糖基化作用提升GABA的抗氧化及ACE抑制能力，以及作为潜在食品添加剂的糖基化产物Fru-GABA的高效制备方法

《Food Bioscience》：Elevated Antioxidant and ACE-Inhibitory Capacities of GABA via Glycation, and Efficient Preparation of Glycation Product Fru-GABA as Potential Food Additive

　　

摘要：

本研究发现糖化产物Fru-GABA（由GABA和葡萄糖生成的阿马多里化合物）具有抗氧化和ACE抑制活性，有望成为功能性成分。此外，研究首次表明，通过美拉德反应进行的糖化修饰能够提升GABA的活性。在20 mM浓度下，Fru-GABA的DPPH清除能力、ABTS清除能力以及FRAP活性分别比GABA高2.24倍、10.98倍和5.11倍。Fru-GABA较强的抗氧化性能可能与糖化过程中产生的多羟基酮烯醇结构有关。在5 mM浓度下，Fru-GABA的ACE抑制效果是GABA的2.97倍，其较强的ACE抑制能力可能与通过氢键与ACE发生相互作用有关。通过真空脱水法可高效制备Fru-GABA，最佳条件下其产量可达46.91 ± 0.73%（脱水温度105℃，pH值8.0，葡萄糖与GABA的比例为2:1，脱水时间为80分钟），这一数值远高于常压合成法。此外，Fru-GABA存在于多种干果中，如枸杞（2.9112 ± 0.0365毫克/克干重）、葡萄干（1.8737 ± 0.1563毫克/克干重）和龙眼（0.8723 ± 0.0159毫克/克干重）。关于Fru-GABA的吸收、代谢及体内生物活性还有待进一步研究。本研究为通过美拉德反应介导的糖化作用提升GABA活性提供了新见解，同时也凸显了Fru-GABA作为食品来源的生物活性成分的潜在应用价值。

引言

当前，全球食品系统面临着人口增长、资源限制、环境可持续性以及消费者对更健康食品需求所带来的日益严峻的挑战（Ben等人，2025；Ben等人，2026）。通过可持续加工策略开发清洁标签功能性化合物受到了广泛关注（Liu等人，2024；Zhao等人，2024）。此外，利用可持续技术将食品原料转化为高附加值的生物活性化合物，已成为推动循环生物经济和提高资源利用效率的重要策略（Ng等人，2020；Zhang等人，2021b；Jin等人，2025a；Jin等人，2025b；Jin等人，2025d）。美拉德反应作为一种分子修饰方法极具吸引力，因为它在食品加工过程中会自然发生。美拉德反应是由还原糖与氨基酸或肽类之间的缩合反应引发的。首先会形成不稳定的N-糖基胺，随后N-糖基胺脱水生成席夫碱，再经过重排反应生成阿马多里化合物。阿马多里化合物是美拉德反应初期产生的相对稳定的化合物，研究表明它们具有多种功能，包括抗氧化作用（Cui等人，2019；Zhou等人，2024）以及ACE抑制作用（Yu等人，2020；Zhou等人，2022）。Fru-Ala、Fru-Pro、Fru-Glu和Fru-Arg都具有抗氧化能力（Cui等人，2019；Yu等人，2020；Zhou等人，2024）。而Fru-Glu、Fru-His、Fru-Phe、Fru-Arg、Fru-Met和Fru-Pro则具备ACE抑制作用（Yu等人，2016；Zhou等人，2022）。此外，Zhou等人（2022）发现Fru-His的ACE抑制效果甚至强于His本身。因此，阿马多里化合物被视为具有强大生物活性的成分，其活性可能高于对应的氨基酸。Li等人（2025）指出，真空脱水法是一种高效且环保的制备阿马多里化合物的方法。Xu等人（2019）则报告称，在木糖-谷氨酸体系中，采用真空脱水处理后，Xyl-Glu阿马多里化合物的产率可达75.11%。

GABA（γ-氨基丁酸），又称4-氨基丁酸，具有降低血压和血糖水平以及抗氧化的作用（Hepsomali等人，2020）。不过，美国药典指出，有一些研究显示GABA仅能带来短暂且轻微的降压效果（降幅低于10%）（Oketch等人，2021）。这表明GABA的ACE抑制效果可能较为有限。那么，是否可以通过特定方法进一步提升GABA的活性呢？有研究假设，糖化修饰或许能够进一步增强GABA的功能活性，这一观点还需进一步验证。开发出适合食品应用的策略来提升GABA的功能性，对于拓展这种食品来源的生物活性化合物的应用范围具有重要意义。因此，通过美拉德反应介导的糖化作用，有望在保持食品适用性的同时，将传统食品分子转化为高附加值的功能性成分。

GABA广泛存在于多种水果和蔬菜中，如番茄、香蕉和胡萝卜（Sarpong等人，2019；Tilahun等人，2021）。在加工这些食物的过程中可能会产生Fru-GABA（由GABA和葡萄糖生成的阿马多里化合物）。Sarpong等人（2019）通过2-呋喃甲酰氨基酸间接定量法推测，干香蕉中可能含有Fru-GABA。同样，Michalska等人（2016）也通过该间接定量法发现干李子中可能存在Fru-GABA。此前关于食品中Fru-GABA含量的测定大多采用间接定量方法。阿马多里化合物的酸水解产物2-呋喃甲酰氨基酸可通过HPLC-UV/HPLC-MS方法进行定量分析（Li等人，2025a）。但这种间接定量方法存在一些缺点：准确性较低（因为转化率低于30%），而且酸水解过程耗时较长（Li等人，2025a）。目前，关于直接定量食品中Fru-GABA的研究极为少见。本研究采用了直接定量方法来测定多种水果和蔬菜中的Fru-GABA含量。此外，Han等人（2025）尝试过合成Fru-GABA，但其产率低于5%，同时还研究了其风味特征。至今仍没有关于高效制备Fru-GABA及其功能活性的相关研究。因此，本研究重点探讨了Fru-GABA的高效制备方法、功能活性以及其在食品中的直接定量检测方法。本文的主要创新点如下：Ⅰ基于假设，探究了糖化修饰是否能够进一步提升GABA的活性，为提高GABA作为功能性成分的效能提供了新思路。[Ⅱ]采用绿色高效的方法制备了糖化衍生物Fru-GABA，为其作为功能性成分的实际应用和工业化生产奠定了基础。[Ⅲ]通过UPLC-TQD-MS/MS方法准确直接地测定了多种水果和蔬菜产品中的Fru-GABA含量，说明了其在现有食品体系中的作用潜力。

本文的研究内容如下：首先，本研究采用真空脱水技术，在GABA-葡萄糖体系中合成出了Fru-GABA，并进一步优化了脱水工艺，以实现Fru-GABA的高产率制备。随后利用UPLC-QTOF-MS/MS和核磁共振技术对Fru-GABA进行了结构表征。同时测量了GABA及其糖化衍生物Fru-GABA的抗氧化能力（DPPH、ABTS和FRAP试验）以及ACE抑制能力，从而评估了糖化修饰对GABA活性的影响。此外，还通过荧光光谱法、圆二色光谱法以及分子对接模拟技术，进一步阐明了Fru-GABA发挥ACE抑制作用的机制。最后，利用UPLC-TQD-MS/MS方法定量检测了多种水果和蔬菜中的Fru-GABA含量。本文为提升GABA的效能，以及将Fru-GABA作为潜在营养补充剂进行应用和工业化生产提供了科学依据。

章节节选

化学品与试剂

GABA（γ-氨基丁酸）购自中国上海的Macklin Co公司。葡萄糖则来自中国上海的Adamas Co公司。盐酸、氢氧化钠、甲酸和氨水由中国上海的Sinopharm Co公司提供。纯度高于99.9%的乙腈同样来自该公司的产品。TTC（2,3,5-三苯基四氮唑氯盐）试剂也是从Sinopharm Co公司购得。用于纯化阿马多里化合物的Dowex 50WX4树脂则购自J&K Scientific公司。

通过真空脱水法高效合成糖化产物Fru-GABA

真空脱水法被认为是一种高效的阿马多里化合物合成方法（Li等人，2025）。此外，Han等人（2025）尝试过采用常压加热法合成Fru-GABA，但其转化率很低（低于5%）。在常压加热条件下，阿马多里化合物的产率低可能是因为在加热过程中会发生水解、分解和氧化反应。因此，本研究选择真空脱水法来合成Fru-GABA。

结论

本研究首次表明，糖化修饰能够显著增强GABA的抗氧化和ACE抑制活性。通过真空脱水法可高效合成Fru-GABA，在最佳条件下其最大产率可达46.91 ± 0.73%（最佳脱水条件为：温度105℃，pH值8.0，脱水时间80分钟，葡萄糖与GABA的反应物比例为2:1）。Fru-GABA表现出更强的抗氧化能力（在DPPH、ABTS和FRAP试验中均表现优异）。

作者贡献说明

Tingting Li：负责文章的撰写与编辑、原始稿件的撰写、数据可视化、结果验证、方法设计、实验研究、数据分析、数据整理以及概念构思工作。Lianfu Zhang：承担课题指导、项目管理工作以及资金筹措工作。

未引用参考文献

Ben El Caid等人，2025；Ben El Caid等人，2026；Jin和Xu，2025a；JIN和XU，2025b；Jin和Xu，2025c；Jin和Xu，2025d；Li等人，2025b；Oketch-Rabah等人，2021；Zhang和Xu，2021a；Zhang和Xu，2021b。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

利益冲突声明

作者声明自己没有已知的可能影响本文研究结果的任何财务利益关联或个人关系。

致谢

本研究得到了中国“十三五”国家关键研发计划的资助（项目编号：2018YFD0400902）。

Tingting Li|Lianfu Zhang

中国无锡市蠡湖大道1800号，江南大学食品科学与技术学院