MỞ ĐẦU 1.1 Lý do hình thành đề tài y-Aminobutyric acid (GABA) là một amino acid có chức năng quan trọng trong hệ thống thần kinh. GABA thực hiện vai trò co bản trong quá trình truyền tin hiệu thần kinh qua khe xi náp và giữ liên lạc các tế bào với nhau trong hệ thống thần kinh trung ương. Ngoài ra, GABA đã được biết có hiệu quả điều hòa một số rỗi loạn thân kinh giống như bệnh Parkinson, Huntington và bệnh Alzheimer. Chính vì GABA có những chức năng sinh lý quan trọng nên rất nhiều công trình nghiên cứu trọng tâm vào sự phát triển GABA thành thực phẩm chức năng.
Hiện nay, quá trình sản xuất GABA có rất nhiều con đường khác nhau chang han: tách chiết từ các loại ngũ cốc, tạo điều kiện tối ưu dé hat gao nảy mâm, hoặc lên men đậu tương băng vi sinh vật. Trong đó, quá trình sản xuất GABA bang lên men vi sinh vật (vi khuẩn, nam men, nắm mốc) đang được ứng dung rộng rãi và có hiệu quả cao trên thé giới. Đặc biệt, vi khuẩn lactic đã được ứng dụng để lên men cho hàm lượng lớn GABA từ thực phẩm truyền thống và đã tối ưu quá trình sản xuất GABA khi sử dụng vi khuẩn lactic đối với mục tiêu công nghiệp. Tại Việt Nam, có thể nói chưa có công nghệ chế biến GABA có kha năng hướng tới quy mô công nghiệp.
Mặc dù, một số công trình nghiên cứu về sản xuất GABA đã được nghiên cứu nhưng vẫn chưa có sản phẩm GABA bán ra thị trường. Hiện nay, hướng nghiên cứu ứng dụng các chất có nguồn gốc tự nhiên để làm thực phẩm chức năng bắt đầu xuất hiện ở Việt Nam. Thực tế, khi một sản phẩm CÓ thé tiếp cận được trên thị trường thì sản phẩm phải đảm bảo về chất lượng và giá thành. Dé giải quyết hai van dé lớn này, hướng nghiên cứu của đề tài là chọn một nguồn nguyên liệu rẻ tiền va sẵn có nhất ở trong nước mà vẫn cung cấp được day đủ các thành phần cơ bản để có thé lên men được GABA có hiệu suất cao.
Các nghiên cứu sinh tổng hợp GABA ngày nay chủ yếu sử dụng vi khuẩn LAD để lên men cám gạo, vi khuẩn LAD sản sinh enzyme GAD chuyển hóa glutamate thành GABA. Đặc biệt là vi khuẩn Lb. brevis do khả năng sản sinh enzyme GAD cao hơn so với các phương pháp ủ, nảy mầm. Vì vậy hướng nghiên cứu đề tài sử dụng vi khuân Lb.
brevis đề lên men. Tuy nhiên, canh trường sau khi lên men có rat nhiêu HVTH: Vi Nhã Tuấn Luận văn thạc sĩ 2 thành phần khác ngoài GABA như protein, acid amin, carbohydrate,. Vì vậy dé có thể sản xuất ra sản phẩm giàu GABA thì cần phải tỉnh sạch canh trường lên men cám gạo. Chính vì thế, đã có nhiều nghiên cứu tỉnh sạch GABA từ canh trường lên men nhăm loại bỏ các thành phần khác GABA ra khỏi dịch lên men băng nhiều phương pháp khác nhau như là lọc membrane, keo tụ.
Mặt khác việc tinh sạch GABA bang phương pháp trao đối ion chỉ là bước đầu nghiên cứu hiện nay. Đây cũng chính là tính mới của dé tài và hứa hẹn ứng dụng sản xuất GABA có độ tinh sạch cao trong quy mô công nghiệp. Xuất phát từ cơ sở khoa học thực tiễn trên, nghiên cứu triển khai thực hiện dé tài: “Nghiên cứu quá trình tính sạch Gamma aminobutyric acid (GABA) từ canh trường lên men cám gạo”.2 Mục tiêu đề tài 1.1 Mục tiêu tổng quát Tận dụng nguồn phụ phẩm cám gạo từ quá trình sản xuất công nghiệp để làm môi trường sản xuất sản phẩm GABA có giá trị gia tăng cao.2 Mục tiêu cụ thể Sử dụng phương pháp trao đổi ion nhăm tinh sạch GABA dat hiệu suất cao từ canh trường lên men cám gạo sử dụng các vi sinh vật có lợi (Lactobacillus brevis).3 Nội dung nghiền cứu Trong đề tài này, để áp dụng mục tiêu đặt ra các nội dung nghiên cứu sau được triển khai thực hiện: - Xác định thời gian cân bang của nhựa trao đổi ion với GABA. - Từ đó xây dựng phương trình dang nhiệt hấp phụ của nhựa trao đổi ion với GABA.
- Khảo sát các yếu tô ảnh hưởng đến quá trình tinh sạch GABA từ canh trường lên men cám gạo băng phương pháp trao đổi ion. HVTH: Vi Nhã Tuấn Luận văn thạc sĩ 3 CHUONG 2: TONG QUAN 2.1 Tong quan về GABA 2.1 Giới thiệu ve GABA Gamma Aminobutyric Acid (GABA) là một amino acid phi protein có 4 carbon (hình 2-1), một thành phan quan trọng trong nhóm các amino acid tự do. O H ° N—_— OH Hình 2-1 Công thức cau tao cia Gamma Aminobutyric Acid [1] GABA có kha năng hòa tan tốt trong nước, là ion lưỡng tinh tai giá tri pKa là 4,03 và 10. Thông thường, nồng độ GABA trong mô thực vật thấp (dao động 0.00 umol/g) [2], nhưng tăng lên nhiều lần khi bị tác động bởi các tác nhân: sốc nhiệt, kích thích cơ học, tình trạng thiếu OXY,.2 Chức năng sinh ly của GABA Trong cơ thể, GABA được phát hiện trong hệ thống thần kinh trung ương vào khoảng năm 1950 bởi Eugene Roberts nhưng đến năm 1960 GABA mới được đề xuất là chất dẫn truyền thần kinh ức chế.
Ngoài não, GABA cũng có mặt trong tuyến tụy, buông trứng. tinh hoàn, ống tiêu hóa. GABA có chức năng quan trọng trong hệ than kinh, có rất nhiều hoạt tính sinh học, chức năng sinh lý và nhiều tác động tích cực có lợi cho sức khỏe con người [3]. GABA có chức năng sinh lý khác nhau ở động vật và con người.
Một số chức năng sinh lý của GABA đã được nghiên cứu: e GABA góp phan vào việc hạ huyết áp: uống GABA hoặc sữa lên men GABA (0,5 mg GABA/kg) giúp giảm huyết áp trên đối tượng thí nghiệm là chuột bị cao huyết áp nhưng lại không làm tăng huyết áp đối với chuột bình thường, sau 4-8 giờ sử dụng [4, 5]. e Lợi tiểu, ngăn ngừa bệnh tiêu đường thông qua tác dụng của GABA dựa trên sự tiết insulin [6, 7]. HVTH: Vi Nhã Tuấn Luận văn thạc sĩ 4 e Điều trị các triệu ứng an thần, mất ngủ, tram cảm và các rối loạn tự phát trong suốt thời kỳ mãn kinh với tong hàm lượng GABA sử dụng là 26,4 mg/ngày [8]. e Đau nhức kéo dài: stress - tinh trang tâm lý căng thăng có thé làm gia tăng đau nhức.
Như một chất dẫn tự nhiên có chức năng giảm stress, GABA có thể giảm bớt tình trạng đau nhức kéo dài khi giảm các dấu hiệu lo lăng [S]. e GABA cũng có thé giúp điều tri các triệu chứng rối loạn thần kinh khác nhau như động kinh, bệnh Parkinson và tam thần phân liệt [9]. e Các triệu chứng liên quan đến rượu mãn tính, rối loạn giấc ngủ, nghiện ma túy và rượu [9]. e Acid amin nay góp phan làm tăng nông độ của hormone tăng trưởng trong huyết tương và tỉ lệ tong hợp protein trong não [10].
e Có khả năng ức chế tế bao ung thư khi sử dụng dịch chiết xuất từ nguyên liệu gạo nâu chứa GABA [11]. Vì thế, GABA có tiềm năng là một thành phần hoạt tính sinh học trong thực phẩm và dược phẩm.3 Cơ chế sinh tổng hợp GABA MSG được xem như là một cơ chất trong quá trình sản xuất GABA bằng vi khuẩn lactic [12]. Trong cả thực vat va động vat, GABA được hình thành qua 3 loại enzyme: enzyme glutamate decarboxylase (GAD), enzyme GABA transaminase (GABA-T) va enzyme succinic seminaldehyde dehydrogenase (SSADH). Trong đó, phan ứng chủ yếu dé tông hop GABA được thực hiện bởi glutamate decarboxylase (GAD, EC 4.
GAD tổn tại dưới hai dạng đồng phân là GAD65 và GAD67 theo khối lượng phân tử của chúng lần lượt là 65 và 67 kD. Chúng được mã hóa bởi hai gen độc lập năm trên hai nhiễm sắc thể số 2 và số 10 ở người, gen GAD65 năm trên nhiễm sắc thể số 10 còn GAD67 năm nhiễm sắc thé số 2 [13, 14]. GAD67 là một enzyme phân bố khắp các tế bao than kinh GABAergic trong cơ thể. Ngược lại, GAD65 được tim thấy ở tận cùng các dây thần kinh và nó có thé được neo trên mang của các túi dẫn truyền thần kinh.
Hoạt động của enzyme GAD cần một coenzyme là vitamin Be [15]. Day là phản ứng khử carboxyl trực tiếp và không thé đảo ngược của glutamate bởi glutamate decarboxylase [16]: HVTH: Vi Nhã Tuấn Luận văn thạc sĩ 5 €) ©) oO aa , ng Sofactor, PLP HO + GAD L-Grlutamate GABA Hình 2-2 Co chế tổng hop GABA 2.4 Tình hình nghiên cứu — sản xuất GABA hiện nay Hiện nay, các sản phẩm thực phẩm chứa GABA trên thị trường Việt Nam chưa được pho bién, chu yếu được sử dụng dưới dạng tá dược. Trong khi đó, một số sản phẩm thực phẩm chứa GABA đã được sản xuất với quy mô công nghiệp ở Nhật như: - _ Trà Oolong GABA chứa 150 mg GABA/100 ml trà. Tra GABA qua quá trình xử lý yếm khí bằng nitơ thu được 100 g lá tra GABA có chứa khoảng 240 mg GABA [17].
- Mot dòng nước uống trái cây không gas đóng lon chứa GABA của Jones như: GABA chanh mật ong Jones, GABA bưởi Jones,. Bên cạnh đó, một số sản phẩm thực phẩm chứa GABA cũng đã xuất hiện trong nước như: - Gao mam GABAnature-HGH là sản phẩm có thành phần hoàn toàn tự nhiên. chế biến từ những hạt gạo lứt qua quá trình nảy mâm trong điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt nhằm tạo ra dưỡng chất GABA. - Sản phẩm cốm gạo mam rong bién từ gạo mam GABA va rong biến.
Đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm thương mại chứa GABA bằng phương thức sản xuất sinh học và hóa học đã được nghiên cứu: - Tach chiết từ các loại ngũ cốc, tạo điều kiện tối ưu dé hạt gao nảy mam: o Trà xanh giàu GABA duoc sản xuất bang cách xử lý yếm khí chéi tra [19]. o Sản xuất GABA từ cám lúa mach và cám lúa mì: cám lúa mạch qua xử lý ủ thu được 9,2 mM GABA tu 10 mM glutamate, năng suat chuyén đôi thành GABA là 92%, trong khi cam lúa mì thu được sử dụng 6,0 mM GABA từ 10 mM glutamate, năng suất GABA 60% tỉ lệ chuyển đối [20]. Từ đây một hướng nghiên cứu kha thi có HVTH: Vi Nhã Tuấn Luận văn thạc sĩ 6 thé phát triển khi sử dụng một nguồn nguyên liệu khá dồi dào, giá thành rẻ là cám gạo. o Gao lúa mạch, gạo lứt được ngâm va xử ly nay mam yếm khí dé thu GABA [21,22].
- Lén men bang vi sinh vật: quá trình sinh tong hop GABA bang cach lên men sử dung vi sinh vật (vi khuẩn, nam) dang duoc ứng dung rộng rãi va có hiệu quả cao trên thé giới. o Đậu tương lên men sử dụng nắm Rhizopus microsporus var.