伽马氨基丁酸

2017-10-27 14:49:20

γ-氨基丁酸

锁定同义词 伽马氨基丁酸一般指γ-氨基丁酸
γ-氨基丁酸,英文名:γ-aminobutyric acid (GABA)γ-氨基丁酸,化学名称: 4-氨基丁酸 ,别名: γ-氨基丁酸, 氨酪酸,哌啶酸。分子式: C4H9NO2 。分子量: 103.1。广泛分布于动植物体内。植物如豆属、参属、中草药等的种子、根茎和组织液中都含有GABA。在动物体内,GABA几乎只存在于神经组织中,其中脑组织中的含量大约为0.1-0.6mg/克组织,免疫学研究表明,其浓度最高的区域为大脑中黑质。GABA是目前研究较为深入的一种重要的抑制性神经递质,它参与多种代谢活动,具有很高的生理活性。
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

英文名:γ-aminobutyric acid (GABA)
化学名称: 4-氨基丁酸
别名: γ-氨基丁酸, 氨酪酸,哌啶酸。
分子式: C4H9NO2
分子量: 103.1
CAS:56-12-2
化学结构式:

来源

作为一种化学物质来说,早在 1883 年 GABA 就被人工合成。1950 年有人发现哺乳动物正常脑内的 GABA 的浓度很高,但生理意义不明。随后,有人从牛脑中提取出一种能抑制螯虾牵张感受器神经元产生冲动提取液,发现其具有抗乙酰胆碱及对脉鼠和家兔的回肠有收缩作用,并证明此提取液中起抑制作用的组分就是 GABA。Segal SA 等又证实 GABA 对哺乳动物的中枢神经具有普遍抑制作用,将用离子电泳分离得到的 GABA 注射于猫皮层十字沟周围的神经元,可引起神经元的超极化,其电位与刺激皮层表面突触所产生的抑制性电位相同,并发现用电刺激猫的小脑浦氏细胞时第四脑室灌流液中的 GABA 含量增加 3 倍,因而推测浦氏神经元释放的化学递质是 GABA。[2]

理化性质

小叶状结晶(甲醇-乙醚)、针状结晶(水-乙醇),熔点202℃(在快速加热下分解)。在25℃时解离常数Ka3.7×10-11, Kb1.7×10-10。易溶于水,微溶于热乙醇,不溶于其他有机溶剂。在熔点温度以上分解形成吡咯烷酮和水。外观:白色结晶或结晶性粉末。
白色片状或针状结晶;微臭,具有潮解性;极易溶于水,微溶于热乙醇,不溶于冷乙醇、乙醚和苯;分解点为202℃;LD50(大鼠,腹腔) 5400mg/kg。

分布

γ-氨基丁酸(GABA)是一种天然活性成分,广泛分布于动植物体内。植物如豆属、参属、中草药等的种子、根茎和组织液中都含有GABA。在动物体内,GABA几乎只存在于神经组织中,其中脑组织中的含量大约为0.1-0.6mg/克组织,免疫学研究表明,其浓度最高的区域为大脑中黑质。

用途

伽马氨基丁酸是中枢神经系统中很重要的抑制性神经递质,它是一种天然存在的非蛋白组成氨基酸,具有极其重要的生理功能,它能促进脑的活化性,健脑益智,抗癫痫,促进睡眠,美容润肤,延缓脑衰老机能,能补充人体抑制性神经递质,具有良好的降血压功效。促进肾机能改善和保护作用。抑制脂肪肝及肥胖症,活化肝功能。每日补充微量的伽玛氨基丁酸有利于心脑血压的缓解,又能促进人体内氨基酸代谢的平衡,调节免疫功能。
γ-氨基丁酸属强神经抑制性氨基酸,具有镇静、催眠、抗惊厥、降血压的生理作用。它是抑制性神经递质(Inhibitory Neurotransmitter),可以抑制动物的活动,减少能量的消耗。氨基丁酸作用于动物细胞中的GABA受体,GABA受体是一个氯离子通道,GABA的抑制性或兴奋性是依赖于细胞膜内外的氯离子浓度的,GABA受体被激活后,导致氯离子通道开放,能增加细胞膜对氯离子通透性,使氯离子流入神经细胞内,引起细胞膜超极化,抑制神经细胞元激动,从而减少动物的运动量。
它是通过减少动物的无意识运动,来减少能量消耗,从而达到促生长的目的。γ-氨基丁酸能促进动物胃液和生长激素的分泌,从而提高生长速度和采食量;能兴奋动物的采食中枢,从而增加采食量。
是一种神经抑制的产品

特点与作用

特点

GABA是目前研究较为深入的一种重要的抑制性神经递质,它参与多种代谢活动,具有很高的生理活性。

GABA的生理作用

根据目前的研究,发现GABA的生理活性主要表现在以下几方面:
γ-氨基丁酸γ-氨基丁酸
(1)镇静神经、抗焦虑。医学家已经证明GABA是中枢神经系统的抑制性传递物质,是脑组织中最重要的神经递质之一。其作用是降低神经元活性,防止神经细胞过热,GABA能结合抗焦虑的脑受体并使之激活,然后与另外一些物质协同作用,阻止与焦虑相关的信息抵达脑指示中枢。
(2)降低血压。GABA能作用于脊髓的血管运动中枢,有效促进血管扩张,达到降低血压的目的。据报道,黄芪等中药的有效降压成分即为GABA。
(3)治疗疾病。1997年,大熊诚太郎的研究表明GABA与某些疾病的形成有关,帕金森病人脊髓中GABA的浓度较低,癫痫病患者脊髓液中的GABA浓度也低于正常水平。日本大阪大学医学院的研究显示GABA对Kupperman综合症具有显著的改善效果。另外,神经组织中GABA的降低也与Huntington疾病、老年痴呆等神经衰败症的形成有关。
(4)降低血氨。我国的临床医学和日本的研究者也都认为,GABA能抑制谷氨酸的脱羧反应,使血氨降低。更多的谷氨酸与氨结合生成尿素排出体外,以解除氨毒,从而增进肝机能。摄入GABA可以提高葡萄糖磷酸酯酶的活性,使脑细胞活动旺盛,可促进脑组织的新陈代谢和恢复脑细胞功能,改善神经机能。
(5)提高脑活力。GABA能进入脑内三羧酸循环,促进脑细胞代谢,同时还能提高葡萄糖代谢时葡萄糖磷酸酯酶的活性,增加乙酰胆碱的生成,扩张血管增加血流量,并降低血氨,促进大脑的新陈代谢,恢复脑细胞功能。
(6)促进乙醇代谢。以嗜酒者为对象,服用GABA再饮用60ml威士忌后采血测定血中乙醇及乙醛浓度,发现后者浓度明显比对照组低。
(7)其他。最新的研究表明,GABA还具有防止皮肤老化、消除体臭、改善脂质代谢,防止动脉硬化高效减肥等功能。

制备方法

GABA的制备方法主要有化学合成法和生物合成法两种。
化学合成法多见于专利文献的报道,成本较高,得率较低,并且在生产工艺中使用
γ-氨基丁酸的红外光谱γ-氨基丁酸的红外光谱
危险溶剂,甚至是有毒溶剂。因此化学合成法制备的GABA不能用于食品,也不能被认为是一种天然食品添加剂。
生物合成法相比较来说是一种既安全、又低成本的方法。在早期的研究中,发酵法生产GABA以大肠杆菌为生产菌,发酵培养基为麸皮水解液、玉米浆、蛋白胨、矿物质等。在发酵过程中,利用大肠杆菌脱羧酶的作用,将L-谷氨酸转化为GABA,再分离纯化得到GABA制品。但是,若要进行食品开发,使用大肠杆菌无疑存在安全性方面的种种问题。根据最新的研究报道和专利文献,乳酸菌、酵母菌、曲霉菌等一些安全性高的微生物在GABA类食品的制备中已有应用,这就使得生物合成的GABA制品能用作高档功能性保健食品的配料。
生产方法
有合成法和发酵法。1.合成法由吡咯烷酮开环制得。将生石灰用蒸馏水消化成石灰乳,抽入水解反应釜,加吡咯烷酮,升温至125-130℃,反应压力保持在0.29MPa,保温反应10-14h以上。反应结束后降温至30℃出料过滤,用蒸馏水洗涤。滤液加碳酸氢铵,直至无钙离子检出,再加活性炭在80℃保温脱色30min,60℃过滤,用蒸馏水洗,洗液与滤液合并,在60℃减压浓缩至析出结晶,加入乙醇,冷却、过滤、干燥,得成品,收率为85%以上。2.发酵法 使用大肠杆菌作为菌种。发酵培养基为麸皮水解液、玉米浆、蛋白胨、硫酸镁和氯化钠等。以豆油为消沫剂,用量约为0.1%,发酵单位约为100酶单位/ml发酵液。在提炼过程中,利用大肠杆菌脱羧酶的作用,将L-谷氨酸转化为γ-氨酪酸在水溶液中能解离成阳离子的特性,采用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂进行离子交换,氨水洗脱,提取,再经树脂纯化,浓缩、结晶、干燥后即得成品。

上游原料

强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 邻苯二甲酰亚胺钾 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 玉米浆 碳酸氢铵

下游产品

2-羟基-4-氨基丁酸阿仑膦酸阿尼西坦4-马来酰亚胺丁酸4-二甲基氨基丁酸盐酸盐4-氨基丁酸甲酯盐酸盐

GABA在食品工业上的应用

研究及应用历程

GABA在食品中的研究和应用始于上世纪八十年代中期,应用产品以日本茶饮料Gabaron为代表。用Gabaron茶饮料饲喂患原发性高血压的小白鼠,数周内发现其血压由175-180mmHg降低至150mmHg,同时并未发现小白鼠的其它任何生理异常现象。1994年,Takayo等在研究用水浸泡的米胚芽的氨基酸分布时,发现经过发酵处理的米胚芽中GABA的积累量很高,达到200-300mg/100g。1996年,富含GABA的米胚芽制品在日本实现了商业化。神经生理及神经医学的研究表明GABA是一种重要的活性物质,在人脑中,虽然GABA可由脑部的谷氨酸在专一性较强的谷氨酸脱羧酶作用下转化而成,但是年龄的增长和精神压力的加大使GABA的积累异常困难,而通过日常饮食补充可有效改善这种状况,从而促进人体健康。最近,日本科学家利用米胚芽等原料开发制造的富含GABA的功能食品配料,已经广泛地应用于饮料、果酱、糕点、饼干、调味料等制品中。现在还有报道,应用生物技术制造的高浓度GABA饮料以及利用乳酸菌等制作的富含GABA的食品配料,均可直接作为或者用于抗高血压、增进脑机能及肝功能的功能食品。我国有关GABA食品的研究开发报道极少,这方面的研究开发尚属于起步阶段。

GABA应用于食品工业中的优势

GABA作为活性因子,具有良好的生理活性,将其应用于功能性食品中将大有可为。已有报道指出,茶和大米胚芽通过自然的发酵过程可以富集GABA。除此之外,豆制品、西红柿、小球藻等天然食品素材通过加工可以富集GABA,目前,日本多家公司和研究所都在从事这方面的开发工作。虽然GABA在自然界的分布很广泛,但将其开发作为保健食品功能因子无疑还需大量的工作。动植物组织中GABA的含量都较低,例如豆叶中的含量仅为0.04μg/g鲜重,因而从动植物体内直接提取GABA并作为食品配料的可行性不大,其原因主要是因为GABA存在量少并且分离困难。
作为食品的开发,既要有药食同源的思想,又要区分开药与食的概念。在食品中应用GABA,绝不是对药用GABA的简单添加,而是要从制备这个源头开始,利用天然物质及采用生物技术方法,生产出可安全用于食品并可被视为天然添加剂的食用GABA。

GABA在食品工业的应用途径

首先,可利用粮食加工副产品制备的GABA添加剂。二十世纪九十年代中期,日本ORYZA油化学公司开发出一种名为GABARICEGERM的保健食品添加剂,其后不久,日本食品科学技术学会报道了该产品在改善失眠、抑郁和更年期综合症等方面的显著效果,证实了GABA的多种生理作用,并指出富含GABA的食品是一种功能性食品。在我国,目前米胚的开发利用还不充分,稻谷加工的副产品米胚芽营养全面,但其分离难度较高,所以许多米厂未作分离而留在米糠中作饲料用。实际上,丰富的米胚芽资源还大有文章可做,可以深加工成多种食品或食品配料。米胚芽中含有丰富的蛋白、矿物质等营养成分,也含有一定量的GABA,但含量很低,即使经分离浓缩后仍很难达到较高的含量。如果将其作为基础原料,通过生物技术方法提高GABA的含量,增强产品的保健功能,改善风味,可大大提高米胚芽的附加值,增加效益。
其次,可利用发酵法生物合成GABA添加剂。也就是纯粹应用微生物技术,通过筛选优良高产的安全菌种,发酵生产GABA制剂。目前,酵母菌、乳酸菌等是一类被公认为安全的微生物。GABA是21世纪倡导的绿色食品和有机食品的理想配料,也是十分理想的老年疾病防治保健食品及药品,人体每天摄入30-50mg纯天然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对,制成适合各种消费群体需要的胶囊、软胶囊、片剂、粉剂等形态的营养补充剂。可用于保健食品及普通食品中。
第三,开发功能性乳制品。乳制品的消费量很大,也是最为普遍的食用消费品之一。强化GABA的乳制品可以说是一种理想的组合,因为富含的GABA能进一步增强乳制品的功能性,使其更具竞争力。但是,目前强化GABA乳制品还只是一种构想,国外专利文献中有报道GABA在奶粉中的应用,而在其它品种中的应用较少,还需做大量的开发工作。
第四,在运动食品中的应用。工作、学习、运动中产生的疲劳感是一种生理现象,用GABA配制的运动饮料,可满足机体高强度运动的需要,在国外已比较流行。
第五,应用于烘焙食品。随着市场准入制度的实施,烘焙食品行业进入“门槛”的提高,近年来欧、美等发达国家在烘焙食品配料上提出了以绿色健康为主题的开发倾向。面包已发展成为世界性的大众食品,在面包中加入微量的GABA可有效地降低心血管病发病率。在饼干、糕点中加入适量的GABA可制成适合老年人或儿童食用的健康食品。
第六,在饮料中的应用。近几年,我国饮料年产量以超过20%的年均增长率递增,饮料市场已成为中国食品行业中发展最快的市场之一。消费者对天然、低糖、健康型饮料的需求,促进了新品种的崛起。加入GABA的功能型饮料、茶饮料、果汁饮料等将受到更多消费者的青睐。2007年日本可口可乐公司推出了面向大众的,具有放松和抗紧张效果的GABA功能性饮料“AQUARIUSSHARPCHARGE”。
用途 用于生化研究,医药上用于治疗肝昏迷和脑血管障碍引起的各种疾病。医药中间体。4-氨基丁酸有降低血脂作用适用于治疗和预防各类型肝昏迷。治疗小儿麻痹症、脑溢血,并可作煤气中毒解毒剂。也用于生化研究和有机合成。

我国市场概况

2009年9月27日,卫生部批准γ-氨基丁酸、初乳碱性蛋白、共轭亚油酸、共轭亚油酸甘油酯、植物乳杆菌(菌株号ST-Ⅲ)、杜仲籽油为新资源食品,γ-氨基丁酸,在国内进入崭新纪元,国内各大γ-氨基丁酸厂家,浙江益万生物技术有限公司、安徽来福高科股份有限公司、福建安溪生物科技有限公司依据江南大学最新科技GABA转化技术将引领中国进入新食品消费时代。