Luận án Tiến sĩ Nghiên cứu sự biến đổi thành phần một số chất tạo mùi trong chế biến chè đen

Xuất phát từ những vấn đền trên, đề tài “Nghiên cứu sự biến đổi thành phần một số chất tạo mùi trong chế biến chè đen” được tiến hành nhằm tìm ra cơ sở khoa học về sự biến đổi các thàn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực và chưa có ai đã công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Người hướng dẫn khoa học

1 PGS.TS Nguyễn Thị Minh Tú

2 PGS.TS Nguyễn Duy Thịnh

Hà Nội, tháng … năm 2017 Nghiên cứu sinh

Hoàng Quốc Tuấn

Tôi xin cảm ơn TS Vũ Hồng Sơn, Trưởng Bộ Môn Quản Lý Chất Lượng,

đã có những đóng góp rất có ý nghĩa cho luận án với cương vị vừa là Thầy vừa là đồng nghiệp

Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực Phẩm, Bộ môn Quản lý chất lượng đã tạo điều kiện cho tôi tiến hành nghiên cứu, học tập và hoàn thiện luận án

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả người thân, đồng nghiệp và bạn đã động viên, hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Hà Nội, tháng … năm 2017

Hoàng Quốc Tuấn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 3

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 6

1.1 Thành phần hóa học trong lá chè 6

1.2 Công nghệ chế biến và sự tạo thành các hợp chất bay hơi 8

1.2.1 Công đoạn làm héo 11

1.2.2 Công đoạn phá vỡ tế bào 12

1.2.3 Công đoạn lên men 13

1.2.4 Công đoạn sấy 14

1.3 Tình hình nghiên cứu liên quan đến chè đen tại Việt Nam 16

1.4 Sự hình thành hợp chất bay hơi từ một số nhóm tiền chất có trong lá chè 18

1.4.1 Chất bay hơi có trong nguyên liệu lá chè 19

1.4.1.1 Chất bay hơi hình thành từ chất béo 20

1.4.1.2 Chất bay hơi hình thành từ axít amin 22

1.4.1.3 Chất bay hơi từ carotenoid 24

1.4.1.4 Chất bay hơi tồn tại trong liên kết glycoside 25

1.4.2 Chất bay hơi hình thành trong quá trình chế biến 28

1.4.2.1 Sự hình thành chất bay hơi do phản ứng oxi hóa axít béo 28

1.4.2.2 Sự hình thành chất bay hơi do phản ứng Maillard 34

1.4.2.3 Sự hình thành chất bay hơi do phản ứng phân giải carotenoid 37

1.5 Sự kết hợp của phân tích cảm quan và phân tích bằng công cụ trong nghiên cứu liên quan đến chất thơm .39

CHƯƠNG 2 45

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45

2.1 Đối tượng nghiên cứu 45

2.1.1 Chè đen OTD và CTC 45

2.2 Thí nghiệm chế biến chè đen OTD quy mô phòng thí nghiệm 46

2.3 Sơ đồ nghiên cứu của luận án 48

2.4 Phương pháp nghiên cứu 49

2.4.1 Lấy mẫu 49

2.4.2.Phân tích thành phần carotenoid trong lá chè 49

2.4.3 Phân tích thành phần axít amin trong lá chè 50

2.3.4 Phân tích thành phần axít béo trong lá chè 51

2.4.5 Phân tích thành phần bay hơi 53

2.4.6 Phân tích hoạt tính peptidase và lypoxygenase 54

2.4.7 Xác định hàm lượng chất béo tổng số 55

2.4.8 Xác định hàm lượng protein tổng số 56

2.4.9 Phân tích cảm quan 56

2.4.10 Phương pháp xử lí số liệu 57

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58

3.1 Nghiên cứu thành phần hợp chất bay hơi của chè đen thành phẩm 58

3.1.1 Thành phần bay hơi một số loại chè đen thành phẩm từ một số nước 58 3.1.2 Thành phần bay hơi của chè đen OTD theo cấp loại 61

3.2 Nghiên cứu mối tương quan giữa các cấu tử bay hơi trong sản phẩm và thành phần tiền chất trong lá chè đối với cảm quan thị hiếu về mùi sản phẩm chè đen OTD .67

3.2.1 Mô hình hồi quy tương quan giữa điểm cảm quan thị hiếu về mùi và cấu tử bay hơi của chè đen 67

3.2.1.1 Mô hình hồi quy xây dựng từ điểm cảm quan thị hiếu và cấu tử bay hơi được thu nhận theo phương pháp chiết nước 68

3.2.1.2 Mô hình hồi quy xây dựng từ điểm cảm quan thị hiếu và cấu tử bay hơi được thu nhận theo phương pháp HP-SPME 71

3.2.2 Sự tương quan giữa cảm quan thị hiếu về mùi của chè đen sản phẩm và

nhóm tiền chất có trong đọt chè nguyên liệu .75

3.3 Nghiên cứu khảo sát nhóm tiền chất tạo mùi trong lá chè nguyên liệu giống Trung du, PH11, Shan chất tiền .80

3.3.1 Hoạt tính peptidase, lipoxygenase trong lá chè nguyên liệu 80

3.3.2 Thành phần nhóm tiền chất tạo mùi 82

3.3.2.1 Thành phần axít amin và một số chất thuộc nhóm carotenoid 82

3.3.2.2 Thành phần axít béo 87

3.4 Nghiên cứu sự thay đổi nhóm tiền chất tạo mùi và các cấu tử bay hơi trong chế biến chè đen 91

3.4.1 Sự biến đổi thành phần bay hơi 92

3.4.2 Sự biến đổi hoạt tính của lypoxygenase và peptidase 100

3.4.3 Sự biến đổi thành phần axít amin 102

3.4.4 Sự biến đổi của carotenoid 107

3.4.5 Sự biến đổi thành axít béo 111

3.5 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chất lượng mùi thơm chè đen OTD 116

3.5.1 Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của thời gian héo đến thành phần bay hơi 116

3.5.2 Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên men đến thành phần bay hơi 123

3.5.3 Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến thành phần bay hơi 129

3.5.4 Nghiên cứu kiểm chứng ảnh hưởng của một số thông số công nghệ trong quá trình chế biến chè đen OTD đến chất lượng mùi sản phẩm 132

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 135

TÀI LIỆU THAM KHẢO 137

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu,

chữ viết tắt

Chú giải

HS-SPME Phương pháp vi chiết pha rắn không

gian hơi

Headspace–Solid Phase Microextraction

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong lá chè 6

Bảng 1.2 Thành phần hóa học một số giống chè Việt Nam 8

Bảng 1.3 Bảng số lượng các cấu tử bay hơi được tìm thấy trong lá chè 18

Bảng 1.3 Bảng số lượng các cấu tử bay hơi được tìm thấy trong lá chè (tiếp tục) 19

Bảng 1.4 Các chất bay hơi hình thành do quá trình tự oxi hóa các axít không no 32

Bảng 1.5 Một số Strecker aldehyde hình thành trong phản ứng Maillard từ tiền chất axít amin 37

Bảng 2.1 Mẫu chè đen sử dụng để nghiên cứu thành phần bay hơi……….45

Bảng 2.2 Chương trình gradient………51

Bảng 3.1 Thành phần hợp chất bay hơi của các loại chè đen OTD 63

Bảng 3.1 Thành phần hợp chất bay hơi của các loại chè đen OTD (tiếp tục) 64

Bảng 3.2 Bảng hệ trọng lượng w* của thành phần bay hơi theo phương pháp chiết nước 69

Bảng 3.3 Các chất bay hơi chính dùng để xây dựng mô hình dự báo chất lượng sản phẩm 70

Bảng 3.4 Ma trận các thành phần đặc trưng (ma trận thuộc tính w*) của thành phần bay hơi theo phương pháp chiết HP-SPME 72

Bảng 3.5 Các chất bay hơi chính dùng để xây dựng mô hình dự báo chất lượng sản phẩm 73

Bảng 3.6 Thành phần β-carotene và zeaxanthin trong 03 giống chè 76

Bảng 3.7 Thành phần axít amin trong 03 giống chè 77

Bảng 3.9 Thành phần axít béo trong 03 giống chè 78

Bảng 3.12 Thành phần axít béo chính dùng để xây dựng mô hình dự báo chất lượng mùi chè đen OTD 79

Bảng 3.13 Thành phần chất axít amin chính dùng để xây dựng mô hình dự báo

chất lượng mùi chè đen OTD 79

Bảng 3.11 Giống, thời điểm thu hái ảnh hưởng đến hoạt tính peptidase và lipoxygenase 81

Bảng 3.12 Thành phần axít amin tại một số thời điểm thu hái 83

Bảng 3.13 Thành phần carotenoid tại một số thời điểm thu hái 85

Bảng 3.14 Thành phần axít béo tại một số thời điểm thu hái 88

Bảng 3.15 Thành phần bay hơi ở các thời điểm khác nhau trong quá trình chế biến chè đen từ giống chè PH11 92

Bảng 3.15 Thành phần bay hơi ở các thời điểm khác nhau trong quá trình chế biến chè đen từ giống chè PH11 (tiếp tục) 93

Bảng 3.16 Sự thay đổi hoạt tính enzym, protein và chất béo trong quá trình chế biến chè từ giống chè PH11 101

Bảng 3.17 Thành phần axít amin tại một số thời điểm trong quá trình chế biến chè đen OTD 102

Bảng 3.18 Sự biến đổi carotenoid trong quá trình chế biến chè đen OTD 108

Bảng 3.19 Sự biến đổi hàm lượng của một số axít béo trong quá trình chế biến chè đen OTD 112

Bảng 3.20 Thành phần hợp chất bay hơi thuộc nhóm I và II được phát hiện trong mẫu chè đen OTD có thời gian héo khác nhau 117

Bảng 3.21 Thành phần hợp chất bay hơi thuộc nhóm I và II của mẫu chè đen OTD có thời gian lên men khác nhau 123

Bảng 3.21 Thành phần hợp chất bay hơi thuộc nhóm I và II của mẫu chè đen OTD có thời gian lên men khác nhau (tiếp tục) 124

Bảng 3.22 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy lên thành phần bay hơi chè đen 129

Bảng 3.22 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy lên thành phần bay hơi chè đen (tiếp tục) 130

Bảng 3.23 Thành phần bay hơi thuộc nhóm I và II của mẫu chè đen làm từ 3 giống chè 133

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến chè đen 9

Hình 1.2 Biến đổi sinh hóa tạo thành chất bay hơi trong lá chè 20

Hình 1.3 Quá trình sinh tổng hợp của axít linolenic với xúc tác bởi lipoxygenase (LOX) 21

Hình 1.4 Sự hình thành các aldehyde từ các axít linoleic và axít linolenic theo cơ chế phân giải heterolytic 22

Hình 1.5 Quá trình sinh tổng hợp các aldehyde, alcohol từ axít amin (A): β -oxidation; (B): Quá trình Acyl-ACP; (C): quá trình tạo isoamyl acetate từ L-leucine 23

Hình 1.6 Sự hình thành phenylpropanoid và bezenoid 24

Hình 1.7 Sinh tổng hợp của 2-phenylethanol từ phenylalanine thông qua phenethylamine và 2-phenylacetaldehyde 24

Hình 1.8 Sự hình thành các chất bay hơi từ β-carotene, α-carotene, lutein, và zeaxanthin do bị cắt ở vị trí 9-10 hoặc 9’-10’ bởi enzyme CCD1 25

Hình 1.9 Cấu trúc và sự xuất hiện của chất bay hơi alcoholic nằm trong liên kết glycoside ở trong lá chè 26

Hình 1.10 Cơ chế tạo thành chất bay hơi từ tiền chất β-primeveroside bởi β -primeverosidase 26

Hình 1.11 Chất bay hơi nằm trong liên kết glycoside của benzaldehyde (A), coumarin (B), và damascenone (C) 27

Hình 1.12 Quá trình oxi hóa axít oleic 29

Hình 1.13 Quá trình oxi hóa axít linoleic 30

Hình 1.14 Trạng thái hoạt động và vô hoạt của chất nhạy ánh sáng 30

Hình 1.15 Các cơ chế phản ứng oxi hóa quang hóa của axít béo tạo thành các hydroperoxides 31

Hình 1.16 β-Scission của monohydroperoxide 33

Hình 1.17 Sự hình thành các aldehyde từ 9-hydroperoxide của axít linoleic 33

Hình 1.18 Phản ứng ngưng tụ carbonyl – amin 34

Hình 1.19 Phản ứng chuyển vị Amadori 34

Hình 1.20 Phản ứng chuyển vị Heyns 35

Hình 1.21 Sự hình thành các desoxyosonse 35

Hình 1.22 Sự hình thành các Strecker aldehyde 36

Hình 1.23 Sự hình thành các chất bay hơi và không bay hơi trong quá trình gia nhiệt β-carotene 38

Hình 2.1 Hình ảnh đọt chè của 3 giống chè sử dụng nghiên cứu……….46

Hình 2.2 Hình ảnh thí nghiệm chế biến chè đen OTD……….47

Hình 3.1 Thành phần nhóm bay hơi là sản phẩm oxi hóa chất béo 59

Hình 3.2 Thành phần nhóm bay hơi sản phẩm oxi hóa carotenoid 59

Hình 3.3 Thành phần bay hơi thuộc nhóm chất phân giải từ chất có liên kết glycoside 60

Hình 3.4 Đồ thị phân cụm (nhóm) của 14 mẫu chè đen dựa trên 11 chất bay hơi 60

Hình 3.5 Thành phần nhóm bay hơi là sản phẩm oxi hóa chất béo phân tích theo HP-SPME 65

Hình 3.6 Thành phần nhóm bay hơi là sản phẩm oxi hóa chất béo phân tích theo phương pháp chiết nước 65

Hình 3.7 Thành phần nhóm bay hơi là sản phẩm oxi hóa carotenoid phân tích theo HP-SPME 66

Hình 3.8 Thành phần nhóm bay hơi là sản phẩm oxi hóa carotenoid phân tích theo phương pháp chiết nước 66

Hình 3.9 Phân tích PCA 67

Hình 3.10 Phân tích PCA 67

Hình 3.11 Điểm thị hiếu về mùi và sản phẩm 68

Hình 3.12 Điểm cảm quan thị hiếu về mùi của người tiêu dùng đối với 3 mẫu chè đen OTD 76

Hình 3.13 Sự phân bố của các giống chè trong mặt phẳng chính thứ nhất 86

Hình 3.14 Sự tương quan của các thành phần carotenoid và axít amin trong các giống chè 86 Hình 3.15 Sự phân bố của các giống chè trong mặt phẳng chính thứ nhất 90 Hình 3.16 Sự tương quan của các thành phần axít béo trong các giống chè 90 Hình 3.17 Sự thay đổi của cấu tử bay hơi thuộc nhóm sản phẩm phân giải từ α-linolenic axít ở giai đoạn héo 94 Hình 3.18 Sự thay đổi của cấu tử bay hơi thuộc nhóm sản phẩm phân giải từ α-linolenic axít ở giai đoạn lên men và sấy 95 Hình 3.19 Sự thay đổi của cấu tử bay hơi thuộc nhóm sản phẩm phân giải từ linoleic axít ở giai đoạn héo 95 Hình 3.20 Sự thay đổi của cấu tử bay hơi thuộc nhóm sản phẩm phân giải từ linoleic axít ở giai đoạn lên men và sấy 96 Hình 3.21 Sự thay đổi của cấu tử bay hơi thuộc nhóm sản phẩm phân giải từ carotenoid ở giai đoạn héo 97 Hình 3.22 Sự thay đổi của cấu tử bay hơi thuộc nhóm sản phẩm phân giải từ carotenoid ở giai đoạn lên men và sấy 97 Hình 3.23 Sự thay đổi của cấu tử bay hơi thuộc nhóm sản phẩm phân giải từ nhóm chất có liên kết glycoside ở giai đoạn héo 98 Hình 3.24 Sự thay đổi của cấu tử bay hơi thuộc nhóm sản phẩm phân giải từ nhóm chất có liên kết glycoside ở giai đoạn lên men 99 Hình 3.25 Sự thay đổi thành phần axít amin có ảnh hưởng đến cảm quan về mùi của chè đen trong quá trình héo 103 Hình 3.26 Sự thay đổi thành phần axít amin có ảnh hưởng đến cảm quan về mùi của chè đen trong quá trình lên men 105 Hình 3.27 Đồ thị Tương quan chính tắc giữa axít amin và cấu tử bay hơi 105 Hình 3.28 Sự thay đổi hàm lượng carotenoid tổng số và của β-carotene, zeaxanthine trong giai đoạn héo 108 Hình 3.29 Sự thay đổi hàm lượng carotenoid tổng số và của β-carotene, zeaxanthine trong giai đoạn lên men 109

Hình 3 30 Tương quan chính tắc giữa carotenoid và cấu tử bay hơi 110 Hình 3.31 Sự biến đổi của một số axít béo ảnh hưởng đến điểm cảm quan về mùi của chè đen trong giai đoạn héo 113 Hình 3.32 Sự biến đổi của một số axít béo ảnh hưởng đến điểm cảm quan về mùi của chè đen trong giai đoạn lên men 114 Hình 3 33 Tương quan chính tắc giữa axít béo và cấu tử bay hơi 115 Hình 3.34 % khác biệt về tỉ lệ hàm lượng cấu tử bay hơi là sản phẩm oxi hóa α-linolenic axít được phát hiện trong mẫu chè đen được héo ở các mức thời gian khác nhau (so với mẫu 8 giờ héo) 118 Hình 3.35 % khác biệt về tỉ lệ hàm lượng cấu tử bay hơi là sản phẩm oxi hóa linoleic axít được phát hiện trong mẫu chè đen được héo ở các mức thời gian khác nhau (so với mẫu 8 giờ héo) 119 Hình 3.36 % khác biệt về tỉ lệ hàm lượng cấu tử bay hơi là sản phẩm oxi hóa oleic axít được phát hiện trong mẫu chè đen được héo ở các mức thời gian khác nhau (so với mẫu 8 giờ héo) 119 Hình 3.37 % khác biệt về tỉ lệ hàm lượng cấu tử bay hơi là sản phẩm phân giải từ nhóm chất có liên kết glycoside được phát hiện trong mẫu chè đen được héo ở các mức thời gian khác nhau (so với mẫu 8 giờ héo) 121 Hình 3.38 % khác biệt về tỉ lệ hàm lượng cấu tử bay hơi là sản phẩm oxi hóa α-linolenic axít được phát hiện trong mẫu chè đen lên men ở các mức thời gian khác nhau (so với mẫu 120 phút lên men) 125 Hình 3.39 % khác biệt về tỉ lệ hàm lượng cấu tử bay hơi là sản phẩm oxi hóa axít linoleic được phát hiện trong mẫu chè đen lên men ở các mức thời gian khác nhau (so với mẫu 120 phút lên men) 125 Hình 3.40 % khác biệt về tỉ lệ hàm lượng cấu tử bay hơi là sản phẩm phân giải từ nhóm chất có liên kết glycoside được phát hiện trong mẫu chè đen được héo ở các mức thời gian khác nhau (so với mẫu 120 phút lên men) 127 Hình 3.41 Sự phân bố thành phần bay hơi và mẫu trên mặt phẳng chính thứ nhất 131

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Việt Nam là nước có sản lượng chè lớn và được xuất khẩu đi nhiều nước trên thế giới Tuy nhiên, hiện nay thị trường xuất khẩu chủ yếu tập trung vào các nước thuộc khu vực Trung Đông và Châu Á như Pakistan và Đài Loan v.v Trong khi

đó lượng chè xuất khẩu đến các nước Châu Âu vẫn còn rất thấp do không đáp ứng yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng và an toàn [11] Do nhu cầu phát triển thị

trường và nâng cao lợi nhuận cho ngành chè, nhà nước và doanh nghiệp đã đầu tư kinh phí cho rất nhiều đề tài và dự án để phát triển nhiều loại giống chè, nghiên cứu công nghệ và chế tạo cải tiến trang thiết bị v.v nhằm sản xuất và chế biến

được sản phẩm chè chất lượng Các nghiên cứu và dự án chủ yếu được chia thành

ba hướng như sau:

- Nông nghiệp: Nghiên cứu phát triển giống chè chất lượng cao, trong đó bao gồm nghiên cứu đánh giá thành phần hóa học của các giống chè đã và đang sử dụng, nghiên cứu sự ảnh hưởng của điều kiện canh tác đến chất lượng lá chè [7, 22]

- Chế biến : Nghiên cứu cải tiến công nghệ và thiết bị [1, 4, 12, 13]

- Thị trường và phát triển sản phẩm: Nghiên cứu phát triển các sản phẩm có giá trị từ cây chè, áp dụng hệ thống quản lý chất lượng và xây dựng thương hiệu chè, v.v.[6, 23]

Kết quả nghiên cứu về phát triển giống chè trong những năm qua đã đem lại cho nước ta một lượng giống chè rất đa dạng với hơn 173 loại giống cho chất lượng và năng suất cao với hương vị đặc biệt được các thị trường thế giới ưa chuộng như: Shan, PH11, LDP1, LDP2, PT14 và các giống chè nhập nội như: PT95, Bát tiên, Ngọc Thúy, Kim Tuyên, Ô Long Thanh tâm, v.v để thay thế dần các giống chè Trung du có năng suất thấp và chất lượng sản phẩm không cao Sảm phẩm chè Việt Nam chủ yếu là chè đen chiếm tỉ lệ 63% (trong đó có khoảng 60% là chè đen Orthodox và 3% là chè CTC), còn lại 37% là chè xanh và hương

Do đó, đối tượng chè đen được quan tâm và thực hiện nhiều nghiên cứu để có thể sản xuất ra được loại chè chất lượng cao Các kết quả đã được công bố liên quan

đến thành phần hóa học cho thấy các nghiên cứu chủ yếu phân tích hàm lượng và

thành phần các loại polyphenol và một số thành phần cơ bản như caffein, axít amin tổng số v.v có trong lá chè thuộc các giống chè khác nhau Trong khi

đó,các nghiên cứu về cải tiến công nghệ và thiết bị tập trung vào nghiên cứu chế

tạo các thiết bị ở công đoạn héo, lên men và phân loại chè đen Kết quả áp dụng thực tế các kết quả nghiên cứu về thiết bị này cho thấy đã góp phần nâng cao

được chất lượng chè đen [5, 14]

Tuy nhiên, bên cạnh nội dung nghiên cứu phát triển giống chè và cải tiến thiết bị, hướng nghiên cứu chuyên sâu về các biến đổi sinh hóa trong quá trình chế biến chè đen sẽ làm cơ sở khoa học cho nghiên cứu đổi mới công nghệ nhằm nâng cao chất lượng cũng cần được nghiên cứu một cách đầy đủ Đã có nhiều kết quả nghiên cứu về quá trình biến đổi sinh hóa của nhóm chất polyphenol liên quan đến tính chất màu và vị của sản phẩm chè đen được công bố [118] Nhưng các nghiên cứu liên quan đến nhóm chất tạo nên tính chất mùi của sản phẩm chè

đen còn rất hạn chế, đặc biệt là các nghiên cứu trong nước trên các đối tượng chè

Việt Nam Do đó, việc tiến hành nghiên cứu về nhóm chất có liên quan đến tạo mùi cho sản và sự ảnh hưởng của chúng đối với điểm cảm quan về mùi của sản phẩm chè đen là rất cần thiết Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần định hướng giúp các nhà nông học có thể vận dụng để chọn giống chè nhằm rút ngắn thời gian tạo

ra giống mới theo định hướng sản phẩm có mùi thơm tốt hơn từ việc phân tích những tiền chất ngay từ khi cây non Các nhà công nghệ có thể vận dụng để tìm cách hạn chế những chuyển hóa bất lợi và tăng cường các chuyển hóa có lợi để sản phẩm có chất lượng cảm quan về mùi tốt nhất

Xuất phát từ những vấn đền trên, đề tài “Nghiên cứu sự biến đổi thành phần

một số chất tạo mùi trong chế biến chè đen” được tiến hành nhằm tìm ra cơ sở

khoa học về sự biến đổi các thành phần tiền chất và thành phần bay hơi có ảnh hưởng đến giá trị điểm cảm quan về mùi của sản phẩm góp phần vào định hướng phát triển giống chè, xây dựng chế độ công nghệ phù hợp nhằm nâng cao chất lượng chè đen OTD Từ đó nâng cao sức cạnh tranh của sản phẩm chè đen Việt Nam, tăng khả năng tiêu thụ và giá trị sản phẩm

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá được vai trò ảnh hưởng của các cấu tử bay hơi trong chè đen OTD

đối với điểm cảm quan thị hiếu về mùi của chè đen sản phẩm; xác định được

mối tương quan giữa tiền chất tạo cấu tử bay hơi đối với điểm cảm quan thị hiếu về mùi của chè đen sản phẩm

- Xây dựng được cơ sở dữ liệu thành phần các tiền chất tạo cấu tử bay hơi

(carotenoid, axít amin, axít béo) trong lá chè (Camellia sinensis) nguyên liệu

thuộc các giống Trung du, PH11, Shan chất tiền nhằm xác định sự biến đổi của các thành phần này trong quá trình chế biến chè đen OTD

3 Nội dung nghiên cứu

Để nghiên cứu sự biến đổi một số thành phần tiền chất tạo mùi trong quá trình

chế biến chè đen, đề tài đã nghiên cứu trực tiếp các vấn đề có liên quan với nội dung chính như sau:

- Nghiên cứu một số thành phần hợp chất bay hơi của chè đen

- Nghiên cứu mối tương quan giữa các cấu tử bay hơi trong sản phẩm và thành phần tiền chất trong lá chè đối với điểm cảm quan thị hiếu về mùi sản phẩm chè

cơ sở dữ liệu về thành phần bay hơi trong mẫu chè đen

- Đã xây dựng được mô hình hồi quy tương quan giữa điểm cảm quan thị hiếu

về mùi và thành phần bay hơi của sản phẩm chè đen OTD Trên cơ sở đó xác

định vai trò của một số cấu tử bay hơi đối với điểm cảm quan thị hiếu về mùi

của chè đen OTD Trong đó, nhóm cấu tử là sản phẩm oxi hóa từ axít béo có

xu hướng làm giảm điểm cảm quan thị hiếu về mùi Nhóm cấu tử là sản phẩm

oxi hóa carotenoid, sản phẩm phản ứng của axít amin và nhóm chất nằm trong liên kết glycoside có xu hướng làm tăng điểm cảm quan thị hiếu về mùi của chè đen

- Xây dựng được mô hình hồi tương quan giữa cảm quan thị hiếu về mùi của sản phẩm chè đen và thành phần tiền chất tạo cấu tử bay hơi có trong lá chè Trên cơ sở đó đã xác định được vai trò của một số thành phần tiền chất axít béo, axít amin và carotenoid trong lá chè đến điểm cảm quan thị hiếu về mùi của chè đen OTD

- Đã xác định được một số nhóm tiền chất tạo cấu tử bay hơi và hàm lượng của

chúng gồm axít béo, axít amin và carotenoid trong lá chè nguyên liệu của các giống chè Shan Chất Tiền, Trung Du và PH11, và nghiên cứu được sự biến

đổi của các thành phần này trong quá trình chế biến chè đen OTD

- Đã xác định được sự ảnh hưởng của thông số công nghệ gồm thời gian héo,

thời gian lên men và nhiệt độ sấy lên thành phần bay hơi và điểm cảm quan

về mùi của chè đen sản phẩm đối với mẫu được chế biến ở quy mô phòng thí nghiệm, và có khả năng góp phần đưa ra dự báo về xu hướng thay đổi của thông số công nghệ đối với 03 giống chè sử dụng trong nghiên cứu

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả phân tích thành phần tiền chất trong một số giống chè và mô hình hồi quy tương quan giữa các thành phần tiền chất trong đọt chè với điểm cảm quan thị hiếu về mùi của chè đen sản phẩm là cơ sở khoa học góp phần cho việc định hướng phát triển và chọn giống chè nhằm tạo ra chè đen đáp ứng thị hiếu Kết quả nghiên cứu về sự biến đổi của nhóm tiền chất và các cấu tử bay hơi trong quá trình chế biến chế biến chè đen, và sự ảnh hưởng của một số thông số công nghệ góp phần định hướngđưa ra dự báo về sự thay đổi thông

số công nghệ cho phù hợp với từng giống chè nhằm nâng cao và ổn định chất lượng cảm quan về mùi của chè đen

- Các kết quả nghiên cứu của đề tài là tài liệu tham khảo khoa học có giá trị về

sự hình thành và biến đổi của các cấu tử bay hơi trong quá trình chế biến chế biến chè đen phục vụ cho đào tạo và nghiên cứu liên quan đến ngành chè

4.3 Những điểm mới của luận án

- Kết quả nghiên cứu của luận án đã góp phần cung cấp thêm thông tin về cấu

tử bay hơi trong mẫu chè đen, và bước đầu đã xác định vai trò của một số cấu

tử bay hơi đối với điểm cảm quan thị hiếu về mùi của chè đen sản phẩm được chế biến tại Việt Nam dựa trên phương pháp xây dựng mô hình tương quan

- Luận án bước đầu đã xác định được vai trò của các tiền chất bằng cách xâydựng mô hình tương quan giữa tiền chất tạo cấu tử bay hơi gồm axít béo, axít amin và carotenoid có trong đọt chè nguyên liệu với điểm cảm quan thị hiếu về mùi của chè đen sản phẩm

- Kết quả phân tích về thành phần tiền chất tạo cấu tử bay hơi trong 03 giống chè gồm Trung du, PH11, Shan chất tiền ở các thời điểm thu hái khác nhau trong năm là những đóng góp tin cậy, làm phong phú thêm nguồn tư liệu khoa học về thành phần hóa học của các giống chè Việt Nam

- Kết quả nghiên cứu của đề tài đã chỉ ra được sự biến đổi của cấu tử bay hơi, các thành phần tiền chất trong quá trình chế biến, và bước đầu khảo sát được

ảnh hưởng của một số thông số công nghệ trong quá trình héo, lên men và

sấy đối với sự biến đổi của các cấu tử bay hơi và điểm cảm quan về mùi của sản phẩm chè đen

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Thành phần hóa học trong lá chè

Quá trình chế biến chè (hay còn gọi là trà) là quá trình trong đó lá chè từ

cây chè (Camellia sinensis) được chế biến thành trạng thái khô dùng để pha uống

Chè được phân loại dựa trên công nghệ được áp dụng Quá trình chế biến chè tạo

ra các sản phẩm chè khác nhau có liên quan chặt chẽ đến mức độ oxi hóa của lá chè, mức độ tế bào bị phá vỡ, và độ sấy khô sản phẩm Hương vị tự nhiên của sản phẩm chè được xác định bởi giống cây chè, phương thức canh tác, điều kiện và

kỹ thuật thu hái, và thông số công nghệ của quá trình chế biến Thành phần hóa học của lá chè rất đa dạng và phong phú, có giá trị sinh học cao quyết định đến chất lượng chè thành phẩm (bảng 1.1)

được gọi là polyhydroxylphenol (monome), nhiều monome gắn với nhau gọi là

polyphenol (polyme) Các hợp chất phenol tự nhiên trong chè có thể chia làm 3 nhóm chính: Nhóm hợp chất C6 – C1 (axít galic); Nhóm hợp chất C6 – C3 (axít cinamic: axít para – coumaric, axít cafeic); Nhóm hợp chất C6 – C3 – C6(catechin) Hàm lượng polyphenol trong chè thay đổi theo từng mùa trong năm, vùng sinh thái, chế độ chăm bón và chiếm khoảng 15-17% khối lượng chất khô Polyphenol và sản phẩm oxi hóa của polyphenol có vai trò tạo màu và vị cho sản

phẩm chè Sản phẩm oxi hóa của polyphenol có vai trò xác tác các phản ứng tạo cấu tử bay hơi [84, 116]

Nhóm axít amin

Hàm lượng của các axít amin tự do trong lá chè từ 1,6 – 5,6% khối lượng chất khô Các thành phần nhiều nhất gồm: theanine, alanine, arginine và phenylalanine là các axít amin tự do trong lá chè Theanine không có trong protein khi thủy phân mà tồn tại ở trạng thái tự do, nồng độ của nó chiếm đến 70% tổng axít amin tự do Chỉ một số thành phần axít amin có trong lá chè có thể chuyển hóa thành các thành phần bay hơi thuộc nhóm aldehyde như valine, isoleucine, leucine, alanine và phenylalnine [79, 102, 106]

Nhóm carbohydrate

Lá chè có chứa các loại carbohydrate khác nhau, bao gồm từ các đường

đơn giản cho tới các polysaccharide phức tạp Trong lá chè có chứa rất ít các

carbohydrate hoà tan, trong khi đó các gluxit không hoà tan lại chiếm tỷ lệ lớn hơn Hàm lượng đường đơn trong lá chè chiếm 1-2% khối lượng chất khô, và tổng lượng carbohydrate chiếm 10-12% khối lượng chất khô [94]

Nhóm carotenoid

Carotenoid trong lá chè chiếm khoảng 1÷2% khối lượng chất khô Trong

đó, thành phần β-carotene, zeaxanthin và lutein chiếm khoảng 80% so với tổng số carotenoid có trong lá chè Carotenoid trong lá chè được xem là một trong những nhóm tiền chất tạo mùi cho sản phẩm chè đen Các thành phần bay hơi tạo ra trong quá trình trình chế biến chủ yếu như β-ionone, α-ionone, 3-hydroxy-β-ionone v.v [94]

Nhóm lipid

Trong lá chè tươi hàm lượng lipid chiếm 1 ÷4 % khối lượng chất khô, trong

đó các axít béo trong liên kết của lipid chủ yếu là axít béo không no như oleic,

linoleic và linolenic [32].Thành phần các loại axít béo này trong lá chè thay đổi theo mùa vụ, giống, điều kiện canh tác Các axít béo không no, được xác định là tiền chất tạo ra các C6 aldehyde (n -hexanal, cis-3-hexanal, trans-2-hexanal), alcohol (n-hexanol, cis-3-hexanol) và các aldehyde bão hòa như là hexanal,

heptanal, octanal, pentanal

Bảng 1.2 Thành phần hóa học một số giống chè Việt Nam [12, 16]

TT Tên giống

chè

Tanin (%)

Đường (%)

Axít amin (%)

Catechin (mg/gck)

Chất hòa tan (%)

* Tính theo % chất khô; K: không có kết quả

* PH11: Phú hộ 11; TDTN: Trung du Thái Nguyên; TDPT: Trung du Phú Thọ

Thành phần hóa học một số giống chè Việt Nam được mô tả ở bảng 1.2 Trong phạm vi tìm hiểu các nguồn tài liệu có được cho thấy hiện nay việc nghiên cứu thành phần hóa học lá chè nguyên liệu Việt Nam vẫn còn đơn giản, chủ yếu tập trung vào xác định hàm lượng tổng số một số nhóm hoạt chất chính như tanin,

đường, axít amin và catechin Trong khi đó có ít các nghiên cứu chi tiết các thành

phần hóa học lá chè ví dụ chỉ có nghiên cứu của tác giả Ngô Xuân Cường và cộng

sự (2010) đã có đề cập đến thành phần axít amin trong lá chè và sự biến đổi của

thành phần này trong quá trình chế biến chè xanh [12] Hoặc nghiên cứu của

Giang Trung Khoa và cộng sự (2013) về thành phần nhóm chất catechin thuộc

nhóm polyphenol có trong lá chè nguyên liệu thuộc giống trung du [8] v.v Các thông tin về thành phần hóa học cũng chỉ mới đề cập đến nhóm thành phần ảnh hưởng đến chất lượng màu và vị của sản phẩm chè xanh Trong khi đó, nhóm cấu

tử như lipid, axít béo, carotenoid và thành phần bay hơi trong lá chè nguyên liệu

chưa được nghiên cứu

Tài liệu tổng quan được cho thấy, thông tin về thành phần hóa học của các giống chè Việt Nam còn ít Do đó, việc tiến hành nghiên cứu sâu hơn về thành phần hóa học lá chè trên một số giống chè của Việt Nam là cần thiết để bổ sung vào cơ sở dữ liệu hóa sinh chè phục vụ cho công tác phát triển giống, nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ v.v để góp phần tạo ra sản phẩm chè có chất lượng cao

1.2 Công nghệ chế biến và sự tạo thành các hợp chất bay hơi

Công nghệ chế biến chè đen hiện nay chủ yếu theo hai phương pháp: Công nghệ chế biến chè đen Orthodox (OTD) hay còn gọi là công nghệ chế biến chè

đen truyền thống; và công nghệ chế biến chè đen CTC (Crushing, Tearing, and

Curling; Cắt-Nghiền-Xé) Điểm khác biệt cơ bản giữa hai công nghệ này là công

đoạn phá vỡ tế bào [115]

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến chè đen

Chất lượng và giá trị của sản phẩm chè đen được quyết định bởi tính chất

cảm quan của sản phẩm [129] Hương vị của sản phẩm có ảnh hưởng tới thị hiếu

của tiêu dùng Hàm lượng polyphenol và các sản phẩm trung gian của quá trình

oxi hóa polyphenol tạo ra vị và màu sắc đặc trưng cho sản phẩm [86] Mùi của

chè, các cấu tử bay hơi (volatile flavor compounds-VFC) có sẵn trong lá chè và

được hình thành trong quá trình chế biến, có một vài trò rất quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng chè thành phẩm [132] Các cấu tử bay hơi có thể chia thành hai

nhóm dựa trên nhóm tiền chất tạo cấu tử bay hơi: Nhóm chất I chủ yếu là các chất

được hình thành từ quá trình chuyển hóa lipid, nhóm chất này được xếp vào

nhóm chất tạo mùi không mong muốn (off-flavour) trong chè Nhóm chất II, nhóm chất làm tăng hương thơm của chè đen, chủ yếu được tạo ra từ sự chuyển hóa của các terpenoid, carotenoid và axít amin Mùi của chè phụ thuộc rất nhiều

vào tỷ lệ giữa hai nhóm chất này [75, 135]

Nghiên cứu của Yang Z và cộng sự (2013) cho thấy hợp chất bay hơi

được tìm thấy chủ yếu trong chè đen thành phẩm thuộc nhóm chất aldehyde,

alcohol và axít Ngoài ra còn phát hiện thêm một số chất thuộc nhóm terpenoid, ester hoặc pyrolytic tuy nhiên hàm lượng rất thấp [135] Các kết quả nghiên cứu

về chất bay hơi trong chè đen của các nhóm nghiên cứu Wickremasinghe R.L và

cộng sự (1965), Yang Z và cộng sự (2013), Gulati A và cộng sự (1996) và Kato

M và cộng sự (1998) cho thấy: Thứ nhất đối với các chất bay hơi đã được phát

hiện trong chè đen thì thành phần và hàm lượng không giống giữa các loại chè

khác nhau [53, 54, 66, 95, 129, 135]; Thứ hai, rất nhiều thành phần không được

định tính trong thành phần bay hơi tạo mùi của chè đen, và một số chất ở dạng vết

(hàm lượng rất thấp) có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo nên hương

của chè đen [25, 111, 135]; Thứ ba, thành phần bay hơi trong chè đen sản phẩm

có nguồn gốc từ trong lá chè và từ các chất được hình thành trong quá trình chế

biến Kết quả nghiên cứu của Kumazawa, K và cộng sự (2003) và Ravichandran

R và cộng sự (1998) cho thấy rằng nhiều chất mới hình thành trong quá trình chế

biến , tuy nhiên cần phải có các nghiên cứu tiếp theo để xác định rõ hơn quá trình hình thành các chất bay hơi tạo mùi trong từng công đoạn của quá trình chế biến

[72, 98]; Và thứ tư, mùi hương của chè đen là do toàn bộ thành phần hợp chất

bay hơi tạo nên, không phải là do một cấu tử riêng rẽ nào quyết định, tuy nhiên vai trò của từng cấu tử phụ thuộc nhiều vào giới hạn ngưỡng tạo mùi của từng

đen bằng phương pháp phân tích công cụ kết hợp phương pháp đánh giá cảm

quan và xử lý số liệu đa biến [25, 93, 111]

Bokuchava M.A và cộng sự (1980) cho thấy để nâng cao chất lượng chè

đen, rất nhiều nghiên cứu chuyên sâu về sự biến đổi sinh hóa của các thành phần

hóa học trong quá trình chế biến chè đen và sự ảnh hưởng của các thông số công

nghệ đến sự biến đổi sinh hóa trong quá trình chế biến Các thông số công nghệ như mức độ phá vỡ tế bào, thời gian làm héo, thời gian và điều kiện lên men được khẳng định là có ảnh hưởng đến chất lượng chè đen thành phẩm Các nghiên cứu trên chủ yếu tập trung nghiên cứu về sự biến đổi của nhóm chất polyphenol và sự

ảnh hưởng của nó đến tính chất cảm quan về màu và vị của chè đen [33] [32, 72,

134] Sự biến đổi của thành phần hóa học và mối liên hệ với chất lượng chè đen

trên từng công đoạn được như sau:

1.2.1 Công đoạn làm héo

Làm héo chè là giai đoạn kỹ thuật đầu tiên trong quá trình chế biến chè

đen Mục đích của làm héo chè là thay đổi mạnh mẽ và sâu sắc chiều hướng phát

triển của những quá trình nói trên để tạo nên sự thay đổi tính chất hoá học và vật

lý của lá chè, chuẩn bị cho quá trình chế biến sau này (vò chè và lên men) được tiến hành một cách dễ dàng

Biến đổi sinh hóa trong giai đoạn này bao gồm: (a) phân giải hay thủy phân protein thành các axít amin tự do (tăng từ 1,5% trong lá chè tươi lên 3% chất khô trong mẫu sau héo); (b) gia tăng hàm lượng đường (tăng từ 0,46% lên 0,66% chất khô); (c) thay đổi hàm lượng chất béo (giảm từ 38,3 g/kg xuống 26,8 g/kg) (d) sự thay đổi hoạt tính của các enzym ôxi hóa (ví dụ hoạt tính lypoxygenase tăng từ 2 U/mg protein lên 14 U/mg protein) Sự thay đổi từ (a) cho đến (d) có ảnh hưởng đến thành phần và hàm lượng tiền chất tạo cấu tử bay hơi quá trình chế biến chè đen và chế độ công nghệ như nhiệt độ, độ ẩm, thời gian héo v.v có ảnh đến các biến đổi như nêu trên [123] Tác động vào yếu tố công nghệ để đạt được chế độ héo đúng kỹ thuật sẽ góp phần quan trọng tạo nên chất lượng sản phẩm cuối cùng Chế độ héo bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

điều kiện thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm môi trường), mức độ cơ giới hóa và tự động

hóa, phương pháp héo (tự nhiên, nhân tạo) và quan trọng nữa là đặc tính của nguyên liệu (giống chè) Đọt chè sau héo cần đạt độ ẩm 63 – 65 %, mức độ héo tốt đạt > 80% Do sự khác biệt về tính chất của nguyên liệu đưa đi làm héo và phương pháp làm héo dẫn đến bắt buộc phải có các điều chỉnh về chế độ công nghệ phù hợp Thời gian làm héo thay đổi từ 16-18 giờ đối với héo tự nhiên, và từ 6-8 giờ đối với héo nhân tạo Nhiệt độ và độ ẩm không khí trong phương pháp

héo tự nhiên lần lượt là t = 24-25OC; ϕ = 60-70% Trong khi đó, nhiệt độ héo của phương pháp héo nhân tạo nằm trong khoảng từ 38 ÷ 420C Do đặc tính/tính chất nguyên liệu (giống chè) là rất đa dạng giữa các nước hay thậm chí giữa các vùng trồng và chế biến chè đen Vì vậy, nghiên cứu về sự ảnh hưởng của chế độ héo

đối với từng đối tượng giống chè đặc trưng cho từng vùng, từng quốc gia lên sự

biến đổi sinh hóa trong quá trình héo và chất lượng chè đen thành phẩm luôn

được các nhà khoa học các nước quan tâm nghiên cứu [85, 123]

1.2.2 Công đoạn phá vỡ tế bào

Mục đích chủ yếu của phá vỡ tế bào là làm dập tế bào để cho nước ép của

lá thoát ra trên mặt lá sau khi sấy khô thì đóng lại trên mặt lá để khi pha nước sôi toàn bộ chất hoà tan dễ dàng hoà vào trong dung dịch Đối với chè đen, phá vỡ tế bào lá chè còn có tác dụng xúc tiến quá trình lên men, giai đoạn phá vỡ tế bào (vò hay cắt nghiền xé) cũng là bắt đầu quá trình lên men Nghiên cứu của Senthil

Kumar R.S và cộng sự (2013) cho thấy hàm lượng tổng số các tiền chất tạo cấu tử

bay hơi trong lá chè sau vò có sự thay đổi đáng kể, ví dụ như carotenoid (giảm từ

74 mg/100g xuống 67 mg/100g), axít amin (tăng từ 20,2 g/kg lên 28,6 g/kg), chất béo (giảm từ 38,3 g/kg xuống 22,9 g/kg) v.v [115] Sự thay đổi về hàm lượng các tiền chất tạo điều kiện thuận lợi cho các biến đổi sinh hóa xảy ra ở các công đoạn tiếp theo, đặc biệt là ở công đoạn lên men và có vai trò quan trọng trong việc hình thành chất lượng chè đen Đối với giai đoạn phá vỡ tế bào, các nghiên cứu về quá trình biến đổi sinh hóa của tiền chất tạo mùi vị chủ yếu tập trung vào đối tượng chè đen chế biến theo phương pháp CTC và chưa có nghiên cứu nào tương ứng

trên đối tượng chè OTD [18,21] Theo Senthil Kumar R.S và cộng sự (2013)

thành phần bay hơi của chè đen CTC có khác biệt so với chè đen OTD, cụ thể số lượng chất bay hơi trong chè đen CTC ít hơn so với chè đen OTD Luận giải cho

sự khác biệt này là do sự khác biệt trong mức độ phá vỡ tế bào lá chè dẫn đến sự khác biệt về hàm lượng các tiền chất tạo cấu tử bay hơi được giải phóng khỏi tế bào và tham gia vào các phản ứng hóa học tạo mùi cũng như vị của sản phẩm chè

đen (độ dập thế bào lá chè của phương pháp CTC >90%, trong khi đó của OTD

chỉ từ 75-85%) [115]

Sự khác biệt chủ yếu trong công nghệ chế biến chè CTC và chè OTD là công

đoạn phá vỡ tế bào, phương pháp CTC sử dụng kỹ thuật cắt xé nghiền trong khi

đó phương pháp OTD sử dụng kỹ thuật vò, do đó mức độ phá vỡ tế bào của hai

kỹ thuật này khác nhau Theo Senthil Kumar R.S và cộng sự (2013), phương

pháp CTC có ưu điểm là chè sau khi héo được nghiền và qua nhiều lần cắt, do đó

độ dập tế bào đạt rất cao và gần như cùng một lúc, tạo điều kiện tốt cho các biến đổi sinh hóa, dễ cơ giới hóa trong quá trình chế biến, sản phẩm làm ra có chất

lượng đồng đều Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này đòi hỏi chất lượng nguyên liệu cao, các dao cắt được mài sắc thường xuyên đặc biệt là ở máy cắt CTC, sau một thời gian phải thay lớp vỏ áo bên ngoài tương đối phức tạp và chưa chế tạo được trong nước Sản phẩm làm ra có kích thước nhỏ dễ hút ẩm, làm thay

đổi chất lượng sản phẩm Do đó, với điều kiện nguyên liệu, thiết bị, công nghệ và điều kiện khí hậu của Việt Nam, sản phẩm chè OTD được lựa chọn là sản phẩm

chủ yếu để sản xuất

1.2.3 Công đoạn lên men

Lên men chè đen là quá trình sử dụng xúc tác của các enzym có sẵn trong lá chè để làm chuyển hóa các chất xúc tác có trong lá chè và tạo ra những tính chất

đặc trưng của sản phẩm Thời gian lên men trong khoảng từ 4-5 giờ Yêu cầu của điều kiện môi trường lên men là nhiệt độ từ 22 ÷ 240C, độ ẩm tương đối từ 95 ÷

98%.Theo Senthil Kumar R.S và cộng sự (2013) các nghiên cứu chủ yếu tập

trung vào nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ và độ ẩm lên men đến

sự biến đổi của nhóm chất polyphenol tạo thành các chất có quyết định đến tính

chất cảm quan màu và vị của chè đen như theaflavins (TFs) and thearubigins

(TRs) [17] Các kết quả cho thấy được sự ảnh hưởng của chế độ lên men (thời gian, nhiệt độ và độ ẩm) đối với sự biến đổi của polyphenol và tính chất cảm quan về màu và vị của sản phẩm Tỉ lệ giữa nhóm chất theaflavins (TFs) and thearubigins (TRs) nằm trong phạm vi 1/10 – 1/12 là phù hợp, tức là màu và vị của sản phẩm đạt chất lượng tốt Đối với nhóm tiền chất tạo mùi và các thành phần bay hơi, hiện nay các nghiên cứu chỉ mới dừng lại đánh giá sự thay đổi hàm lượng tổng số của nhóm chất như axít amin và carotenoid hoặc carotene trong quá trình lên men và mối liên hệ giữa hàm lượng tổng số của các thành phần này khi kết thúc quá trình lên men với chất lượng mùi thơm của chè đen được mô tả dưới

dạng thuật ngữ [31, 87, 88, 91] Bên cạnh các nghiên cứu về thành phần hóa học, các nghiên cứu về sự biến đổi của một số enzym trong quá trình chế biến chè đen

đã được tiến hành, ví dụ polyphenoloxydase, peroxydase, lypoxygenase hay

protease Ví dụ, trong nghiên cứu của Govindasamy K và cộng sự (2011) hoạt

tính peptidase biến đổi lần lượt từ 3,51 U/mg protein trong lá chè tươi, 4,89 U/mg protein trong mẫu héo và 3,61 U/mg protein trong mẫu lên men [70] Các nghiên

cứu của Mahanta, P.K và cộng sự (1995) và Ravichandran R và cộng sự (1998)

cho thấy loại, hàm lượng và hoạt tính của các loại enzym này khác nhau giữa các giống chè, vùng nguyên liệu, điều kiện sinh trưởng v.v.[76, 97]

Quá trình biến đổi sinh hóa trong giai đoạn lên men tạo ra các sản phẩm trung gian hoặc cuối cùng quyết định chất lượng sản phẩm chè đen Thành phần và hàm lượng của các chất này phụ thuộc vào thành phần và hàm lượng các tiền chất ban

đầu, mức độ phá vỡ tế bào, loại và hoạt tính enzym có trong lá chè nguyên liệu

Do đó, sự khác biệt về tính chất nguyên liệu và mức độ phá vỡ tế bào sẽ dẫn đến phải điều chỉnh các yếu tố công nghệ ở quá trình lên men cho phù hợp [31, 125] Cũng tương tự đối với các công đoạn trước, các nghiên cứu chủ yếu tập trung trên

đối tượng chè CTC Tuy nhiên, kết quả của các nghiên cứu này là cơ sở khoa học

rất có giá trị sử dụng cho các nghiên cứu trên đối tượng chè OTD ở Việt Nam

1.2.4 Công đoạn sấy

Sự hiểu biết về vai trò của quá trình sấy trong việc hình thành chất bay hơi cho đến nay vẫn còn hạn chế bởi vì một thực tế là nó rất ít nhận được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, điều này được minh chứng bởi số lượng các kết quả nghiên cứu được công bố trên các tạp chí chuyên ngành Tuy nhiên, trong thực tế nếu tiến hành đánh giá cảm quan sản phẩm chè được chế biến dưới cùng một

điều kiện công nghệ, giống chè, khí hậu v.v nhưng khác nhau ở điểm là một sản

phẩm có qua sấy còn một sản phẩm không qua sấy thì kết quả cảm quan mùi hoàn toàn khác nhau Do đó, đây chính là vấn đề hiện nay được các nhà nghiên cứu bắt

đầu quan tâm đến và nghiên cứu sự hình thành chất thơm trong giai đoạn này

Quá trình sấy thường tiến hành khoảng trong vòng 25-30 phút, trong quá trình này ẩm của lá chè giảm từ khoảng 60% đến 3%, và nhiệt độ của lá chè tăng nhanh từ nhiệt độ phòng lên đến khoảng 650C và sau đó ổn định ở 85oC Trong

thời gian này, quá trình enzym hóa xảy ra trong giai đoạn lên men sẽ tiếp tục

được tăng tốc cho đến khi hoạt tính của enzym bị vô hoạt bởi nhiệt Cũng trong điều kiện này (nhiệt độ khá cao), các tác nhân ô xi hóa khử (sản phẩm oxi hóa của

polyphenol) được hình thành và nồng độ tăng dần, làm tăng khả năng quá trình ôxi hóa Điều này đồng nghĩa với việc tạo ra động lực phản ứng hình thành các hợp chất bay hơi tạo mùi chỉ xảy ra trong quá trình sấy Quá trình sấy dưới tác dụng của quá trình đối lưu không khí và nhiệt độ sẽ làm bay hơi một số thành phần tạo mùi hương, nhưng một số thành phần bay hơi tạo mùi hương mới được hình thành tạo mùi vị đặc trưng cho chè đen Đây chính là cơ sở để tiến hành các nghiên cứu đánh giá thành phần bay hơi nào mất đi và hình thành trong quá trình sấy, và vai trò của các thành phần tạo nên giá trị cảm quan về mùi của sản phẩm chè đen [115, 119]

Tổng quan về kết quả của các nghiên cứu cho thấy thành phần hợp chất bay hơi trong chè đen ảnh hưởng bởi nguyên liệu, công nghệ và có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mùi thơm của chè đen thành phẩm Tuy nhiên, các nghiên cứu như đã đề cập ở trên chủ yếu tập trung nghiên cứu ở giai đoạn lên men và đối tượng nghiên cứu là thành phần polyphenol Các nghiên cứu này cũng chủ yếu tập trung trên đối tượng là chè CTC là loại có sản lượng lớn ở các nước như Ấn

độ, Kenya, v.v Một yếu tố khác nữa là có sự khác biệt về giống chè, địa lý và phương thức canh tác giữa các nước, dẫn đến có sự khác biệt trong thành phần hóa học của chè nguyên liệu Ngoài ra, thông số công nghệ áp dụng trong chế biến chè không giống nhau giữa các nước và phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu của từng vùng Trong khi đó, tại Việt Nam sản lượng chè đen chế biến chủ yếu lại là OTD (chè đen chiếm 63% tổng sản lượng, trong đó chè OTD chiếm 60% còn lại 3% là CTC) được chế biến từ rất nhiều giống nguyên liệu khác nhau [11] Do đó, các nghiên cứu của các nước sẽ rất khó để áp dụng tại Việt Nam, chưa kể sự khác biệt về giống chè, điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng v.v Vì vậy, việc tiến hành nghiên cứu về tiền chất tạo cấu tử bay hơi trong các giống chè nguyên liệu, sự thay đổi của các thành phần tiền chất và các cấu tử bay hơi hình thành trong quá trình chế biến sẽ có ý nghĩa thực tế và kinh tế rất lớn đối với ngành chè trong nước

1.3 Tình hình nghiên cứu liên quan đến chè đen tại Việt Nam

Việt Nam là nước có sản lượng chè lớn và được xuất khẩu đi hơn 100 nước trên thế giới Hiện nay, cả nước hiện có 124,000 ha diện tích trồng chè với hơn

500 cơ sở chế biến chế biến, công suất đạt trên 500,000 tấn chè khô mỗi năm Trong đó, khoảng 90% sản lượng chè xuất khẩu được chế biến dưới dạng chè thô, chè sơ chế, và chủ yếu xuất khẩu vào thị trường dễ tính như Arập xêút, Pakistan

và Đài Loan v.v., rất ít sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu vào thị trường yêu cầu chất lượng cao như EU [2, 3] Lý do giải thích cho việc này là do chất lượng chè

đen của Việt Nam chưa đáp ứng được yêu cầu cả thị trường các nước nói trên một

mặt là do yêu cầu về tính an toàn của sản phẩm, mặt khác và cũng rất quan trọng

là do chè đen Việt Nam chưa đạt yêu cầu chất lượng của thị trường nhập khẩu

Do nhu cầu phát triển thị trường và nâng cao lợi nhuận cho ngành chè, rất nhiều

dự án đầu tư của nhà nước để phát triển các giống chè chất lượng cao, nghiên cứu công nghệ và chế tạo cải tiến trang thiết bị v.v để tạo ra được sản phẩm chè có chất lượng cao

Kết quả nghiên cứu về phát triển giống chè trong những năm qua đã đem lại cho nước ta một lượng giống chè rất đa dạng với hơn 173 loại giống cho chất lượng và năng suất cao với hương vị đặc biệt được các thị trường thế giới ưa chuộng như: Shan, PH11, LDP1, LDP2, PT14 và các giống chè nhập nội như: PT95, Bát Tiên, Ngọc Thúy, Kim Tuyên, ÔLong Thanh Tâm, Tứ Quý Xuân, Phúc Vân Tiên, và Hùng Đỉnh Bạch đã được trồng ở diện rộng (35% diện tích) để thay thế dần các giống chè trung du có năng suất thấp và chất lượng sản phẩm không cao [11] Song song với nghiên cứu phát triển và bảo tồn các giống chè chất lượng và năng suất cao, rất nhiều nghiên cứu tiến hành phân tích thành phần hóa học của các giống chè Một số nghiên cứu phát triển giống chè chất lượng cao đã tiến hành nghiên cứu phân tích so sánh thành phần và hàm lượng các chất hóa học có trong lá chè giữa các giống chè Tuy nhiên, dựa trên các kết quả công

bố cho thấy các nghiên cứu chủ yếu quan tâm đến hàm lượng và thành phần các loại polyphenol và một số thành phần cơ bản như cafein, axít amin tổng số v.v có trong lá chè thuộc các giống chè khác nhau [8] Chưa có nghiên cứu liên quan đến

sự ảnh hưởng của nhóm tiền chất tạo cấu tử bay hơi trong lá chè nguyên liệu đến

chất lượng chè đen và sự biến đổi của nhóm chất này trong quá trình chế biến Các nghiên cứu về kỹ thuật canh tác đã góp phần nâng cao sản lượng và năng suất chè nguyên liệu Cụ thể tốc độ tăng trưởng trung bình về sản lượng chè nguyên liệu hằng năm là 20%/năm, trong khi đó năng suất tăng bình quân 12,5%/năm Các con số tăng trưởng này thực sự có ý nghĩa đối với ngành nông nghiệp chè Việt Nam Kết quả đạt được như trên là do các nghiên cứu đã đưa ra

được các giải pháp tổng thể từ khâu lựa chọn phân bón, kỹ thuật thu hái và xây

dựng mô hình thâm canh chè [1, 6, 7]

Liên quan đến công nghệ, một số nghiên cứu điển hình về cải tiến công nghệ

và thiết bị điển hình sau đã giúp giải quyết phần nào bài toán về chất lượng chè

đen:

Nguyễn Duy Thịnh và cộng sự đã nghiên cứu chế tạo thiết bị lên men ứng

dụng cho cơ sở chế biến chè đen OTD với công suất 16 tấn búp chè tươi/ngày Thông số kỹ thuật của thiết bị đáp ứng được yêu cầu lên men và chất lượng lượng sản phẩm với thời gian lên men 60-150 phút, lưu lượng không khí vào thiết bị 12,000 m3/giờ, nhiệt độ, độ ẩm của khối chè khi lên men lần lượt là 25-27oC và 95-98% Thiết bị được chế tạo hoàn toàn trong nước cho nên giá thành chỉ bằng

70% giá thiết bị nhập ngoại [14] Đỗ Văn Chương và cộng sự đã nghiên cứu chế

tạo hộc héo chè đen phù hợp cho các cơ sở chế biến chè đen với các thông số kỹ thuật tối ưu gồm: Độ dốc của máng héo vào khoảng 1/100 để có thể tạo ra áp lực

đồng đều của luồng gió nóng đối với lớp chè được héo từ đầu đến cuối máng héo

Tỷ lệ giữa chiều rộng của máng héo (R) và đường kính quạt gió bằng 1,8 để có chiều dày lớp chè héo vào khoảng 25 cm và thuận tiện cho sự thao tác của công nhân…[4]

Nguyễn Ngọc Bình và cộng sự đã nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ

chế biến chè đen CTC từ giống chè PH11, tạo sản phẩm chất lượng cao phục vụ xuất khẩu Nghiên cứu đã xây dựng được quy trình công nghệ hoàn thiện nhiệt

độ héo tối ưu từ 34-36o

C, thời gian héo 6 giờ, độ ẩm không khí lên men 98%, nhiệt độ không khí lên men từ 27-29oC, thời gian lên men 90 phút Quy trình đã

được hội đồng khoa học Bộ Nông nghiệp và PTNT thông qua và công nhận là

tiến bộ kỹ thuật [15]

Tổng quan các nghiên cứu đối với chè đen Việt Nam cho thấy, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu tối ưu hóa các thông số công nghệ phù hơp cho một số đối loại nguyên liệu và cải tiến thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất Các nghiên cứu điển hình nêu trên không đi sâu vào nghiên cứu sự biến đổi sinh hóa của nguyên liệu trong quá trình chế biến cũng như ảnh hưởng của thông số công nghệ đối với thành phần bay hơi và tương quan với giá trị cảm quan về mùi của sản phẩm Do đó, việc tiến hành nghiên cứu trên đối tượng lá chè nguyên liệu và sự biến đổi thành phần các nhóm tiền chất tạo tạo cấu tử bay hơi và biến đổi của các cấu tử này trong quá trình chế biến sẽ góp phần cung cấp thêm thông tin có giá trị khoa học phục vụ cho việc nâng cao chất lượng chè đen được chế biến tại các nhà máy ở Việt Nam

1.4 Sự hình thành hợp chất bay hơi từ một số nhóm tiền chất có trong lá chè

Số lượng cấu tử bay hơi được phát hiện trong các loại chè đen khoảng 323 chất (bảng 1.3) [25, 59, 67, 93] Cấu tử bay hơi trong chè đen có thể phân loại theo nhóm dựa trên nguồn gốc tiền chất hình thành hay dựa trên thời điểm xuất

hiện trong quá trình chế biến (1)- phân loại theo tiền chất, cấu tử bay hơi chia

thành 2 nhóm gồm: nhóm I là nhóm cấu tử bay hơi hình thành từ nhóm tiền chất axít béo, và nhóm II là nhóm cấu tử bay hơi hình thành từ nhóm tiền chất axít

amin, carotenoid và các chất nằm trong liên kết glycoside; (2) phân loại theo thời

điểm hình thành: các cấu tử bay hơi cũng được chia thành 2 nhóm: các cấu tử bay

hơi hình thành trong quá trình chế biến và nhóm cấu tử bay hơi có sẵn trong lá chè nguyên liệu

Bảng 1.3 Bảng số lượng các cấu tử bay hơi được tìm thấy trong lá chè [106, 135]

Nhóm/phân nhóm

Số lượng cấu tử Tổng Aliphatic Benzenoid Alicyclic

Bảng 1.3 Bảng số lượng các cấu tử bay hơi được tìm thấy trong lá chè (tiếp tục)

Nhóm/phân nhóm

Số lượng cấu tử Tổng Aliphatic Benzenoid Alicyclic

1.4.1 Chất bay hơi có trong nguyên liệu lá chè

Thành phần hợp chất bay hơi trong lá chè nguyên liệu và chè thành phẩm có

ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của chè đen Do đó, cơ chế của quá trình hình

thành chất bay hơi trong nguyên liệu, trong quá trình chế biến chè và của chè thành phẩm là đối tượng của nhiều nghiên cứu [136] Thành phần bay hơi trong lá chè phát triển bởi quá trình chuyển đổi sinh hóa và hóa học trong quá trình trồng

Sơ đồ quá trình biến đổi sinh hóa được mô tả vắn tắt như hình 1.2

Hình 1.2 Biến đổi sinh hóa tạo thành chất bay hơi trong lá chè [136]

Trong đó, axít béo được chứng minh là nhóm tiền chất tạo ra các thành phần bay hơi như hexanal, hexanol và methyl-jasmonate Trong khi đó, thành phần carotenoid là tiền chất tạo ra các chất như β-ionone, damascenone v.v, còn axít amin là tiền chất tạo thành các chất gồm benzylalcohol, benzaldehyde, phenyl-acetaldehyde và phenylethanol Ngoài ra, trong lá chè còn có các thành phần bay hơi nằm dưới dạng liên kết glycoside và sẽ được giải phóng ra trong quá trình chế biến như linaloolxide, linalool, geraniol

1.4.1.1 Chất bay hơi hình thành từ chất béo

Trong quá trình sinh tổng hợp các axít béo có trong lá chè là nhóm tiền chất tạo thành một số cấu tử bay hơi thuộc nhóm aldehyde và alcohol [59] Các axít béo không no như axít linoleic và axít linolenic trong lá chè là cơ chất cho quá trình oxi hóa bởi lipoxygenase hoặc kết hợp với hydroperoxidase lyase Trong

nhiều loại aldehyde được tạo thành, hexanal, (E)-2-hexenal, (Z)-3-hexenal và/hoặc (E)-2-nonenal, (Z)-3-nonenal, (E,Z)-2,6 nonadienal và (Z,Z)-3,6-

nonadienal là các aldehyde quan trọng cho việc tạo mùi cho sản phẩm (hình 1.3, 1.4) [30] Lipoxygenase được tìm thấy trong lá chè có vai trò xúc tác cho quá trình oxi hóa một số axít béo không no tạo ra các monohydroperoxide tương ứng [49, 50] Các hydroperoxide có cấu trúc tương tự với các hydroperoxide hình thành trong quá trình tự oxi hóa [64] Không giống với quá trình tự oxi hóa, xúc tác phản ứng oxi hóa bởi lipoxygenase phụ thuộc vào đặc tính của enzym: tính

đặc hiệu, tính chọn lọc peroxide hóa, trị số pH và nhiệt độ của môi trường Bên

cạnh đó, năng lượng hoạt hóa cho phản ứng, ví dụ đối với axít linoleic, rất thấp (17 kJ/mol) so với năng lượng cần thiết cho quá trình khởi tạo phản ứng tự oxi hóa (146–273 kJ/mol) [46, 47]

Acetyl CoA:(Z)-3-hexenol acetyltransferase (CHAT)

Vì vậy, axít linoleic và axít linolenic là các cơ chất thích hợp cho phản ứng oxi

hóa xúc tác bởi lypoxygenase trong lá chè [82] Mặc dù chưa có nghiên cứu cụ

thể về cơ chế quá trình oxi hóa chất béo trong quá trình sinh tổng hợp ở lá chè,

tuy nhiên trên các đối tượng thực vật khác đã được tiến hành rất nhiều Các

nghiên cứu này cho thấy, quá trình oxi hóa chất béo bởi hydroperoxide lyase để tạo thành các chất bay hơi thông qua hai cơ chế khác nhau: heterolytic và

hemolytic Trong đó, cơ chế phân cắt heterolytic tập trung chủ yếu ở thực vật bậc

cao và sản phẩm tạo ra chủ yếu là các aldehyde và oxoacid (hình 1.4)

axít 13-hydroperoxylinoleic

axít 13-hydroperoxylinolenic

hydroperoxide lyase

hexanal axít 12-oxo-9-Z-dodecenoic 3-Z-hexenal

axít 9-hydroperoxylinoleic axít 9-hydroperoxylinoienic

Hydroperoxide lyase

3-Z-nonenal axít 9-oxo- nonanoic 3-Z, 6Z-nonadienal

Hình 1.4 Sự hình thành các aldehyde từ các axít linoleic và axít linolenic theo cơ chế

phân giải heterolytic [45]

Cấu tạo hoặc dạng đồng phân của aldehyde phụ thuộc vào axít béo tiền chất

tham gia vào quá trình phản ứng [45] Ví dụ, (Z)-3-hexenal, (Z)-3-hexen0l hexenal, (E)-3-hexenol, (E)-2-hexenal, (E)-2-hexenol được hình thành từ axít

(E)-3-linolenic, trong khi đó hexanal và hexanol được hình thình từ axít linoleic Ngưỡng giới hạn mùi của các aldehyde này khá thấp [59] Các aldehyde được xem là thành phần tạo ra mùi lỗi (off-flavor) trong các sản phẩm chè [137]

1.4.1.2 Chất bay hơi hình thành từ axít amin

Các thành phần bay hơi có mạch carbon ngắn hoặc trung bình như ketone và ester được hình thành từ quá trình phân giải không chỉ từ axít béo mà còn từ các

acyl-coenzyme A (acyl-CoA) hoặc protein mang acyl (ACP, acyl carrier) (hình 1.5 A và B) [77, 137]

Hình 1.5 Quá trình sinh tổng hợp các aldehyde, alcohol từ axít amin (A): β -oxidation;

(B): Quá trình Acyl-ACP; (C): quá trình tạo isoamyl acetate từ L-leucine [137]

Acyl-ACPs được xem là tiền chất cho dehydrogenase và alcohol dehydrogenase Acyl-ACPs được xem có thể là tiền chất cho các methylketone và alcohol bậc hai có mạch carbon ngắn hoặc trung bình [77] Sự phân hủy axít amin bởi aminotransferase hoặc decarboxylase cũng dẫn đến hình thành các chất bay hơi tạo mùi (hình 1.5 C) Theo cơ chế này, các chất bay hơi dạng mạch nhánh, ví

dụ như 3-methylbutanol, được hình thành từ các axít amin có cấu trúc mạch nhánh

Nhóm chất phenylpropanoid và bazenoid được tạo thành từ axít amin phenylalanine và được xếp vào nhóm chất bay hơi có ảnh hưởng đến mùi thơm của sản phẩm chè Các chất bay hơi hình thành theo đường shikimate là các chất thuộc nhóm alcohol gồm benzylalcohol, phenylethanol và nhóm aldehyde gồm benzaldehyde, phenylacetaldehyde và thành phần coumarin hiện diện với hàm lượng cao trong chè [136] (hình 1.6)

L-Hình 1.6 Sự hình thành phenylpropanoid và bezenoid [136]

Sự hình thành của phenylethylamine từ phenylalanine trong lá chè đến nay chưa có nghiên cứu nào tiến hành Tuy nhiên, trong cà chua, cơ chế sinh tổng hợp các thành phần này đã được chứng minh Phản ứng hình thành phenylethylamine

từ phenylalanine được xúc tác bởi decarboxylase Sau khi hình thành

1.4.1.3 Chất bay hơi từ carotenoid

Dưới điều kiện xác tác của Carotenoid Cleavage Dioxygenase (CCDs),

các carotenoid bị phân giải tạo thành các apocarotenoid chủ yếu chứa skeletal ketone như β-cyclocitral, β-ionone, geranial, geranyl acetone, theaspirone, α-damascenone and β-damascenone, và cũng là những chất tạo mùi quan trọng trong thực phẩm, và xuất hiện cả trong chè xanh, chè đen và chè Olong [29] CCDs sử dụng oxi để cắt liên kết đôi của carotenoid, tạo thành các