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γ-氨基丁酸的作用

  -氨基丁酸,英文名:‑aminobutyric acid(GABA)-氨基丁酸,化学名称:4‑氨基丁酸;别名:-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-氨基丁酸。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/g组织,免疫学研究表明,其浓度最高的区域为大脑中黑质。-氨基丁酸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。

  -氨基丁酸为小叶状结晶(甲醇‑)、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。微臭,具有潮解性;极易溶于水,微溶于热乙醇,不溶于冷乙醇、和苯;分解点为202℃;LD50(大鼠,腹腔) 5400mg/kg。

  -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-氨基丁酸。在动物体内,-氨基丁酸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/g组织,免疫学研究表明,其浓度最高的区域为大脑中黑质。

  -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-氨基丁酸受体,-氨基丁酸受体是一个氯离子通道,-氨基丁酸的抑制性或兴奋性是依赖于细胞膜内外的氯离子浓度的,-氨基丁酸受体被激活后,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。-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。

  (1)镇静神经、抗焦虑。医学家已经证明-氨基丁酸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,-氨基丁酸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。-氨基丁酸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-氨基丁酸。

  (3)治疗疾病。1997年,大熊诚太郎的研究表明-氨基丁酸与某些疾病的形成有关,帕金森病人脊髓中-氨基丁酸的浓度较低,癫痫病患者脊髓液中的-氨基丁酸浓度也低于正常水平。日本大阪大学医学院的研究显示-氨基丁酸对Kupperman综合症具有显著的改善效果。另外,神经组织中-氨基丁酸的降低也与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,-氨基丁酸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-氨基丁酸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。-氨基丁酸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-氨基丁酸再饮用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,-氨基丁酸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。

  通常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。此类多见于专利文献的报道,成本较高,得率较低。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。

  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。相比较来说是一种既安全、又低成本的方法。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。

  将来源于乳酸菌、酵母菌、曲霉菌等具有脱羧酶的基因片段进行重组,制备具有高表达的脱羧酶工程菌,经发酵倍增培养,收集细菌,细胞破碎,蛋白分离纯化,获得高纯度、高活性单一生物谷氨酸脱羧酶。再与谷氨酸钠进行脱羧反应生成-氨基丁酸。

  1.合成法,成本较高,得率较低。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。

  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‑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。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。

  3.固相生物酶法,谷氨酸脱羧酶将L‑谷氨酸转化为-氨基丁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。

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