程傳興，劉曉飛,王 薇

(哈爾濱商業(yè)大學 食品工程學院 哈爾濱150076)

1 GABA的物化性質(zhì)

γ-氨基丁酸別名 4-氨基丁酸(gamma-amino butyric acid，簡稱GABA)，是一個四碳非蛋白質(zhì)氨基酸，結(jié)構(gòu)式：NH-CH2-CH2-COOH；分子式：C4H9NO2；分子質(zhì)量：103.1[1].GABA是呈一種白色的結(jié)晶體粉末狀，性狀對水有極強的溶解性，對熱的乙醇溶液微融.對冷的乙醇、苯、乙醚等溶液不溶解，沒有旋光性，解離的常數(shù)為pKCOOH=4.03，pKNH3=10.56.其在203～204 ℃的熔點下會造成分解，分成后生成吡咯烷酮以及水.

2 GABA的生物學功能

GABA自動植物以及微生物中有較多的發(fā)現(xiàn)，其中在1949年首先在馬鈴薯的塊莖中發(fā)現(xiàn)，在1950年又在哺乳動物的中樞系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)其存在[2]，同時被認為是哺乳動物、昆蟲或者某些寄生蠕蟲神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)抑制劑，對神經(jīng)元的興奮程度有著重要的影響.

2.1 降血壓作用

根據(jù)當前的數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，目前引起心腦血管疾病的最主要原因就是高血壓，全球每年由于高血壓而產(chǎn)生的心腦血管疾病并因此死亡的人有1 200萬之多[3].心血管方面的科學家通過研究發(fā)現(xiàn)對降低血壓，活性比較明顯的紅曲米和黃芪，他們的主要成分就是GABA[4].根據(jù)諸多的臨床試驗和動物實驗，得到GABA對于降壓和心腦血管調(diào)節(jié)有積極作用.

Inoue等[5]試驗，39名高血壓患者在每天攝取含GABA(10～12mg/100mL)牛奶100 mL，持續(xù)12周后，結(jié)果顯示他們的收縮壓和舒張壓有明顯下降.在此之后的兩項實驗[6]，針對86名和108名志愿者也獲得了相似結(jié)果；另一份研究[7]，88名患者每天攝入80 mgGABA，連續(xù)4周，服用補充劑的實驗組較服用安慰劑的對照組，血壓明顯降低；177名高血壓患者在經(jīng)過每天攝取120 mgGABA，經(jīng)過12周的觀察，對血壓的降低效果明顯[8]；還有研究[9]在麻醉的自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)中的十二指腸內(nèi)注射GABA(0.3～300 mg / kg)，大鼠血壓降低9.20 +/- 3.96至35.0 +/- 5.34 mmHg.譚俊峰[10]在同類試驗，對SHR連續(xù)灌胃四個星期，其血壓同比下降了18%.大量的試驗證明通過補充GABA能夠使高血壓病癥得以緩解.

因為在大部分哺乳動物的腦血管中存在一種GABA的神經(jīng)控制劑，同時又有對應的受體存在，這就是GABA能夠?qū)ψ柚寡艿淖枞约敖档腿藗兊难獕浩鸬搅肆己玫男Ч鸞4].GABA可以跟對血管擴張起到作用的GABAA受體以及對神經(jīng)末梢存在抵制效果的GABAB受體互相融合并且使其效果得到發(fā)揮.同時腦內(nèi)的GABA-能系統(tǒng)可對心腦血管以及血壓進行系統(tǒng)的抑制與調(diào)劑作用.

林智等[11]人在研究發(fā)現(xiàn)，GABA具備對ACE活性的較大抑制能力，無論體內(nèi)還是體外.在GABA為30mM時，對大鼠的ACE也具有相當強的抑制作用，而γ-羥基丁酸(GHBA)是大鼠代謝活動中GABA最重要的產(chǎn)物.也能對大鼠ACE的活性起到約為57.49%抑制，證實GABA與其代謝產(chǎn)物也具有降低血壓的功效.所以我們可以利用擴張血管和對ACE的活性進行有效的抑制，最終達到降壓的效果.

2.2 調(diào)節(jié)心律失常

包括人類的哺乳動物之中，都具有能夠調(diào)節(jié)心血管以及心律的GABA系統(tǒng)，中樞GABA系統(tǒng)是必不可少的.引起心律失常的原因，就與中樞GABA系統(tǒng)受阻有關.有關研究表明，外源性GABA本身具有抑制心律失常的活性作用，并可以抵制試驗性的心律失常行為.

2.3 抗驚厥與抗焦慮作用

GABA在人們的心情、情緒上也有很大的作用，比如緩解人們的焦慮、抑郁等情緒的功能.是因為GABA能夠與延緩焦慮的腦部內(nèi)受體進行兩者的結(jié)合，同時作用于一些相關的物質(zhì)，阻礙中樞神經(jīng)的焦慮信息接收，從而達到緩解或者直接抑制焦慮的作用[12].幾乎所有驚厥現(xiàn)象都和腦組織中GABA含量減少有關.抑制GABA合成的酶可減少GABA產(chǎn)生和阻礙GABA結(jié)合受體，使得抑制作用不能正常發(fā)揮，并誘發(fā)驚厥現(xiàn)象.相反，通過組織GABA降解酶的生成可以有效減少GABA的溶解，并增加它的存量，還可以通過服用地西泮類藥物調(diào)節(jié)，使其與GABA的結(jié)合更加容易，對驚厥有較好的預防效果.

2.4 調(diào)節(jié)激素的分泌

大量的研究和試驗驗證表明，GABA能夠通過下丘腦激素的釋放來對GABA激導性進行傳遞，從而影響垂體的分泌促性激素，GABA是腦內(nèi)控制抑制性通路的主要物質(zhì)，同時可以對內(nèi)分泌系統(tǒng)的激素分泌狀況進行干預，又可以促進腺垂體的生長激素分泌.所以提高血液中的生長激素(GH、hGH)含量可通過食用GABA實現(xiàn)[13].

促生長素，簡稱GH，作為人體內(nèi)可以調(diào)節(jié)新陳代謝以及生理功能的重要激素，可以對人體的細胞、骨骼、肌肉等器官的生長發(fā)育起到非常重要的作用.生長激素(hGH)對延緩衰老、抗感染等生理功能起重要作用.因為過量服用hGH會有不良作用，所以應食用GABA，而不是GH藥物.GABA在更加安全合適的情況下，促進人體本身的各項激素分泌.

2.5 其他功能

GABA在提神安寧以及提高睡眠質(zhì)量和記憶力等生理層面也有比較突出的表現(xiàn)，包括對神經(jīng)細胞以及腦細胞等，可以使它們延緩衰老，并且促使腦補血流順暢、減緩喘息病癥、對血壓、脾臟、胃等器官都有良好的保護和營養(yǎng)改善作用，同時又可以幫助人們醒酒，更可以預防最常見的糖尿病，高血壓等病癥[14].

3 GABA的制備方法

1993第一次通過化學合成的方法成功研制出了GABA.此后的相關研究日益豐富.GABA可開發(fā)作為具備顯著藥理功效的藥物或保健食品，前景十分廣闊.為了獲得更多的GABA，科研人員開始了各種嘗試，并獲得了諸多成果.

3.1 化學合成法

針對目前對GABA的合成制備方法非常多，應用較廣泛、比較重要的化學合成主要有以下幾種：第一種是采用鄰苯二甲酰亞氨鉀以及γ-氯丁氰或丁內(nèi)酯兩種物質(zhì)作為制作GABA的原料成分組成，經(jīng)過劇烈反應之后并與進行水解后得到的最終產(chǎn)物就是GABA；第二種是利用吡咯烷酮作為最初的原料，并通過氫氧化鈣以及碳酸氫銨進行水解，最終使其開環(huán)得到的產(chǎn)物就是GABA；第三種是把丁酸和氨水作為GABA的原料，使其在γ射線條件下進行光照反應得到GABA；第四種是通過輝光放電的方法，將丙胺和甲酸，兩種物質(zhì)進行合成GABA；第五種是把溴醋酸甲酯和乙烯作為制備GABA的原料，他們兩個通過聚合反應得到4-溴丁酸甲酯，最后經(jīng)過氨解和水解后的產(chǎn)物即為GABA.GABA的化學合成方法存在反應環(huán)境不好，反應不容易控制、以及成本比較高的缺點[15].

3.2 植物富集法

植物富集法是一種新型開發(fā)的合成萃取提純技術(shù)，它是將含GABA含量較高的植物進行分離提取，這樣便有了及便宜又純度高的GABA產(chǎn)品，而與微生物發(fā)酵法得來的GABA對比，其他發(fā)酵法的生產(chǎn)環(huán)境要求苛刻，并且比其他的化學合成制備方法具有更高的安全性保障.從植物中獲取GABA的方法主要有以下兩種：其中一種是利用溶劑萃取提純法，另一種是柱分離制備法.

3.2.1 溶劑萃取法

溶劑萃取法其中一是利用水或醇作為GABA的提取劑，根據(jù)植物在水或者醇中的溶解度以及分配系數(shù)不同的原理將GABA提出到水或者醇中，并且經(jīng)過反復的過濾提純，可以使植物中絕大多數(shù)的GABA都被萃取出來.超聲提取與靜置提取相比在得到產(chǎn)量方面更勝一籌.沈強[16]等就是利用超聲在水中進行提取的方法，將茶葉中存在的GABA較好的提純萃取出來.其過程是在真空中充入氮氣2 h，除去氮氣然后充入氧氣2 h，如此循環(huán)進行4次，最后進過微波過濾提取之后，可以得到每100 g茶葉提取出189 mg的GABA.另一種方法是利用鹽溶液等外加萃取劑提取，比如磺基水楊酸或碳酸鈉-碳酸氫鈉等等.錢愛萍等[17]人利用此方法，加入5%磺基水楊酸在適當條件下進行提取出的GABA含量有98.48%之多，相比于鹽酸水解法提取的含量高出了13.54%～13.77%，比醇提法提高7.42%～8.06%，且方法穩(wěn)定簡單.

3.2.2 柱分離制備法

柱分離之制備法，又被叫做柱色譜法，是一種利用不同的混合物中的物質(zhì)在固液兩相中具有不一樣的分配系數(shù)，并進行洗脫分離的后續(xù)操作過程，它的大分類應該歸屬于層析法的其中一種.分離的過程一般采用樹脂、硅膠或活性炭等填充材料.嵇豪[18]等人通過使用D101樹脂柱對紅曲發(fā)酵液進行分離洗脫，最終得到GABA的分離率為45.4%.活性炭作為一種生活和實驗中常用的吸附劑，具有極為優(yōu)秀的吸附能力.活性炭吸附法[19]可以用在甘蔗的氨基酸提取實驗中，一般情況在50～90 ℃下，用0.5～2.0 mol/L氨水和30%～90%乙醇進行動態(tài)的持續(xù)洗脫.這種方法體現(xiàn)了不浪費原材料的理念，還降低了有害物質(zhì)以及對環(huán)境的傷害，并且節(jié)約了提取時間.

3.2.3 鹽酸水解法

鹽酸水解法[20-21]是檢測氨基酸的常規(guī)方法即國標法，在GB/T5009.124-2003、GB/T18246-2000等國標中均有涉及，具有廣泛認可性.它是利用蛋白質(zhì)會在鹽酸中進行水解然后成為游離的氨基酸原理，經(jīng)過離子交換柱的分離以及茚三酮溶液定性檢測，并且在分光光度計確定GABA的含量進行比色，由于其最低的檢出限是10pmol，所以其對植物低蛋白的檢測是檢查不出來的，這就是其內(nèi)部的局限性.

3.2.4 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)使一種利用膜內(nèi)外壓差不同而產(chǎn)生的推動力，使液體中的不同物質(zhì)依靠外界的作用力，選擇性的透過膜的方法，最終達到分離以及提取的效果.馮骉[22]等人在剛剛有膜分離技術(shù)的時候，就對間歇稀釋過濾和連續(xù)稀釋過濾兩種過濾方法，進行了數(shù)學模型的建立，使他們的分離提取效率達到了95%.通常來講對GABA高純度分離最好的方法是利用超聲和納米過濾兩種方法共同進行，但是由于這種提取方法的分離膜特別容易受到損害及污染以及容易產(chǎn)生極化現(xiàn)象等劣勢[23].

3.3 微生物發(fā)酵法

微生物發(fā)酵法是一種經(jīng)過選擇品種優(yōu)良、穩(wěn)定以及無毒無害的菌種，利用這些菌種在生長繁殖的過程中對GABA進行制備和產(chǎn)出.這種方法雖然對環(huán)境的要求比較苛刻，對設備的要求較高，但是其可以成為天然的食品添加劑，這樣對生物的傷害就遠遠小于化學合成所帶來的傷害.微生物是食品行業(yè)中應用發(fā)展最早，領域最廣泛的生產(chǎn)方式，最早的微生物室大腸桿菌，利用它來進行脫羧酶生產(chǎn)GABA，但是一直由于其本身存在一些安全隱患，使其一直無法直接的用于藥品或者食品的生產(chǎn)制作中[24].隨著科學技術(shù)的發(fā)展，綠色食品越來越受到人們的重視，以及后來的乳酸菌、酵母菌以及曲霉菌等微生物都可以代替大腸桿菌，進行催化，生產(chǎn)GABA.而且在較低成本的情況下，還具有產(chǎn)量高、安全性好的優(yōu)勢，已經(jīng)逐漸在向產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展.乳酸菌作為一種最常見的微生物，由于其的安全性以及高效等優(yōu)勢，已經(jīng)成為最重要的益生菌，并且還有非常大的潛能尚待開發(fā).

Noriko Komatsuzaki[25]等人在2005年對Lb.paracasei NFRI 7415 進行研究，最終能積累產(chǎn)生30g/L的GABA.許建軍等[26]人利用乳酸菌以及酵母菌的混合物進行發(fā)酵生產(chǎn)，利用原材料L-谷氨酸鈉進行GABA的制備，最終得到了300～500mg/100mL的GABA.黃俊等[24]人從未殺菌的原料生奶中篩選出高產(chǎn)GABA的乳酸菌Lactobacillus brevis CGMCC-1306，所得GABA的產(chǎn)量接近76.36g/L.在表1中列出了一部分研究人員[27]通過微生物的發(fā)酵方法對GABA進行量產(chǎn)的效果進行了綜合整理.

表1微生物發(fā)酵法合成GABA的產(chǎn)量概述

微生物合成方法GABA產(chǎn)量大腸桿菌固定化細胞10g/L叢毛紅曲霉深層發(fā)酵0.18g/L紫紅曲霉菌固體發(fā)酵5g/kg紫紅曲霉菌固體發(fā)酵1.2g/kg釀酒酵母深層發(fā)酵0.043g/L副干酪乳桿菌深層發(fā)酵31.15g/L乳酸乳球菌奶酪生產(chǎn)0.38g/kg短乳桿菌深層發(fā)酵1.05g/L乳酸乳球菌深層發(fā)酵2.5g/L乳酸乳球菌深層發(fā)酵3.63g/L乳酸乳球菌深層發(fā)酵3.1g/L乳酸乳球菌深層發(fā)酵5.4g/L

4 展 望

隨著人們逐步邁進生命科學的時期，開始對自己的健康以及生活狀態(tài)有了較高的要求，這便使綠色食品、生態(tài)食品等成為大家追捧的熱點.在科研人員不斷深入研究GABA下，了解到了GABA具有諸多藥理活性.所以對于GABA的制備以及提取等研究內(nèi)容越來越受到國內(nèi)外科學家的重視，使GABA在食品領域的發(fā)展也成為一種重要的方向.尤其是在日本，由于其成功研發(fā)出的含有豐富的GABA的發(fā)芽糙米后，其他相關含有GABA的產(chǎn)品相繼被大力開發(fā)，并且受到人們的廣泛好評，正在逐步走向產(chǎn)業(yè)化狀態(tài).同時，目前的GABA已經(jīng)被人們廣泛的開發(fā)用于食品、藥品、保健品以及調(diào)味料等人們?nèi)粘Ｉ畹挠闷分校⑶铱梢赃m應不同的年齡以及人群結(jié)構(gòu).由此，可以看出GABA具有極大的市場潛力.

中國的GABA市場增長較為緩慢，源于消費者對這類產(chǎn)品的認知不足.如今并沒有熟練掌握GABA高純度提取技術(shù)，并且存在成本與產(chǎn)品的不對等、難以產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的難題，所以我國的GABA提純制備技術(shù)并不完善，尤其是食品級的GABA提取.然而隨著科學以及社會的進步，分離提純的工藝方法會越來越豐富，越來越有效，這樣會對我國的食品級GABA的提取技術(shù)的充分的完善和提高，繼續(xù)推動我國GABA市場的標準化、規(guī)范化、使我國的新資源以及綠色產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展.

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