$\gamma$-aminobutyric acid (GABA) is a ubiquitous nonprotein amino acid that is produced primarily by $\alpha$-decarboxylation of L-glutamic acid (Glu) catalyzed by the enzyme glutamate decarboxylase (GAD). It is well known as a neurotransmitter that regulates inhibitory neurotransmission in the mammalian central nervous system. In addition, GABA has been proved to be effective for lowering blood pressure in mammals. This paper is intended to provide basic information about GABA, including the functional and biological activity of GABA, GABA production by lactic acid bacteria, and the utilization of GABA in the production of dairy products.
An efficient and simple fermentation process was developed for the production of ${\gamma}$-aminobutyric acid (GABA) by Lactobacillus sakei B2-16. When the L. sakei B2-16 was cultivated in the rice bran extracts medium containing 4% sucrose, 1% yeast extract, and 12% monosodium glutamate, the maximum GABA concentration reached 660.0 mM with 100% conversion yield, showing the 2.4- fold higher GABA concentration compared with the modified MRS medium without the rice bran extracts. The GABA production was scaled-up from a laboratory scale (5 l) to a pilot (300 l) and a plant (5,000 l) scale to investigate the application possibility of GABA production to industrial fields. The production yields at the pilot and plant scales were similar to the laboratory scale using rice bran extracts medium, which could be effective for the low-cost production of GABA.
Gamma-aminobutyric acid (GABA)-producing strains were isolated from four edible insects and subjected to 16S rRNA sequence analysis. Among the four GABA-producing bacteria, Enterococcus avium JS-N6B4 exhibited the highest GABA-production, while cultivation temperature, initial pH, aerobic condition, and mono-sodium glutamate (MSG) feeding were found to be the key factors affecting GABA production rate. The culture condition was optimized in terms of glucose, yeast extract, and MSG concentrations using response surface methodology (RSM). GABA production up to 16.64 g/l was obtained under the conditions of 7 g/l glucose, 45 g/l yeast extract, and 62 g/l MSG through the optimization of medium composition by RSM. Experimental GABA production was 13.68 g/l, which was close to the predicted value (16.64 g/l) calculated from the analysis of variance, and 2.79-fold higher than the production achieved with basic medium. Therefore, GABA-producing strains may help improve the GABA production in edible insects, and provide a new approach to the use of edible insects as effective food biomaterials.
This study aimed to optimize gamma-aminobutyric acid (GABA) production by employing five strains of lactic acid bacteria (LAB) that were capable of high cell growth and GABA production using a modified synthetic medium. GABA production in the strains was qualitatively confirmed via detection of colored spots using thin layer chromatography. Lactobacillus plantarum SGL058 and Lactococcus lactis SGL027 were selected as the suitable strains for GABA production. The conditions of the carbon and nitrogen sources were determined as 5 g/l glucose (L. plantarum SGL058), 5 g/l lactose (L. lactis SGL027), 10 g/l yeast extract (L. plantarum SGL058), and 20 g/l yeast extract (L. lactis SGL027) for GABA production. The cell growth, monitored by optical density at 600 nm, was 5.93 for L. plantarum SGL058. This value was higher than the 3.04 produced by L. lactis SGL027 at 36 h using a 5-L fermenter. The highest concentration of GABA produced was 546.7 ㎍/ml by L. plantarum SGL058 and 404.6 ㎍/ml by L. lactis SGL027, representing a GABA conversion efficiency of (%, w/w) of 4.0% and 3.4%, respectively. The fermentation profiles of L. plantarum SGL058 and L. lactis SGL027 provide a basis for the utilization of LAB in GABA production using a basal synthetic medium.
Gamma-aminobutyric acid (GABA) plays important roles in host physiology. However, the effects of GABA are greatly restricted due to its low bioavailability in the human body. Here, a high acid-tolerance GABA-producing strain, Lactobacillus brevis Bmb5, was isolated from kimchi. Bmb5 converted glutamate to GABA (7.23 ± 0.68 ㎍/μl) at a rate of 72.3%. The expression of gadB gene, encoding the enzyme involved in the decarboxylation of glutamate to GABA, was decreased upon incubation. Our findings indicate GABA production in Bmb5 is not directly correlated with gadB gene expression, providing new insight into the mechanisms underlying GABA production in Lactobacillus.
Recently, soybean isoflavone aglycones (i.e., daidzein and genistein) and ${\gamma}-aminobutyric$ acid (GABA) have begun to receive considerable consumer attention owing to their potential as nutraceuticals. To produce these ingredients, multiple microorganisms and their enzymes are commonly used for catalysis in the nutraceutical industry. In this work, we introduce a novel fermentation process that uses whole-cell biocatalysis to accelerate GABA and isoflavone aglycone production in doenjang (a traditional Korean soybean paste). Microbial enzymes transform soybean isoflavone glycosides (i.e., daidzin and genistin) and monosodium glutamate into soybean isoflavone aglycones and GABA. Lactobacillus brevis GABA 100 and Aspergillus oryzae KACC 40250 significantly reduced the production time with the aid of a protease. The resulting levels of GABA and daidzein were higher, and genistein production resembled the levels in traditional doenjang fermented for over a year. Concentrations of GABA, daidzein, and genistein were measured as 7,162, 60, and $59{\mu}g/g$, respectively on the seventh day of fermentation. Our results demonstrate that the administration of whole-cell L. brevis GABA 100 and A. oryzae KACC 40250 paired with a protease treatment is an effective method to accelerate GABA, daidzein, and genistein production in doenjang.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.46
no.8
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pp.979-985
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2017
This study was carried out to investigate the production of ${\gamma}$-aminobutyric acid (GABA) by lactic acid bacteria and to manufacture GABA using rice bran extract-based optimum medium. Electrostatic spraying technology was used to add GABA into the cereals. The isolated Lactobacillus brevis CFM11 produced the highest GABA production up to a concentration of $2,002.93{\mu}g/mL$ when cultivated in MRS broth containing 0.8% monosodium glutamate (MSG). The production level of GABA was $585.80{\mu}g/mL$ in rice bran extract containing 0.4% MSG, 2% sucrose, 1% skim milk, and 0.2% magnesium sulfate. After electrostatic spraying of the cultured suspension onto rice, GABA concentration reached $228.10{\mu}g/g$ while untreated rice reached $32.23{\mu}g/g$. These results demonstrate that rice bran extract can be an economic commercial medium for GABA production as a substitute for MRS broth. This study demonstrates the novel application of electrostatic spraying of GABA into cereal products for the first time.
Lactic acid bacteria that accumulated ${\gamma}-aminobutyric$ acid (GABA) in culture medium were screened to identify strains with high GAB A-producing ability. One strain, MS, which was isolated from kimchi, showed the highest GABA-producing ability among the screened strains. MS was identified as Lactobacillus buchneri based on Gram-staining, metabolic characteristics, and 16S rDNA sequence determination, Optimum culture conditions for GABA production were determined: MRS broth containing 5% MSG, 1% NaCl, and 1% glucose, at an initial pH of 5.0, the incubation temperature at $30^{\circ}C$ for 36 h. Under these conditions, MS produced GABA at a concentration of 251 mM with a 94% GABA conversion rate. Moreover, culture extracts of Lb. buchneri MS partially or completely protected neuronal cells against neurotoxicantinduced cell death.
In this study, the effects of pH, temperature, IPTG concentration and substrate (MSG) concentration on gamma-aminobutyric acid (GABA) production in engineered Escherichia coli were investigated. Glutamate decarboxylase and glutamate/GABA antiporter were overexpressed in GABA aminotransferase knock-out strain for GABA production. The result of optimization study showed the GABA bioconversion was optimized at pH 3.5, $30^{\circ}C$, 0.5 mM IPTG, 10 g/L MSG. At this condition, 5.23 g/L of final GABA concentration of was achieved from 10 g/L of MSG, which corresponded to a GABA yield of 85.77%.
Tao Kim;Sojeong Heo;Hong-Eun Na;Gawon Lee;Jong-Hoon Lee;Ji-Yeon Kim;Do-Won Jeong
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.4
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pp.527-532
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2023
Brewer's spent grain (BSG) is a waste product of the beer industry, and γ-aminobutyric acid (GABA) is a physiologically active substance important for brain and neuron physiology. In this study, we used the bacterial strains Bacillus velezensis DMB06 and B. licheniformis 0DA23-1, respectively, to ferment BSG and produce GABA. The GABA biosynthesis pathways were identified through genomic analysis of the genomes of both strains. We then inoculated the strains into BSG to determine changes in pH, acidity, reducing sugar content, amino-type nitrogen content, and GABA production, which was approximately doubled in BSG inoculated with Bacillus compared to that in uninoculated BSG; however, no significant difference was observed in GABA production between the two bacterial strains. These results provide the experimental basis for expanding the use of BSG by demonstrating the potential gain in increasing GABA production from a waste resource.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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