低氧通气处理马铃薯富集γ氨基丁酸的培养条件优化
目 录
1 引言 1
1.1 马铃薯的概述 1
1.2 γ-氨基丁酸的概述 3
1.3 影响γ-氨基丁酸物质富集的因素 3
1.4 本研究的目的意义及主要研究内容 4
2 材料和方法 5
2.1 试验材料和药品 5
2.2 仪器和设备 5
2.3 试验方法 5
3 结果与分析 8
3.1 培养工艺对马铃薯中GABA含量的影响 8
3.2 外源添加物对马铃薯富集GABA的影响 10
结 论 17
致 谢 18
参考文献 19
1 引言
马铃薯(Solanum tuberosum L)是茄科茄属一年生草本，又名土豆、山药、洋芋、洋番薯等，营养价值十分丰富，具有多种食疗保健作用[1]。我国是马铃薯生产大国，居世界前列。马铃薯块茎是重要的粮食、蔬菜兼用作物，近20年来，国内外对马铃薯的开发利用以加工马铃薯食品和开发马铃薯淀粉为主，而对马铃薯中蛋白质研究较少。马铃薯块茎中蛋白质的含量为2.0%，若以干物质计算，则为9.8%，与小麦含量相当，高于普通玉米和稻米；其氨基酸含量和比例符合人体的需要，非蛋白氮以游离氨基酸和酞胺酸为主，块茎所含游离氨基酸不少于20种，游离氨基酸和酞胺酸提高了块茎的营养价值[2]。
马铃薯收获后仍是一个活的有机体，在贮藏过程中不断进行新陈代谢等生物化学变化[3]。研究表明，利用谷物及茶叶、果蔬中自身存在的谷氨酸脱羧酶，可富集对人体具有保健作用的γ-氨基丁酸(γ- Aminobutyric acid，GABA) [4]。GABA是生物体内广泛存在的一种非蛋白质氨基酸，由谷氨酸（Glu）经谷氨 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
酸脱羧酶(GAD EC 4.1.1.15)脱羧产生，是哺乳动物大脑抑制性神经递质。GABA具有降血压、利尿、镇静神经、改善失眠以及肾肝功能活化等作用[5]。植物组织中GABA含量很低，不能满足人体需要。报道称，植物受到低氧、冷激、热激、干旱、盐胁迫和机械伤害等逆境胁迫时体内GABA含量明显升高[6]。目前，关于食物富集GABA的方法屡见报道，如茶叶采用厌氧处理富集GABA[7]、米胚采用水浴保温方法富集GABA[8]等。低氧通气是植物非生物胁迫的重要手段之一，其在食品加工中的使用也是安全可靠的。利用生物技术激活植物内源酶富集GABA，开发具有保健功能的食品，不但有利于提高产品的附加值，更有利于消费者健康。
1.1 马铃薯概述
1.1.1 马铃薯营养价值
马铃薯的块茎中含有大量碳水化合物，含量约为16.5%，其中大部分为淀粉，占9%～30%，并含有少量的非淀粉性多糖、蔗糖、还原糖等，是人类获得碳水化合物的重要来源之一。马铃薯的块茎中蛋白质的含量为1.5%～2.3%，若以干物质计，则为9.8%，高于稻米中蛋白质的含量（8.9%）。马铃薯的蛋白质为完全蛋白，其中含有人体需要但体内又不能合成的8种必需氨基酸。这些氨基酸的含量和比例符合人体需要，因此，马铃薯的蛋白质具有很高的营养价值。马铃薯的块茎中维生素的含量很丰富，可与蔬菜、水果媲美。每100g中含维生素C27mg，是芹菜的3.4倍、番茄的1.4倍、苹果的6.8倍。每100g中含维生素E 0.34mg、B10.08mg、B2 0.04mg，胡萝卜素30mg，其中维生素B1的含量居常用蔬菜之冠。马铃薯的块茎中含有多种矿物质，每100g中含钙8mg、铁0.8mg、锌0.37mg、磷40mg，还含有硒、钾、钠、镁等元素[9]。
1.1.2 马铃薯保健价值
马铃薯不但营养价值高，而且还有较广泛的药用价值。马铃薯中含有多种抗衰老成分，尤其以胡萝卜素、维生素B1、维生素B2、维生素E、维生素C和钾等六种成分最为突出。马铃薯广泛用于食品、医药等领域，具有预防肠胃疾病、抗衰老、抗氧化、降低胆固醇、防止动脉硬化、补气养血、健脑益智等作用。
1.1.3 马铃薯的加工利用
在西欧国家，约20%~50%的马铃薯用于淀粉、酒精工业生产，其废料多用于饲料加工，而一半以上马铃薯均用于食品加工业。在中国，马铃薯主要以鲜食为主，95%的地区为蔬菜鲜食，少数地区作为主食直接食用。马铃薯工业加工的量只占总产量的10%左右。因马铃薯淀粉具有粘性高、聚合度高、直链淀粉的分子量高、含天然磷酸基团，口感温和等特点，其应用范围可谓最广。将马铃薯淀粉添加在饼干、面包等食品中以增加食品的营养和保健功能，其中马铃薯面包已被列为一种保健食品，该种面包也是匈牙利最受欢迎的一种面包；利用马铃薯淀粉以生物工程方法生产的低聚糖浆，甜度低、口感好、耐热性强、抑菌性高，适宜作各种糕点、低糖糖果、蜜饯、饮料等的糖源；因马铃薯淀粉色极白，以其制作新型的粉末状植物固体饮料，易冲调，无胆固醇，风味类似于牛奶；通过双酶水解法以马铃薯为原料生产速溶特种糊精，广泛用于食品风味包埋剂、填充料、赋形剂；以马铃薯淀粉生产的方便粉丝可与豆粉丝相媲美，因马铃薯淀粉的低蛋白残留，其用于药片和粉末淀粉时具有重要性；通过双酶水解法以马铃薯为原料生产食品加工中应用最广泛、需求量最多的食品添加剂—焦糖色素；北京市营养源研究所利用马铃薯颗粒全粉开发生产了一种新型产品—色泽橙黄、口感酥脆的马铃薯干脆面；马铃薯作辅料，可显著提高麦汁和啤酒中氨基酸含量；以马铃薯淀粉生产方便粉丝；以马铃薯淀粉生产饴糖等等。专业人士指出：马铃薯淀粉在宾馆、饭店、食品加工厂需求量将进一步增加，在各种面食、婴儿食品及休闲食品中，马铃薯淀粉将得到广泛应用。
1.2 γ-氨基丁酸概述
γ-氨基丁酸（γ-amino butyric acid，简称GABA），是一种广泛存在于原核和真核生物体中的非蛋白质氨基酸，在哺乳动物脑和脊髓中具有多种功效。GABA是哺乳动物脑和脊髓中的一种抑制性神经传导物质。除脑和脊髓外已在多种哺乳动物的近30种外周组织中发现GABA的存在，其中大多数组织中GABA的浓度仅是脑组织中的1%[10]。
GABA除了在哺乳动物、甲壳类动物、昆虫和某些寄生蠕虫神经系统中作为重要的抑制性神经递质起作用外，还广泛存在于细菌、真菌、藻类、蔗类和一些高等植物中。高等植物组织中的GABA含量通常为0.03~2.00μmol/g，超过许多蛋白质类氨基酸的含量[11]。可供食用的植物，如经过处理的茶叶、桑叶、发芽糙米、果仁等含有丰富的GABA[12]。谷物中的GABA含量从55~718nmol/g不等，米胚芽、大麦芽和大豆芽中的GABA含量均较高，分别为389、326和302nmol/g；蔬菜中，洋葱仅含12nmol/g，菠菜中高达414nmol/g。此外，土豆、红薯、山药和羽衣甘蓝中分别含166、137、129和122nmol/g, 栗子中GABA含量达188nmol/g；但苹果、蘑菇等食物中的GABA含量较低。GABA主要分布于动物体内神经组织中，在哺乳动物的脑组织内分布最为集中，含量是单胺类含量的1000倍，而在外围器官中含量很少。GABA的积累会随着年龄的增长和精神压力的加大而变得困难。因此，从膳食中补充GABA可有效改善这种状况，有利于人体健康[13]。
图6 VB6浓度对马铃薯GABA含量的影响
3.2.4马铃薯富集GABA的培养液组分优化
1 引言 1
1.1 马铃薯的概述 1
1.2 γ-氨基丁酸的概述 3
1.3 影响γ-氨基丁酸物质富集的因素 3
1.4 本研究的目的意义及主要研究内容 4
2 材料和方法 5
2.1 试验材料和药品 5
2.2 仪器和设备 5
2.3 试验方法 5
3 结果与分析 8
3.1 培养工艺对马铃薯中GABA含量的影响 8
3.2 外源添加物对马铃薯富集GABA的影响 10
结 论 17
致 谢 18
参考文献 19
1 引言
马铃薯(Solanum tuberosum L)是茄科茄属一年生草本，又名土豆、山药、洋芋、洋番薯等，营养价值十分丰富，具有多种食疗保健作用[1]。我国是马铃薯生产大国，居世界前列。马铃薯块茎是重要的粮食、蔬菜兼用作物，近20年来，国内外对马铃薯的开发利用以加工马铃薯食品和开发马铃薯淀粉为主，而对马铃薯中蛋白质研究较少。马铃薯块茎中蛋白质的含量为2.0%，若以干物质计算，则为9.8%，与小麦含量相当，高于普通玉米和稻米；其氨基酸含量和比例符合人体的需要，非蛋白氮以游离氨基酸和酞胺酸为主，块茎所含游离氨基酸不少于20种，游离氨基酸和酞胺酸提高了块茎的营养价值[2]。
马铃薯收获后仍是一个活的有机体，在贮藏过程中不断进行新陈代谢等生物化学变化[3]。研究表明，利用谷物及茶叶、果蔬中自身存在的谷氨酸脱羧酶，可富集对人体具有保健作用的γ-氨基丁酸(γ- Aminobutyric acid，GABA) [4]。GABA是生物体内广泛存在的一种非蛋白质氨基酸，由谷氨酸（Glu）经谷氨 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
酸脱羧酶(GAD EC 4.1.1.15)脱羧产生，是哺乳动物大脑抑制性神经递质。GABA具有降血压、利尿、镇静神经、改善失眠以及肾肝功能活化等作用[5]。植物组织中GABA含量很低，不能满足人体需要。报道称，植物受到低氧、冷激、热激、干旱、盐胁迫和机械伤害等逆境胁迫时体内GABA含量明显升高[6]。目前，关于食物富集GABA的方法屡见报道，如茶叶采用厌氧处理富集GABA[7]、米胚采用水浴保温方法富集GABA[8]等。低氧通气是植物非生物胁迫的重要手段之一，其在食品加工中的使用也是安全可靠的。利用生物技术激活植物内源酶富集GABA，开发具有保健功能的食品，不但有利于提高产品的附加值，更有利于消费者健康。
1.1 马铃薯概述
1.1.1 马铃薯营养价值
马铃薯的块茎中含有大量碳水化合物，含量约为16.5%，其中大部分为淀粉，占9%～30%，并含有少量的非淀粉性多糖、蔗糖、还原糖等，是人类获得碳水化合物的重要来源之一。马铃薯的块茎中蛋白质的含量为1.5%～2.3%，若以干物质计，则为9.8%，高于稻米中蛋白质的含量（8.9%）。马铃薯的蛋白质为完全蛋白，其中含有人体需要但体内又不能合成的8种必需氨基酸。这些氨基酸的含量和比例符合人体需要，因此，马铃薯的蛋白质具有很高的营养价值。马铃薯的块茎中维生素的含量很丰富，可与蔬菜、水果媲美。每100g中含维生素C27mg，是芹菜的3.4倍、番茄的1.4倍、苹果的6.8倍。每100g中含维生素E 0.34mg、B10.08mg、B2 0.04mg，胡萝卜素30mg，其中维生素B1的含量居常用蔬菜之冠。马铃薯的块茎中含有多种矿物质，每100g中含钙8mg、铁0.8mg、锌0.37mg、磷40mg，还含有硒、钾、钠、镁等元素[9]。
1.1.2 马铃薯保健价值
马铃薯不但营养价值高，而且还有较广泛的药用价值。马铃薯中含有多种抗衰老成分，尤其以胡萝卜素、维生素B1、维生素B2、维生素E、维生素C和钾等六种成分最为突出。马铃薯广泛用于食品、医药等领域，具有预防肠胃疾病、抗衰老、抗氧化、降低胆固醇、防止动脉硬化、补气养血、健脑益智等作用。
1.1.3 马铃薯的加工利用
在西欧国家，约20%~50%的马铃薯用于淀粉、酒精工业生产，其废料多用于饲料加工，而一半以上马铃薯均用于食品加工业。在中国，马铃薯主要以鲜食为主，95%的地区为蔬菜鲜食，少数地区作为主食直接食用。马铃薯工业加工的量只占总产量的10%左右。因马铃薯淀粉具有粘性高、聚合度高、直链淀粉的分子量高、含天然磷酸基团，口感温和等特点，其应用范围可谓最广。将马铃薯淀粉添加在饼干、面包等食品中以增加食品的营养和保健功能，其中马铃薯面包已被列为一种保健食品，该种面包也是匈牙利最受欢迎的一种面包；利用马铃薯淀粉以生物工程方法生产的低聚糖浆，甜度低、口感好、耐热性强、抑菌性高，适宜作各种糕点、低糖糖果、蜜饯、饮料等的糖源；因马铃薯淀粉色极白，以其制作新型的粉末状植物固体饮料，易冲调，无胆固醇，风味类似于牛奶；通过双酶水解法以马铃薯为原料生产速溶特种糊精，广泛用于食品风味包埋剂、填充料、赋形剂；以马铃薯淀粉生产的方便粉丝可与豆粉丝相媲美，因马铃薯淀粉的低蛋白残留，其用于药片和粉末淀粉时具有重要性；通过双酶水解法以马铃薯为原料生产食品加工中应用最广泛、需求量最多的食品添加剂—焦糖色素；北京市营养源研究所利用马铃薯颗粒全粉开发生产了一种新型产品—色泽橙黄、口感酥脆的马铃薯干脆面；马铃薯作辅料，可显著提高麦汁和啤酒中氨基酸含量；以马铃薯淀粉生产方便粉丝；以马铃薯淀粉生产饴糖等等。专业人士指出：马铃薯淀粉在宾馆、饭店、食品加工厂需求量将进一步增加，在各种面食、婴儿食品及休闲食品中，马铃薯淀粉将得到广泛应用。
1.2 γ-氨基丁酸概述
γ-氨基丁酸（γ-amino butyric acid，简称GABA），是一种广泛存在于原核和真核生物体中的非蛋白质氨基酸，在哺乳动物脑和脊髓中具有多种功效。GABA是哺乳动物脑和脊髓中的一种抑制性神经传导物质。除脑和脊髓外已在多种哺乳动物的近30种外周组织中发现GABA的存在，其中大多数组织中GABA的浓度仅是脑组织中的1%[10]。
GABA除了在哺乳动物、甲壳类动物、昆虫和某些寄生蠕虫神经系统中作为重要的抑制性神经递质起作用外，还广泛存在于细菌、真菌、藻类、蔗类和一些高等植物中。高等植物组织中的GABA含量通常为0.03~2.00μmol/g，超过许多蛋白质类氨基酸的含量[11]。可供食用的植物，如经过处理的茶叶、桑叶、发芽糙米、果仁等含有丰富的GABA[12]。谷物中的GABA含量从55~718nmol/g不等，米胚芽、大麦芽和大豆芽中的GABA含量均较高，分别为389、326和302nmol/g；蔬菜中，洋葱仅含12nmol/g，菠菜中高达414nmol/g。此外，土豆、红薯、山药和羽衣甘蓝中分别含166、137、129和122nmol/g, 栗子中GABA含量达188nmol/g；但苹果、蘑菇等食物中的GABA含量较低。GABA主要分布于动物体内神经组织中，在哺乳动物的脑组织内分布最为集中，含量是单胺类含量的1000倍，而在外围器官中含量很少。GABA的积累会随着年龄的增长和精神压力的加大而变得困难。因此，从膳食中补充GABA可有效改善这种状况，有利于人体健康[13]。
图6 VB6浓度对马铃薯GABA含量的影响
3.2.4马铃薯富集GABA的培养液组分优化
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