陳黎龍 江青艷 肖世平

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）又名4-氨基丁酸、γ-氨酪酸,是一種重要的功能性非蛋白質(zhì)氨基酸，于1950年從哺乳動(dòng)物腦提取液中被首次發(fā)現(xiàn)，廣泛分布于動(dòng)物、植物和微生物中[1]。GABA是動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)最主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，其生理作用十分廣泛，具有鎮(zhèn)靜，抗驚厥，調(diào)節(jié)食欲，改善肝臟、腎臟功能，調(diào)節(jié)激素分泌，降血壓，抗衰老等多種生理活性，目前GABA已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于人的醫(yī)藥和保健食品工業(yè)中[2-5]。近年來，隨著GABA合成制備技術(shù)的進(jìn)步以及生產(chǎn)成本的下降，GABA因其特殊的生理調(diào)節(jié)作用，已越來越受到關(guān)注并廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)和飼料工業(yè)中。

1 GABA的結(jié)構(gòu)和理化特性

GABA分子式為C4H9NO2，相對分子量103.2，GABA是一種白色或近白色結(jié)晶性粉末，味微苦，無旋光性，極易溶于水，25℃時(shí)溶解度為130 g/100 ml，易潮解，微溶于乙醇，不溶于其他常見有機(jī)溶劑，熔點(diǎn)202～204℃，但在195℃時(shí)即分解為吡咯烷酮和水。GABA作為氨基酸的一種，由于同時(shí)含有羧基和氨基，在水溶液中發(fā)生兩性解離，解離情況取決于溶液的 pH 值，其 pKCOOH、pKNH3分別為4.02和10.35，等電點(diǎn) pI為 7.19。

2 GABA的生化代謝途徑

GABA生物合成的主要途徑是由L-谷氨酸（LGlu）經(jīng)谷氨酸脫羧酶（GAD）催化脫羧而來，此反應(yīng)需要輔酶磷酸吡哆醛；在某些情況下，GABA也可由鳥氨酸和丁二氨轉(zhuǎn)化而來，但這些物質(zhì)都是由Glu生成的，所以說Glu是生物體內(nèi)GABA的唯一來源[6]。在哺乳動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)，合成的GABA首先在GABA轉(zhuǎn)氨酶（GABAT）的催化下形成琥珀酸半醛（SSA），然后SSA在琥珀酸半醛脫氫酶（SSADH）催化下形成琥珀酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)，這些反應(yīng)和GAD催化Glu脫羧反應(yīng)一起，構(gòu)成了α-酮戊二酸氧化成琥珀酸的另一條支路，稱為GABA支路[6]（見圖1）。

3 GABA的制備方法

3.1 化學(xué)合成法

早在1883年，人們就已經(jīng)掌握了GABA的化學(xué)合成法，主要是由鄰苯二甲醛亞氨鉀和γ-氯丁氰在強(qiáng)烈條件下（180℃）反應(yīng)，產(chǎn)物與濃硫酸一起回流，再經(jīng)過結(jié)晶提純而得。目前，通常采用的化學(xué)合成法是通過吡咯烷酮經(jīng)氫氧化鈉或氫氧化鉀水解開環(huán)制得GABA。最近，張聰?shù)龋?009）[7]以丁內(nèi)酯為起始原料，經(jīng)過氯化酯化反應(yīng)，生成4-氯丁酸甲酯，再經(jīng)氨解和皂化反應(yīng)制得GABA，總收率達(dá)57.9%。隨著GABA化學(xué)合成工藝的不斷改進(jìn)，GABA生產(chǎn)成本有所下降，純度也不斷提高。

3.2 植物富集法

植物富集法主要是利用植物體內(nèi)的GAD催化底物Glu脫去羧基后得到GABA，有兩種形式：①植物組織生長代謝富集，即培育能富集GABA的植物新品種，例如中國水稻研究所應(yīng)用生物工程技術(shù)培育了水稻新品種“基爾米”，GABA含量是普通大米的6倍。②離體植物組織應(yīng)激代謝富集，即在外界應(yīng)激條件包括溫度、壓力、研磨、破碎和氧濃度等的作用下，植物離體組織GAD活性增強(qiáng)從而富集GABA，例如以米胚芽、米糠、綠茶、南瓜、辣椒、茄子、番茄和蜜柑等為原料生產(chǎn)的GABA功能性食品。

3.3 微生物發(fā)酵法

微生物發(fā)酵法是以谷氨酸或其衍生物（谷氨酸鈉或富含谷氨酸的物質(zhì)等）為原料，利用酵母菌、乳酸菌和曲霉菌等食品安全級微生物發(fā)酵制得GABA。該方法制備的產(chǎn)品具有成本低、含量高及可安全用于食品的優(yōu)點(diǎn)，但高效的微生物菌種通常較難獲得。

4 GABA的生物學(xué)功能

4.1 鎮(zhèn)靜、抗驚厥、治療癲癇病

GABA作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，通過與其A型受體結(jié)合增加神經(jīng)元細(xì)胞膜對Cl-的通透性，引起細(xì)胞超極化，產(chǎn)生突觸后抑制效應(yīng)，從而發(fā)揮鎮(zhèn)靜神經(jīng)，促進(jìn)睡眠，抗驚厥的作用。GABA可提高機(jī)體抗驚厥閾值，是治療頑固性癲癇的特效生化藥物。研究表明，癲癇病患者腦脊液中GABA較正常人明顯降低，且其程度與發(fā)病類型有關(guān)，臨床上有可能通過提高腦脊液GABA水平來干預(yù)及改善癲癇患者的智能狀況[8]。

4.2 調(diào)節(jié)動(dòng)物的食欲

早在20世紀(jì)80年代，就已發(fā)現(xiàn)適量的GABA具有顯著促進(jìn)動(dòng)物食欲的生理作用，其作用機(jī)理是：①GABA可促進(jìn)某些促食欲神經(jīng)肽（如NPY、阿片肽等）的分泌，并與促食欲神經(jīng)肽（如orexin）的促食欲作用相關(guān)；②GABA還可通過抑制某些抑制食欲神經(jīng)肽（如α-MSH和CCK等）的分泌，反向提高動(dòng)物的食欲；③作為機(jī)體重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，GABA可有效地選擇性抑制動(dòng)物下丘腦的飽中樞，從而促進(jìn)動(dòng)物食欲；④GABA還可通過調(diào)制動(dòng)物的味覺而影響動(dòng)物的食欲[9]。

4.3 改善肝臟、腎臟功能

GABA在體內(nèi)能大幅度降低堿性磷酸酶和轉(zhuǎn)氨酶活性，抑制谷氨酸脫羧反應(yīng)，與α-酮戊二酸反應(yīng)生成谷氨酸，使血氨降低，使更多的谷氨酸與氨結(jié)合成尿素排出體外，解除氨毒，增進(jìn)肝臟功能[2]。GABA具有利尿作用，能夠使機(jī)體過剩的鹽分從尿液排出；給老鼠喂食富含GABA的米胚芽后，其腎臟基底膜細(xì)胞壞死減少，尿素氮降低，說明GABA具有活腎功能[5]。

4.4 調(diào)節(jié)激素的分泌

GABA對機(jī)體的內(nèi)分泌功能有重要的調(diào)節(jié)作用，主要包括：①促進(jìn)生長激素的分泌，調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌生長軸的功能，促進(jìn)動(dòng)物的生長發(fā)育；②影響孕酮、黃體生成素和催乳素的分泌，調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌性腺軸的功能，促進(jìn)排卵和精子的獲能，提高動(dòng)物的繁殖性能；③影響胃腸道激素的分泌，通過提高胃泌素的水平、刺激腸道內(nèi)CCK的分泌以及抑制生長抑素的釋放，從而促進(jìn)胃酸、胰液等消化液的分泌，參與胃腸道運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)，促進(jìn)機(jī)體的消化吸收功能；④對胰島素、甲狀腺激素等外周激素的分泌也具有重要的調(diào)節(jié)作用。

4.5 其它功能

除上述功能之外，GABA還有許多其它生理作用，如降血壓、抗衰老、控制哮喘、改善脂質(zhì)代謝、預(yù)防肥胖、防止動(dòng)脈硬化和皮膚老化、鎮(zhèn)痛、解酒消臭等作用。

5 GABA在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用

目前，關(guān)于GABA在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用研究主要集中在豬方面。在21 d斷奶仔豬的日糧中分別添加0、50、100和150 mg/kg GABA飼喂28 d，結(jié)果顯示，50和100 mg/kg GABA添加量能提高斷奶仔豬的采食量和日增重，降低料重比，以50 mg/kg組效果最好，而150 mg/kg組的日增重和采食量卻有所降低[10]。楊小軍等（2009）[11]在28 d斷奶的三元雜交豬日糧中添加高劑量GABA（400、800 mg/kg）飼喂28 d，發(fā)現(xiàn)GABA主要對試驗(yàn)后期的日增重和采食量影響顯著，且800 mg/kg劑量效果更好。在生長肥育豬方面，韋習(xí)會(huì)等（2004）[12]在30 kg左右的三元雜交豬日糧中添加0、10、20 和 40 mg/kg GABA 飼喂 80 d，結(jié)果表明，10和20 mg/kg組的日增重比對照組分別提高了11.39%和9.49%，采食量分別提高了7.82%和9.47%，而40 mg/kg組的采食量和日增重卻有所下降。最近，胡家澄等（2009）[13]選用40 kg左右三元雜交豬進(jìn)行為期48 d的試驗(yàn)，得到與韋習(xí)會(huì)等（2004）[12]相似的結(jié)果，以10 mg/kg GABA促生長效果最佳。然而，F(xiàn)an等（2007）[14]同樣選用30 kg左右的三元雜交豬，在基礎(chǔ)日糧中分別添加0、50、100 mg/kg GABA 飼喂 28 d，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GABA 對豬的促生長作用明顯，但主要表現(xiàn)在試驗(yàn)3～4周，且以100 mg/kg的效果最好。上述研究提示，一定劑量的GABA能夠顯著提高豬的生長性能，但不同試驗(yàn)在GABA的最佳添加量的結(jié)果上并不一致，因此，在實(shí)際應(yīng)用GABA時(shí)必須考慮豬的不同生長階段和GA－BA的來源等因素來確定適宜的添加量。

GABA對家禽生長性能的影響同樣也引起了研究者的關(guān)注。陳忠等（2002）[15]在肉仔雞飲水中添加0.05%GABA后發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)激仔雞的呼吸頻率明顯降低，肉雞的日增重顯著提高，料重比得到改善。吳常信（2005）[16]報(bào)道，將適量GABA添加到肉雛雞前期（50、100 mg/kg）和后期（75、150 mg/kg）日糧中均能提高日增重和降低料重比，且低劑量效果優(yōu)于高劑量組。最近有學(xué)者研究了在日糧中添加50 mg/kg GABA對AA肉雞生長性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，50 mg/kg GABA添加量顯著提高了試驗(yàn)全期肉雞的日增重和顯著降低料重比[17]。陳黎龍等（2010）[18]在崇仁麻雞日糧中分別添加5～150mg/kgGABA，試驗(yàn)42 d，發(fā)現(xiàn)日糧中GABA的添加劑量與崇仁麻雞的生長性能指標(biāo)間并無顯著的相關(guān)性，其中30 mg/kg GABA可使崇仁麻雞的日增重顯著提高，料重比顯著降低，但對日采食量無顯著影響，建議在崇仁麻雞日糧中GABA的適宜添加量為30 mg/kg。在蛋雞方面，李愛學(xué)（2003）[19]在伊莎蛋雞的產(chǎn)蛋高峰期，向飼料中添加50 mg/kg GABA可增加其采食量和攝食次數(shù)。陸桂平等（2007）[20]在青年伊莎蛋雞飼料中添加10 mg/kg GABA進(jìn)行長時(shí)間飼養(yǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明，10 mg/kg GABA可顯著提高青年期、產(chǎn)蛋初期和產(chǎn)蛋高峰期蛋雞的采食量，分別比對照組提高了11.9%、5.95%和7.23%，顯著增加產(chǎn)蛋初期的產(chǎn)蛋率和蛋重，料蛋比變化不明顯，對產(chǎn)蛋高峰期的產(chǎn)蛋性能無顯著影響。

在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，有學(xué)者分別開展了GABA對青、鯽、泥鰍、等抗缺氧能力的影響研究，結(jié)果表明，GABA能夠顯著提高水產(chǎn)動(dòng)物的抗缺氧能力，對水產(chǎn)動(dòng)物的缺氧危害有明顯緩解作用[21-24]。

6 結(jié)語

GABA作為功能性非蛋白質(zhì)氨基酸，已經(jīng)在醫(yī)藥和功能性食品的開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。近年來，在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用研究表明，GABA因其特殊的生理活性及其應(yīng)用的安全性，已經(jīng)成為一種新型的綠色飼料添加劑。GABA在提高畜禽采食量，抗應(yīng)激，促生長，提高飼料報(bào)酬等方面具有顯著的作用。然而，GABA作為一種內(nèi)源性的生理活性物質(zhì)，若直接添加到畜禽飼料中，其應(yīng)用的劑量不好控制，使用的效果往往并不穩(wěn)定，主要的原因是畜禽體內(nèi)存在完整的GABA的分解代謝途徑，外源性添加的GABA極易在發(fā)揮作用前就被代謝破壞。因此，要在畜禽生產(chǎn)中真正使用好GABA，必須對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，例如，與其它某些活性物質(zhì)（如?；撬幔┗パa(bǔ)搭配，以及對GABA進(jìn)行生化代謝的保護(hù)，開發(fā)相應(yīng)的以GABA為主要成分的復(fù)合型飼料添加劑產(chǎn)品，使產(chǎn)品中的GABA能夠穩(wěn)定高效地發(fā)揮作用?？傊?，GABA的研究開發(fā)將豐富飼料添加劑的種類，對畜牧業(yè)及飼料工業(yè)的發(fā)展有一定作用，具有良好的應(yīng)用前景。

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