摘要
γ-氨基丁酸（GABA）是一种非蛋白质组成氨基酸，具有多种生理功能，包括抗高血压、抗失眠、抗氧化、抗肥胖和增强免疫力等。尽管GABA存在于多种植物和动物中，但微生物发酵法是生产GABA的重要途径，技术较为成熟、得率较高，最常见的微生物菌株多为乳酸菌和曲霉菌属。最新研究结果表明，马克斯克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus）也具备生产GABA的能力。豆渣是传统大豆加工过程中必然产生的副产品，对其研究主要集中在膳食纤维的提取和应用方面，离豆渣高附加值综合利用尚存在一定的距离。本课题组前期研究发现，自主分离的K.marxianus C21在豆渣基质中不仅生长良好，还改善了豆渣的功能和理化性质。为了进一步提高豆渣的附加值，本文以K.marxianus C21为发酵菌种，豆渣为基质，探讨了用低成本豆渣生产GABA的能力。在单因素试验的基础上，采用响应面法优化K.marxianus C21生产GABA的发酵工艺条件；研究GABA发酵液预处理工艺（除蛋白、吸附色素）、分离纯化及结晶工艺条件；通过质谱（MS）、核磁氢谱（1H NMR）、定量核磁（qNMR）、差示量热扫描仪（DSC）分析重结晶GABA样品的结构和纯度。主要试验结果如下： （1）K.marxianus C21产GABA发酵工艺优化。在证明K.marxianus C21发酵豆渣生产GABA的基础上，优化发酵工艺，其条件为：初始pH4、培养温度35℃、发酵时间60h、接种量11%、转速120rpm和L-Glu添加量0.3%，在该条件下GABA产量为4.31g/L。此外，蛋白胨的添加可以促进GABA的产生，而葡萄糖和维生素B6对GABA的产生无积极影响。 （2）GABA发酵液的预处理工艺研究。确定GABA发酵液中去除蛋白质方法和优化活性炭吸附色素的条件。结果表明，Sevage法除蛋白的效果要优于三氯乙酸法（TCA）和等电点沉淀法，经6次处理后，蛋白去除率和GABA保留率均达到90%以上；在脱色温度50℃、活性炭用量3.0%和脱色时间50min的条件下，脱色率和GABA保留率均达到95%以上。 （3）GABA预处理液的分离纯化及结晶工艺优化。通过静态吸附计算出732强酸性阳离子交换树脂的最大吸附量，在此基础上，优化动态吸附条件，在流速3mL/min、上样液pH4、洗脱液pH11的条件下，吸附率、解吸率均达到90%以上；在乙醇作为结晶溶剂，料液比1∶30，结晶时间24h的条件下，结晶率达到90%以上；通过薄层层析（TLC）、MS和1H NMR分析确定重结晶样品为GABA，利用qNMR、DSC两种方法获得其纯度为99.3%。 综上所述，本研究证明了K.marxianus C21发酵豆渣生产GABA是非常可行的；在优化发酵工艺条件下，预处理后的发酵液经732强酸性阳离子交换树脂分离纯化，重结晶后获得高纯度的GABA。本研究将为生产富含GABA的功能性食品提供理论基础，同时也为大豆加工副产物豆渣的高附加值利用提供理论和技术支撑。
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