TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM VÀO QUÁ TRÌNH TRÍCH LY THU DỊCH TRÍCH TỪ LÁ TRÀ GIÀ CÓ KHẢ NĂNG KHÁNG OXY HÓA ĐƯỢC X[.]
TỔNG QUAN
Giới thiệu về cây trà
1.1.1 Đặc điểm của cây trà
Cây Trà hay cây Chè, có tên khoa học là Camellia sinensis, bắt nguồn từ Trung Quốc, với tên gọi "sinensis" mang ý nghĩa này trong tiếng Latin Các tên gọi khoa học cũ như Thea bohea và Thea viridis cũng từng được sử dụng để chỉ loài cây này Theo Đỗ Ngọc Quý trong tác phẩm "Cây chè Việt Nam: sản xuất chế biến và tiêu thụ" (2003), cây chè là một cây trồng quan trọng trong ngành nông nghiệp Việt Nam.
Hình 1.1 Cây trà (chè) ở Lâm Đồng
Trà là cây mọc hoang mạnh mẽ, có thể cao trên 10 mét và đường kính thân đủ để một người ôm không hết, thường mọc thành rừng trên núi đá cao Khi trồng, cây trà được cắt tỉa để dễ hái, giới hạn chiều cao khoảng 2 mét, với nhiều cành đâm ra ngay từ gốc Lá trà mọc so le, không rụng, giúp tối ưu quang hợp, trong khi hoa to màu trắng tỏa hương thơm ngào ngạt, tập trung ở kẽ lá và có nhiều nhị Quả trà là dạng nang dài, thường chia thành ba ngăn nhưng chỉ còn một hạt do các hạt khác teo đi, mở bằng lối cắt ngang và chứa nhiều dầu trong hạt, không có phôi nhũ và lá mầm lớn.
Trà có nguồn gốc từ Trung Quốc Nhân dân Trung Quốc đã biết dùng trà từ 2500 năm TCN.
Năm 1753, Carl Von Liaeus, nhà thực vật học Thụy Điển, đặt tên khoa học cây trà là
Thea sinensis, xác định cây trà có nguồn gốc Trung Quốc Thế nhưng một số học giả
Anh lại cho rằng nguồn gốc cây trà là Ấn Độ Cuộc tranh luận về quê hương cây trà đã kéo dài trên hai thế kỷ.
Cây trà được trồng phổ biến ở khu vực vành đai nhiệt đới và khí hậu ôn hòa, ẩm ướt, từ 30 độ vĩ nam đến 45 độ vĩ bắc Hiện có khoảng 30 quốc gia trên thế giới trồng trà, chủ yếu tập trung ở châu Á sau đó là châu Phi, với các nước trồng trà hàng đầu như Trung Quốc, Ấn Độ, Sri Lanka, Nhật Bản, Indonesia, Nga, Đài Loan và Việt Nam Tại Việt Nam, trà được trồng nhiều nhất ở các tỉnh Phú Thọ, Tuyên Quang, Hà Giang, Thái Nguyên, cùng các tỉnh miền Nam, góp phần vào ngành nông nghiệp và xuất khẩu trà của nước nhà.
Các nhà thực vật học xác định rằng, vùng đất phù hợp để cây chè phát triển cần có đặc tính sinh trưởng tối ưu Điều kiện này bao gồm đất có độ thoát nước tốt, giàu chất dinh dưỡng và độ pH phù hợp để cây chè sinh trưởng khỏe mạnh Khai thác những vùng đất đáp ứng các tiêu chí này giúp đảm bảo cây chè phát triển tốt và mang lại năng suất cao.
Quanh năm không có sương muối.
Có mưa đều quanh năm với lượng mưa trung bình khoảng 3000 mm/ năm.
Nằm ở độ cao 500-1000 mm so với mực nước biển, môi trường mát mẻ, không nắng quá hoặc ẩm quá.
Những vùng đất thỏa mãn các điều kiện trên là:
Nửa phía nam tỉnh Vân Nam (Trung Quốc).
Bắc Miến Điện, Thái Lan và Lào.
Vùng núi phía đông bang Assam của Ấn Độ.
Cây trà sinh trưởng tự nhiên chỉ có một thân chính, gồm các loại thân gỗ, thân bụi và thân nhỡ (bán gỗ) Cành trà phát triển từ mầm sinh dưỡng, chia thành nhiều đốt có chiều dài từ 1 đến 10cm; đốt dài hơn thường biểu hiện giống trà có năng suất cao Lá trà mọc cách trên cành, mỗi đốt có một lá với hình dạng, kích thước thay đổi theo giống, có gân rõ ràng và rìa có răng cưa Búp trà là giai đoạn non của cành, hình thành từ mầm dinh dưỡng gồm tôm (lá non trên đỉnh chưa xòe) và 2 hoặc 3 lá non, kích thước phụ thuộc vào giống và kỹ thuật canh tác Cây trà bắt đầu ra hoa sau 2-3 năm trưởng thành, ra từ chồi sinh thực ở nách lá, và là cây lâu năm với chu kỳ sống kéo dài tới 60-100 năm hoặc hơn Tuổi thọ kinh tế tối đa của trà thương mại là khoảng 50-65 năm, tùy theo điều kiện môi trường và phương pháp trồng trọt Trà cho năng suất cao trong mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, với chu kỳ thu hoạch khoảng 10-15 ngày/lần Trong công nghiệp chế biến, nguyên liệu chủ yếu gồm 1 tôm và 2-3 lá non, đảm bảo chất lượng và năng suất cao.
1.1.3 Tình hình sản xuất, tiêu thụ trà ở Việt Nam và phương hướng phát triển đến năm 2010
Việt Nam có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của cây trà Tuy nhiên, cây trà chỉ mới được chú trọng và đầu tư phát triển từ những năm đầu của thế kỷ 20 trở lại đây.
Giai đoạn 1890-1945: Những đồn điền trà thành lập ở Tĩnh Cương (Phú Thọ) 60 ha, Đức Phổ (Quãng Nam) 230 ha.
Trong giai đoạn 1925-1940, Pháp đã mở rộng diện tích các đồn điền trà tại Cao nguyên Trung bộ, đạt khoảng 2.750 ha, nhằm phát triển ngành trà tại khu vực này Đến năm 1938, Việt Nam đã sở hữu 13.405 ha trà với sản lượng 6.100 tấn trà khô, chủ yếu phân phối tại vùng Bắc Bộ và Cao nguyên Trung bộ, trong đó 75% diện tích do người Việt Nam quản lý, thể hiện sự chuyển biến trong quản lý và sản xuất trà Đến năm 1939, sản lượng trà khô của Việt Nam tăng lên 10.900 tấn, đưa nước ta đứng thứ 6 trên thế giới sau Ấn Độ, Trung Quốc, Sri Lanka, Nhật Bản và Indonesia Tuy nhiên, đặc điểm nổi bật của giai đoạn này là diện tích trà bị phân tán, sản xuất mang tính tự cung tự cấp, sử dụng kỹ thuật thô sơ, gây ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm trà.
Giai đoạn 1945-1954: Do ảnh hưởng của chiến tranh, sản xuất trà bị đình trệ, diện tích và năng suất giảm nhanh.
Giai đoạn 1954-1990: Sau chiến tranh, sản xuất trà được phục hồi trở lại, nhiều cơ sở trà được thành lập.
Năm 1970, ngành trà Việt Nam phát triển mạnh mẽ nhờ vào việc áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật hiện đại vào sản xuất Những cải tiến này đã góp phần tăng nhanh sản lượng và mở rộng diện tích trồng trà trên cả nước.
Từ năm 1980-1990 diện tích trà tăng từ 46,9 nghìn ha lên đến 60 nghìn ha (tăng 28%), sản lượng tà tăng từ 21,0 nghìn tấn lên 32,2 nghìn tấn khô (tăng 53,3%).
Từ năm 1990 đến nay, Việt Nam đã triển khai nhiều chính sách ưu tiên đầu tư phát triển cây trà, xem đây là nguồn cây trồng có khả năng xóa đói giảm nghèo và làm giàu cho nông dân Nhờ các chính sách này, diện tích, năng suất và sản lượng trà liên tục tăng trưởng, góp phần thúc đẩy phát triển nông nghiệp bền vững của đất nước.
Bảng 1.1 Diện tích, năng suất, sản lượng trà Việt Nam giai đoạn 1999-2006.
Năm Diện tích (ha) Năng suất
( Nguồn: Số liệu thống kê của FAO năm 2007)
Hiện nay, Việt Nam có hơn 150 đầu mối xuất khẩu trà và đã mở rộng thị trường đến khoảng 40 quốc gia, trong đó chủ yếu là Iraq, Pakistan và Đài Loan Ngoài ra, các thị trường lớn như Nga, Anh, Mỹ, và Nhật Bản cũng đang là những điểm đến quan trọng cho trà Việt Nam (Nguồn: P.T Quang, T.V Hang, N.H.)
Nghiên cứu của Ha, N.X De và T.N Tuyen đã giới thiệu phương pháp chiết xuất polyphenols từ lá trà bằng vi sóng, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất trà chất lượng cao Thương hiệu trà Việt Nam VINATEA đã trở nên đáng tin cậy, gần gũi và quen thuộc trên thị trường quốc tế, với nhiều quốc gia nhập khẩu và tiêu thụ trà Thậm chí, Ấn Độ, quốc gia xuất khẩu trà lớn nhất thế giới, cũng đã bắt đầu nhập khẩu sản phẩm trà của Việt Nam, chứng tỏ uy tín và tiềm năng phát triển của ngành trà Việt.
Bảng 1.2 Tình hình xuất khẩu trà của Việt Nam năm 2006.
Thị trường Số lượng (tấn) Đơn giá (USD/tấn) Giá trị (USD)
Pakistan 23940 1165,7 27906858 Đài Loan 18459 1053,9 19453940 Ấn Độ 11074 740,8 8203619
Năm 2006, sản lượng trà xuất khẩu của Việt Nam đạt 97.749 tấn, tăng 11,12% so với năm 2005, cho thấy sự phục hồi và phát triển của ngành trà Việt Nam Pakistan, Đài Loan, Ấn Độ và Nga là những thị trường nhập khẩu trà chính, tuy nhiên, thị phần của Việt Nam tại các quốc gia này vẫn còn nhỏ và đang phải đối mặt với cạnh tranh gay gắt Trong đó, thị trường Iran nổi bật với giá xuất khẩu cao hơn các thị trường khác, nhưng kể từ đầu năm 2003, do ảnh hưởng của chiến tranh, hoạt động xuất khẩu trà tại Iran gặp nhiều khó khăn nghiêm trọng.
1.1.4 Những lợi thế và khó khăn trong sản xuất trà của Việt Nam
Lợi thế đầu tiên của khu vực là tiềm năng đất đai phong phú, được phân bố đều trên nhiều miền khí hậu khác nhau, từ đó thúc đẩy sự hình thành các vùng sản xuất hàng hóa đa dạng phù hợp với điều kiện khí hậu từng vùng.
Nước ta có nguồn lao động nông nghiệp dồi dào, với hơn 70% dân số tham gia vào hoạt động nông nghiệp Tuy nhiên, hiện nay đất nước đang phải đối mặt với tình trạng thiếu việc làm trong lĩnh vực này, gây ảnh hưởng đến đời sống của người lao động Mức công lao động thấp cũng là một thách thức cần được giải quyết để nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo thu nhập ổn định cho nông dân.
Hệ thống cơ sở hạ tầng của Việt Nam như cảng biển, cảng sông, hệ thống giao thông đường sắt, đường bộ và hàng không tạo điều kiện thuận lợi cho giao lưu thương mại quốc tế và khu vực Sau khi thay đổi cơ chế, các hệ thống này đã được đầu tư nâng cấp, đáp ứng yêu cầu vận chuyển trong nước và quốc tế Chính sách đổi mới kinh tế mở rộng, thúc đẩy tự do hóa thương mại và hội nhập vào thị trường toàn cầu Các chính sách và luật pháp tạo ra môi trường pháp lý minh bạch, bình đẳng cho các thành phần kinh tế trong hoạt động kinh doanh Nhiều chính sách khuyến khích mở cửa, tạo điều kiện thuận lợi cho nhà đầu tư trong nước và nước ngoài tham gia liên doanh, liên kết để phát triển sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh quốc tế.
Giới thiệu về polyphenol
Các hợp chất polyphenol trong lá trà góp phần tạo vị chát đặc trưng, đồng thời mang lại nhiều lợi ích dược lý như giảm lipid máu, chống xơ vữa động mạch và tăng cường vi huyết quản Ngoài ra, chúng còn giúp giảm đường huyết, chống oxy hóa, chống lão hóa, chống phóng xạ, diệt khuẩn và phòng ngừa bệnh ung thư, mang lại nhiều lợi ích sức khỏe toàn diện.
Polyphenol có cấu trúc vòng benzen, mang một hoặc nhiều nhóm hydroxyl gắn trực tiếp vào vòng thơm, giúp chúng thể hiện đặc tính chống oxy hóa mạnh mẽ Dựa vào đặc điểm cấu tạo, các chất polyphenol được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau, phản ánh sự đa dạng và tiềm năng sinh học phong phú của chúng.
Nhóm hợp chất phenol phức tạp.
Nhóm hợp chất phenol polymer.
Các hợp chất polyphenol trong chè được phân thành 5 nhóm chính, đóng vai trò quan trọng trong việc mang lại lợi ích sức khỏe cho người tiêu dùng Nghiên cứu của Đào Thị Kim Nhung (2010) đã chỉ ra rằng, các nhóm polyphenol này góp phần vào khả năng chống oxy hóa, giảm nguy cơ các bệnh mãn tính, đồng thời tăng cường hệ miễn dịch Việc hiểu rõ về các hợp chất polyphenol trong chè giúp nâng cao giá trị của sản phẩm và phát triển các loại trà có lợi ích sức khỏe tối ưu.
Các axit phenol cacboxilic và một số chất khác.
Catechin là một hợp chất thuộc nhóm flavonoid, specifically flavan-3-ol, với phân tử gồm 15 carbon Nó có cấu trúc gồm hai vòng biến 6 carbon (vòng A và B) được nối với nhau qua ba đơn vị carbon ở vị trí 2, 3, và 4, tạo thành một dị vòng C chứa nguyên tử oxy Cấu trúc của catechin đặc trưng bởi sự tồn tại của hai carbon bất đối ở vị trí 2 và 3, cùng với việc không có liên kết đôi ở các vị trí này và nhóm 4-oxo, giúp phân biệt nó trong các loại flavonoid.
Hình 1.2 Công thức tổng quát của catechin, gốc galloyl.
EGCG là thành phần đặc trưng của trà, chỉ có thể tìm thấy trong trà tự nhiên Thành phần này chiếm hơn 50% tổng hợp chất catechin trong trà, đóng vai trò quan trọng trong lợi ích sức khỏe của trà Ngoài ra, EGCG còn chiếm khoảng 10% tổng khối lượng hợp chất chứa trong trà, góp phần tạo nên đặc tính chống oxy hóa và tăng cường hệ miễn dịch cho người sử dụng.
Các hợp chất catechin như C, EC, GC có hàm lượng thấp và không phải là thành phần đặc trưng của trà, vì chúng còn được tìm thấy trong cacao, nho, táo, hành với mức độ phân bố rộng hơn Hàm lượng catechin trong lá trà thay đổi liên tục, phụ thuộc vào giống trà, thời kỳ sinh trưởng, bộ phận cây trà, vị trí các lá trên búp chè, cũng như các yếu tố về thổ nhưỡng, khí hậu và phương pháp chăm sóc.
Bảng 1.5 Hàm lượng catechin trong lá chè (mg/g chế phẩm chiết bằng etyl axetat).
Tài liệu của Tống Văn Hằng trình bày về cơ sở sinh hóa và kỹ thuật chế biến trà, cung cấp những kiến thức nền tảng giúp hiểu rõ quá trình sản xuất và các thành phần hóa học ảnh hưởng đến chất lượng trà Cuốn sách này là nguồn tham khảo quan trọng cho các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất trà tại TP Hồ Chí Minh, góp phần nâng cao kỹ năng chế biến và đảm bảo chất lượng sản phẩm phát hành bởi Nhà xuất bản Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh năm 1985, nội dung của nó có giá trị lâu dài trong lĩnh vực công nghệ trà.
Catechin Lá thứ 1 Lá thứ 2 Lá thứ 3 Lá già Cọng
Bảng 1.6 Các hợp chất anthoxanthin thuộc nhóm flavonol trong họ flavonoid.
Kaempferol R1 = R3 = (-H); R2 = (-OH) Quercetin R1 = R2 = (-OH); R3 = (-H) Myricetin R1 = R2 = R3 = (-OH)
Hình 1.3 Cấu tạo của hợp chất anthoxanthin.
Anthoxanthin là hợp chất hòa tan trong nước, ở dạng tự do thường không màu, trong khi dạng glycozit có màu vàng sáng Khi tác dụng với Fe³⁺, anthoxanthin tạo thành tạp phức xanh lá cây, chuyển sang màu nâu sau đó Phẩm với chì axetate tạo thành phức màu vàng sẫm Hợp chất anthoxanthin dễ bị oxy hóa trong môi trường kiềm, dẫn đến hình thành sản phẩm màu đỏ, và không phản ứng với dung dịch vanilin, không tạo màu.
Anthoxanthin tồn tại trong chè chủ yếu dưới dạng glycozit có vị đắng và kích thích niêm mạc, làm se niêm mạc miệng, góp phần tạo vị chè.
Hợp chất anthocyanin thuộc nhóm flavonoid dẫn xuất croman, tồn tại chủ yếu trong thực vật dưới dạng kết hợp với các gốc đường (glycozit) Trong đó, các anthocyanin đều chứa vòng pyran oxi hóa trị tự do, đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc của chúng Các loại anthocyanin phổ biến nhất ở trạng thái tự do gồm có pelargonidin, cyanidin và delphinidin, mang lại nhiều giá trị sinh học và ứng dụng trong thực phẩm.
Các anthocyanin là những chất hòa tan trong nước, có vị đắng và ảnh hưởng đến khẩu vị của trà Lá chè chứa nhiều anthocyanin sẽ có vị đắng hơn, không phù hợp để chế biến trà xanh Màu sắc của anthocyanin thay đổi theo độ pH, với môi trường pH > 7 có màu xanh đậm, còn pH < 7 sẽ chuyển sang màu đỏ.
Hình 1.4 Công thức cấu tạo của hợp chất anthocyanin.
Leucoanthocyanidin không chỉ tồn tại dưới dạng tự do mà còn có dạng glycozit, mặc dù hàm lượng của chúng trong lá chè rất thấp so với hợp chất catechin Nghiên cứu khoa học cho thấy rằng leucoanthocyanidin là hợp chất trung gian giữa catechin và anthoxanthin, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh hóa của lá chè.
Hình 1.5 Công thức cấu tạo của các hợp chất Leucoanthocyanidin.
Acid phenol cacboxilic là nhóm chất tự nhiên có trong thực vật, chứa nhóm phenol và nhóm cacbonyl trong phân tử Trong lá chè, đã phát hiện nhiều loại acid phenol cacboxylic khác nhau, một số tham gia vào thành phần cấu tử của tannin, tạo vị độc đáo nhưng với hàm lượng thấp Acid gallic là dạng đơn giản và tiêu biểu nhất trong nhóm này, theo sau đó là acid metadigallic và acid ellagic.
Axit gallic Axit metadigallic Axit ellagic
Hình 1.6 Công thức cấu tạo của các hợp chất acid phenol cacboxilic.
Ứng dụng của sóng siêu âm vào quá trình trích ly polyphenol
Siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền dao động của các phần tử trong không gian với tần số vượt quá giới hạn nghe của con người (16-20kHz) Điều này có nghĩa là sóng siêu âm có bản chất là sóng dọc hoặc sóng nén, khi các phần tử dao động theo cùng phương với phương truyền của sóng Các đặc điểm này giúp siêu âm ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, công nghiệp và nghiên cứu vật lý.
Các thông số của quá trình siêu âm:
Tần số (Frequency, Hz): là số dao động phần tử thực hiện được trong 1 giây.
Biên độ (Amplitude): biểu thị mức độ thay đổi áp suất (so với áp suất cân bằng của môi trường) trong quá trình dao động.
Cường độ (Intensity, W/m2): là năng lượng mà sóng siêu âm truyền trong một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm.
Mức độ cường âm (Sound pressure level, B) là đại lượng được tính bằng công thức L=lg(I/I0), trong đó I là cường độ âm tại điểm cần đo, còn I0 là cường độ âm chuẩn tương ứng với tần số 1000 Hz, có giá trị là 10^-12 W/m².
Hình 1.7 Các khoảng tần số của sóng siêu âm.
Con người có thể nghe được sóng âm trong khoảng tần số từ 16-18 kHz, trong khi sóng siêu âm là các sóng có tần số vượt quá 18 kHz Tần số tối đa của sóng siêu âm thường đạt tới 5 MHz trong khí, 500 MHz trong chất lỏng hoặc chất rắn, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau Các loại sóng siêu âm được phân chia thành sóng tần số thấp, năng lượng cao (20-100 kHz) và sóng tần số cao, biên độ nhỏ (2-10 MHz), mang lại nhiều lợi ích trong y học, công nghiệp và nghiên cứu khoa học (Kuldiloke J., 2000).
Sóng siêu âm năng lượng cao đang ngày càng được nghiên cứu kỹ lưỡng trong ngành công nghiệp thực phẩm, mang lại nhiều ứng dụng tiềm năng Hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào tần số sóng trong khoảng từ 20-40 kHz, giúp tối ưu hóa quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm (Povey M.I.W và Mason T.J, 1998).
Thiết bị phát sóng siêu âm
Thiết bị phát sóng siêu âm cũng phải gồm có 3 phần tối cần thiết sau:
Bộ phận chuyển phần lớn điện năng thành dòng điện xoay chiều tần số cao để vận hành bộ phận biến đổi.
Bộ phận biến đổi chuyển đổi dòng điện xoay chiều tần số cao thành các dao động siêu âm Hầu hết các thiết bị phát sóng siêu âm ngày nay đều sử dụng kỹ thuật áp điện để tạo ra các dao động này Kích thước và hình dạng của bộ phận biến đổi phụ thuộc vào tần số làm việc, ví dụ như bộ phận 20 kHz có chiều dài gấp đôi so với bộ phận 40 kHz Năng lượng truyền qua bộ biến đổi sẽ tỷ lệ với bình phương của tần số dao động, do đó, các thiết bị có tần số thấp và năng lượng cao thường được ưa chuộng Bộ phận biến đổi được kết nối với hệ thống truyền sóng qua một thiết bị phụ nhằm tối ưu hiệu quả truyền tải, như mô tả trong công trình của Povey M.I.W và Mason T.J (1998).
Hệ thống truyền sóng chuyển những dao động vào lòng chất lỏng, trong đó thiết bị phát sóng siêu âm dạng bể sử dụng bộ phận biến đổi gắn ở đáy bể để truyền trực tiếp dao động vào chất lỏng Đối với các thiết bị năng lượng cao, dao động được khuếch đại và truyền qua thiết bị trung gian gắn với bộ phận biến đổi, giúp tăng cường hiệu quả truyền sóng siêu âm Tuy nhiên, theo thời gian, đầu của bộ phận trung gian có thể bị mòn và giảm chiều dài cần thiết, do đó, cần lắp đặt đầu có thể tháo gỡ để dễ dàng bảo trì và thay thế (Povey M.I.W and Mason T.J, 1998).
Bộ phận chuyển điện năng
Bộ phận biến đổi điện xoay chiều thành dao động
Thiết bị trung gian Đầu tháo
Hình 1 8 Thiết bị phát sóng siêu âm dạng thanh.
Nguyên lý tác động của sóng siêu âm
Hiện tượng xâm khí thực
Khi sóng siêu âm truyền vào môi trường chất lỏng, các chu trình kéo và nén liên tiếp được hình thành, làm thay đổi khoảng cách giữa các phân tử Trong chu trình nén, các phân tử ở gần nhau hơn nhờ sự nén của sóng siêu âm, còn trong chu trình kéo, các phân tử bị tách xa nhau do áp lực âm đủ mạnh để vượt qua lực liên kết hóa học Điều này dẫn đến hình thành các bọt khí, bao gồm bọt khí ổn định và bọt khí tạm thời, góp phần vào quá trình truyền sóng siêu âm trong chất lỏng (Kuldiloke J., 2002).
Bọt khí ổn định là nguyên nhân tạo ra các bong bóng khí nhỏ có kích thước dao động nhẹ qua các chu kỳ kéo và nén Sau nhiều chu kỳ, những bong bóng này sẽ lớn lên dần và có thể chuyển thành bọt khí tạm thời trong quá trình dao động Sóng siêu âm gây rung động cho các bọt khí này, dẫn đến hiện tượng “sốc sóng” và hình thành dòng nhiệt bên trong chất lỏng Ngoài ra, bọt khí ổn định còn kéo các bong bóng khí khác vào trường sóng, kết hợp thành các dòng nhiệt nhỏ, góp phần vào quá trình xử lý hoặc điều chỉnh nhiệt độ chất lỏng (Kuldiloke J., 2002).
Các bọt khí tạm thời có kích thước thay đổi rất nhanh chóng, dễ vỡ chỉ sau vài chu kỳ Trong quá trình kéo/dén, bọt khí mở rộng và hợp nhất cho đến khi đạt được cân bằng hơi nước bên trong và bên ngoài Diện tích bề mặt của bọt khí lớn hơn trong chu trình kéo so với chu trình nén, dẫn đến sự khuếch tán khí diễn ra mạnh mẽ hơn trong chu kỳ kéo Khi kích thước bọt khí đạt đến mức nhất định, năng lượng sóng siêu âm không còn đủ để duy trì pha khí, gây ra hiện tượng nổ tung dữ dội của các bọt khí Quá trình va chạm mạnh mẽ giữa các phân tử tạo ra hiện tượng “sốc sóng” trong lòng chất lỏng, hình thành các điểm có nhiệt độ lên tới 5000°C và áp suất 5.10^4 kPa, với tốc độ biến đổi nhiệt độ nhanh đến 10^6°C/s.
Hình 1 9 Quá trình hình thành, phát triển và vỡ bọt khí.
Hiện tượng xâm thực khí thúc đẩy nhiều phản ứng hóa học trong dung dịch nhờ sự hình thành các ion tự do, tăng cường phản ứng polymer hóa và depolymer hóa bằng cách phân tán tạm thời các phần tử hoặc làm gãy hoàn toàn các liên kết hóa học trong chuỗi polymer Nó cũng giúp nâng cao hiệu suất đồng hóa, hỗ trợ quá trình trích ly các chất tan như enzyme từ tế bào động vật, thực vật, nấm men hoặc vi khuẩn, đồng thời giúp tách virus ra khỏi tế bào bị nhiễm và loại bỏ các phần tử nhạy cảm, bao gồm vi sinh vật (Kuldiloke J., 2002).
Sóng siêu âm cường độ cao truyền vào lòng chất lỏng gây ra sự kích thích mãnh liệt, tạo ra nhiều hiệu ứng quan trọng trong quá trình xử lý Tại bề mặt tiếp xúc giữa các pha lỏng/rắn hoặc khí/rắn, sóng siêu âm gây nên sự hỗn loạn cực độ do hình thành các vi xoáy, làm giảm ranh giới giữa các pha Hiện tượng này thúc đẩy sự truyền khối đối lưu mạnh mẽ và nâng cao quá trình khuếch tán trong các trường hợp mà phương pháp khuấy trộn thông thường không đạt hiệu quả, mở ra nhiều ứng dụng trong công nghiệp xử lý chất lỏng.
Các hiệu ứng vật lý và hóa học khi sử dụng sóng siêu âm đối với chất lỏng
Hiện tượng sủi bọt (cavitation) xảy ra khi sóng siêu âm, được tạo ra bằng các dao động cơ học ở tần số trên 15 kHz, truyền qua môi trường lỏng Các phần tử trong trường siêu âm trải qua chu trình nén (compression) và giãn (rarefaction), tạo ra các dao động lan truyền đến các phần tử xung quanh Khi năng lượng của sóng siêu âm đủ lớn, tại chu kỳ giãn, các tương tác giữa các phân tử vượt quá lực hấp dẫn nội tại, dẫn đến hình thành các lỗ hổng nhỏ trong lòng chất lỏng Hiện tượng này còn gọi là hiện tượng sủi bóng, khi các bóng khí này lớn dần do quá trình khuếch tán khí hoặc hơi từ pha lỏng, không bị hấp thụ hoàn toàn trở lại trong quá trình nén.
Hiện tượng vỡ bóng xảy ra khi bóng đạt đến giới hạn thể tích, vượt quá khả năng hấp thu năng lượng của nó, dẫn đến sự vỡ đột ngột với tốc độ nhanh chóng Trong quá trình vỡ, nhiệt độ và áp suất bên trong tăng lên cực cao, lên đến khoảng 4000K và 1000atm, gây ra sự gia nhiệt nhanh chóng trong một thể tích cực nhỏ của chất lỏng Nhiệt lượng này nhanh chóng tiêu tan mặc dù nhiệt độ trong vùng này đạt mức rất cao trong vài phần nhỏ của giây Ngoài ra, áp suất và nhiệt độ cao tạo điều kiện hình thành các gốc tự do như H+ và OH-, góp phần vào các phản ứng hoá học phức tạp liên quan đến quá trình vỡ bóng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và vỡ bóng
Tần số và biên độ của sóng siêu âm, cùng với nhiệt độ và độ nhớt của môi trường, là những yếu tố ảnh hưởng chính đến khả năng tạo bong bóng khí Các thông số này quyết định hiệu quả và mức độ hình thành bong bóng khí trong quá trình siêu âm, đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa các ứng dụng liên quan Hiểu rõ mối liên hệ giữa các yếu tố này giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác của các phương pháp sử dụng sóng siêu âm để tạo bong bóng khí.
Các lỗ hổng hoặc bong bóng khí thường hình thành khi tần số vượt quá 2,5 MHz Kích thước của bong bóng khí lớn nhất xuất hiện ở tần số thấp hơn 2,5 MHz, dẫn đến khả năng tạo ra năng lượng lớn nhất khi chúng vỡ Hiểu rõ về mối liên hệ giữa tần số và kích thước bong bóng khí là điều quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả trong các ứng dụng liên quan.
Siêu âm với biên độ cao hơn tạo ra hiện tượng sủi bong bóng mạnh mẽ hơn, hình thành nhanh hơn ở nhiệt độ cao do tăng áp suất hơi và giảm sức căng, tuy nhiên, sức căng hơi cao hơn có thể làm giảm cường độ nổ bong bóng Độ nhớt của chất lỏng ảnh hưởng đáng kể đến hiện tượng sủi bong bóng, khi môi trường có độ nhớt cao, sự lan truyền các phần tử trong trường siêu âm bị cản trở, làm giảm mức độ sủi bong bóng Trong trường hợp này, siêu âm tần số thấp với năng lượng cao hơn có khả năng xuyên thấu vào thực phẩm tốt hơn so với siêu âm tần số cao.
1.3.3 Ứng dụng của sóng siêu âm
Siêu âm là lĩnh vực tiềm năng phát triển trong ngành công nghệ thực phẩm, với các ứng dụng đa dạng nhờ sóng siêu âm có tần số từ 20 kHz đến trên 25 MHz Trong công nghiệp thực phẩm, sóng siêu âm chủ yếu được ứng dụng trong hai lĩnh vực chính, mang lại hiệu quả nâng cao chất lượng và quy trình sản xuất.
Siêu âm tần số cao và năng lượng thấp, còn gọi là siêu âm chuẩn đoán trong khoảng tần số 20-60 MHz, được sử dụng như một kỹ thuật phân tích không phá hủy cấu trúc mẫu Công nghệ này ứng dụng để xác định tính chất thực phẩm, đo tốc độ dòng chảy và kiểm tra bao bì thực phẩm một cách chính xác và hiệu quả (Floros, J.D., 1994).
Tần số thấp và siêu âm năng lượng cao (2-10 MHz) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như kết tinh, sấy, bài khí, trích ly, lọc, đồng hóa, làm mềm thịt, quá trình oxy hóa và tiệt trùng, góp phần nâng cao hiệu quả và chất lượng quy trình công nghiệp (Floros, J.D., 1994).
Tình hình nghiên cứu trích ly polyphenol từ trà
Hiện nay, lĩnh vực nghiên cứu về trà đã phát triển rất mạnh mẽ với nhiều công trình tập trung vào các hợp chất sinh học chống oxy hóa có trong trà Những nghiên cứu này giúp làm rõ lợi ích sức khỏe của trà đối với con người, bao gồm khả năng chống lão hóa, tăng cường miễn dịch và ngăn ngừa các bệnh lý mãn tính Thông qua đó, trà ngày càng được công nhận không chỉ là thức uống thơm ngon mà còn là một phần quan trọng trong chế độ chăm sóc sức khỏe tự nhiên.
Nghiên cứu của nhóm tác giả Giang Trung Khoa và Nguyễn Thanh Hải năm 2012 đã đánh giá ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu đến thành phần hóa học cơ bản của giống chè Trung Du, nhấn mạnh tầm quan trọng của nguyên liệu trong quá trình sản xuất chè Trong bài báo đăng trên Tạp Chí Khoa Học và Phát Triển năm 2013, các tác giả đã phân tích chi tiết ảnh hưởng của 4 loại nguyên liệu khác nhau đến thành phần hóa học của giống chè Trung Du, góp phần nâng cao hiểu biết về độ đặc trưng của sản phẩm Các kết quả nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của nguyên liệu đến chất lượng chè Trung Du mà còn hỗ trợ các nhà sản xuất tối ưu hóa quy trình chế biến để nâng cao giá trị sản phẩm.
Tôm 3 lá, bao gồm loại B, loại C và lá già, có hàm lượng độ ẩm, chất hòa tan, cactechin tổng số, caffein và polyphenol khá cao Nguyên liệu càng non thì hàm lượng polyphenol và các thành phần có trong tôm 3 lá càng cao, trong khi các nguyên liệu già sẽ có hàm lượng các hợp chất này thấp hơn.
Với nghiên cứu “Hàm lượng Phenolics tổng, Catechin tổng và hoạt tính quét gốc tự do
DPPH của một số loại trà xanh trên thị trường Việt Nam” của nhóm tác giả Phạm
Thành Quân và cộng sự năm 2007 [15] Phạm Thành Quân, Tống Văn Hằng, and
Nghiên cứu của Nguyễn Hải Hà trên "Total polyphenols, total catechins content và hoạt động quang hoạt động của DPPH trong các loại trà xanh thương mại của Việt Nam" đã khảo sát 30 loại trà, gồm 21 loại trà xanh, 5 loại trà đen và 4 loại trà oolong, cho thấy trà xanh có hàm lượng phenolic, catechin và khả năng quét tự do cao hơn so với trà oolong và trà đen Ngoài ra, nghiên cứu của Phạm Thành Quân, Tống Văn Hằng và Nguyễn Hải Hà về "Trích ly có hỗ trợ vi sóng các polyphenol từ búp trà tươi" đã xác nhận rằng phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng đạt hiệu quả cao nhất (đạt 82.46% sau 6 phút chiếu sóng), vượt trội so với phương pháp trích ly truyền thống trong 60 phút, trích ly có hỗ trợ siêu âm sau 60 phút và phương pháp ngâm trong 24 giờ.
Tác giả Vũ Hồng Sơn và Hà Duyên Tư [17] Vũ Hồng Sơn and Hà Duyên Tư,
"Nghiên cứu trích li Polyphenoltừ chè xanh vụn Phần1: Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích li polyphenol," Tạp chí Khoa học và Công Nghệ, vol 47, pp 81-86,
Nghiên cứu của Huỳnh Thị Phương, Huỳnh Ngọc Oanh và Phan Phước Hiền năm 2014 đã xác định rằng sử dụng chế phẩm Viscozyme L để trích ly Phenolic từ lá trà xén cành kim tuyên mang lại hiệu quả cao nhất khi tỷ lệ dung môi nước là 1:20, nhiệt độ tối ưu là 45°C, tỷ lệ enzyme so với cơ chất là 0.06 (v/w), thời gian trích ly kéo dài 90 phút, và chế độ lắc 60 vòng/phút Kết quả cho thấy lượng phenolic tổng thu được trong dịch chiết đạt cao nhất là 23.49% tính theo trọng lượng khô, vượt trội so với mẫu không sử dụng enzyme cùng điều kiện.
Research by Samira Ildashti and colleagues (2013) compares the antioxidant activity of green and black teas, focusing on their phenolic compounds and health benefits The study emphasizes how different tea processing methods influence the extraction of bioactive compounds, which are crucial for their antioxidant properties It highlights that green tea generally contains higher levels of phenolic compounds, leading to superior antioxidant potential compared to black tea The research underscores the importance of these phenolic compounds in contributing to the health-promoting effects of tea Additionally, the study explores the role of Lippie citriodora in enhancing antioxidant activity, suggesting potential synergistic effects This comparison provides valuable insights into optimizing tea processing for maximum health benefits and supports the growing interest in natural antioxidants for disease prevention.
This study compares the antioxidant activities of green and black tea with Lippia citriodora, highlighting their potential health benefits The research emphasizes the superior antioxidant properties of green tea compared to black tea, showcasing its effectiveness in combating oxidative stress Additionally, Lippia citriodora demonstrates notable antioxidant activity, suggesting its potential as a natural antioxidant source These findings underscore the importance of incorporating antioxidant-rich beverages like green tea and Lippia citriodora into a healthy diet to enhance overall health and prevent oxidative damage.
This study investigates the total phenolic content and antioxidant capacity of commercially available teas (Camellia sinensis) in Argentina According to Anesini, Ferraro, and Filip (2008), the analysis highlights significant variations in polyphenol levels among different tea brands, which directly impact their antioxidant potential The findings emphasize the importance of selecting teas with higher phenolic content for better health benefits These insights contribute to understanding the nutritional value of teas in the Argentine market and support consumers in making informed choices based on antioxidant properties.
9229, 2008 ; “Estimation and comparison of total phenolic acid total antioxidant in green tea and black tea” của tác giả Avneet Kaur và cộng sự năm 2015 [21] A Kaur,
M Kaur, P Kaur, and S Kaur, "Estimation and comparison of total phenolic and total antioxidant in green tea and black tea," Global journal of bio- science and Biotechnology, vol 4, pp 116 - 120, 2015 đều cho kết luận là hàm lượng phenolic và hợp chất chống oxy hóa trong trà xanh giá trị cao hơn trà đen) còn có những công trình nghiên cứu khác đi sâu vào vai trò, đánh giá hiệu quả cũng như ứng dụng của nó vàocuộc sống con người hiện nay Những nghiên cứu này đa nêu lên được ảnh hưởng tích cực của phenolic đến sức khỏe con người và ứng dụng trong cuộc sống, sản xuất như: ngăn ngừa hạn chế ung thư, bệnh tim mạch, trì hoã sự phát triển bệnh mã kinh, bệnh Alzheimer`s và nghiên cứu về chống lại Virus HIV qua bài nghiên cứu của nhóm tác giả Mamta Saxena và cộng sự “Flavonoids and phenolic acid as antioxidants in plants and human health” năm 2012 [5] Xucjun Pan, Guoguang Niu, Huizhou Liu,
Recent studies highlight the effectiveness of microwave-assisted extraction for isolating tea polyphenols and caffeine from green tea leaves, as detailed in "Chemical Engineering and Processing" (2003) Research by Mukhtar and Ahmad (2008) emphasizes the role of tea phenolics in cancer prevention and promoting overall health Additionally, Ozan et al (2014) contribute to the growing body of evidence supporting the health benefits of tea polyphenols, which are crucial antioxidants capable of reducing cancer risk and enhancing wellness.
Phenolics play a crucial role in promoting human health by acting as natural antimicrobial agents They effectively prevent the growth of fungi, yeasts, viruses, and bacteria such as Salmonella and Clostridium These compounds contribute to enhancing immune defense and reducing the risk of infections, making them important for maintaining overall health and disease prevention.
Bacillus hay Chlamydia pneumoniae Vibrio chorela Enteroxigenic E.Coli ETEC).
Phenolic là hợp chất có khả năng bảo quản thực phẩm hiệu quả, giúp kéo dài thời gian lưu trữ và duy trì chất lượng sản phẩm Công dụng của phenolic còn bao gồm khả năng thay thế các hóa chất bảo quản truyền thống, giảm thiểu tác động tiêu cực cho sức khỏe người tiêu dùng Ngoài ra, phenolic còn có khả năng kiểm soát sự phát triển của vi khuẩn gây hại, góp phần nâng cao an toàn thực phẩm Sử dụng phenolic trong quá trình bảo quản còn giúp hạn chế nguy cơ lây nhiễm vi khuẩn, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.
Research by Hasan Mukhtar and Nihal Ahmad, as well as T Ozcan, A Akpinar-Bayizit, L Yilmaz-Ersan, and B Delikanli (2014), highlights that a 240ml cup of green tea contains approximately 200mg of EGCG, a potent bioactive compound Green tea extracts are widely used in various consumer products, including beverages, cosmetics, and confections, as well as in pharmaceutical and medicine production.
Several studies have explored the use of enzymes in the extraction of phenolic compounds, such as the research conducted by Yang-Hee Hong and colleagues in 2013 Additionally, the review by A Gramza, J Korczak, and R Amarowicz highlights the antioxidant properties and biological activities of tea polyphenols, emphasizing their significance in food nutrition and health.
In 2005, a study on enzyme enhancement in green tea extracts demonstrated that using seven commercial enzymes—Celluclast, Cytotase, Enconase, Pectinex, Rapidase, Ultraflo, and Viscozyme—significantly improved phenolic extractability and antioxidant activity The research concluded that Viscozyme, when applied for two hours at 40°C, yielded higher levels of phenolics, flavonoids, catechins, and antioxidant activity compared to other enzymes, highlighting its superior efficacy in enhancing green tea extract quality.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Địa điểm và thời gian thực hiện
Thí nghiệm được thực hiện tại Trung tâm Thí nghiệm Thực hành thuộc Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM, địa chỉ tại số 337 Tân Kỳ Tân Quý, P Tân Quý, Quận Tân Phú, TP.Hồ Chí Minh.
Thời gian thực hiện từ ngày 01/05/2016 đến ngày 26/06/2016.
Trà dùng trong thí nghiệm được chọn mua từ xã Lộc Châu, thành phố Bảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng, đảm bảo tươi mới và chất lượng cao Quá trình xử lý bắt đầu bằng việc phân loại lá trà thành lá già và lá non, sau đó rửa sạch lá già nhẹ nhàng, tránh làm dập hay vò nát Lá đã rửa xong được để ráo nước, sau đó tiến hành hấp diệt men và sấy khô ở 50°C trong 8 giờ bằng thiết bị sấy đối lưu nhằm đảm bảo vệ sinh và bảo quản chất lượng Lá khô sau đó được xay nghiền và xác định độ ẩm của nguyên liệu trước khi tiến hành các bước nghiên cứu tiếp theo, nhằm đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của thí nghiệm.
Hóa chất sử dụng trong thí nghiệm được trình bày trong bảng sau:
Bảng 2.7 Danh sách hóa chất sử dụng trong nghiên cứu.
STT Tên hóa chất STT Tên hóa chất
1 HNO3 đậm đặc 15 Acid gallic
2 Dietyl ether 16 Na2CO3 rắn
9 Metyl Blue 0.1% 23 HCl đậm đặc 37%
13 D – Glucose 27 Nước cất tại trung tâm thí nghiệm
Thiết bị sử dụng trong thí nghiệm được trình bày trong bảng sau:
Bảng 2.8 Danh sách thiết bị sử dụng trong nghiên cứu.
STT Tên Thiết Bị Thông Số Kỹ Thuật Xuất Xứ
1 Cân phân tích Cân phân tích 2 số lẻ
2 Cân phân tích Cân phân tích 4 số lẻ Trung Quốc
3 Tủ sấy Nhiệt độ từ 100 ÷ 220oC Việt Nam
4 Máy sấy đối lưu Nhiệt độ 30 ÷ 60oC Việt Nam
5 Lò Nung Nhiệt độ 400 ÷ 800oC Trung Quốc
6 Máy ly tâm Tốc độ lớn nhất 6 000 v/p Việt Nam
7 Máy lắc Vortex 2Z3 Trung Quốc
8 Máy đo pH Giới hạn từ pH 2 ÷ 12 Việt Nam
9 Máy đo quang Vis 6100 Việt Nam
10 Bể điều nhiệt Việt Nam
11 Micro pipet 10 ữ 100 và 100 ữ 1000 àl Trung Quốc
12 Thiết bị siêu âm Công suất 750W, tần số 20kHz Mỹ
Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Xác định được các thông số tối ưu khi ứng dụng kỹ thuật siêu âm trong quá trình trích ly thu được dịch trích ly từ lá trà già.
Từ đó, xây dựng các điều kiện tối ưu cho phương pháp trích ly polyphenol bằng kỹ thuật siêu âm.
Khảo sát được khả năng kháng oxy hóa của dịch trích ly từ lá trà già bằng phương pháp DPPH và FRAP.
Dưới đây là đoạn văn đã được tối ưu hóa theo yêu cầu của bạn:Để nâng cao hiệu quả trích ly polyphenol từ lá trà già, cần xây dựng điều kiện trích ly tối ưu bằng kỹ thuật siêu âm, giúp tăng cường khả năng thu nhận các hợp chất có lợi Việc tận dụng nguồn nguyên liệu là lá trà già không chỉ giúp giảm thiểu lãng phí mà còn góp phần tạo ra các sản phẩm chứa polyphenol có giá trị cao Phương pháp siêu âm góp phần cải thiện quá trình chiết xuất, đảm bảo thu được hàm lượng polyphenol cao hơn so với các phương pháp truyền thống Điều kiện trích ly tối ưu sẽ giúp tăng hiệu suất thu hồi polyphenol từ lá trà già, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế và phát triển các sản phẩm từ trà.
2.2.3 Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm
Hàm mục tiêu: Độ ẩm Hàm lượng protein Hàm lượng đường Hàm lượng lipid
Hoạt tính kháng oxy hóa
Khảo sát tỷ lệ dung môi: nguyên liệu 5/1, 10/1, 15/1, 20/1, 25/1.
Khảo sát kích thước nguyên liệu
Khảo sát ảnh hưởng của công suất siêu âm 30;
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian siêu âm 2,4,6,8,10 phút
Khảo sát thành phần nguyên liệu
Khảo sát thời gian hấp diệt men và tỷ lệ dung môi: nguyên liệu
Khảo sát kích thước nguyên liệu
Khảo sát ảnh hưởng của kỹ thuật siêu âm NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Khảo sát thời gian trích ly sau siêu âm từ 0 đến 180 phút, với các khoảng thời gian 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160 và 180 phút giúp xác định thời gian tối ưu cho quá trình chiết xuất Để đảm bảo phù hợp với việc sử dụng sóng siêu âm và đạt hiệu quả kinh tế cao nhất, dung môi sử dụng cho quá trình trích ly là nước cất, giúp tiết kiệm chi phí đồng thời tăng hiệu quả chiết xuất.
2.2.4.1Khảo sát thành phần nguyên liệu
Cây trà sau khi thu hoạch, cần loại bỏ hết lá non và chỉ giữ lại lá già, bắt đầu từ lá thứ 4 trở đi, phải đảm bảo lá không bị dập nát và còn nguyên vẹn Sau khi chọn lọc, tiến hành rửa sạch để ráo nước Tiếp theo, khảo sát thành phần nguyên liệu theo phụ lục 1 để đảm bảo chất lượng và phù hợp cho quá trình chế biến.
2.2.4.2 Khảo sát tỷ lệ dung môi : nguyên liệu
Trong quá trình thực hiện, công đoạn hấp diệt men được thực hiện theo thời gian tối ưu đã xác định qua thí nghiệm, nhằm đảm bảo hiệu quả cao nhất Tỷ lệ dung môi so với nguyên liệu được thực hiện theo kế hoạch thí nghiệm đã đề ra trong bảng Thời gian trích ly được duy trì 3 giờ ở nhiệt độ 50°C để tối ưu hóa quá trình chiết xuất Sau đó, dịch mẫu được đem đi ly tâm ở tốc độ 3500 vòng/phút trong vòng 10 phút để tách phần dịch trích ly rõ ràng Cuối cùng, dịch sau ly tâm được lọc để loại bỏ tạp chất và thu lại dịch trích ly sạch, sẵn sàng cho các bước tiếp theo trong quy trình chế biến.
Trong bài viết này, chúng tôi tiến hành xác định hàm lượng PP thô (mg GAE/g chất khô), đánh giá hoạt tính chống oxy hóa thông qua khả năng quét gốc tự do (mg vitC/L), đồng thời đo lường khả năng quét ion Fe²⁺ (mg Fe²⁺/g chất khô) Các chỉ tiêu này giúp đánh giá hiệu quả của mẫu chất trong việc chống oxy hóa và khả năng loại bỏ các ion kim loại có hại Việc xác định chính xác hàm lượng PP và hoạt tính chống oxy hóa đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm có khả năng chống oxi hóa cao.
Mục đích: Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi : nguyên liệu đến hàm lượng polyphenol trong lá trà già.
Phương pháp bố trí thí nghiệm: Tỷ lệ dung môi : nguyên liệu thay đổi từ 5/1 đến
Trong nghiên cứu này, ngày 25/1 được chọn làm thời điểm hấp diệt men tối ưu dựa trên kết quả thí nghiệm Các thông số tại công đoạn tiếp theo được cố định để đảm bảo tính nhất quán của quá trình Thí nghiệm được thiết kế theo bảng tham chiếu và được lặp lại ba lần để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.
Bảng 2.9 Thiết kế thí nghiệm khảo sát tỷ lệ dung môi : nguyên liệu.
Thí nghiệm Thông số thay đổi (tỷ lệ dung môi : nguyên liệu) Thông số cố định
Thời gian trích ly 3 giờ
Hàm mục tiêu của nghiên cứu tập trung vào đo lường hàm lượng polyphenol, được thể hiện bằng đơn vị mg GAE/g chất khô, nhằm đánh giá tiềm năng chống oxy hóa của mẫu Ngoài ra, hoạt tính kháng oxy hóa được xác định qua khả năng quét gốc tự do, tính theo mg vitamin C/L, giúp đo lường hiệu quả chống các tổn thương oxy hóa Bên cạnh đó, khả năng quét ion Fe²⁺ trên mỗi gram chất khô cũng là chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng chống oxy hóa của mẫu Các chỉ tiêu này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng và tiềm năng ứng dụng của các sản phẩm chứa polyphenol trong lĩnh vực bảo vệ sức khỏe.
2.2.4.3Khảo sát kích thước của nguyên liệu
Quy trình thực hiện tương tự như quy trình trích ly đã trình bày, nhưng trong công đoạn hấp diệt men, chúng tôi sẽ tối ưu hóa thời gian và tỷ lệ dung môi nguyên liệu dựa trên kết quả thí nghiệm Lá trà khô được xay nhỏ và rây qua kích thước phù hợp theo kế hoạch thí nghiệm trong bảng 3 Thời gian trích ly diễn ra trong 3 giờ ở nhiệt độ 50°C, sau đó dịch mẫu được ly tâm với tốc độ 3500 vòng/phút trong 10 phút để loại bỏ cặn bã Dịch sau ly tâm được lọc để thu dịch trích ly PP thô, từ đó xác định hàm lượng PP (mg GAE/g chất khô), hoạt tính chống oxy hóa theo khả năng quét gốc tự do (mg VIT C/L), và khả năng quét ion Fe²+ (mg Fe²+/g chất khô), đảm bảo dữ liệu chính xác và phù hợp với các tiêu chuẩn phân tích hóa học.
Mục đích: Đánh giá ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hàm lượng polyphenol trong lá trà già.
Phương pháp bố trí thí nghiệm tập trung vào việc điều chỉnh kích thước nguyên liệu từ 0,3mm đến 1mm để tối ưu hóa quá trình hấp diệt men Thời gian hấp và tỷ lệ dung môi được xác định dựa trên kết quả thí nghiệm trước đó nhằm đạt hiệu quả tối ưu Các thông số ở các bước tiếp theo của quá trình được giữ cố định để đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy của kết quả Thí nghiệm được thiết kế theo bảng rõ ràng và được lặp lại 3 lần để đảm bảo tính lặp lại và độ chính xác của dữ liệu.
Bảng 2.10 Thiết kế thí nghiệm khảo sát kích thước của nguyên liệu.
Thông số thay đổi (kích thước nguyên liệu)
1 < 0,3 mm Tỷ lệ dung môi: nguyên liệu tối ưu ở mục 2.2.4.2
Thời gian trích ly 3 giờ Nhiệt độ 50 0 C
Hàm mục tiêu của nghiên cứu gồm có hàm lượng polyphenol, đo bằng mg GAE/g, và hoạt tính kháng oxy hóa dựa trên khả năng quét gốc tự do, đạt mg VitC/L Ngoài ra, còn đánh giá khả năng quét ion, thể hiện qua giá trị mg Fe²⁺/g chất khô Các chỉ số này phản ánh hiệu quả của mẫu trong việc chống oxy hóa và khả năng loại bỏ các gốc tự do, góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng và an toàn của sản phẩm.
2.2.4.4Khảo sát ảnh hưởng của công suất siêu âm
Sau khi xác định các thông số tối ưu theo kế hoạch thực nghiệm mục 5.2, 5.3 và 5.4, quá trình trích ly có hỗ trợ của sóng siêu âm được tiến hành theo quy trình đã đề ra Đầu tiên, 300g lá trà già được hấp diệt men bằng xửng hấp với thời gian tối ưu từ kế hoạch mục 5.2, sau đó sấy khô ở 50°C trong 8 giờ, và tiếp tục xay nhỏ qua rây để chuẩn bị nguyên liệu theo quy định tại mục 5.3 Mẫu nguyên liệu sau đó được xác định độ ẩm và trích ly bằng nước theo tỷ lệ tối ưu đã chọn trong mục 5.4, trong quá trình này, các tham số như công suất siêu âm, thời gian siêu âm và thời gian trích ly sau siêu âm được khảo sát Sau khi hoàn thành, dịch trích ly được ly tâm ở tốc độ 3500 vòng/phút trong 10 phút, sau đó lọc để loại bỏ cặn, thu lại dịch trích ly thô chứa phức hợp polyphenol (PP) Hàm lượng PP (mg GAE/g chất khô) và hoạt tính chống oxi hóa (mg/L) được xác định theo phương pháp phù hợp Trong thí nghiệm này, công suất siêu âm thay đổi lần lượt là 0 (mẫu đối chứng), 30, 37,5, 45, 52,5 W/g trà, với thời gian siêu âm cố định là 6 phút để khảo sát ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hiệu quả trích ly.
Mục đích: Đánh giá ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hàm lượng polyphenol trong lá trà già.
Trong bài viết này, phương pháp bố trí thí nghiệm tập trung vào việc thay đổi công suất siêu âm trong khoảng từ 30,0 đến 52,5 W/g nhằm đánh giá ảnh hưởng của công suất đến kết quả thử nghiệm Các thông số ở các bước tiếp theo của quá trình thực hiện thí nghiệm được giữ cố định để đảm bảo tính khách quan và chính xác của kết quả Thí nghiệm được thiết kế xây dựng dựa trên bảng phân bổ rõ ràng, đồng thời quá trình thử nghiệm được lặp lại 3 lần để đảm bảo tính lặp lại và độ tin cậy của dữ liệu thu thập.
Bảng 2.11 Thiết kế thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của công suất siêu âm.
Thông số thay đổi (công suất siêu âm) Thông số cố định
1 30,0 W/g Kích thước nguyên liệu ở mục 2.2.4.2
Tỷ lệ dung môi : nguyên liệu ở mục 2.2.4.3
Thời gian siêu âm 6 phút
Hàm mục tiêu của nghiên cứu là đo hàm lượng polyphenol, thể hiện bằng đơn vị mg GAE/g, giúp xác định tiềm năng chống oxy hóa của mẫu Ngoài ra, hoạt tính kháng oxy hóa được đánh giá qua khả năng quét gốc tự do, thể hiện bằng mg vitamin C/L, và khả năng quét ion kim loại (Fe²⁺) trên mỗi gram chất khô Các chỉ tiêu này cung cấp tổng thể về khả năng chống oxi hóa và tính chất chống oxy hóa của mẫu, góp phần nâng cao hiểu biết về chất lượng và tiềm năng ứng dụng của sản phẩm trong lĩnh vực y học và thực phẩm chức năng.
2.2.4.5Khảo sát ảnh hưởng của thời gian siêu âm
Thời gian siêu âm được thực hiện lần lượt từ 0 (mẫu đối chứng), 2, 4, 6, 8, đến 10 phút để khảo sát ảnh hưởng của quá trình siêu âm đến hiệu quả chiết xuất Giá trị công suất siêu âm được chọn dựa trên kết quả thử nghiệm nhằm tối ưu hóa quá trình chiết xuất Sau khi hoàn tất thời gian trích ly, toàn bộ dịch được đem đi ly tâm ở tốc độ 3500 vòng/phút trong thời gian 10 phút để tách các thành phần rắn và lỏng Dịch sau ly tâm (loại bỏ cặn bã) thu được dịch trích ly PP thô, tiến hành xác định hàm lượng PP (mg GAE/g chất khô), hoạt tính chống oxy hóa qua khả năng quét gốc tự do (mg vitC/L), và khả năng quét ion (mg Fe²⁺/g chất khô) của mẫu.
Mục đích: Đánh giá ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hàm lượng polyphenol trong lá trà già.
Phương pháp bố trí thí nghiệm của chúng tôi tập trung vào việc thay đổi thời gian siêu âm từ 2 đến 10 phút để xác định ảnh hưởng của bước này đến kết quả Các thông số ở các công đoạn tiếp theo được giữ cố định để đảm bảo tính chính xác của thí nghiệm Thí nghiệm được thiết kế rõ ràng, thể hiện qua bảng thống kê chi tiết, giúp dễ dàng theo dõi và phân tích kết quả Để tăng độ tin cậy, toàn bộ quá trình thí nghiệm được lặp lại 3 lần nhằm đảm bảo tính khách quan và chính xác của dữ liệu.
Bảng 2.12 Thiết kế thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian siêu âm.
Thông số thay đổi (thời gian siêu âm) Thông số cố định
1 2 phút Kích thước nguyên liệu ở mục 2.2.4.2
Tỷ lệ dung môi : nguyên liệu ở mục 2.2.4.3 Công suất siêu âm ở mục 2.2.4.4
Phương pháp phân tích
2.3.1 Phương pháp xác định độ ẩm.
Phương pháp xác định độ ẩm trà dựa trên nguyên tắc sấy mẫu đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 105°C Quá trình này đảm bảo độ chính xác cao trong việc đo lường độ ẩm bằng cách loại bỏ hoàn toàn phần nước trong mẫu trà Phương pháp được thực hiện theo các bước cụ thể và công thức chi tiết được trình bày tại phụ lục 1.1 để đảm bảo tính đúng đắn và nhất quán trong kết quả đo.
2.3.2 Phương pháp xác định hàm lượng tro. Đốt cháy và nung mẫu chè ở nhiệt độ nhất định cho đến khi khối lượng không đổi (nhiệt độ 550 0 C) Công thức tính toán hàm lượng tro và các bước thực hiện theo nội dung ở phụ lục 1.2
2.3.3 Phương pháp xác định hàm lượng lipid bằng phương pháp Soxhlet.
Để xác định hàm lượng lipid, người ta thực hiện quá trình chiết xuất lipid từ nguyên liệu bằng các dung môi hữu cơ, trong đó dung môi không phân cực phổ biến là dietyl ether Phương pháp này giúp tách chính xác lượng lipid có trong mẫu, đảm bảo kết quả phân tích đúng chuẩn Việc sử dụng dietyl ether trong quá trình chiết xuất lipid là một kỹ thuật quan trọng trong phân tích hóa học, giúp xác định chính xác hàm lượng lipid dựa trên lượng lipid đã được rút ra từ nguyên liệu.
Phương pháp xác định gián tiếp: chiết xuất lipid ra khỏi nguyên liệu và cân lại khối lượng nguyên liệu.
Trong điều kiện phòng thí nghiệm, lipid được xác định theo phương pháp gián tiếp Quá trình xác định hàm lượng lipid được thực hiện qua các bước rõ ràng và tuân thủ theo công thức trong phụ lục 1.3, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả phân tích.
2.3.4 Phương pháp xác định hàm lương protein bằng phương pháp Kjeldahl
Nitơ tổng số trong cơ thể và các mô bao gồm tất cả các dạng nitơ, ngoại trừ các hợp chất protein như muối vô cơ, axit nitric, amino acid tự do, peptit, ure và các dẫn xuất của ure, alkaloid, purin và pyrimidin Trong đó, nitơ phi protein đề cập đến các dạng nitơ không cấu thành protein, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh hóa và chuyển hóa của cơ thể Hiểu rõ về các dạng nitơ này giúp nâng cao kiến thức về dinh dưỡng và hệ thống sinh học của con người.
Nitơ tổng số = Nitơ protein + Nitơ phi protein
Đầu tiên, mẫu vật được vô cơ hóa bằng H2SO4 đặc và nung ở nhiệt độ cao cùng với chất xúc tác để thúc đẩy phản ứng Quá trình vô cơ hóa diễn ra qua phản ứng hóa học phức tạp nhằm biến đổi mẫu ban đầu thành dạng vô cơ dễ phân tích hơn Các bước này không chỉ giúp nâng cao độ chính xác của kết quả phân tích mà còn đảm bảo tính toàn vẹn của mẫu trong quá trình xử lý.
Oxi được hình thành trong quá trình phản ứng oxi hóa các nguyên tố khác Các phân tử chứa nitơ khi tác dụng với H2SO4 sẽ tạo thành NH3, quá trình này đặc biệt xảy ra trong quá trình thủy phân protein thành amino acid Trong phản ứng này, C và H trong amino acid chuyển thành CO2 và H2O, còn N được giải phóng dưới dạng NH3 Ammonia sau đó kết hợp với H2SO4 dư để hình thành (NH4)2SO4, một hợp chất tan trong dung dịch, thúc đẩy quá trình sản xuất phân bón và các ứng dụng công nghiệp khác.
Các nguyên tố P, K, Ca, Mg … Chuyển thành dạng oxit : P2O5, K 2 O, CaO, MgO…. Đuổi amoniac ra khỏi dung dịch bằng NaOH.
(NH4)2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + H 2 O + 2NH3NH3 bay ra cùng với nước sang bình hứng, bình hứng chứa dung dịch H 3 BO3 hoặc
2NH4OH + 4H3BO3 (NH4)2B4O7 + 7H 2 O 2NH4OH + H2SO4 (NH4)2SO4 + 2H 2 O
Chuẩn độ dung dịch trong bình hứng bằng dd HCl 0.1N Công thức xác định hàm lượng protein và cách thực hiện được thể hiển ở phụ lục 1.4.
2.3.5 Phương pháp xác định hàm lượng đường tổng.
Phương pháp phenolsulfuric là kỹ thuật dựa trên nguyên tắc tạo màu đặc trưng cho đường nhờ phản ứng với phenol và axit sulfuric đặc Phương pháp này được sử dụng để xác định hàm lượng đường trong mẫu, đảm bảo độ chính xác và tin cậy cao Các bước thực hiện và công thức tính toán cụ thể được trình bày chi tiết trong phụ lục 1.5, giúp người thực hiện dễ dàng áp dụng trong các phân tích thực nghiệm.
2.3.6 Phương pháp xác định hàm lượng polyphenol.
Polyphenol trong phần mẫu thử của lá trà nghiền được chiết bằng nước và xác định bằng phương pháp so màu với thuốc thử Folin-Ciocalteu, sử dụng acid gallic làm chất chuẩn Phản ứng màu xanh của vonfarm và molypden sinh ra khi các nhóm hydroxy phenol bị oxi hóa bởi chất oxi hóa trong thuốc thử, có độ hấp thụ cực đại ở bước sóng 760-765 nm Mặc dù thuốc thử phản ứng với nhiều hợp chất polyphenol có thể có đáp ứng khác nhau, việc sử dụng acid gallic làm chuẩn giúp xác định chính xác tổng hàm lượng polyphenol trong mẫu dựa trên độ đậm màu (OD) và phương trình đường chuẩn.
Xây dựng phương trình đường chuẩn acid gallic và xác định hàm lượng polyphenol được thể hiện ở phụ lục 2.1.
Hàm lượng polyphenol tổng số (PP), hàm lượng được quy đổi về giá trị khối lượng chất chuẩn Gallic Acid Equivalent (mg GAE/g) và tính bằng công thức:
Dmẫu: là mât độ quang thu được đối với dung dịch mẫu thử.
Dgiao điểm: là mât độ quang tại điểm đường chuẩn tuyến tính phù hợp nhất cắt với trục y
Schuẩn: là độ dốc thu được từ hiệu chuẩn tuyến tính phù hợp nhất
mmẫu: là khối lượng của phần mẫu thử, tính bằng gam (g)
Vmẫu: là thể tích của dịch chiết mẫu tính bằng mililit (ml)
d: là hệ số pha loang được dùng trước khi xác định phep đo màu.
wDM,mẫu : là hàm lượng chất khô của mẫu thử, tính bằng phần trăm khối lượng (%).
2.3.7 Phương pháp xác định khả năng quét gốc tự do ( 1, 1- Diphenyl- 2- picrylhydrazyl)
DPPH được thực hiện theo phương pháp của Kai Marxen et al, (2007) và cộng sự với một số thay đổi nhỏ
Cho 10 mg thuốc thử DPPH vào cốc có dán giấy bạc bên ngoài, có nắp đậy kín.
Bổ sung thêm lượng methanol tinh khiết vào Hòa tan mẫu.
Lấy mẫu đo mật độ quang và hiệu chỉnh hàm lượng methanol, sao cho mật độ quang thu được ở bước sóng 517 nm là 1,100.
Chú ý: Nếu mật độ quang cao hơn 1,100 thì bổ sung thêm methanol, nếu mật độ quang nhỏ hơn 1,100 thì bổ sung thêm DPPH.
Pha các dung dịch vitamin C có nồng đồng độ lần lượt là 20, 40, 60, 80 và 100 ppm.
Lấy 0,15 mL mẫu ở các dung dịch trên cho vào ống nghiệm đã bịt kín bằng giấy bạc.
Bổ sung 2,85 mL dung dịch thuốc thử DPPH đã chuẩn bị ở trên.
Lắc đều và ủ trong tối 30 phút Đo mật độ quang tại bước sóng 517 nm.
Ghi nhận kết quả và xây dựng phương trình đường chuẩn Đối với mẫu thực: Hút 0,15ml dung dịch mẫu cho vào ống nghiệm bịt kín, bổ sung
2,85ml dung dịch thuốc thử DPPH, lắc đều trong tối 30 phút Sau đó đo độ hấp thu quang học ở bước sóng 517nm [13]
2.3.8 Phương pháp xác định khả năng quét ion ( ferric reducing- antioxidant power)
FRAP được thực hiện theo phương pháp của Kriengsak và cộng sự với một số sửa đổi theo Benzie và Strain với tác nhân FRAP [11, 12].
Chuẩn bị tác nhân Frap:
Sau thời gian trích ly, đem các dịch trích ly đi ly tâm lạnh ở 4000 vòng trong thời gian
Ly Yam lạnh giúp tăng cường khả năng kết lắng của các tạp chất, từ đó nâng cao độ chính xác của kết quả đo Đồng thời, nó giảm thiểu hiện tượng bay hơi của dung môi, đảm bảo quá trình phân tích diễn ra ổn định và tin cậy Thời gian ủ khoảng 15 phút là lý tưởng để đạt hiệu quả tối ưu trong quá trình chuẩn bị mẫu Việc sử dụng ly Yam lạnh đúng quy trình góp phần nâng cao chất lượng phân tích và độ chính xác của kết quả cuối cùng.
Sau khi ly tâm, lấy 1 ml mẫu pha loãng phù hợp bằng micropipet để chuẩn bị mẫu đo Tiếp theo, chuyển 1 ml dung dịch mẫu đã pha loãng vào ống nghiệm, rồi thêm 2 ml tác nhân FRAP và 2 ml nước cất Hỗn hợp được để phản ứng trong vòng 1 giờ để đảm bảo phản ứng hoàn tất Cuối cùng, đo độ hấp thụ của mẫu ở bước sóng 593 nm để đánh giá khả năng chống oxy hóa của mẫu.
Chuẩn bị mẫu trắng: mẫu trắng chỉ chứa 2 ml tác nhân FRAP + 3 ml nước cất.
Dựa trên kết quả từ dung dịch chuẩn Fe²⁺, với y là mật độ quang và x là nồng độ Fe²⁺ (mg Fe²⁺/g chất khô), ta xác định độ lệch chuẩn R²⁺ của đường chuẩn để đảm bảo độ chính xác của phương pháp đo Dựa vào đường chuẩn này, có thể tính nồng độ Fe²⁺ trong mẫu đo quang học M (mg Fe²⁺/g chất khô) một cách chính xác Hoạt tính chống oxy hóa của nguyên liệu được đánh giá dựa trên kết quả đo, phản ánh khả năng ngăn chặn quá trình oxy hóa trong mẫu.
AA: Hoạt tính chống oxy hóa trong nguyên liệu
M: Nồng độ Fe 2+ trong mẫu đo quang học = hoạt tính chống oxy hóa trong mẫu đo quang học
F: Hệ số pha loãng
V: Thể tích dung môi dùng trích ly chất oxy hóa (ml)
m: Khối lượng mấu đem trích ly (g)
Phương pháp xử lý số liệu
Trong nghiên cứu này, mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần và kết quả được trình bày dưới dạng giá trị trung bình kèm giá trị sai số Đánh giá sự khác biệt có ý nghĩa giữa các mẫu thí nghiệm được thực hiện bằng phương pháp thống kê ANOVA kiểm định LSD với mức ý nghĩa α 0,05, sử dụng phần mềm Statgraphics để phân tích dữ liệu Đồng thời, quá trình tối ưu hóa các thông số sử dụng phần mềm Modde 5.0 để đạt hiệu quả cao nhất trong nghiên cứu.