Nghiên cứu Gạo nảy mầm: Hàm lượng γ-Aminobutyric acid (GABA) khác nhau giống gạo lứt trong quá trình nảy mầm

Tác giả nghiên cứu: D. Karladeea; b; ∗, S. Suriyonga
a. Khoa Khoa học Thực vật và Tài nguyên Thiên nhiên, Khoa Nông nghiệp, Đại học Chiang Mai, Chiang Mai 50200 Thái Lan
b. Ban nghiên cứu lúa tím, Viện Khoa học và Công nghệ, Đại học Chiang Mai, Chiang Mai 50200 Thái Lan
∗ Cùng  tác giả, e-mail: karladee@chiangmai.ac.th
Nhận ngày 20 tháng 9 năm 2011
Được chấp nhận ngày 21 tháng 2 năm 2012
TÓM TẮT: Hạt gạo giàu axit gamma-aminobutyric (GABA) đang ngày càng phổ biến, đặc biệt là trên thị trường thực phẩm tốt cho sức khỏe. Mức độ GABA trong gạo bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm cả thời gian ủ hạt, đặc biệt là trong hạt gạo lứt trước khi nảy mầm. Trong báo cáo này, năm thời gian ủ khác nhau (0, 12, 24, 36 và 48 giờ) và 21 giống lúa (11 giống lúa tím và 10 giống trắng hiện đại) đã được thử nghiệm. Kết quả cho thấy hàm lượng GABA tăng đều đặn từ 3,96 mg / 100 g chất khô trong thời gian 0 giờ (tức là không có thời gian ủ) lên 10,04 mg / 100 g chất khô sau 12 giờ, đạt mức cao nhất là 17,87 mg / 100 g chất khô ở 24 giờ ủ, và sau đó giảm liên tục sau đó xuống lần lượt là 9,91 và 1,36 mg / 100 g chất khô ở 36 và 48 giờ. Mối tương quan của mức GABA ở 0 giờ và 24 giờ đã được phát hiện (r = 0,48). Sự biến đổi kiểu gen được phát hiện từ tối thiểu là 6,50 đến tối đa là 10,10 mg / 100 g chất khô, với giá trị trung bình là 8,03. Tại thời điểm 24 giờ, giống lúa gạo trắng KDML 105 và giống lúa tím Kum Doi Saket (lần lượt là 23,48 và 23,63 mg / 100 g chất khô) có hàm lượng GABA cao nhất trong tất cả 21 giống lúa. Điều này cho thấy tầm quan trọng của giống lúa tím địa phương trong việc bổ sung giá trị dinh dưỡng cho các sản phẩm thực phẩm chức năng.

TỪ KHÓA: thời gian ủ, giống lúa hiện đại, giống lúa nương, giống lúa tím

GIỚI THIỆU
Chất lượng hạt gạo biểu thị các đặc tính khác nhau đối với các nhóm khác nhau trong hệ thống sau thu hoạch (1). Điều đáng ngạc nhiên là trong loại hạt nhỏ bé này lại chứa nhiều chất dinh dưỡng quan trọng có khả năng làm thực phẩm chức năng.
Carbohydrate đại diện cho phần lớn chất dinh dưỡng được tìm thấy trong ngũ cốc đánh bóng trắng, nhưng protein, vitamin B và C, và nhiều khoáng chất có trong phôi, cám (pericarp) và vỏ trấu. Hơn nữa, chất béo chiết xuất từ ​​cám có chứa vitamin E, phytosterol và γ-oryzanol, một chất chống oxy hóa được sử dụng trong nhiều liệu pháp thảo dược thay thế, chất ức chế tiết axit dạ dày, chất chống oxy hóa và chất ức chế kết tập tiểu cầu ngăn ngừa các cơn đau tim (2). Ngoài ra, trong quá trình ủ mạch nha, khi quá trình sinh hóa diễn ra, carbohydrate được chuyển đổi thành oligosaccharide và giảm tỉ lệ đường.

Quá trình tiêu hóa protein từ ngũ cốc tạo ra các axit amin, peptit, và tích tụ nhiều chất dinh dưỡng như gamma oryzanol, tocopherol, tocotrienol và axit γ-aminobutyric (GABA) (3–6). GABA là một axit amin không phải protein bốn cacbon, được tạo ra chủ yếu bằng quá trình khử cacbon của axit Lglutamic, được xúc tác bởi enzym glutamat decarboxylase trong quá trình nảy mầm của gạo lứt (BR) (7). Ngâm BR trong 72 giờ trong nước 30 ° C, ở độ ẩm 13–15%, làm tăng hàm lượng GABA của gạo lứt trước khi nảy mầm từ 6,0 mg trong BR thường trước khi nảy mầm lên đến 69,2 mg và lên 149,0 mg ở 96 giờ, Cao gấp 40 lần so với gạo đánh bóng (1,7 mg) (4). Hàm lượng này cao hơn trong 21 giờ xử lý khí ở 35 ° C (24,9 mg / 100 g) so với phương pháp ngâm thông thường (10,1 mg / 100 g) (8). GABA là chất dẫn truyền thần kinh trong não và tủy sống của động vật có vú, và gây ra tác dụng hạ huyết áp, lợi tiểu và an thần (8, 9). Hơn nữa, chiết xuất GBR có chứa GABA cũng được sử dụng làm thuốc để cải thiện lưu lượng máu trong não10, để ức chế sự tăng sinh của tế bào ung thư (11 –13), và các tác dụng có lợi cho sức khỏe khác.

Tổng hàm lượng của các hợp chất phenolic không hòa tan tăng từ 18,47 mg / 100 g bột ở BR lên 24,78 mg / 100 g bột ở GBR14.
Mức GABA trong GBR bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm cả thời gian ủ hạt. Sự khác biệt di truyền giữa các giống lúa về khả năng tổng hợp GABA trong ngũ cốc cũng đáng được đánh giá, vì đa dạng di truyền là điều kiện tiên quyết cơ bản để khai thác thành công các tính trạng mong muốn thông qua chọn giống (15). Trong báo cáo này, năm thời gian ủ khác nhau (0, 12, 24, 36 và 48 giờ) và 21 giống lúa (11 giống lúa và 10 giống hiện đại; Oryza sativa L.) đã được thử nghiệm. Một thiết kế giai thừa với 4 lần lặp lại được áp dụng: hạt gạo lứt của 4 loại giống lúa (Bảng 1) là ô chính và thời gian ủ là ô phụ. Thí nghiệm được thực hiện tại Bộ môn Thực vật và Tài nguyên Thiên nhiên, Khoa Nông nghiệp, Đại học Chiang Mai, Thái Lan.

Bảng 1 Các giống lúa được sử dụng trong thí nghiệm.

Lưu ý: Các tên khác nhau của các giống lúa Landrace và lúa Tím được đặt theo tên địa phương của chúng.

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

Các mẫu hạt gạo (50 mg) được ngâm trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng và đặt trong tủ ấm trong thời gian quy định. Các hạt nảy mầm được làm khô trong lò không khí nóng ở 100 ° C trong 30 phút. Ở độ ẩm 13–14 %16, các hạt sau đó được đập như gạo lứt nảy mầm. Các mẫu gạo lứt nảy mầm được nghiền trước khi chiết tách GABA bằng phương pháp của Kitaoka và Nakano (17). Hàm lượng GABA được định lượng bằng phương pháp đo quang phổ.

Định lượng mẫu GABA

Mỗi mẫu gạo xay (3 mg) được hòa tan với 80% etanol trong ống nghiệm (18 × 120 mm), lắc kỹ, sau đó lọc bằng giấy lọc (số 1). Dung dịch đã lọc được đun sôi trong nồi cách thủy (80 ° C) để làm bay hơi etanol. Tiếp theo là thêm 0,5 ml nước cất, và sau đó ly tâm ở tốc độ 10000 vòng / phút trong 10 phút. Phần nổi ở trên được hút và 0,2 ml dung dịch đệm borat 0,2 M và 1,0 ml phenol 6% được thêm vào. Đối với dung dịch GABA chuẩn (0,1–0,3 ml) được thêm vào các ống nghiệm (18 × 120 mm) cùng với 0,2 ml đệm borat và 1,0 ml thuốc thử phenol.
Các dung dịch được trộn kỹ và làm nguội trong bể làm lạnh trong 5 min. Tiếp theo, 0,4 ml NaOCl 10–15% được thêm vào, và lắc mạnh dung dịch trong 1 phút, và lại làm lạnh trong bể làm mát trong 5 phút. Cuối cùng, dung dịch được đun sôi trong nồi cách thủy (100 ° C) trong 10 phút, và để nguội. Mật độ quang học được xác định bằng phép đo quang phổ ở bước sóng 630 nm, với etanol 2,0 ml làm mẫu trắng. Hàm lượng GABA được định lượng bằng cách so sánh số đọc mật độ quang với đường cong hàm lượng GABA tiêu chuẩn (y = 0,049 + 10,14x).

KẾT QUẢ

Định lượng hàm lượng GABA của mẫu

Kết quả (Bảng 2) cho thấy hàm lượng GABA được phát hiện, ngay cả ở thời gian 0 giờ (tức là không có thời gian ủ bệnh), với mức trung bình là 3,96 mg / 100 g chất khô đối với tất cả các giống. Hàm lượng GABA trung bình tăng đều đặn lên 10,04 mg / 100 g chất khô sau 12 giờ, đạt mức cao nhất là 17,87 mg / 100 g chất khô ở 24 giờ ủ, và sau đó giảm liên tục xuống 9,91 và 1,36 mg / 100 g chất khô ở 36 và 48 h, tương ứng. Điều này cho thấy rằng ủ 24 giờ là tối ưu để sản xuất gạo GABA. Trong sáu giống, hàm lượng GABA vượt quá 20,0 mg / 100 g chất khô ở 24 giờ; ba là giống hiện đại (KDML 105, Phitsanulok 2, RD10), hai là lúa tím (Kum Nan và Kum Doi Saket), và một là lúa nương (Ni Kor) (Hình 1). Hơn nữa, sự khác biệt di truyền về hàm lượng GABA giữa các giống đã được phát hiện: 6,50 mg / 100 g chất khô đến 10,10 mg / 100 g chất khô (giá trị trung bình của tất cả các lần ủ). Các giống hiện đại (KDML 105, RD10 và Niaw Sanpatong) cùng với các giống lúa tím (Kum Doi Saket và Kum 88082) cho thấy hàm lượng GABA cao nhất. Tuy nhiên, các giống lúa phản ứng khác nhau đối với thời kỳ ủ. Ví dụ, ở thời điểm ủ 12 giờ Chai Nat 1 có hàm lượng GABA bằng với hàm lượng của KDML 105, tuy nhiên ở 24 giờ chúng khác nhau (Bảng 2).
Hệ số tương quan r = 0,48 (p 6 0,05) của mức GABA ở 0 giờ và 24 giờ là dương tính cho thấy một kiểu gen có mức GABA cao ở 0 giờ có thể được mong đợi là kiểu gen tổng hợp GABA cao hơn ở 24 giờ ủ (Hình. 1).
Khi so sánh bốn loại gạo chính (Bảng 3), ở 0 giờ (không có thời gian ủ) mức GABA không khác biệt đáng kể: 3,96–4,29 mg / 100 g chất khô. Nhưng sự khác biệt xuất hiện sau khi các hạt được ủ. Các giống hiện đại tổng hợp nhanh chóng chất dinh dưỡng. Ở 12 giờ, mức GABA ở các giống hiện đại (10,64 và 11,72 mg / 100 g chất khô) cao hơn ở các giống lúa đất và gạo tím (8,90 và 9,28 mg / 100 g chất khô). Tuy nhiên, các mức đều bằng nhau với thời gian ủ là 24 giờ và duy trì ở mức rất thấp ở 48 giờ.

THẢO LUẬN

Hàm lượng GABA ban đầu được phát hiện ở khoảng thời gian 0 h (tức là không có thời gian ủ) có thể là axit amin gamma bao gồm chủ yếu là globulin và một phần nhỏ của albumin18. Khi ngũ cốc được ngâm, quá trình xâm nhập bắt đầu xảy ra, và trong vòng 6-12 giờ, quá trình hô hấp được tăng tốc, điều này tiếp tục kích thích sự trao đổi chất của các axit amin, dẫn đến sự hình thành các hệ thống enzym. Axit amin như GABA cũng được tổng hợp, và sự gia tăng nhanh chóng của nó có thể được phát hiện khi ủ 12 giờ. Gia tốc vẫn nhanh từ 12–24 giờ, khi hàm lượng GABA đạt mức cao nhất và cho thấy mức cao nhất khi ủ 24 giờ. Điều này hơi khác so với một nghiên cứu với gạo japonica 8, trong đó mức GABA cao nhất được phát hiện ở 72 giờ. Hàm lượng GABA giảm khi thời gian ủ đạt 36 và 48 giờ, có nghĩa là thời gian ủ 24 giờ là thời gian tối ưu để chế biến gạo lứt nảy mầm (gạo GABA hoặc GBR). Sự tương tác đáng kể giữa kiểu gen và thời gian ủ cho thấy rõ ràng rằng, nếu có bất kỳ khoảng thời gian nào ngoài 24 giờ được sử dụng để ủ gạo lứt trong chế biến GBR, thì giống lúa thuận lợi cụ thể cần được xem xét.
Sự tương đồng về mức GABA trong thời gian 24 giờ khi so sánh các giống lúa hiện đại với các giống lúa gạo và gạo tím cho thấy tính hữu ích đáng kể của các giống lúa địa phương không được cải tiến trong chế biến GBR. Đặc biệt, giống lúa tím Kum Doi Saket không chỉ tích lũy hàm lượng GABA cao mà còn sở hữu sắc tố tím là anthocyanidin (cyanidin-3-glucoside và peonidin-3-glucoside). Hàm lượng của sắc tố có liên quan đáng kể đến tổng hoạt tính chống oxy hóa của cám gạo đen, và có hoạt tính cao hơn gấp 6–8 lần so với cám gạo trắng (19). Điều này cho thấy tầm quan trọng của giống lúa địa phương trong việc bổ sung giá trị dinh dưỡng cho các sản phẩm thực phẩm chức năng.
Hàm lượng GABA khác nhau được tìm thấy giữa các giống lúa chủ yếu là do cấu tạo di truyền của chúng. Giống KDML 105 cũng có khả năng tổng hợp GABA, và sự khác biệt về tích lũy GABA xảy ra giữa các giống lúa Thái Lan20. Sự thừa hưởng đặc điểm này khá phức tạp. Sự biến đổi mà chúng tôi tìm thấy ở lúa đất nằm trong biến thể được tìm thấy ở lúa hiện đại, biểu thị rằng biến dị di truyền tồn tại trong tự nhiên, vì đánh giá đa dạng di truyền là điều kiện tiên quyết cơ bản để khai thác thành công các đặc điểm mong muốn thông qua chọn giống15. Do đó, các kết quả được trình bày trong bài báo này cho thấy các cơ hội trong việc lai tạo để tích lũy GABA và KDML 105, RD10, Niaw Sanpatong và Kum Doi Saket (gạo nếp tím), có thể được sử dụng làm giống bố mẹ để đưa đặc tính vào các giống indica hiện nay được trồng ở châu Á.
Mối tương quan thuận được tìm thấy giữa hàm lượng GABA lúc 0 giờ và thời gian ủ 24 giờ biểu thị rằng mức GABA ở 0 giờ có thể dự đoán mức GABA ở 24 giờ. Điều này có thể mang lại lợi nhuận cho chương trình nhân giống lúa để nâng cao GABA và cũng có lợi cho việc tối ưu hóa các tiêu chí lựa chọn. Vì GABA là một hợp chất có chức năng sinh học, nên đây có thể trở thành một phương pháp đầy hứa hẹn để phát triển một sản phẩm thực phẩm giàu GABA, đồng thời tăng cường tiêu thụ GBR ở Thái Lan cũng như ở tất cả các nước sản xuất lúa gạo khác.
Lời cảm ơn: Chúng tôi muốn cảm ơn Dự án Đại học Nghiên cứu Quốc gia thuộc Văn phòng Ủy ban Giáo dục Đại học Thái Lan đã hỗ trợ tài chính.

Hình 1: Hàm lượng GABA (mg / 100 g chất khô) trong hạt nảy mầm của (a) gạo tẻ hiện đại, (b) gạo nếp hiện đại, (c) gạo nương, và (d) giống gạo tím theo thời gian ủ.

NGƯỜI GIỚI THIỆU
1. Juliano BO, Duff B (1989) Đặt ra các ưu tiên cho nghiên cứu chất lượng hạt gạo. Trong: Kỷ yếu Hội thảo kỹ thuật ASEAN lần thứ 12 về Công nghệ sau thu hoạch ngũ cốc, Surabaya, Indonesia, ngày 29-31 tháng 8.
2. Cicero AFG, Gaddi A (2001) Dầu cám gạo và γ-oryzanol trong điều trị tăng lipid máu và các bệnh chứng khác. Phytother Res 15, 277–89.
3. Boonsit P, Karladee D, Phongpiachan P (2010) Hàm lượng gamma oryzanol trong giống gạo nếp tím. Đại học Chiang Mai J Nat Sci 9, 151–7.
4. Ohtsubo K, Suzuki K, Yasui Y, Kasumi T (2005) Các thành phần chức năng sinh học trong gạo lứt nảy mầm trước chế biến bằng máy đùn trục vít đôi. J Food Compos Anal 18, 303–16.
5. Juliano BO (1993) Gạo trong Dinh dưỡng Con người, Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp (FAO), Rome, trang 61–84.
6. Reggiani R, Cantu CA, Brambilla I, Bertani A (1988) Sự tích lũy và chuyển đổi lẫn nhau của các axit amin trong rễ lúa trong điều kiện thiếu oxy. Plant Cell Physiol 29, 981–7.
7. Bown AW, McLean MD, Shelp BJ (1999) Sự trao đổi chất và chức năng của axit gamma-aminobutyric. Xu hướng Plant Sci 4, 446–52.
8. Komatsuzaki N, Tsukahara K, Toyoshima H, Suzuki T, Shimizu N, Kimura T (2007) Ảnh hưởng của quá trình ngâm và xử lý khí đến hàm lượng GABA trong gạo lứt nảy mầm. J Thực phẩm Eng 78, 556–60.
9. Akama K, Kanetou J, Shimusaki S, Kawakami K, Tsuchikura S, Takaiwa F (2009). Chuyển gen Res 18, 865–76.
10. Okada T, Sugishita T, Murakami T, Murai H, Saikusa T, Horino T, Onoda A, Kajimoto O, Takahashi R, Takahashi T (2000) Tác dụng của mầm gạo đã khử chất béo làm giàu GABA đối với chứng khó ngủ, trầm cảm, rối loạn tự trị bằng đường uống. Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi 47, 596–603.
11. Oh CH, Oh SH (2004) Ảnh hưởng của chất chiết xuất từ ​​gạo lứt nảy mầm với mức độ GABA tăng cường đối với sự tăng sinh và quá trình chết của tế bào ung thư. J Med Food 7, 19–23.
12. Kawabata K, Tanaka T, Murakami T, Okada T, Murai H, Yamamoto T, Hara A, Shimizu M, Yamada Y, Masunaga K, Kuno T, Yoshimi N, Sugie S, Mori H (1999) Chế độ ăn uống ngăn ngừa azoxymethane -cảm nhận
sinh ung thư ruột kết với mầm lúa ở chuột F344. Chất sinh ung thư 20, 2109–15.
13. Mori H, Kawabata K, Yoshimi N, Tanaka T, Murakami T, Okada T, Murai H (1999) Tác dụng ngăn ngừa hóa chất của axit ferulic đối với miệng và mầm gạo đối với sự hình thành ung thư ruột già. Chất chống ung thư Res 19, 3775–8.
14. Tian S, Nakamura K, Kayahara H (2004) Phân tích các hợp chất phenolic trong gạo trắng, gạo lứt và gạo lứt nảy mầm. J Agr Food Chem 52, 4804–13.
15. Koutroubas SD, Mazzini F, Pons B, Ntanos DA (2004) Sự biến đổi chất lượng hạt và mối quan hệ với các tính trạng sinh lý học trong nguồn gen lúa (Oryza sativa L.) ở Châu Âu. Trường Crop Res 86, 115–30.
16. Hiệp hội Kiểm nghiệm Hạt giống Quốc tế (2006) Xác định Độ ẩm trong Quy tắc Quốc tế về Kiểm tra Hạt giống, ISTA, Bassersdorf, Thụy Sĩ, Chương 9 (9.1.5.8).
17. Kitaoka S, Nakano Y (1969) Xác định màu của axit! -Amino. J Sinh hóa 66, 87–94.
18. Bewley JD, Black M (1985) Sinh lý học về sự phát triển và nảy mầm của hạt, xuất bản lần thứ 2, Plenum Press, New York, trang 18–26.
19. Zhang MW, Zhang RF, Zhang FX, Liu RH (2010) Cấu hình phenolic và hoạt tính chống oxy hóa của cám gạo đen thuộc các giống thương mại khác nhau. J Agr Food Chem 58, 7580–7.
20. Varanyanond W, Tungtrakul P, Surojanametakul V, Watanasiritham L, Luxiang W (2005) Ảnh hưởng của việc ngâm nước đối với axit gamma-aminobutyric (GABA) trong mầm của các giống lúa khác nhau của Thái Lan. Kasetsart J (Nat Sci) 39, 411–41.