文章鉴读|广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所温靖研究员：γ-氨基丁酸（GABA）的研究进展

食品工业科技编辑部

2025-05-09

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广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所、农业农村部功能食品重点实验室、广东省农产品加工重点实验室、华南农业大学食品学院、广州王老吉大健康产业有限公司的周俊萍，徐玉娟，温靖，吴继军，余元善，李楚源，翁少全，赵敏等人主要介绍了氨基丁酸（GABA）的结构、分布、功能以及研究现状。GABA是一种广泛存在于动、植物和微生物体内的分子，具有调节植物代谢、抗逆能力等多种生理功能。尽管GABA在生物体内具有重要作用，但目前仍有大量争议，因此本文对其进行了全面的综述，从生物合成与代谢途径、化学合成与富集方法、检测方法以及生物活性等方面进行了探讨。

摘要：γ-氨基丁酸（GABA）是一种广泛分布于动、植物和微生物体内的非蛋白氨基酸，于2009年被我国卫健委批准为“新资源食品”，在食品、医药、饲料等领域具有十分广阔的应用前景，近年来有关GABA的研究也逐渐成为热点。本文阐述了GABA的生物合成与代谢途径，归纳了GABA的化学合成、植物富集方法及目前常用的GABA检测技术，并对比分析其优缺点。此外，本文对GABA的主要生理功能及其作用机制进行总结，并对GABA的未来研究和发展趋势进行展望，以期为今后GABA的研究与应用提供参考。

PART.01

结果

1 氨基丁酸的生物合成与代谢途径

本章节主要介绍氨基丁酸（GABA）的生物合成与代谢途径，以及GABA在生物体内的代谢途径和作用。GABA支路（GABA Shunt）是目前已知唯一能降低胞质GABA水平的途径，主要涉及三种酶，包括谷氨酸脱羧酶（GAD）、-氨基丁酸转氨酶（GABA-T）和琥珀酸半醛脱氢酶（SSADH）。GABA的分解代谢是在线粒体内经GABA-T和SSADH催化转化生成琥珀酸进入三羧酸（TCA）循环，最终由-酮戊二酸转化为谷氨酸从而维持线粒体内GABA/Glu平衡。GABA在生物体内的代谢途径因不同生物体而异，同时参与各种生理过程，包括调节胞质pH、维持TCA循环、介导C:N平衡等，还参与植物体内的激素代谢、多胺代谢途径。此外，GABA支路与生物体内的各种生理功能有密切联系，如在糖酵解途径受损时为TCA循环提供羧酸和能量来源；阿尔茨海默症发病早期阶段GABA支路被激活等。

2 氨基丁酸的制备方法

本章节重点介绍了化学合成法（以-氨基丁酸（GABA））和生物转化法（以2-吡咯烷酮为起始原料）制备GABA的反应过程及优缺点。化学合成法的优点是成本低廉，但安全性较低，且在生产过程中通常用到危险溶剂，并伴随有毒副产物的生成，因此其产品主要应用于生化研究，而不能应用于食品领域。生物转化法的优点是产量高，且安全性较高，但技术较复杂，需要特定的菌种和条件。目前用于发酵生产GABA的菌种主要有细菌、真菌和酵母菌，不同菌种发酵GABA产量有所不同。此外，还报道了利用各种环境压力使植物产生应激反应以提高GABA含量的方法，如低温驯化结合冰温贮藏、超声辅助盐胁迫处理、采后水果胁迫等。。

3 氨基丁酸的检测方法

本章节重点介绍了氨基丁酸（GABA）的检测方法，包括Berthelot比色法、氨基酸分析仪法、薄层色谱法、超高效液相色谱法、超高效液相色谱串联质谱法等。由于GABA的结构特点，其在紫外光区、可见光区以及荧光区均没有显著吸收，难以直接进行测定，目前报道的GABA测定方法有比色法、氨基酸分析仪法、薄层色谱法、超高效液相色谱法、超高效液相色谱串联质谱法等。本章节还介绍了Berthelot比色法的优缺点及应用范围，以及Jinnarak等报道的一种基于银纳米粒子的比色方法。此外，高效液相色谱法是目前测定GABA含量最常用的方法，但也存在灵敏度受样品中其他氨基酸干扰的问题。因此，除了比色法和氨基酸分析仪法，液相色谱串联质谱法和超高效液相色谱串联质谱法也成为了测定GABA含量的重要方法。

4 氨基丁酸的检测方法

本章节主要介绍了氨基丁酸（GABA）的主要生理功能，包括调节中枢神经系统神经元兴奋和抑制的平衡、通过肠-脑轴中迷走神经途径对中枢神经系统中的GABA含量水平及受体表达产生影响、通过神经内分泌途径、免疫途径等肠-脑轴双向交流途径改善睡眠、降低血压、提高脑部活力等。同时，本章节也探讨了GABA与焦虑症、抑郁症等情绪问题的关联，以及GABA在治疗焦虑和抑郁症状中的作用。此外，本章节还介绍了GABA在其他外周组织中的分布和作用，以及GABA作为新型降糖药在预防和治疗糖尿病方面的潜力。

图 1 GABA结构式

Figure 1. Structure of GABA

图 2 GABA在生物体内的代谢途径

Figure 2. Metabolic pathway of GABA in organisms

注：Glu：谷氨酸；GAD：谷氨酸脱羧酶；GABA：γ-氨基丁酸；GABA-T：γ-氨基丁酸转氨酶；SSA：琥珀酸；SSADH：琥珀酸脱氢酶；Succ：琥珀酸；GHB：γ-羟基丁酸；Acetyl-CoA：乙酰辅酶A；Citrate：柠檬酸；αKG：α-酮戊二酸；GDH：谷氨酸脱氢酶；Succ-CoA：琥珀酰辅酶A；P5C： Δ1-吡咯啉-5-羧酸；P5CR：Δ1-吡咯啉-5-羧酸还原酶；P5CDH：Δ1-吡咯啉-5-羧酸脱氢酶；Pro：脯氨酸；ProDH：脯氨酸脱氢酶；Asp：天冬氨酸；Arg：精氨酸；Orn：鸟氨酸；OAT：鸟氨酸转氨酶；ODC：鸟氨酸脱羧酶；ADC：精氨酸脱羧酶；Put：腐胺；DAO：二胺氧化酶；SPDS：亚精胺合酶；PAO：多胺氧化酶；Spd：亚精胺；Spm：精胺；SPMS：精胺合酶；ABAL：4-氨基丁醛；AMADH：氨基醛脱氢酶。

图 3 2-吡咯烷酮制备GABA反应过程

Figure 3. Reaction process for the synthesis of GABA from 2-pyrrolidone

表 1 不同菌种发酵产GABA含量

Table 1. Content of GABA produced by fermentation of different strains

表 2 HPLC衍生化法测定样品中GABA

Table 2. Determination of GABA in samples by HPLC derivatization

PART.02

思维导图

PART.03

结论

γ-氨基丁酸作为动植物体内普遍存在的氨基酸，来源广泛，转化合成制备工艺简单，其物质本身稳定性高、水溶性极强且具有良好的复配性，同时由其具有特殊的生理活性，在改善睡眠、缓解焦虑和抑郁、降低血压血糖等方面具有良好功效。然而，由于GABA在生物体内作用的特殊性，目前尚有许多作用机理亟待深入探讨，结合目前国内外的研究成果，同时为进一步提高GABA的利用度，建议从以下方面着手：a.优化GABA合成方法。考虑到植物富集效果不强，传统发酵法创新性不足，应进一步优化植物胁迫富集方法，利用各种诱导手段筛选高产GABA菌种并扩大生产，降低生产成本、简化生产工艺。b.建立简单精准的GABA检测方法。现有GABA检测方法操作繁琐，部分方法检测精确度不高，可通过改进设备实现自动化检测以简化检测流程，同时探寻新兴检测技术，如利用纳米材料与氨基酸的相互作用来实现检测。c.进一步深入挖掘GABA生物活性。GABA在生物体内代谢错综复杂，有关GABA及其受体作用的机制也尚未明了，其生物活性和药理作用有待进一步挖掘。d.加强GABA新型产品和药物的开发。目前富含GABA的粮食制品和乳制品等已流通于市场，有关功能性调味品和茶饮、抗抑郁药物的研发也有报道，有针对性地开发适合不同人群的功能性产品是未来GABA资源开发的方向，也是未来研究的关键问题。

引用本文：周俊萍，徐玉娟，温靖，等. γ-氨基丁酸（GABA）的研究进展[J]. 食品工业科技，2024，45（5）：393−401. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2023050004.

Citation: ZHOU Junping, XU Yujuan, WEN Jing, et al. Research Progress of γ-Aminobutyric Acid (GABA)[J]. Science and Technology of Food Industry, 2024, 45(5): 393−401. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2023050004.

基金项目：国家荔枝龙眼产业技术体系（CARS-32-13）；广东省农业科技创新及推广项目（2023KJ107-3）；茂名市荔枝现代贮运保鲜关键技术研究项目（2021S0061）；广东荔枝跨县集群产业园（茂名）项目；广东省农业科学院学科团队建设项目（202109TD）。

通信作者简介

温靖，女，研究员，硕士生导师，广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所果蔬加工研究室副主任,国家农业部果蔬加工创新团队核心成员，广东省现代农业产业技术体系甘薯马铃薯加工岗位专家，“科创中国”特色水果产业服务团专家兼秘书。入选广东省农业科学院中青年学科带头人培养项目——金颖之光、西藏“山区”人才支持计划。兼任广东省毒理学会理事，中国经济林协会加工利用分会理事，中国食品科学技术学会非热加工技术分会委员会委员。主要从事果蔬加工、食品营养与功效评价及新产品研发等工作。在岭南特色果蔬原料加工特性及品质评价技术、加工品质调控关键技术、超高压等新型非热杀菌、果蔬营养与功效评价等方面取得了重要进展，研发了系列新产品并实现了产业化。先后主持承担国家公益性行业专项、国家“十二五”科技支撑计划、国家重点研发计划课题和子课题、省现代农业产业技术体系建设专项、省产学研等国家和省部级科技项目28项。获各级科技成果奖20项，其中省科技一等奖5项、二等奖2项，神农中华农业科技二等奖2项，中国产学研合作创新成果一等奖1项，中国食品科学技术学会科技创新技术进步一等奖1项，省农业技术推广奖6项；获授权发明专利40余件；参与编写著作3部，发表论文140余篇，其中以第一作者和通讯作者发表SCI、中文核心52篇；制定农业行业标准1项，参与制定地方标准10多项、产品企业标准20多项。开发的新产品在企业转化应用，并受聘为多家龙头企业科技服务专家。现为华南理工大学、仲恺农业工程学院、暨南大学和广东药科大学兼职硕士生导师。

（以上信息来自广东省农业科学院官网）

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