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神经生物学
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γ-氨基丁酸(简称GABA)是一种天然存在的非蛋白质氨基酸,是哺乳动物中枢神经系统中重要的抑制性神经传达物质,约30%的中枢神经突触部位以GABA为递质。在人体大脑皮质、海马、丘脑、基底神经节和小脑中起重要作用,并对机体的多种功能具有调节作用。当人体内GABA缺乏时,会产生焦虑、不安、疲倦、忧虑等情绪。

基本信息

  • 中文名

    γ-氨基丁酸

  • 外文名

    γ-aminobutyric acid

  • 简称

    GABA

  • 分子式

    C4H9NO2 

  • 化学名

    4-氨基丁酸

  • 分子量

    103.1

  • 应用

    保健食品,医疗

  • 结构式

    NH2CH2CH2CH2COOH

  • 检测方法

    HPLC(液相)

  • 生产标准

    国家药典2010

  • 生产工艺

    化学合成、生物发酵

  • 产品应用

    农业、饲料、食品

  • 鉴别

    生物发酵无Cl离子

  • 食品添加规范

    允许

折叠 编辑本段 化学物信息

γ-氨基丁酸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,化学结构式:

GABA(gamma-aminobutyric acid)γ-氨基丁酸(GABA)是一种天然活性成分,其广泛分布于动、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仅存在于神经组织中,其中脑组织中的含量在0.1~0.6me/g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。

GABA是已知的60多种作为神经递质的化学物质中的一种,是最普通的脑内抑制性递质。全脑1/3的突触以GABA作为递质。对GABA敏感的神经元特别集中于丘脑、下丘脑和枕叶皮层等脑结构中。GABA在一些因神经活动抑制而引起的病理心理中具有重要作用。这种递质在脑内的浓度变低,病人就会体验到过强的神经活动出现,如焦虑情绪。焦虑症通常用苯二氮卓类药物治疗,如安定或Xanax可以提高GABA活性。苯二氮卓类药物并不直接附着于GABA受体,而是使GABA更有效地与突触后受体分子结合。

折叠 编辑本段 生理活性

1950年.Florey和Robert研究小组在哺乳类动物脑萃取液中首次发现GABA。如今,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。其作用是降低神经元活性,防止神经细胞过热(overfiring)。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。因此,GABA可从根本上镇静神经,从而达到抗焦虑的效果。

此外,GABA还具有降血压作用,其主要作用机制是通过调节中枢神经系统达到降压效果。如GABA作用于脊髓的血管运动中枢,有效地促进了血管的扩张,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。

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者对富含GABA的米胚食品进行医学试验。结果显示GABA对Kupperman综合症具有显著的改善效果。另外,神经组织中GABA的降低与Huntington疾病、老年痴呆等神经衰败症的形成有关。

我国及日本的研究人员也都认为GABA能抑制谷氨酸的脱羧反应.与α-酮戊二酸反应生成谷氨酸,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,促进脑组织的新陈代谢和恢复脑细胞功能,改善神经机能。医学上,GABA对脑血管障碍引起的症状。如偏瘫、记忆障碍、儿童智力发育迟缓及精神幼稚症等有很好的疗效,并用于尿毒症、睡眠障碍以及CO中毒的治疗药物中。

最新的研究表明。GABA除具有降血压等作用外。还有精神安定、肾机能和肝机能改善、促进长期记忆、促进生长激素分泌、促进酒精代谢、消臭作用以及高效减肥等活性。

折叠 编辑本段 分布及制备

1 自然分布

GABA是一种在动、植物体内都能检测到的氨基酸,分布范围非常广泛。GABA不是那种组成蛋白质的常见氨基酸,被称为非蛋白(non-protein)氨基酸。在植物体内,GABA的积累是植物体对外界温度、机械力等物理条件激烈变化时应激反应的产物。谷氨酸脱酸酶的激活和GABA转氨酶的钝化也可以促进GABA的积累。Ramputh和Brown研究认为,由于组织损伤引发GABA的迅速积累,使其在植物抵抗昆虫的斗争中起重要作用。动、植物组织中GABA的含量都较低。例如豆叶中的GABA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存量少并且分离困难。在动物体内,GABA主要分布于神经组织中,在哺乳动物的脑组织内分布最为集中,其含量是单胺类含量的1000倍,而在外围器官中含量很少。因此,直接食用哺乳动物的脑组织,可在一定程度上可以补充GABA。

2制备

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。也不能作为一种天然的食品添加剂。

生物合成法相对而言是一种既安全又经济的方法。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、纯化获得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。生物合成的GABA制品可用作高档功能性保健食品的配料。如用米胚芽为原料的制备工艺(生物技术途径)是:

米胚芽提取→添加碳源、氮源等配制培养基→接种微生物→发酵→过滤→干燥→GABA成品。

另外。ORYZA油化学公司利用大米加工副产品--米胚芽生产GABA精粉的工艺(自然富集过程)是:

米胚芽→脱脂→GABA富集(内源酶作用) →提取→分离精制→浓缩灭菌→干燥→+GABA精粉。

折叠 编辑本段 食品工业应用

1 利用粮食加工副产品制备的GABA添加剂

20世纪90年代中期,日本ORYZA油化学公司开发出一种名为GABA RICE GERM的保健食品添加剂嘞。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。目前对米胚的开发利用还不够充分。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将其作为饲料。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。但将其作为基础原料,通过生物技术方法提高GABA含量,增强产品的保健功能。改善产品风味,就可大大提高米胚芽的附加值,增加生产厂的效益。

2利用发酵法生物合成的GABA添加剂

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。酵母菌、乳酸菌等是被公认为安全的微生物(GRAS organisms)。利用这些微生物发酵生产GABA,具有成本低、含量高及可安全用于食品的优点。也可将GABA作为天然功能性食品配料(添加剂),用于保健食品中。

3含有GABA的乳制品

乳制品是非常普遍的食用消费品之一。对其的消费数量很大。功能性乳制品越来越受到人们的青睐,是目前研究的热点[281。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乳制品还仅仅是一种构想。国外专利文献中曾有将GABA添加在奶粉中的报道,而在其它乳制品中的应用较少,还需做大量的研究工作。

折叠 编辑本段 饮料中的应用

随着饮料行业的迅速增长,国际饮料巨头纷纷进入我国饮料消费市场,导致中国饮料业竞争非常激烈。消费市场已经成为多元化的市场,不同的消费者有着不同的消费需求,这就意味着要通过差异化的产品来满足消费者的消费需求。由于越来越多的都市人群从事繁重的脑力劳动,对健康重视程度的增强让人们对运动饮料和健康饮料趋之若鹜,功能性饮料正处于一个加速发展的时期。GABA自2009年被国家批准为新资源食品后,以其独特的功能性和广泛的适用范围,成为国内外饮料生产厂商在开发新产品、增加产品附加值、强化产品功能性等方面,一个重要的研究课题和发展思路,拥有广阔的市场前景。

●在功能性软饮料中

GABA在食品中的研究和应用始于20世纪80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175-180 mmHg降至150mmHg,降幅15%~17%,但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。在200-300 me/100 g闭。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.但是随着年龄的增长和精神压力的加大。使GABA的积累变得异常困难。通过日常饮食的补充,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。另有报道,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中。

消费者对天然、低糖、健康型功能饮料的需求,促进了GABA饮料的崛起。加入GABA的功能型饮料、茶饮料、果汁饮料等将受到消费者的广泛青睐。日本可口可乐公司早在2007年就推出了面向大众的,具有放松和抗紧张效果的GABA功能性饮料。我国饮料行业也已经有数家知名企业采用GABA产品,新型的富含"γ-氨基丁酸"的软饮料已经问世。

●在苏打水中的应用

我国饮用水行业已推出了富含食品级GABA的功能性水饮品,前期投向市场的主要是苏打水系列产品。随着宣传力度的增加,GABA的概念逐渐深入人心,开发出更多富含GABA的功能性饮料产品将指日可待。

●在果酒、保健酒方面的应用

国内市场上,近几年出现了越来越多的果酒,如枸杞酒、青梅酒等。GABA具有广泛的兼容性,添加适当剂量GABA到果酒或保健酒中,配制成GABA酒,可以满足更多消费群体的需求。如在果酒中加入适量的GABA,可调制成适合女性、中老年人群、白领人士享用的中高档花色果酒。

折叠 编辑本段 保健品的应用

GABA可抑制中枢神经系统过度兴奋,对脑部具有安定作用,进而促进放松和消除神经紧张。

1、 降低神经元活性,防止神经细胞过热;

2、 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,可从根本上镇静神经,从而达到抗焦虑的效果;

3、 改善睡眠;

4、 通过调节中枢神经系统达到降血压的效果;

5、 通过激发与促进下丘脑弓状核与腹内侧核增加分泌GHRH或抑制分泌SS(双向作用),从而进一步激发垂体增加分泌生长激素。

1984年GABA这个名词已经渐渐的广为人知,有相当程度的抑制效果。从此之后,在各报章杂志,广为报到GABA这一物质对于脑部的放松抒压效果、脑部细胞的代谢活性。针对GABA的各种效果更是被深入研究。同时,GABA的产品也已经被广泛的应用在食品领域。日本厚生劳动省在2001年制订,正式将GABA列为食品级。台湾卫生署也於2005年将GABA成分列为食品,国家卫生部也于2009年9月27日将GABA列为新资源食品,自此食品级GABA在食品领域大放光芒,它的抒压、助眠效果将协助在现今压力社会下的上班族,帮他们改善情绪、缓解压力。

折叠 编辑本段 我国发展现状

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。2009年国家卫生部批准为新资源食品2009年国家卫生部批准为新资源食品

卫生部2009年根据《中华人民共和国食品安全法》和《新资源食品管理办法》的规定,批准γ-氨基丁酸为新资源食品。上述新资源食品用于食品生产加工时,应当符合有关法律、法规、标准规定 。而当下,不少化工级GABA或使用违规菌种如大肠杆菌冒充食品级GABA混淆视听,扰乱市场,现如今,国内生产线普遍以20%纯度批量生产而且添加配伍时不影响且不参加任何物质的反应或改变其性质,尤其是在不影响水质的前提下。因GABA高纯度提取在技术、成本上还不够成熟,更高含量的食品级GABA提取技术在国内仍有待完善。

折叠 编辑本段 我国发展前景

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。

随着市场准入制度的实施,烘焙食品行业进入"门槛"的提高,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。

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