56-12-2 / γ-氨基丁酸的作用

背景^[1]

γ-氨基丁酸，英文名：γ?aminobutyric acid(GABA)γ-氨基丁酸，化學名稱：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。廣泛分布于動植物體內。植物如豆屬、參屬、中草藥等的種子、根莖和組織液中都含有γ-氨基丁酸。在動物體內，GABA幾乎只存在于神經組織中，其中腦組織中的含量大約為0.1?0.6mg/g組織，免疫學研究表明，其濃度最高的區域為大腦中黑質。γ-氨基丁酸是目前研究較為深入的一種重要的抑制性神經遞質，它參與多種代謝活動，具有很高的生理活性。

γ-氨基丁酸

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

來源分布

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。植物如豆屬、參屬、中草藥等的種子、根莖和組織液中都含有γ-氨基丁酸。在動物體內，γ-氨基丁酸幾乎只存在于神經組織中，其中腦組織中的含量大約為0.1～0.6mg/g組織，免疫學研究表明，其濃度最高的區域為大腦中黑質。

生理作用

γ-氨基丁酸屬強神經抑制性氨基酸，具有鎮靜、催眠、抗驚厥、降血壓的生理作用。它是抑制性神經遞質（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胞中的γ-氨基丁酸受體，γ-氨基丁酸受體是一個氯離子通道，γ-氨基丁酸的抑制性或興奮性是依賴于細胞膜內外的氯離子濃度的，γ-氨基丁酸受體被激活后，導致氯離子通道開放，能增加細胞膜對氯離子通透性，使氯離子流入神經細胞內，引起細胞膜超極化，抑制神經細胞元激動，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，從而達到促生長的目的。γ-氨基丁酸能促進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。是一種神經抑制的產品。

臨床應用

（1）鎮靜神經、抗焦慮。醫學家已經證明γ-氨基丁酸是中樞神經系統的抑制性傳遞物質，是腦組織中最重要的神經遞質之一。其作用是降低神經元活性，防止神經細胞過熱，γ-氨基丁酸能結合抗焦慮的腦受體并使之激活，然后與另外一些物質協同作用，阻止與焦慮相關的信息抵達腦指示中樞。

（2）降低血壓。γ-氨基丁酸能作用于脊髓的血管運動中樞，有效促進血管擴張，達到降低血壓的目的。據報道，黃芪等中藥的有效降壓成分即為γ-氨基丁酸。

（3）治療疾病。1997年，大熊誠太郎的研究表明γ-氨基丁酸與某些疾病的形成有關，帕金森病人脊髓中γ-氨基丁酸的濃度較低，癲癇病患者脊髓液中的γ-氨基丁酸濃度也低于正常水平。日本大阪大學醫學院的研究顯示γ-氨基丁酸對Kupperman綜合癥具有顯著的改善效果。另外，神經組織中γ-氨基丁酸的降低也與Huntington疾病、老年癡呆等神經衰敗癥的形成有關。

（4）降低血氨。我國的臨床醫學和日本的研究者也都認為，γ-氨基丁酸能抑制谷氨酸的脫羧反應，使血氨降低。更多的谷氨酸與氨結合生成尿素排出體外，以解除氨毒，從而增進肝機能。攝入γ-氨基丁酸可以提高葡萄糖磷酸酯酶的活性，使腦細胞活動旺盛，可促進腦組織的新陳代謝和恢復腦細胞功能，改善神經機能。

（5）提高腦活力。γ-氨基丁酸能進入腦內三羧酸循環，促進腦細胞代謝，同時還能提高葡萄糖代謝時葡萄糖磷酸酯酶的活性，增加乙酰膽堿的生成，擴張血管增加血流量，并降低血氨，促進大腦的新陳代謝，恢復腦細胞功能。

（6）促進乙醇代謝。以嗜酒者為對象，服用γ-氨基丁酸再飲用60ml威士忌后采血測定血中乙醇及乙醛濃度，發現后者濃度明顯比對照組低。

（7）其他。最新的研究表明，γ-氨基丁酸還具有防止皮膚老化、消除體臭、改善脂質代謝，防止動脈硬化高效減肥等功能。

制備^[2]

制備方法主要有化學合成法、生物發酵法及固相生物酶合成法三種。

1.化學合成法：

通常由吡咯烷酮開環制得。將生石灰用蒸餾水消化成石灰乳，抽入水解反應釜，加吡咯烷酮，升溫至125～130℃，反應壓力保持在0.29MPa，保溫反應10～14h以上。反應結束后降溫至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℃減壓濃縮至析出結晶，加入乙醇，冷卻、過濾、干燥，得成品，收率為85%以上。此類多見于專利文獻的報道，成本較高，得率較低。因此化學合成法制備的GABA不能用于食品，也不能被認為是一種天然食品添加劑。

2.生物發酵合成法：

在早期的研究中，發酵法生產GABA以大腸桿菌為生產菌，發酵培養基為麩皮水解液、玉米漿、蛋白胨、礦物質等。在發酵過程中，利用大腸桿菌脫羧酶的作用，將L?谷氨酸轉化為GABA，再分離純化得到GABA制品。相比較來說是一種既安全、又低成本的方法。但是，若要進行食品開發，使用大腸桿菌無疑存在安全性方面的種種問題。

根據最新的研究報道和專利文獻，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。

3.谷氨酸固相生物酶脫羧合成法：

將來源于乳酸菌、酵母菌、曲霉菌等具有脫羧酶的基因片段進行重組，制備具有高表達的脫羧酶工程菌，經發酵倍增培養，收集細菌，細胞破碎，蛋白分離純化，獲得高純度、高活性單一生物谷氨酸脫羧酶。再與谷氨酸鈉進行脫羧反應生成γ-氨基丁酸。

合成工藝總結：

γ-氨基丁酸有合成法和發酵及固相生物酶法。

1.合成法，成本較高，得率較低。因此化學合成法制備的GABA不能用于食品，也不能被認為是一種天然食品添加劑。

2.發酵法，使用大腸桿菌作為菌種。發酵培養基為麩皮水解液、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%，發酵單位約為100酶單位/ml發酵液。在提煉過程中，利用大腸桿菌脫羧酶的作用，將L?谷氨酸轉化為γ?氨酪酸在水溶液中能解離成陽離子的特性，采用強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂進行離子交換，氨水洗脫，提取，再經樹脂純化，濃縮、結晶、干燥后即得成品。但是，若要進行食品開發，使用大腸桿菌無疑存在安全性方面的種種問題。

3.固相生物酶法，谷氨酸脫羧酶將L?谷氨酸轉化為γ-氨基丁酸在水溶液中能解離成陽離子的特性，采用強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂進行離子交換，氨水洗脫，提取，再經樹脂純化，濃縮、結晶、干燥后即得成品。

主要參考資料

[1]楊勝遠, 陸兆新, 呂風霞, & 別小妹. (2005). γ-氨基丁酸的生理功能和研究開發進展. 食品科學, 26(9), 546-551.

[2] 江波, & JiangBo. (2008). Gaba(γ-氨基丁酸)——一種新型的功能食品因子. 中國食品學報, 8(2), 1-4.

[3] 郭曉娜, 朱永義, & 朱科學. (2003). 生物體內γ-氨基丁酸的研究. 氨基酸和生物資源, 25(2), 70-72.