CN101311273A - 生物合成的γ-氨基丁酸制剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种生物合成的γ－氨基丁酸制剂，该产品按重量百分比含有：5％至60％的γ－氨基丁酸。上述的生物合成的γ－氨基丁酸制剂的制备方法按以下步骤进行：首先将乳酸链球菌种接种到250mL由葡萄糖、玉米浆粉、脱脂豆粕粉、味精组成的发酵种子培养基，形成发酵液，将发酵液引入高速离心机中离心形成清液，将清液在40℃下，加入250mg/L壳聚糖，搅拌絮凝，将经絮凝的待滤发酵液通过板框过滤机，得到滤清液，滤清液经阳离子树脂交换床进行离子交换，待离子交换树脂饱和后，去离子水洗脱，将谷氨酸全部洗脱，然后用氨水洗脱提取γ－氨基丁酸。本发明实现了功能性食品因子GABA的大规模工业化生产，可以适应各种形式规格的食品以及营养食品的GABA产品的生产加工。

Description

生物合成的γ-氨基丁酸制剂及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及以γ-氨基丁酸(GABA)为主要成分的保健品或药品及其制备方法，是一种生物合成的γ-氨基丁酸制剂及其制备方法。

二、背景技术

γ-氨基丁酸(GABA)是一种天然的非蛋白组成氨基酸，其分布非常广泛，在许多植物中都有一定含量。在动物体内，GABA主要分布于神经组织中，如哺乳动物的脑组织内分布最为集中，含量是单胺类含量的1000倍，而在外围器官中含量很少。动植物组织中，天然存在GABA的含量都较低，例如豆叶中的含量仅为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。

GABA在食品中的研究和应用最早始于20世纪八十年代中期，以日本茶饮料Gabaron为代表，该茶的动物喂养试验表明，数周内可使患原发性高血压的小白鼠的血压由175mmHg至180mmHg降低至150mmHg，降幅为15％至17％，同时并未发现小白鼠有其他任何生理异常现象。1996年，ORYZA公司开发的GABA-RICE-GERM上市后，大阪大学医学院对这种富含GABA的米胚芽食品进行医学试验，表明其中的活性成分GABA对睡眠障碍、抑郁症、更年期综合症(Kupperman指标)等具有显著的改善效果，如图1所示。2000年，Okada等采用口服GABA米胚芽食品在20个女病人中进行双盲实验，将病人分为2组，每天3次食用GABA米胚芽食品，GABA的总摄入量为每天每人26.4mg。结果显示，GABA对妇女更年期综合症和老年初期精神障碍的总改善率达到75％，仅通过饮食就使症状得到如此改善，这对保健食品来说是很不错的效果，足以说明GABA这种活性因子应用于食品的功效。

2002年，Kazami等[报道了含GABA的复合风味调料对轻度高血压和高血压患者的血压改善作用，GABA按20mg/d的摄入量，经过2周实验，轻度高血压患者和高血压患者的血压显著降低(收缩压降低6mmHg，舒张压降低4mmHg)，正常人组的血压保持不变，同时也没有观察到任何食用这种复合调味料造成的生理副作用。

传统的观点认为，老年人视力听力下降是由于感觉系统迟钝的缘故，一项最新研究成果对此作了更科学的解释，大脑衰老是老年人感觉系统异常的重要原因，而脑组织中GABA水平的变化在大脑衰老中起十分关键的作用。

GABA可以帮助大脑处于巅峰状态，当大脑长期缺乏GABA这种重要的抑制性神经递质时，渐渐会导致癫痫、帕金森等疾病。实际的情况是，随着年龄的增长，大脑得到GABA的量逐渐减少。对老年人的脑内GABA的含量分析表明，老年人脑组织中GABA含量有较明显的降低，这可能导致脑内噪声的增加，使神经信号减弱，导致老年人“耳不聪、目不明”。在研究中，将非常微小的电极插入老年的猴子大脑视觉皮层中，记录神经细胞活动，同时通过电极上的毛细管给神经细胞微量的GABA，仔细观察和比较给药前后视觉神经细胞对视觉刺激反应的变化。结果发现，给予GABA以后，神经元的“行为”马上变得“年轻”起来，分析认为，通过增加脑内的GABA含量，能够改善神经功能，这一发现为开展人类脑衰老机理的深入研究提供了重要的线索。

中国科技大学周逸峰等和美国Utah大学Levethal等研究者正合作进行这项有关GABA在脑衰老过程中作用的研究。目前该项目受到美国国立卫生研究院和中科院知识创新工程的支持，他们正联手在昆明动物所建立世界一流的脑衰老机理研究联合实验室，对此进行深入研究。

GABA在医药中的使用已有较长的时间，但是其在食品中的应用还是基于近来对GABA生物活性的最新研究成果。由于GABA具有确切的健康功效、明确的作用机理，将其应用于功能性食品中将大有作为。在日本，ORYZA、FUJICCO、大洋香料、YAEGAKI发酵研究所、PHARMAFOODS研究所等大公司和机构都在积极开发GABA食品素材，涉及的领域除米制品、茶制品外，还包括在西红柿等天然食品中富集。富集GABA后得到高附加值的保健食品和食品配料，广泛应用于饮料、医药用食品、果酱及发酵食品中[9，10，11，12]。可以预见，GABA在功能性食品中的应用范围还会更广。在食品的应用领域中，日本走在前列，目前从事GABA食品研究的文献报道主要来自于日本、中国台湾和中国大陆。

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，可以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等有很好的功效，并有精神安定作用，肾机能和肝机能改善作用，促进酒精代谢作用和消臭效果以及高效减肥等活性。

已经确认GABA对中老年多种慢性疾病具有预防和治疗作用，目前，面对日益严重的人口老龄化及伴随老龄化出现的多种老年性慢性疾病，开发GABA健康食品的经济价值也不言而喻。针对GABA的生物活性开发出适用于不同人群的食品也很有市场前景。

三、发明内容：

本发明提供了一种生物合成的γ-氨基丁酸制剂其及制备方法，克服了上述现有技术之不足，适用于大规模工业化生产。

本发明的技术方案之一是这样实现的：一种生物合成的γ-氨基丁酸制剂其按重量百分比含有5％至60％的γ-氨基丁酸(GABA)。

本发明的技术方案之二是这样实现的：上述生物合成的γ-氨基丁酸制剂的制备方法按以下步骤进行：首先将乳酸链球菌种接种到250mL发酵种子培养基，发酵种子培养基由葡萄糖、玉米浆粉、脱脂豆粕粉、味精组成，培养16h移种到25L发酵种子培养基，即接种量1.0％(v/v)，再培养16h移种到1000L发酵培养基，即接种量2.5％(v/v)，在不通气、不控制pH的条件下，30℃连续培养48h；其次将发酵液引入高速离心机中，10000g以上离心力离心，收集清液；然后将上一步的清液在40℃下，加入250mg/L壳聚糖，搅拌絮凝；然后将经絮凝的待滤发酵液通过板框过滤机，得到滤清液；然后将滤清液通过阳离子树脂交换床进行离子交换，待离子交换树脂饱和后，去离子水洗脱，将谷氨酸全部洗脱，然后用氨水洗脱提取γ-氨基丁酸，将提取到的γ-氨基丁酸经蒸发器浓缩，得到含γ-氨基丁酸占总固形物为50％至55％的浓缩液。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：

将上述经絮凝的待滤发酵液按发酵液1％的量称取活性炭，加入发酵液中，搅拌均匀后升温于70癈，再搅拌30min；趁热进行板框过滤，得到滤清液；然后将滤清液通过阳离子树脂交换床进行离子交换，待离子交换树脂饱和后，去离子水洗脱，将谷氨酸全部洗脱，然后用氨水洗脱提取γ-氨基丁酸，将提取到的γ-氨基丁酸经蒸发器浓缩，得到含γ-氨基丁酸占总固形物为60％至65％的浓缩液。

将上述浓缩液经雾化器喷雾干燥，形成粉末状的γ-氨基丁酸。

本发明实现了功能性食品因子GABA的大规模工业化生产，可以适应各种形式规格的食品以及营养食品的GABA产品的生产加工。

五、具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

实施例1：

该生物合成的γ-氨基丁酸(GABA)制剂按重量百分比含有：5％或10％或30％或50％或60％的γ-氨基丁酸(GABA)。

制备过程：

1、发酵工艺

乳酸链球菌种接种到250mL发酵种子培养基，培养16h移种到25L发酵种子培养基，即接种量1.0％(v/v)，培养16h移种到1000L发酵培养基，即接种量2.5％(v/v)，在不通气、不控制pH的条件下，30℃连续培养48h

2、发酵液预处理

1)离心：发酵培养结束后，停止发酵，发酵液引入高速离心机中，10000g以上离心力离心，收集清液。

2)絮凝：上一步的清液在40℃下，加入250mg/L壳聚糖，搅拌絮凝。

3)板框过滤：

将板框过滤机装入滤布待用。配制约10％硅藻土混合液少量。将硅藻土液循环压入板框过滤机涂布，直至观察到过滤机密封良好，滤出液变清为至。在保持过滤机一定压力条件下，立即通入待滤发酵液。滤清液应完全透明，色略显黄色。得到的清滤液应及时转入贮罐内。若滤后发酵液达不到要求，转入脱色罐内重复以上操作。当压力升高至规定限度而过滤速度仍很低时，说明过滤通道已基本阻塞，不能再进料。这时可通入热水或蒸汽洗涤吹干滤饼。过滤结束后，拆机、卸料，洗涤滤布及有关设备。

4)脱色：

按发酵液1％的量称取活性炭，加入发酵液中，搅拌均匀后升温于70癈搅拌30min；趁热进行板框过滤。在倒入活性炭时应防止活性炭飞扬，影响后道产品质量。

3、离子交换法分离提纯GABA

1)树脂转型

新树脂在使用前应先用自来水清洗，倾去碎树脂后装柱。装柱时，柱中应先装少量水，以免因缺水造成气孔，整个装柱及生产过程中都必须保证树脂浸没在水中。树脂的装填高度为柱高的70％。装柱后，阳离子交换树脂用4％的盐酸进行转型，盐酸用量为床体积的2至3倍，流速为4m/h，酸与树脂的接触时间为30至60min。树脂转型后应用去离子水洗至中性，洗涤液流速为10m/h，水用量大概为阳离子树脂4至5倍床体积。

2)动态离子交换过程

离子交换时，料液流速为每小时1倍床体积。料液通入量用GABA的相对定量方法(见附1)来判断，处理量基本上为25倍床体积。

3)水洗除谷氨酸

待离子交换树脂饱和后，去离子水洗脱，将谷氨酸全部洗脱，水用量基本上为4倍床体积。

4)氨水洗脱提取GABA

水洗后用氨水洗脱下树脂上的GABA，氨水浓度为2mol/L，待流出液不再能检出GABA后停止洗脱，氨水用量大概为2倍床体积。

5)树脂再生

离子交换树脂使用饱和后必须进行再生处理方可继续使用。树脂饱和后先用自来水洗出存留的杂质，洗涤流速为10m/h，清洗干净后用盐酸再生。树脂再生时采用逆流再生。先通A3倍床体积的4％盐酸，流速为4m/h→用自来水清洗至中性(pH4.0以上)→通入3倍床体积的4％氢氧化钠，流速为4m/h→用自来水洗至中性(pH9.0以下)→通入3倍床体积4％盐酸，流速为4m/h→去离子水洗至中性(pH4.0以上)。

4、浓缩

操作前检查蒸发器的出料阀及其它出气阀门是否关好，然后打开真空系统，使蒸发器内达到一定的真空度后，打开进料阀吸入物料。当从视镜中见到液面达规定位置时，开启蒸汽加热，加热时注意真空度的变化。如果沸腾后真空度下降，说明加热强度太大或冷却器的水量不足，应及时调整。浓缩后期应经常测定浓缩液的浓(密)度，当总固形物含量的重量百分比为20％至25％时，结束浓缩，放料至贮罐中。结束浓缩时，应先破坏真空，再关真空系统。放料完毕后应将管道内存料液吸回蒸发室，及时清洗管道和蒸发器，回收至脱色液贮罐。再将管道及器壁的结垢洗净，以免影响以后的产品质量。

5、喷雾干燥

喷雾干燥的目的是将物料溶液在热风中喷雾成细小的液滴，在它下落的过程中，水分被蒸发而成为粉末状的产品，易于加工、保存及运输。

1.检查系统密闭性及电器部份，开启送、引风机，打开换热器蒸气阀门，开启电加热器，系统开始预热。

2.当进风温度达到设定值时，开启雾化器及料泵，开始适量喷水，以调整出风温度。进风温度为185℃±5℃，出风温度为80℃±2℃。

3.其间同时运行及调整好如风冷隔套、空气清扫、除湿风冷、气锤激振等附助系统，为下一步喷料作好准备。

4.当出风温度基本到达设定值时，迅速把水切换成料液，开始物料的喷雾干燥。

5.带料运行中应密切注意好仪表显示参数，及时对热源及投料量等参数进行微调修正；同时从观察窗观察塔内干燥形态，及时更换集料筒出料。

6.当一批物料喷完准备停机前，应后续喷水5min，以清洗料泵及供料管道。

7.喷水结束后关闭蒸气阀及电加热器停止供热，同时关闭料泵及雾化器，开始自然降温。

8.打开塔门，关闭气扫系统，开始人工清塔。

9.塔内清理完毕，待塔内温度降至80℃以下后关闭所有风机及其余设施，关闭电源停机。

10.清洗。喷塔内粘壁严重或一天使用结束后应进行清洗及烘干，以确保下次正常使用。清洗时先进行清扫，尽可能清扫干净。然后用喷水枪喷70℃至75℃热水冲洗，冲洗应彻底，死角的地方应特别注意，喷水时还应注意不要将水喷入空气分布器中。雾化器在每次进料完毕后进一定量清水洗涤干净。在设备连续生产一个月或较长时间停用时需使用CIP自动清洗装置彻底清洗一次，清洗是循环进行的，循环清洗时间大概为10至30min，操作过程为：清水→碱液→清水→酸液→清水→热水杀菌。清水应循环3min，碱液、酸液浓度为2％，温度为70℃至75℃循环15至20min；热水杀菌温度为90℃至95℃循环10min。

以上技术特征构成的本发明的实施例具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (4)

1.1、一种生物合成的γ-氨基丁酸制剂，其特征在于该产品按重量百分比含有：5％至60％的γ-氨基丁酸。

2.2、一种根据权利要求1所述的生物合成的γ-氨基丁酸制剂的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：首先将乳酸链球菌种接种到250mL发酵种子培养基，发酵种子培养基由葡萄糖、玉米浆粉、脱脂豆粕粉、味精组成，培养16h移种到25L发酵种子培养基，即接种量体积百分比为1.0％，再培养16h移种到1000L发酵培养基，即接种量体积百分比为2.5％，在不通气、不控制pH的条件下，30℃连续培养48h；其次将发酵液引入高速离心机中，10000g以上离心力离心，收集清液；然后将上一步的清液在40℃下，加入250mg/L壳聚糖，搅拌絮凝；然后将经絮凝的待滤发酵液通过板框过滤机，得到滤清液；然后将滤清液通过阳离子树脂交换床进行离子交换，待离子交换树脂饱和后，去离子水洗脱，将谷氨酸全部洗脱，然后用氨水洗脱提取γ-氨基丁酸，将提取到的γ-氨基丁酸经蒸发器浓缩，得到含γ-氨基丁酸占总固形物的重量百分比为50％至55％的浓缩液。

3.3、一种根据权利要求2所述的生物合成的γ-氨基丁酸制剂的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：首先将乳酸链球菌种接种到250mL发酵种子培养基，发酵种子培养基由葡萄糖、玉米浆粉、脱脂豆粕粉、味精组成，培养16h移种到25L发酵种子培养基，即接种量体积百分比为1.0％，再培养16h移种到1000L发酵培养基，即接种量体积百分比为2.5％，在不通气、不控制pH的条件下，30℃连续培养48h；其次将发酵液引入高速离心机中，10000g以上离心力离心，收集清液；然后将上一步的清液在40℃下，加入250mg/L壳聚糖，搅拌絮凝；然后将经絮凝的待滤发酵液按发酵液1％的量称取活性炭，加入发酵液中，搅拌均匀后升温于70癈，再搅拌30min；趁热进行板框过滤，得到滤清液；然后将滤清液通过阳离子树脂交换床进行离子交换，待离子交换树脂饱和后，去离子水洗脱，将谷氨酸全部洗脱，然后用氨水洗脱提取γ-氨基丁酸，将提取到的γ-氨基丁酸经蒸发器浓缩，得到含γ-氨基丁酸占总固形物的重量百分比为60％至65％的浓缩液。

4.4、根据权利要求2或3所述的生物合成的γ-氨基丁酸制剂的制备方法，其特征在于将浓缩液经雾化器喷雾干燥，形成粉末状的γ-氨基丁酸。