Tổng quan về quá trình nghiên cứu và ứng dụng thực phẩm GABA

Gamma-aminobutyric acid (GABA) là một amino acid có vai trò ức chế dẫn truyền thần kinh có thể được tìm thấy trong nhiều cây, đặc biệt là đậu. Bài viết Tổng quan về quá trình nghiên cứu và ứng dụng thực phẩm GABA tổng hợp tình hình nghiên cứu về GABA và ứng dụng vào các sản phẩm thực phẩm nhằm tăng giá trị dinh dưỡng cho thực phẩm.

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG THỰC PHẨM GABA Huỳnh Ngọc Tường Vi, Hồ Đặng Hồng Hạnh, Nguyễn Duy Liễu, Nguyễn Thị Bích Trâm, Nguyễn Thị Thanh Trúc, Trần Gia Lộc* Viện Khoa học Ứng dụng, Trường Đại học Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh GVHD: ThS Trần Thị Ngọc Mai TÓM TẮT Gamma-aminobutyric acid (GABA) amino acid có vai trị ức chế dẫn truyền thần kinh tìm thấy nhiều cây, đặc biệt đậu Thơng qua q trình nảy mầm làm gia tăng hàm lượng GABA đậu lên nhiều lần Trong trình nảy mầm đậu có nhiều enzyme tham gia q trình phản ứng enzyme phân giải, enzyme oxy hóa Ngồi cịn có tham gia enzyme glutamate decarbonxylase chuyển hóa acid glutamic thành GABA Nhờ nhiều loại hạt ngũ cốc đưa vào nghiên cứu rộng rãi nhằm xác định điều kiện tối ưu cho trình nảy mầm thời gian, độ ẩm, nhiệt độ, pH nhằm nâng cao khả sinh tổng hợp GABA Do mục tiêu báo tổng hợp tình hình nghiên cứu GABA ứng dụng vào sản phẩm thực phẩm nhằm tăng giá trị dinh dưỡng cho thực phẩm Từ khóa: Gamma-aminobutyric acid, GABA, ngũ cốc, hạt đậu, trình nảy mầm KHÁI QUÁT CHUNG VỀ GABA GABA acid amin phổ biến rộng rãi thực vật động vật Ở động vật có vú, GABA có chức chất dẫn truyền thần kinh trầm cảm quan trọng hệ thần kinh, đồng thời điều chỉnh huyết áp nhịp tim, giảm đau giảm lo lắng, đồng thời tăng tiết insulin từ tuyến tụy (Adeghate and Ponery, 2002; Mody cộng sự, 1994) Ở thực vật, GABA sinh tổng hợp thơng qua đường khác Hình Con đường sinh tổng hợp GABA (Barry cộng sự, 1999) Nhưng tổng hợp chủ yếu từ acid L-glutamic thông qua enzyme glutamate decarboxylase 343 Quá trình nảy mầm ngũ cốc nhận nhiều quan tâm tầm quan trọng việc nâng cao giá trị dinh dưỡng hàm lượng GABA ngũ cốc ghi nhận nhiều nghiên cứu CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÀM LƯỢNG GABA TRONG QUÁ TRÌNH NẢY MẦM HẠT NGŨ CỐC: Điều kiện ngâm: - Dung dịch ngâm: Các nghiên cứu gần ngâm dung dịch đệm photphat, chất đệm citrate, xử lí giảm pH giúp tăng cường tổng hợp GABA ngũ cốc Đệm photphat hoạt động chất trung gian phản ứng tổng hợp GABA (Eamarjharn cộng sự, 2016) Chất đệm citrate xử lí giảm pH có tác dụng tăng tổng hợp GABA glutamate decarboxylase (GAD) hoạt động pH tối ưu 5,5 (Bai cộng sự, 2008; Charoenthaikij cộng sự, 2009) - Sự bổ sung acid glutamic, protease: Bổ sung acid glutamic cải thiện sản xuất GABA trình ngâm ngũ cốc GAD chuyển acid glutamic thành GABA (Iimure cộng sự, 2009; Kim cộng sự, 2015; Zhang cộng sự, 2014) Việc bổ sung protease ngoại sinh báo cáo để tạo GABA nhiều glutamate sinh nhiều sau thủy phân protein, nhờ sản xuất GABA tăng lên (Zhang cộng sự, 2006) - Thời gian ngâm: Sự diện nước kích thích enzyme hoạt động sản xuất GABA Tuy nhiên, có nghiên cứu báo cáo độ ẩm trở nên cao hàm lượng GABA giảm kích hoạt enzym khác độ ẩm dư thừa có (Kim cộng sự, 2015) Quá trình ươm mầm: - Nhiệt độ: Ảnh hưởng nhiệt độ nảy mầm đến hình thành GABA phụ thuộc vào loại hạt (Ca´ceres cộng sự, 2017; Xu Hu, 2014) Ngoài ra, phương pháp sử dụng nhiệt độ để bảo quản (sấy, nấu chín) khuyến nghị khác tùy vào loại hạt cụ thể (Srisang cộng sự, 2010; Tiansawang cộng sự, 2014; Tiansawang cộng sự, 2016) - Thời gian nảy mầm: Mặc dù nảy mầm làm tăng GABA, có báo cáo thời gian dài làm giảm GABA chuyển đến phận phát triển (Karladee Suriyong, 2012; Chungcharoen cộng sự, 2014) - Ánh sáng khơng khí: Q trình nảy mầm thực bóng tối tạo hàm lượng GABA cao so với ánh sáng liên tục (Donkor cộng sự, 2012; Huang cộng sự, 2017) Tuy nhiên, nghiên cứu khác báo cáo diện hay ánh sáng khơng có tác động mạnh mẽ đến việc sản xuất GABA (Kuo cộng sự, 2004) Xử lý kỵ khí (với nitơ carbon dioxide) trình nảy mầm kích thích sản xuất GABA ngũ cốc (Komatsuzaki cộng sự, 2007; Chung cộng sự, 2009) Nhưng nảy mầm thiếu oxy cần thời gian lâu để nảy mầm hoàn toàn trao đổi chất tế bào chậm (Polthum Ahromrit, 2014)] 344 Các yếu tố khác: Mức GABA cao ngũ cốc nảy mầm giai đoạn đầu, dẫn đến tích lũy GABA cao sau nảy mầm (Roohinejad cộng sự, 2011) Ở số trường hợp hàm lượng GABA ban đầu thấp lại cao sau nảy mầm (Huang cộng sự, 2017) Do đó, hàm lượng GABA cuối ngũ cốc nảy mầm phụ thuộc vào hàm lượng GABA ban đầu hoạt tính GAD ngũ cốc chưa nảy mầm (Zhang cộng sự, 2006) Các yếu tố khác GABA transaminase hoạt tính succinic semialdehyde dehydrogenase có ảnh hưởng GABA chuyển đổi enzym thành L-glutamate acid succinic (Li cộng sự, 2009) CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN GABA Hạt mầm từ khoá với thị trường, nghiên cứu quan tâm thời gian ngầm dài để đưa đánh giá chung xuất GABA giai đoạn nảy mầm loại hạt điều kiện nhiệt độ, thời gian, mà loại hạt khác cho hàm lượng khác Bảng Các nghiên cứu liên quan đến GABA loại hạt nảy mầm Hàm STT Nguyên liệu Điều kiện ươm mầm lượng GABA (mg/100g) Gạo lứt - Ngâm đệm citrate (pH 3) (Oryza sativa) - Nảy mầm bình kín, 36 Bắp tím - Ngâm nước cất độ ẩm (Zea mays L.) đạt 31-32% Bắp trắng - Nảy mầm điều kiện yếm khí 35℃ 44,53 Tài liệu tham khảo Banchu cộng (2010) 37,21 Polthum Ahromrit (Zea mays L.) 54,45 48 (2014) Gạo Indica (Oryza sativa L.) Gạo Japonica - Ngâm nước có chứa 1,0 g/L L- 143,00 Zhang glutamate 30℃ 24 cộng - Nảy mầm 35℃ 30 140,00 (2014) (Oryza sativa L.) Yến mạch (Avena nuda L.) - Ngâm nảy mầm nước khử ion 20℃ 72 với độ ẩm 98% 345 20,35 Xu cộng (2010) Lúa Mạch 500,00 (Hordeum vulgare) Lúa mạch đen - Ngâm nước 16,5℃ 24 Donkor với độ ẩm tương đối 98% cộng - Nảy mầm 16,5℃ ngày tối (2012) (Secale cereale) 800,00 - Ngâm nước 5℃, 16 giờ, 8,60 - Nảy mầm 15℃ 72 Lúa mạch không vỏ - Ngâm đệm 50 mmol L natri -1 cám (Hordeum vulgare) acetate (pH 6.0) 15℃, 14,30 Chung cộng (2009) 12- Nảy mầm 15℃ 48 h, 12 h yếm khí, nhiệt độ phịng - Hydrat hóa đến 35% độ ẩm, yếm Lúa mì khí xử lí 120-140℃ (Triticum aestivum) Đậu đen (Vigna mungo) - Ngâm nước cất (1: w/v) nhiệt độ Tiansawang 74,30 - Ngâm hạt 30℃ 446,00 (Vigna radiata) Mầm đậu (Glycine max) Li cộng (2009) lượng khơng khí 1,19 L/phút) ngày Đậu xanh 12 cộng (2016) - Nảy mầm 10 (Glycine max) (2011) - Nảy mầm 33,6℃ (pH: 3,19; tốc độ lưu 241,00 (Vicia faba L.) 11 cộng - Ngâm nước 28℃, Đậu ngựa Đậu nành - Nảy mầm 48 phòng, 47,40 Youn Anh cộng - Nảy mầm 35℃ 24 (2018) -Ngâm nước (1: w/v) Tiansawang nhiệt độ phòng 49,77 cộng (2016) - Nảy mầm nành - Nảy mầm 25℃ 24 vòi nước chảy 346 718,00 Kim cộng (2013) XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM TỪ HẠT MẦM Qua nghiên cứu, nhiều đề tài ứng dụng GABA từ hạt mầm sản phẩm thực phẩm thực phổ biến Những sản phẩm ứng dụng, thể bảng Bảng Các nghiên cứu sản xuất sản phẩm từ loại hạt nảy mầm STT Tên sản phẩm Các thơng số kĩ thuật quy trình chế biến Hàm lượng GABA Tài liệu tham khảo - Điều kiện mầm: Ngâm đệm citrat 50 mM pH 48 Bánh bổ mì - Quy trình chế biến: Hỗn hợp bột (bột lúa mì: bột gạo 67,00 Charoenth sung lứt nảy mầm 70: 30) trộn với 1,25% bột men khô, 1% mg/100g (bột -aikij bột gạo lứt muối, 34% đường, 10% trứng tươi, 20% bơ 54% gạo lức nảy cộng nảy mầm (2010) nước 30 phút, chia thành phần, vo tròn mầm) để yên 10 phút, đục lỗ, cán mỏng cho vào khây ủ 35℃, 75 phút Nướng 180℃ 30 phút - Quy trình chế biến: 500g gạo nảy mầm, 4g men gạo Giấm gạo đỏ, 1,5g raw starter complex, 1,6 mL chế phẩm nảy mầm glucoamylase, 5g natri glutamat, 335 mL nước, lên men pH 6, 28°C ngày 145,18 Chen mg/100ml Chen (sản phẩm) (2009) - Điều kiện mầm: Nảy mầm dung dịch chitosan/axit glutamic 25℃ Dung dịch thay sau 12 72 Sữa chua - Quy trình chế biến: Sữa bột (18%) sữa tách béo 427,67 μg/g Kim đậu nành (2%) thêm vào dung dịch chất lên men, đồng (sản phẩm) Suk (2007) nảy mầm phút, khử trùng 20 phút 121℃, hạ nhiệt đến 30℃, cấy với khởi động chủng hỗn hợp (L acidophilus + L plantarum + L brevis OPY-1 chủng, 1: 1: v/v), lên men 30℃, 24 Sữa gạo - Điều kiện nảy mầm: Ngâm dung dịch có pH lứt nảy 3,5-5,5 8-10 Ươm mầm nhiệt độ 33-37℃ mầm 36-48 347 121,10 mg/L Hoang (sản phẩm) (2021) - Quy trình chế biến: Dịch hóa: gạo 20%, enzyme amylex HT 0,01% 40-45℃, tăng lên 75℃ giữ 20 phút, tăng lên 90℃ giữ 60 phút Đường hóa: hạ nhiệt tới 60℃, bổ sung enzyme glucoamylase 0.4%, khuấy đảo 60 phút Phối trộn: 7% sữa bột, 10% đường saccharose, 7% non-dairy creamer 10g hương liệu/100 lít sữa Tiệt trùng 121℃ 30 phút 142℃ 10 giây - Điều kiện nảy mầm: pH 6,5; nhiệt độ 35℃, thời Sữa đậu gian nảy mầm ngày 23,47 ppm Vi Dep nành nảy - Quy trình chế biến: Luộc đậu mầm 80℃ 15 (đậu nành nảy (2019) mầm phút, xay ướt, lọc bỏ cặn Phần sữa tiếp tục đun nhiệt mầm) độ 80℃ thêm 15 phút KẾT LUẬN GABA hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học có lợi cho hệ thần kinh đa số loại ngũ cốc sau nảy mầm có chứa hàm lượng GABA Điều kiện ngâm ủ nảy mầm không ảnh hưởng đến q trình nảy mầm mà cịn ảnh hưởng đến tích lũy GABA ngũ cốc nảy mầm chứng minh nhiều nghiên cứu ngồi nước Bên cạnh đó, sản phẩm ứng dụng ngũ cốc nảy mầm nhận nhiều quan tâm bánh mì, bia, rượu, giấm gạo, sữa nhiều loại thực phẩm khác Điều chứng minh có mặt hạt mầm giúp cải thiện chất lượng, nâng cao giá trị dinh dưỡng sản phẩm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Adeghate, E., Ponery, A.S., 2002 GABA in the endocrine pancreas: cellular localization and function in normal and diabetic rats [2] Anh T V., Tuyen C K., & Huan T P., 2018 Effects of soaking and germination conditions on gamma - aminobutyric acid and total phenolic content in geminated mung bean [3] Bai, Q., Fan, G., Gu, Z., Cao, X., Gu, F., 2008 Effects of culture conditions on γ-aminobutyric acid accumulation during germination of foxtail millet (Setaria italica L.) [4] Banchuen, J., Thammarutwasik, P., Ooraikul, B., Wuttijumnong, P., Sirivongpaisal, P., 2010 Increasing the bio-active compounds contents by optimizing the germination conditions of southern Thai brown rice [5] Barry J Shelp, Alan W Bown and Michael D McLean, 1999 Metabolism and functions of gammaaminobutyric acid [6] Ca´ceres, P., Pen˜as, E., Martinez-Villaluenga, C., Amigo, L., Frias, J., 2017 Enhancement of biologically active compounds in germinated brown rice and the effect of sun-drying [7] Charoenthaikij, P., Jangchud, K., Jangchud, A., Piyachomkwan, K., Tungtrakul, P., Prinyawiwatkul, W., 2009 Germination conditions affect physicochemical properties of germinated brown rice flour 348 [8] Charoenthaikij, P., Jangchud, K., Jangchud, A., Prinyawiwatkul, W., Tungtrakul, P., 2010 Germination conditions affect selected quality of composite wheat-germinated brown rice flour and bread formulations [9] Chen, C., Chen, F., 2009 Study on the conditions to brew rice vinegar with high content of γaminobutyric acid by response surface methodology [10] Chung, H., Jang, S., Cho, H.Y., Lim, S., 2009 Effects of steeping and anaerobic treatment on GABA (γ-aminobutyric acid) content in germinated waxy hull-less barley [11] Chungcharoen, T., Prachayawarakorn, S., Tungtrakul, P., Soponronnarit, S., 2014 Effects of germination process and drying temperature on gamma-aminobutyric acid (GABA) and starch digestibility of germinated brown rice [12] Donkor, O., Stojanovska, L., Ginn, P., Ashton, J., Vasiljevic, T., 2012 Germinated grains sources of bioactive compounds [13] Eamarjharn, A., Theerakulkait, C., Thanachasai, S., 2016 Effect of incubation time, buffer type and concentration on gamma-aminobutyric acid (GABA) production using Khao Dawk Mali 105 rice bran [14] Hoang H H., 2021 Production of Gamma-Aminobutyric Acid (GABA) rich germinated brown rice milk [15] Huang, G., Cai, W., Xu, B., 2017 Improvement in beta-carotene, vitamin B2, GABA, free amino acids and isoflavones in yellow and black soybeans upon germination [16] Iimure, T., Kihara, M., Hirota, N., Zhou, T., Hayashi, K., Ito, K., 2009 A method for production of γ-amino butyric acid (GABA) using barley bran supplemented with glutamate [17] Karladee, D., Suriyong, S., 2012 γ-Aminobutyric acid (GABA) content in different varieties of brown rice during germination [18] Kim, H., Lee, E., Lim, S., Han, J., 2015 Self-enhancement of GABA in rice bran using various stress treatments [19] Kim, S., Lee, J., Kwon, Y., Kim, W., Jung, G., Kim, D., et al., 2013 Introduction and nutritional evaluation of germinated soy germ [20] Kim-Bum Park, Suk-Heung Oh, 2007 Production of yogurt with enhanced levels of gammaaminobutyric acid and valuable nutrients using lactic acid bacteria and germinated soybean extract [21] Komatsuzaki, N., Tsukahara, K., Toyoshima, H., Suzuki, T., Shimizu, N., Kimura, T., 2007 Effect of soaking and gaseous treatment on GABA content in germinated brown rice [22] Kuo, Y., Rozan, P., Lambein, F., Frias, J., Vidal-Valverde, C., 2004 Effects of different germination conditions on the contents of free protein and nonprotein amino acids of commercial legumes [23] Li, Y., Bai, Q., Jin, X., Wen, H., Gu, Z., 2009 Effects of cultivar and culture conditions on γaminobutyric acid accumulation in germinated fava beans (Vicia faba L.) [24] Mody, I., De Koninck, Y., Otis, T.S., Soltesz, I., 1994 Bridging the cleft at gaba synapses in the brain [25] Vy T P., Dep N T N., 2019 Enriching gamma-aminobutyric acid (GABA) content in germinated soybean [26] Polthum, P., Ahromrit, A., 2014 Gamma-aminobutyric acid content and antioxidant activity of Thai waxy corn seeds germinated by hypoxia method [27] Roohinejad, S., Omidizadeh, A., Mirhosseini, H., Saari, N., Mustafa, S., Meor Hussin, A., et al., 2011 Effect of pre-germination time on amino acid profile and gamma amino butyric acid (GABA) contents in different varieties of Malaysian brown rice 349 [28] Srisang, N., Prachayawarakorn, S., Varanyanond, W., Soponronnarit, S., 2010 Germinated brown rice drying by hot air fluidization technique [29] Tiansawang, K., Luangpituksa, P., Varanyanond, W., Hansawasdi, C., 2014 Gamma-aminobutyric acid (Gamma-aminobutyric acid) production of mung bean (Phaseolus aureus) during germination and the cooking effect [30] Tiansawang, K., Luangpituksa, P., Varanyanond, W., Hansawasdi, C., 2016 Gamma-aminobutyric acid (γ-aminobutyric acid) production, antioxidant activity in some germinated dietary seeds and the effect of cooking on their GABA content [31] Xu, J., Hu, Q., Duan, J., Tian, C., 2010 Dynamic changes in γ-aminobutyric acid and glutamate decarboxylase activity in oats (Avena nuda L.) during steeping and germination [32] Youn, Y., Park, J., Jang, H., Rhee, Y., 2011 Sequential hydration with anaerobic and heat treatment increases GABA (γ-aminobutyric acid) content in wheat [33] Zhang, C., Lu, J., Chen, L., Lu, F., Lu, Z., 2014 Biosynthesis of γ-aminobutyric acid by a recombinant Bacillus subtilis strain expressing the glutamate decarboxylase gene derived from Streptococcus salivarius ssp thermophilus Y2 [34] Zhang, H., Yao, H., Chen, F., 2006 Accumulation of γ-aminobutyric acid in rice germ using protease [35] Zhang, Q., Xiang, J., Zhang, L., Zhu, X., Evers, J., van der Werf, W., et al., 2014 Optimizing soaking and germination conditions to improve gamma-aminobutyric acid content in Japonica and Indica germinated brown rice 350 ... TRIỂN SẢN PHẨM TỪ HẠT MẦM Qua nghiên cứu, nhiều đề tài ứng dụng GABA từ hạt mầm sản phẩm thực phẩm thực phổ biến Những sản phẩm ứng dụng, thể bảng Bảng Các nghiên cứu sản xuất sản phẩm từ loại.. .Quá trình nảy mầm ngũ cốc nhận nhiều quan tâm tầm quan trọng việc nâng cao giá trị dinh dưỡng hàm lượng GABA ngũ cốc ghi nhận nhiều nghiên cứu CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÀM LƯỢNG GABA TRONG QUÁ... lượng GABA Điều kiện ngâm ủ nảy mầm không ảnh hưởng đến q trình nảy mầm mà cịn ảnh hưởng đến tích lũy GABA ngũ cốc nảy mầm chứng minh nhiều nghiên cứu ngồi nước Bên cạnh đó, sản phẩm ứng dụng