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γ-氨基丁酸，英文名：γ?aminobutyric acid(GABA)γ-氨基丁酸，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。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γ-氨基丁酸。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/g組織，免疫學(xué)研究表明，其濃度最高的區(qū)域?yàn)榇竽X中黑質(zhì)。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(jīng)遞質(zhì)，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(jié)晶（甲醇?乙醚）、針狀結(jié)晶（水?乙醇），熔點(diǎn)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(diǎn)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。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(diǎn)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γ-氨基丁酸。在動物體內(nèi)，γ-氨基丁酸幾乎只存在于神經(jīng)組織中，其中腦組織中的含量大約為0.1～0.6mg/g組織，免疫學(xué)研究表明，其濃度最高的區(qū)域?yàn)榇竽X中黑質(zhì)。
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(xì)胞膜內(nèi)外的氯離子濃度的，γ-氨基丁酸受體被激活后，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(yùn)動量。
它是通過減少動物的無意識運(yùn)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。
（1）鎮(zhèn)靜神經(jīng)、抗焦慮。醫(yī)學(xué)家已經(jīng)證明γ-氨基丁酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑制性傳遞物質(zhì)，是腦組織中最重要的神經(jīng)遞質(zhì)之一。其作用是降低神經(jīng)元活性，防止神經(jīng)細(xì)胞過熱，γ-氨基丁酸能結(jié)合抗焦慮的腦受體并使之激活，然后與另外一些物質(zhì)協(xié)同作用，阻止與焦慮相關(guān)的信息抵達(dá)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(yùn)動中樞，有效促進(jìn)血管擴(kuò)張，達(dá)到降低血壓的目的。據(jù)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(guān)，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(xué)醫(yī)學(xué)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(jīng)組織中γ-氨基丁酸的降低也與Huntington疾病、老年癡呆等神經(jīng)衰敗癥的形成有關(guān)。
（4）降低血氨。我國的臨床醫(yī)學(xué)和日本的研究者也都認(rèn)為，γ-氨基丁酸能抑制谷氨酸的脫羧反應(yīng)，使血氨降低。更多的谷氨酸與氨結(jié)合生成尿素排出體外，以解除氨毒，從而增進(jìn)肝機(jī)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(xì)胞活動旺盛，可促進(jìn)腦組織的新陳代謝和恢復(fù)腦細(xì)胞功能，改善神經(jīng)機(jī)能。
（5）提高腦活力。γ-氨基丁酸能進(jìn)入腦內(nèi)三羧酸循環(huán)，促進(jìn)腦細(xì)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(kuò)張血管增加血流量，并降低血氨，促進(jìn)大腦的新陳代謝，恢復(fù)腦細(xì)胞功能。
（6）促進(jìn)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(fā)現(xiàn)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(zhì)代謝，防止動脈硬化高效減肥等功能。
制備方法主要有化學(xué)合成法、生物發(fā)酵法及固相生物酶合成法三種。
1.化學(xué)合成法：
通常由吡咯烷酮開環(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。此類多見于專利文獻(xiàn)的報道，成本較高，得率較低。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。
2.生物發(fā)酵合成法：
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。相比較來說是一種既安全、又低成本的方法。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。
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(jìn)行重組，制備具有高表達(dá)的脫羧酶工程菌，經(jīng)發(fā)酵倍增培養(yǎng)，收集細(xì)菌，細(xì)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(jìn)行脫羧反應(yīng)生成γ-氨基丁酸。
合成工藝總結(jié)：
γ-氨基丁酸有合成法和發(fā)酵及固相生物酶法。
1.合成法，成本較高，得率較低。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。
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。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。
3.固相生物酶法，谷氨酸脫羧酶將L?谷氨酸轉(zhuǎn)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(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。
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