基本介紹
- 中文名：γ-氨基丁酸
- 外文名：γ－aminobutyric acid (GABA)
- 分子量：103.1
- 分子式： C4H9NO2
基本信息,來源,理化性質,分布,用途,特點與作用,特點,GABA的生理作用,製備方法,上游原料,下游產品,GABA在食品工業上的套用,研究及套用歷程,GABA套用於食品工業中的優勢,GABA在食品工業的套用途徑,我國市場概況,
基本信息
英文名:γ－aminobutyric acid (GABA)
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
CAS：56-12-2
化學結構式：
來源
作為一種化學物質來說，早在 1883 年 GABA 就被人工合成。1950 年有人發現哺乳動物正常腦內的 GABA 的濃度很高，但生理意義不明。隨後，有人從牛腦中提取出一種能抑制螯蝦牽張感受器神經元產生衝動提取液，發現其具有抗乙醯膽鹼及對脈鼠和家兔的迴腸有收縮作用，並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具有普遍抑制作用，將用離子電泳分離得到的 GABA 注射於貓皮層十字溝周圍的神經元，可引起神經元的超極化，其電位與刺激皮層表面突觸所產生的抑制性電位相同，並發現用電刺激貓的小腦浦氏細胞時第四腦室灌流液中的 GABA 含量增加 3 倍，因而推測浦氏神經元釋放的化學遞質是 GABA。
理化性質
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。易溶於水，微溶於熱乙醇，不溶於其他有機溶劑。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。
白色片狀或針狀結晶；微臭，具有潮解性；極易溶於水，微溶於熱乙醇，不溶於冷乙醇、乙醚和苯；分解點為202℃；LD50(大鼠，腹腔) 5400mg/kg。
分布
γ-氨基丁酸（GABA）是一種天然活性成分，廣泛分布於動植物體內。植物如豆屬、參屬、中草藥等的種子、根莖和組織液中都含有GABA。在動物體內，GABA幾乎只存在於神經組織中，其中腦組織中的含量大約為0.1-0.6mg/克組織，免疫學研究表明，其濃度最高的區域為大腦中黑質。
用途
伽馬氨基丁酸是中樞神經系統中很重要的抑制性神經遞質，它是一種天然存在的非蛋白組成胺基酸，具有極其重要的生理功能，它能促進腦的活化性，健腦益智，抗癲癇，促進睡眠，美容潤膚，延緩腦衰老機能，能補充人體抑制性神經遞質，具有良好的降血壓功效。促進腎機能改善和保護作用。抑制脂肪肝及肥胖症，活化肝功能。每日補充微量的伽瑪氨基丁酸有利於心腦血壓的緩解，又能促進人體內胺基酸代謝的平衡，調節免疫功能。
γ-氨基丁酸屬強神經抑制性胺基酸，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。氨基丁酸作用於動物細胞中的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於細胞膜內外的氯離子濃度的，GABA受體被激活後，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採食量；能興奮動物的採食中樞，從而增加採食量。
是一種神經抑制的產品
特點與作用
特點
GABA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。
GABA的生理作用
根據目前的研究，發現GABA的生理活性主要表現在以下幾方面： （1）鎮靜神經、抗焦慮。醫學家已經證明GABA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，GABA能結合抗焦慮的腦受體並使之激活，然後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。
γ-氨基丁酸
γ-氨基丁酸（2）降低血壓。GABA能作用於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。據報導，黃芪等中藥的有效降壓成分即為GABA。
（3）治療疾病。1997年，大熊誠太郎的研究表明GABA與某些疾病的形成有關，帕金森病人脊髓中GABA的濃度較低，癲癇病患者脊髓液中的GABA濃度也低於正常水平。日本大阪大學醫學院的研究顯示GABA對Kupperman綜合症具有顯著的改善效果。另外，神經組織中GABA的降低也與Huntington疾病、老年痴呆等神經衰敗症的形成有關。
（4）降低血氨。我國的臨床醫學和日本的研究者也都認為，GABA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GABA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。GABA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，增加乙醯膽鹼的生成，擴張血管增加血流量，並降低血氨，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GABA再飲用60ml威士忌後採血測定血中乙醇及乙醛濃度，發現後者濃度明顯比對照組低。
（7）其他。最新的研究表明，GABA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。
製備方法
GABA的製備方法主要有化學合成法和生物合成法兩種。
化學合成法多見於專利文獻的報導，成本較高，得率較低，並且在生產工藝中使用危險溶劑，甚至是有毒溶劑。因此化學合成法製備的GABA不能用於食品，也不能被認為是一種天然食品添加劑。
γ-氨基丁酸的紅外光譜
γ-氨基丁酸的紅外光譜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、蛋白腖、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製品。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。根據最新的研究報導和專利文獻，乳酸菌、酵母菌、麴黴菌等一些安全性高的微生物在GABA類食品的製備中已有套用，這就使得生物合成的GABA製品能用作高檔功能性保健食品的配料。
生產方法
有合成法和發酵法。1.合成法由吡咯烷酮開環製得。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。反應結束後降溫至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，洗液與濾液合併，在60℃減壓濃縮至析出結晶，加入乙醇，冷卻、過濾、乾燥，得成品，收率為85%以上。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、蛋白腖、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，採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、乾燥後即得成品。
上游原料
下游產品
GABA在食品工業上的套用
研究及套用歷程
GABA在食品中的研究和套用始於上世紀八十年代中期，套用產品以日本茶飲料Gabaron為代表。用Gabaron茶飲料飼餵患原發性高血壓的小白鼠，數周內發現其血壓由175-180mmHg降低至150mmHg，同時並未發現小白鼠的其它任何生理異常現象。1994年，Takayo等在研究用水浸泡的米胚芽的胺基酸分布時，發現經過發酵處理的米胚芽中GABA的積累量很高，達到200-300mg/100g。1996年，富含GABA的米胚芽製品在日本實現了商業化。神經生理及神經醫學的研究表明GABA是一種重要的活性物質，在人腦中，雖然GABA可由腦部的谷氨酸在專一性較強的谷氨酸脫羧酶作用下轉化而成，但是年齡的增長和精神壓力的加大使GABA的積累異常困難，而通過日常飲食補充可有效改善這種狀況，從而促進人體健康。最近，日本科學家利用米胚芽等原料開發製造的富含GABA的功能食品配料，已經廣泛地套用於飲料、果醬、糕點、餅乾、調味料等製品中。現在還有報導，套用生物技術製造的高濃度GABA飲料以及利用乳酸菌等製作的富含GABA的食品配料，均可直接作為或者用於抗高血壓、增進腦機能及肝功能的功能食品。我國有關GABA食品的研究開發報導極少，這方面的研究開發尚屬於起步階段。
GABA套用於食品工業中的優勢
GABA作為活性因子，具有良好的生理活性，將其套用於功能性食品中將大有可為。已有報導指出，茶和大米胚芽通過自然的發酵過程可以富集GABA。除此之外，豆製品、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工作。雖然GABA在自然界的分布很廣泛，但將其開發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，因而從動植物體內直接提取GABA並作為食品配料的可行性不大，其原因主要是因為GABA存在量少並且分離困難。
作為食品的開發，既要有藥食同源的思想，又要區分開藥與食的概念。在食品中套用GABA，絕不是對藥用GABA的簡單添加，而是要從製備這個源頭開始，利用天然物質及採用生物技術方法，生產出可安全用於食品並可被視為天然添加劑的食用GABA。
GABA在食品工業的套用途徑
首先，可利用糧食加工副產品製備的GABA添加劑。二十世紀九十年代中期，日本ORYZA油化學公司開發出一種名為GABARICEGERM的保健食品添加劑，其後不久，日本食品科學技術學會報導了該產品在改善失眠、抑鬱和更年期綜合症等方面的顯著效果，證實了GABA的多種生理作用，並指出富含GABA的食品是一種功能性食品。在我國，目前米胚的開發利用還不充分，稻穀加工的副產品米胚芽營養全面，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、礦物質等營養成分，也含有一定量的GABA，但含量很低，即使經分離濃縮後仍很難達到較高的含量。如果將其作為基礎原料，通過生物技術方法提高GABA的含量，增強產品的保健功能，改善風味，可大大提高米胚芽的附加值，增加效益。
其次，可利用發酵法生物合成GABA添加劑。也就是純粹套用微生物技術，通過篩選優良高產的安全菌種，發酵生產GABA製劑。目前，酵母菌、乳酸菌等是一類被公認為安全的微生物。GABA是21世紀倡導的綠色食品和有機食品的理想配料，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。由於用量微少，可以和其它植物提取物配對，製成適合各種消費群體需要的膠囊、軟膠囊、片劑、粉劑等形態的營養補充劑。可用於保健食品及普通食品中。
第三，開發功能性乳製品。乳製品的消費量很大，也是最為普遍的食用消費品之一。強化GABA的乳製品可以說是一種理想的組合，因為富含的GABA能進一步增強乳製品的功能性，使其更具競爭力。但是，目前強化GABA乳製品還只是一種構想，國外專利文獻中有報導GABA在奶粉中的套用，而在其它品種中的套用較少，還需做大量的開發工作。
第四，在運動食品中的套用。工作、學習、運動中產生的疲勞感是一種生理現象，用GABA配製的運動飲料，可滿足機體高強度運動的需要，在國外已比較流行。
第五，套用於烘焙食品。隨著市場準入制度的實施，烘焙食品行業進入“門檻”的提高，近年來歐、美等已開發國家在烘焙食品配料上提出了以綠色健康為主題的開發傾向。麵包已發展成為世界性的大眾食品，在麵包中加入微量的GABA可有效地降低心血管病發病率。在餅乾、糕點中加入適量的GABA可製成適合老年人或兒童食用的健康食品。
第六，在飲料中的套用。近幾年，我國飲料年產量以超過20%的年均增長率遞增，飲料市場已成為中國食品行業中發展最快的市場之一。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，具有放鬆和抗緊張效果的GABA功能性飲料“AQUARIUSSHARPCHARGE”。
用途 用於生化研究，醫藥上用於治療肝昏迷和腦血管障礙引起的各種疾病。醫藥中間體。4-氨基丁酸有降低血脂作用適用於治療和預防各類型肝昏迷。治療小兒麻痹症、腦溢血，並可作煤氣中毒解毒劑。也用於生化研究和有機合成。
