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微生物发酵法生产γ-氨基丁酸的研究进展
摘要：
γ-氨基丁酸是一种重要的神经递质，在医学、食品、饲料等领域具有广泛应用。传统γ-氨基丁酸生产工艺存在能耗高、成本高等问题，微生物发酵法成为一种可行的替代方法。本文综述了近年来微生物发酵法生产γ-氨基丁酸的研究进展，包括菌种筛选、发酵条件优化、发酵剂量控制、废物回收利用等方面，为新型γ-氨基丁酸生产工艺的优化和发展提供了参考。
关键词：γ-氨基丁酸，微生物发酵，菌种筛选，发酵条件优化，废物回收利用。
1.引言
γ-氨基丁酸（γ-aminobutyricacid，GABA）是一种广泛分布于动物和植物中的神经递质，除了在生理学上的重要作用外，还具有调节神经系统、降低血压、缓解焦虑等药理学功效（李兴华等，2016）。因此，GABA被广泛应用于医药、保健食品、饲料等领域，并具有巨大市场潜力。
传统GABA生产工艺使用化学合成或生物法，但存在能耗高、成本高等问题。因此，近年来，微生物发酵法成为一种可行的替代方法，具有反应条件温和、原料来源广泛、反应产物纯度高等优点。本文综述了近年来微生物发酵法生产GABA的研究进展，为新型GABA生产工艺的优化和发展提供了参考。
2.菌种筛选
微生物发酵法生产GABA主要采用乳酸菌和大肠杆菌等菌种。乳酸菌作为生物催化剂，在Glu转GABA的反应中起着关键作用。乳酸菌能够产生丰富的GABA转移酶（GABA-T），并且酸奶、发酵蔬菜等均含有大量的乳酸菌。大肠杆菌则是质粒表达法生产GABA的常用菌种，多数研究表明，通过转化介导的质粒表达系统可以实现GABA大规模生产并且产物纯度较高（Aroraetal.,2018）。
3.发酵条件优化
GABA发酵是一个复杂的过程，需要精细的调控和优化。主要考虑影响Glu转GABA反应的各种因素，包括温度、初始pH、营养成分、转化时间和转化压力等。
3.1温度
温度是影响GABA发酵的最重要因素，其发酵温度一般在30-42℃之间。高于42℃或低于30℃时，微生物种类的生长和代谢会明显下降，导致GABA产量下降。
3.2初始pH
在GABA的酸碱度调节方面，ph值是一个比较重要的因素，一般将其控制在5.0-6.0，此阶段主要由初始pH的设定决定。
3.3营养成分
碳源以及氮源是影响GABA发酵产量的重要因素。研究表明，蔗糖作为主要碳源时，可显著提高GABA发酵产量。对于氮源，氨基酸（如谷氨酸）和氨态氮（如尿素）都是常用的氮源，在一定程度上提高了GABA的产量和转化效率（Wangetal.,2016）。
3.4转化时间
转换时间是一个重要参数，短的时间不能充分利用基质，而长的时间则有可能引起结构涵盖等，并影响其口感。
3.5转化压力
乙酰胆碱通过提示转氨酶介导的转化大幅度提高GABA产量。氧气是影响氨基酸代谢的重要因素，氧气浓度控制在0.2%-5%参与发酵时，有助于良好的生长状态。
4.发酵剂量控制
发酵液中的Glu和GABA量会随时间的推移而变化，这就需要通过监测经过一定时期的Glu转GABA反应后的产物GABA含量的增长来实现发酵剂量的控制。在合理的发酵剂量范围内，可实现GABA产量的最大化并且提高产物质量（Tangetal.,2015）。
5.废物回收利用
微生物生产过程中，生产废物和中间体产生大量，如何利用这些废物和中间体，降低生产成本和环境污染，成为当今工业化生产发展的一个关键问题。反渗透技术可以将GABA浓缩至一定浓度，如20-30USCg⁄mL，液态化淀粉、生物质量、短尾根、茶废和酒糟等中间产物，可用来作为底物，进一步降低工艺成本。
6.总结
微生物发酵法生产GABA是一种高效、可行的替代方法，可以解决传统合成工艺成本高等问题。菌种筛选、发酵条件优化、发酵剂量控制、废物回收利用等均可优化新型GABA生产工艺的发展，有利于推广GABA的生产和应用。对未来的研究者而言，应该深度研究发酵对GABA产量和转化效率的影响机理，开发新型发酵剂量控制技术，并寻求更加可持续化、高效化的废物回收利用方式，进一步推动GABA工业化生产。