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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tổng quan về quá trình nghiên cứu và ứng dụng thực phẩm GABA

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 Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Trần Thị Ngọc Mai TÓM TẮT 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. Thông qua quá trình nảy mầm có thể làm gia tăng hàm lượng GABA trong đậu lên nhiều lần. Trong quá trình nảy mầm đậu có rất nhiều enzyme tham gia trong quá trình phản ứng như enzyme phân giải, enzyme oxy hóa... Ngoài ra còn có sự tham gia của enzyme glutamate decarbonxylase chuyển hóa acid glutamic thành GABA. Nhờ vậy nhiều loại hạt ngũ cốc đã được đưa vào nghiên cứu rộng rãi nhằm xác định những điều kiện tối ưu cho quá trình nảy mầm như thời gian, độ ẩm, nhiệt độ, pH nhằm nâng cao khả năng sinh tổng hợp GABA. Do đó mục tiêu của bài báo là 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. Từ khóa: Gamma-aminobutyric acid, GABA, ngũ cốc, hạt đậu, quá trình nảy mầm 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ GABA GABA là acid amin phổ biến rộng rãi ở cả thực vật và động vật. Ở động vật có vú, GABA có chức năng như một chất dẫn truyền thần kinh trầm cảm quan trọng trong hệ thần kinh, đồng thời có thể điều chỉnh huyết áp và nhịp tim, giảm đau và giảm lo lắng, đồng thời tăng tiết insulin từ tuyến tụy (Adeghate and Ponery, 2002; Mody và cộng sự, 1994). Ở thực vật, GABA có thể được sinh Hình 1. Con đường sinh tổng hợp GABA (Barry và cộng sự, tổng hợp thông qua các con đường khác 1999). nhau. Nhưng nó được tổng hợp chủ yếu từ acid L-glutamic thông qua enzyme glutamate decarboxylase. 343
Quá trình nảy mầm của ngũ cốc nhận được nhiều sự quan tâm vì tầm quan trọng trong việc nâng cao giá trị dinh dưỡng và hàm lượng GABA trong ngũ cốc đã được ghi nhận trong nhiều nghiên cứu. 2. 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 đây chỉ ra rằng ngâm trong dung dịch đệm photphat, chất đệm citrate, xử lí giảm pH giúp tăng cường tổng hợp GABA trong ngũ cốc. Đệm photphat hoạt động như chất trung gian trong phản ứng tổng hợp GABA (Eamarjharn và cộng sự, 2016). Chất đệm citrate và xử lí giảm pH có tác dụng tăng tổng hợp GABA vì glutamate decarboxylase (GAD) hoạt động ở pH tối ưu là 5,5 (Bai và cộng sự, 2008; Charoenthaikij và cộng sự, 2009). - Sự bổ sung acid glutamic, protease: Bổ sung acid glutamic có thể cải thiện sản xuất GABA trong quá trình ngâm ngũ cốc vì GAD có thể chuyển acid glutamic thành GABA (Iimure và cộng sự, 2009; Kim và cộng sự, 2015; Zhang và cộng sự, 2014). Việc bổ sung các protease ngoại sinh đã được báo cáo để tạo ra GABA nhiều hơn vì glutamate sinh ra nhiều hơn sau khi thủy phân protein, nhờ đó sản xuất GABA tăng lên (Zhang và cộng sự, 2006). - Thời gian ngâm: Sự hiện diện của nước kích thích các enzyme hoạt động và sản xuất GABA. Tuy nhiên, có nghiên cứu báo cáo rằng khi độ ẩm trở nên quá cao hàm lượng GABA giảm do sự kích hoạt của các enzym khác do độ ẩm dư thừa hiện có (Kim và cộng sự, 2015). Quá trình ươm mầm: - Nhiệt độ: Ảnh hưởng của nhiệt độ nảy mầm đến sự hình thành GABA có thể phụ thuộc vào loại hạt (Ca´ceres và cộng sự, 2017; Xu và Hu, 2014). Ngoài ra, các phương pháp sử dụng nhiệt độ để bảo quản (sấy, nấu chín) được khuyến nghị khác nhau tùy vào loại hạt cụ thể (Srisang và cộng sự, 2010; Tiansawang và cộng sự, 2014; Tiansawang và cộng sự, 2016). - Thời gian nảy mầm: Mặc dù sự nảy mầm làm tăng GABA, nhưng cũng có báo cáo rằng thời gian quá dài sẽ làm giảm GABA vì nó có thể được chuyển đến các bộ phận đang phát triển của cây (Karladee và Suriyong, 2012; Chungcharoen và cộng sự, 2014). - Ánh sáng và không khí: Quá trình nảy mầm được thực hiện trong bóng tối tạo ra hàm lượng GABA cao hơn so với ánh sáng liên tục (Donkor và cộng sự, 2012; Huang và cộng sự, 2017). Tuy nhiên, một nghiên cứu khác báo cáo rằng sự hiện diện hay không có ánh sáng không có tác động mạnh mẽ đến việc sản xuất GABA (Kuo và cộng sự, 2004). Xử lý kỵ khí (với nitơ hoặc carbon dioxide) trong quá trình nảy mầm kích thích sản xuất GABA trong ngũ cốc (Komatsuzaki và cộng sự, 2007; Chung và cộng sự, 2009). Nhưng nảy mầm thiếu oxy cần thời gian lâu hơn để nảy mầm hoàn toàn do sự trao đổi chất của tế bào chậm hơn (Polthum và Ahromrit, 2014)]. 344
Các yếu tố khác: Mức GABA cao trong ngũ cốc nảy mầm giai đoạn đầu, nó sẽ dẫn đến tích lũy GABA cao hơn sau khi nảy mầm (Roohinejad và cộng sự, 2011). Ở một số trường hợp hàm lượng GABA ban đầu thấp hơn nhưng lại cao hơn sau khi nảy mầm (Huang và cộng sự, 2017). Do đó, hàm lượng GABA cuối cùng trong ngũ cốc nảy mầm có thể phụ thuộc vào cả hàm lượng GABA ban đầu và hoạt tính GAD của ngũ cốc chưa nảy mầm (Zhang và cộng sự, 2006). Các yếu tố khác như GABA transaminase và hoạt tính succinic semialdehyde dehydrogenase cũng có ảnh hưởng vì GABA sẽ được chuyển đổi bởi các enzym này thành L-glutamate và acid succinic (Li và cộng sự, 2009). 3. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN GABA Hạt mầm là một từ khoá khá mới với thị trường, cũng là một nghiên cứu được quan tâm trong thời gian ngầm khá dài để có thể đưa ra đánh giá chung nhất về sự xuất hiện của GABA trong giai đoạn nảy mầm của các loại hạt trong các điều kiện nhiệt độ, thời gian,... mà mỗi loại hạt khác nhau sẽ cho ra hàm lượng khác nhau. Bảng 1. Các nghiên cứu liên quan đến GABA trong các loại hạt nảy mầm Hàm lượng Tài liệu STT Nguyên liệu Điều kiện ươm mầm GABA tham khảo (mg/100g) Banchu và Gạo lứt - Ngâm trong bộ đệm citrate (pH 3) 1 44,53 cộng sự (Oryza sativa) - Nảy mầm trong bình kín, 36 giờ. (2010) Bắp tím - Ngâm trong nước cất cho đến khi độ ẩm 37,21 Polthum và (Zea mays L.) đạt 31-32%. 2 Ahromrit Bắp trắng - Nảy mầm trong điều kiện yếm khí tại 35℃ (2014) 54,45 trong 48 giờ. (Zea mays L.) Gạo Indica - Ngâm trong nước có chứa 1,0 g/L L- 143,00 Zhang và (Oryza sativa L.) 3 glutamate ở 30℃ trong 24 giờ cộng sự Gạo Japonica - Nảy mầm ở 35℃ trong 30 giờ (2014) 140,00 (Oryza sativa L.) Yến mạch - Ngâm và nảy mầm trong nước khử ion ở Xu và cộng 4 20,35 (Avena nuda L.) 20℃ trong 72 giờ với độ ẩm 98%. sự (2010) 345
Lúa Mạch 500,00 - Ngâm trong nước ở 16,5℃ trong 24 giờ Donkor và (Hordeum vulgare) 5 với độ ẩm tương đối 98%. cộng sự Lúa mạch đen - Nảy mầm ở 16,5℃ trong 5 ngày trong tối. (2012) (Secale cereale) 800,00 - Ngâm trong nước ở 5℃, 16 giờ, 8,60 - Nảy mầm ở 15℃ trong 72 giờ. Lúa mạch không vỏ Chung và 6 cám - Ngâm trong bộ đệm 50 mmol L natri -1 cộng sự acetate (pH 6.0) ở 15℃, 8 giờ (2009) (Hordeum vulgare) 14,30 12- Nảy mầm ở 15℃ trong 48 h, 12 h tiếp theo yếm khí, nhiệt độ phòng - Hydrat hóa tuần tự đến 35% độ ẩm, yếm Youn và Lúa mì 7 khí và xử lí ở 120-140℃. 47,40 cộng sự (Triticum aestivum) - Nảy mầm trong 48 giờ (2011) - Ngâm trong nước cất (1: 5 w/v) ở nhiệt độ Tiansawang Đậu đen 8 phòng, 6 giờ 74,30 và cộng sự (Vigna mungo) - Nảy mầm trong 6 giờ. (2016) - Ngâm trong nước ở 28℃, 6 giờ. Đậu răng ngựa Li và cộng 9 - Nảy mầm ở 33,6℃ (pH: 3,19; tốc độ lưu 241,00 (Vicia faba L.) sự (2009) lượng không khí 1,19 L/phút) trong 4 ngày. Đậu xanh - Ngâm hạt ở 30℃ trong 8 giờ Anh và cộng 10 446,00 (Vigna radiata) - Nảy mầm ở 35℃ trong 24 giờ sự (2018) -Ngâm trong nước (1: 5 w/v) trong 6 giờ ở Tiansawang Đậu nành 11 nhiệt độ phòng 49,77 và cộng sự (Glycine max) - Nảy mầm 6 giờ. (2016) Mầm đậu nành - Nảy mầm ở 25℃ trong 24 giờ dưới vòi Kim và cộng 12 718,00 (Glycine max) nước chảy sự (2013) 346
4. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM TỪ HẠT MẦM Qua các nghiên cứu, nhiều đề tài ứng dụng GABA từ hạt mầm trong các sản phẩm thực phẩm đã được thực hiện phổ biến. Những sản phẩm đã được ứng dụng, thể hiện ở bảng 2. Bảng 2. Các nghiên cứu sản xuất sản phẩm từ các loại hạt nảy mầm Tài liệu Tên sản Hàm lượng STT Các thông số kĩ thuật quy trình chế biến tham phẩm GABA khảo - Điều kiện này mầm: Ngâm trong đệm citrat 50 mM pH 3 trong 48 giờ. Bánh mì - Quy trình chế biến: Hỗn hợp bột (bột lúa mì: bột gạo 67,00 Charoenth bổ sung lứt nảy mầm 70: 30) trộn với 1,25% bột men khô, 1% mg/100g (bột -aikij và 1 bột gạo lứt muối, 34% đường, 10% trứng tươi, 20% bơ và 54% gạo lức nảy cộng sự nảy mầm nước trong 30 phút, được chia thành các phần, vo tròn mầm) (2010) và để yên trong 10 phút, đục lỗ, cán mỏng và cho vào khây ủ 35℃, 75 phút. Nướng ở 180℃ trong 30 phút. - Quy trình chế biến: 500g gạo nảy mầm, 4g men gạo 145,18 Chen và Giấm gạo đỏ, 1,5g raw starter complex, 1,6 mL chế phẩm 2 mg/100ml Chen nảy mầm glucoamylase, 5g natri glutamat, 335 mL nước, lên (sản phẩm) (2009) men ở pH 6, 28°C trong 5 ngày - Điều kiện này mầm: Nảy mầm trong dung dịch chitosan/axit glutamic ở 25℃. Dung dịch được thay mới sau 12 giờ cho đến 72 giờ. Sữa chua - Quy trình chế biến: Sữa bột (18%) và sữa tách béo 427,67 μg/g Kim và 3 đậu nành (2%) được thêm vào dung dịch chất nền lên men, đồng (sản phẩm) Suk (2007) nảy mầm nhất trong 5 phút, khử trùng trong 20 phút ở 121℃, hạ nhiệt đến 30℃, được cấy với bộ khởi động chủng hỗn hợp (L. acidophilus + L. plantarum + L. brevis OPY-1 chủng, 1: 1: 3 v/v), và lên men ở 30℃, 24 giờ. Sữa gạo - Điều kiện nảy mầm: Ngâm trong dung dịch có pH 121,10 mg/L Hoang 4 lứt nảy 3,5-5,5 trong 8-10 giờ. Ươm mầm nhiệt độ 33-37℃ (sản phẩm) (2021) mầm trong 36-48 giờ. 347
- Quy trình chế biến: Dịch hóa: gạo 20%, enzyme amylex HT 0,01% ở 40-45℃, tăng lên 75℃ giữ trong 20 phút, tăng lên 90℃ giữ trong 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 và 10g hương liệu/100 lít sữa. Tiệt trùng 121℃ trong 30 phút hoặc 142℃ dưới 10 giây. - Điều kiện nảy mầm: pH 6,5; nhiệt độ 35℃, và thời Sữa đậu gian nảy mầm 3 ngày. 23,47 ppm Vi và Dep 5 nành nảy - Quy trình chế biến: Luộc đậu mầm ở 80℃ trong 15 (đậu nành nảy (2019) mầm phút, xay ướt, lọc bỏ cặn. Phần sữa tiếp tục đun ở nhiệt mầm) độ 80℃ thêm 15 phút. KẾT LUẬN GABA là một hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học có lợi cho hệ thần kinh và đa số các loại ngũ cốc sau khi nảy mầm đều có chứa hàm lượng GABA. Điều kiện ngâm ủ và nảy mầm không chỉ ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm mà còn ảnh hưởng đến sự tích lũy GABA trong ngũ cốc nảy mầm đã được chứng minh trong rất nhiều các nghiên cứu trong và ngoài nước. Bên cạnh đó, các sản phẩm ứng dụng ngũ cốc nảy mầm cũng nhận được nhiều sự quan tâm như bánh mì, bia, rượu, giấm gạo, sữa và nhiều loại thực phẩm khác. Điều đó chứng minh được rằng sự có mặt của hạt mầm giúp cải thiện chất lượng, nâng cao giá trị dinh dưỡng của 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 gamma- aminobutyric 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 γ- aminobutyric 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 gamma- aminobutyric 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 γ- aminobutyric 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