聚谷氨酸在食品中的研究与应用

γ-聚谷氨酸（γ-polyglutamic acid，γ-PGA），又称纳豆菌胶、多聚谷氨酸，是一种无色无味、无毒安全、可生物降解、可食用的生物高分子。γ-PGA 最初是从炭疽芽孢杆菌胶囊中发现的，后来发现也存在于“纳豆”（日本传统食品发酵的大豆）的黏液中。

作为一种高分子生物材料，γ-PGA 具有良好的成膜性、生物相容性、水溶性、可降解性、可修饰性，对自然环境不会造成不利影响，对人体健康具有保健作用，所以γ-PGA 被广泛应用于食品、化妆品、农业、环保、生物医学等行业。

γ-PGA主要有四种制备方法：化学合成法、提取法、酶转化法和微生物发酵法。微生物发酵法具有对环境污染小，生产条件较简单，且目标产物纯度较高等优点，所以目前工业上生产γ-PGA 采用最多的方法是微生物发酵法。

在食品工业中，γ-PGA 是一种新型健康的食品添加剂。其不仅可以改善食品风味，营养、增强质感、保持形体，还能被消化成单一的谷氨酸，在人体的胃肠道中被吸收。

在淀粉类食品中加入适量的γ-PGA，可以维持食品的外形、增强质地和延长食品货架期，并且还可以改变面筋蛋白的流变性能，提高面食的持水分能力；在一些高矿物质食品中加入适量的γ-PGA 或其降解产物可以促进小肠对矿物质的吸收，尤其可以提高肠道内对钙的吸收。

同时γ-PGA 比糖类、无机盐和蛋白质等常用的一些防冻剂的气味更淡，对食品本身的风味基本上没有影响，并且同时能减少氨基酸、奎宁、肽和咖啡因等苦味物质的苦涩味，还可以作为保鲜剂、增稠剂、抗冻剂、稳定剂等。食用适量的 γ-PGA 还可以减少人体内脂肪和血糖的沉积，降低血脂、血糖含量。

掩味和增强食品风味口感

γ-PGA 可作为掩味剂，它能够遮掩氨基酸、肽、矿物质、维生素和咖啡因等苦味物质的绝大部分苦味。氯化钠、氯化钾在食品中的作用巨大，但其金属苦味妨碍了更加广泛的应用，加入适量的 γ-PGA 可以遮掩其苦涩味，消除不良气味，改善产品风味，提高其在食品中的应用。

研究表明0.5% γ-PGA凝胶的苦味抑制能力大于1.0% 琼脂的苦味抑制能力，并且0.5% γ-PGA 凝胶对基础苦味物的苦味抑制强于0.5% PGA 凝胶对酸性苦味物的苦味抑制。因此 γ-PGA 凝胶有望成为食疗方法中有用的辅食材料，它不仅可以增加吞咽的便捷性，而且可以掩盖苦味。γ-PGA 还可通过缩短阿斯巴甜、蔗糖素等高强度甜味剂的甜味持续时间，改善味觉平衡。

增强抗冻性

γ-PGA 的抗冻性与其保水性相关，聚合物链之间形成大量氢键、固定水、糖和无机盐分子，从而具有较强的保水能力，大多数具有高防冻性能的物质还具有低温保护功能，其效果优于常用的蔗糖、山梨糖、葡萄糖等常用抗冻剂，能有效延长食品的保质期。

在冷藏面制食品中使用γ-PGA 能有效减弱冻藏对面团网络的破坏，提升面团的冻藏稳定性，提高食品品质。研究发现 γ-PGA 能提高酵母细胞和面团的抗冻性，在低温情况下，γ-PGA 可以提高鱼糜的品质，减少冷冻过程中鱼糜凝胶的劣化，在-20℃下浓度为0.8% 的γ-PGA 对草鱼鱼糜抗冻性最好，凝胶强度、盐溶性蛋白浓度、腺苷三磷酸钙酶活性较对照组相比都有明显提高。此外，也有研究表明，γ-PGA 的抗冻能力随分子量的减小而增强。

增强肠道内钙的吸收

食物中的植酸盐和草酸盐在肠道内会与钙形成不溶解和不易吸收的复合物，会降低肠道内钙的吸收，γ-PGA可以延缓磷酸钙的形成，并且当 γ-PGA 含量达到一定浓度时还可以减少磷酸钙的形成。再者 γ-PGA 本身也可以与体内游离的钙离子形成可溶性螯合物，有利于增加小肠中钙的溶解性，促进钙的吸收，维持机体中的钙平衡，保证机体正常的生理代谢。因此，γ-PGA 可以明显促进人体对钙的吸收和贮存，并能增强骨质密度促进青少年的骨骼发育，还能减少中老年体内的钙流失，预防骨质疏松的发生。与 CaCO3相比，γ-PGA-Ca 具有更高的吸收率和利用率，因此有研究者认为其可作为钙补充剂使用。

辅助降低血糖

γ-PGA 具有改善细胞胰岛素敏感性和促进胰岛素分泌的作用，所以 γ-PGA 可通过降低血糖水平从而预防和缓解 II型糖尿病和阿尔茨海默病的症状等代谢综合征。日本传统发酵豆制品纳豆中富含γ-PGA，食用 γ-PGA 含量高的纳豆可以降低饭后血糖峰值。有学者评估了食用低含量γ-PGA（LPGA）和高含量γ-PGA（HPGA）的纳豆米饭对餐后血糖水平和胰岛素反应的抑制作用， HPGA餐后45min 内血糖和胰岛素的曲线的增量面积均低于 LPGA 餐后。

抗氧化和抗衰老

人体中的自由基具有强氧化性，会损害机体的组织和细胞，加速机体的衰老，皮肤中的透明质酸在一定程度上也会导致皮肤衰老。研究报道γ-PGA 具有清除自由基和抑制透明质酸酶的活性，具有抗氧化和抗衰老的作用。不同分子量的 γ-PGA 对自由基都具有清除能力，能一定程度的修复光老化细胞损伤并能减少光老化细胞中氧自由基、氮自由基的增加，研究表明，分子量 3.0× 105kDa 的 γ-PGA修复光老化细胞损伤的效果最佳。γ-PGA 具有抗氧化特性，可应用于功能性食品行业。此外，还有学者发现在皮肤中存在一种胶原酶，该酶可以降解胶原、降低皮肤弹性、形成皱纹，而 γ-PGA-VC 复合物可以抑制这种酶的活性。

维护牙齿口腔健康

γ-PGA 具有促进牙本质矿化的作用，具有维持牙釉质完整性，牙齿富钙化和预防龋齿的功效。有学者研究聚谷氨酸对人牙釉质的脱矿抑制作用和再矿化潜力及其可能的作用机制，发现用1%、2% 聚谷氨酸溶液处理的牙釉质和羟基磷灰石表面与聚谷氨酸粉末处理的牙釉质和羟基磷灰石表面相似，并且该研究表明，2% 的聚谷氨酸比氟化钠更有效，因为它能形成一层涂层，防止牙齿表面的脱矿化和促进再矿化。γ-PGA 也可以作为催涎剂应用到口香糖、糖果、饮料等食品中防止口臭和龋齿。γ-PGA 可促进唾液分泌，与商用漱口水中使用的氟化物盐和其他蛋白质等化合物相比，它在中性 pH 下稳定，即使在高剂量下也对人体无害。

在食品工业中，γ-PGA可作为保湿剂、抑菌剂、防冻剂、掩味剂等，更重要的是，现在较多的研究都表明γ-PGA 具有很多的功能保健作用，这对研究保健品新产品的研发具有重要意义，但是 γ-PGA 功能的一些作用机理仍未得到确切的解释，需继续深入研究。

此外，国外对于γ-PGA在医药和环保领域的应用研究颇多，尤其是可作为药物载体对药物起到缓释的价值。随着研究的不断深入，γ-PGA 一定能应用于更多的领域， γ-PGA新产品也将会不断地被开发出来。

参考文献：

[1]彭敏,张迎庆,王婷,童雅琴.聚谷氨酸对食品的功能性影响研究进展[J/OL].中国食品添加剂,2021(07):138-143[2021-08-01].https://doi.org/10.19804/j.issn1006-2513.2021.07.022.

[2]何宇,吕卫光,张娟琴,张海韵,张翰林,李双喜,郑宪清,白娜玲.γ-聚谷氨酸的研究进展[J].安徽农业科学,2020,48(18):18-22.

小泥沙，食品科技工作者，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品及功能性食品的开发与研究。