Luan van tot nghiep thac si

Mục tiêu của nghiên cứu là xác định các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình trích ly có hỗ trợ của sóng siêu âm nhằm thu được polyphenol từ trà oolong phụ phẩm trà vụn, trà cám nhằm nâng c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM CẢI THIỆN QUÁ TRÌNH TRÍCH LY POLYPHENOL TỪ PHỤ PHẨM TRÀ OOLONG

HỒ THỊ NGỌC TRÂM

Hội đồng chấm luận văn:

1 Chủ tịch: PGS TS TRƯƠNG VĨNH

Trường ĐH Nông Lâm Tp.HCM

2 Thư ký: TS MAI HUỲNH CANG

Trường ĐH Nông Lâm Tp.HCM

3 Phản biện 1: PGS TS NGUYỄN QUỐC HIẾN

Trung tâm Bức xạ Tp.HCM

4 Phản biện 2: TS KHA CHẤN TUYỀN

Trường ĐH Nông Lâm Tp.HCM

5 Ủy viên: TS ĐẶNG QUỐC TUẤN

Trường Đại học Quốc Tế

Tháng 10 năm 2012 theo học Cao học ngành Công nghệ thực phẩm tại trường Đại học Nông Lâm, Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh

Địa chỉ liên lạc: 43/18, đường 8, khu phố 3, Linh Trung, Thủ Đức, thành phố

Hồ Chí Minh

Điện thoại: 0908 805 317

Email: hotram3489@yahoo.com.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nêu

trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình

nào

Học viên

Hồ Thị Ngọc Trâm

CẢM TẠ

Luận văn nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm cải thiện quá trình trích ly polyphenol từ phụ phẩm trà oolong là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu tại khoa Công Nghệ Thực Phẩm, trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

Để hoàn thành tốt đề tài này, tác giả đã nhận được sự quan tâm và giúp đỡ của gia đình, thầy cô và bạn bè đã luôn giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện Tác giả chân thành cảm ơn quý thầy cô đã tham gia giảng dạy lớp cao học khóa 2012 chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm; cảm ơn cô Lê Thị Thủy, phòng thí nghiệm Hóa sinh, thầy Phạm Minh Trung, phòng thí nghiệm Kỹ thuật thực phẩm, các thầy cô ở Viện Nghiên cứu Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường đã tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện đề tài; cám ơn ban giám đốc Công ty Cổ phần chế biến hàng xuất khẩu Cầu Tre, Công ty Trà Cầu Tre đã cung cấp nguyên liệu thí nghiệm cho đề tài

Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ long biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phan Phước Hiền, ThS Lương Hồng Quang đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014

Tác giả luận văn

Hồ Thị Ngọc Trâm

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm cải thiện quá trình trích ly polyphenol từ trà oolong phụ phẩm” được tiến hành tại Khoa Công Nghệ Thực Phẩm và Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường, Trường Đại học Nông Lâm TP HCM, thời gian từ tháng 01 năm 2014 đến tháng 10 năm 2014 Mục tiêu của nghiên cứu là xác định các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình trích ly có hỗ trợ của sóng siêu âm nhằm thu được polyphenol từ trà oolong phụ phẩm (trà vụn, trà cám) nhằm nâng cao hiệu suất trích ly

Sử dụng phương pháp trích ly bằng dung môi kết hợp sóng siêu âm ở tần số

40 kHz, công suất 250W để trích polyphenol từ phụ phẩm trà oolong Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly được nghiên cứu khảo sát gồm: tỉ lệ nguyên liệu : dung môi trích ly (từ 1:15 đến 1:40), nồng độ dung môi ethanol trích ly (từ 0% (nước cất) đến 99,7% v/v), các thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên 1 yếu tố, mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần Tối ưu hóa quá trình trích ly polyphenol ứng dụng siêu

âm với 3 yếu tố: nhiệt độ trích ly, thời gian và nồng độ dung môi ethanol trích ly được bố trí theo phương pháp bề mặt đáp ứng kiểu Box-Behnken với hỗ trợ của phần mềm xử lý số liệu JMP 9.0.2, thí nghiệm được lặp lại 3 lần Kết quả tối ưu của các yếu tố được sử dụng để xác định ảnh hưởng của siêu âm đến hàm lượng polyphenol tổng thu được, qua đó xác định được kích thước mẫu trà oolong vụn đem trích Hàm lượng polyphenol từ trà oolong vụn trích ly bằng phương pháp có

hỗ trợ của siêu âm ở các giá trị tối ưu về nhiệt độ, thời gian, nồng độ ethanol được

so sánh với lượng polyphenol trích bằng phương pháp sử dụng dung môi, trích ly có

hỗ trợ của vi sóng và ngâm trích Ba mẫu dịch chiết polyphenol từ vụn trà oolong, trà oolong sau diệt men, trà oolong thành phẩm được đánh giá hoạt tính kháng oxy

Nghiên cứu đạt được những kết quả sau: hàm lượng polyphenol tổng trích từ trà oolong phụ phẩm bằng phương pháp dung môi kết hợp siêu âm đạt 13,27% chất khô ở nhiệt độ 55oC trong 45 phút, dung môi ethanol 45% v/v, tỉ lệ nguyên liệu:dung môi là 1:25 với tần số 40 kHz, công suất 1000 W/l, kích thước trà < 1

mm Kết quả này cao hơn 10,24% so với hàm lượng polyphenol tổng chỉ trích bằng dung môi ở cùng điều kiện trích ly (11,95%) Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch chiết từ trà oolong vụn, trà sau diệt men, trà oolong thành phẩm được đánh giá bằng giá trị IC50 lần lượt là 15,69; 19,07; 12,02 µg/ml so với hoạt tính của vitamin C với IC50 là 16,47 µg/ml

An ultrasonic cleaning bath (40 kHz, 250W) was used in this work Effects

of solid/liquid ratio (from 1:15 to 1:40 (g/ml)), temperature (40 - 60°C), sonication time (30 - 50 min) and concentration of ethanol (0 – 99.7% v/v) were determined The experimental design with one-factor was randomly performed and each treatment was replicated three times Optimization process for the extraction conditions of polyphenol from the byproducts of oolong tea with three factors including temperature, time and solvent concentration (ethanol/water) was run using response surface methodology with Box-Behnken design by using JMP software, version 9.0.2 The optimal values (temperature, time, ethanol concentration) were used to determine the effects of ultrasound and materials size on concentration of total polyphenols Total polyphenols extracted from byproducts of oolong tea using UAE (40 kHz, power 250W) under the optimal conditions was used to compare with the one extracted by an organic solvent, microwase assisted extraction method and 24 hours douse extraction Three different materials of oolong tea were determined of antioxidant activity by the DPPH radical scavenging method with IC50 value, vitamin C was used as a control

ethanol concentration of 45% v/v, solid/liquid ratio of 1:25, tea particle size < 1 mm

by UAE method (40 kHz, 1000W/l) Total polyphenols concentraction extracted by using UAE under the optimal conditions were higher 10.24% than the one extracted

by an organic solvent in the same extracted conditions (11.95%) Antioxidant activity of three different materials of oolong tea was IC50 = 15.69; 19.07; 12.02 µg/ml; IC50 of vitamin C was 16.47 µg/ml

1.2.2 Biến đổi sinh học của hợp chất nhóm catechin của lá trà trong quá

1.3.1 Các phương pháp trích ly hiện đại 16 1.3.2 Phương pháp trích ly có hỗ trợ của sóng siêu âm 19

1.4 Tình hình nghiên cứu trà trong và ngoài nước 23

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.6.1 Khảo sát quá trình trích ly polypheonol từ phụ phẩm trà oolong sử

2.6.1.1 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến hàm

2.7 Phương pháp phân tích 35 2.7.1 Xác định hàm lượng polyphenol tổng 35 2.7.2 Xác định hoạt tính kháng oxy hóa của polyphenol 36 2.7.3 Xác định hàm lượng chất EGCG và caffeine bằng phương pháp

3.1 Kết quả khảo sát quá trình trích ly polypheonol từ phụ phẩm trà oolong

sử dụng dung môi kết hợp với sóng siêu âm 38 3.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến hàm lượng polyphenol trích ly

38 3.1.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu : dung môi đến hàm lượng

3.1.3 Xác định thông số tối ưu trong quá trình trích ly polyphenol từ trà

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của siêu âm đến hàm lượng polyphenol tổng trích

3.3 Đánh giá chất lượng dịch chiết trà thu được 59 3.3.1 Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết trà oolong phụ phẩm

59 3.3.2 Đánh giá hàm lượng polyphenol tổng trong dịch chiết từ trà và chế

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học cơ bản trong lá trà tươi 6

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của tannin từ búp trà 9

Bảng 2.1 Các mức mã hóa giá trị các yếu tố khảo sát 30

Bảng 2.2 Ma trận thực nghiệm được thiết kế theo phần mềm JMP 9.0.2 31

Bảng 2.3 Tính chất sản phẩm polyphenol thu được 34

Bảng 3.1 Bố trí thí nghiệm và kết quả trung bình của hàm lượng polyphenol tổng

Bảng 3.2 Dự đoán hệ số hồi quy dạng phương trình bậc 2 của thí nghiệm 46

Bảng 3.3 Giá trị thực nghiệm của hàm lượng polyphenol tổng và giá trị dự toán của

Bảng 3.7 Tính chất sản phẩm polyphenol thu được 64

Bảng 3.8 Kết quả đánh giá cảm quan của mẫu chế phẩm từ trà oolong vụn (302)

67

Bảng 3.9 Kết quả đánh giá cảm quan của mẫu chế phẩm từ trà sau diệt men (189)

Hình 2.2 Trích ly polyphenol có hỗ trợ của siêu âm 29

Hình 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi ethanol đến hàm lượng polyphenol

Hình 3.2 Màu của dịch chiết khi trích ở các nồng độ EtOH khác nhau 41

Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu : dung môi đến hàm lượng polyphenol

Hình 3.4 Giá trị hàm lượng polyphenol tổng thực nghiệm so với giá trị dự đoán của

Hình 3.5 Mô hình bề mặt đáp ứng tương tác giữa hai yếu tố nhiệt độ và thời gian

Hình 3.6 Biểu đồ các đường đồng mức tương tác giữa nhiệt độ và thời gian trích ly

Hình 3.7 Mô hình bề mặt đáp ứng tương tác giữa hai yếu tố nhiệt độ và nồng độ

dung môi trích ly ảnh hưởng đến hàm lượng polyphenol tổng 52

Hình 3.8 Biểu đồ các đường đồng mức tương tác giữa nhiệt độ và nồng độ dung

Hình 3.9 Mô hình bề mặt đáp ứng tương tác giữa hai yếu tố thời gian và nồng độ

dung môi trích ly ảnh hưởng đến hàm lượng polyphenol tổng 53

Hình 3.10 Biểu đồ các đường đồng mức tương tác giữa thời gian và nồng độ dung

Hình 3.13 Ảnh hưởng của siêu âm đến quá trình trích ly polyphenol dựa trên sự

Hình 3.14 Sự thay đổi màu của phản ứng khử gốc tự do DPPH của vitamin C 60 Hình 3.15 % DPPH bị bắt gốc tự do ở các nồng độ khác nhau của ba mẫu dịch

Hình 3.16 % DPPH bị bắt gốc tự do ở các nồng độ khác nhau của ba mẫu chế

Hình 3.17 Chế phẩm dạng bột của dịch chiết polyphenol từ trà oolong vụn 65

Hình 3.18 So sánh hàm lượng polyphenol trong dịch chiết và chế phẩm trà tương

ứng của trà oolong vụn, trà sau diệt men và trà thành phẩm 66

EGCG Epigallocatechin gallate

FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations

HPLC High Performance Liquid Chromatography

IC50 Inhibitory Concentration of 50%

LSD Least Significant Difference

MAE Microwase Assisted Extraction

TF Theaflavin

TPC Total Polyphenols Concentrated

UAE Ultrasound Assisted Extraction

UV – Vis Ultraviolet – Visible Spectroscopy

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đặt vấn đề

Trà oolong là loại trà hương có nguồn gốc từ Trung Quốc nằm ở vùng Tứ Xuyên và Thiểm Tây gồm nhiều loại nhưng chỉ có 10 loại là được xếp hạng thượng phẩm (Thập Đại Danh Trà) Trong thời kỳ phong kiến có tên gọi là “Diệp Long Ngự Trà” có nghĩa là lá rồng để vua dùng Nhân dân Trung Quốc đã biết dùng trà oolong từ 2500 năm trước công nguyên, sau tới Nhật Bản cùng với nhiều nước khác

ở khắp Châu Á trong đó có Việt Nam, nay thì người Châu Âu và Mỹ cũng thích dùng (Nguyễn Đình Tế, 2012)

Các thành phần trong trà rất đa dạng như: glucid, tro, ancaloic, protein và amino acid, hợp chất tannin, vitamin, và khoáng chất có tác dụng bảo vệ sức khoẻ con người Trong đó, hợp chất polyphenol trong trà có tầm quan trọng về chất lượng và giá trị vì chúng vừa tạo ra hương vị và màu sắc cho trà (Nguyễn Đình Tế, 2012), vừa là hoạt chất sinh học có khả năng kháng oxy hóa, ngăn ngừa một số bệnh đối với cơ thể con người Những hợp chất polyphenol là thành phần chính trong trà chiếm 25 - 30% khối lượng chất rắn chiết xuất từ trà (Harbowy và Balentine, 1997)

Để đáp ứng nhu cầu của cuộc sống xã hội hiện đại các nhà sản xuất đã cho ra đời sản phẩm nước uống, kẹo từ trà chứa nhiều chất có giá trị phòng ngừa và chữa trị một số loại bệnh trên người Các sản phẩm từ trà còn được sử dụng như thực phẩm chức năng Đối với trà oolong, là loại trà thuộc dòng sản phẩm cao cấp, giá trị kinh tế cao nên thị trường tiêu thụ còn giới hạn Vì vậy các chế phẩm nước giải khát, bánh kẹo từ oolong cần phải được nghiên cứu tận dụng những phụ phẩm như

vụn trà, cám trà trong quá trình sản xuất trà oolong chính phẩm để chế biến ra sản phẩm có giá thành phù hợp nhưng vẫn giữ được chất lượng cũng như mùi vị đặc trưng của nó Việc tận thu phụ phẩm trà oolong làm nguyên liệu chế biến vừa khai thác triệt để được nguồn polyphenol từ trà, làm tiền đề chế biến những chế phẩm từ dịch chiết polyphenol vừa nâng cao giá trị của phụ phẩm trà Chất lượng dịch chiết trà đóng vai trò quan trọng quyết định chất lượng các chế phẩm từ trà oolong, nếu dịch chiết có nồng độ chất tan và hợp chất có hoạt tính sinh học như polyphenol càng cao thì các chế phẩm được chế biến từ trà sẽ đạt chất lượng càng tốt Polyphenol được trích ly bằng nhiều kỹ thuật khác nhau như trích truyền thống bằng dung môi nước, trích bằng bộ Soxhlet, trích có hỗ trợ của vi sóng, trích ly bằng sóng siêu âm, trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn (Vũ Hồng Sơn và Hà Duyên

Tư, 2009) Kỹ thuật trích ly có hỗ trợ của vi sóng cho hiệu suất trích ly cao hơn phương pháp trích ly truyền thống (Pan và ctv, 2003; Phạm Thành Quân và ctv, 2005) nhưng phương pháp này chỉ phù hợp với quy mô nhỏ và hạn chế về thiết bị

Sử dụng sóng siêu âm trong trích ly là một kỹ thuật góp phần khắc phục một số nhược điểm của phương pháp truyền thống như giảm lượng dung môi, giảm thời gian chiết, an toàn, hiệu quả và thân thiện với môi trường (Mason và ctv, 2005)

Hiện nay đã có đề tài nghiên cứu về chiết ly polyphenol từ trà tại Việt Nam (Vũ Hồng Sơn và Hà Duyên Tư, 2009; Phạm Thành Quân và ctv, 2005), nhưng mới chỉ nghiên cứu trên nguyên liệu trà thành phẩm chủ yếu là trà xanh và đa số sử dụng phương pháp trích ly truyền thống Vì vậy việc mở rộng nghiên cứu về đặc điểm nguyên liệu và các phương pháp trích ly mới là cần thiết, giúp ích một phần trong quá trình thúc đẩy sự phát triển của ngành trà Việt Nam

Nhằm góp phần xây dựng quy trình trích ly polyphenol bằng phương pháp siêu âm, tạo ra nhiều chế phẩm từ trà oolong, nâng cao khả năng ứng dụng trong thực phẩm, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm cải thiện

Mục tiêu nghiên cứu

Xác định các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình trích ly kết hợp sóng siêu

âm nhằm thu được polyphenol từ phụ phẩm trà oolong (vụn trà, cám trà) với hiệu suất trích ly cao nhất có thể, sử dụng phụ phẩm tận thu từ quá trình sản xuất trà oolong như nguồn nguyên liệu để khai thác polyphenol

Ý nghĩa của đề tài

Đề tài có ý nghĩa khoa học trong việc xác định điều kiện ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol từ trà oolong vụn bằng phương pháp trích ly sử dụng dung môi kết hợp sóng siêu âm Ngoài ra, đề tài còn mang ý nghĩa kinh tế khi sử dụng trà oolong phụ phẩm làm nguyên liệu nhằm giảm giá thành sản phẩm, làm tiền đề để nghiên cứu chế biến các chế phẩm nước uống, bánh kẹo từ dịch chiết trà oolong

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về trà

1.1.1 Sinh thái học của trà

Trà có phân loại thực vật thuộc ngành hạt kín Angiospermae, lớp song tử

diệp Dicotyledonae, bộ trà Theales, họ Theaceae, chi Camellia (Thea), loài

Camellia (Thea) sinensis (Khotrolava, 1985)

Trà là cây lâu năm, có chu kì sống rất lâu, có thể đạt 60 – 100 năm hoặc lâu hơn Tuổi thọ kinh tế đối với một cây trà thương mại khoảng 50 – 65 năm tùy điều kiện môi trường và phương pháp trồng trọt

Trà cho năng suất cao vào mùa mưa từ tháng 5 – 11 Trà nguyên liệu sử dụng trong công nghiệp chế biến chủ yếu là một tôm và 2 – 3 lá non (Đỗ Ngọc Quỹ, 2003)

1.1.2 Nguồn gốc cây trà

Năm 1753, Carl Von Lenne, một nhà thực vật học người Thụy Điển đã nghiên cứu thu thập, phân loại các mẫu trà Trung Quốc, và lần đầu tiên đã đặt tên

khoa học cây trà là Thea sinensis, phân thành hai giống trà: Thea bohea (trà đen) và

Thea viridis (trà xanh), như vậy đã xác nhận Trung Quốc là nơi ra đời của cây trà

(Yukihiko, 2001)

Năm 1951 Đào Thừa Trân (Trung Quốc) đưa ra thuyết chiết trung được

những cây trà hoang dại Các điều kiện về đất đai, khí hậu, lượng mưa của cả khu vực này đều rất phù hợp với sự sinh trưởng của cây trà, hợp thành một vườn trà nguyên thủy Hơn nữa các cây trà mọc hoang dại tìm thấy rất nhiều học hai bờ các con sông lớn: Kim Sa Giang, Phú Long Giang, Salouen, Irravadi, Mê Kong, Bramapoutro Các con sông này đều bắt nguồn từ dãy núi ở cao nguyên Tây Tạng Cây trà di thực về phía đông qua tỉnh Tứ Xuyên (Trung Quốc), bị ảnh hưởng của khí hậu, nên biến thành giống trà lá nhỏ, di thực về phía nam và tây nam Ấn Độ, Myanma, Việt Nam biến thành giống lá to (Đỗ Ngọc Quỹ, 2008)

Năm 1974, Veckoven (J.Werkhoven, Hà Lan) chuyên viên của tổ chức Lương thực thế giới FAO, đã tổng kết trong cuốn Công nghệ trà (Tập san Nông

nghiệp 26, Rooma, 1974): “Cây trà được Line xếp loại và đặt tên là Thea sinensis

(L.) có nguồn gốc ở vùng Đông Nam Trung Quốc gần nguồn sông Irrawadi

1.1.3 Hợp chất polyphenol trong trà

Phenol là những hợp chất thơm có nhóm hydroxyl đính trực tiếp với nhân benzen Khi trong phân tử có nhiều nhóm hydroxyl đính trực tiếp với nhân benzen thì được gọi là polyhydroxylphenol (monomer), nhiều monomer gắn với nhau gọi là polyphenol (Phan Phước Hiền, 2010)

Bảng 1.1 Thành phần hóa học cơ bản trong lá trà tươi

Flavonols và flavonol glucosides 3 – 4

Polyphenolic acids và depsides 3 – 4

Polyphenol hòa tan mạnh trong các dung môi phân cực như nước, methanol,

nên chúng có thể tham gia phản ứng oxy hóa – khử, phản ứng cộng và phản ứng

ngưng tụ (Vũ Thy Thư và ctv, 2010)

Các hợp chất polyphenol trong lá trà chủ yếu là catechin (C, EC, EGCG, EGC, ECG…) Ngoài ra trong thành phần polyphenol của trà còn có một số chất khác với tỉ lệ thấp như các flavonol (quercetin, kaempferol, rutin…), các dẫn xuất glucoside như myricetin-3-glucoside, kaempferol-3-glucoside, myricetin-3–rhamnoglucoside, quercetin-3-rhamnoglucoside, kaempferol-3-rhamnodiglucoside…, các leucoanthocyanin, các hợp chất polyflavonoid như theaflavin (theaflavin-3-gallate, theaflavin-3’-gallate, theaflavin-3,3’-digallate ), thearubigin (procyanidine, procyanidine gallate…) Chúng đều là những cấu tử có vai trò quyết định đối với chất lượng cảm quan và dược lý của trà Hàm lượng polyphenol trong đọt trà giảm dần từ búp đến cuộng

Hàm lượng polyphenol trong cây trà thay đổi theo mùa trong năm, thay đổi theo vùng sinh thái và chế độ chăm bón

Tannin là một hợp chất polyphenol, dễ bị oxy hóa dưới tác dụng của chất xúc tác, enzyme và oxy Sản phẩm của sự oxy hóa này quyết định màu sắc, hương vị của trà Đặc tính của tannin có vị chát Tannin được chia thành 2 nhóm là tannin dễ

bị thủy phân (tannin pyrogallic) và tannin không bị thủy phân (tannin catechin) Trong trà chiếm chủ yếu là tannin catechin, là hỗn hợp polymer của catechin và

leucoanthocyanidin (Vũ Thi Thư và ctv, 2010)

Chất tannin trong trà càng nhiều thì phẩm chất trà càng cao Tuy nhiên còn tùy thuộc vào lượng tannin có thể hoà tan trong oxydiethyl Còn lượng tannin nhiều nhưng ở trạng thái kết hợp thì phẩm chất kém hơn Lượng tannin trong trà nhiều hay ít phụ thuộc vào độ tuổi, thời kỳ hái, giống trà, điều kiện ngoại cảnh, phương pháp chế biến (Vũ Thy Thư và ctv, 2010)

Lượng tannin phân bố không đồng đều trên cùng một búp trà, tập trung nhiều nhất ở tôm (39,9%), rồi đến lá non (lá một 36,8%; lá hai 36,1%; lá ba 29,25%; cọng già 25%, lá bánh tẻ, lá già…)

Hàm lượng tannin tăng dần từ đầu vụ (tháng 3, 4) đạt cực đại vào giữa tháng

7 rồi giảm dần vào mùa thu (Đỗ Ngọc Quỹ, 2008)

Catechin: Các catechin là thành phần chính của chất tannin trong trà, chiếm

tỉ lệ cao trong nhóm polyphenol (trên 70% tổng lượng polyphenol của lá trà) Catechin gây nên vị đắng và chát nhẹ cho trà Catechin là tác nhân chính tạo màu cho nước trà khi đã qua chế biến Các catechin bị oxy hóa bởi enzyme polyphenol oxidase, đầu tiên sẽ hình thành hợp chất gọi là orthoquinones, các orthoquinone không bền sẽ chuyển hóa thành theaflavin (TF), các TF này khi phản ứng ngưng tụ

tạo thành thearubigin (TR)

Catechin của trà thuộc họ flavonoid, nhóm flavan-3-ol, phân tử có 15 carbon bao gồm hai vòng 6 carbon A và B được nối bởi 3 đơn vị carbon ở vị trí 2, 3, 4, hình thành một dị vòng C chứa một nguyên tử oxy Cấu trúc của catechin có chứa hai carbon bất đối ở vị trí 2 và 3, không chứa nối đôi ở vị trí 2,3 và nhóm 4-oxo

Hình 1.1 Cấu tạo khung cơ bản của hợp chất catechin và cách đánh số carbon (Ngô

Văn Thu, 1998)

Các catechin được chia thành 2 nhóm: nhóm catechin tự do gồm C, GC, EC, EGC (vị trí carbon số 3 có chứa nhóm thế hydroxyl) và nhóm đã bị ester hóa hay nhóm galloylcatechin: ECG, EGCG (nhóm hydroxyl ở vị trí carbon số 3 được thay

Các catechin đều dễ tan trong nước nóng, rượu, acetone, ethyl acetate tạo dung dịch không màu, không tan trong các dung môi không phân cực hoặc ít phân cực như benzene hoặc chloroform

Bằng phương pháp sắc ký trên cột và trên giấy, từ chế phẩm tannin trà, Curxanov đã tách được 8 catechin chiếm 98,3% tổng lượng tannin của búp trà

Bảng 1.2 Thành phần hoá học của tannin từ búp trà

(Khotrolava, 1985) Các "epi" có cấu trúc giống như các catechin, nhưng khác nhau về sự định hướng trong không gian, dẫn đến tính chất hóa học sẽ khác nhau

(+) – Catechin C15H14O6, (-) – Epicatechin C15H14O6

(- )- Epicatechin gallate, C22H14O10 (+) - Gallocatechin, C15H14O7

(-) – Epigallocatechin, C15H14O7 (-) - Epigallocatechin gallate, C22H18O11

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của các hợp chất catechin chính trong trà (Wright,

2005)

1.1.4 Tác dụng dược lý của polyphenol

Polyphenol là một nhóm chức tự nhiên quan trọng, có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như là chất vận chuyển điện tử trong quá trình hô hấp, là chất điều khiển, chất đặc trưng cho trà về màu sắc, mùi vị Polyphenol đóng vai trò như những kháng thể chống lại tác nhân gây bệnh Nhiều polyphenol có hoạt tính của vitamin P (catechin trong trà) có tác dụng làm bền thành mạch, hạn chế hiện tượng chảy máu dưới da

Polyphenol còn là chất chống oxy hóa, chúng tiếp nhận gốc tự do sinh ra trong quá trình bệnh lý, kìm hãm sự phát triển của các khối u, chống phóng xạ và một số bệnh ung thư Các gốc tự do dư thừa là nguồn gốc phát sinh các bệnh nguy hiểm nên các nghiên cứu đều hướng tới việc khảo sát khả năng kháng oxy hóa, quét gốc tự do trong quá trình tìm kiếm các hợp chất trong thiên nhiên có khả năng ngăn chặn hoặc chữa bệnh

Vai trò của EGCG trong trà chống lại hoạt động oxy hóa gây tổn thương chuỗi DNA, nghĩa là chống lại những đột biến gen và ức chế sự phát triển các bướu

do gốc tự do gây ra (Dương Thanh Liêm và ctv, 2010)

1.2 Giới thiệu về trà oolong

Trà oolong có nguồn gốc từ vùng núi Long Tĩnh thuộc tỉnh Phúc Kiến, Trung Quốc, sau đó được du nhập và phát triển cực thịnh ở Đài Loan rồi trở nên nổi tiếng trên khắp thế giới Giống trà cao cấp này chỉ phù hợp với vùng cao nguyên có khí hậu ôn đới và đòi hỏi một quy trình công nghệ sạch từ khâu chăm sóc đến chế

biến

Oolong thuộc loại trà lên men một nửa Trà oolong trước kia vốn chỉ sản xuất ở Trung Quốc tại ba tỉnh Phúc Kiến, Đài Loan, Quảng Đông Phân thành 4 loại: trà núi đá Vũ Di (Bắc Phúc Kiến), trà Thiết quan âm An Khê (Nam Phúc Kiến), trà oolong Đài Loan và Pao Chủng (Đỗ Ngọc Quỹ, 2003)

Sau 1986 vào thời kỳ kinh tế mở cửa ở Việt Nam, nhiều Công ty trà Đài Loan như Kinh Lộ, Vĩnh Húc, Hai Yin…đã vào miền Nam và miền Bắc để sản xuất trà oolong tại Lâm Đồng, Hà Tây và Mộc Châu … Một số công ty trà của Việt Nam như Cầu tre, Tâm Châu ở Lâm Đồng, Thái Bình ở Lạng sơn… cũng đều sản xuất trà oolong

Trà được trồng trên đất có lẫn chút ít đá là tốt nhất, đất đá sạn thứ 2, đất sét vàng cho trà thuộc loại hạ phẩm Trà ở những cây hoang là tốt nhất, trà vườn chỉ là thứ 2 Nước pha trà lấy ở núi là tốt nhất

Phân loại trà theo cách chế biến: có nhiều loại trà, nhưng chúng được chia thành 3 nhóm chính gồm trà xanh (Lục trà, Green tea), hồng trà (Black tea) và loại trung gian nửa giống lục trà nửa giống hồng trà, loại này không có tên riêng nên thường gọi là oolong, vì oolong là loại trà phổ biến nhất trong loại trà trung gian này

1.2.1 Quy trình chế biến trà oolong

Sản phẩm trà oolong được du nhập từ Đài Loan, Trung Quốc sang Việt Nam, nên quy trình chế biến trà oolong của mỗi công ty có những đặc điểm riêng Mẫu vụn trà oolong được sử dụng trong đề tài được lấy từ công ty Cổ phần – Chế biến – Hàng xuất khẩu Cầu Tre (CP – CB – HXK) với quy trình sản xuất như Hình 1.3

(Nguồn: Tài liệu nội bộ công ty CP – CB – HXK Cầu Tre, 2009) Trà vụn được tận thu trong quá trình qua sàng, đánh tơi ở giai đoạn tạo hình,

Hình 1.3 Quy trình chế biến trà oolong tại công ty CP – CB – HXK Cầu Tre

Hình 1.4 Vụn trà oolong được tận thu trong quá trình sàng, đánh tơi

1.2.2 Biến đổi sinh học của hợp chất nhóm catechin của lá trà trong quá trình chế biến trà oolong

Đóng vai trò chính trong quá trình chuyển hóa này là enzyme polyphenol oxidase, được xác định thông qua hiện tượng oxy hóa không cần oxy Enzyme trong

lá trà được chứa trong các cấu trúc riêng của tế bào lá, trong quá trình lên men bằng enzyme của lá trà, enzyme sẽ chuyển hóa dần các hợp chất catechin thành các tannin bậc cao

Hình 1.5 Quá trình oxy hóa các hợp chất catechin trong trà (Wright, 2005)

Trà oolong là một sản phẩm trung gian giữa trà xanh và trà đen, trà tươi sử dụng làm trà oolong vẫn trải qua quá trình lên men (quá trình oxy hóa catechin) như trà đen, nhưng quá trình lên men này không xảy ra hoàn toàn mà được kiểm soát theo mục đích tạo sản phẩm của người sản xuất Khi quá trình chuyển hóa catechin trong trà nguyên liệu đạt mức độ mong muốn, enzyme sẽ bị làm mất hoạt tính, quá trình oxy hóa dừng lại Vì vậy hàm lượng tổng catechin trong sản phẩm trà oolong nằm giữa so với trà xanh và trà đen Thông thường hàm lượng catechin trong trà oolong chiếm khoảng 10 – 12% chất khô, tức là khoảng 50% so với trà nguyên liệu

ban đầu Vụn trà oolong được tận thu trong giai đoạn tạo hình của quy trình chế biến, nghĩa là đã hoàn thành giai đoạn lên men bán phần và được sào diệt men ở nhiệt độ cao để bất hoạt enzyme polyphenol oxydase, vì vậy vụn trà này cũng mang hương vị đặc trưng của trà oolong

1.3 Phương pháp trích ly

1.3.1 Các phương pháp trích ly hiện đại

Quá trình trích ly dịch chiết trà hiện nay chủ yếu áp dụng phương pháp trích

ly bằng dung môi Nguyên tắc của trích ly bằng dung môi là dựa vào sự thẩm thấu dung môi vào tế bào, chất cần trích ly hòa tan vào dung môi và khuếch tán ra khỏi

tế bào Quá trình trích ly kết thúc khi chất cần trích đạt nồng độ cân bằng trong và ngoài tế bào Quá trình trích ly bằng dung môi có ưu điểm là thiết bị đơn giản, có thể xử lý một lượng rất lớn nguyên liệu và có thể thực hiện quy trình liên tục Các yếu tố chính cần lưu ý trong khi thực hiện quá trình trích ly bằng dung môi:

- Lựa chọn dung môi trích ly: dung môi trích ly là các dung môi hoà tan được hợp chất cần trích ly Các polyphenol là các hợp chất phân cực, nên chủ yếu

sử dụng dung môi phân cực như nước, ethanol, methanol, aceton, ethyl acetate…Phần lớn các tài liệu công bố đều sử dụng dung dịch ethanol hoặc methanol có nồng độ từ 40 – 70 % (v/v), hoặc acteon 50 %, khi dùng dưới hoặc trên nồng độ này hiệu quả trích ly thường thấp

- Kích thước của nguyên liệu: càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc bề mặt giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn Việc xay nghiền nguyên liệu thành bột làm phá vỡ tế bào, tăng diện tích tiếp xúc nên các chất cần trích ly được giải phóng vào dung môi một cách dễ dàng hơn Tuy nếu nguyên liệu quá mịn sẽ

bị lắng đọng lên lớp màng, tắc các ống mao dẫn hoặc bị dòng dung môi cuốn vào các chất cần trích ly sẽ làm cho dung dịch chứa nhiều cặn và làm phức

- Tỉ lệ nguyên liệu : dung môi: Với cùng một lượng nguyên liệu, nếu ta tăng lượng dung môi sử dụng thì hiệu suất trích ly sẽ tăng theo Đó là do sự chênh lệch nồng độ của hợp chất cần trích ly trong nguyên liệu và trong dung môi

sẽ càng lớn Tuy nhiên nếu lượng dung môi sử dụng quá lớn thì sẽ làm loãng dịch trích ly và tốn thời gian cho các quá trình xử lý tiếp theo Cho nên cần phải chọn tỉ lệ giữa nguyên liệu và dung môi cho thích hợp

- Nhiệt độ trích ly: Khi tăng nhiệt độ các hợp chất sẽ chuyển động nhanh hơn,

do đó sự hòa tan và khuếch tán của hợp chất từ nguyên liệu vào dung môi sẽ được tăng cường, đồng thời độ nhớt của dung môi giảm, dung môi dễ dàng xuyên qua lớp nguyên liệu và làm cho diện tích tiếp xúc bề mặt giữa nguyên liệu và dung môi càng lớn Tuy nhiên nhiệt độ quá cao thì có thể xảy ra một

số phản ứng hóa học không mong muốn trong dịch trích và sự tổn thất các cấu tử hương sẽ gia tăng, cho nên nhiệt độ là yếu tố có giới hạn, cần phải lựa chọn nhiệt độ thích hợp trong quá trình trích ly Trong toàn bộ quá trình trích

ly, nhiệt độ không nên vượt quá 80oC, tuy nhiên cũng có một số quy trình thực hiện ở nhiệt độ thấp 5 – 10oC, 40 – 50oC, thậm chí 100oC (Yuko và ctv, 1999; Yukihiko và ctv, 1986)

- Thời gian trích ly: Khi tăng thời gian trích ly thì hiệu suất thu hồi dịch chiết

sẽ tăng Tuy nhiên nếu kéo dài thời gian trích ly quá lâu thì hiệu suất thu hồi dịch chiết sẽ không tăng đáng kể và gây bất lợi về mặt năng lượng (Bombardelli và ctv, 2000; Yuko và ctv, 1999)

- Độ ẩm của nguyên liệu: Độ ẩm của nguyên liệu giảm thì tốc độ trích ly tăng,

vì độ ẩm cao sẽ gây ra sự kết dính giữa các phân tử Nước còn lại trong nguyên liệu sẽ liện kết với các protein và các chất háo nước khác, ngăn cản

sự dịch chuyển của dung môi thẩm sâu vào trong nguyên liệu sẽ làm chậm quá trình khuếch tán, đồng thời cũng làm ảnh hưởng cho quá trình tiếp theo (Aguilera và ctv, 2003)

Để tăng hiệu quả của quá trình trích ly, các nghiên cứu đã được đưa ra để cải thiện phương pháp trích ly bằng dung môi bằng cách áp dụng các biện pháp hỗ trợ như vi sóng, siêu âm, áp dụng các kỹ thuật trích ly bằng CO2 siêu tới hạn, trích ly pha rắn (SPE – solid phase extraction) hoặc kỹ thuật trích ly bằng cách nén chất lỏng

Phương pháp trích ly có hỗ trợ của vi sóng mang lại hiệu quả cao do tính chất đặc biệt trong quá trình truyền năng lượng Quá trình trích ly với hỗ trợ của vi sóng thường có thời gian ngắn hơn rất nhiều so với phương pháp trích ly thông thường, cho phép trích ly có hiệu quả hơn các phân tử dễ bị phân hủy dưới tác động của nhiệt độ Điểm yếu hiện nay đối với phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng là thiết bị còn hạn chế Phần lớn các nghiên cứu chỉ sử dụng các lò gia dụng thông thường (có hoặc không sửa đổi) nên quy mô thí nghiệm rất nhỏ, các quá trình trích

ly vi sóng trong công nghiệp cũng đang ở giai đoạn thử nghiệm (Pan và ctv, 2003)

Các kỹ thuật trích ly bằng CO2 siêu tới hạn đã dược áp dụng để tách caffeine

từ trà (Kima và ctv, 2008) CO2 siêu tới hạn có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp trích ly khác như trích ly nhiệt độ thấp tránh sự phân hủy hay oxy hóa sản phẩm, không phải tách dung môi sau quá trình trích ly (Rozzi và ctv, 2002), tuy nhiên CO2 là một dung môi không phân cực nên phải có biện pháp hiệu chỉnh dung môi để có thể sử dụng được trong quá trình trích ly các hợp chất tan trong trà, nhất

là các hợp chất phân cực

Phương pháp trích ly bằng cách nén chất lỏng có một số ưu điểm như thực hiện nhanh, môi trường hoàn toàn trơ, và đã được áp dụng khi thực hiện trích ly polyphenol từ hạt nho (Kojic và ctv, 2007) Quy trình này vẫn còn đang được nghiên cứu và chưa ứng dụng cho trích ly trà Quá trình trích ly pha rắn có hiệu quả cao, nhưng chỉ mới được ứng dụng chủ yếu trong quá trình chuẩn bị mẫu do chỉ xử

lý được một lượng mẫu tương đối nhỏ (Bailon và ctv)

1.3.2 Phương pháp trích ly có hỗ trợ của sóng siêu âm

1.3.2.1 Giới thiệu sóng siêu âm

Siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền dao động của các phần tử trong không gian có tần số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của con người (16 Hz

- 18kHz) Trong công nghệ thực phẩm, sóng âm được ứng dụng với tần số thấp (40 kHz) và năng lượng cao (>5 W/cm2) (Mason và ctv, 2005)

Phần lớn các nghiên cứu đều áp dụng tần số sóng trong khoảng từ 20 kHz đến 40 kHz Khi sóng siêu âm được truyền vào môi trường chất lỏng, các chu trình kéo và nén liên tiếp được tạo thành Trong điều kiện bình thường, các phân tử chất lỏng ở rất gần nhau nhờ liên kết hóa học Khi có sóng siêu âm, trong chu trình nén các phân tử ở gần nhau hơn và trong chu trình kéo chúng bị tách ra xa Áp lực âm trong chu trình kéo đủ mạnh để thắng các lực liên kết giữa các phân tử và tạo thành những bọt khí nhỏ Các bọt khí nhỏ lớn dần lên khi một tần số cụ thể được áp dụng đến một kích thước cân bằng tối đa Tuy nhiên các trường âm thanh tác động lên một bọt khí riêng biệt không thống nhất nhau, hình thành nên sự dao động với các bọt khí xung quanh, làm các bọt khí mất ổn định và vỡ ra Sự phá vỡ này tạo ra một năng lượng cho sự ảnh hưởng hóa học và cơ học

1.3.2.2 Kỹ thuật trích ly có hỗ trợ của sóng siêu âm

Các ứng dụng và cơ hội để trích ly các chất có hỗ trợ của sóng siêu âm trong ngành công nghiệp thực phẩm được Kamaljit Vilkhu và ctv nghiên cứu và tổng hợp năm 2008 Siêu âm hỗ trợ trích ly (Ultrasound assisted extraction_UAE) là phương pháp giúp tăng cường cho ngành thực phẩm và các ngành công nghiệp có liên quan, bao gồm dầu, thảo dược, protein và các chất có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu thực vật và động vật (ví dụ như polyphenol, anthocyanins, các hợp chất thơm, polysaccharides và hợp chất chức năng) với sản lượng tăng lên của các thành phần chiết xuất, tăng tốc độ khai thác, đạt được trong thời gian chiết xuất ngắn và

thông qua quá trình chế biến hiệu quả Siêu âm có thể tăng cường quá trình chiết xuất hiện tại và cho phép khả năng thương mại hóa quá trình trích ly mới

Cơ chế của sóng siêu âm làm tăng khả năng trích ly dựa vào việc tạo ra một

áp lực lớn xuyên qua dung môi và tác động đến tế bào vật liệu, tăng khả năng truyền khối tới bề mặt phân cách và phá vỡ tế bào trên bề mặt và bên trong của vật liệu giúp quá trình thoát chất tan được dễ dàng

Trong quá trình xử lý bằng siêu âm, qua chu trình nén các phân tử ở gần nhau hơn và chu trình kéo chúng bị tách ra xa làm hình thành các bọt khí nhỏ Các bọt khí này trở thành hạt nhân của hiện tượng xâm thực khí Hiện tượng xâm thực khí mở đầu cho rất nhiều phản ứng do có sự hình thành các ion tự do trong dung dịch; thúc đẩy các phản ứng hóa học nhờ có sự trộn lẫn các chất phản ứng với nhau; tăng cường phản ứng polymer hoá và depolymer hóa bằng cách phân tán tạm thời các phần tử hay bẻ gãy hoàn toàn các liên kết hóa học trong chuỗi polymer; tăng hiệu suất đồng hoá; hỗ trợ trích ly các chất tan từ tế bào động vật, thực vật, nấm men hay vi khuẩn (Kuldiloke, 2002)

Sóng siêu âm cường độ cao truyền vào trong lòng chất lỏng sẽ gây nên sự kích thích mãnh liệt Tại bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha lỏng/rắn hay khí/rắn, sóng siêu

âm gây nên sự hỗn loạn cực độ do tạo thành những vi xoáy Hiện tượng này làm giảm ranh giới giữa các pha, tăng cường sự truyền khối đối lưu và thúc đẩy xảy ra

sự khuyếch tán ở một vài trường hợp mà khuấy trộn thông thường không đạt được (Kuldiloke, 2002)

Hai thiết bị quy mô phòng thí nghiệm phổ biến nhất là bồn (bể) siêu âm, chi phí thấp và thường được sử dụng để truyền sóng âm các mẫu chất lỏng ngâm trong bồn hoặc sử dụng hệ thống đầu dò mạnh hơn là truyền rung động trực tiếp đến mẫu

Hình 1.6 Bể siêu âm (Mason và ctv, 2005)

Hình 1.7 Hệ thống siêu âm đầu dò (Mason và ctv, 2005)

Ảnh hưởng của siêu âm sử dụng để trích ly tác động trên các thành phần và chất lượng cảm quan của trà đã được Xia (2006) nghiên cứu cho thấy hiệu quả trích

ly với các thành phần polyphenol, caffeine, amino acid… nhiều hơn so với phương