γ-氨基丁酸

英文名:γ－aminobutyric acid (GABA)

化學(xué)名稱: 4-氨基丁酸

別名: γ-氨基丁酸， 氨酪酸，哌啶酸。

分子式: C4H9NO2

分子量: 103.1

CAS：56-12-2

作為一種化學(xué)物質(zhì)來說，早在 1883 年 GABA 就被人工合成。1950 年有人發(fā)現(xiàn)哺乳動物正常腦內(nèi)的 GABA 的濃度很高，但生理意義不明。隨后，有人從牛腦中提取出一種能抑制螯蝦牽張感受器神經(jīng)元產(chǎn)生沖動提取液，發(fā)現(xiàn)其具有抗乙酰膽堿及對脈鼠和家兔的回腸有收縮作用，并證明此提取液中起抑制作用的組分就是 GABA。Segal SA 等又證實 GABA 對哺乳動物的中樞神經(jīng)具有普遍抑制作用，將用離子電泳分離得到的 GABA 注射于貓皮層十字溝周圍的神經(jīng)元，可引起神經(jīng)元的超極化，其電位與刺激皮層表面突觸所產(chǎn)生的抑制性電位相同，并發(fā)現(xiàn)用電刺激貓的小腦浦氏細(xì)胞時第四腦室灌流液中的 GABA 含量增加 3 倍，因而推測浦氏神經(jīng)元釋放的化學(xué)遞質(zhì)是 GABA。

小葉狀結(jié)晶（甲醇-乙醚）、針狀結(jié)晶（水-乙醇），熔點202℃（在快速加熱下分解）。在25℃時解離常數(shù)Ka3.7×10-11, Kb1.7×10-10。易溶于水，微溶于熱乙醇，不溶于其他有機(jī)溶劑。在熔點溫度以上分解形成吡咯烷酮和水。外觀：白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末。

白色片狀或針狀結(jié)晶；微臭，具有潮解性；極易溶于水，微溶于熱乙醇，不溶于冷乙醇、乙醚和苯；分解點為202℃；LD50(大鼠，腹腔) 5400mg/kg。

γ-氨基丁酸（GABA）是一種天然活性成分，廣泛分布于動植物體內(nèi)。植物如豆屬、參屬、中草藥等的種子、根莖和組織液中都含有GABA。在動物體內(nèi)，GABA幾乎只存在于神經(jīng)組織中，其中腦組織中的含量大約為0.1-0.6mg/克組織，免疫學(xué)研究表明，其濃度最高的區(qū)域為大腦中黑質(zhì)。

伽馬氨基丁酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中很重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，它是一種天然存在的非蛋白組成氨基酸，具有極其重要的生理功能，它能促進(jìn)腦的活化性，健腦益智，抗癲癇，促進(jìn)睡眠，美容潤膚，延緩腦衰老機(jī)能，能補(bǔ)充人體抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，具有良好的降血壓功效。促進(jìn)腎機(jī)能改善和保護(hù)作用。抑制脂肪肝及肥胖癥，活化肝功能。每日補(bǔ)充微量的伽瑪氨基丁酸有利于心腦血壓的緩解，又能促進(jìn)人體內(nèi)氨基酸代謝的平衡，調(diào)節(jié)免疫功能。

γ-氨基丁酸屬強(qiáng)神經(jīng)抑制性氨基酸，具有鎮(zhèn)靜、催眠、抗驚厥、降血壓的生理作用。它是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)（Inhibitory Neurotransmitter），可以抑制動物的活動，減少能量的消耗。氨基丁酸作用于動物細(xì)胞中的GABA受體，GABA受體是一個氯離子通道，GABA的抑制性或興奮性是依賴于細(xì)胞膜內(nèi)外的氯離子濃度的，GABA受體被激活后，導(dǎo)致氯離子通道開放，能增加細(xì)胞膜對氯離子通透性，使氯離子流入神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)胞膜超極化，抑制神經(jīng)細(xì)胞元激動，從而減少動物的運動量。

它是通過減少動物的無意識運動，來減少能量消耗，從而達(dá)到促生長的目的。γ-氨基丁酸能促進(jìn)動物胃液和生長激素的分泌，從而提高生長速度和采食量；能興奮動物的采食中樞，從而增加采食量。

是一種神經(jīng)抑制的產(chǎn)品

GABA是目前研究較為深入的一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，它參與多種代謝活動，具有很高的生理活性。

GABA的制備方法主要有化學(xué)合成法和生物合成法兩種。

化學(xué)合成法多見于專利文獻(xiàn)的報道，成本較高，得率較低，并且在生產(chǎn)工藝中使用危險溶劑，甚至是有毒溶劑。因此化學(xué)合成法制備的GABA不能用于食品，也不能被認(rèn)為是一種天然食品添加劑。

生物合成法相比較來說是一種既安全、又低成本的方法。在早期的研究中，發(fā)酵法生產(chǎn)GABA以大腸桿菌為生產(chǎn)菌，發(fā)酵培養(yǎng)基為麩皮水解液、玉米漿、蛋白胨、礦物質(zhì)等。在發(fā)酵過程中，利用大腸桿菌脫羧酶的作用，將L-谷氨酸轉(zhuǎn)化為GABA，再分離純化得到GABA制品。但是，若要進(jìn)行食品開發(fā)，使用大腸桿菌無疑存在安全性方面的種種問題。根據(jù)最新的研究報道和專利文獻(xiàn)，乳酸菌、酵母菌、曲霉菌等一些安全性高的微生物在GABA類食品的制備中已有應(yīng)用，這就使得生物合成的GABA制品能用作高檔功能性保健食品的配料。

生產(chǎn)方法

有合成法和發(fā)酵法。1.合成法由吡咯烷酮開環(huán)制得。將生石灰用蒸餾水消化成石灰乳，抽入水解反應(yīng)釜，加吡咯烷酮，升溫至125-130℃，反應(yīng)壓力保持在0.29MPa，保溫反應(yīng)10-14h以上。反應(yīng)結(jié)束后降溫至30℃出料過濾，用蒸餾水洗滌。濾液加碳酸氫銨，直至無鈣離子檢出，再加活性炭在80℃保溫脫色30min，60℃過濾，用蒸餾水洗，洗液與濾液合并，在60℃減壓濃縮至析出結(jié)晶，加入乙醇，冷卻、過濾、干燥，得成品，收率為85%以上。2.發(fā)酵法 使用大腸桿菌作為菌種。發(fā)酵培養(yǎng)基為麩皮水解液、玉米漿、蛋白胨、硫酸鎂和氯化鈉等。以豆油為消沫劑，用量約為0.1%，發(fā)酵單位約為100酶單位/ml發(fā)酵液。在提煉過程中，利用大腸桿菌脫羧酶的作用，將L-谷氨酸轉(zhuǎn)化為γ-氨酪酸在水溶液中能解離成陽離子的特性，采用強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，氨水洗脫，提取，再經(jīng)樹脂純化，濃縮、結(jié)晶、干燥后即得成品。

強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂 鄰苯二甲酰亞胺鉀 N-甲基吡咯烷酮 大豆油 己酰氯 2-吡咯烷酮 4-氯丁腈 N,N,N-三(聚氧丙烯聚氧乙烯)胺 玉米漿 碳酸氫銨

2-羥基-4-氨基丁酸阿侖膦酸阿尼西坦4-馬來酰亞胺丁酸4-二甲基氨基丁酸鹽酸鹽4-氨基丁酸甲酯鹽酸鹽

GABA在食品中的研究和應(yīng)用始于上世紀(jì)八十年代中期，應(yīng)用產(chǎn)品以日本茶飲料Gabaron為代表。用Gabaron茶飲料飼喂患原發(fā)性高血壓的小白鼠，數(shù)周內(nèi)發(fā)現(xiàn)其血壓由175-180mmHg降低至150mmHg，同時并未發(fā)現(xiàn)小白鼠的其它任何生理異常現(xiàn)象。1994年，Takayo等在研究用水浸泡的米胚芽的氨基酸分布時，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過發(fā)酵處理的米胚芽中GABA的積累量很高，達(dá)到200-300mg/100g。1996年，富含GABA的米胚芽制品在日本實現(xiàn)了商業(yè)化。神經(jīng)生理及神經(jīng)醫(yī)學(xué)的研究表明GABA是一種重要的活性物質(zhì)，在人腦中，雖然GABA可由腦部的谷氨酸在專一性較強(qiáng)的谷氨酸脫羧酶作用下轉(zhuǎn)化而成，但是年齡的增長和精神壓力的加大使GABA的積累異常困難，而通過日常飲食補(bǔ)充可有效改善這種狀況，從而促進(jìn)人體健康。最近，日本科學(xué)家利用米胚芽等原料開發(fā)制造的富含GABA的功能食品配料，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于飲料、果醬、糕點、餅干、調(diào)味料等制品中。現(xiàn)在還有報道，應(yīng)用生物技術(shù)制造的高濃度GABA飲料以及利用乳酸菌等制作的富含GABA的食品配料，均可直接作為或者用于抗高血壓、增進(jìn)腦機(jī)能及肝功能的功能食品。我國有關(guān)GABA食品的研究開發(fā)報道極少，這方面的研究開發(fā)尚屬于起步階段。

GABA作為活性因子，具有良好的生理活性，將其應(yīng)用于功能性食品中將大有可為。已有報道指出，茶和大米胚芽通過自然的發(fā)酵過程可以富集GABA。除此之外，豆制品、西紅柿、小球藻等天然食品素材通過加工可以富集GABA，目前，日本多家公司和研究所都在從事這方面的開發(fā)工作。雖然GABA在自然界的分布很廣泛，但將其開發(fā)作為保健食品功能因子無疑還需大量的工作。動植物組織中GABA的含量都較低，例如豆葉中的含量僅為0.04μg/g鮮重，因而從動植物體內(nèi)直接提取GABA并作為食品配料的可行性不大，其原因主要是因為GABA存在量少并且分離困難。

作為食品的開發(fā)，既要有藥食同源的思想，又要區(qū)分開藥與食的概念。在食品中應(yīng)用GABA，絕不是對藥用GABA的簡單添加，而是要從制備這個源頭開始，利用天然物質(zhì)及采用生物技術(shù)方法，生產(chǎn)出可安全用于食品并可被視為天然添加劑的食用GABA。

首先，可利用糧食加工副產(chǎn)品制備的GABA添加劑。二十世紀(jì)九十年代中期，日本ORYZA油化學(xué)公司開發(fā)出一種名為GABARICEGERM的保健食品添加劑，其后不久，日本食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會報道了該產(chǎn)品在改善失眠、抑郁和更年期綜合癥等方面的顯著效果，證實了GABA的多種生理作用，并指出富含GABA的食品是一種功能性食品。在我國，目前米胚的開發(fā)利用還不充分，稻谷加工的副產(chǎn)品米胚芽營養(yǎng)全面，但其分離難度較高，所以許多米廠未作分離而留在米糠中作飼料用。實際上，豐富的米胚芽資源還大有文章可做，可以深加工成多種食品或食品配料。米胚芽中含有豐富的蛋白、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，也含有一定量的GABA，但含量很低，即使經(jīng)分離濃縮后仍很難達(dá)到較高的含量。如果將其作為基礎(chǔ)原料，通過生物技術(shù)方法提高GABA的含量，增強(qiáng)產(chǎn)品的保健功能，改善風(fēng)味，可大大提高米胚芽的附加值，增加效益。

其次，可利用發(fā)酵法生物合成GABA添加劑。也就是純粹應(yīng)用微生物技術(shù)，通過篩選優(yōu)良高產(chǎn)的安全菌種，發(fā)酵生產(chǎn)GABA制劑。目前，酵母菌、乳酸菌等是一類被公認(rèn)為安全的微生物。GABA是21世紀(jì)倡導(dǎo)的綠色食品和有機(jī)食品的理想配料，也是十分理想的老年疾病防治保健食品及藥品，人體每天攝入30－50mg純天然GABA就能起到十分理想的保健作用。由于用量微少，可以和其它植物提取物配對，制成適合各種消費群體需要的膠囊、軟膠囊、片劑、粉劑等形態(tài)的營養(yǎng)補(bǔ)充劑。可用于保健食品及普通食品中。

第三，開發(fā)功能性乳制品。乳制品的消費量很大，也是最為普遍的食用消費品之一。強(qiáng)化GABA的乳制品可以說是一種理想的組合，因為富含的GABA能進(jìn)一步增強(qiáng)乳制品的功能性，使其更具競爭力。但是，目前強(qiáng)化GABA乳制品還只是一種構(gòu)想，國外專利文獻(xiàn)中有報道GABA在奶粉中的應(yīng)用，而在其它品種中的應(yīng)用較少，還需做大量的開發(fā)工作。

第四，在運動食品中的應(yīng)用。工作、學(xué)習(xí)、運動中產(chǎn)生的疲勞感是一種生理現(xiàn)象，用GABA配制的運動飲料，可滿足機(jī)體高強(qiáng)度運動的需要，在國外已比較流行。

第五，應(yīng)用于烘焙食品。隨著市場準(zhǔn)入制度的實施，烘焙食品行業(yè)進(jìn)入“門檻”的提高，近年來歐、美等發(fā)達(dá)國家在烘焙食品配料上提出了以綠色健康為主題的開發(fā)傾向。面包已發(fā)展成為世界性的大眾食品，在面包中加入微量的GABA可有效地降低心血管病發(fā)病率。在餅干、糕點中加入適量的GABA可制成適合老年人或兒童食用的健康食品。

第六，在飲料中的應(yīng)用。近幾年，我國飲料年產(chǎn)量以超過20%的年均增長率遞增，飲料市場已成為中國食品行業(yè)中發(fā)展最快的市場之一。消費者對天然、低糖、健康型飲料的需求，促進(jìn)了新品種的崛起。加入GABA的功能型飲料、茶飲料、果汁飲料等將受到更多消費者的青睞。2007年日本可口可樂公司推出了面向大眾的，具有放松和抗緊張效果的GABA功能性飲料“AQUARIUSSHARPCHARGE”。

用途 用于生化研究，醫(yī)藥上用于治療肝昏迷和腦血管障礙引起的各種疾病。醫(yī)藥中間體。4-氨基丁酸有降低血脂作用適用于治療和預(yù)防各類型肝昏迷。治療小兒麻痹癥、腦溢血，并可作煤氣中毒解毒劑。也用于生化研究和有機(jī)合成。