。但Cholewa等[31]研究發(fā)現(xiàn)冷脅迫誘導(dǎo)蘆筍葉肉細(xì)胞合成GABA是細(xì)胞質(zhì)中Ca2+濃度上升所致，而非細(xì)胞質(zhì)pH值下降的緣故。這可能與逆境處理?xiàng)l件不同所致。在厭氧條件下，植物線粒體的氧化磷酸化作用減弱，還原電位增高，即NADH/NAD+比值變大，ADP易于轉(zhuǎn)化為ATP。這使得SSADH的活性在一定程度上受到抑制，催化琥珀酸半醛生成琥珀酸的能力減弱，從而有利于植物中GABA的合成代謝。

厭氧/好氣交替處理中，好氣處理會(huì)使得厭氧處理時(shí)內(nèi)源Glu的含量有所回升，因而交替處理技術(shù)后茶葉的 GABA 含量較一次厭氧處理高出許多。

L-Glu在GABA的合成中作用與H+或Ca2+濃度上升無(wú)關(guān)，可能與GAD的底物濃度增加有關(guān)。有研究表明，L-Glu的增多能夠增加GABA支路中的碳流量，同時(shí)也造成谷氨酰胺合成長(zhǎng)時(shí)間受到限制、蛋白質(zhì)合成減少以及蛋白質(zhì)降解增加，從而促進(jìn)了GABA的合成和積累。

3 展 望

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，全球高血壓患者超過(guò)10億人，中國(guó)約占1/3。目前治療高血壓的藥物雖然較多，但不少藥物具有一定的副作用。因此，天然的具有降血壓作用的γ-氨基丁酸茶的開(kāi)發(fā)符合當(dāng)今保健行業(yè)的發(fā)展方向，具有廣闊的前景。此外，開(kāi)發(fā)γ-氨基丁酸茶可作為解決我國(guó)夏秋茶鮮葉出路的有效途徑，對(duì)于提高夏秋茶產(chǎn)品的附加值、增加茶農(nóng)收入、推動(dòng)我國(guó)茶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

但是，經(jīng)過(guò)厭氧處理產(chǎn)生的γ-氨基丁酸茶仍具有較明顯的異味，使其在國(guó)際市場(chǎng)上的發(fā)展受到了一定的限制。同時(shí)，對(duì)鮮葉進(jìn)行γ-氨基丁酸的富集處理工藝仍存在著許多問(wèn)題，如采用紅外線照射耗電較大；氮?dú)庀託馓幚沓杀据^高；微波照射有一定的防泄露要求；谷氨酸鈉溶液處理鮮葉容易產(chǎn)生“水悶味”等。因此，如能通過(guò)工藝改進(jìn)(如矯香工藝[32])、生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)、提升γ-氨基丁酸茶的感官品質(zhì)，增加花色品種，在滿足廣大消費(fèi)者的口味的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，相信會(huì)有較大的發(fā)展空間。此外，雖然已有研究表明γ-氨基丁酸茶具有多種的生理功能，但在每日最適攝入量以及不同人群在喝γ-氨基丁酸茶時(shí)所應(yīng)注意的問(wèn)題有待進(jìn)一步深入研究。

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31 Cholewa E, Bown AW, Cholewinski AJ, Shelp BJ, Snedden WA. Cold-shock-stimulatedγ-aminobutyric acid synthesis is mediated by all increase in cytosolic Ca2+, not by an increase in cytosolic H+. Canadian Journal of Botany, 1997, 75(3): 375-382.

32 王玉花,房婉萍,彭英,陳暄,劉宗岸,張彩麗,黎星輝. 矯香工藝對(duì)γ-氨基丁酸茶品質(zhì)的影響. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 40(1): 238-239, 241.

Research progress of gabaron tea

NI Juanzhen， LIANG Yuerong, ZHENG Xinqiang*

(Zhejiang University Tea Research Institute, Hangzhou 310058, China)

New tea products were explored with confirmation of the health functions of tea. many researches showed that GABA could reduce hypertension, resist anxiety, decrease cholesterin, enhance memory and accelerate decomposing of ethanol in blood. Over the past 20 years, Gabaron tea production has been increasing in the market because it reduced blood pressure significantly in animal and clinical experiments. The metabolic pathways of GABA in tea, enrichment technique of GABA in fresh leaves and it's enrichment mechanism were summarized and prospective research in this field were discussed in the present paper.

Camellia sinensis; Gabaron tea; metabolic pathways; enrichment technique

2014-06-27

倪娟楨(1990年-)，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)椴铇?shù)生物技術(shù)與資源利用。

S571.1;Q517

A

0577-8921(2014)03-129-05

項(xiàng)目資助：浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃(No.2011R50024)

*通訊作者：鄭新強(qiáng)，山東廣饒人，博士，主要從事茶樹(shù)生物技術(shù)與資源利用，xqzheng@zju.edu.cn