Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen giàu gama-aminobutyric acid bằng kỹ thuật lên men từ một số giống chè Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:178

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen giàu gama-aminobutyric acid bằng kỹ thuật lên men từ một số giống chè Việt Nam" trình bày việc xác định và thiết lập được một số thông số của quá trình cải tiến hệ thống chế biến chè đen Việt Nam thành chè đen giàu GABA, bao gồm các chủng giống vi khuẩn Lactobacillus thúc đẩy sinh tổng hợp GABA, các giống chè thích hợp, xác định và tối ưu hóa các thông số về qui trình lên men yếm khí có và không có bổ sung vi khuẩn, sản xuất thử thành công ở quy mô thực nghiệm tạo chè đen giàu GABA có chất lượng cảm quan tốt và thương mại hóa được.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen giàu gama-aminobutyric acid bằng kỹ thuật lên men từ một số giống chè Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH NGUYỄN VIỆT TẤN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHÈ ĐEN GIÀU GAMA AMINOBUTYRIC ACID BẰNG KỸ THUẬT LÊN MEN TỪ MỘT SỐ GIỐNG CHÈ VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 10/2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH NGUYỄN VIỆT TẤN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHÈ ĐEN GIÀU GAMA AMINOBUTYRIC ACID BẰNG KỸ THUẬT LÊN MEN TỪ MỘT SỐ GIỐNG CHÈ VIỆT NAM Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch Mã số: 9540104 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN DUY THỊNH 2. PGS.TS. NGUYỄN DUY LÂM HÀ NỘI - 10/2022
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Duy Thịnh và PGS.TS Nguyễn Duy Lâm. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trước đó ở bất kỳ nơi nào. Người hướng dẫn khoa học Tác giả luận án 1. PGS.TS Nguyễn Duy Thịnh Nguyễn Việt Tấn 2. PGS.TS Nguyễn Duy Lâm i
LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành nghiên cứu và viết luận án này, trước hết tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Duy Thịnh và PGS.TS Nguyễn Duy Lâm, những người thầy tâm huyết đã có những định hướng và hướng dẫn rất có giá trị khoa học cho nghiên cứu sinh. Tôi cũng chân thành cảm ơn Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Phòng Nghiên cứu Công nghệ bảo quản nông sản thực phẩm, Phòng Khoa học và Hợp tác quốc tế trực thuộc Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, và Trường Cao đẳng công nghiệp thực phẩm, Bộ Công Thương đã tạo điều kiện cho tôi tiến hành nghiên cứu, học tập và hoàn thành luận án. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả người thân, đồng nghiệp và những người bạn đã động viên, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, tháng 10 năm 2022 Nguyễn Việt Tấn ii
MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ................................................................................................. i Lời cảm ơn ................................................................................................... ii Mục lục ........................................................................................................ iii Danh mục chữ viết tắt ............................................................................... viii Danh mục các bảng .................................................................................... xii Danh mục các hình ..................................................................................... xv MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...................................................... 7 1.1. Tổng quan về cây chè, thành phần, hoạt tính sinh học và sản phẩm .... 7 1.1.1. Giới thiệu chung về cây chè ........................................................... 7 1.1.2. Thành phần hóa học của chè tươi .................................................. 8 1.1.3. Hoạt tính sinh học và tác dụng của chè đối với sức khỏe ............ 11 1.1.4. Các sản phẩm chè và sự khác biệt về công nghệ và tính chất ..... 13 1.2. Tổng quan về gama-aminobutyric axit (GABA) ................................ 15 1.2.1. Giới thiệu chung về GABA.......................................................... 15 1.2.2. Hóa học, phân bố trong tự nhiên và sự chuyển hóa của GABA .. 16 1.2.3. Vai trò và ứng dụng của GABA................................................... 18 1.2.4. Sản xuất và sản phẩm GABA thương mại ................................... 21 1.2.5. Tình trạng pháp lý của GABA và liều lượng sử dụng ................. 22 1.3. Chế biến chè giàu GABA bằng lên men vi sinh vật ........................... 24 1.3.1. Thực phẩm giàu GABA bằng lên men vi sinh vật ....................... 24 1.3.2. Chè lên men bằng vi sinh vật ....................................................... 27 1.3.3. Chè giàu GABA bằng lên men vi sinh vật................................... 30 1.4. Chế biến chè giàu GABA bằng lên men yếm khí ............................... 32 1.4.1. Sự chuyển hóa GABA trong thực vật và trong lá chè ................. 32 1.4.2. Công nghệ lên men yếm khí và đặc điểm chè giàu GABA ......... 33 iii
1.4.3. Lợi ích của chè giàu GABA ......................................................... 37 1.5. Một số nghiên cứu thực phẩm và chè giàu GABA ở Việt Nam ......... 38 1.5.1. Thực phẩm giàu GABA bằng lên men vi sinh vật ....................... 38 1.5.2. Thực phẩm giàu GABA từ hạt nảy mầm ..................................... 39 1.5.3. Chế biến chè lên men và chè giàu GABA ở Việt Nam ............... 40 1.6. Kết luận từ tổng quan và giả thuyết nghiên cứu ................................. 41 1.6.1. Những kết luận rút ra từ tổng quan .............................................. 41 1.6.2. Những định hướng và giả thuyết nghiên cứu của luận án ........... 43 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............ 45 2.1. Nguyên vật liệu và thiết bị nghiên cứu ............................................... 45 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................. 45 2.1.2. Hóa chất và môi trường nuôi cấy vi sinh vật ............................... 45 2.1.3. Thiết bị phân tích và thiết bị công nghệ....................................... 47 2.2. Kỹ thuật công nghệ để nghiên cứu chế biến chè ................................ 47 2.2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ để nghiên cứu lên men chè ............... 47 2.2.2. Kỹ thuật làm héo, vò và sấy chè .................................................. 47 2.2.3. Kỹ thuật tạo môi trường yếm khí ................................................. 48 2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm............................................................ 49 2.3.1. Các thí nghiệm lựa chọn chủng giống vi sinh vật và chè thích hợp .......................................................................................................... 49 2.3.2. Các thí nghiệm xác định tác dụng của lên men yếm khí ............. 51 2.3.3. Các thí nghiệm xác định tác dụng của lên men yếm khí kết hợp lên men bằng lactic ...................................................................................... 53 2.3.4. Các thử nghiệm hoàn thiện công nghệ và sản xuất quy mô pilot 53 2.3.5. Thí nghiệm bảo quản chè đen giàu GABA .................................. 53 2.4. Phương pháp phân tích ........................................................................ 53 2.4.1. Phương pháp phân tích hàm lượng GABA .................................. 53 2.4.2. Phương pháp xác định enzym glutamate decarboxylase ............. 55 iv
2.4.3. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng chè..................... 55 2.5. Phương pháp xử lý số liệu................................................................... 55 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................ 57 3.1. Nghiên cứu lựa chọn vi khuẩn lactic và nguyên liệu chè thích hợp cho sản xuất chè giàu GABA bằng phương pháp lên men ............................... 57 3.1.1. Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp enzym glutamate decarboxylase cao ................................................................. 57 3.1.2. Thẩm định đặc điểm hình thái và phân loại 4 chủng vi khuẩn lactic........................................................................................................ 58 3.1.3. Thử nghiệm khả năng lên men tạo GABA trên lá chè................. 63 3.1.4. Xác định chế độ công nghệ sản xuất sinh khối vi khuẩn lactic để lên men chè giàu GABA ........................................................................ 64 3.1.5. Tối ưu hóa quá trình nuôi cấy vi khuẩn lactic ............................. 72 3.1.6. Phân tích các chỉ số chất lượng một số giống chè ở Việt Nam ... 77 3.1.8. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3.1 ............................. 83 3.2. Tác dụng của lên men yếm khí tới hiệu quả tích lũy GABA và chất lượng chè đen giàu GABA ......................................................................... 83 3.2.1. Thăm dò khả năng tích lũy GABA do quá trình lên men yếm khí ........................................................................................................... 83 3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng quá trình lên men yếm khí ........................................................................................................... 84 3.2.3. Tối ưu hóa quá trình lên men yếm khí ......................................... 86 3.2.4. So sánh chất lượng của chè đen lên men yếm khí với chè đen được sản xuất theo quy trình truyền thống...................................................... 89 3.2.5. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3.2 ............................. 90 3.3. Tác dụng của lên men yếm khí kết hợp lên men bằng vi khuẩn lactic tới hiệu quả tích lũy GABA và chất lượng chè đen giàu GABA .................... 91 v
3.3.1. Xác định khoảng thay đổi có ý nghĩa công nghệ của các yếu tố ảnh hưởng đến lên men yếm khí có sử dụng chế phẩm vi khuẩn lactic ....... 91 3.3.2. Tối ưu hóa quá trình lên men yếm khí kết hợp lên men lactic .... 95 3.3.3. So sánh chất lượng chè đen bán thành phẩm từ 2 phương án lên men yếm khí không và có sử dụng chế phẩm vi khuẩn ......................... 97 3.3.4. Tối ưu hóa lên men yếm khí chè đen bằng phương pháp thang điểm có sử dụng hệ số quan trọng cho các chỉ tiêu chất lượng ...................... 99 3.3.5. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3.3 ........................... 106 3.4. Thực nghiệm sản xuất chè giàu GABA quy mô Pilot ...................... 106 3.4.1. Sản xuất chè ở quy mô pilot 10 kg nguyên liệu/mẻ ................... 106 3.4.2. Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất chè đen giàu GABA quy mô pilot 10 kg nguyên liệu/mẻ ............................................................ 111 3.4.3. Áp dụng quy trình đã hoàn thiện để sản xuất chè đen giàu GABA quy mô pilot với một số giống chè Việt Nam ...................................... 119 3.4.4. Sự biến đổi chất lượng cảm quan của chè đen giàu GABA giống Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên trong quá trình bảo quản ..................... 121 3.4.5. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3.4 ........................... 124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................. 125 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO CỦA LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ ........... 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 128 PHỤ LỤC ................................................................................................. 145 PHỤ LỤC 1. ĐỊNH DANH VÀ PHÂN LOẠI CHỦNG VI KHUẨN LACTIC .................................................................................................... 146 PHỤ LỤC 2. THU HỒI, LÀM KHÔ VÀ BẢO QUẢN SINH KHỐI CHỦNG GIỐNG ...................................................................................... 150 PHỤ LỤC 3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT SINH KHỐI CHỦNG GIỐNG VI KHUẨN ................................................................................................... 154 PHỤ LỤC 4. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM VÀ SẢN PHẨM ... 158 vi
vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AABA alpha-aminobutyric acid alpha-aminobutyric axit ABALDH 4-aminobutyraldehyde enzy 4- dehydrogenase aminobutyraldehyde dehydrogenaza BABA beta-aminobutyric acid beta-aminobutyric axit CACA cis-aminocrotonic acid cis-aminocrotonic axit CFSAN center for food safety and trung tâm an toàn thực applied nutrition phẩm và dinh dưỡng ứng dụng CAS chemical abstract services dịch vụ tóm tắt hóa chất CNS central nervous system hệ thần kinh trung ương CFU colony forming unit đơn vị hình thành khuẩn lạc CTC crushing tearing and curling - chè đen công nghệ CTC black tea OTD orthodox -black tea chè đen công nghệ OTD DAO diamineoxidase enzym diamineoxidase DPPH 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl 1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl DS dietary supplements chất bổ sung dinh dưỡng DSHEA dietary supplement health and đạo luật giáo dục và sức education act khỏe bổ sung chế độ dinh dưỡng ETC electron transport chain chuỗi vận chuyển điện tử DNA deoxynucleic acid deoxynucleic axit DPPH 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl 1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl EC epicatechin epicatechin ECG epicatechin gallate epicatechin gallat viii
EGC epigallocatechin epigallocatechin EGCG epigallocatechin gallate epigallocatechin gallat EFSA european food safety authority cục an toàn thực phẩm châu âu EMA european medicines agency cục quản lý thuốc châu âu EPA U.S. environmental protection cục bảo vệ môi trường Mỹ agency FDA U.S. food and drug cục quản lý thực phẩm và administration dược phẩm Mỹ FMG fermented milk containing sữa lên men chứa GABA GABA GC gallocatechin gallocatechin GH immunofunctional growth hocmon tăng trưởng có hormone chức năng miễn dịch irGH immunoreactive growth hocmon tăng trưởng có hormone hoạt tính miễn dịch GABA gamma-aminobutyric acid gamma-aminobutyric axit GABA-T GABA transaminase enzym GABA transaminaza GAD glutamate decarboxylase enzym glutamat decacboxylaza GBR germinated brown rice gạo lứt nảy mầm GHB gamma-hydroxybutyrate gamma-hydroxybutyrat GHBDH GHB dehydrogenase enzym GHB dehydrogenaza GLRs glutamate receptor-like proteins protein giống như chất nhận glutamat GC gas chromatography sắc kí khí GTE green tea extract dịch chiết chè xanh ix
SSF solid state fermentation lên men môi trường rắn HDL high-density lipoprotein lipoprotein tỷ trọng cao HGH human growth hormone hocmon tăng trưởng ở người HPLC high performance liquid sắc kí lỏng hiệu năng cao chromatography JECFA joint FAO/WHO expert ủy ban chuyên gia committee on food additives FAO/WHO hỗn hợp về phụ gia thực phẩm LAB lactic acid bacteria vi khuẩn lên men axit lactic LDH lactate dehydrogenase enzym lactat dehydrogenaza NIH national institutes of health viện sức khỏe quốc gia Mỹ NHPD natural and non-prescription tổng cục quản lý các sản health products directorate phẩm sức khỏe tự nhiên Canada PCR polymerase Chaine Reaction phản ứng chuỗi polymeraza PSP pyridoxal phosphate pyridoxal phosphat ppm part per million đơn vị một phần triệu SCN suprachiasmatic nuclei tế bào não có nhiệm vụ phản ứng với các tín hiệu sáng - tối SSA succinic semialdehyde succinic semialdehid SSADH succinic semialdehyde enzym succinic dehydrogenase semialdehyd dehydrogenaza TCA tricarboxylic acid cycle chu trình axit tricacboxylic hay chu trình Krebs x
TCVN tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam - TGA therapeutic goods administration cục quản lý hàng hóa trị liệu TLC thin layer chromatography sắc kí bản mỏng TSTBNM-M tổng số tế bào nấm mốc - men TSVKHK tổng số vi khuẩn hiếu khí TSVKYK tổng số vi khuẩn yếm khí VTCC-B-439 Chủng vi khuẩn Lactobacillus plantarium VTCC-B-439 VTCC-B-411 Chủng vi khuẩn Lactobacillus casei VTCC-B-411 66 Chủng vi khuẩn Lactobacillus brevis 66 67 Chủng vi khuẩn Lactobacillus brevis 67 xi
DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1. Hàm lượng GABA (mg/l00g) của các loại chè khác nhau ........ 34 Bảng 3.1. Các chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh enzym glutamatedecarboxylase được sàng lọc sơ bộ .......................... 57 Bảng 3.2. Khả năng lên men tạo GABA trên chè của 4 chủng vi khuẩn .. 64 Bảng 3.3. Khả năng sinh trưởng và hàm lượng GABA trong 8 môi trường nuôi cấy chủng vi khuẩn VTCC-B-439 ................................... 65 Bảng 3.4. Khả năng sinh trưởng và hàm lượng GABA trong 8 môi trường nuôi cấy chủng vi khuẩn VTCC-B-411 khác nhau.................. 66 Bảng 3.5. Mức độ sinh trưởng và pH môi trường sau nuôi cấy của hai chủng nghiên cứu ở pH khác nhau ..................................................... 67 Bảng 3.6. Kết quả thực nghiệm theo ma trận............................................. 73 Bảng 3.7. Lược đồ tối ưu hóa thực nghiệm ............................................... 76 Bảng 3.8. Hàm lượng GABA và các chỉ số cảm quan của các mẫu sản phẩm chè lên men (*)......................................................................... 77 Bảng 3.9. Độ ẩm nguyên liệu các giống chè theo thời gian trong năm (%)............................................................................................ 78 Bảng 3.10. Hàm lượng chất hòa tan trong nguyên liệu của các giống chè theo thời gian trong năm (% chất khô) .................................... 79 Bảng 3.11. Hàm lượng tanin trong nguyên liệu của các giống chè theo thời gian trong năm (% chất khô).................................................... 79 Bảng 3.12. Hàm lượng tổng axit amin trong nguyên liệu của các giống chè theo thời gian trong năm (%) ................................................... 80 Bảng 3.13. Hàm lượng các axit amin thành phần trong nguyên liệu thu hoạch vào tháng 6 của các giống chè (% chất khô) ........................... 80 Bảng 3.14. So sánh hàm lượng thành phần trong nguyên liệu của các giống chè (% chất khô) ...................................................................... 82 xii
Bảng 3.15. Tiêu chuẩn chè nguyên liệu dùng cho sản xuất chè giàu GABA ...................................................................................... 82 Bảng 3.16. Hàm lượng GABA và các chỉ số chất lượng của bán thành phẩm chè đen lên men theo 2 phương án .......................................... 84 Bảng 3.17. Ảnh hưởng nhiệt độ lên men yếm khí đến hàm lượng GABA 85 Bảng 3.18. Ảnh hưởng của thời gian lên men yếm khí đến hàm lượng GABA trong chè................................................................................... 85 Bảng 3.19. Hàm lượng GABA và các chỉ số chất lượng cảm quan của các mẫu thí nghiệm theo ma trận ................................................... 87 Bảng 3.21. Hàm lượng GABA của 9 mẫu thí nghiệm kiểm định .............. 88 Bảng 3.22. Các chỉ tiêu chất lượng của 2 mẫu chè lên men và kiểm chứng ........................................................................................ 90 Bảng 3.23. Hàm lượng GABA trong chè đen giống Phúc Vân Tiên lên men ở những thời gian và nhiệt độ khác nhau ................................. 95 Bảng 3.24. Hàm lượng GABA (mg/100g chè) theo ma trận khuyết 1/2 ... 96 Bảng 3.25. Kết quả thực nghiệm theo ma trận tối ưu hóa ......................... 97 Bảng 3.26. Các chỉ số cảm quan của 2 mẫu chè có chế độ lên men yếm khí có và không sử dụng chế phẩm vi khuẩn lactic ....................... 98 Bảng 3.27. Kết quả phân tích hàm lượng GABA (mg/100g) của 27 mẫu thí nghiệm.................................................................................... 102 Bảng 3.28. Kết quả phân tích các chỉ số cuối 12 mẫu ............................. 102 Bảng 3.29. Điểm tổng hợp của 3 chỉ tiêu chất lượng chè ........................ 105 Bảng 3.30. Các chỉ số chất lượng của chè đen sản xuất theo QT1, QT2 và QT3 ........................................................................................ 110 Bảng 3.31. Ảnh hưởng của thời gian héo đến sự biến đổi tính chất của lá chè .......................................................................................... 113 Bảng 3.32. Ảnh hưởng của thời gian héo nhẹ đến chất lượng của chè GABA bán thành phẩm ...................................................................... 114 xiii
Bảng 3.34. Ảnh hưởng của thời gian lên men yếm khí đến các chỉ tiêu hóa lý của chè đen giàu GABA .................................................... 116 Bảng 3.35. Ảnh hưởng của thời gian lên men yếm khí đến các chỉ tiêu cảm quan của chè đen GABA ....................................................... 118 Bảng 3.36. Các chỉ số cảm quan và hàm lượng GABA (mg/100g) của các mẫu chè .................................................................................. 120 Bảng 3.37. Sự biến đổi độ ẩm theo thời gian của các mẫu chè được bảo quản trong bao bì túi chất dẻo PE (B1) .......................................... 121 Bảng 3.38. Sự biến đổi độ ẩm theo thời gian của các mẫu chè được bảo quản trong bao bì màng giấy (B2) ......................................... 121 Bảng 3.39. Sự biến đổi độ ẩm theo thời gian của các mẫu chè được bảo quản trong bao bì túi phức hợp hút chân không (B3) ............ 122 Bảng 3.40. Sự biến đổi chất lượng cảm quan theo thời gian của các mẫu chè được bảo quản trong bao bì túi chất dẻo PE (B1).................. 123 Bảng 3.41. Sự biến đổi chất lượng cảm quan theo thời gian của các mẫu chè được bảo quản trong bao bì màng giấy (B2) ......................... 123 Bảng 3.42. Sự biến đổi chất lượng cảm quan theo thời gian của các mẫu chè được bảo quản trong bao bì túi phức hợp (B3) ...................... 124 xiv
DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang Hình 1.1. Gamma‐aminobutyric axit (GABA, 4‐aminobutyric axit) ........ 16 Hình 1.2. Chu trình chuyển hóa GABA (tổng hợp và phân giải) .............. 17 Hình 1.3. Vai trò của GABA trong động vật, vi sinh vật và thực vật........ 18 Hình 1.4. Các quy trình cơ bản để sản xuất chè GABA bằng lên men yếm khí............................................................................................. 35 Hình 1.5. Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất chè đen GABA dự kiến ........................................................................................... 44 Hình 2.1. Hai phương án lên men yếm khí sản xuất chè đen giàu GABA 48 Hình 3.1. Hình thái khuẩn lạc (bên trái) và hình thái tế bào (bên phải) của chủng vi khuẩn lactic VTCC-B-439 (bar 5µm) ....................... 59 Hình 3.2. Hình ảnh khuẩn lạc (bên trái) và hình ảnh tế bào (bên phải) chủng vi khuẩn lactic VTCC-B-411 (bar 5 µm)................................. 59 Hình 3.3. Hình ảnh khuẩn lạc và hình ảnh tế bào (bên phải) của chủng vi khuẩn lactic 66 (bar 5µm) ........................................................ 60 Hình 3.4. Hình ảnh khuẩn lạc (trái) và hình ảnh tế bào (phải) của chủng vi khuẩn lactic 67 (bar 5µm) ........................................................ 60 Hình 3.5. Cây phát sinh chủng loại của 4 chủng nghiên cứu và một số loài có quan hệ họ hàng gần thuộc chi Lactobacillus dựa vào trình tự rRNA 16S................................................................................. 62 Hình 3.6. Mức độ sinh trưởng của vi khuẩn lactic VTCC-B-439 và VTCC- B-411 ở các nhiệt độ khác nhau............................................... 67 Hình 3.7. Mức độ sinh trưởng của hai chủng nghiên cứu VTCC-B-439 và VTCC-B-411 ở các điều kiện cung cấp khí khác nhau ........... 68 Hình 3.8. Mức độ sinh trưởng của 2 chủng nghiên cứu VTCC-B-439 và VTCC-B-411 ở các tỷ lệ giống khác nhau .............................. 69 xv
Hình 3.9. Mức độ sinh trưởng của hai chủng nghiên cứu VTCC-B-439 và VTCC-B-411 trên các nguồn nitơ khác nhau .......................... 70 Hình 3.10. Mức độ sinh trưởng của hai chủng nghiên cứu VTCC-B-439 và VTCC-B-411 trên các nguồn cacbon khác nhau ..................... 71 Hình 3.11. Mật độ tế bào của các chủng nghiên cứu nuôi cấy trên môi trường có tỷ lệ glutamate khác nhau.................................................... 71 Hình 3.12. Hàm lượng GABA ở chè lên men bởi vi khuẩn lactic với các tỷ lệ giống khác nhau ................................................................... 93 Hình 3.13. Hàm lượng GABA ở chè lên men bởi vi khuẩn lactic với độ ẩm lên men khác nhau ................................................................... 94 Hình 3.14. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất 3 loại chè đen ............... 107 Hình 3.15. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất chè đen giàu GABA ..... 117 xvi
MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu và sản xuất thực phẩm bảo vệ sức khỏe đã trở thành một lĩnh vực rất triển vọng và nhận được sự quan tâm đặc biệt từ nhiều doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu. Nhiều hoạt chất sinh học từ nguồn thực vật, động vật và vi sinh vật đã được tìm hiểu, khai thác để tạo ra các sản phẩm không chỉ có giá trị dinh dưỡng mà còn có tác dụng hỗ trợ phòng chống bệnh tật. Gama-Aminobutyric Axit (GABA) là một trong những hoạt chất sinh học nói trên. Các nhà khoa học đã phát hiện được vai trò và chức năng sinh lý của chất này trong điều tiết các chức năng tim mạch và tuần hoàn mạch máu não, ức chế dẫn truyền thần kinh, tăng cường trí nhớ, làm giảm các rối loạn tâm trạng và chống mất ngủ [14,22,23,30,39,107]. GABA tồn tại khá phổ biến trong tự nhiên kể cả thực vật, động vật và vi sinh vật, nhưng phong phú và đáng kể nhất là trong các thực phẩm lên men và trong một số loại cây trồng, bao gồm cả lá chè xanh [19,21,23,24,28,32]. Cơ chế hình thành GABA trong thực vật và vi sinh vật lên men đã được phát hiện và điều kiện môi trường là nguyên nhân làm cho sinh vật tăng cường sinh tổng hợp GABA [79,83,105]. Đây chính là ý tưởng để nghiên cứu sản xuất ra các loại sản phẩm giàu GABA từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn thiếu ô xy trong quá trình ngâm hạt nảy mầm, lên men chìm vi sinh vật trong môi trường yếm khí. Mặc dù GABA đã được tổng hợp bằng con đường hóa học, nhưng có nhiều hạn chế đáng kể, cho nên những sản phẩm GABA thương mại trên Thế giới hiện nay chỉ là những sản phẩm của công nghệ lên men vi sinh vật sau khi được tinh chế để có độ tinh khiết cao [143]. Các sản phẩm GABA thương mại phổ biến nhất chính là các thực phẩm và đồ uống giàu GABA được con người tạo 1
ra do tác dụng của enzym có mặt trong vi sinh vật lên men hay hệ enzym có sẵn trong nông sản thực phẩm [144]. Các sản phẩm chè như chè xanh, chè đen, chè ô long, v.v đều được chế biến từ lá và búp của cây chè Camellia sinensis. Cây chè được trồng ở nhiều nước trong đó có Việt Nam và người Việt rất ưa chuộng thưởng thức chè. Hiện nay Việt Nam chế biến và xuất khẩu chủ yếu là chè đen, trong khi ở trong nước người dân thích dùng chè xanh hơn. Chè chứa nhiều hợp chất hóa học chẳng hạn catechin, alkaloid, polysaccharid, axit amin, vitamin, khoáng, tinh dầu. Trong số đó, axit amin có vai trò đặc biệt quan trọng vì không những tạo ra hương vị của nước chè mà còn có rất nhiều lợi ích cho sức khỏe [1,5,9,17,22,23,34,35]. GABA chính là một axit amin tự do 4 carbon được tìm thấy đáng kể trong lá chè tươi và tất cả các sản phẩm chè [107]. GABA được tạo ra bởi quá trình decarboxy hóa axit L-glutamic được xúc tác bởi enzym glutamate decarboxylase (GAD). Tất cả các loại chè đều có chứa GABA với hàm lượng khác nhau và thường ở mức cao hơn một số nông sản thực phẩm khác, nhưng GABA cao hơn nhiều ở sản phẩm gọi là chè GABA hay chè Gabaron [107,121,127]. Sản phẩm này do Nhật Bản sản xuất bằng một kỹ thuật đặc biệt là lên men lá chè tươi trong khí nitơ. Sản phẩm chè này rất dễ uống như tất cả những sản phẩm chè truyền thống khác, rất có lợi cho sức khỏe và hoàn toàn không có tác dụng phụ [121]. Rất gần đây, các nhà khoa học chủ yếu ở Trung Quốc đã phát triển kỹ thuật tạo chè GABA bằng phương pháp lên men vi sinh vật. Nếu như các chủng nấm mốc Aspergillus là chủ đạo trong lên men sản xuất chè lên men Phổ Nhĩ thì các nhà khoa học Trung Quốc cho biết các chủng vi khuẩn Lactobacillus lên men lactic có khả năng sinh trưởng, sinh tổng hợp GABA trên chè [92,93,94,100,106,141]. Nhiều nghiên cứu sản xuất chè và nước chè giàu GABA theo hướng này với cơ chất bổ sung natri glutamat (SMG) đã được tiến 2