Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất trà gừng túi lọc

HCM, ngày 09 tháng 08 năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và ñồ uống MSHV: 09110149 1- TÊN ðỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TRÀ GỪNG TÚ

ðại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA

ðại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

CÔNG TRÌNH ðƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA ðẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

PGS.TS NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ tại HỘI ðỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 09 tháng 08 năm 2011

ðẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA ðộc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

- -oOo -

TP HCM, ngày 09 tháng 08 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và ñồ uống MSHV: 09110149

1- TÊN ðỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TRÀ

GỪNG TÚI LỌC

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần, nồng ñộ acid citric sử dụng trong dung dịch chần ñến chất lượng sản phẩm trà gừng

- Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm, nồng ñộ maltodextrin sử dụng trong dung dịch ngâm ñến chất lượng sản phẩm trà gừng

- Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy ñến chất lượng sản phẩm trà gừng

- So sánh hiệu suất thu hồi chất chiết của sản phẩm sau khi sấy với nguyên liệu gừng tươi và với sản phẩm trà gừng trên thị trường

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : tháng 01 năm 2011

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : tháng 07 năm 2011

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS ðỐNG THỊ ANH ðÀO

Nội dung và ñề cương Luận văn thạc sĩ ñã ñược Hội ðồng Chuyên Ngành thông qua

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Lời cảm ơn

Trước hết, tôi xin ựược cảm ơn cha, mẹ là người ựã sinh thành, nuôi dưỡng giúp

ựỡ và lo lắng cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện ựề tài

để hoàn thành ựề tài thành công, em xin chân thành cảm ơn Cô đống Thị Anh đào ựã tận hình hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình và giúp ựỡ em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, ựặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm ựã dạy dỗ và truyền ựạt kiến thức, kinh nghiệm cho em trong suốt quá trình học tập Em xin gửi lời cảm ơn các thầy cô ở các phòng thắ nghiệm của

Bộ môn ựã giúp ựỡ và tạo ựiều kiện về trang thiết bị, dụng cụ, hóa chất, cho em hoàn thành các thắ nghiệm của luận văn một cách tốt ựẹp

Cảm ơn tất cả bạn bè, người thân ựã luôn ựộng viên và giúp ựỡ tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn !

Tp Hồ Chắ Minh, ngày 09 tháng 08 năm 2011

LÂM PHÁT đẠT

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ khảo sát các yếu tố có ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm trà gừng túi lọc và tìm ra phương pháp chế biến hợp lý nhằm mục ñích nâng cao hiệu suất thu hồi chất chiết của sản phẩm, hạn chế tối ña sự thất thoát các chất dinh dưỡng có trong gừng Trong quá trình nghiên cứu, ñể ổn ñịnh chất lượng nguồn nguyên liệu sử dụng, chúng tôi ñã theo dõi thời gian bảo quản nguyên liệu trong hai ñiều kiện nhiệt ñộ khác nhau, nhằm xác ñịnh mức giới hạn thời gian sử dụng nguồn nguyên liệu trong nghiên cứu Nội dung nghiên cứu của chúng tôi bao gồm các phần như sau:

• Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần, nồng ñộ acid citric sử dụng trong dung dịch chần ñến chất lượng sản phẩm trà gừng

• Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm, nồng ñộ maltodextrin

sử dụng trong dung dịch ngâm ñến chất lượng sản phẩm trà gừng

• Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy ñến chất lượng sản phẩm trà gừng

• So sánh hiệu suất thu hồi chất chiết của sản phẩm sau khi sấy với nguyên liệu gừng tươi và với sản phẩm trà gừng trên thị trường

Kết quả bước ñầu cho thấy: thời gian sử dụng nguyên liệu gừng trong nghiên cứu tối ña là 60 ngày ở 12oC và 30 ngày ở 30oC Sau quá trình chế biến, sản phẩm trà gừng túi lọc thu ñược có hiệu suất thu hồi chất chiết cao hơn so với sản phẩm trà gừng trên thị trường và hiệu suất này cũng tăng hơn so với hiệu suất thu hồi chất chiết từ nguyên liệu gừng tươi

i

MỤC LỤC

Mục lục i

Danh sách bảng v

Danh sách hình vii

Danh sách các từ viết tắt ix

Lời mở ñầu 1

Chương 1 Tổng quan tài liệu 3

1.1 Tổng quan về nguyên liệu gừng 3

1.1.1 Giới thiệu 3

1.1.2 Nguồn gốc 3

1.1.3 Phân loại khoa học 4

1.1.4 ðặc ñiểm 5

1.1.5 ðiều kiện sinh thái 7

1.1.6 Sản xuất và thu hoạch 8

1.1.7 Thành phần hóa học 11

1.1.7.1 Thành phần dinh dưỡng của củ gừng 12

1.1.7.2 Một số hợp chất hóa học quan trọng trong gừng 13

1.1.8 Sử dụng 21

1.2 Maltodextrin 24

1.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy 25

1.3.1 ðộng lực học của quá trình sấy 25

1.3.2 Các phương pháp sấy 26

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến vận tốc sấy 27

1.3.4 Biến ñổi nguyên liệu trong quá trình sấy 27

Chương 2 Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu 29

2.1 Nguyên liệu, thiết bị, dụng cụ và hóa chất 29

2.1.1 Gừng 29

2.1.2 Maltodextrin 29

ii

2.1.3 Thiết bị và dụng cụ 29

2.1.4 Hóa chất 29

2.2 Quy trình công nghệ và giải thích quy trình 30

2.2.1 Sơ ñồ khối quy trình sản xuất trà gừng túi lọc trong nghiên cứu 30

2.2.2 Giải thích quy trình 31

2.3 Sơ ñồ nghiên cứu 34

2.4 Thuyết minh sơ ñồ nghiên cứu 35

2.4.1 Khảo sát nguyên liệu 35

2.4.1.1 Xác ñịnh thành phần hóa học nguyên liệu 35

2.4.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian bảo quản ñến chất lượng gừng 35

2.4.2 Khảo sát quá trình chần 35

2.4.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần ñến chất lượng gừng 35

2.4.2.2 Ảnh hưởng của nồng ñộ acid citric ñến chất lượng gừng 36

2.4.3 Khảo sát quá trình ngâm 36

2.4.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến chất lượng gừng 36

2.4.3.2 Ảnh hưởng của nồng ñộ maltodextrin ñến chất lượng gừng 37

2.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy ñến chất lượng gừng 37

2.4.5 So sánh hiệu suất thu hồi chất chiết của sản phẩm với nguyên liệu và với sản phẩm trà gừng trên thị trường 38

2.5 Các phương pháp phân tích 38

2.5.1 Phân tích hàm lượng các hợp chất chứa nhóm phenol 38

2.5.2 Phân tích hàm lượng nhựa dầu gừng 40

2.5.3 Phân tích hàm lượng tương ñối các hợp chất cay 40

2.5.4 Tính hiệu suất thu hồi chất chiết 41

2.6 Các phương pháp tính toán, thống kê 41

Chương 3 Kết quả và bàn luận 42

3.1 Khảo sát nguyên liệu 42

3.1.1 Thành phần hóa học nguyên liệu 42

3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian bảo quản ñến các chỉ tiêu chất lượng của gừng 43

3.1.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian bảo quản ñến hàm ẩm 43

iii

3.1.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian bảo quản ñến hàm lượng ñường tổng

45

3.1.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian bảo quản ñến hàm lượng TPC 46

3.1.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian bảo quản ñến hàm lượng nhựa dầu

49

3.1.2.5 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian bảo quản ñến hàm lượng chất cay 50

3.2 Khảo sát quá trình chần 52

3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần ñến các chỉ tiêu chất lượng của gừng 53

3.2.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần ñến hàm lượng ñường tổng 53

3.2.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần ñến hàm lượng TPC 56

3.2.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần ñến hàm lượng nhựa dầu 59

3.2.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần ñến hàm lượng chất cay 62

3.2.2 Ảnh hưởng của nồng ñộ acid citric sử dụng trong dung dịch chần ñến các chỉ tiêu chất lượng của gừng 66

3.2.2.1 Ảnh hưởng của nồng ñộ acid citric ñến hàm lượng ñường tổng 68

3.2.2.2 Ảnh hưởng của nồng ñộ acid citric ñến hàm lượng TPC 69

3.2.2.3 Ảnh hưởng của nồng ñộ acid citric ñến hàm lượng nhựa dầu 70

3.2.2.4 Ảnh hưởng của nồng ñộ acid citric ñến hàm lượng chất cay 71

3.3 Khảo sát quá trình ngâm gừng trong dung dịch maltodextrin 72

3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến các chỉ tiêu chất lượng của gừng 72

3.3.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến hàm lượng ñường tổng 72

3.3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến hàm lượng TPC 76

3.3.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến hàm lượng nhựa dầu 79

3.3.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến hàm lượng chất cay 82

3.3.2 Ảnh hưởng của nồng ñộ maltodextrin trong dung dịch ngâm ñến các chỉ tiêu chất lượng của gừng 85

3.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy ñến các chỉ tiêu chất lượng của gừng 88

3.5 Tính hiệu suất thu hồi chất chiết của sản phẩm nghiên cứu, nguyên liệu gừng tươi và sản phẩm trà gừng trên thị trường 91

iv

Chương 4 Kết luận và ñề nghị 93

4.1 Kết luận 93

4.2 ðề nghị 95

Tài liệu tham khảo 96

Phụ lục 100

v

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1 Phân bố của 11 loại gừng ñược tìm thấy ở Việt Nam 4

Bảng 1.2 Diện tích trồng gừng của các nước trên thế giới 8

Bảng 1.3 Thành phần dinh dưỡng của củ gừng tính trên trọng lượng khô 12

Bảng 1.4 So sánh thành phần của tinh dầu gừng ñạt ñược bằng phương pháp chưng cất hơi nước và trích ly bằng CO2 siêu tới hạn 14

Bảng 1.5 Một số tính chất vật lý của tinh dầu gừng 15

Bảng 1.6 Sự thay ñổi sesquiterpen trong tinh dầu gừng theo thời gian bảo quản 16

Bảng 1.7 Thành phần các chất gây cay trong gừng 17

Bảng 1.8 Thành phần các acid béo trong nhựa dầu gừng 20

Bảng 1.9 Các nghiên cứu về tác dụng sinh học và sinh lý học của gừng 23

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của nguyên liệu gừng 42

Bảng 3.2 Sự thay ñổi hàm ẩm theo thời gian bảo quản ở 12oC và 30oC 43

Bảng 3.3 Sự thay ñổi hàm lượng ñường tổng theo thời gian bảo quản ở 12oC và 30oC 45

Bảng 3.4 Sự thay ñổi hàm lượng TPC theo thời gian bảo quản ở 12oC và 30oC 46

Bảng 3.5 Sự thay ñổi hàm lượng nhựa dầu theo thời gian bảo quản ở 12oC và 30oC 49

Bảng 3.6 Sự thay ñổi hàm lượng chất cay theo thời gian bảo quản ở 12oC và 30oC 50

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ chần ñến hàm lượng ñường tổng 53

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của thời gian chần ñến hàm lượng ñường tổng 54

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần ñến hàm lượng ñường tổng 55

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ chần ñến hàm lượng TPC 56

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của thời gian chần ñến hàm lượng TPC 57

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần ñến hàm lượng TPC 58

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ chần ñến hàm lượng nhựa dầu 59

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của thời gian chần ñến hàm lượng nhựa dầu 60

Bảng 3.15 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần ñến hàm lượng nhựa dầu 61

Bảng 3.16 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ chần ñến hàm lượng chất cay 62

vi

Bảng 3.17 Ảnh hưởng của thời gian chần ñến hàm lượng chất cay 63

Bảng 3.18 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian chần ñến hàm lượng chất cay 65

Bảng 3.19 Ảnh hưởng của nồng ñộ acid citric ñến các chỉ tiêu chất lượng của gừng 67

Bảng 3.20 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ngâm ñến hàm lượng ñường tổng 72

Bảng 3.21 Ảnh hưởng của thời gian ngâm ñến hàm lượng ñường tổng 74

Bảng 3.22 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến hàm lượng ñường tổng 75 Bảng 3.23 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ngâm ñến hàm lượng TPC 76

Bảng 3.24 Ảnh hưởng của thời gian ngâm ñến hàm lượng TPC 77

Bảng 3.25 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến hàm lượng TPC 78

Bảng 3.26 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ngâm ñến hàm lượng nhựa dầu 79

Bảng 3.27 Ảnh hưởng của thời gian ngâm ñến hàm lượng nhựa dầu 80

Bảng 3.28 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến hàm lượng nhựa dầu 81

Bảng 3.29 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ngâm ñến hàm lượng chất cay 82

Bảng 3.30 Ảnh hưởng của thời gian ngâm ñến hàm lượng chất cay 83

Bảng 3.31 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến hàm lượng chất cay 84

Bảng 3.32 Ảnh hưởng của nồng ñộ maltodextrin ñến các chỉ tiêu chất lượng của gừng 85

Bảng 3.33 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy ñến các chỉ tiêu chất lượng của gừng 88

Bảng 3.34 Hiệu suất thu hồi chất chiết của sản phẩm trà gừng nghiên cứu, nguyên liệu gừng tươi và sản phẩm trà gừng trên thị trường 91

vii

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1 ðặc ñiểm hình thái của cây gừng 5

Hình 1.2 Vòng ñời phát triển của gừng 7

Hình 1.3 Thành phần của tinh dầu dễ bay hơi trong gừng 14

Hình 1.4 Các thành phần tạo nên vị cay chủ yếu trong nhựa dầu gừng 18

Hình 1.5 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và pH lên gingerol và shogaol 19

Hình 1.6 Mối quan hệ giữa các hợp chất cay trong gừng 20

Hình 1.7 Công thức cấu tạo của maltodextrin 24

Hình 2.1 ðường chuẩn xác ñịnh hàm lượng TPC 39

Hình 3.1 Sự thay ñổi hàm ẩm theo thời gian bảo quản ở 12oC và 30oC 44

Hình 3.2 Sự thay ñổi lượng ñường tổng theo thời gian bảo quản ở 12oC và 30oC

45

Hình 3.3 Sự thay ñổi hàm lượng TPC theo thời gian bảo quản ở 12oC và 30oC 47

Hình 3.4 Mặt cắt lớp hình oval của củ gừng 48

Hình 3.5 Sự thay ñổi hàm lượng nhựa dầu theo thời gian bảo quản ở 12oC và 30oC 49

Hình 3.6 Sự thay ñổi hàm lượng chất cay theo thời gian bảo quản ở 12oC và 30oC 51

Hình 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ chần ñến hàm lượng ñường tổng 53

Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian chần ñến hàm lượng ñường tổng 54

Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ chần ñến hàm lượng TPC 56

Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian chần ñến hàm lượng TPC 57

Hình 3.11 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ chần ñến hàm lượng nhựa dầu 59

Hình 3.12 Ảnh hưởng của thời gian chần ñến hàm lượng nhựa dầu 60

Hình 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ chần ñến hàm lượng chất cay 63

Hình 3.14 Ảnh hưởng của thời gian chần ñến hàm lượng chất cay 64

Hình 3.15 Ảnh hưởng của quá trình chần lên tế bào của gừng 67

Hình 3.16 Ảnh hưởng của nồng ñộ acid citric ñến hàm lượng ñường tổng 68

Hình 3.17 Ảnh hưởng của nồng ñộ acid citric ñến hàm lượng TPC 69

Hình 3.18 Ảnh hưởng của nồng ñộ acid citric ñến hàm lượng nhựa dầu 70

viii

Hình 3.19 Ảnh hưởng của nồng ñộ acid citric ñến hàm lượng chất cay 71

Hình 3.20 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ngâm ñến hàm lượng ñường tổng 73

Hình 3.21 Ảnh hưởng của thời gian ngâm ñến hàm lượng ñường tổng 74

Hình 3.22 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ngâm ñến hàm lượng TPC 76

Hình 3.23 Ảnh hưởng của thời gian ngâm ñến hàm lượng TPC 77

Hình 3.24 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ngâm ñến hàm lượng nhựa dầu 79

Hình 3.25 Ảnh hưởng của thời gian ngâm ñến hàm lượng nhựa dầu 80

Hình 3.26 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ngâm ñến hàm lượng chất cay 82

Hình 3.27 Ảnh hưởng của thời gian ngâm ñến hàm lượng chất cay 83

Hình 3.28 Ảnh hưởng của nồng ñộ maltodextrin ñến hàm lượng ñường tổng, nhựa dầu và hợp chất cay 86

Hình 3.29 Ảnh hưởng của nồng ñộ maltodextrin ñến hàm lượng TPC 87

Hình 3.30 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy ñến hàm lượng ñường tổng, nhựa dầu và hợp chất cay 89

Hình 3.31 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy ñến hàm lượng TPC 90

Hình 4.1 Sơ ñồ khối quy trình công nghệ sản xuất trà gừng túi lọc 93

ix

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

GC - Gas Chromatography : sắc ký khí

GC/MS - Gas Chromatography/ Mass Spectrometry : sắc ký khí/ khối phổ

TPC - Total content phenolic : tổng hàm lượng các hợp chất có nhóm phenol GAE - Gallic acid equivalent : hàm lượng acid gallic tương ñương

DE - Dextrose Equivalent : số gram ñường khử ñược qui ñổi ra dextrose có

trong 100g mẫu phân tích

1

LỜI MỞ ðẦU

Nước ta là nước khí hậu nhiệt ñới nên có nguồn thực vật phong phú và ña dạng

về số lượng, chủng loại Các loại thực vật này ñều mang giá trị dinh dưỡng và sinh học rất cao ðặc biệt là nhóm rau củ gia vị, chúng thường chứa các thành phần có hoạt tính dược liệu quý và có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm Trong nhóm gia vị này củ gừng là một nguyên liệu rất ñáng ñược chú ý

Gừng (Zingiber officinale Rosc) là một trong những gia vị quan trọng và ñược sử

dụng rộng rãi trên toàn thế giới [21] Vì trong gừng còn chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học thú vị và sở hữu các thành phần có lợi cho sức khỏe [18] Các hợp chất có hoạt tính trong gừng chính là các thành phần của phenolic và hợp chất tạo nên tính chất cay (gingerol, shogaol, zingerone) cho gừng, chúng có tác dụng bảo vệ cơ thể chống lại các bệnh về xơ vữa ñộng mạch, kháng viêm, chống lại các tác nhân gây ung thư Hơn nữa, chúng còn ñược biết ñến như là một nguồn có hoạt tính chống oxy hóa lipid trong thực phẩm rất tốt Ngoài hai thành phần chính nêu trên thì trong gừng còn chứa những thành phần có hoạt tính chống oxy hóa khác như: vitamin C, β carotene, flavonoid và tannin [38]

Ở Việt Nam người ta thường sử dụng gừng ở dạng nguyên liệu tươi trong chế biến các món ăn truyền thống, trong hỗ trợ ñiều trị các bệnh về khớp, các bệnh ñường tiêu hóa… ñể tận dụng các thành phần có lợi mà gừng mang lại Tuy nhiên, việc sản xuất gừng nguyên liệu thường mang tính thời vụ và khó kiểm soát, do ñó trong một lúc không thể sử dụng hết nguồn nguyên liệu này khi vào vụ mùa thu hoạch, mà cần có biện pháp kéo dài thời gian sử dụng nhưng lại có thể tăng thêm giá trị kinh tế cho chúng Ngày nay, những phương pháp người ta thường sử dụng ñó là chế biến gừng thành các sản phẩm tiện dụng như: trà gừng, bột gừng khô, kẹo gừng,… những sản phẩm này vừa có tác dụng kéo dài thời gian bảo quản vừa nâng cao giá trị kinh tế cho gừng cũng như ñáp ứng nhu cầu ngày càng ña dạng của con người

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các sản phẩm trà từ nguồn nguyên liệu gừng ñược bày bán nhưng hầu như chúng ñều mang giá trị dược học thấp, các hợp chất có lợi của gừng ñã mất ñi rất nhiều khi chế biến nên sản phẩm chỉ còn chứa một lượng nhỏ không ñáng kể Do ñó, ñể tăng thêm hiệu quả sử dụng các hợp chất có lợi từ gừng

2

và nâng cao giá trị dược học của gừng nguyên liệu chúng tôi ñã thực hiện ñề tài

“Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất trà gừng túi lọc”

Nhiệm vụ của nghiên cứu chúng tôi là tìm ra biện pháp chế biến trà gừng tốt nhất, hạn chế tối ña sự thất thoát các phenol tổng, nhựa dầu và các hợp chất cay từ gừng, tăng hàm lượng ñường có trong gừng bằng cách bổ sung thêm hàm lượng maltodextrin khi ngâm và xác ñịnh hiệu suất thu hồi chất chiết của sản phẩm nghiên cứu so với hiệu suất thu hồi chất chiết từ gừng tươi và sản phẩm trà gừng trên thị trường Do ñó, mục tiêu trong nghiên cứu này của chúng tôi sẽ có khả năng làm tăng thêm chất lượng cho sản phẩm trà gừng khi trích ly vào nước ñể có thể sử dụng sản phẩm trà gừng như một loại nước giải khát có tác dụng dược học cao và tăng cường hiệu quả phòng ngừa và hỗ trợ ñiều trị một số bệnh

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về nguyên liệu gừng

1.1.1 Giới thiệu [18, 21]

Gừng là một trong những loại gia vị quan trọng và phổ biến từ xa xưa ở các nước châu Á ñặc biệt là Trung Quốc, Ấn ðộ và một số nước châu Phi Ngoài ra gừng là một trong những cây thuốc ñược sử dụng rộng rãi trong y học truyền thống ở Ấn ðộ, Trung Quốc và hệ thống y học của Nhật Bản nhờ vào các thành phần tinh dầu, nhựa gừng với các hợp chất và mùi vị ñặc trưng của gừng Theo hệ thống y học của Ấn ðộ (Ayurveda) gừng là thuốc tống hơi và tiêu hóa Nó ñược cho là hữu ích trong chán ăn, khó tiêu và các bệnh do viêm Gừng khô rất hữu ích trong các chứng ñau tai, hen suyễn, ho, tiêu chảy, ñau bụng, ñầy hơi, buồn nôn và ói mửa Gừng cũng có hoạt ñộng chống tiểu cầu, các hoạt ñộng tăng lipid trong máu Ở Trung Quốc, gừng ñược chỉ ñịnh ñể ñiều trị một số bệnh như nôn mửa, tiêu chảy, khó tiêu, chấn ñộng, giảm nhiệt

ñộ cơ thể và huyết áp cao Trong hệ thống y học của Trung Quốc và Nhật Bản, gừng khô và gừng tươi tạo thành hai loại thuốc khác nhau ñược sử dụng cho các mục ñích khác nhau [18]

Hiện nay gừng là loại gia vị duy nhất ñược sản xuất thành các loại thức uống không cồn, các sản phẩm thường gặp từ gừng là trà gừng ở các nước châu Á, bánh mì gừng và nước gừng, bia gừng từ một số nước châu Âu Do ñó gừng ñã ñược xem là một loại gia vị phổ biến trên toàn thế giới và ñang ñược nghiên cứu sâu và rộng hơn về các hợp chất thảo dược trong gừng, các hợp chất này chủ yếu nằm trong nhựa gừng (resin) là thành phần chính tạo nên vị cay ñặc trưng cho gừng nhằm mục ñích chữa các loại bệnh liên quan về ñường huyết, lipid, insullin trong máu cũng như các tác dụng chống oxy hóa, ung thư [21]

1.1.2 Nguồn gốc [3, 6, 16, 21, 22]

Vào năm 1807, cây gừng ñược nhà thực vật học người Anh Willliam Roscoe

(1753 – 1831) ñặt tên khoa học là: Zingiber officinale Rosc Tên này có nguồn gốc từ

tiếng Phạn “stringavera” có nghĩa là “hình dạng thân rễ giống như gạc hươu”

Gừng ñược cho là có nguồn gốc từ miền Nam Trung Quốc, cây gừng ñược trồng

ở hầu hết các nước nhiệt ñới và cận nhiệt ñới châu Á (50% sản lượng gừng của thế

4

giới ựược sản xuất tại Ấn độ), Brazil, Jamaica (Jamaica ựược xem là nơi gừng có chất lượng tốt nhất) và Nigeria (gừng ở Nigeria thường cay hơn ở các nơi khác tuy nhiên về

mặt hương vị thì kém hơn) [16, 21, 22]

Chi Zingiber ở châu Á có khoảng 45 loài, Việt Nam có 11 loài Gừng là loại cây

gia vị cổ ựiển ựược trồng ở nhiều nước trong vùng nhiệt ựới và cận nhiệt ựới, từ đông

Á ựến đông Nam Á và Nam Á Trung Quốc, Ấn độ, Nhật Bản là những nước trồng

gừng nhiều nhất thế giới Ở Việt Nam, cây gừng (Zingiber officinale) ựược trồng khá

phổ biến từ Bắc (Cao Bằng, Lạng Sơn) ựến Nam (Cà Mau) Nhưng gừng chỉ ựược trồng rải rác trong các vườn hộ gia ựình Riêng một số tỉnh phắa Bắc, gừng ựã ựược trồng tập trung trên diện tắch tương ựối rộng, dưới tán vườn cây ăn quả và dưới tán rừng như ở Hòa Bình và Lạng Sơn [3]

Bảng 1.1 Phân bố của 11 loại gừng ựược tìm thấy ở Việt Nam [3]

Hiện nay ở Việt Nam phổ biến nhất có 3 loại gừng: gừng dại (Zingiber

purpureum Rosc), gừng gió (Zingiber zerumbet), gừng ựược gây trồng phổ biến

(Zingiber offcinale) [6]

1.1.3 Phân loại khoa học [6]

Có nhiều loại gừng khác nhau ựã ựược phát hiện và gây trồng, nhưng trong khuôn khổ bài nghiên cứu này chúng tôi chỉ khảo sát loại gừng vàng ựược gây trồng phổ biến nhất hiện nay

5

• Giới: Plantae

• Không phân hạng: Angiospermae

• Không phân hạng: Monocots

• Không phân hạng: Commelinids

Thân là thân cỏ lâu năm một lá mầm, cao khoảng từ 0,6 ÷ 1m Cấu tạo từ nhiều

bẹ lá ôm lấy lõi thân

Bẹ lá: Hình lưỡi liềm Biểu bì trên hình ña giác, có kích thước lớn hơn biểu bì dưới Mô mềm khuyết Các bó mạch nhỏ gồm từ 1 ÷ 6 mạch gỗ, gỗ ở trên và xơ libe ở dưới, các tế bào xung quanh hóa mô cứng Tại ñoạn có bó mạch thì mô mềm và biểu

bì bị ép dẹp Ở bẹ lá ngoài cùng rải rác có biểu bì tiết

Thân: vi phẫu hình bầu dục Tế bào biểu bì hình chữ nhật, nhỏ Dưới biểu bì là

mô mềm khuyết hay sâu, tế bào hình tròn, vách mỏng Trụ bì gồm 2 ÷ 3 lớp tế bào uốn lượn tạo thành một vòng liên tục Bên trong và ngoài vòng trụ bì có nhiều bó mạch gỗ nhỏ bao gồm từ 1 ÷ 6 mạch gỗ, xơ libe chồng lên gỗ Các bó gỗ ngoài trụ bì thường có

6

vòng mô cứng bao xung quanh, các bó phía trong thì không có Mô mềm tủy ñạo, tế bào ña giác hoặc chữ nhật, ñôi khi có các khuyết lớn Ở bẹ lá và thân ñều chứa rải rác tinh thể canxi oxalat hình khối nhỏ, túi tiết và tế bào tiết rải rác trong vùng mô mềm

Thân rễ

Thân rễ phình to, chứa các chất dinh dưỡng và thường ñược gọi là củ gừng, không có hình dạng nhất ñịnh, phân nhánh trên một mặt phẳng, làm thành nhiều ñốt, kích thước không ñều, dài 3 ÷ 7cm, dày 0,5 ÷ 1,5cm, mặt ngoài màu trắng tro hay vàng nhạt, có vết nhăn dọc, ở ñầu ñốt có vết tích của thân cây ñã rụng, trên các ñốt có vết sẹo của các lá khô (vảy), vết bẻ màu trắng tro hoặc ngà vàng, lõi tròn rõ, mùi thơm,

vị cay nóng Xung quanh củ có các rễ tơ Rễ và củ chỉ phát triển tập trung ở lớp ñất mặt từ 0 ÷ 15cm

Biểu bì gồm một lớp tế bào hình chữ nhật, nhỏ xếp tương ñối ñều ñặn Dưới lớp biểu bì là mô mềm, vỏ gồm 5 ÷ 6 lớp tế bào hơi dẹp, vách tẩm chất gỗ Phía dưới lớp

mô mềm vỏ này có khoảng năm lớp bần Mô mềm vỏ khuyết, tế bào tròn, vách mỏng,

có thể bị bẹp lại và nhăn nheo ñối với thân rễ già Trụ bì gồm một lớp tế bào kích thước không ñều, có xu hướng bị ép dẹp bởi các bó xơ libe gỗ nằm gần ñó Vòng nội

bì và trụ bì gần như liên tục Mô mềm tủy là những tế bào hình tròn, to hơn tế bào mô mềm vỏ Rất nhiều bó libe gỗ tập trung thành một vòng sát trụ bì và rải rác khắp mô mềm vỏ và mô mềm tuỷ Mỗi bó có 1 ÷ 6 mạch gỗ, libe chồng lên gỗ Tế bào tiết chứa tinh dầu màu vàng tươi rất nhiều trong mô mềm vỏ và tủy

Lá

Lá màu xanh ñậm, dài 15 ÷ 20cm, rộng khoảng 2cm, lá mọc so le thành hai dãy, thẳng ñứng, có bẹ lá, không cuống, hình ngọn giáo, thắt lại ở gốc, mặt trên màu lục sẫm bóng, mặt dưới nhạt; gân lá song song và có màu nhạt Bẹ nhẵn, có thể ôm vào nhau thành một thân giả Lưỡi nhỏ dạng màng, nhẵn, chia hai thùy cạn ðộ che phủ của tán lá gừng trên mặt ñất không cao lắm

Biểu bì lá: Cả hai mặt ñều có lỗ khí nhưng biểu bì dưới có nhiều hơn, lỗ khí kiểu một lá mầm, các tế bào có dạng hình chữ nhật ngắn hay lục giác Biểu bì trên xếp ñều ñặn và thẳng hàng hơn biểu bì dưới Biểu bì dưới nhỏ hơn biểu bì trên, biểu bì tiết có

cả ở hai mặt Mô mềm khuyết Nhiều bó mạch xếp thành hàng, gỗ ở trên, libe ở dưới, vòng mô cứng nằm dưới libe Bó gỗ ở gân giữa là lớn nhất và nhỏ dần về hai phía Túi tiết và tế bào tiết rải rác trong vùng mô mềm Ở hai bên phiến lá, dưới biểu bì trên có

7

một lớp tế bào hạ bì lớn, không liên tục và ba lớp mô mềm khá giống mô giậu, nhưng

tế bào ngắn hơn Trên biểu bì dưới cũng có một lớp hạ bì

Hoa

Cây gừng ít khi ra hoa, trục hoa mọc từ gốc, dài 15 ÷ 20cm Hoa màu vàng xanh, dài 5cm, rộng 2 ÷ 3cm, có ba cánh hoa dài khoảng 2cm, mép cánh hoa và nhị hoa màu tím Số lượng chồi nằm ở củ gừng không nhiều Nó là nguồn giống duy nhất hiện nay

Cây gừng ñược trồng phổ biến ở vùng khí hậu nhiệt ñới ẩm, có nhiệt ñộ trung

vài mét trên mặt biển ñến 1500m Ở các vùng núi cao, khí hậu lạnh, nhiều sương giá không thích hợp ñối với cây gừng

Cây gừng thích hợp ở các vùng khí hậu có một mùa khô ngắn, có nhiệt ñộ không khí tương ñối cao trong thời kỳ củ gừng thành thục Vì vậy, nhiều ñịa phương ở miền Nam nước ta thích hợp với cây gừng

Cây gừng cần ñất trồng tương ñối tốt, tầng ñất dày, tơi xốp ít ñá lẫn, khả năng giữ nước và thấm nước tương ñối cao, ñất ñủ ẩm nhưng phải thoát nước tốt, không gây úng Trồng gừng tốt nhất là ñất thịt, không ưa ñất cát và ñất sét ðất có hàm lượng

1 Giai ñoạn nảy mầm

2 Giai ñoạn cây con

3, 4 Giai ñoạn phát triển hưng thịnh

5 Thân rễ không hoạt ñộng

Cây gừng có nhu cầu về các chất khoáng dinh dưỡng tương ñối cao, trong ñó nhu cầu về nitơ cao nhất, sau ñến kali và photphose Vì vậy, muốn trồng gừng có năng suất cao, cần phải trồng trên ñất tốt và nếu trồng trên ñất xấu hoặc trồng nhiều năm cần phải bón thêm phân

Gừng trồng sau một năm nếu không thu hoạch sẽ có hiện tượng tàn lụi (phần trên mặt ñất) qua ñông Thời gian sinh trưởng mạnh của cây trùng với mùa hè – thu nóng

và ẩm Gừng tái sinh dễ dàng bằng những ñoạn thân rễ có nhú mầm, có thể trồng quanh năm nhưng tốt nhất vào mùa xuân Ra hoa vào mùa hạ và mùa thu

1.1.6 Sản xuất và thu hoạch [21, 32]

Hiện nay gừng ñược trồng phổ biến ở các nơi trên thế giới vì khả năng sử dụng ñặc biệt của chúng trong chữa bệnh và các món ăn truyền thống Diện tích trồng gừng trên thế giới là rất lớn và ngày một tăng

Bảng 1.2 Diện tích trồng gừng của các nước trên thế giới [21]

Dù trồng gừng ñạt năng suất cao nhưng nếu như trong quá trình sản xuất, phương pháp thu hoạch gừng không tốt sẽ làm giảm chất lượng của sản phẩm gừng trong thời

sẽ không tiếp tục phát triển ñược nữa Nếu trì hoãn thu hoạch ở giai ñoạn này cho ñến khi tất cả các lá ñã chết khô thì khi ñó sẽ làm giảm chất lượng thân rễ gừng, lượng xơ trong củ gừng tăng, giảm khả năng sống và tăng tỷ lệ nảy mầm khi bảo quản

Gừng hầu như ñược thu hoạch hoàn toàn bằng tay, mặc dù quá trình cơ giới hóa các thiết bị ñể sử dụng vào việc thu hoạch ở quy mô lớn nhưng người ta vẫn ít sử dụng Bước ñầu tiên trong thu hoạch là loại bỏ một phần ñáng kể những tán lá ñã già ở phía trên mặt ñất ñể quá trình ñào thân rễ ñược dễ dàng hơn Gừng ñược ñào bằng tay, bằng cách sử dụng cuốc hoặc sẻng ñể nới lỏng ñất xung quanh toàn bộ cây gừng Quá trình này nên ñược thực hiện một cách cẩn thận ñể tránh làm tổn hại ñến thân rễ, các thân rễ ñược nhẹ nhàng kéo ra khỏi ñất, bằng cách nắm ở ñầu thân gừng khi cắt còn sót lại ñể kéo thân gừng lên, phương pháp này ñược sử dụng như là một cách xử lý tránh làm tổn thương thân rễ gừng Cần thận trọng không làm tổn thương gừng vì trên thân gừng có một lớp vỏ mỏng, nó rất dễ bị thương trong vụ thu hoạch, xử lý Gừng khi thu hoạch vẫn còn một số mầm xanh ñang phát triển ở gốc gắn liền với thân rễ, vì vậy chúng ta nên cắt bỏ phần mầm trên thân rễ này

Sau khi thu hoạch nên loại bỏ ñất, rễ, gốc bằng tay trước khi ñặt các thân rễ gừng vào kho bảo quản, nên ñặt gừng trực tiếp ở nơi thông thoáng như: thùng gỗ, nhựa… ñể loại bỏ sự hư hỏng trong quá trình vận chuyển và tồn trữ Gừng nên ñược phân loại trước, cần loại bỏ các thân rễ không thể bán ñược, bị hư hỏng hoặc bị sâu bệnh Sự tổn thương của các mô trong gừng là ñiểm ñầu vào cho sự phân hủy của vi khuẩn và nấm

ở gừng Khi vận chuyển, không ñược làm thân rễ bị rớt hoặc ñánh rơi xuống ñất, hạn chế sự ma sát hay va ñạp mạnh của gừng với các dụng cụ chứa ñựng làm ảnh hưởng ñến mô tế bào và gây hư hỏng cho gừng

Gừng cần ñược bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát (tương tự như bảo quản các loại cây thân củ và rễ củ khác) Các củ giống ñược ñặt vào thùng, chậu hoặc trải ñều trên sàn nhà, ở dưới và trên mỗi lớp củ ñược phủ bằng một lớp ñất mịn, khô, dày 1 ÷

với hàm lượng cao các dẫn xuất từ mono- và sesquiterpen Với các phương pháp trích

ly bằng dung môi, nhựa dầu (oleoresin) của củ gừng có chứa các yếu tố gây cay của gừng (gingerol, shogaol và những hợp chất liên quan) cũng như tinh dầu Ngoài ra còn

có các thành phần khác là vitamin, carbohydrate, lipid, acid carboxylic, acid amin và các chất khoáng Tinh dầu gừng ñược sử dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm và ñồ

món tráng miệng khác Tinh dầu gừng cũng ñược sử dụng với hàm lượng nhỏ trong các ngành công nhiệp như nước hoa, mỹ phẩm và dược phẩm Với các gia vị khác như hạt tiêu, ñinh hương, quế, nhục ñậu khấu, ớt và bạch ñậu khấu, gừng cấu thành khoảng 90% các loại gia vị trên thế giới Do sự thú vị về các vị thuốc cũng như các hợp chất hương, gừng ñược nghiên cứu rộng rãi và một vài nghiên cứu ñã ñược công bố

12

1.1.7.1 Thành phần dinh dưỡng của củ gừng

Bảng 1.3 Thành phần dinh dưỡng của củ gừng tính trên trọng lượng khô của 100g

[USDA National Nutrient data base]

Như vậy, củ gừng chứa hai loại hợp chất chính là:

13

hợp chất liên quan tạo nên vị cay trong gừng) và một số hợp chất hữu cơ thường gặp khác và các hợp chất không phải hữu cơ

1.1.7.2 Một số hợp chất hóa học quan trọng trong gừng [16, 18, 21, 28, 39]

Tinh dầu gừng

Hương thơm và mùi vị của gừng ñược xác ñịnh bởi các thành phần dễ bay hơi trong tinh dầu gừng, trong ñó bao gồm chủ yếu là sesquiterpene hydrocacbon, monoterpene hydrocarbon và monoterpene oxy hóa Các thành phần monoterpene ñược cho là ñóng góp quan trọng nhất vào hương thơm của gừng, nó có nhiều hơn trong tự nhiên khi chưng cất tinh dầu từ gừng tươi so với chưng cất tinh dầu từ gừng khô Sesquiterpene oxy hóa chiếm số lượng tương ñối nhỏ trong các thành phần của tinh dầu dễ bay hơi nhưng nó góp phần ñáng kể trong việc tạo nên hương vị của gừng Thành phần của tinh dầu từ gừng khô Nigeria ñã ñược xác ñịnh bằng GC và GC/MS cho thấy tổng hàm lượng tinh dầu ñạt ñược là 2,4%, bao gồm: 64,4% sesquiterpene hydrocacbon; 6,6% hợp chất cacbonyl; 5,6% rượu; 2,4% monoterpene hydrocarbon và 1,6% este ðối với nhóm sesquiterpene hydrocacbon gồm các chất chính là zingiberene 29,5% và sesquiphellandrene 18,4% Một số thành phần trước ñây không ñược báo cáo trong tinh dầu gừng cũng ñược xác ñịnh Chúng bao gồm: 2,6-dimethyl hepten 1-ol, α-gurjunene, linalool oxit, isovaleraldehyde, 2-pentanone, cadinol, α- và γ-calacorene eremophyllene, tmuurolol, α-himachallene, acid α-cubebene acetic, pinanol, α-santalene, geranyl propionate, acid geranoic, (E, E)-α-farnesene, n-methyl pyrrole và acid geranic [31] Một số cấu tử hương bị chuyển hóa thành các hợp chất không xác ñịnh ñược mùi trong quá trình sấy khô hoặc khô tự nhiên [39]

Theo nghiên cứu của [28], ñã xác ñịnh ñược 72 thành phần trong tinh dầu dễ bay hơi từ thân rễ khô Các thành phần chủ yếu là α-zingiberene 21,8%; geranial 9,9%; geraniol 9,4%; β-bisabolene 7,9%; nerol 7,1%; 1,8-cineol 6,2%; α-tecpineol 5,6%; borneol 5,4%; β-phellandrene 3,1%; linalool 1,7%; methylnonylceton 1,6% và camphene 1,4%; các thành phần khác chiếm khoảng 1% Từ ñây ta thấy, mỗi loại gừng khác nhau ñược trồng ở các vùng khác nhau sẽ có lượng tinh dầu khác nhau, nhưng nhìn chung trong thành phần của tinh dầu dễ bay hơi của gừng ñều có chứa các nhóm chất sau:

14

Hình 1.3 Thành phần của tinh dầu dễ bay hơi trong gừng [16]

Tinh dầu gừng thường ñược sản xuất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi

các thành phần cũng như tính chất dược lý của gừng ñều phụ thuộc vào ñiều kiện trồng trọt như: giống, ñất, nguồn gốc… và các ñiều kiện thí nghiệm, phân tích, các quá trình chuẩn bị, tốc ñộ và thời gian chưng cất… Ấn ðộ là nơi sản xuất tinh dầu gừng cùng với Trung Quốc, Nhật, Jamaica, Úc và châu Phi [18, 21]

Tinh dầu gừng là chất lỏng có từ màu vàng nhạt ñến màu vàng chanh Hàm lượng các chất này khoảng từ 1 – 3% khối lượng củ gừng tươi, phần chủ yếu của tinh dầu

Bảng 1.4 So sánh thành phần của tinh dầu gừng Trung Quốc ñạt ñược bằng phương

Với kết quả phân tích bằng GC cho thấy, tinh dầu gừng gồm các nhóm sau:

và ñược biểu thị ñặc ñiểm bằng thời gian chạy GC như: α-pinene, camphene,

gừng nhưng nó không mang ñặc trưng của gừng và góp phần tối ña chỉ khoảng 2% tổng lượng tinh dầu

dầu từ gừng của Úc thì hàm lượng nhóm này chiếm 10 – 35% nhưng từ một số nơi khác chỉ khoảng 1 – 3% Phân ñoạn này có mùi riêng biệt, dễ nhận thấy và giống như mùi của các trái cây có múi (citrus-like)

Bảng 1.5 Một số tính chất vật lý của tinh dầu gừng [18]

Tinh dầu gừng trong thời gian bảo quản sẽ tăng ñộ nhớt và giảm hàm lượng một

số hợp chất bay hơi Việc thay ñổi ñáng kể của thành phần các hợp chất sesquiterpene của tinh dầu gừng khi bảo quản là do quá trình polyme hóa Trong khi, α-zingiberene

là cấu tử chiếm ña số trong tinh dầu tươi, nhưng với phân ñoạn bay hơi thì chứa tới

16

60% là (+)-ar-curcumene ðây là ảnh hưởng của sự thay ñổi góc quay quang học của

tinh dầu gừng Sự thay ñổi này chịu ảnh hưởng của ánh sáng và không khí, hàm lượng

của chúng thay ñổi theo bảng 1.5 [18]

Bảng 1.6 Sự thay ñổi sesquiterpen trong tinh dầu theo thời gian bảo quản

Nhựa dầu gừng (oleoresin) [18, 21]

Nhựa dầu gừng chứa các hợp chất không bay hơi là các hợp chất gây cay chủ yếu

trong gừng, ngoài ra một vài hợp chất không bay hơi khác như tinh dầu không bay hơi,

carbohydrate và các acid béo… cũng nằm trong nhựa gừng [18]

Nhựa dầu thu ñược bằng phương pháp trích ly dung môi (acetone, ethanol,

dichloromethane, dichloroethane và trichloroethane) Hàm lượng khoảng từ 3 – 11 %

và có thể ñạt ñược 20% Tuy nhiên, nó gần như hoàn toàn phụ thuộc vào ñiều kiện

trích ly bằng dung môi, trạng thái của gừng (tươi hay khô), nguồn gốc, các vùng trồng,

quốc gia và thời gian thu hoạch Dựa vào hàm lượng nhựa dầu của gừng, có thể chia

thành ba nhóm:

• Những cây có hàm lượng nhựa gừng thấp

• Những cây có hàm lượng nhựa gừng trung bình

• Những cây chứa hàm lượng nhựa gừng cao nhất

Hàm lượng thật của nhựa dầu là 6,47%, dao ñộng trong khoảng từ 5,3 – 8,59%

[21], nếu nhựa dầu gừng tốt thì trong ñó thành phần chất cay của nó chiếm từ 25 –

30% trong thành phần nhựa dầu và phần còn lại là các chất khác như: béo, sáp và

carbohydrate

Hợp chất cay trong gừng [16, 21, 39]

Các thành phần tạo nên vị cay trong gừng chủ yếu là do dãy ñồng ñẳng của

n-gingerol, là một dãy ñồng ñẳng của phenols, là các hợp chất khó bay hơi Nhiều nhất là

6-gingerol, chúng có công thức cấu tạo là

1-[4-hydroxy-3-methoxyphenyl]-5-17

hydroxydecane-3-ol, 6-gingerol ñược bắt nguồn từ thực tế là sự thủy phân kiềm gingerol bằng n-hexanal (một loại aldehyde có sáu carbon) Ngoài sự hiện diện của 6-gingerol thì còn các hợp chất khác như: 8-; 10-gingerol và các ñồng ñẳng khác là: 3-; 4-; 5-gingerol và có thể cả 12-gingerol Vị cay của gừng khô chủ yếu là do các shogaols và paradols, là kết quả của quá trình hydrat hóa hoặc thời gian bảo quản lâu

từ gingerols và gingerone [21, 39]

Bảng 1.7 Thành phần các chất gây cay có trong gừng [21]

Gingerols trong gừng nhiều nhất là các ñồng ñẳng với n = 6; 8; 10 và nhiệt ñộ

có các ñồng ñẳng với nhiệt ñộ nóng chảy tương tự, nhiệt ñộ sôi của shogaols khoảng

18

Hình 1.4 Các thành phần tạo nên vị cay chủ yếu trong nhựa dầu gừng

Gingerols ñược cho rằng là một hợp chất nhạy cảm, dễ chuyển hoá thành sản phẩm có ñộ cay kém hơn và những phản ứng có thể xảy ra do xử lý kém trong suốt quá trình chuẩn bị, bảo quản, sử dụng gừng khô và nhựa dầu gừng, kết quả là chất lượng nhựa dầu giảm Các hợp chất gingerols phải trải qua phản ứng aldol với nhóm β-hydroxy ketone ñể tạo thành sản phẩm là zingerone và nhóm aldehyde béo ví dụ như hexanal, phản ứng này có thể xảy ra do chất xúc tác là base hoặc do hoạt ñộng của nhiệt và ñối với nhựa gừng phản ứng sẽ xảy ra với tốc ñộ nhanh chóng khi nhiệt ñộ

giảm mà còn giảm hương do việc giải phóng các aldehyde

Thứ hai, không kém phần quan trọng, là sự hình thành các shogaols một hợp chất kém cay hơn gingerols bởi quá trình tách nước tại nhóm β-hydroxy ketone của gingerols ñể tạo thành các dạng shogaols tương ứng, phản ứng này bị ảnh hưởng bởi nhiệt ñộ và pH Dưới môi trường kiềm, quá trình tách nước xảy ra dễ dàng tại nhiệt ñộ phòng nhưng ñối với môi trường acid yêu cầu nhiệt ñộ cao hơn, tại pH = 4 ñòi hỏi

pH của nhựa gừng thông thường vào khoảng 3 – 5 do ñó việc tách nước của các gingerols có xu hướng tiến hành theo cơ chế ở môi trường xúc tác là acid trong suốt quá trình trích ly và thời gian bảo quản sau ñó [16]

19

Sự hình thành các shogaols có thể xảy ra ngay cả quá trình làm khô gừng và mạnh mẽ hơn ñối với sấy gừng nguyên củ so với sấy gừng dạng lát Hợp chất shogaols cũng ñược tìm thấy là một hợp chất dễ dàng bị biến ñổi trong môi trường acid hoặc dưới tác dụng của nhiệt, tạo thành một dạng polyme không tạo vị cay Do ñó, các hợp chất cay của nhựa gừng sẽ bị giảm ñộ bền trong suốt quá trình bảo quản khi gingerols

là hợp chất ñầu tiên bị chuyển hoá thành shogaols tương ứng, hợp chất tiếp theo của sự biến ñổi

Hợp chất cay cũng có thể bị mất trong quá trình sử dụng gừng làm gia vị hoặc

quá trình nướng bánh, kết quả là một lượng lớn của shogaols và một phần nhỏ zingerone ñược hình thành Chúng có ảnh hưởng ñến chất lượng về hương và vị của gừng gây ra hiện tượng mất mùi hương do bay hơi Zingerone, 6-gingerol và 6-shogaol cho thấy hoạt tính chống oxy hoá ở mức ñộ trung bình và hoạt tính bị mất ñi khi chiều dài mạch tăng [16, 39]

Hình 1.5 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và pH lên gingerol và shogaol

A: Sự chuyển hóa gingerol thành shogaol B: Sự hình thành và mất ñi của shogaol

Thời gian tại 120oC (giờ) Thời gian tại 120oC (giờ)

20

Hình 1.6 Mối quan hệ giữa các hợp chất cay trong gừng Lipid [18]

Hàm lượng lipid trong gừng khác nhau tùy theo giống, chúng dao ñộng khoảng từ

3 – 11% trên hàm lượng nhựa dầu nhưng nhìn chung trung bình khoảng 5% Lipid trong gừng chứa nhiều acid béo không no và có thể gây mùi ôi và mất mùi thơm trong bột gừng và dịch trích trong quá trình bảo quản

Bảng 1.8 Thành phần các acid béo trong nhựa dầu gừng [18]

21

Enzyme [18]

Trong gừng có hai loại enzym chắnh là protease, với tên gọi là zingibain có tác dụng thủy phân protein tương tự như bromelain trong dứa, enzym này là một trong những enzym có nguồn gốc tự nhiên mà khả năng phân giải cao nhất và lipase có tác dụng thủy phân lipid Zingibain có khả năng chống viêm, bên cạnh zingibain còn có các enzyme proteolytic khác có vai trò ựiều khiển các bệnh tự miễn dịch

Tinh bột [16, 24]

Tinh bột trong gừng chiếm tỷ lệ khá lớn, chúng là chỉ số ựể xem xét quá trình tăng trưởng của gừng trong giai ựoạn phát triển Hàm lượng tinh bột tối ựa khi gừng phát triển ựầy ựủ sẽ thay ựổi từ 40,34 Ờ 49,72% Một số nghiên cứu khác cũng báo cáo

sự gia tăng hàm lượng tinh bột có giới hạn tối ựa 59% ựến tối thiểu là 40,4% Ngoài ra, trong gừng còn chứa khoảng 7,6% ựường pentose tắnh trên cơ sở trọng lượng khô và một lượng nhỏ các loại ựường tự do, glucose, fructose và sucroseẦ[16]

Khả năng chống oxy mạnh của các hợp chất có trong gừng [16, 23, 25]

Theo [23] thì các chất chống oxy hóa mạnh trong gừng là các thành phần không bay hơi trong dịch trắch dichloromethane, chúng hoạt ựộng bằng cách sử dụng acid linoleic như một chất bề mặt trong dung dịch ựệm với phosphat ethanol Các thành phần không bay hơi trong dịch trắch dichloromethane ựược tìm thấy là 13 hợp chất: 5 hợp chất gingerols và 8 diarylheptanoid Trong số ựó, 12 hợp chất có khả năng hoạt ựộng oxy hóa cao hơn so với α- tocopherol Các hoạt ựộng chống oxy hóa này phụ thuộc vào chiều dài chuỗi cacbon và sự thay thế vào vòng benzen của các gingerols và diarylheptanoids Và [25] cũng chứng minh rằng các hợp chất này trong gừng ựã bước ựầu có hiệu quả trong việc phòng trị ung thư ựại tràng Một số các nghiên cứu khác cũng cho thấy khả năng chống ung thư của gừng còn tắnh ựến sự hiện diện của các hợp chất gây cay trong gừng mà chủ yếu là 6-gingerol, 6-paradol, shogaols, zingeroneẦ Tổng số phenol của gừng ựược trắch xuất bởi dung môi là rượu chiếm khoảng 870,1 mg/g chất khô trắch xuất, ựây chắnh là thành phần có khả năng chống oxy hóa rất tốt

1.1.8 Sử dụng [21]

Các ứng dụng từ hương vị

Gừng tươi là một thành phần cần thiết trong các món ăn phương đông, cả món mặn và món ngọt Gừng ựược áp dụng ựối với hầu hết các loại thịt, gia cầm, hải sản

22

cũng như các loại gia vị khác, gừng góp phần làm tăng hương vị cho thực phẩm, ñặc biệt là tính hăng cay của gừng mà một số loại gia vị khác không có ñược, tác dụng làm mềm thịt của gừng ñược quan sát với gừng tươi cắt lát mỏng Còn với các loại gừng non ñược sử dụng dưới dạng thực phẩm ngâm chua Gừng ñược sử dụng rộng rãi trong quá trình chuẩn bị các loại gia vị khác nhau và bổ sung vào các loại thực phẩm như: bánh gừng, biscuit, cookie, kẹo, jelly, kẹo bơ cứng và một số loại thức uống, chế biến syrup gừng, trà gừng…

Sử dụng tinh dầu và nhựa dầu gừng

Tinh dầu và nhựa dầu gừng có thể thay thế gừng tươi trong tất cả các ứng dụng

về chữa bệnh hoặc các loại sản phẩm có hương vị gừng Với các dịch cô ñặc này, nó

có thể ñược chuẩn hóa về các yêu cầu hàm lượng về hương và vị, khắc phục ñược tất

cả những nhược ñiểm, bất lợi của gừng tươi, ñặc biệt về khía cạnh ñồng nhất của hương và thời gian bảo quản Chúng ñược sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm với liều lượng chính xác về gia vị cho chế biến thịt, gia cầm, hải sản và rau quả Chúng cũng ñược ứng dụng trong các loại bánh nướng, bánh kẹo nói chung, các loại ñồ uống, rượu mùi và trong dược phẩm như syrup chữa bệnh cúm và kem làm giảm ñau nhức Tinh dầu gừng cũng ñược sử dụng hạn chế trong mỹ phẩm

Nó cũng ñược thử nghiệm trong các sản phẩm về răng miệng như kem ñánh răng Lĩnh vực mới của ứng dụng tinh dầu gừng là các liệu pháp chữa bệnh bằng tinh dầu như trong ñiều trị thấp khớp, viêm khớp, ói mửa, dư vị khó chịu do sử dụng sản phẩm có nồng ñộ cồn cao, các bệnh do di chuyển, cảm cúm, ho, viêm xoang, ñau cổ họng, tiêu chảy, ñau bụng, ớn lạnh, sốt Liều lượng tinh dầu gừng sử dụng trong một

số loại thực phẩm thường dao ñộng trong khoảng từ 12 – 47ppm, ñối với nhựa dầu khoảng 27 – 79ppm

Tác dụng sinh học và thảo dược học của gừng [21]

Gừng tươi và gừng khô có các tính chất tương tự nhau ðiểm khác nhau gần như duy nhất là gừng khô dễ tiêu hoá hơn gừng tươi Củ gừng có vị cay và ñược chuyển hoá thành các sản phẩm có vị ngọt sau khi có sự thay ñổi trong cấu tạo của các thành phần chất cay Khi ñã trở nên nóng hơn thì gừng cũng dễ tiêu hoá hơn

ðộc tính: Thông thường gừng là một phương thuốc gia truyền an toàn và chưa thấy phản ứng phụ ñáng kể nào xảy ra, nhưng khi liều lượng sử dụng nhựa dầu gừng lên ñến 0,5g/kg thể trọng sẽ dẫn ñến việc giãn mạch, năng ñộng và sự tỉnh táo ở ñộng

23

vật Ở liều lượng lên ñến 3g/kg thể trọng sẽ không gây chết người nhưng khi liều lượng lên cao hơn, kết quả sẽ dẫn ñến tử vong vì nó gây ảnh hưởng trực tiếp lên hệ thần kinh trung ương dẫn ñến suy hô hấp, kiềm hãm khả năng của hệ tuần hoàn

Gừng ñược sử dụng như một liều thuốc dân gian tại Trung Quốc, Ấn ðộ hơn

3000 năm trước Gừng ñã ñược chứng minh có rất nhiều ñặc tính, không chỉ hoạt tính sinh học, sinh lý học mà còn chống suy nhược, ngủ mê, kháng histamine, giảm ñường huyết và trong nông nghiệp chúng có khả năng chống vi khuẩn và trừ sâu

Các hợp chất chịu trách nhiệm về hoạt tính sinh học của dịch trích gừng bao gồm: gingerol, shogaol, 6-paradol, 6-gingerdiol, gingerenone A, zingerone, diarylheptanoid, hexahydrocurcumin, các dẫn xuất của chúng và một số hợp chất khác Sau ñây là các nghiên cứu trên thế giới về tác dụng sinh học của gừng

Bảng 1.9 Các nghiên cứu về tác dụng sinh học và sinh lý học của gừng [21]

Chống oxy hóa

Ức chế sự oxy hóa lipid, tác dụng chống

Ức chế sinh tổng hợp hydrogen peroxide

Bảo vệ lại các ảnh hưởng của gốc oxy hóa

Gingerol, shogaol, gingernone A,

hexahydrocurcumin, zingerone

Ức chế acid arachidonic, prostaglandin và 6-shogaol, 6-gingerol, 6- và

8-24

Các tác dụng ñến máu và tim

Các nghiên cứu khác

Staphylococcus) Dịch trích gừng, nhựa dầu gừng

Làm giảm các hoạt ñộng của vi khuẩn có

1.2 Maltodextrin [2, 10 , 14, 34]

Maltodextrin là một loại tinh bột biến tính ñược sản xuất bằng phương pháp thủy phân với acid hoặc enzyme từ tinh bột Các tính chất vật lý của maltodextrin ñược xác ñịnh tùy theo mức ñộ thủy phân của tinh bột Mức ñộ thủy phân của tinh bột ñược thể hiện thông qua chỉ số DE (dextrose equivalent – DE), là lượng ñường khử dựa trên hàm lượng glucose có trong 100g chất khô [14]

Hình 1.7 Công thức cấu tạo của maltodextrin

Maltodextrin là các chất rắn vô ñịnh hình, dạng bột trắng, không màu, không mùi ñược sản xuất bằng các phương pháp sấy phun hay sấy tầng sôi Maltodextrin hút ẩm khi môi trường có hàm ẩm tương ñối lớn hơn 50% vì vậy cần bảo quản maltodextrin với dụng cụ chứa kín và môi trường có hàm ẩm tương ñối thấp Ngoài ra, khả năng hút

ẩm của maltodextrin tăng khi giá trị DE tăng [14]

Ứng dụng: Maltodextrin ñược ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực chế biến thực phẩm và dược phẩm dựa vào các ñặc tính quan trọng như làm tăng khối lượng/thể

25

tích sản phẩm, tạo màng bao, ức chế quá trình kết tinh, tạo kết dính và kiểm soát quá trình ñông ñặc Maltodextrin trong thực phẩm ñược sử dụng như chất ñộn, làm màng bao cho hương và màu, sử dụng trong công nghệ bánh kẹo, ñồ uống, các sản phẩm từ sữa [34]

ðối với sản phẩm có DE từ 4 ÷ 7 ñược sử dụng ñể tạo màng mỏng dễ tan và tự hủy ñược dùng ñể bọc kẹo, trái cây khi bảo quản, ñưa vào kem, làm phụ gia cho các loại nước xốt, chất ñộn tạo viên trong công nghiệp dược Sản phẩm có DE từ 9 ÷ 12 ñược dùng trong công nghiệp sản xuất ñồ uống, ñặc biệt là ñồ uống cho trẻ em, ñồ uống và thức ăn riêng cho vận ñộng viên thể thao, làm kẹo gum mềm, làm chất trợ sấy, chất giữ hương, yếu tố tạo hình Sản phẩm có DE từ 15 ÷ 18 ñược làm chất kết dính, chất tăng vị cho ñồ uống, ñưa vào thành phần bơ, sữa bột, cà phê hòa tan, làm vật mang các thành phần không phải ñường, làm tá dược dính trong công nghệ dược phẩm [2] Ngoài ra, theo nghiên cứu của [10] thì maltodextrin ñược sử dụng trong quá trình sấy như chất trợ sấy vì khả năng hút ẩm thấp nhưng cần chú ý nếu nồng ñộ maltodextrin quá nhiều trong sản phẩm sẽ làm dịch trích bị ñục khi hòa tan

1.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy [1, 11, 13]

1.3.1 ðộng lực học của quá trình sấy

Sấy là quá trình tách nước trong sản phẩm bằng nhiệt, làm nước trong sản phẩm

từ trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái hơi và thoát khỏi bề mặt sản phẩm Trong quá trình sấy nước ñược cho bay hơi ở nhiệt ñộ bất kỳ do khuếch tán bởi sự chênh lệch ẩm

ở bề mặt và bên trong vật liệu và bởi sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại

bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh Sấy là một quá trình không ổn ñịnh, ñộ ẩm của vật liệu thay ñổi theo không gian và thời gian Trong quá trình sấy ẩm bay hơi từ vật liệu thường có hai giai ñoạn:

ñộ của quá trình phụ thuộc vào áp suất, nhiệt ñộ và tốc ñộ chuyển ñộng của môi trường

nước sẽ khuếch tán từ trong ra bề mặt vật liệu nhờ sự chênh lệch ẩm Khi nhiệt

ñộ trong vật liệu khác nhau thì nước sẽ di chuyển từ nơi có nhiệt ñộ cao ñến nơi

có nhiệt ñộ thấp