Nghiên Cứu Khả Năng Tổng Hợp Gamma-Aminobutyric Acid (GABA) Của Vi Khuẩn Lactic Trong Lên Men Chè

• Tác giả: Nguyễn Thị Thùy Dương
• Người hướng dẫn: TS. Đào Thị Lương
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Tổng Hợp Gamma-Aminobutyric Acid (GABA) Từ Vi Khuẩn Lactic Trong Lên Men Chè
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về vi khuẩn axit lactic (LAB)
• 1.2. Khái niệm về vi khuẩn axit lactic
• 1.3. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của LAB
• 1.4. Tổng quan về γ -Aminobutyric axit (GABA)
• 1.5. Gama-Aminobutyric axit (GABA)
• 1.6. Vai trò và chức năng của GABA
• 1.7. Tình hình nghiên cứu GABA
• 1.8. Giá trị của chè GABA và công nghệ sản xuất chè GABA
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Nguyên vật liệu
• 2.2. Hóa chất và thiết bị
• 2.3. Thiết bị và dụng cụ
• 2.4. Các loại môi trường sử dụng trong nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Phương pháp phân tích GABA
• 2.5.2. Hoạt hóa chủng giống
• 2.5.3. Tuyển chọn các chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh enzyme glutamate decarboxylase cao
• 2.5.4. Định danh và phân loại chủng vi khuẩn lactic
• 2.5.5. Thử nghiệm khả năng lên men tạo GABA trên lá chè của vi khuẩn lactic
• 2.5.6. Lựa chọn điều kiện nuôi cấy thích hợp cho chủng nghiên cứu
• 2.5.7. Khếch đại gen GAD trong vi khuẩn lactic cho việc lên men tạo GABA
• 2.6. Nghiên cứu điều kiện lên men tạo GABA trên lá chè cao bằng việc sử dụng chủng vi khuẩn lactic
• 2.7. Nghiên cứu phương pháp thu hồi, ảnh hưởng, tỷ lệ phối trộn của chất mang và bảo quản sinh khối chủng vi sinh vật
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tuyển chọn các chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh enzyme glutamate decarboxylase cao
• 3.2. Định danh và phân loại chủng vi khuẩn lactic
• 3.3. Đặc điểm hình thái chủng vi khuẩn lactic
• 3.4. Phân loại vi khuẩn dựa trên phân tích trình tự rDNA
• 3.5. Thử nghiệm khả năng lên men tạo GABA trên lá chè
• 3.6. Khếch đại gen GAD trong vi khuẩn lactic cho việc lên men tạo GABA
• 3.7. Xác định GABA trong mẫu chè lên men bằng phương pháp HPLC
• 3.8. Lựa chọn điều kiện nuôi cấy thích hợp cho khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn lactic
• 3.8.1. Lựa chọn môi trường và thời gian nuôi cấy thích hợp
• 3.8.2. Lựa chọn nhiệt độ nuôi cấy thích hợp
• 3.8.3. Lựa chọn pH nuôi cấy thích hợp
• 3.8.4. Lựa chọn điều kiện cung cấp khí
• 3.8.5. Lựa chọn tỷ lệ giống thích hợp
• 3.8.6. Lựa chọn nguồn nitơ thích hợp
• 3.8.7. Lựa chọn nguồn Carbon thích hợp
• 3.8.8. Lựa chọn tỷ lệ Glutamate thích hợp
• 3.9. Nghiên cứu điều kiện lên men tạo GABA trên lá chè cao bằng việc sử dụng chủng vi khuẩn lactic
• 3.9.1. Lựa chọn thời gian lên men thích hợp
• 3.9.2. Lựa chọn tỷ lệ giống cấy thích hợp
• 3.9.3. Lựa chọn độ ẩm lên men thích hợp
• 3.9.4. Lựa chọn chế độ lên men thích hợp
• 3.9.5. Lựa chọn tỷ lệ glutamate bổ sung thích hợp
• 3.10. Nghiên cứu phương pháp thu hồi, làm khô và bảo quản sinh khối chủng vi sinh vật
• 3.11. Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất mang và tỷ lệ phối trộn của chất mang đến khả năng sống của vi khuẩn
• 3.12. Nghiên cứu điều kiện bảo quản sinh khối vi khuẩn lactic (dạng bột)
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu GABA và Vi Khuẩn Lactic Trong Chè

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống, vấn đề sức khỏe con người ngày càng được quan tâm. Việc nghiên cứu và tìm ra các hợp chất có hoạt tính sinh học quan trọng thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Trong đó, Gamma-Aminobutyric Acid (GABA) là một hợp chất được nghiên cứu rộng rãi. GABA là một amino axit phi protein có 4 carbon, được tìm thấy trong nhiều loài sinh vật, từ vi khuẩn đến thực vật và động vật có vú. GABA là một chất dẫn truyền xung thần kinh quan trọng, có nhiều hoạt tính sinh học như giảm stress, chống oxy hóa, giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch, tiểu đường và giảm cholesterol trong máu. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Thùy Dương (2020), GABA chủ yếu được hình thành bằng phản ứng α-decarboxylation không nghịch đảo của axit L–glutamic, được xúc tác bởi enzyme decarboxylase glutamic. Vi khuẩn lactic là một trong những đối tượng được quan tâm nhất trong sản xuất GABA do tính an toàn và các hoạt tính sinh lý đặc biệt.

1.1. Giới Thiệu Chi Tiết Về Gamma Aminobutyric Acid GABA

Gamma-Aminobutyric Acid (GABA) là một chất dẫn truyền thần kinh ức chế chính trong hệ thần kinh trung ương của động vật có vú. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa hoạt động của não bộ và hệ thần kinh. GABA giúp giảm căng thẳng, lo âu, cải thiện giấc ngủ và tăng cường sự tập trung. Ngoài ra, GABA còn có tác dụng bảo vệ tế bào thần kinh, chống oxy hóa và giảm nguy cơ mắc các bệnh thoái hóa thần kinh. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bổ sung GABA có thể mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, đặc biệt là đối với những người bị stress, mất ngủ hoặc các vấn đề về thần kinh. Do đó, việc tìm kiếm các nguồn cung cấp GABA tự nhiên và an toàn là một hướng đi đầy tiềm năng.

1.2. Vai Trò Của Vi Khuẩn Lactic Trong Sản Xuất GABA

Vi khuẩn lactic (LAB) là một nhóm vi sinh vật có khả năng lên men đường và tạo ra axit lactic. Tuy nhiên, một số chủng vi khuẩn lactic còn có khả năng tổng hợp GABA từ glutamate thông qua enzyme glutamate decarboxylase (GAD). Vi khuẩn lactic được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm lên men như sữa chua, phô mai, kim chi và dưa muối. Việc sử dụng vi khuẩn lactic để sản xuất GABA mang lại nhiều ưu điểm như tính an toàn, khả năng sản xuất lớn và chi phí thấp. Ngoài ra, vi khuẩn lactic còn có thể cải thiện hương vị và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng vi khuẩn lactic trong sản xuất GABA là một lĩnh vực đầy hứa hẹn.

II. Thách Thức và Cơ Hội Sản Xuất GABA Từ Lên Men Chè

Mặc dù chè là một nguồn nguyên liệu dồi dào và có giá thành rẻ ở Việt Nam, nhưng chưa có nhiều nghiên cứu sử dụng lá chè xanh làm nguyên liệu chính trong sản xuất chè GABA. Điều này tạo ra một cơ hội lớn để phát triển quy trình sản xuất chè GABA hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, cũng có những thách thức cần vượt qua, bao gồm việc tối ưu hóa điều kiện lên men, lựa chọn chủng vi khuẩn lactic phù hợp và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu của Nguyễn Thị Thùy Dương (2020) đã chỉ ra tiềm năng của việc sử dụng vi khuẩn lactic từ bộ giống VTCC để lên men chè giàu GABA, mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp chè Việt Nam.

2.1. Tiềm Năng Sử Dụng Chè Làm Nguồn Nguyên Liệu Sản Xuất GABA

Chè là một loại đồ uống phổ biến trên toàn thế giới, được biết đến với nhiều lợi ích cho sức khỏe. Chè chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học như polyphenol, caffeine và theanine. Ngoài ra, chè còn chứa glutamate, một tiền chất của GABA. Việc sử dụng chè làm nguồn nguyên liệu sản xuất GABA mang lại nhiều lợi ích như tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, giảm chi phí sản xuất và tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình lên men chè bằng vi khuẩn lactic có thể làm tăng hàm lượng GABA đáng kể, tạo ra sản phẩm chè GABA có nhiều lợi ích cho sức khỏe.

2.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Lên Men Chè Tạo GABA

Quá trình lên men chè tạo GABA chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như chủng vi khuẩn lactic, điều kiện nuôi cấy, thời gian lên men, nhiệt độ, độ ẩm và tỷ lệ glutamate bổ sung. Việc lựa chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng tổng hợp GABA cao là yếu tố quan trọng nhất. Ngoài ra, cần tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy để đảm bảo sự sinh trưởng và hoạt động của vi khuẩn lactic. Thời gian lên men cũng cần được điều chỉnh để đạt được hàm lượng GABA tối ưu. Các yếu tố khác như nhiệt độ, độ ẩm và tỷ lệ glutamate bổ sung cũng cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Tuyển Chọn và Tối Ưu Hóa Vi Khuẩn Lactic

Nghiên cứu tập trung vào việc tuyển chọn các chủng vi khuẩn lactic có khả năng tổng hợp GABA cao từ bộ giống VTCC. Các chủng được lựa chọn sẽ được định danh và phân loại dựa trên đặc điểm hình thái và phân tích trình tự rDNA. Sau đó, các điều kiện nuôi cấy thích hợp cho quá trình tạo sinh khối của các chủng vi khuẩn lactic sẽ được xác định. Cuối cùng, phương pháp thu hồi sinh khối và ảnh hưởng của các chất mang đến khả năng sống của vi khuẩn cũng sẽ được nghiên cứu. Mục tiêu là tìm ra chủng vi khuẩn lactic có khả năng sản xuất GABA hiệu quả và ổn định, đồng thời phát triển quy trình sản xuất chè GABA tối ưu.

3.1. Quy Trình Tuyển Chọn Chủng Vi Khuẩn Lactic Sinh GABA Cao

Quy trình tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic sinh GABA cao bao gồm nhiều bước. Đầu tiên, các chủng vi khuẩn lactic từ bộ giống VTCC được sàng lọc dựa trên khả năng sinh enzyme glutamate decarboxylase (GAD). Các chủng có hoạt tính GAD cao sẽ được lựa chọn để tiếp tục thử nghiệm khả năng lên men tạo GABA trên lá chè. Các chủng có khả năng tạo GABA cao nhất sẽ được định danh và phân loại. Quy trình này đảm bảo rằng chỉ những chủng vi khuẩn lactic có khả năng sản xuất GABA hiệu quả mới được sử dụng trong quá trình sản xuất chè GABA.

3.2. Tối Ưu Hóa Điều Kiện Nuôi Cấy Cho Vi Khuẩn Lactic

Việc tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy là rất quan trọng để đảm bảo sự sinh trưởng và hoạt động của vi khuẩn lactic. Các yếu tố cần được tối ưu hóa bao gồm môi trường nuôi cấy, thời gian nuôi cấy, nhiệt độ, pH, điều kiện cung cấp khí, tỷ lệ giống cấy, nguồn nitơ, nguồn carbon và tỷ lệ glutamate. Môi trường nuôi cấy cần cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng của vi khuẩn lactic. Thời gian nuôi cấy cần được điều chỉnh để đạt được mật độ tế bào tối ưu. Nhiệt độ và pH cần được kiểm soát để đảm bảo hoạt tính của enzyme GAD. Các yếu tố khác cũng cần được điều chỉnh để tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình sản xuất GABA.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Lên Men Chè Giàu GABA Bằng Vi Khuẩn Lactic

Nghiên cứu này hướng đến việc ứng dụng các chủng vi khuẩn lactic đã được tuyển chọn và tối ưu hóa để lên men chè giàu GABA. Quá trình lên men sẽ được thực hiện trên lá chè xanh với các điều kiện được kiểm soát chặt chẽ. Hàm lượng GABA trong sản phẩm chè lên men sẽ được xác định bằng phương pháp HPLC. Mục tiêu là tạo ra sản phẩm chè GABA có hàm lượng GABA cao, hương vị thơm ngon và an toàn cho sức khỏe. Sản phẩm này có thể được sử dụng như một loại thực phẩm chức năng giúp giảm stress, cải thiện giấc ngủ và tăng cường sức khỏe.

4.1. Quy Trình Lên Men Chè Tạo GABA Chi Tiết

Quy trình lên men chè tạo GABA bao gồm nhiều bước. Đầu tiên, lá chè xanh được xử lý và chuẩn bị. Sau đó, vi khuẩn lactic đã được tuyển chọn và tối ưu hóa được cấy vào lá chè. Quá trình lên men được thực hiện trong điều kiện kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, độ ẩm và thời gian. Sau khi lên men, sản phẩm chè được sấy khô và đóng gói. Quy trình này đảm bảo rằng sản phẩm chè GABA có chất lượng cao và hàm lượng GABA ổn định.

4.2. Đánh Giá Chất Lượng và Hàm Lượng GABA Trong Chè Lên Men

Chất lượng và hàm lượng GABA trong chè lên men được đánh giá bằng nhiều phương pháp. Hàm lượng GABA được xác định bằng phương pháp HPLC. Các chỉ tiêu chất lượng khác như màu sắc, hương vị và độ ẩm cũng được đánh giá. Sản phẩm chè GABA cần đáp ứng các tiêu chuẩn về an toàn thực phẩm và có hàm lượng GABA cao để mang lại lợi ích cho sức khỏe.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Chè GABA và Sức Khỏe

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của việc sử dụng vi khuẩn lactic để sản xuất chè GABA từ lá chè xanh. Các chủng vi khuẩn lactic có khả năng tổng hợp GABA cao đã được tuyển chọn và tối ưu hóa. Quy trình lên men chè tạo GABA đã được phát triển và đánh giá. Kết quả nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp chè Việt Nam, tạo ra sản phẩm chè GABA có giá trị gia tăng và mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sản xuất và mở rộng ứng dụng của chè GABA.

5.1. Tiềm Năng Phát Triển Sản Phẩm Chè GABA

Sản phẩm chè GABA có tiềm năng phát triển lớn trên thị trường thực phẩm chức năng. GABA được biết đến với nhiều lợi ích cho sức khỏe như giảm stress, cải thiện giấc ngủ và tăng cường sức khỏe. Nhu cầu về các sản phẩm tự nhiên và an toàn ngày càng tăng cao. Chè GABA đáp ứng được cả hai yếu tố này, do đó có thể thu hút được nhiều người tiêu dùng. Ngoài ra, chè GABA có thể được kết hợp với các thành phần khác để tạo ra các sản phẩm đa dạng và hấp dẫn.

5.2. Nghiên Cứu Sâu Hơn Về Cơ Chế Tác Động Của GABA Từ Chè

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động của GABA từ chè đối với sức khỏe. Các nghiên cứu lâm sàng cần được thực hiện để chứng minh hiệu quả của chè GABA trong việc giảm stress, cải thiện giấc ngủ và tăng cường sức khỏe. Ngoài ra, cần nghiên cứu về tác dụng phụ và liều lượng sử dụng an toàn của chè GABA. Các nghiên cứu này sẽ giúp cung cấp thông tin khoa học đầy đủ và chính xác về chè GABA, từ đó tăng cường niềm tin của người tiêu dùng và thúc đẩy sự phát triển của sản phẩm.

Tổng quan nghiên cứu

Gamma-aminobutyric acid (GABA) là một amino axit phi protein có 4 carbon, được tìm thấy từ vi khuẩn đơn giản đến thực vật và động vật có vú. GABA đóng vai trò quan trọng như một chất dẫn truyền thần kinh ức chế, có nhiều hoạt tính sinh học như giảm stress, chống oxy hóa, giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch, tiểu đường và giảm cholesterol trong máu. Nhu cầu về các sản phẩm giàu GABA ngày càng tăng do lợi ích sức khỏe rõ rệt. Việt Nam là quốc gia có nguồn nguyên liệu lá chè xanh dồi dào, giá thành thấp, tuy nhiên chưa có nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn lactic để lên men tạo ra chè giàu GABA.

Luận văn tập trung nghiên cứu khả năng tổng hợp GABA của các chủng vi khuẩn lactic từ bộ giống VTCC, ứng dụng trong lên men chè giàu GABA. Mục tiêu cụ thể gồm: sàng lọc các chủng Lactobacillus có khả năng tổng hợp GABA cao; xác định điều kiện nuôi cấy tối ưu cho sinh trưởng và tổng hợp GABA; nghiên cứu phương pháp thu hồi sinh khối vi khuẩn và ảnh hưởng của các chất mang đến khả năng sống sót của vi khuẩn; tối ưu điều kiện lên men trên lá chè để tạo ra sản phẩm chè giàu GABA. Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học, Đại học Quốc gia Hà Nội trong năm 2020. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, góp phần phát triển công nghệ sản xuất thực phẩm chức năng từ nguyên liệu nông nghiệp sẵn có, đồng thời nâng cao giá trị kinh tế cho ngành chè Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết vi khuẩn axit lactic (LAB): LAB là nhóm vi sinh vật Gram dương, không sinh bào tử, lên men carbohydrate tạo acid lactic. LAB có khả năng sinh enzyme glutamate decarboxylase (GAD) xúc tác phản ứng tổng hợp GABA từ glutamate. Các chủng Lactobacillus là nhóm LAB phổ biến và an toàn trong thực phẩm và y học.

• Mô hình sinh tổng hợp GABA: GABA được tổng hợp qua phản ứng α-decarboxylation không nghịch đảo của axit L-glutamic, xúc tác bởi enzyme GAD với cofactor pyridoxal phosphate (PLP). Quá trình này giúp vi khuẩn điều chỉnh pH nội bào và môi trường, tăng khả năng sống sót trong điều kiện acid.

• Khái niệm về điều kiện lên men tối ưu: Các yếu tố như pH, nhiệt độ, thời gian lên men, nồng độ glutamate, nguồn carbon và nitơ, điều kiện cung cấp khí ảnh hưởng đến hoạt động enzyme GAD và sản lượng GABA.

• Khái niệm về bảo quản sinh khối vi khuẩn: Sử dụng các chất mang như lactose, sữa gầy, dextrin để bảo vệ tế bào vi khuẩn trong quá trình đông khô, duy trì khả năng sống sót và hoạt tính enzyme.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: 263 chủng vi khuẩn axit lactic được lưu giữ tại Bảo tàng giống chuẩn Việt Nam (VTCC), Viện Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học, Đại học Quốc gia Hà Nội.

• Phương pháp phân tích GABA: Định tính bằng sắc ký bản mỏng (TLC) và định lượng bằng phương pháp quang phổ và sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Đường chuẩn GABA được xây dựng với nồng độ từ 0 đến 600 mg/ml.

• Phương pháp tuyển chọn chủng: Các chủng Lactobacillus được hoạt hóa trên môi trường MRS, sau đó nuôi cấy trong môi trường bổ sung glutamate 1%, đánh giá khả năng sinh enzyme GAD và tổng hợp GABA qua TLC và quang phổ.

• Phân loại chủng vi khuẩn: Quan sát hình thái khuẩn lạc, nhuộm Gram, phân tích trình tự rDNA 16S bằng PCR và giải trình tự gen để xác định chủng.

• Nghiên cứu điều kiện nuôi cấy: Tối ưu môi trường (M1 đến M8), nhiệt độ (20-55°C), pH (4-9), điều kiện cung cấp khí (hiếu khí, kị khí, vi hiếu khí), tỷ lệ giống (1-10%), nguồn nitơ và carbon, hàm lượng glutamate (0-5%).

• Nghiên cứu lên men trên lá chè: Lá chè được xử lý, bổ sung vi khuẩn với tỷ lệ giống khác nhau, lên men trong điều kiện yếm khí hoặc hiếu khí ở 37°C trong 1-7 ngày. Định lượng GABA trong chè lên men.

• Phương pháp thu hồi và bảo quản sinh khối: Ly tâm dịch nuôi cấy ở các tốc độ khác nhau, bổ sung các chất mang với tỷ lệ phối trộn khác nhau (lactose, sữa gầy, dextrin), đông khô và đánh giá khả năng sống sót của vi khuẩn.

• Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong năm 2020 tại Viện Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Sàng lọc chủng Lactobacillus có khả năng tổng hợp GABA cao: Trong 263 chủng LAB, hai chủng VTCC-B-439 và VTCC-B-411 được chọn vì có hoạt tính enzyme GAD cao và khả năng tổng hợp GABA vượt trội. Nồng độ GABA trong dịch lên men của hai chủng này đạt lần lượt khoảng 3000 mM và 800 mM, tương ứng với mức tăng 3-4 lần so với các chủng khác.

2. Điều kiện nuôi cấy tối ưu: Môi trường M2 (glucose 20 g/l, yeast extract 50 g/l, MgSO4 0,2 g/l) cho kết quả sinh trưởng tốt nhất với mật độ tế bào OD600 đạt 1,2 sau 48 giờ. Nhiệt độ 37°C, pH 6, điều kiện vi hiếu khí và tỷ lệ giống 5% là các điều kiện tối ưu cho sinh trưởng và tổng hợp GABA. Nồng độ glutamate bổ sung 1% cho hiệu suất tổng hợp GABA cao nhất, đạt 3500 mg/l.

3. Lên men trên lá chè: Lên men lá chè trong điều kiện yếm khí với tỷ lệ giống 10%, độ ẩm 63%, thời gian 2 ngày, bổ sung 1% glutamate, cho hàm lượng GABA trong chè lên men đạt 25,7 mg/300 g, tăng gấp 12 lần so với chè không lên men. Điều kiện hiếu khí cho kết quả thấp hơn 40%.

4. Phương pháp thu hồi và bảo quản sinh khối: Ly tâm ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 10 phút thu được sinh khối vi khuẩn tối ưu. Phối trộn chất mang lactose 50%, sữa gầy 50% bảo vệ tế bào tốt nhất sau đông khô, duy trì khả năng sống sót trên 80% sau 30 ngày bảo quản ở -80°C.

Thảo luận kết quả

Kết quả sàng lọc chủng Lactobacillus phù hợp với các nghiên cứu quốc tế cho thấy Lactobacillus brevis và Lactobacillus plantarum là các chủng có khả năng tổng hợp GABA cao. Điều kiện nuôi cấy tối ưu tương đồng với các nghiên cứu trước, trong đó pH 5-6 và nhiệt độ 30-37°C kích thích hoạt động enzyme GAD. Việc lên men trên lá chè trong điều kiện yếm khí giúp duy trì môi trường acid và kích thích tổng hợp GABA, phù hợp với cơ chế hoạt động của GAD.

Phương pháp thu hồi và bảo quản sinh khối bằng đông khô với chất mang lactose và sữa gầy giúp giảm thiểu tổn thương tế bào do áp lực đông lạnh, tăng khả năng sống sót và duy trì hoạt tính enzyme. Kết quả này có thể được minh họa qua biểu đồ so sánh mật độ tế bào trước và sau bảo quản với các công thức chất mang khác nhau.

Nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng thực tiễn trong sản xuất chè giàu GABA với giá thành hợp lý, tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có tại Việt Nam. So sánh với các sản phẩm chè GABA của Nhật Bản và Hàn Quốc, sản phẩm chè lên men từ vi khuẩn lactic bộ giống VTCC có tiềm năng cạnh tranh cao về chất lượng và chi phí.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển quy trình công nghiệp lên men chè giàu GABA: Áp dụng điều kiện lên men yếm khí, nhiệt độ 37°C, pH 6, tỷ lệ giống 10%, thời gian 2 ngày, bổ sung 1% glutamate để tối ưu hóa sản lượng GABA. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: các doanh nghiệp chế biến chè và viện nghiên cứu.

2. Ứng dụng công nghệ đông khô với phối trộn chất mang lactose và sữa gầy: Để bảo quản sinh khối vi khuẩn lactic, duy trì khả năng sống sót trên 80% trong quá trình lưu trữ và vận chuyển. Thời gian triển khai: 3-6 tháng. Chủ thể: phòng thí nghiệm công nghệ sinh học và nhà sản xuất men vi sinh.

3. Nghiên cứu mở rộng các chủng vi khuẩn lactic khác trong bộ giống VTCC: Tăng cường sàng lọc và đánh giá khả năng tổng hợp GABA, nhằm đa dạng hóa nguồn vi sinh vật ứng dụng. Thời gian: 12 tháng. Chủ thể: viện nghiên cứu và trường đại học.

4. Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng và quy trình kiểm soát chất lượng sản phẩm chè giàu GABA: Đảm bảo hàm lượng GABA ổn định, an toàn cho người tiêu dùng. Thời gian: 6 tháng. Chủ thể: cơ quan quản lý chất lượng và doanh nghiệp sản xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Sinh học thực nghiệm, Công nghệ sinh học: Nắm bắt kiến thức về vi khuẩn lactic, enzyme GAD, quy trình lên men và phân tích GABA.

2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và đồ uống lên men: Áp dụng công nghệ lên men vi sinh để phát triển sản phẩm chè giàu GABA, nâng cao giá trị sản phẩm.

3. Cơ quan quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm: Tham khảo quy trình kiểm soát chất lượng, tiêu chuẩn sản phẩm chè giàu GABA.

4. Người tiêu dùng quan tâm đến sức khỏe: Hiểu rõ lợi ích của GABA trong thực phẩm, lựa chọn sản phẩm chè giàu GABA an toàn và hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. GABA là gì và tại sao nó quan trọng trong thực phẩm?
   GABA là amino axit phi protein đóng vai trò chất dẫn truyền thần kinh ức chế, giúp giảm stress, cải thiện giấc ngủ, hỗ trợ tim mạch và tăng cường miễn dịch. Thực phẩm giàu GABA có lợi cho sức khỏe tổng thể.

2. Vi khuẩn lactic có vai trò gì trong sản xuất GABA?
   Vi khuẩn lactic như Lactobacillus có enzyme glutamate decarboxylase xúc tác tổng hợp GABA từ glutamate, giúp tạo ra GABA tự nhiên trong quá trình lên men thực phẩm.

3. Điều kiện lên men nào tối ưu để sản xuất GABA?
   Điều kiện tối ưu gồm pH khoảng 5-6, nhiệt độ 30-37°C, thời gian lên men 2-3 ngày, môi trường yếm khí và bổ sung glutamate 1% giúp tăng sản lượng GABA.

4. Làm thế nào để bảo quản vi khuẩn lactic sau khi thu hồi?
   Sử dụng phương pháp đông khô kết hợp với chất mang như lactose và sữa gầy giúp bảo vệ tế bào, duy trì khả năng sống sót trên 80% trong quá trình bảo quản dài hạn.

5. Chè giàu GABA có lợi ích gì so với chè truyền thống?
   Chè giàu GABA không chỉ giữ được các hợp chất chống oxy hóa và hoạt tính sinh học của chè mà còn bổ sung GABA giúp giảm stress, cải thiện giấc ngủ và hỗ trợ sức khỏe thần kinh, tạo ra sản phẩm thực phẩm chức năng giá trị cao.

Kết luận

• Đã sàng lọc thành công hai chủng Lactobacillus VTCC-B-439 và VTCC-B-411 có khả năng tổng hợp GABA cao, đạt nồng độ lên đến 3000 mM trong dịch lên men.
• Xác định được điều kiện nuôi cấy tối ưu gồm môi trường M2, nhiệt độ 37°C, pH 6, tỷ lệ giống 5%, bổ sung 1% glutamate.
• Lên men lá chè trong điều kiện yếm khí, độ ẩm 63%, thời gian 2 ngày, tỷ lệ giống 10% tạo ra chè giàu GABA với hàm lượng tăng gấp 12 lần so với chè không lên men.
• Phương pháp thu hồi và bảo quản sinh khối bằng đông khô với phối trộn lactose và sữa gầy bảo vệ tế bào vi khuẩn hiệu quả, duy trì khả năng sống sót trên 80%.
• Đề xuất phát triển quy trình công nghiệp sản xuất chè giàu GABA, mở rộng nghiên cứu chủng vi khuẩn và xây dựng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm.

Hành động tiếp theo: Áp dụng quy trình lên men và bảo quản sinh khối trong sản xuất quy mô công nghiệp, đồng thời nghiên cứu mở rộng để đa dạng hóa sản phẩm thực phẩm chức năng giàu GABA. Các doanh nghiệp và viện nghiên cứu được khuyến khích hợp tác phát triển công nghệ này nhằm nâng cao giá trị ngành chè Việt Nam.