[发明专利]一种微生物发酵制备富含GABA的牛蒡发酵基料的方法

说明书

本发明涉及一种微生物发酵制备富含GABA的牛蒡发酵基料的方法，属于生物工程发酵技术领域。本发明以市售牛蒡粉为发酵原料，经食品安全菌株解淀粉芽孢杆菌、谷氨酸棒状杆菌和植物乳杆菌发酵混合发酵，代替大肠杆菌、曲霉和酵母等GABA生产菌株，利用原料中本身含有的大量淀粉、蛋白质和氨基酸，混合发酵产生GABA，降低生产成本。同时，益生菌的引入增加了发酵基料的保健功能和食品应用安全性，赋予产品更高的市场价值。

技术领域

本发明涉及一种微生物发酵制备富含GABA的牛蒡发酵基料的方法，属于生物工程发酵技术领域。

背景技术

牛蒡富含菊糖、纤维素、蛋白质、氨基酸及矿物质，其中类胡萝卜素含量比胡萝卜高150倍。研究表明，牛蒡具有扩张血管、降血压、降血脂、抑制癌细胞生长和预防老年痴呆的作用，是非常理想的天然保健食品。牛蒡根含有人体必需的各种氨基酸，尤其是具有特殊药理作用的氨基酸含量高，如具有健脑作用的天门冬氨酸占总氨基酸的25%-28%，精氨酸占18%-20%。

γ－氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）是一种四碳非蛋白质组成的天然氨基酸，广泛存于脊椎动物、植物和微生物，被认为是哺乳动物、昆虫或者某些寄生蠕虫神经系统中的神经抑制剂，对神经元的兴奋程度有着重要的影响。GABA因具有抗焦虑、降血压、镇定安神、健肝利肾、增强脑力、调节激素分泌等功能，在食品、医药行业中被广泛应用。

GABA的制备方法主要有化学合成法和生物合成法两种。化学合成法虽然迅速，但具有反应条件苛刻、安全性差等缺点，该方法生产的GABA不宜用于食品添加。相较而言，生物合成法经由谷氨酸脱羧酶（Glutamic acid decarboxylase，GAD）催化L-谷氨酸或L-谷氨酸盐生成的GABA具有安全性高、成本低的优点。

解淀粉芽孢杆菌可产生多种蛋白酶、α-淀粉酶，能够将牛蒡粉中富含的蛋白质、淀粉类物质分解为小分子氨基酸和葡萄糖。解淀粉芽孢杆菌作为一种益生菌，其生长过程中可产生多种抑菌物质，抑制病原菌生长而对谷氨酸棒杆状菌和植物乳杆菌不产生影响。谷氨酸棒状杆菌作为最常用的谷氨酸生产菌能够以葡萄糖、果糖、蔗糖以及一些有机酸如乙酸、乳酸、琥珀酸等为单一碳源生产谷氨酸。植物乳杆菌能够以谷氨酸为底物，高效催化合成GABA。

市场上现有的牛蒡相关产品的品种比较单一，以风味饮料和酵素为主，目前国内外市场上通过微生物发酵牛蒡原料，提高产品中功能性营养化学成分含量，开发基于目标人群健康需求的功能性牛蒡食品还处于空白阶段。且现有产品中的GABA多为直接外源添加或投加谷氨酸为底物进行发酵生产，本发明中发酵菌株以牛蒡本身富含的淀粉质原料和谷氨酸作为发酵底物进行GABA转化生产，节省了成本的同时，以益生菌为发酵菌株实现原料的从头利用，增加产品的安全性。相比于牛蒡酵素，本发明中的发酵基料发挥GABA在食品中功能性运用的同时兼顾了产品的口感和风味，具有更加广泛的运用前景。王飞等发明的一种牛蒡酵素的制备方法中，前期需将新鲜牛蒡在-5℃恒温中贮存7个月以上，且前期处理工艺较为复杂，发酵周期为17天。相较于酵素的长时间的发酵周期，牛蒡食品基料具有发酵周期短、原料价格低廉、食品应用范围广泛和易于保存等优点。目前，急需一种微生物发酵制备富含GABA的牛蒡发酵基料的方法。

发明内容

为了得到一种微生物发酵制备富含GABA的牛蒡发酵基料，本发明提供了一种以牛蒡粉为原料，利用解淀粉芽孢杆菌、谷氨酸棒状杆菌和植物乳杆菌混合发酵生产富含GABA的食品用牛蒡基料的方法。发酵初期，通过解淀粉芽孢杆菌产生的大量淀粉酶分解原料中的淀粉产生大量葡萄糖作为谷氨酸合成的原料。发酵中期，在较高的通气量下，体系中的谷氨酸棒状杆菌以葡萄糖为碳源生产谷氨酸。发酵后期通过减少体系中的通气量，谷氨酸棒状杆菌开始大量合成有机酸降低体系pH，植物乳杆菌开始大量增殖，同时将谷氨酸转化成为GABA。

本发明提供了一种微生物发酵制备富含GABA的牛蒡发酵基料的方法，包括如下步骤：