ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

VI NHÃ TUẤN

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TINH SẠCH GAMMA
AMINOBUTYRIC ACID (GABA) TỪ CANH TRƯỜNG
LÊN MEN CÁM GẠO

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
Mã số: 60540101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Lại Quốc Đạt .........................................
PGS TS. Lê Thị Kim Phụng ......................
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS.Phan Tại Huân .....................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS.Lê Minh Hùng ..............................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 11 tháng 07 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1.

GS.TS.Đống Thị Anh Đào............

2.

PGS.TS.Phan Tại Huân ................

3.

TS.Lê Minh Hùng .........................

4.

TS.Huỳnh Tiến Phong ..................

5.

TS.Trần Thị Thu Trà.....................

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Vi Nhã Tuấn

MSHV: 7140474

Ngày, tháng, năm sinh: 11/11/1992

Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm

Mã số: 60540101

I. TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TINH SẠCH GAMMA AMINOBUTYRIC AICD
(GABA) TỪ CANH TRƯỜNG LÊN MEN CÁM GẠO
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Xác định thời gian cân bằng của nhựa trao đổi ion với GABA .
- Từ đó xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của nhựa trao đổi ion với
GABA.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tinh sạch GABA từ canh trường
lên men cám gạo bằng phương pháp trao đổi ion
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/08/2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/05/2016
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Lại Quốc Đạt
PGS TS Lê Thị Kim Phụng

Tp. HCM, ngày 22 tháng 07 năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC


Luận văn thạc sĩ

i

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy/cô hướng dẫn khoa học là:
TS. Lại Quốc Đạt và PGS TS. Lê Thị Kim Phụng. Hai thầy/cơ đã tận tình hướng dẫn,
truyền dạy và động viên em trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài tại trường
Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM. Sự chỉ dẫn của các thầy/cô không chỉ là nguồn
kiến thức khoa học quý báu mà còn là những kinh nghiệm về tư duy, lý luận khoa
học quan trọng để xây dựng nền tảng vững chắc cho sự nghiệp chuyên môn của em
trong tương lai. Những phương pháp giải quyết các vấn đề khoa học của hai thầy/cô
cũng ươm mầm cho em những vốn tư liệu sống quý giá trước khi bước chân rời khỏi
ghế nhà trường. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn hai thầy/cô hướng dẫn kính
mến.
Ngồi ra, em cũng xin cảm ơn đến q thầy cơ quản lý các phịng thí nghiệm
bộ mơn Công nghệ Thực phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận
văn.
Cuối cùng, em xin cảm ơn các bạn đồng học đã hỗ trợ, giúp đỡ trong q trình
nghiên cứu tại trường.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2016
Học viên thực hiện


Vi Nhã Tuấn

HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Cám gạo ở Việt Nam là nguồn nguyên liệu dồi dào nhưng chưa được khai thác
hiệu quả. Do đó, sử dụng cám gạo để làm mơi trường lên men sinh tổng hợp những
chất có giá trị kinh tế cao sẽ góp phần trong việc sử dụng nguồn cám gạo trong nước
một cách có hiệu quả và mang lại lợi ích kinh tế, hạn chế nguồn nhập khẩu giá cao,
hạ giá thành sản phẩm nhằm đáp ứng tốt hơn cho người tiêu dùng trong nước. Tuy
nhiên, canh trường sau khi lên men có rất nhiều thành phần khác ngồi GABA như
protein, acid amin, carbohydrate,…Vì vậy đã có nhiều nghiên cứu tinh sạch GABA
từ canh trường lên men nhằm loại bỏ các thành phần khác GABA ra khỏi dịch lên
men bằng nhiều phương pháp khác nhau như là lọc membrane, keo tụ,.. Mặt khác
việc tinh sạch GABA bằng phương pháp trao đổi ion chỉ là bước đầu nghiên cứu hiện
nay. Đây cũng chính là tính mới của đề tài và hứa hẹn ứng dụng sản xuất GABA có
độ tinh sạch cao trong quy mơ cơng nghiệp.
Trong bài nghiên cứu này, kết quả cho thấy quá trình trao đổi ion của nhựa
cation và GABA trong dung dịch khảo sát đạt cân bằng ở thời gian 120 phút. Bên
cạnh đó q trình này tn theo phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
X  0,062  C 0,721 . Với nồng độ GABA trong dịch lên men C = 6000 mg/l thì nồng độ

GABA bị nhựa trao đổi ion hấp phụ X = 32,8 mg/g. Vậy lượng nhựa trao đổi ion cần
sử dụng để hấp phụ 32,8 mg/g GABA trong dịch là 183 g. Nồng độ GABA thu được

sau khi trao đổi ion với cột sử dụng dung dịch rửa giải pH = 6,5, tốc độ dòng 0,012
mm/s và nồng độ NaCl 0,8 M trong 100 phút thu được 5610 mg/l. Hiệu suất thu hồi
đạt 93,57%; độ tinh sạch đạt 73,87% và phương trình nồng độ GABA tức thời theo
thời gian là C(t) = 885 ,45  exp( 0,0009  (t  40 ) 2 ) .
Tóm lại, quá trình tinh sạch GABA từ canh trường lên men sử dụng phương
pháp trao đổi ion cho kết quả tốt và có thể ứng dụng vào quy mơ cơng nghiệp.

HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

iii

ABSTRACT
Rice bran in Viet Nam is abundant material resources but are not exploited
efficiently. Therefore, the use of grains to make environmental fermented substances
biosynthesis which has high economic value will contribute in effectively using the
rice bran of our country and economic benefits, restrict high cost of imports, cut the
prices of products in order to satisfy the consumers better. However, besides GABA
the broth after the fermentation has a lot of other components such as proteins, amino
acids, carbohydrates,.... There are many studies about purifing GABA from the
fermentation broth to remove other ingredients except GABA in fermentive solution
by different methods such as membrane filtration, flocculation,… In the other hand,
purifing GABA by ion exchange column is only the first step to research nowaday.
This is also the novelty of the study and promising to apply producing highly purified
GABA in industrial scale.
The results in this research showed that the ion exchange of cationic resin with
GABA in surveyed solution to reach equilibrium in 120 minutes. In addition, that
process according to Freundlich adsorption equation X  0,062  C 0,721 . GABA

concentrations in the fluid of fermentation C = 6000 mg/l, the concentration of GABA
were adsorbed in ion exchange resins X = 32,8 mg/g. Based on this equation, the
amount of plastic was used 183 g. GABA content after exchanging ion in column
obtained 5610 mg/l with pH = 6,5, flow rate 0,012 mm/s and 0,8 M NaCl
concentration in 100 minutes. The recovery efficiency reached 93,57%; reached
73,87% purity and GABA instantaneous concentration quation follow the time is C(t)
= 885 ,45  exp( 0,0009  (t  40 ) 2 ) .
Briefly, the purify GABA process from fermentation broth by using ion
exchange method gives good results and promising to apply producing highly
purified GABA in industrial scale.

HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

iv

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng việc do chính tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn
của thầy Lại Quốc Đạt và cô Lê Thị Kim Phụng. Các kết quả trong luận văn là đúng
sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc đã thực hiện của mình.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2016
Học viên thực hiện

Vi Nhã Tuấn

HVTH: Vi Nhã Tuấn



Luận văn thạc sĩ

v

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................ ii
ABSTRACT .............................................................................................................. iii
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................iv
MỤC LỤC ................................................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................ix
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... x
DANH MỤC VIẾT TẮT ......................................................................................... xii
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1
1.1 Lý do hình thành đề tài ......................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu đề tài ...................................................................................................... 2
1.2.1 Mục tiêu tổng quát ..................................................................................... 2
1.2.2 Mục tiêu cụ thể........................................................................................... 2
1.3 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ..................................................................................... 3
2.1 Tổng quan về GABA ............................................................................................ 3
2.1.1 Giới thiệu về GABA ................................................................................... 3
2.1.2 Chức năng sinh lý của GABA .................................................................... 3
2.1.3 Cơ chế sinh tổng hợp GABA ...................................................................... 4
2.1.4 Tình hình nghiên cứu – sản xuất GABA hiện nay...................................... 5
2.2 Tổng quan về cám gạo .......................................................................................... 6
2.2.1 Thành phần hóa học của cám gạo ............................................................. 6
2.2.1.1 Protein và thành phần nitrogen .................................................... 7
2.2.1.2 Carbohydrate ................................................................................ 9

2.2.1.3 Lipit cám gạo ................................................................................ 9
2.2.1.4 Một số thành phần khác trong cám gạo ..................................... 10
2.2.2 Tình hình nghiên cứu cám gạo hiện nay trên thế giới và Việt Nam ........ 12
2.3 Tổng quan về phương pháp trao đổi ion ............................................................. 13
2.3.1 Giới thiệu về quá trình trao đổi ion ......................................................... 13
HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

vi

2.3.2 Nhựa trao đổi và đường đẳng nhiệt hấp phụ........................................... 13
2.3.2.1 Nhựa trao đổi ion ....................................................................... 13
2.3.2.2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ ......................................................... 15
2.3.3 Cơ chế động học của quá trình trao đổi ion ............................................ 15
2.3.4 Cột trao đổi ion ........................................................................................ 16
2.3.4.1 Chuẩn bị cột trao đổi ion............................................................ 16
2.3.4.2 Quá trình trao đổi ion trong cột ................................................. 16
2.3.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi ion trong cột....... 18
2.3.5 Ứng dụng kỹ thuật ion trong quá trình tinh sạch .................................... 22
2.3.6 Tình hình nghiên cứu ứng dụng phương pháp trao đổi ion để tinh sạch
GABA ................................................................................................................ 22
CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 24
3.1 Nguyên liệu - vật liệu ......................................................................................... 24
3.1.1 Cám gạo ................................................................................................... 24
3.1.2 Vi khuẩn Lb. brevis .................................................................................. 26
3.1.3 Enzyme thủy phân .................................................................................... 26
3.1.4 Nhựa trao đổi ion ..................................................................................... 26
3.2 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị .................................................................................. 28

3.2.1 Hóa chất................................................................................................... 28
3.2.2 Dụng cụ và thiết bị ................................................................................... 28
3.3 Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 28
3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu – quy trình thí nghiệm ................................................. 28
3.3.1.1 Quy trình cơng nghệ sản xuất GABA dự kiến............................. 28
3.3.1.2 Sơ đồ nghiên cứu ........................................................................ 32
3.3.2 Nội dung 1: Khảo sát đặc trưng quá trình đẳng nhiệt hấp phụ của nhựa
trao đổi ion ....................................................................................................... 33
3.3.2.1 Thí nghiệm 1: Xác định thời gian cân bằng của nhựa trao đổi
ion

.................................................................................................... 33

3.3.2.2 Thí nghiệm 2: Xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của
nhựa trao đổi ion ..................................................................................... 33
HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

vii

3.3.3 Nội dung 2: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng quá trình trao đổi ion nhằm
thu được nồng độ GABA cao trong dung dịch ................................................. 34
3.3.3.1 Thí nghiệm 3: Khảo sát sự ảnh hưởng của dung dịch rửa giải đến
giải hấp phụ. ............................................................................................ 34
3.3.3.2 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng chảy đến q trình
trao đổi ion. ............................................................................................. 35
3.3.3.3 Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ muối NaCl trong dung
dịch rửa giải đến quá trình thu nồng độ GABA. ..................................... 35

3.4 Phương pháp phân tích ....................................................................................... 36
3.4.1 Xác định độ ẩm ........................................................................................ 36
3.4.1.1 Nguyên tắc .................................................................................. 36
3.4.1.2 Cách tiến hành ............................................................................ 36
3.4.2 Phương pháp xác định đường tổng và khử .............................................. 36
3.4.2.1 Xác định hàm lượng đường tổng bằng phương pháp acid sulfuricphenol .................................................................................................... 36
3.4.2.2 Xác định hàm lượng khử bằng phương pháp acid dinitrosalicylic
(DNS) .................................................................................................... 37
3.4.3 Phương pháp xác định hàm lượng acid amin.......................................... 37
3.4.3.1 Nguyên tắc .................................................................................. 37
3.4.3.2 Cách tiến hành ............................................................................ 37
3.4.4 Định lượng hàm lượng chất khô .............................................................. 37
3.4.4.1 Nguyên tắc .................................................................................. 37
3.4.4.2 Cách tiến hành ............................................................................ 37
3.4.5 Định lượng nồng độ GABA ...................................................................... 38
3.4.5.1 Nguyên tắc .................................................................................. 38
3.4.5.2 Cách tiến hành ............................................................................ 38
3.5 Tính tốn - Xử lý thống kê ................................................................................. 38
3.5.1 Tính tốn .................................................................................................. 38
3.5.2 Xử lý thống kê .......................................................................................... 38
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................. 39
HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

viii

4.1 Thành phần dịch lên men qua lọc UF ................................................................. 39
4.2 Xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của nhựa ion ................................. 39

4.2.1 Xác định thời gian cân bằng của nhựa ion.............................................. 39
4.2.2 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của nhựa trao đổi ion ........................ 40
4.3 Ảnh hưởng dung dịch rửa giải đến quá trình giải hấp phụ ................................. 44
4.4 Ảnh hưởng tốc độ dòng đến quá trình trao đổi ion ............................................ 49
4.5 Ảnh hưởng nồng độ muối NaCl đến quá trình trao đổi ion ................................ 53
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................... 58
5.1 Kết luận ............................................................................................................... 58
5.2 Kiến nghị ............................................................................................................ 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 59
PHỤ LỤC 1: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
PHỤ LỤC 2: CÁCH PHA MỘT SỐ DUNG DỊCH
PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ THỐNG KÊ VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ KHÁC

HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

ix

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1 Thành phần hóa học của cám gạo (theo chất khô) ...................................... 7
Bảng 2-2 So sánh thành phần các hợp chất (%, khối lượng) có trong cám gạo với các
loại cám ngũ cốc khác ở độ ẩm 14% ........................................................................... 7
Bảng 2-3 Thành phần Amino Acid của cám gạo, gạo đánh bóng, một số cám ngũ cốc
khác ............................................................................................................................. 8
Bảng 2-4 Thành phần acid béo trong cám gạo.......................................................... 10
Bảng 2-5 Thành phần khống vơ cơ trong cám gạo ................................................. 11
Bảng 2-6 Hàm lượng vitamin trong cám gạo ............................................................ 11
Bảng 2-7 Dung dịch đệm sử dụng cho nhựa cation .................................................. 18

Bảng 2-8 Dung dịch đệm sử dụng cho nhựa anion ................................................... 19
Bảng 2-9 Nồng độ muối của một số loại muối sử dụng ........................................... 20
Bảng 3-1 Thông số của cám nguyên liệu trong nghiên cứu...................................... 24
Bảng 3-2 Thông tin về enzyme sử dụng trong nghiên cứu ....................................... 27
Bảng 4-1 Nồng độ các thành phần dịch lên men qua lọc UF.................................... 39
Bảng 4-2 Số liệu ảnh hưởng thời gian đến quá trình trao đổi ion của nhựa ............. 39
Bảng 4-3 Số liệu ảnh hưởng nồng độ ban đầu đến quá trình trao đổi ion ................ 40
Bảng 4-4 Phân tích phương sai của phương trình hồi quy tuyến tính ...................... 42
Bảng 4-5 Phân tích phương sai của phương trình hồi quy tuyến tính ...................... 43
Bảng 4-6 Phương trình nồng độ GABA tức thời theo thời gian t ở các giá trị pH dung
dịch rửa giải ............................................................................................................... 49
Bảng 4-7 Phương trình nồng độ GABA tức thời theo thời gian t ở các tốc độ
dịng ........................................................................................................................... 53
Bảng 4-8 Phương trình GABA tức thời theo thời gian t ở các nồng độ muối trong
dung dịch rửa giải ...................................................................................................... 57

HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

x

DANH MỤC HÌNH
Hình 2-1 Cơng thức cấu tạo của Gamma Aminobutyric Acid .................................... 3
Hình 2-2 Cơ chế tổng hợp GABA............................................................................... 5
Hình 2-3 Các thành phần cấu tạo chính của hạt lúa gạo ............................................. 6
Hình 2-4 Cấu tạo của hạt nhựa .................................................................................. 14
Hình 2-5 Đường cong thốt (breakthrough) ............................................................. 17
Hình 3-1 Quy trình xử lý cám gạo ............................................................................ 25

Hình 3-2 Quy trình nghiên cứu tinh sạch GABA từ nguyên liệu cám gạo tách béo sử
dụng chủng Lb. brevis ............................................................................................... 29
Hình 3-3 Mơ hình trao đổi ion .................................................................................. 31
Hình 3-4 Sơ đồ nội dung thí nghiệm nghiên cứu ...................................................... 32
Hình 4-1 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình trao đổi ion .................................. 40
Hình 4-2 Đường đẳng nhiệt trao đổi ion của nhựa ................................................... 41
Hình 4-3 Quan hệ giữa C và C/X .............................................................................. 42
Hình 4-4 Quan hệ giữa logC và logX ....................................................................... 43
Hình 4-5 Nồng độ GABA tức thời thu được ở các pH dung dịch rửa giải ............... 45
Hình 4-6 Nồng độ GABA tích lũy theo các thời điểm thu được ở các pH dung dịch
rửa giải....................................................................................................................... 45
Hình 4-7 Hiệu suất thu hồi GABA theo các thời điểm thu được ở các pH dung dịch
rửa giải....................................................................................................................... 46
Hình 4-8 Độ tinh sạch GABA theo các thời điểm thu được ở các pH dung dịch rửa
giải ............................................................................................................................. 47
Hình 4-9 Nồng độ GABA tức thời thu được ở các tốc độ dịng ............................... 49
Hình 4-10 Nồng độ GABA tích lũy theo thời điểm đoạn thu được ở các tốc độ
dòng ........................................................................................................................... 50
Hình 4-11 Hiệu suất thu hồi GABA theo các thời điểm thu được trong dung dịch ở
các tốc độ dòng.......................................................................................................... 51
Hình 4-12 Độ tinh sạch GABA theo các thời điểm thu được trong dung dịch ở các
tốc độ dòng ................................................................................................................ 52
Hình 4-13 Nồng độ GABA tức thời thu được ở các nồng độ muối .......................... 53
HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

xi


Hình 4-14 Nồng độ GABA tích lũy theo thời điểm thu được ở các nồng độ muối .. 54
Hình 4-15 Phần trăm hiệu suất thu hồi GABA trong dung dịch ở các nồng độ
muối........................................................................................................................... 55
Hình 4-16 Độ tinh sạch GABA theo các thời điểm thu được trong dung dịch ở các
nồng độ muối rửa giải ............................................................................................... 56

HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

xii

DANH MỤC VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tên Tiếng Anh

Tên Tiếng Việt

GABA

Gamma Aminobutyric Acid

Acid γ-Aminobutyric

GAD

Glutamic acid decarboxylase


Acid glutamic decarboxylase

LAB

Lactobacillus

Vi khuẩn lactic

Lb. brevis

Lactobacillus brevis

Lactobacillus brevis

MRS

Man, Rogosa and Sharpes

Man, Rogosa and Sharpes

MSG

Mono sodium glutamate

Bột ngọt

UF

Ultrafiltration


Siêu lọc

HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

1

CHƯƠNG 1:

MỞ ĐẦU

1.1 Lý do hình thành đề tài
γ-Aminobutyric acid (GABA) là một amino acid có chức năng quan trọng
trong hệ thống thần kinh. GABA thực hiện vai trị cơ bản trong q trình truyền tín
hiệu thần kinh qua khe xi náp và giữ liên lạc các tế bào với nhau trong hệ thống thần
kinh trung ương. Ngồi ra, GABA đã được biết có hiệu quả điều hòa một số rối loạn
thần kinh giống như bệnh Parkinson, Huntington và bệnh Alzheimer. Chính vì GABA
có những chức năng sinh lý quan trọng nên rất nhiều cơng trình nghiên cứu trọng
tâm vào sự phát triển GABA thành thực phẩm chức năng. Hiện nay, q trình sản
xuất GABA có rất nhiều con đường khác nhau chẳng hạn: tách chiết từ các loại ngũ
cốc, tạo điều kiện tối ưu để hạt gạo nảy mầm, hoặc lên men đậu tương bằng vi sinh
vật. Trong đó, q trình sản xuất GABA bằng lên men vi sinh vật (vi khuẩn, nấm
men, nấm mốc) đang được ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả cao trên thế 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 cơng nghiệp.
Tại Việt Nam, có thể nói chưa có cơng nghệ chế biến GABA có khả năng
hướng tới quy mơ cơng nghiệp. Mặc dù, một số cơng 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
thể tiếp cận được trên thị trường thì sản phẩm phải đảm bảo về chất lượng và giá
thành. Để giải quyết hai vấn đề lớn này, hướng nghiên cứu của đề tài là chọn một
nguồn nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có nhất ở trong nước mà vẫn cung cấp được đầy
đủ các thành phần cơ bản để có thể 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
khuẩn Lb. brevis để lên men. Tuy nhiên, canh trường sau khi lên men có rất nhiều
HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

2

thành phần khác ngoài GABA như protein, acid amin, carbohydrate,…Vì vậy để có
thể sản xuất ra sản phẩm giàu GABA thì cần phải tinh sạch canh trường lên men cám
gạo. Chính vì thế, đã có nhiều nghiên cứu tinh sạch GABA từ canh trường lên men
nhằm loại bỏ các thành phần khác GABA ra khỏi dịch lên men bằng nhiều phương
pháp khác nhau như là lọc membrane, keo tụ,... Mặt khác việc tinh sạch GABA bằng
phương pháp trao đổi ion chỉ là bước đầu nghiên cứu hiện nay. Đây cũng chính là
tính mới của đề 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 đề
tài: “Nghiên cứu quá trình tinh sạch Gamma aminobutyric acid (GABA) từ canh
trường lên men cám gạo”.

1.2 Mục tiêu đề tài
1.2.1 Mục tiêu tổng quát
Tận dụng nguồn phụ phẩm cám gạo từ q trình sản xuất cơng nghiệp để làm
mơi trường sản xuất sản phẩm GABA có giá trị gia tăng cao.
1.2.2 Mục tiêu cụ thể
Sử dụng phương pháp trao đổi ion nhằm tinh sạch GABA đạt hiệu suất cao từ
canh trường lên men cám gạo sử dụng các vi sinh vật có lợi (Lactobacillus brevis).
1.3 Nội dung nghiên 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 bằng của nhựa trao đổi ion với GABA.
- Từ đó xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của nhựa trao đổi ion với
GABA.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tinh sạch GABA từ canh trường
lên men cám gạo bằng phương pháp trao đổi ion.

HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

3

CHƯƠNG 2:

TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về GABA
2.1.1 Giới thiệu về GABA
Gamma Aminobutyric Acid (GABA) là một amino acid phi protein có 4 carbon

(hình 2-1), một thành phần quan trọng trong nhóm các amino acid tự do.

Hình 2-1 Cơng thức cấu tạo của Gamma Aminobutyric Acid [1]
GABA có khả năng hòa tan tốt trong nước, là ion lưỡng tính tại giá trị pKa là
4,03 và 10,56.
Thơng thường, nồng độ GABA trong mô thực vật thấp (dao động 0,03-2,00
mol/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,…
2.1.2 Chức năng sinh lý 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. Ngồi não, GABA cũng có mặt trong tuyến tụy,
buồng trứng, tinh hồn, ống tiêu hóa. GABA có chức năng quan trọng trong hệ thần
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:
 GABA góp phần 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 khơng làm tăng huyết áp đối với chuột bình thường, sau 4-8 giờ
sử dụng [4, 5].
 Lợi tiểu, ngăn ngừa bệnh tiểu đường thông qua tác dụng của GABA dựa trên
sự tiết insulin [6, 7].

HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

4


 Điều trị các triệu ứng an thần, mất ngủ, trầm cảm và các rối loạn tự phát trong
suốt thời kỳ mãn kinh với tổng hàm lượng GABA sử dụng là 26,4 mg/ngày [8].
 Đau nhức kéo dài: stress - tình trạng tâm lý căng thẳng có thể 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 lắng [8].
 GABA cũng có thể giúp điều trị các triệu chứng rối loạn thần kinh khác nhau
như động kinh, bệnh Parkinson và tâm thần phân liệt [9].
 Các triệu chứng liên quan đến rượu mãn tính, rối loạn giấc ngủ, nghiện ma
túy và rượu [9].
 Acid amin này góp phần làm tăng nồng độ của hormone tăng trưởng trong
huyết tương và tỉ lệ tổng hợp protein trong não [10].
 Có khả năng ức chế tế bào 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.
2.1.3 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 vật và động vật, GABA được hình thành qua 3 loại
enzyme: enzyme glutamate decarboxylase (GAD), enzyme GABA transaminase
(GABA-T) và enzyme succinic seminaldehyde dehydrogenase (SSADH). Trong đó,
phản ứng chủ yếu để tổng hợp GABA được thực hiện bởi glutamate decarboxylase
(GAD, EC 4.1.1.15). GAD tồn 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 nằm trên hai nhiễm sắc thể số 2 và số 10 ở người, gen GAD65 nằm
trên nhiễm sắc thể số 10 còn GAD67 nằm nhiễm sắc thể số 2 [13, 14]. GAD67 là một
enzyme phân bố khắp các tế bào thần kinh GABAergic trong cơ thể. Ngược lại,
GAD65 được tìm thấy ở tận cùng các dây thần kinh và nó có thể được neo trên màng
của các túi dẫn truyền thần kinh. Hoạt động của enzyme GAD cần một coenzyme là
vitamin B6 [15]. Đây là phản ứng khử carboxyl trực tiếp và không thể đảo ngược của

glutamate bởi glutamate decarboxylase [16]:
HVTH: Vi Nhã Tuấn


Luận văn thạc sĩ

5

Hình 2-2 Cơ chế tổng hợp GABA
2.1.4 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 phổ biến, chủ 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. Trà GABA qua quá trình
xử lý yếm khí bằng nitơ thu được 100 g lá trà GABA có chứa khoảng 240 mg GABA
[17].
- Một dịng nước uống trái cây khơng gas đóng lon chứa GABA của Jones như:
GABA chanh mật ong Jones, GABA bưởi Jones,…[18].
Bên cạnh đó, một số sản phẩm thực phẩm chứa GABA cũng đã xuất hiện trong
nước như:
- Gạo mầm GABAnature-HGH là sản phẩm có thành phần hồn tồn tự nhiên,
chế biến từ những hạt gạo lứt qua quá trình nảy mầm trong điều kiện kiểm soát
nghiêm ngặt nhằm tạo ra dưỡng chất GABA.
- Sản phẩm cốm gạo mầm rong biển từ gạo mầm GABA và rong biển.
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:
- Tách chiết từ các loại ngũ cốc, tạo điều kiện tối ưu để hạt gạo nảy mầm:
o Trà xanh giàu GABA được sản xuất bằng cách xử lý yếm khí chồi trà [19].
o Sản xuất GABA từ cám lúa mạch và cám lúa mì: cám lúa mạch qua xử lý

ủ thu được 9,2 mM GABA từ 10 mM glutamate, năng suất chuyển đổi thành GABA
là 92%, trong khi cám lúa mì thu được sử dụng 6,0 mM GABA từ 10 mM glutamate,
năng suất GABA 60% tỉ lệ chuyển đổi [20]. Từ đây một hướng nghiên cứu khả thi có

HVTH: Vi Nhã Tuấn