一、γ—氨基丁酸簡介

1.1、γ-氨基丁酸的結構和性質

   γ—氨基丁酸(英文名γ-aminobutyric acid或γ-aminobutanoic acid，簡稱GABA)，又名4-氨基丁酸、氨酪酸。GABA是一種白色或近白色結晶性粉末，極易溶于水，微溶于熱乙醇，不溶于冷乙醇、苯、乙醚。其熔點(mp)：203～204℃(分解)，熔化分解成并吡咯烷酮和水。GABA的解離常數：pKCOOH=4.03，pKNH3=10.56，無旋光性。分子式為C4H9NO2，相對分子量103.2，結構式如下圖所示。

1.2、γ—氨基丁酸的生理功效

    早在1883年GABA就己經被人工合成出來，1910年時已經有人從微生物活動的產物中檢測出了它的存在，1949年，Steward等報道了GABA在馬鈴薯中的天然存在，這些發現都未被人們所關注，直到1950年Roberts和Awapara的兩個研究小組幾乎同時發現在哺乳動物腦內存在高濃度的自由態GABA，Roberts還進一步證明了GABA是由谷氨酸在谷氨酸脫羧酶(Glutamate decarboxylase，GAD)的作用下轉化而來的。在此之后由于Krnjevic等人的努力，GABA的意義和作用逐漸被揭示出來。在1975年的第二屆國際GABA專題討論會上，GABA被正式確認為哺乳動物中樞神經系統(CNS)的一種抑制性神經遞質。研究表明，GABA在GABA能神經元的代謝中起核心作用，是最重要的神經抑制遞質之一。GABA是中樞神經系統內最重要的抑制性氨基酸遞質，具有突觸后抑制作用，可通過突觸后膜超極化、減少離子內流、降低細胞代謝及氧消耗等機制，使突觸后神經元處于保護性抑制狀態，并可通過突觸前抑制減少谷氨酸的釋放，從而減少灌注區神經元的死亡。GABA的功能主要有以下幾點：

1.2.1、鎮靜安神

    γ-氨基丁酸屬強神經抑制性氨基酸，具有鎮靜、催眠、抗驚厥、降血壓的生理作用。它是抑制性神經遞質（Inhibitory Neurotransmitter），可以抑制動物的活動，減少能量的消耗，被稱作“大腦的天然鎮靜劑”。GABA能結合抗焦慮腦受體并使之激活，然后與另外一些物質協同作用，阻止與焦慮相關的信息抵達腦指示中樞。因此，GABA可從根本上鎮靜神經，從而起到抗驚厥和抗焦慮的效果。氨基丁酸作用于動物細胞中的GABA受體，GABA受體是一個氯離子通道，GABA的抑制性或興奮性是依賴于細胞膜內外的氯離子濃度的，GABA受體被激活后，導致氯離子通道開放，能增加細胞膜對氯離子通透性，使氯離子流入神經細胞內，引起細胞膜超極化，抑制神經細胞元激動，從而減少動物的運動量。

1.2.2、促生長機理

    它是通過減少動物的無意識運動，來減少能量消耗，γ-氨基丁酸能促進動物胃液和生長激素的分泌，從而提高生長速度和采食量；能興奮動物的采食中樞，增加采食量，從而達到促生長的目的。

1.2.3、調節激素的分泌

    GABA是腦內抑制性通路的重要物質，對內分泌功能尤其對腺垂體激素分泌功能有重要的調節作用。研究表明，GABA能促進腺量體分泌黃體生成素，并具有促進甲狀腺素釋放激素的功能。GABA可抑制促腎上腺皮質激素的釋放。它可能通過突觸前抑制使促黃體生成素釋放激素減少從而導致黃體生成素的分泌下降；此外，GABA還調節黑色細胞刺激素、催乳素、生長激素、促腎上腺素的分泌。

γ-氨基丁酸是一種天然氨基酸，廣泛分布于動植物體內。它存在于動物的中樞神經系統中，是神經系統中信息交流過程的基本物質載體。發揮強力抗應激功效，可有效防治畜禽煩躁不安、咬尾、打斗、啄羽、啄肛等應激綜合征，并能調節植物神經功能，消除異食癖。改善動物血液循環功能，提高畜禽免疫力和抗病力，使畜禽對應激環境和生活環境產生更好的抵抗力，增強食欲，加快飼料養分消化、吸收，消除畜禽挑食、厭食，提高日增重和飼料轉化率。

二、γ-氨基丁酸制備技術

    γ-氨基丁酸作為一種非蛋白質氨基酸，在動物、植物和微生物中均有GABA存在，是一種重要的抑制性神經傳導物質，是很好的醫療藥物及保健品的原料，具有降血壓、保持神經安定、改善腦機能、保肝利腎等作用,可作為治療腦損傷藥物的成分，對畜禽具有抗熱應激、促生長等作用，目前已發戓成為一種新型功能性因子，被廣泛用于醫藥、食品保健、化工及農業等行業。近年來，國內外市場對γ-氨基丁酸的需求逐年增長。但是GABA天然存在含量很低，因此很難從天然組織中提取分離，γ-氨基丁酸的生產方法主要有化學合成法、固態發酵法和生物酶轉化法。

化學合成法主要采用吡咯烷酮、氫氧化鈉和水按一定比例混合后，在高溫下進行反應，反應條件劇烈，然后通過樹脂分離純化，濃縮結晶而成。吡咯烷酮與氫氧化鈉都為腐蝕性物質，影響人體健康。特別是吡咯烷酮在高溫下，有引起燃燒的危險，且可分解釋放有毒的氧化氮煙氣，操作過程存在危險性，不利于工業化大規模生產。另外還有一些化學合成方法，多見于專利文獻的報道，成本較高，得率較低，并且在生產工藝中使用危險溶劑，甚至是強腐蝕、有毒溶劑，其產品主要應用于生化研究。

固態發酵法效率低下，產量僅為0.35mg/g，最終純度只35%。。生物酶催化合成法主要以重組基因工程菌代謝中產生的谷氨酸脫羧酶GAD，轉化底物谷氨酸生產γ-氨基丁酸，與化學法相比，生物酶催化合成法具有條件溫和、安全和成本較低的優點生物酶催化法生產過程污染小，成本低廉，生物催化法已成為目前γ-氨基丁酸主要的生產方式，生物催化法生產GABA以重組大腸基因工程菌為生產菌，發酵培養基為鼓皮水解液、玉米漿、蛋白陳和礦物質等在發酵過程中，利用大腸桿菌產生的谷氨酸脫羧酶GAD用，將L一谷氨酸轉化為GABA，然后分離純化得到產品，而酶工程生產的γ-氨基丁酸主要作為飼料添加劑使用。

三 本項目生產技術

本項目采用基因工程大腸桿菌高效表達L-谷氨酸脫羧酶GAD，以L-谷氨酸為底物，通過酶促反應工業化生產γ-氨基丁酸，γ-氨基丁酸底物轉化濃度達到400g/L以上，放罐GABA濃度高達270g/L以上，24小時內轉化率達到96%以上，轉化反應規模已穩定達到5噸，工藝先進可行。

四、項目工藝流程簡介

                                 發酵流程圖            

                               劃平板，37℃培養

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                         挑取單克隆菌體，振蕩培養過夜

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                                  接種子搖瓶

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                                  配制發酵罐

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                                  滅菌121℃

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                              接種，調節通氣量

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                                  誘導表達

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                           20h后放罐，離心收集菌

                                 轉化流程圖

                               底物投入轉化罐中

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                                   用水稀釋

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                                  酸堿調節pH

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                            將熱菌體加入到轉化罐中

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                                   開始轉化

                                 純化流程圖

                            離心后的轉化液加熱30min

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                                  離心取上清

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                              活性炭脫色（20min）

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                                     抽濾

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                                 濾液旋蒸70℃

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                                   加入輔料

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                                   噴霧干燥

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                                     包裝

五、設備

1、高通量菌種篩選優化反應器

2、發酵罐、結晶罐、儲罐

3、管式離心機、活性炭

4、旋轉蒸發儀

5、噴霧干燥儀