富含γ-氨基丁酸豆類功能食品的研究進(jìn)展

王紅波，魏蜜，徐媛，趙慧霞，陳禪友

(1.江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北省豆類(蔬菜)植物工程技術(shù)研究中心，武漢 430056； 2.湖北工程學(xué)院生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，特色果蔬質(zhì)量安全控制湖北省 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 孝感 432000)

1 概述

豆類作物是三大糧食作物之一，其他兩類為谷類作物和薯類作物。2016年為國際豆類年，旨在提高公眾對可持續(xù)糧食生產(chǎn)組成部分的豆類作物的營養(yǎng)價(jià)值認(rèn)識，以實(shí)現(xiàn)糧食的安全與營養(yǎng)?，F(xiàn)在人們越來越重視豆類食品的優(yōu)良功能。食用豆類品種較多，主要包括大豆、蠶豆、綠豆、蕓豆、赤豆等，其中大豆為高蛋白質(zhì)和高脂肪的豆類，而綠豆和赤豆是高碳水化合物的豆類。豆類不但是鮮食佳肴，而且是制備調(diào)味品的優(yōu)質(zhì)原料。由于其有益健康，豆類在世界各地被廣泛食用，豆類是低血糖指數(shù)食物，含有降低膽固醇、降低心臟病疾病風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)防癌癥的功能成分，這些有益健康的成分包括生物活性蛋白質(zhì)、膳食纖維、慢消化淀粉、礦物質(zhì)和維生素以及生物活性化合物。在這些生物活性的化合物中,γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)作為一種非蛋白源氨基酸，成為近年來食品營養(yǎng)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[1]。

γ-氨基丁酸具有良好的生物學(xué)功能，是豆類食品加工關(guān)注的焦點(diǎn)。γ-氨基丁酸廣泛分布于動植物體內(nèi)，作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，對生物生命活動的調(diào)節(jié)起著不可代替的作用,是一種天然存在的非蛋白質(zhì)氨基酸，具有降血壓、改善糖尿病患者生理狀況、改善腦機(jī)能、增強(qiáng)記憶、抗焦慮等生理功能[2-4]。

豆類經(jīng)過發(fā)酵或發(fā)芽加工處理后，豆類產(chǎn)品中γ-氨基丁酸含量均會顯著提高，營養(yǎng)品質(zhì)顯著改善。因此發(fā)酵豆制品和發(fā)芽豆產(chǎn)品是優(yōu)良的保健食品資源[5,6]。

中國逐步進(jìn)入老年化社會，糖尿病、心腦血管疾病，高血壓等慢性疾病已經(jīng)給我國老年人生活質(zhì)量帶來嚴(yán)重困擾，給社會和家庭都帶來了較為沉重的負(fù)擔(dān)。將豆類加工成適合于老年人食用的富含γ-氨基丁酸的功能食品，對于緩解糖尿病并發(fā)癥、降血壓和改善睡眠質(zhì)量都具有重要作用。與此同時(shí)，豆類加工也能延長豆類種植的產(chǎn)業(yè)鏈，開發(fā)高附加值的農(nóng)副產(chǎn)品，對農(nóng)民增收也具有重要的意義。因此，本文以豆類為原料，以富含γ-氨基丁酸的豆類食品的制備方法為研究對象開展綜述。

2 富含γ-氨基丁酸的豆類食品

2.1 大豆食品

大豆制品是我國傳統(tǒng)的特色食品，食用歷史悠久。大豆也是亞洲國家最受歡迎的食物之一，被制作成各種各樣的產(chǎn)品。大豆富含多種功效成分,如低聚糖、大豆多肽、異黃酮、膳食纖維和大豆磷脂等，這些功效成分具有降血壓、降血脂、預(yù)防癌癥和抗衰老等功能。近年來研究表明，大豆發(fā)芽或發(fā)酵加工過程中能合成γ-氨基丁酸等大豆原料中原來含量低或不具有的功效成分[7,8]。γ-氨基丁酸是大豆中的一種非蛋白質(zhì)氨基酸，與人類健康密切相關(guān)的重要功能成分。大豆原料中γ-氨基丁酸含量低，限制了大豆制品的營養(yǎng)品質(zhì)和保健功能。因此研究大豆中γ-氨基丁酸加工方法，對于開發(fā)富含γ-氨基丁酸的大豆功能食品具有重要意義[9]。在這些產(chǎn)品中，豆芽被認(rèn)為生產(chǎn)簡單且經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。Huang等研究發(fā)現(xiàn)，3天發(fā)芽大豆的營養(yǎng)價(jià)值較高，價(jià)值高于大豆原料，大豆發(fā)芽后γ-氨基丁酸含量增加了10倍，并且發(fā)芽大豆是各種營養(yǎng)素和生物活性物質(zhì)的良好來源[10]。吳嘉琪等以富含γ-氨基丁酸的發(fā)芽大豆和糙米為主要原料，制作口感爽滑、風(fēng)味更佳的功能性豆乳食品[11]。彭菁等以富含γ-氨基丁酸的大豆芽和玉米濃漿為原料研制出了口感清甜、玉米味和豆乳味協(xié)調(diào)的玉米味發(fā)芽豆乳[12]。

2.2 蠶豆食品

蠶豆富含淀粉、蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)等，是人體良好的營養(yǎng)來源。發(fā)芽和發(fā)酵的方法能有效改善蠶豆?fàn)I養(yǎng)組分和降低抗?fàn)I養(yǎng)因子。楊潤強(qiáng)等研究了低氧和氯化鈉環(huán)境脅迫下發(fā)芽蠶豆中γ-氨基丁酸的富積規(guī)律。先在非脅迫環(huán)境下培養(yǎng)液pH 3.5，培養(yǎng)1.5天；再低氧聯(lián)合氯化鈉環(huán)境脅迫4天。在此條件下，發(fā)芽蠶豆中γ-氨基丁酸含量可達(dá)1.06 mg/g DW，為原料蠶豆的7.57倍[13]。王婷婷等研究了在酸性低氧脅迫條件下，蠶豆發(fā)芽過程中γ-氨基丁酸含量是原料的49.26倍。在酸性低氧脅迫條件下，發(fā)芽蠶豆可用于制備富含γ-氨基丁酸的功能食品，顯著提高蠶豆的營養(yǎng)品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[14]。Yang等探究了在低氧和鹽脅迫條件下，脫落酸和氯化鈣參與發(fā)芽蠶豆中γ-氨基丁酸生物合成的機(jī)理，研究結(jié)果表明鈣離子能誘導(dǎo)發(fā)芽蠶豆中二胺氧化酶和谷氨酸脫羧酶的表達(dá)，脫落酸能上調(diào)發(fā)芽蠶豆中二胺氧化酶和谷氨酸脫羧酶的表達(dá)，并激活了二胺氧化酶和谷氨酸脫羧酶兩種酶的活性，從而顯著提高發(fā)芽蠶豆中γ-氨基丁酸的含量[15]。陳惠等研究了谷氨酸鈉、氯化鈣和維生素B6對發(fā)芽蠶豆谷氨酸脫羧酶及γ-氨基丁酸含量的影響，蠶豆在優(yōu)化后的培養(yǎng)液中，γ-氨基丁酸含量達(dá)到(1.98±0.09) mg/g DW，為對照的1.83倍[16]。Li等研究發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)液的溫度和pH值對發(fā)芽蠶豆中的GABA含量具有顯著影響。在33.6 ℃、pH 3.19、空氣流速1.19 L/min的優(yōu)化培養(yǎng)條件下，發(fā)芽蠶豆中GABA含量達(dá)到2.41 g/kg DW，是蠶豆原料的48倍[17]。

2.3 赤豆食品

赤豆為亞洲各國廣泛種植的雜糧作物，具有蛋白高、淀粉高、脂肪低等特點(diǎn)，具有良好的營養(yǎng)價(jià)值。赤豆還含有γ-氨基丁酸、總酚和花色苷等多種能夠促進(jìn)人體健康的功能性成分，具備優(yōu)良的保健價(jià)值[18]。Liao等用乳酸菌發(fā)酵經(jīng)過冷休克處理的赤豆，赤豆中γ-氨基丁酸含量達(dá)到201.2 mg/100 g，相比于赤豆原料，γ-氨基丁酸含量提高了150倍。這種將冷休克與乳酸菌發(fā)酵相結(jié)合的技術(shù)，能夠制備一種富含γ-氨基丁酸的赤豆天然功能食品[19]。Song等研究了一種用鼠李糖乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)富含γ-氨基丁酸赤豆奶的工藝方法。在豆乳中添加半乳糖、谷氨酸鈉和維生素B6能顯著提高γ-氨基丁酸的產(chǎn)量，經(jīng)過優(yōu)化，赤豆奶中γ-氨基丁酸含量達(dá)到1.12 mg/mL，相比于未發(fā)酵的赤豆奶γ-氨基丁酸提高了22.4倍。這種經(jīng)過鼠李糖乳桿菌發(fā)酵制備的富含γ-氨基丁酸的赤豆奶將會成為消費(fèi)者日常的保健佳品[20]。

2.4 其他豆類食品

由于消費(fèi)者對功能性食品的需求日益增長，對各種豆類食品功能成分的鑒定與開發(fā)利用一直取得積極的進(jìn)展。Limón研究發(fā)現(xiàn)蕓豆是生物活性物質(zhì)的良好來源，發(fā)酵過程是獲得蕓豆水溶性功能性提取物的有效方法，其中含有具有抗高血壓活性功能的γ-氨基丁酸含量達(dá)到6.8～10.6 mg/g，因此發(fā)酵是一種獲得優(yōu)質(zhì)生物活性物質(zhì)的有效方法。從蕓豆中提取的功能成分，可應(yīng)用于制備功能食品的良好配方中[21]。Limón等還研究發(fā)現(xiàn)谷氨酸誘導(dǎo)8天的發(fā)芽蕓豆，不僅使γ-氨基丁酸含量顯著增加，而且還能獲得抗氧化活性成分多酚和緩解高血壓功能成分血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑，這些都極大地挖掘了蕓豆食品的保健功能價(jià)值[22]。鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)豐富，食用廣泛，具有較好的食用、藥用價(jià)值，可作為生產(chǎn)富含γ-氨基丁酸的良好食品原料。李文利用響應(yīng)面優(yōu)化法提高了誘變菌株在鷹嘴豆乳中γ-氨基丁酸的含量，制定了生產(chǎn)富含γ-氨基丁酸鷹嘴豆乳的生產(chǎn)工藝，并且探討了富含γ-氨基丁酸的鷹嘴豆乳提取物對神經(jīng)細(xì)胞的保護(hù)機(jī)制[23]。Trung等研究發(fā)現(xiàn)發(fā)芽綠豆是γ-氨基丁酸的良好食品來源，在缺氧或厭氧條件下，用響應(yīng)面方法優(yōu)化了浸泡pH值、萌發(fā)時(shí)間和萌發(fā)溫度對γ-氨基丁酸含量的影響，在優(yōu)化的萌發(fā)條件下，γ-氨基丁酸含量達(dá)到了1.64 mg/g，比綠豆原料提高了27.77倍，顯著提高了綠豆的營養(yǎng)價(jià)值[24]。申迎賓等以豇豆為原料,優(yōu)化發(fā)芽過程積累γ-氨基丁酸。研究結(jié)果表明在浸泡溫度34 ℃、浸泡時(shí)間25 h、發(fā)芽溫度33 ℃和發(fā)芽時(shí)間24 h的條件下，豇豆芽中γ-氨基丁酸含量能達(dá)到2.04 mg/g，是未發(fā)芽豇豆中γ-氨基丁酸的7.48倍[25]。朱青霞等也研究了發(fā)芽豇豆富集γ-氨基丁酸的最佳工藝條件,研究結(jié)果表明浸泡液體pH 3.89，浸泡時(shí)間25 h，發(fā)芽溫度31 ℃，發(fā)芽時(shí)間25 h，在此條件下γ-氨基丁酸含量達(dá)到1.16 mg/g[26]。

3 結(jié)語

豆類經(jīng)過發(fā)酵或發(fā)芽加工處理后，豆類產(chǎn)品中γ-氨基丁酸含量均會顯著提高，營養(yǎng)品質(zhì)顯著改善。發(fā)酵豆制品和發(fā)芽豆產(chǎn)品是優(yōu)良的重要保健食品資源，具有重要的研究和開發(fā)價(jià)值。大豆、蠶豆、赤豆、蕓豆、豇豆和綠豆是加工制備富含γ-氨基丁酸豆類食品的重要原料，這些豆類食品的加工方法及其γ-氨基丁酸含量見表1。

表1 豆類食品的加工方法及其γ-氨基丁酸含量Table 1 The processing method of beans food and its content of γ-aminobutyric acid

由表1可知，在豆芽食品中，蠶豆豆芽和豇豆豆芽中γ-氨基丁酸含量較高。在發(fā)酵豆制品中，蕓豆中γ-氨基丁酸含量較高。

4 展望

由于消費(fèi)者對功能性食品的需求日益增長，對各種豆類食品功能成分的鑒定與開發(fā)利用將會取得積極的進(jìn)展。富含γ-氨基丁酸的豆類食品在預(yù)防心腦血管疾病、預(yù)防癌癥和緩解糖尿病并發(fā)癥方面的重要作用，勢必給豆類食品加工帶來良好的社會價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在豆芽的制備過程中，除了需要關(guān)注γ-氨基丁酸的含量以外，感官品質(zhì)也是影響豆芽品質(zhì)的重要因素。商品性良好的豆芽產(chǎn)品具有顏色潔白、口感脆嫩、芽體飽滿和香味純正等優(yōu)點(diǎn)。因此，提高感官品質(zhì)和降低生產(chǎn)成本，以生產(chǎn)出適合市場需求的豆芽食品，對提高豆芽制品的品質(zhì)具有積極的作用，也是生產(chǎn)富含γ-氨基丁酸豆芽食品的研究重點(diǎn)。高產(chǎn)谷氨酸脫羧酶益生菌的篩選和γ-氨基丁酸高效生物轉(zhuǎn)化條件是生產(chǎn)高含量γ-氨基丁酸發(fā)酵豆類食品的關(guān)鍵。發(fā)芽和發(fā)酵方法提高豆類中γ-氨基丁酸含量的機(jī)理研究還需進(jìn)一步深入。在確保豆類食品營養(yǎng)品質(zhì)和安全品質(zhì)的前提下，開發(fā)出高含量γ-氨基丁酸的發(fā)酵豆制品,從而可以進(jìn)一步提升我國傳統(tǒng)發(fā)酵豆類食品的功能價(jià)值,滿足消費(fèi)者對健康食品的需求，提高我國豆類食品的市場競爭力。