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γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)，为哺乳动物中枢神经系统的一种主要的抑制性神经递质，具有抗抑郁、增强脑功能和记忆、降血压，以及利尿等生理活性，在功能性食品领域的开发和研究中具有广阔的空间。锌是真核生物体内重要的微量元素，也是人体必需的微量元素，具有多种生理机能。在食品方面，利用安全性高的乳酸菌发酵生产GABA是目前主流，但GABA产量比较低，所以提高产量是人们现在研究的一个方向，而本实验目的就是得到一株高产GABA并富锌的乳酸菌。
本论文通过对传统泡菜分离筛选并通过生理生化初步鉴定出几株富锌的乳酸菌，然后从中筛选出一株高产GABA并富锌的乳酸菌，对其gad基因序列进行同源性分析得到短乳杆菌Lactobacillus brevis BS2，进而通过高效液相色谱(HPLC)定量检测，诱变育种，优化发酵培养条件，通过15L发酵罐进行分批及补料发酵试验，从而使得产量得到一定的提高。主要结果如下：
用含0.1～0.2％Zn2+的MRS培养基为基本培养基，从发酵酸菜、酸奶中筛选出乳酸菌。经菌株形态特征观察、生理生化鉴定，筛选出6株具富锌能力乳酸菌，经含不同浓度梯度的Zn2+的MRS培养基来分离、筛选和驯化后，获得2株生长良好，具有较强富锌能力的乳酸菌菌株。
利用MRSG培养基筛选实验室保存的具较强富锌能力的乳酸菌菌株后，采用纸层析检测菌株发酵液，再经初筛和复筛得到三株高产r-氨基丁酸的富锌乳酸菌菌株。提取菌株基因组DNA，以基因组为模板PCR扩增到540bp的片段并采用TA克隆法将此PCR产物克隆入E.coli DH5α，经测序和序列分析，证明是谷氨酸脱羧酶基因高度保守区域，初步证明谷氨酸脱羧酶基因的存在。
为了检测和提高乳酸菌γ-氨基丁酸(GABA)产量，采用HPLC方法检测本研究室前期筛选的产GABA短小乳杆菌的GABA产量，检测结果显示其产量达到4.8g/L，采用CTAB法提取高产GABA乳酸菌基因组，并以此基因组为模板应用降落PCR扩增出谷氨酸脱羧酶基因gad，测序后同源性比较显示与Lactobacillus brevis strain BH2的gad同源性达到98％，所以将目的菌名为Lactobacillus brevis strain BS2。
通过纸层析预染定量分析确定该L.brevis BS2菌株GABA产量为7g/L，然后通过紫外和硫酸二乙酯诱变方法对目的菌进行初步诱变，结果GABA产量提高不理想，而后采用纸层析预染法定量分析最佳发酵产GABA条件，通过单因素的试验优化培养基，正交试验设计对培养基重要因子进行考察和评估，并对重要的影响因素进行优化，确定较优的培养基，并对其发酵条件进行了研究，结果表明L.brevis BS2最佳产GABA的培养基为：以葡萄糖为主要碳源，以大豆蛋白胨和牛肉膏为复合氮源，碳氮比为1:1，谷氨酸钠添加量为2％，发酵条件为：接种量5％，初始pH5.0，发酵温度36℃，发酵产GABA可达到15g/L，与优化前GABA产量(7g/L)相比提高了50％，表明该菌株有一定的应用前景。
最后选取了高产γ-氨基丁酸富锌的短乳杆菌L brevis BS2为对象，通过15L发酵罐进行分批及补料发酵试验，在严格控制下观察GABA的生物转化过程，克服摇瓶发酵之不足。采用初始pH为5，发酵期间不控制pH的情况下进行分批发酵；而后通过发酵期间控制pH为5的情况下再次进行分批发酵，GABA含量得到有效的提高，谷氨酸钠和葡萄糖分别在32h和44h基本耗尽；然后采用初始pH为5，发酵期间控制pH不变的情况下分别在32h补入200mL(630 g/L)谷氨酸钠，44h补入200mL(50g/L)葡萄糖，补料时，两者流加速度均为11.1mL/min，流加了18min。流加结束后培养基中葡萄糖和谷氨酸钠含量达到18g/L以上，基本达到在初始发酵时的浓度，而谷氨酸钠在56h基本耗尽，GABA产量达到22.5g/L，最后在56h处第二次补加谷氨酸钠，GABA产量在104h达到33g/L以上。产量提高2.5倍左右。