倪娟楨 梁月榮 鄭新強

(浙江大學茶葉研究所，杭州 310058)

γ-氨基丁酸茶的研究進展

倪娟楨 梁月榮 鄭新強*

(浙江大學茶葉研究所，杭州 310058)

茶的保健功能已被廣泛認可，茶葉新產(chǎn)品的開發(fā)也日益受到重視。GABA因其具有降血壓、抗焦慮、降低膽固醇、增強記憶力和促進血液中乙醇分解等多種功效已引起各界關注。二十多年來，經(jīng)動物實驗和臨床實驗證實，γ-氨基丁酸茶具有顯著的降血壓功能，日漸得到了市場的歡迎。本文綜述了茶樹中GABA的代謝途徑、鮮葉中GABA的富集技術以及富集機理，并在此基礎上指出γ-氨基丁酸茶開發(fā)中仍存在的問題，并對其前景進行了展望。

茶樹；γ-氨基丁酸茶；代謝途徑；富集技術

經(jīng)過數(shù)千年的發(fā)展，茶葉已成為當今世界上最普及的保健飲品。20世紀中葉后，世界茶園面積以及茶葉產(chǎn)量均處于持續(xù)增長狀態(tài)，如今，已有60多個國家引種了茶樹。中國作為茶的起源之地，在2012年，茶園面積已經(jīng)達到3529萬畝，產(chǎn)值將近1000億。但大部分茶產(chǎn)區(qū)的夏秋茶鮮葉以及修剪枝葉等利用率較低，造成茶資源的大量浪費。提升茶葉品質(zhì)，或從中提取天然有效成分，如茶多酚、γ-氨基丁酸等可以提高這些資源的利用率，促進茶產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是谷氨酸經(jīng)谷氨酸脫羧酶催化而生成的一種非蛋白質(zhì)氨基酸，在自然界中分布廣泛，動物、植物和微生物中均有存在[1]。γ-氨基丁酸是哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。已有研究表明，GABA能減少去甲腎上腺素的釋放量從而發(fā)揮降血壓的功效[2]，同時，能有效減少神經(jīng)紊亂和抑郁的發(fā)生，具有一定的鎮(zhèn)定安神作用[2,3]。除此之外，它還能在腦循環(huán)生理活動中發(fā)揮抗心律失常、增強記憶力以及調(diào)節(jié)激素分泌等多種生理功能。在近二十多年來，GABA已引起各界關注，正逐漸被廣泛應用于醫(yī)藥、食品保健、化工及農(nóng)業(yè)等行業(yè)。普通茶鮮葉中含量低于0.02%，遠不能滿足上述需要。因此如何提高茶葉中GABA的含量，成為研究的一大熱點。1987年日本研究者津志田藤二郎等人[4]將茶樹鮮葉經(jīng)6 h的充N2厭氧處理后，GABA的含量由30 mg/100 g增加到200 mg/100 g，經(jīng)動物實驗和臨床實驗證實，以此為原料加工成的綠茶具有顯著的降血壓效果，并將此茶葉命名為γ-氨基丁酸茶(含量一般在1.5 mg/g以上)。在日本，γ-氨基丁酸茶的研究與開發(fā)得到了重視，研制成的茶、袋泡茶和灌裝茶飲料等產(chǎn)品得到了廣大消費者尤其是高血壓患者的青睞。在我國，由于對γ-氨基丁酸茶缺乏一定的認識，其發(fā)展尚處于起步階段。隨著人們對健康越來越多的關注以及γ-氨基丁酸茶的藥理功能逐漸被熟知，此種保健茶必將擁有廣闊的市場前景。

1 γ-氨基丁酸的代謝途徑

在植物體內(nèi)，GABA主要參與了信號傳遞、生長發(fā)育、碳氮營養(yǎng)平衡和對逆境脅迫響應等活動，在低氧、溫度、水澇、機械傷害等逆境條件下，GABA會有一定程度的積累。

GABA的合成與代謝主要是通過三羧酸循環(huán)的一個側支進行的,即α-酮戊二酸經(jīng)過谷氨酸(L-Glutamic acid，L-Glu)、GABA、琥珀酸半醛生成琥珀酸的途徑，這一過程稱為GABA支路[5]。植物體內(nèi)GABA的代謝途徑如圖1所示，其中有三種關鍵酶：位于細胞質(zhì)中的谷氨酸脫羧酶(glutamate decarboxylase，GAD)、存在于線粒體或細胞質(zhì)中的γ-氨基丁酸轉氨酶(Aminobutyrate Aminotransferase，GABA-T)以及線粒體中的琥珀酸半醛脫氫酶(Succinate-Semialdehyde Dehydrogenase，SSADH)[7,8]。

圖1 GABA的代謝途徑[6]

1.1 GABA的合成

研究表明，植物體內(nèi)合成和轉化為GABA的途徑有兩條：一條是L-Glu經(jīng)谷氨酸脫羧酶催化脫羧而成，另一條是由多胺降解的中間產(chǎn)物轉化而來。

高等植物中GABA主要來源于L-Glu脫羧。1972年，Streeter和Thompson[9]發(fā)現(xiàn)利用14C-L-Glu培養(yǎng)蘿卜葉片后,葉片內(nèi)檢測到大量的14C-GABA，證明GABA由L-Glu脫羧形成。對天門冬屬植物的研究[10]中也得到了相似的結論。在對茶樹中GABA的研究中，Tsushida和Murai[11]在厭氧條件下用14C-L-Glu和15N-L-Glu培養(yǎng)茶樹離體葉片6h后，葉片中有大量14C-GABA和15N-GABA生成，也證明GABA源于L-Glu。

此外，GABA也可以經(jīng)多胺轉化。在多胺參與的途徑中，腐胺在二胺氧化酶作用下形成氨、H2O2和吡咯啉；精胺和亞精胺經(jīng)多胺氧化酶的催化分別氧化成H2O2、二氨基丙烷以及1-(3-丙氨基)2-吡咯啉和吡咯啉。最終，吡咯啉在吡咯啉脫氫酶作用下形成GABA。

1.2 GABA的降解

在對細菌以及動物中的GABA的降解途徑的研究證明，GABA在GABA轉氨酶催化下與α-酮戊二酸發(fā)生轉氨作用生成琥珀酸半醛和L-Glu，之后，在SSADH的作用下，琥珀酸半醛氧化生成琥珀酸進入三羧酸循環(huán)。Dixon和Fowder[12]首次證明植物體中GABA的降解途徑與細菌和動物中的相同。他們用14C-GABA孵育花生線粒體和豌豆葉盤，10 min后檢測到了帶有標記物的天冬氨酸、谷氨酸和丙氨酸，6 h后標記物進入三羧酸循環(huán)的中間體，10 h后50%的標記物以14CO2的形式存在。Tokunaga等[13]將14C-GABA加入大豆愈傷組織培養(yǎng)基中，24h后檢測到53%的14C以14CO2形式代謝出來。

2 γ-氨基丁酸的富集方式

2.1 噴施氨基酸葉面肥

葉面肥氨基酸的噴施能促進茶樹對氨基酸的吸收，更好地滿足茶樹生長需要，具有增產(chǎn)提質(zhì)的作用。研究表明，給茶樹噴施適量氨基酸葉面肥(0.067%)能使其提早發(fā)芽、增加芽頭密度和百芽重，葉片的氨基酸含量明顯提高，滋味也得到一定的改善，這對加工制作γ-氨基丁酸茶具有積極意義[14，15]。

茶樹體內(nèi)氨基酸的代謝過程中，一些氨基酸之間會相互轉化，如茶氨酸水解、天冬氨酸經(jīng)過轉氨均可得到谷氨酸。雖然L-Glu是GABA的前體，是影響厭氧處理后茶鮮葉中GABA含量的重要因素，但并不是氨基酸中唯一的影響因子。因此，在其余處理條件一致的情況下，茶鮮葉中氨基酸總量才是影響 GABA 合成的主要因素，特別是谷氨酸、茶氨酸、天冬氨酸等的含量，但每種氨基酸在厭氧處理條件下轉變?yōu)镚ABA的能力存在一定的差異，因此必須選擇適合茶樹的氨基酸葉面肥。張定[16]等人以噴施氨基酸的鮮葉為原料，經(jīng)過真空厭氧處理8 h，加工成的γ-氨基丁酸茶中GABA的含量遠大于未噴施氨基酸的樣品，6種氨基酸葉面肥中谷氨酸合成GABA的能力最強，且以0.5%的濃度噴施茶樹葉面，5天后采摘加工而成的茶的綜合評價最好。

2.2 厭氧處理

自然生長狀態(tài)下茶葉中GABA的含量較低，一般在 0.021-0.206 mg/g之間。經(jīng)過氨基酸葉面肥處理之后茶鮮葉中的GABA含量顯著高于對照，但仍達不到γ-氨基丁酸茶的標準。因此，為了最大可能促進GABA的生成，厭氧處理是生產(chǎn)γ-氨基丁酸茶必不可少的環(huán)節(jié)。

目前，常用的厭氧處理條件為CO2、N2、真空以及厭氧/好氣交替處理。津志田藤二郎等[4]研究發(fā)現(xiàn)，在N2中處理了5 h的茶葉，其GABA含量可達1.74 mg/g，而繼續(xù)延長處理時間至10 h，GABA含量可高達2.34 mg/g。林智等[17]對厭氧處理中的氣體種類、處理溫度和處理時間進一步研究，認為真空比氮氣更具優(yōu)越性，最優(yōu)的處理系數(shù)為鮮葉在25℃下厭氧處理8 h，其GABA含量可達3.33 mg/g。而澤井佑典等人[18]發(fā)現(xiàn)，厭氧/好氣交替處理的方法可以更明顯提高茶葉中GABA的含量。經(jīng)過1次厭氧/好氣處理，GABA的含量較連續(xù)厭氧處理提高1.5倍，經(jīng)過4次循環(huán)處理，GABA含量增加了2.3倍。沈強[19]等人也對厭氧/好氣處理對茶葉中的GABA含量進行了研究，結果卻表明，經(jīng)過13-14 h的厭氧/好氧氣處理，茶葉中的GABA含量僅達到1.86 mg/g以上，且隨著GABA含量的升高茶葉品質(zhì)有所下降，滋味及香氣均不如對照。

由此可見，厭氧處理時間是影響γ-氨基丁酸茶品質(zhì)的重要因素，時間過長，不僅不能繼續(xù)提高GABA含量，而且會導致茶氨酸含量降低，成茶葉底花雜，影響成品茶品質(zhì)，而厭氧/好氣處理易產(chǎn)生紅葉紅梗。厭氧處理溫度對GABA的含量影響不大，但若高于40℃易降低茶氨酸、兒茶素的含量，并使葉底在短時間里發(fā)黃。合適的厭氧處理條件能積累較高的GABA含量，且茶葉成品的口感相對較好，不同品種、不同季節(jié)、不同環(huán)境中生長的茶樹的茶葉所需的最佳厭氧處理條件可能存在著差異，此間存在的規(guī)律性需要進一步探究。

根據(jù)厭氧好氣交替處理的加工原理，中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所[20]研制出γ-氨基丁酸茶加工的專用設備——6CY-4.0型茶鮮葉真空厭氧處理機。此設備加工的γ-氨基丁酸綠茶品質(zhì)良好，無明顯酸味，GABA含量較高，明顯優(yōu)于日本同類產(chǎn)品。

2.3 浸泡處理

浸泡處理所用的溶液一般為谷氨酸鈉或谷氨酸溶液，其方式與厭氧處理以及噴施葉面肥有一定的相似之處。浸泡處理為茶葉提供了一個無氧環(huán)境，低氧和淹漬的逆境可能激活了谷氨酸脫羧酶的活性，同時，茶葉對谷氨酸或是谷氨酸鈉的吸收能增加鮮葉中的氨基酸總量，有利于茶葉中GABA的富集。廖明星等[21]指出以pH值為4.8、濃度為2.5%的L-Glu溶液浸泡處理5.5 h時所得茶樣的GABA含量最高，可達4.55 mg/g,同時指出原料是重要的影響因素。鄭紅發(fā)等[22]經(jīng)過綜合評價得出用谷氨酸鈉溶液浸泡鮮葉時最佳的工藝參數(shù)為1.5%溶液浸泡12 h，GABA的生成量接近最大值且對品質(zhì)成分影響較小，成品茶的感官品質(zhì)優(yōu)于真空充氮法生產(chǎn)的γ-氨基丁酸茶。浸泡法在生產(chǎn)過程中具有低成本、易操作以及便于規(guī)?；葍?yōu)點，但易產(chǎn)生水悶味。

2.4 其它方式

Yoshliya[23]采用一定波長(通常為650-2500 nm)的紅外線照射茶鮮葉20-60 min，照射溫度控制在40-50℃，所制出的γ-氨基丁酸茶中GABA含量較對照增加25.4%。

白木與志也[24]用水或0.01-0.2 mol/L谷氨酸鈉溶液浸漬茶鮮葉3h，GABA的含量增加近1倍。若輔以紅外線照射加溫處理，較單一浸漬處理時GABA含量提高1.7-2.7倍。

此外，采用低溫沖擊鮮葉[25]、將產(chǎn)生GABA的乳酸菌發(fā)酵液調(diào)成一定的濃度，在制茶揉捻過程中加入茶中[26]等方法均能使成品茶達到γ-氨基丁酸茶的標準。

2.5 富集技術的機理

γ-氨基丁酸茶的加工主要是利用鮮葉采摘后的一段時間內(nèi)鮮葉仍具有一定的生理活性，人為地制造GABA生物合成的適宜環(huán)境，從而得到含較高GABA的茶。在這個過程中，影響GABA富集的因素主要有參與GABA合成代謝的酶以及茶鮮葉內(nèi)L-Glu的濃度。

大量研究表明，GAD在GABA的合成中發(fā)揮著重要作用，L-Glu是它的直接作用底物。植物體中的GAD的最適pH為5.8左右[27]，在其羧基端有一個受Ca2+水平調(diào)控的鈣調(diào)蛋白(CaM)結合部位。Wigge[28]和Shelp[29]等的研究指出由于GAD位于細胞質(zhì)內(nèi)，L-Glu也主要位于細胞質(zhì)內(nèi)，各種逆境(如低氧、機械破壞等)可能破壞了細胞內(nèi)部的部分結構，導致細胞質(zhì)的pH值降低，從而有利于L-Glu脫羧而不利于GABA轉氨(最適pH 8.9)從而造成GABA積累。Kurkdjian等[30]也證實，厭氧處理可致使細胞質(zhì)pH下降0.4-0.8，而pH值下降可能是厭氧處理中GABA富集作用的主要原因。但Cholewa等[31]研究發(fā)現(xiàn)冷脅迫誘導蘆筍葉肉細胞合成GABA是細胞質(zhì)中Ca2+濃度上升所致，而非細胞質(zhì)pH值下降的緣故。這可能與逆境處理條件不同所致。在厭氧條件下，植物線粒體的氧化磷酸化作用減弱，還原電位增高，即NADH/NAD+比值變大，ADP易于轉化為ATP。這使得SSADH的活性在一定程度上受到抑制，催化琥珀酸半醛生成琥珀酸的能力減弱，從而有利于植物中GABA的合成代謝。

厭氧/好氣交替處理中，好氣處理會使得厭氧處理時內(nèi)源Glu的含量有所回升，因而交替處理技術后茶葉的 GABA 含量較一次厭氧處理高出許多。

L-Glu在GABA的合成中作用與H+或Ca2+濃度上升無關，可能與GAD的底物濃度增加有關。有研究表明，L-Glu的增多能夠增加GABA支路中的碳流量，同時也造成谷氨酰胺合成長時間受到限制、蛋白質(zhì)合成減少以及蛋白質(zhì)降解增加，從而促進了GABA的合成和積累。

3 展 望

據(jù)相關統(tǒng)計，全球高血壓患者超過10億人，中國約占1/3。目前治療高血壓的藥物雖然較多，但不少藥物具有一定的副作用。因此，天然的具有降血壓作用的γ-氨基丁酸茶的開發(fā)符合當今保健行業(yè)的發(fā)展方向，具有廣闊的前景。此外，開發(fā)γ-氨基丁酸茶可作為解決我國夏秋茶鮮葉出路的有效途徑，對于提高夏秋茶產(chǎn)品的附加值、增加茶農(nóng)收入、推動我國茶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

但是，經(jīng)過厭氧處理產(chǎn)生的γ-氨基丁酸茶仍具有較明顯的異味，使其在國際市場上的發(fā)展受到了一定的限制。同時，對鮮葉進行γ-氨基丁酸的富集處理工藝仍存在著許多問題，如采用紅外線照射耗電較大；氮氣嫌氣處理成本較高；微波照射有一定的防泄露要求；谷氨酸鈉溶液處理鮮葉容易產(chǎn)生“水悶味”等。因此，如能通過工藝改進(如矯香工藝[32])、生產(chǎn)設備的研發(fā)、提升γ-氨基丁酸茶的感官品質(zhì)，增加花色品種，在滿足廣大消費者的口味的同時降低生產(chǎn)成本，相信會有較大的發(fā)展空間。此外，雖然已有研究表明γ-氨基丁酸茶具有多種的生理功能，但在每日最適攝入量以及不同人群在喝γ-氨基丁酸茶時所應注意的問題有待進一步深入研究。

1 張暉,姚惠源,姜元榮. 富含γ-氨基丁酸保健食品的研究與開發(fā). 食品與發(fā)酵工業(yè),2002, 28(9): 69-72.

2 Bjork JM, Moeller FG, Kramer GL, Kram M, Suris A, Rush AJ, Petty F. Psychiatry Research, 2001,101(2): 131-136.

3 Wong CGT, Bottiglieri T, Snead OC. Annals of Neurology, 2003, 54: 3-12.

4 津志田藤二郎,村井敏信,大森正司,岡田順子. γ-アミノ酪酸を蓄積させた茶の製造とその特徴. 日本農(nóng)蕓化學會志,1987,61:817-822.

5 施征,史勝青,鐘傳飛,姚洪軍,高榮孚. γ-氨基丁酸在植物抗逆生理及調(diào)控中的作用. 生命科學研究,2007,11(4): 57-61.

6 宋紅苗,陶躍之,王慧中,徐祥彬. GABA在植物體內(nèi)的合成代謝及生物學功能. 浙江農(nóng)業(yè)科學, 2010, 2: 225-229.

7 Shelp BJ, Bown AW,Mclean MD.Metabolism and functions of gamma-aminobutyric acid.Trends in Plant Science, 1999, 4(11): 446-452.

8 Bouché N, Fromm H. GABA in plants: just a metabolite.Trends in Plant Science,2004, 9(3): 110-115.

9 Streeter JG, Thompson JF. Anaerobic accumulation of γ-aminobutyric acid and alanine in radish leaves (Raphanussativus L.).Plant Physiology, 1972, 49: 572-578.

10 Tuin LC, Shelp BJ. In-situ [C-14]glutamate metabolism by developing soybean cotyledons. 1. metabolism routes.Plant Physiology, 1994, 143: 1-7.

11 Tsushida T, Murai T. Conversion of glutamic-acid to γ-aminobutyric-acid in tea leaves under anaerobic conditions. Agricultural and Biological Chemistry,1987,51(11):2865-2871.

12 Dixon ROD,Fowden L. Gamma-aminobutyric acid metabolism in plants. 2. metabolism in higher plants. Annals of Botany, 1961, 25: 513-530.

13 Tokunage M, Nakano Y, Kitaoka S. The GABA shunt in the callus cells derived from soybean cotyledon. Agricultural and Biological Chemistry, 1976, 40: 115-120.

14 譚濟才,肖文軍. 氨基酸葉面肥噴施茶樹的效果. 茶葉通訊, 2002,(4): 7-9.

15 劉宗岸,毛志方,李強,施海根. 茶葉中γ-氨基丁酸富集方法的研究進展. 中國茶葉加工,2008,(2): 14-16.

16 張定,湯茶琴,陳暄,徐德良,肖潤林,黎星輝. 葉面噴施氨基酸對茶葉中γ-氨基丁酸含量的影響. 茶葉科學,2006, 26(4): 237-242.

17 林智,林鐘鳴,尹軍峰,譚俊峰. 厭氧處理對茶葉中γ-氨基丁酸含量及其品質(zhì)的影響. 食品科學,2004, 25(2): 35-39.

18 澤井佑典,許斐建一,小高保喜. 嫌氣處理しに茶葉のにわはるγ-アミノ酪酸含量. Journal of the Japanese Society for Food Science and Technology, 1999, (04): 462-466.

19 沈強,潘科,鄭文佳,羅顯揚,張建. 厭氧/好氧處理對茶葉中GABA含量富集及其品質(zhì)的影響研究. 西南大學學報,2012, 34(9):146-152.

20 林智,楊鐘鳴,權啟愛. γ-氨基丁酸茶加工工藝及關鍵設備. 中國茶業(yè), 2007, 29(4): 16-17.

21 廖明星,陳志杰. 原料鮮茶葉γ-氨基丁酸富集的關鍵技術. 食品科技, 2007,(9): 92-95.

22 鄭紅發(fā),黃懷生,黃亞輝,粟本文. 浸泡處理對茶葉中γ-氨基丁酸含量的影響研究. 茶葉通報, 2010,37(1): 16-19.

23 Yoshiya S. Method for accumulationof γ-aminobutyric acid in tea.KanaganaPretecture,1997,8(17): 23-31.

24 白木與志也. チャへのマイクロ波照射によるγ-アミノ酪酸の蓄積. 神奈川縣農(nóng)業(yè)科學研究所報告, 1998,(139): 49-55.

25 廖明星. 茶葉中γ-氨基丁酸(GABA)富集技術研究．南京：南京農(nóng)業(yè)大學食品科技學院, 2004.

26 呂毅,郭雯飛. GABARO茶——種具有降血壓作用的新型茶葉. 中國茶葉加工, 1998,(3): 40-41.

27 Wallace W, Secor J, Schrader LE. Rapid accumulation of γ-aminobutyric acid and alanine in soybean leaves in response to an abrupt transfer to lower temperature, darkness, or mechanical manipulation.Plant Physiology, 1984, 75: 170-175.

28 Wigge B, Kr?mer S, Gardestr?m P. The redox levels and subcellular distribution of pyridine nucleotides in illuminated barley leaf protoplasts studied by rapid fractionation. PhysiologiaPlantarum, 1993, 88(1): 10-18.

29 Shelp BJ, Walton CS, Snedden WA, Tuin LG, Oresnik IJ, Layzell DB. Gaba shunt in developing soybean seeds is associated with hypoxia. PhysiologiaPlantarum, 1995, 94(2): 219-228.

30 Kurkdjian A, Guem J. Intracellular pH: measurement and importance in cell activity[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1989, 40: 271-303.

31 Cholewa E, Bown AW, Cholewinski AJ, Shelp BJ, Snedden WA. Cold-shock-stimulatedγ-aminobutyric acid synthesis is mediated by all increase in cytosolic Ca2+, not by an increase in cytosolic H+. Canadian Journal of Botany, 1997, 75(3): 375-382.

32 王玉花,房婉萍,彭英,陳暄,劉宗岸,張彩麗,黎星輝. 矯香工藝對γ-氨基丁酸茶品質(zhì)的影響. 江蘇農(nóng)業(yè)科學, 2012, 40(1): 238-239, 241.

Research progress of gabaron tea

NI Juanzhen， LIANG Yuerong, ZHENG Xinqiang*

(Zhejiang University Tea Research Institute, Hangzhou 310058, China)

New tea products were explored with confirmation of the health functions of tea. many researches showed that GABA could reduce hypertension, resist anxiety, decrease cholesterin, enhance memory and accelerate decomposing of ethanol in blood. Over the past 20 years, Gabaron tea production has been increasing in the market because it reduced blood pressure significantly in animal and clinical experiments. The metabolic pathways of GABA in tea, enrichment technique of GABA in fresh leaves and it's enrichment mechanism were summarized and prospective research in this field were discussed in the present paper.

Camellia sinensis; Gabaron tea; metabolic pathways; enrichment technique

2014-06-27

倪娟楨(1990年-)，在讀碩士研究生，研究方向為茶樹生物技術與資源利用。

S571.1;Q517

A

0577-8921(2014)03-129-05

項目資助：浙江省重點科技創(chuàng)新團隊計劃(No.2011R50024)

*通訊作者：鄭新強，山東廣饒人，博士，主要從事茶樹生物技術與資源利用，xqzheng@zju.edu.cn