《Food Bioscience》：Date kernel powder, whey powder, and bagasse as an agro-industrial fermentation medium for GABA production by lactic acid bacteria
编辑推荐：
•乳清蛋白、甘蔗渣和椰枣核粉协同增强了乳酸菌的生长•L. brevis（短乳杆菌）取得了最高的GABA产量，表现优于其他受测菌株•利用响应面法（R2 ≈ 1）优化了发酵参数•L. brevis（短乳杆菌）提取物对Caco-2细胞具有强效细胞毒性（IC50 ≈ 3.25 mg/
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乳清蛋白、甘蔗渣和椰枣核粉协同增强了乳酸菌的生长
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L. brevis（短乳杆菌）取得了最高的GABA产量，表现优于其他受测菌株
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利用响应面法（R2 ≈ 1）优化了发酵参数
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L. brevis（短乳杆菌）提取物对Caco-2细胞具有强效细胞毒性（IC50 ≈ 3.25 mg/mL）
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发酵提取物表现出强大的抗氧化和抗菌活性
引言
γ-氨基丁酸（GABA）是一种天然存在于植物、动物和微生物中的非蛋白氨基酸。它是中枢神经系统中主要的抑制性神经递质，还与多种生理益处有关，包括调节血压、缓解压力、改善睡眠质量以及在功能性食品中的潜在应用（Hepsomali等，2020；Milon等，2024）。由于GABA的化学合成存在环境问题和较高的生产成本（Milon等，2024），微生物发酵作为一种可持续的替代方案日益受到关注（Akpoghelie等，2025）。在产GABA的微生物中，乳酸菌（LAB）因其食品级地位及其通过谷氨酸脱羧酶（GAD）系统合成GABA的能力而备受关注，在该系统中L-谷氨酸被转化为GABA（Yogeswara等，2020）。因此，谷氨酸或味精（MSG）作为前体的可用性是影响GABA生物合成的关键因素（Wang等，2018）。由于GABA的形成直接依赖于谷氨酸的可用性，有效的发酵培养基不仅需要支持乳酸菌的生长，还必须为高效的谷氨酸脱羧作用提供适宜条件（Laroute等，2021）。据报道，在优化的发酵条件下，多种乳酸菌株，特别是Levilactobacillus brevis（短乳杆菌）和Lactiplantibacillus plantarum（植物乳植杆菌），是高效的GABA产生菌（Cai等，2023；Falah等，2021；Matta等，2024）。尽管取得了这些进展，大规模微生物GABA生产在经济可行性方面仍受到传统发酵培养基成本的限制（Thongruck & Maneerat，2023）。因此，近期研究越来越多地探索低成本农业工业副产品作为替代基质（Thongruck & Maneerat，2023；Yousefi等，2025）。
乳清粉是乳糖、含氮化合物和矿物质的宝贵来源，可支持细菌生长（Hebishy等，2023；Tunick等，2025）。椰枣核粉（DKP）含有碳水化合物、膳食纤维和酚类化合物，而甘蔗渣是一种丰富的木质纤维素残留物，具有作为低成本、富含碳源基质的潜力（Al-Khalili等，2023；Ren等，2021）。单独而言，这些农业工业副产品已引起作为替代发酵基质的兴趣（Astudillo等，2023；Diez-Gutiérrez等，2022）；然而，它们的联合使用可能提供额外优势。乳清粉可以提供乳酸菌增殖所需易利用的营养物质和生长因子，而DKP则贡献可发酵碳水化合物和生物活性化合物，可能支持微生物代谢（Hilary等，2020；Pescuma等，2008）。甘蔗渣作为一种丰富的农业残留物，可作为补充碳源，同时提高发酵过程可持续性和经济可行性（Maity等，2025）。因此，这些副产品的组合可能创造一种营养互补的培养基，能够通过同时提供碳、氮、矿物质和乳酸菌发酵的生长支持化合物来支持细菌生长和高效GABA生物合成（Dhakal等，2012；Suwanmanon & Hsieh，2014）。尽管先前研究已探讨乳酸菌利用乳清或其他农业食品残留物等单一基质生产GABA（Alizadeh Behbahani等，2020），但关于将DKP、甘蔗渣和乳清粉联合用作GABA生产发酵培养基的信息仍然有限（Atasoy等，2024；Chen & Hang，2019；Gondal等，2021）。特别地，该基质组合对支持选定乳酸菌株GABA生物合成的适用性尚未得到充分阐明。因此，这些副产品能否有效组合成一种低成本、营养均衡的培养基，同时增强GABA生产并促进农业工业残留物的可持续增值仍不清楚（Alizadeh Behbahani等，2020；Cataldo等，2024；Jia等，2022）。据此，本研究旨在评估和优化乳酸菌利用DKP、甘蔗渣和乳清粉配制发酵培养基的GABA生产。此外，比较了不同的乳酸菌株，并评估了发酵提取物的生物活性。本工作的创新之处在于首次探索了DKP、甘蔗渣和乳清粉这一此前研究较少的组合，作为营养互补的农业工业培养基用于微生物GABA生产。通过将多种低值副产品整合到单一发酵系统中并优化发酵条件，本研究探索了一种相对于传统发酵培养基的潜在可持续且经济可行的替代方案，同时为农业工业废物流的增值做出贡献。
章节摘要
材料与微生物
DKP购自Puya Faravran Kamyab公司（FLAVINEA?，伊朗伊斯法罕）。L. brevis、L. plantarum、Pediococcus acidilactici、Leuconostoc mesenteroides和Lacticaseibacillus casei的冻干菌种由伊朗国家基因与生物资源中心（伊朗德黑兰）提供。甘蔗渣（一种农业副产品）购自与Amirkabir农业综合体相关的本地供应商。乳清粉购自Pegah Khuzestan公司（Shush，
基于农业工业副产品的发酵培养基成分
甘蔗渣、DKP和乳清粉作为替代发酵培养基组分，用于替代传统MRS培养基生产GABA。这些农业工业副产品的理化成分总结见表1。选择这些材料是因为其广泛可获得性、低成本以及为乳酸菌的生长和代谢活动提供必需营养物质的潜力。甘蔗渣含有可测量的矿物质含量。尽管其蛋白质含量
结论
本研究证明了利用农业工业副产品作为替代发酵基质，通过微生物发酵生产GABA的可行性。乳清粉、甘蔗渣和DKP的组合提供了一种可持续且具有经济吸引力的发酵培养基，同时促进了农业工业残留物的增值。对关键发酵参数（包括pH、温度、硫酸镁浓度和基质组成）的优化显著提高了
CRediT作者贡献声明
Wing-Fu Lai：写作 – 审阅与编辑、调查研究、概念构思。Hassan Zaki Dizaji：概念构思。Sahar Sabahi：概念构思。Maryam Asnaashari：监督指导、资源支持、方法学、调查研究、概念构思。Reza Farahmandfar：写作 – 审阅与编辑、写作 – 原稿撰写、监督指导、项目管理、概念构思。Ghazal Mehrad：验证、软件、资源支持、方法学、调查研究、形式分析
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本工作得到萨里农业科学与自然资源大学和伊朗国家科学基金会（INSF）的支持。
Ghazal Mehrad | Reza Farahmandfar | Maryam Asnaashari | Sahar Sabahi | Hassan Zaki Dizaji | Wing-Fu Lai
