γ-氨基丁酸行业报告

目 录

1 Γ-氨基丁酸概述 ............................................................................................................ 3 1.1Γ-氨基丁酸的理化性质 .................................................................................................. 3 1.2 Γ-氨基丁酸的分布 .......................................................................................................... 3 1.3 Γ-氨基丁酸的生理功能 ................................................................................................. 3 2 Γ-氨基丁酸的应用 ..................................................................................................... 6 2.1 Γ-氨基丁酸在食品领域的应用 .................................................................................... 6 2.2 Γ-氨基丁酸在食品领域的应用 .................................................................................... 6 2.3 Γ-氨基丁酸在饲料领域的应用 .................................................................................... 7 3 Γ-氨基丁酸的生产工艺研究 .................................................................................... 7 3.1 化学法 ................................................................................................................................ 7 3.2 植物富集法 ....................................................................................................................... 8 3.3 微生物发酵法 ................................................................................................................... 8 3.3.1 产GABA菌种的研究概况 ........................................................................................ 9 3.3.2 产GABA菌种类别 .................................................................................................... 10 3.4 几种GABA微生物发酵培养基 ................................................................................. 10 3.5 影响微生物发酵GABA产量的发酵条件............................................................... 12 3.5.1 pH值 ...................................................................................................................... 12 3.5.2 辅酶、抑制剂等 .................................................................................................. 13 3.5.3 温度 ......................................................................................................................... 13 3.5.4 溶氧 ......................................................................................................................... 13

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3.5.5 底物、补料等 ...................................................................................................... 13 3.6 发酵培养基的成分对GABA产量的影响............................................................... 14 3.6.1 以酵母菌作为发酵菌种 .................................................................................... 14 3.6.2 以红曲霉作为发酵菌种 ....................................................................................... 14 3.6.3 以乳酸菌作为发酵菌种 ....................................................................................... 15 3.7 该行业对酵母浸出物的需求 ..................................................................................... 16 4 Γ-氨基丁酸行业发展现状 ..................................................................................... 16 4.1 Γ-氨基丁酸的行业概况 ............................................................................................... 16 4.2国内生产Γ-氨基丁酸的企业 ..................................................................................... 17 4.2.1宁乡县佳源生物科技有限公司 .......................................................................... 17 4.2.2 上海和生元生物科技有限公司 ......................................................................... 18 4.2.3福建安溪茶叶生物科技有限公司...................................................................... 18 4.2.4浙江益万生物科技有限公司 ............................................................................... 18 4.2.5安徽来福高科有限公司 ........................................................................................ 19 4.3 Γ-氨基丁酸行业发展前景 ........................................................................................... 19

γ-氨基丁酸行业分析报告

2013年8月

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1 γ-氨基丁酸概述

1.1γ-氨基丁酸的理化性质

γ-氨基丁酸，英文名：γ－aminobutyric acid (GABA)，化学名称： 4-氨基丁酸，别名：氨酪酸，哌啶酸。分子式：C4H9NO2、分子量：103.1。其结构式为：

GABA外观为白色片状或针状结晶，微臭，熔点202℃（在快速加热下分解）。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。LD50(大鼠，腹腔) 5400mg/kg。

1.2 γ-氨基丁酸的分布

GABA分布非常广泛，在动物、植物和微生物中均有存在。GABA在哺乳动物体内除存在于脑内，在肾脏、肝脏和血管等器官和组织中也有微量的GABA。

GABA除了在哺乳动物中枢神经系统作为抑制性神经递质而起重要作用外，在高等植物中也广泛分布，在植物体内，GABA的积累是植物对外界温度、机械力等物理条件激烈变化时应激反应的产物。高等植物组织中GABA含量通常在0.3~32.5μmol/g之间，超过许多蛋白质类氨基酸的含量。

1.3 γ-氨基丁酸的生理功能

γ-氨基丁酸是中枢神经系统中很重要的抑制性神经递质，它是一种天然存在的非蛋白组成氨基酸，具有极其重要的生理功能，它能促进脑的活化性，健脑益

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智，抗癫痫，促进睡眠，美容润肤，延缓脑衰老机能，能补充人体抑制性神经递质，具有良好的降血压功效。促进肾机能改善和保护作用。抑制脂肪肝及肥胖症，活化肝功能。每日补充微量的γ-氨基丁酸有利于心脑血压的缓解，又能促进人体内氨基酸代谢的平衡，调节免疫功能。

（1）镇静神经、抗焦虑。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之一。其作用是降低神经元活性，防止神经细胞过热，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。

（2）降低血压。γ-氨基丁酸能促进脑部血流、增加氧气供给、促进脑的代谢，另一方面作用于延髓的血管运动中枢，使血压下降，同时抑制抗利尿荷尔蒙激素的分泌，加强人体的生理代谢速率。从而达到扩张血管，降低血压的功效。GABA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GABA。

（3）治疗疾病。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，GABA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GABA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。

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（5）健神安脑，提高脑活力。GABA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。γ-氨基丁酸能有效的改善脑血流通、增加氧的供给，调节脑神经细胞机能，促进脑的代谢功能，达到健脑安神的作用。

改善睡眠：γ-氨基丁酸可以让亢奋的脑细胞休息，抑制神经细胞过度兴奋，达到改善睡眠的作用。

（6）促进乙醇代谢。以嗜酒者为对象，服用GABA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，GABA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。

（8）抗疲劳、缓压美容。γ-氨基丁酸具有抗疲劳、提高灵敏度的功效。γ-氨基丁酸通过放松紧绷的肌肉神经组织，快速穿透皮肤，释放皱纹，淡化细纹，增强肌肉本身的放松机能，从而减压美容的效果。

（9）舒缓身心不适：人体内的伽玛氨基丁酸一旦不足时，就会产生焦虑、不安、疲惫、失眠、多梦、不耐疼痛、抵抗力低等症状。一般处于高压力人群，如运动员、上班族、学习压力大的学生等很容易缺乏GABA，因此及时的需要补充GABA可有效的舒缓情绪、调节人体身心不适。

另外，GABA好处多多：GABA的好处和效用相当多，已研究报道的生理活性有降血压、降血脂、增进脑机能、肝肾功能、助发育、助记忆、助睡眠、舒压力、抗过敏、预防老年人痴呆等诸多健康功能;最新研究表明，GABA还能促进胰腺中胰岛素的分泌，有效地缓和预防糖尿病。

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2 γ-氨基丁酸的应用

近年来，随着研究的深入，GABA的生理功能得到不断的阐明，已经发展成为一种新型的功能性因子，正逐步被广泛应用于医药、食品、保健、化工及农业等行业。

2.1 γ-氨基丁酸在食品领域的应用

富含GABA的茶叶具有明显的降压效果，中国农业科学院茶叶所已经筛选出适合于制取GABA茶的7个绿茶品种和一个乌龙品种。

桑叶作为动物饲料广泛用于养蚕业，研究表明桑叶中的GABA含量异常丰富，平均含量达2.26g/kg。桑叶营养营养保健制品已经开发成桑叶茶、桑叶面条、桑叶汁饮料和桑叶粉末等，以桑叶为原料的天然保健品越来越受到人们的青睐。

另外，富含GABA的新型水稻、以米胚芽等为原料开发的富含GABA的保健食品材料也已得到广泛的应用。

2.2 γ-氨基丁酸在食品领域的应用

国内近年来GABA需求市场增长相当快，据不完全统计，国家食品药品监督管理局批准生产γ-氨酪酸片以及γ-氨酪酸注射液的药厂已达24个。从外界摄取的GABA因其脂溶性低而不能穿过血脑屏障发挥作用，因而人工合成的GABA类似物和衍生物已经成为当前研究的热点之一。已经上市的药品有Baclofen（3-对氯苯基-4-氨基丁酸）、Milnacipran、Vigabatrin（(S)-4-氨基-5-己烯酸）、吡拉西坦、奥拉西坦等，此外美国辉瑞公司开发出的一种GABA类似物

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（Pregabalin(+)-4-Amino-3(S)-isobutylbutyric acid）,它被认为是目前治疗癫痫最有希望的一种药，已于2005年获得批准上市。

2.3 γ-氨基丁酸在饲料领域的应用

GABA在饲料行业也将具有广泛的应用前景。它具有抗热应激的作用，缓和动物在热应激时的热性喘息，减少仔鸡的料重比，增加体重，提高仔鸡的存活率。GABA还可以提高育肥猪的日增重和采食量，且不降低饲料蛋白的利用率。

近年来发现，在动物摄食和味觉中枢有GABA及其受体分布，并发现GABA在调节动物摄食行为和味觉感知与调制中发挥作用。

3 γ-氨基丁酸的生产工艺研究

GABA的制备主要有化学法、植物富集法和微生物发酵法三种途径。

3.1 化学法

化学法制备GABA是用邻苯二甲酰亚胺钾和4-氯丁氰在强烈条件下（180℃）反应，产物与浓硫酸水解得到：其反应方程式如下图：

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或者游吡咯烷酮经氢氧化钙、碳酸氢铵水解开环制得，反应如下图：

化学法反应速度快、得率高，但但脱出产品中有毒成分比较复杂，成本较高，安全性差，环境污染严重。

3.2 植物富集法

植物富集主要是利用内源酶转化制备GABA。植物组织中有两条合成和转化GABA的途径：一条是由谷氨酸脱羧酶催化谷氨酸合成，一条由多胺降解，即植物体内的腐胺在二胺氧化酶催化下脱胺形成H2O2、氨和4-氨基丁醛，4-氨基丁醛脱水形成1-吡咯啉，1-吡咯啉再在吡咯啉脱氢酶催化下生产GABA。实际上合成主要是利用第一条途径，是植物组织对外界条件的应激反应。

植物富集GABA虽然制备工艺简单，但植物富集GABA含量较低，不适合规模化生产。

3.3 微生物发酵法

谷氨酸脱羧酶是生物体催化谷氨酸或钠盐脱羧生成GABA的唯一酶，已经在细菌、古生菌和真菌微生物中发现了谷氨酸脱羧酶的存在。微生物发酵法是以谷氨酸或其钠盐（谷氨酸钠）或富含谷氨酸的物质等为原料，利用酵母菌、乳酸菌和曲霉菌等食品安全级微生物发酵制得。其产品具有成本低。含量低及可安全应

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用于食品的优点，相比而言，化学合成GABA的安全性差、环境污染严重，植物富集GABA含量低，因而微生物发酵生产GABA商业化开发前景。

发酵法制备高GABA含量的工艺流程为：米胚芽提取物 添加碳源和氮源等配置培养基 接种酵母菌或乳酸菌 发酵 过滤 干燥 GABA成品。

3.3.1 产GABA菌种的研究概况

谷氨酸脱羧酶广泛分布于各种有机体活细胞，是生物催化谷氨酸脱羧生成GABA的唯一酶。

大肠杆菌是发现较早的具有谷氨酸脱羧酶活性的微生物，大肠杆菌谷氨酸脱羧酶是专一作用于L-谷氨酸的酶，对其它氨基酸没有脱羧作用。国外通过基因工程方法已获得高产GAD的大肠杆菌来进行GABA的生产。虽然大肠杆菌具有较高的GAD活力，以大肠杆菌生产GABA在得率上具有较大的优势，但是对于食品工业来说以大肠杆菌作为生产菌株存在极大安全隐患。因此必须寻找一些较安全的微生物，用于进行GAD的提取和GABA的生产。

红曲米是以中国传统微生物红曲霉(Monascus sp．)制备而成，已经广泛作为粗药和用于民间的制醋和酿酒，含有丰富的GABA。红曲霉已经在食品生产中获得了长期使用，实践证明，除了少数种由于产生桔霉素外，多数都比较安全，许多研究者都对其合成GABA的能力进行了研究。

酿酒酵母在发酵食品中已经获得了广泛使用，具有很高的安全性，也存在较高的GAD活性。Takahashi等人筛选到了Saccharomyces cerevisiae UT-1的GABA转氨酶和琥珀酸半醛脱氢酶缺陷突变型菌株GAB7-1和GAB7-2，其发酵液中

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GABA浓度分别达到了0.4mM和0.42mM，较野生株分别提高了2.0和2.1倍。 乳酸菌是一种食品级微生物，广泛的应用于食品工业中。其菌体或粗酶制剂生产的GABA可以直接用作食品添加剂。已经有很多研究表明乳酸菌[51-53j具有GAD活性，可以催化谷氨酸脱羧产生GABA。

3.3.2 产GABA菌种类别

用于合成GABA的微生物种类

3.4 几种GABA微生物发酵培养基

目前主要用于发酵GABA的菌种有乳酸菌、红曲霉和酵母菌，发酵产量以乳酸菌最高。

A 乳酸链球菌（Streptococcus lactis）

种子培养基（g/L）：酪蛋白胨10，牛肉提取物10，酵母提取物5，葡萄糖5，乙酸钠5，柠檬酸三胺0.2，吐温0.1，磷酸氢二钾0.2，硫酸镁0.2，硫酸锰0.05，碳酸钙20，pH6.5；

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发酵培养基（g/L）：胰蛋白胨5，酵母膏5，葡萄糖10，丁二酸钠5，一定量的外源前体L-谷氨酸钠作为底物，pH6.5；

B 酵母菌

种子培养基：葡萄糖 2%、酵母膏 1%、蛋白胨 2%

发酵培养基：3%葡萄糖、3%蛋白胨、0.3%(NH4)2SO4、0.1%KH2PO4

C 短乳杆菌（Lactobacillus brevis CGMCC NO.1306）

种子培养基（g/L）：葡萄糖10、酵母膏10、蛋白胨5、乙酸钠2、七水硫酸镁 0.02、四水硫酸锰0.001、氯化钠0.001、七水亚硫酸铁0.001、pH6.8；

发酵培养基（g/L）：葡萄糖17.6、酵母膏15、蛋白胨5、乙酸钠3、七水硫酸镁 0.03、四水硫酸锰0.02、氯化钠0.001、七水亚硫酸铁0.001，L-谷氨酸钠73.3、pH 6.8

D 乳杆菌属（Lactobacillus sp.）

种子培养基（g/L）：蛋白胨10、牛肉提取物10、酵母提取物5、葡萄糖5、乙酸钠5、柠檬酸二胺2、MnSO4·H2O 0.05、七水硫酸镁0.2；

发酵培养基（g/L）：葡萄糖25.4、酵母膏6.2、大豆蛋白胨6.2、吐温80.2、乙醇4、七水硫酸镁0.2、MnSO4·H2O 0.045、L-谷氨酸钠20；

E 红曲霉M6-13

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种子培养基（g/L）：葡萄糖50、蛋白胨5、酵母膏l、KH2PO4 l，FeSO4·7H2O 0.01，MgSO4·7H2O 0.5，pH 6.0。

发酵培养基（g/L）：葡萄糖30、NaNO3 3、酵母提取物l、K2HPO4 l、MgSO4·7H2O 0.5、KCl 0.5、FeSO4·7H2O 0.01、pH6.0；

F 红色红曲霉（Monascus ruber）X27

种子培养基（g/L）：马铃薯200、葡萄糖20、谷氨酸5、谷氨酸钠5、酵母浸膏5、氯化锌1、硫酸镁1；

发酵培养基（g/L）：葡萄糖20、磷酸氢二钾1、磷酸二氢钾1、谷氨酸钠5、氯化锌1、钠5、硫酸镁1、硫酸亚铁0.01；

3.5 影响微生物发酵GABA产量的发酵条件

微生物发酵制备GABA，原料来非常广泛，安全链比化学法要高。影响因素都包括内因和外因，内因是代谢机制，外因是代谢条件。因此，GABA支路代谢机制和代谢条件是GABA制备的决定因素。代谢机制一定时，代谢条件显著影响GABA的制备速度和产率。因而微生物发酵制备GABA受如下因素制约：

3.5.1 pH值

pH值影响谷氨酸脱羧酶的活性，影响细胞膜得电荷和渗透性以及外界条件的电位和物理性质，要正确控制和调节pH值。一般谷氨酸脱羧酶最适pH值在5.5-6.0左右。另外GABA支路中还有两种酶：GABA转氨酶(最适pH8.9)和琥珀酸半醛脱氢酶(最适pH9.0-9.5)，两者使GABA快速氧化成谷氨酸和琥珀酸，因此改变pH值钝化这两种酶有利于GABA的积累。

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3.5.2 辅酶、抑制剂等

磷酸吡哆醛是谷氨酸脱羧酶的辅酶，能促进谷氨酸脱羧酶的作用，但使用成本较高。也可以加入维生素B6(0.5mmol/L)，可以使GABA产量提高20％左右。抑制剂有如巯基乙醇、二硫苏糖醇、半胱氨酸和对氯高汞苯甲酸等物质，这类物质会抑制谷氨酸脱羧酸酶活性，从而降低GABA的产量。

3.5.3 温度

温度主要影响酶和微生物的活性及代谢，因此温度必然影响了生物代谢产GABA的能力。

3.5.4 溶氧

无氧的环境可以增加谷氨酸脱羧酶的活性，抑制丙酮酸转氨酶和琥珀酸半醛脱氢酶的活性，一般采充二氧化碳或者抽真空来实现。

3.5.5 底物、补料等

合适的谷氨酸浓度可以提高GABA支路碳流量，从而促进GAD活性，但是前体过多对微生物生长有抑制作用，浓度高时会产生毒性。一般主要是增加前体物质和营养物质以及无机盐等。利用纯谷氨酸作作为前体，成本较高，一般添加谷氨酸衍生物如谷氨酸钠或含谷氨酸丰富的其它物质(例如茶叶、桑叶和米糠)。

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3.6 发酵培养基的成分对GABA产量的影响 3.6.1 以酵母菌作为发酵菌种

（1）碳源的选择对发酵的影响

碳源可以选择葡萄糖、蔗糖、果糖、乳糖、麦芽糖等均可，发酵所得GABA的产量差别不大，但是选择葡萄糖最为方便廉价； （2）有机氮源对发酵的影响

分别以牛肉膏、酵母膏、蛋白胨和尿素为氮源实验，其中以酵母膏和蛋白胨作为氮源所得GABA的产量最高，故此选择酵母膏+蛋白胨的复合氮源的方式。

3.6.2 以红曲霉作为发酵菌种

（1）碳源的选择对发酵的影响

以查氏液体培养基为基础，分别采用可溶性淀粉、葡萄糖、谷氨酸钠、丁二酸钠、蔗糖作为唯一碳源进行实验。可溶性淀粉作为碳源时发酵液中GABA含量相对较高，，其次是葡萄糖，而蔗糖作为碳源时发酵液中GABA； （2）氮源的选择对发酵的影响

以查氏液体培养基为基础，以可溶性淀粉为碳源，采用不同的有机氮或无机氮源为唯一氮源（牛肉膏、酵母膏、钠、蛋白胨和磷酸二氢铵）进行实验。以牛肉膏作为氮源时，GABA生成量最高。因为牛肉膏对发酵产GABA的效果最好，故采用复合氮源进行实验，结果表明用牛肉膏和钠作为复合氮源时发酵液中GABA的含量最高。

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3.6.3 以乳酸菌作为发酵菌种

（1）碳源的选择对发酵的影响

以加入10g/L的L-MSG的TYG培养基为基础，采用15g/L的葡萄糖、乳糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、酵母膏、可溶性淀粉、丁二酸钠为唯一碳源进行实验，采用果糖和蔗糖时菌体量及GABA的产量相对较高；另外当以丁二酸钠作唯一碳源时虽然菌体生长情况不好，但GABA的产量却相对较高，推测其对谷氨酸脱羧酶的生成与作用有促进，因此采用蔗糖和丁二酸钠作为复合碳源比较合适。 （2）氮源的选择对发酵的影响

以蔗糖及丁二酸钠为复合碳源，分别加入10g/L的胰蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、蛋白胨、玉米浆及无机氮源硫酸铵、钠为唯一氮源进行实验，结果表明以无机氮硫酸铵和钠作为氮源时，GABA的生成量非常少，而有机氮则对产GABA的效果较显著，其中以酵母膏的效果最好。

因为酵母膏对发酵产GABA的效果最好，以酵母膏组成复合氮源进行实验。以5g/L的酵母膏分别与5g/L蛋白胨、胰蛋白胨、玉米浆、牛肉膏组成复合氮源进行实验，结果表明以胰蛋白胨与酵母膏为复合氮源时GABA的产量最高。可能是这两种物质所含的菌体生长所需的辅助因子丰富，并相互补充，激活了GAD的活性，从而发酵液中GABA的含量升高。 （3）L-谷氨酸钠(L-MSG)的浓度对发酵的影响

分别以不同的谷氨酸钠的浓度(g/L)进行实验研究菌体转化富集GABA的情况，当谷氨酸钠的浓度小于l0g/L时，GABA的量随着底物浓度的增加而增加，但谷氨酸钠浓度大于10g/L后，GABA的含量不再增加。

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3.7 该行业对酵母浸出物的需求

γ-氨基丁酸行业基本采用酵母菌、红曲霉和乳酸菌三类菌种进行发酵，这三种菌种的发酵氮源均会使用到酵母浸出物，特别是在以酵母菌和乳酸菌生产GABA的过程中，酵母浸出物对发酵有较好的促进作用，使用其为发酵氮源时效价最高。另外γ-氨基丁酸的发酵氮源多采用复合氮源的形式，因此在发酵氮源的选择时可以采用酵母浸出物+蛋白胨的方式。我司产品可以满足该行业发酵氮源的需求，可以进行推广。

4 γ-氨基丁酸行业发展现状

4.1 γ-氨基丁酸的行业概况

2009年9月27日，卫生部批准γ-氨基丁酸、初乳碱性蛋白、共轭亚油酸、共轭亚油酸甘油酯、植物乳杆菌（菌株号ST-Ⅲ）、杜仲籽油为新资源食品，γ-氨基丁酸，在国内进入崭新纪元，国内各大γ-氨基丁酸厂家，浙江益万生物技术有限公司、安徽来福高科股份有限公司、福建安溪生物科技有限公司依据江南大学最新科技GABA转化技术将引领中国进入新食品消费时代。

国内目前市场总量较少，不超过100吨，而且产品价值较高，约3000-4000元/kg，市场不容易做大，而且据资料显示，目前国内已至少有两家企业投产该产品，并已投放市场。项目年可生产γ-氨基丁酸100吨，50%含量的γ-氨基丁酸，目前市场价格为350-400万元/吨，总计年可实现销售收入3.5-4亿元，实现利润6000万元左右。每吨γ-氨基丁酸（GABA）的售价在4-5万元。GABA在美国、

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