(GABA được tìm thấy dưới dạng lưỡng cực (nghĩa là nhóm carboxyl bị khử và nhóm amin bị proton hoá), mang giá trị pH sinh học (giá trị pH 4,03 và 10,56) (Barry J. Shelp và cộng sự, 1999).
Tinh thể hình thoi hoặc thuỳ tan nhiều trong nước và có cấu trúc phân tử khá “uyển chuyển”. Cấu trúc của nó phụ thuộc vào trạng thái của nó:
- Ở trạng thái rắn: GABA luôn có hình dạng mạch thẳng. Dưới dạng mạch thẳng GABA luôn có cấu trúc hình học trans ở nhóm amin cuối và dạng cis ở nhóm carbon kết thúc. Cấu trúc này sẽ giúp cho phân tử GABA liên kết dễ dàng với các phân tử GABA khác.
- Ở trạng thái lỏng: GABA tồn tại ở nhiều dạng cấu trúc khác nhau bao gồm dạng gấp khúc, dạng mạch thẳng.
- Trong pha khí: GABA tồn tại cấu trúc gấp do lực hút tĩnh điện giữa hai nhóm chức năng.
Chính nhờ khả năng tồn tại ở nhiều dạng cấu trúc khác nhau này tạo cho GABA có nhiều chức năng sinh học quan trọng (Jin và cộng sự, 2011; Kayahara, 2001; Shelp và cộng sự, 1999).
Cấu trúc phân tử GABA
Con đường tổng hợp GABA
GABA là sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất và chủ yếu được tạo ra bởi quá trình khử cacboxyl của axit L-glutamic, được xúc tác bởi glutamate decacboxylate (Bouche and Fromm, 2004). Sự tích luỹ GABA có liên quan đến hoạt động của GAD và nồng độ cơ chất L-glu.
Phản ứng tổng hợp GABA từ acid glutamic qua xúc tác của GAD
(Glutamic acid decarboxylase)
GABA là sản phẩm trung gian của chu trình tricarboxylic acid (TCA hay còn gọi là chu trình Krebs).
Con đường tổng hợp GABA qua chu trình TCA (tricarboxylic acid)
GABA lại có thể bị chuyển hóa thành succinic semialdehyde (SSA) và succinate bởi hai enzyme tương ứng là 4-aminobutyrate transaminase (GABA-T) và succinic semialdehyde dehyrogenase (SSADH).
Ảnh hưởng của quá trình nảy mầm lên hàm lượng GABA
Theo Kasarin Tiansawn và các cộng sự (2016), khi thực hiện khảo sát trên đậu và vừng, hàm lượng GABA trong hạt nảy mầm cao hơn so với hạt không nảy mầm. Điều này được lý giải rằng protein dự trữ trong hạt đã bị phân hủy ít nhất một phần và được cung cấp cho phần đang phát triển của cây con và trong quá trình này, enzyme glutamate decarboxylase đã được kích hoạt để chuyển đổi axit glutamic thành GABA.
Hàm lượng GABA trong hạt đậu xanh nảy mầm tăng 0,8068 g/kg hạt khô trong 24 giờ ủ nhưng sau 24 giờ thì không thấy tăng nữa. Hàm lượng GABA trong hạt đậu tương nảy mầm tăng theo hàm mũ đạt tới 0,4977 g/kg hạt khô tại 6 giờ ủ, nhưng giảm xuống lần lượt 0,2638 g/kg hạt khô và 0,1659 g/kg hạt khô sau 12 giờ và 24 giờ.
Đối với hạt đậu đen, sau 6 giờ ngâm, hàm lượng GABA trong hạt nảy mầm là 0,6773 g/kg khô và tăng lên 0,743 g/kg hạt khô sau 6 giờ ủ, sau đó hàm lượng lẩn lượt giảm xuống 0,3526 g/kg hạt khô và 0,1645 g/kg hạt khô tại 12 giờ và 24 giờ.
Việc ngâm nước dẫn đến hấp thụ nước, kích hoạt quá trình nảy mầm bao gồm enzyme glutamate decarboxylase chuyển đổi axit glutamic thành GABA (Komatsuzaki và cộng sự, 2007). Sự tích lũy nhanh chóng GABA trong giai đoạn đầu ngâm và nảy mầm của đậu tương và đậu đen đã được cho là một phản ứng có thể xảy ra đối với áp lực nước của các mô non (Matsuyama và cộng sự, 2009).
Hàm lượng GABA tổng hợp trong quá trình nảy mầm tăng theo thời gian nảy mầm của hạt. Kết quả của quá trình này là do hàm lượng acid glutamic giảm trong quá trình nảy mầm, quá trình ngâm hạt làm hạt hút nước đã kích hoạt enzyme nội sinh GAD phân cắt gốc carbonyl của acid glutamic thành GABA.
Theo Chu, (2014) sau 8 giờ ngâm hạt với nước cất thì hạt đậu xanh tổng hợp được nhiều GABA nhất, hàm lượng GABA tăng trong quá trình ngâm hạt từ 6 - 8 giờ sau đó giảm nhẹ từ 8 - 10 giờ, tác giả cho rằng nguyên nhân là do thời gian ngâm có ảnh hưởng đến quá trình hút nước và sự kích thích enzyme nảy mầm. Thời gian nảy mầm của hạt cũng ảnh hưởng đến quá trình 23 tổng hợp GABA, cụ thể, 340C/24 giờ thì hạt tổng hợp được hàm lượng GABA cao nhất. Tác giả nhận thấy tăng thời gian và nhiệt độ nảy mầm thì hàm lượng GABA tổng hợp được giảm là do enzyme GAD đã chuyển hóa hết acid glutamic sang GABA.
Định tính phát hiện GABA (đốm màu đỏ) do các chủng vi khuẩn sinh ra trên bản TLC. Ảnh: Internet
Ảnh hưởng của thời gian ngâm và nhiệt độ ngâm lên hàm lượng GABA
Theo Kanjana Singh và cộng sự (2017), tăng thời gian và nhiệt độ ngâm làm giảm pH nước ngâm mà theo như kết luận của nghiên cứu thì hàm lượng GABA tăng lên khi hạt được ngâm trong dung môi tính axit. Điều đó được chứng minh khi trong kết quả thí nghiệm của Singh và cộng sự, hàm lượng GABA cao nhất khi pH nước ngâm là 3.
Theo Watchraparpaiboon và cộng sự (2007), hàm lượng GABA cao nhất là khi pH nước ngâm là 6. Các tổng hợp GABA nhanh chóng bị kích thích bởi căng thẳng điều kiện bao gồm cả tình trạng thiếu oxy. Lợi thế của quá trình này sẽ là H+ đồng thời tiêu thụ, cải thiện tế bào axit hóa liên quan đến thiếu oxy hoặc ứng suất khác (Crawford và cộng sự, 1994).
Theo nghiên cứu của Chung và cộng sự (2009), thời gian ngâm ảnh hưởng đến hoạt độ nước cho hạt nảy mầm và khả năng tổng hợp GAD và do đó, ảnh hưởng đến quá trình sinh và tổng hợp GABA trong quá trình nảy mầm. Nghiên cứu của Jain và Hai-le (2009) cho thấy hạt đậu xanh được ngâm trong khoảng từ 8 - 9 giờ cho hàm lượng GABA thu được là cao nhất.
Theo Hussain và cộng sự (2011), khi ngâm hạt đậu xanh trong 10 giờ ở nhiệt độ phòng và cho nảy mầm làm cải thiện tốt hơn thành phần dinh dưỡng của hạt. Nhiệt độ ngâm cũng ảnh hưởng đáng kể tới thời gian hút nước cũng như sự phát triển của hệ vi sinh vật có trong hạt (Dewar và cộng sự, 1997).
Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ và thời gian ủ lên hàm lượng GABA
Theo Banchuen và cộng sự (2009), hàm lượng GABA trong gạo lứt nảy mầm khác nhau theo thời gian ủ và đạt mức cao nhất khi cho nảy mầm trong khoảng thời gian 36 giờ và sau đó giảm dần. Kết quả nghiên cứu của Jain và cộng sự (2009), cho thấy hàm lượng GABA tăng theo thời gian ủ và đạt cực đại sau 48 giờ ươm mầm và sau đó giảm dần. Tuy nhiên theo Chung và cộng sự (2009), hàm lượng GABA đạt giá trị lớn nhất 6,1 - 8,6 mg/100g sau 72 giờ ủ. Sự khác biệt rõ rệt này có thể là hai nguyên liệu nghiên cứu là khác nhau.
Cũng theo các nghiên cứu của Jian và Hai-le (2009), về ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến quá trình sinh tổng hợp GABA trong hạt đậu nảy mầm thì hàm lượng GABA tăng theo chiều tăng của nhiệt độ và đạt cực đại tại 300C sau đó lại có chiều hướng giảm dần khi nhiệt độ tiếp tục tăng. Kết quả khảo sát nhiệt độ ủ tối ưu cho quá trình tổng hợp GABA của một số nghiên cứu khác cũng có sự khác biệt: 150C (Kihara và cộng sự, 2007), 350C (Komatsuzaki và cộng sự, 2007) và 400C (Saikusa và cộng sự, 1994).
Ảnh hưởng của nhiệt đến hàm lượng GABA
Theo Nguyễn Hoàng Khang và cộng sự (2016), nhiệt độ có tác động lớn đến hàm lượng GABA sinh ra. Ở nhiệt độ 360C hàm lượng GABA sinh ra cao hơn khi ủ ở 380C, điều này xuất phát từ sự yếm khí do quá trình hô hấp sinh ra CO2. Kết quả trên phù hợp với nghiên cứu của Lê Nguyễn Đoan Duy và Nguyễn Công Hà (2014) khi thực hiện ủ giống lúa IR50404 ở qui mô phòng thí nghiệm ở điều kiện yếm khí. Một số nghiên cứu cho thấy, điều kiện yếm khí sẽ giảm pH nội bào một khoảng 0,4 – 0,8 do stress gây ra bởi sự thiếu hụt oxy (Crawford và cộng sự, 1994). Sự giảm pH bên trong tế bào do điều kiện thiếu oxy tạo ra sẽ gia tăng hàm lượng GABA sinh ra do kích thích hoạt động của enzyme GAD (glutamate decarboxylase) - đây là enzyme tổng hợp GABA từ acid glutamic bởi enzyme GAD (Chung và cộng sự, 2009).
Ngoài quá trình ủ và nảy mầm, sấy là một bước quan trọng khác ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm gạo GABA. Jittanit và cộng sự (2010) chỉ ra rằng gạo nên được sấy khô ở mức dưới 14% (w.b.) với mục đích lưu trữ lâu dài (Jittanit và cộng sự, 2010). Để sản xuất một sản phẩm như bột đậu GABA, trong việc duy trì các đặc tính vật lý và dinh dưỡng của sản phẩm là quan trọng, thì sự thu được hàm lượng GABA là quan trọng nhất. Trong các kỹ thuật làm khô, đa phần các công ty sản xuất gạo GABA ở Thái Lan sấy pre-GRR và pre-GBR của họ bằng cách sử dụng sấy khí nóng ở nhiệt độ trong khoảng từ 50 - 600C (Sootjarit và cộng sự, 2011b).
Nhật Thanh tổng hợp
