采用生物转化技术富集大豆制品γ-氨基丁酸研究进展

大豆中含有多种活性成分,具有很高的营养价值及保健功能,开发富含γ-氨基丁酸(GABA)的功能性大豆食品前景广阔。文中综述了大豆富集GABA的方法、途径及采用生物转化技术富集大豆GABA的最新研究进展。

乳酸菌细胞转化法制备γ-氨基丁酸的研究

在利用乳酸菌Lactococcus lactis1.009细胞中的谷氨酸脱羧酶转化制备γ-氨基丁酸(GABA)的过程中,探讨了菌体浓度、缓冲液种类及浓度、转化时间、菌龄、磷酸吡哆醛添加量、底物添加方式等因素对GABA产量的影响。结果表明,细胞转化法制备GABA的最佳条件为:菌体浓度10g/L,菌龄14h,缓冲液为0.2mol/L pH4.7的醋酸缓冲液,PLP的添加量为0.1mmol/L。通过多次分批添加谷氨酸,50℃下反应60h后,GABA的积累量可达19.1g/L,转化率为99.9%。

屎肠球菌HS3细胞转化法生物合成γ-氨基丁酸的研究

在发酵食品中分离了1株产γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)的乳酸菌HS3,用vitek32鉴定系统进行生化鉴定,鉴定HS3为屎肠球菌(Enterococcus faecium)。采用菌株HS3细胞转化L-谷氨酸制备γ-氨基丁酸,通过对转化反应温度、pH、金属离子、底物浓度和菌体浓度的影响进行考察,确立了最优转化条件:湿菌体25g/L,Zn2+5mmol/L、L-谷氨酸钠20g/L、L谷氨酸40g/L,在40℃、pH4.8,120r/min搅拌下反应40h,转化液GABA的浓度达38.02(±1.09)g/L,摩尔转化率为94.50(±2.71)%。

唾液链球菌嗜热亚种Y-2细胞转化法制备γ-氨基丁酸

研究反应pH值、反应温度、重金属盐、表面活性剂、底物浓度、菌体质量浓度和磷酸吡哆醛添加量对Streptococcus salivarius subsp.thermophilus Y-2细胞转化法生产γ-氨基丁酸的影响。获得反应体系的最佳组成为:湿菌体25g/L、BaCl2 40mmol/L、Triton X-100体积分数0.02%、L-谷氨酸单钠盐(L-monosodium glutamate,MSG)47.5g/L和L-谷氨酸(L-glutamic acid,L-Glu)90.0g/L。该体系在40℃、pH 4.5和搅拌速度100r/min的最适转化条件下进行反应72h,转化液GABA产量达到了(87.16±4.33)g/L,细胞平均生产力为(48.42±2.41)mg/(h.g),摩尔转化率为(97.60±4.71)%。

一株食用菌生物转化富集γ-氨基丁酸条件研究

从本实验室保存的食用菌中筛选到菌株CSP5 0 1,其菌丝体可以谷氨酸钠为底物转化富集γ -氨基丁酸。通过单因素试验和正交试验 ,菌株CSP5 0 1转化富集γ -氨基丁酸的最适条件 :转化温度 4 5℃ ,转化时间 5h ,体系 pH 4 0 ,底物浓度 1%。γ -氨基丁酸的含量可以达到干重的 1 0 5 % 。

发芽绿豆生物转化法富集γ-氨基丁酸

应用高效液相色谱法,以异硫氰酸苯酯为衍生化试剂测定发芽绿豆中γ-氨基丁酸(GABA)的含量,并对发芽绿豆生物转化法富集GABA的各影响因素进行研究。结果表明:发芽绿豆生物转化反应的最适反应温度为40℃,最适pH为6.0。当谷氨酸钠的浓度为4mmol/L时,GABA的生成量最高。Ca2+和维生素B6对GABA都具有激活作用,当Ca2+浓度为1.5mmol/L,维生素B6为1.5mmol/L时,其激活作用最强,分别为未激活时的1.25倍和1.89倍。在该条件下反应2h较合适,由最初的几乎检测不到GABA,到最终能达到796.8mg/100g.干基。由于生物酶转化法生产GABA安全,条件温和,无副反应等原因非常适合应用于食品领域。

粪肠球菌HX-3细胞转化合成γ-氨基丁酸条件的优化

本文采用粪肠球菌HX-3菌体细胞转化法制备γ-氨基丁酸(GABA),并对影响细胞转化反应的一系列条件进行了正交优化。结果表明,在优化后的转化条件下,即:发酵2d的菌体细胞、温度42℃、缓冲液pH 4.8、PLP浓度0.05mmol/L、谷氨酸钠35g/L,进行转化反应,体系中GABA浓度可达9.14g/L。

生物法制备γ-氨基丁酸过程中细胞的转化特性研究

利用含谷氨酸脱羧酶的细胞转化味精制备γ-氨基丁酸,并测试了该细胞的转化特性。结果显示该细胞最适反应温度为44℃,最适反应pH为4. 6;反应体系中细胞浓度越高,损失的转化活力越低。此外,对反应体系施加外源的真空度,可使细胞转化活力有所提高。5-磷酸吡哆醛是该细胞的必要辅因子,L-谷氨酸可以代替味精作为底物被利用转化成γ-氨基丁酸。

细胞转化液γ-氨基丁酸的精制

对Streptococcus salivarius subsp.thermophilus Y-2细胞转化液GABA的纯化进行探讨,通过等电点沉淀和732强酸阳离子交换树脂处理。结果表明:GABA的总回收率达到84.13%;纯化的GABA的外观为白色粉末状固体,GABA含量(97.81±0.67)%,灰分(0.449±0.002)%,干燥质量损失率(1.79±0.06)%,铅、砷和汞的含量分别为(0.4093±0.0001)、(0.0511±0.0001)、(0.0950±0.0000)mg/kg,纯化的GABA质量符合食品添加剂标准。该方法可高效纯化细胞转化液中的GABA。

从植物乳杆菌全细胞转化液中分离纯化γ-氨基丁酸的工艺研究

前期筛选获得1株高效转化L-谷氨酸为γ-氨基丁酸(GABA)的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)GB01-21,该菌以浓度200 g/L的L-谷氨酸为底物,发酵20 h左右,能以99%的摩尔转化率生产γ-氨基丁酸,产物γ-氨基丁酸的终浓度可达140 g/L左右。从全细胞转化液中分离纯化γ-氨基丁酸,着重对脱色工艺进行了研究,考察了温度、时间、pH和活性炭添加量对脱色效果的影响。通过单因素实验的基础上的正交实验分析,确定了脱色最佳工艺条件为粉末活性炭(150～200目)用量为1.5%,脱色温度70℃,pH值4.0,脱色时间40 min,γ-氨基丁酸转化液的脱色率高达98.42%,γ-氨基丁酸的保留率可达97.23%。随后对γ-氨基丁酸转化液进行初步分离纯化,最终测得γ-氨基丁酸的回收率89.4%,纯度为96.7%。

生物转化法生产γ-氨基丁酸的研究进展

从γ-氨基丁酸生理功能和合成方法等方面对γ-氨基丁酸进行了阐述;着重介绍了一种新型的生物转化生产γ-氨基丁酸的方法;并从菌种来源、菌种诱变筛选、产酶条件优化及转化条件四个方面对此方法进行了总结;同时结合本实验室研究的成果,进一步提出了生物转化法在我国生产γ-氨基丁酸的必要性及可行性。

全细胞生物转化法制备γ-氨基丁酸

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyrate,GABA)是广泛存在于自然界的一种非蛋白质的功能性氨基酸.它是哺乳动物中枢神经中一种重要的抑制性神经递质.为了高效廉价制备GABA,采取谷氨酸脱羧酶(glutamic acid decarboxylase,GAD)催化L-谷氨酸生成GABA的工艺.从K12来源的大肠杆菌(E. coli)基因组中PCR扩增得到GAD基因片段,并克隆到载体p ET-23a中,得到重组质粒p ET-23a-K12gad,并将其转化至大肠杆菌E. coli BL21(DE3)中,获得了能够重组表达GAD活性的工程菌株.从反应温度、p H、菌体量这三个方面对催化工艺进行了优化.为了进一步降低成本,通过化学法将谷氨酸钠转化为谷氨酸作为催化底物,提高转化速率的同时简化了纯化工艺.

双极性膜电渗析法制备γ-氨基丁酸

通过对双极性膜电渗析转化γ-氨基丁酸(GABA)过程的研究,确定了三隔室电渗析工艺的可行性,并利用双极性膜电渗析装置,将γ-氨基丁酸钾盐转化为GABA和KOH.最终结果表明,经三隔室双极性膜电渗析转化和冷却结晶后,可以得到纯度为99%以上的γ-氨基丁酸结晶以及2.5%以上的粗氢氧化钾溶液,对于粗品γ-氨基丁酸溶液双极性膜电渗析转化过程,平均电流效率在60%以上,电耗为2kW.h/(kg GABA).

基于γ-氨基丁酸抑制性神经通路靶向调控策略在神经发育障碍疾病中的应用

中枢神经系统正常生理功能的维系需要兴奋性神经环路及抑制性神经环路处于协调状态。脑内主要抑制性神经递质为γ-氨基丁酸(γ-amino-butyric acid,GABA),越来越多的研究证据表明,GABA极性转化异常引起的兴奋-抑制神经环路平衡紊乱,会导致某些神经发育障碍性疾病和精神性疾病的发生,比如孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)、癫癎和精神分裂症等。首先介绍了GABA极性转化及其在兴奋-抑制神经环路平衡中的作用,并综述GABA极性转化异常导致兴奋-抑制神经环路紊乱、进而引起神经发育疾病可能机制,在此基础上,介绍了目前基于GABA抑制性神经通路靶向调控策略在神经发育障碍疾病中的转化医学研究进展,以期与读者分享此领域最新研究进展,并探讨后续研究的可能方向及成果转化应用的前景。

重组谷氨酸脱羧酶大肠杆菌合成γ-氨基丁酸条件的优化

研究重组谷氨酸脱羧酶大肠杆菌合成γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)的适宜条件。检测温度、p H值、表面活性剂、金属离子、底物与菌体质量比以及反应体系体积对GABA转化效率的影响。结果表明:最优转化条件为:转化体系5 m L、底物L-谷氨酸钠浓度0.1 mol/L、重组大肠杆菌细胞6.4 mg(干质量)、Triton-100体积分数0.06%、Ca2+浓度0.6 mmol/L,转化温度45℃、反应体系p H 4.5。在该体系下反应7 h,GABA合成量达到26.1 g/L,GABA转化效率在1 h时达到最高,为13.8 g/(g h),较优化前提高1.5 倍。

酶法制备D-谷氨酸和γ-氨基丁酸的工艺研究

考察了大肠杆菌AS1.505的L谷氨酸脱羧酶对L谷氨酸的专一脱羧作用,分析了转化体系温度、pH值等因素对L谷氨酸脱羧酶活力的影响。实验结果表明最佳工艺为:温度37℃,转化体系pH值4.8,菌体浓度6g/L,吐温800.15g/L,菌龄14h,底物浓度50g/L。L谷氨酸脱羧酶在最适转化条件下比酶活可以达到15036U。1g湿菌体可重复使用3次共转化DL谷氨酸25g,其中L谷氨酸可以完全转化为γ氨基丁酸。D谷氨酸及γ氨基丁酸的总收率可以分别达到理论收率的87%和85%。

戊糖片球菌HS2细胞制备γ-氨基丁酸的研究

采用戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus)HS2细胞转化L-谷氨酸一钠制备γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)。通过对转化反应温度、pH值、金属离子、底物浓度、菌体浓度和菌体培养时间等因素对HS2细胞转化法生产GABA的影响进行了考查,确定转化反应体系最优的组成为:采用培养12h的菌体、湿菌体50mg/mL、Ca2+50mmol/L、L-谷氨酸一钠10g/L和L-谷氨酸50g/L。当该体系在pH值4.5、35℃、120r/min搅拌下反应48h,转化液中GABA的浓度达到(39.89±2.12)g/L,摩尔转化率为(97.00±5.16)%。

酶法分离制备γ-氨基丁酸和L-天冬氨酸

以L-谷氨酸(L-G lu)和L-天冬氨酸(L-Asp)两种混合酸性氨基酸〔m(L-G lu)∶m(L-Asp)=1∶1〕为原料,利用大肠杆菌菌体内脱羧酶对L-谷氨酸的专一脱羧作用,酶法分离制备了γ-氨基丁酸和L-天冬氨酸。考察了转化体系温度、pH等影响L-谷氨酸脱羧酶活力的主要因素,实验表明,最佳工艺条件为:温度35℃,转化体系pH=5.0,ρ(菌体)=6 g/L,ρ(Tween80)=0.15 g/L,菌龄16 h,ρ(底物)=60 g/L。L-谷氨酸脱羧酶在最适转化条件下比酶活高达15 036 U。1 g湿菌体可重复使用3次共转化L-谷氨酸和L-天冬氨酸混合物30 g,其中L-谷氨酸完全转化为γ-氨基丁酸。γ-氨基丁酸及L-天冬氨酸的总收率可分别达到理论收率的88%和90%。

植物乳杆菌P48生物转化制备γ-氨基丁酸特性研究

采用微生物细胞生物转化法制备GABA,对比了P48细胞和粗酶转化反应在不同pH值、温度、底物浓度和产物浓度的条件下,各因素对转化液中的GABA含量影响,以期获得转化过程的最佳条件。结果表明,P48细胞转化最适温度为45℃,最适pH值为4.0,当初始底物浓度为100mmol/L时获得的GABA产率最高,并且产物GABA对转化反应有产物抑制作用。采用细胞的转化反应有更宽的pH值范围,并能在较高的温度下进行。研究结果为采用植物乳杆菌P48细胞生物转化制备γ-氨基丁酸提供了理论基础。

高产γ-氨基丁酸乳酸菌的筛选及鉴定

从达乡传统发酵乳制品中分离纯化出13株疑似乳酸菌,其中5株球菌、8株杆菌,利用高效液相色谱法检测13株疑似乳酸菌合成γ-氨基丁酸能力,结果发现其中一株球菌具有很强合成γ-氨基丁酸能力,γ-氨基丁酸产量为2.91g/L;通过形态学和分子生物学鉴定,该高产γ-氨基丁酸菌株为嗜热链球菌QYWLYS-1。此外,考察了实验室保藏的4株双歧杆菌和7株乳酸菌合成γ-氨基丁酸能力,结果发现其中一株植物乳杆菌QYW-L-11具有较强合成γ-氨基丁酸能力,γ-氨基丁酸产量为1.38g/L。