Lựa chọn mô hình và xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (otd)

ở nước ta, năm 1956, Liên Xô đã giúp đỡ xây dựng nhà máy chè đen đầu tiên tại Thanh Ba Phú Thọ dựa trên công nghệ chè đen OTD, đến nay phần lớn nhà máy sản xuất chè đen của Việt Nam vẫn

Mở đầu

Chè là loại đồ uống bổ dưỡng được phổ biến ở nhiều nước trên thế giới

Tỷ lệ chè đen được sản xuất và tiêu thụ chiếm tới 75% tổng sản lượng chè thế giới Người ta dùng chè một phần là do thói quen nhưng phần cơ bản là các chất bổ dưỡng có tính toàn diện của nó Người Trung Quốc thời xưa cho rằng chè có tác dụng tốt trong quá trình tiêu hoá, tới các hệ thống mao mạch và thần kinh [6], [16], [24], [41]

Đã hàng trăm năm nay, người Châu Âu và các cư dân nước Mỹ hài lòng với những chén chè đen buổi sáng tinh sương hay trong các bữa tiệc gia đình

ấm cúng Còn ở Châu á và một số các quốc gia Trung Đông, chè xanh đã trở thành thứ nước uống truyền thống từ ngàn năm nay Theo nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học ở trung tâm dinh dưỡng Unilever (Vlaardingen, Hà Lan) nước chè có chứa một lượng lớn các chất chống ôxy hoá, như catêsin trong chè xanh và têarubigin trong chè đen, đây chính là nguồn sức mạnh tuyệt vời giúp con người chống lại nhiều loại bệnh tật, đặc biệt là bệnh tim Uống chè thường xuyên trong vài năm sẽ giúp tăng cường bảo vệ mật độ chất khoáng của xương ở cả nam giới và nữ giới [37]

Hiện nay trên thế giới đang tồn tại 3 phương pháp chủ yếu để sản xuất chè đen là: phương pháp truyền thống (OTD), phương pháp CTC, và phương pháp nhiệt luyện

Phương pháp truyền thống OTD và phương pháp CTC

Về cơ bản, 2 phương pháp này có sơ đồ công nghệ giống nhau bao gồm các giai đoạn : làm héo – phá vỡ tế bào và tạo hình – lên men – sấy khô Sau khi sấy khô thu được chè đen bán thành phẩm (BTP), chè đen BTP được phân loại để tạo ra chè đen sản phẩm phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng

Điểm khác nhau cơ bản của phương pháp OTD và CTC là giai đoạn phá vỡ tế bào và tạo hình

- Phương pháp OTD: quá trình phá vỡ tế bào và tạo hình làm việc gián

đoạn Trong quá trình này người ta sử dụng hệ thống máy vò – sàng tơi (máy

vò đơn và máy vò kép có hoặc không có nắp ép), thông thường quá trình vò

được tiến hành 3 lần Sau mỗi lần vò, chè được sàng tơi với mục đích làm nguội, làm tơi để tránh vón cục, tăng lượng oxy thâm nhập vào khối chè và tách phần chè non ra khỏi phần chè già hơn Tổng thời gian của quá trình phá

vỡ tế bào và tạo hình theo phương pháp OTD là 150 đến 160 phút Kết thúc quá trình vò, khối chè được chia thành 4 phần tương ứng với 3 lần sàng tơi: phần lọt sàng (F1, F2, F3) và phần trên sàng ở lần sàng tơi cuối cùng (F4), tất cả các phần chè được đưa đi lên men Kết quả của quá trình vò là lá chè xuăn chặt lại theo sống lá Độ dập tế bào sau khi vò chỉ đạt tối đa 80% còn 20% tế bào không bị phá vỡ Sau khi sấy khô, sản phẩm thu được ở dạng sợi

- Phương pháp CTC (Crushing - Tearing – Curling): quá trình phá vỡ

tế bào và tạo hình làm việc liên tục Trong quá trình này người ta sử dụng hệ

thống máy bao gồm: máy rô tô van (nghiền và cắt sơ bộ), máy CTC (nghiền, cắt, xé) 2 trục, máy vo viên Hệ thống máy này được bố trí liên hoàn gồm: 1 máy rô tô van, 3 hoặc 4 máy CTC, 1 máy vo viên chè được vận chuyển từ máy này sang máy khác bằng băng tải Lá chè lần lượt đi qua hệ thống các máy rô tô van, CTC, được cắt, nghiền và xé với cường độ lực rất cao nên trở thành những mảnh rất nhỏ, mềm và tự co lại thành viên nhưng vẫn còn thô và xốp vì thế chúng được đưa vào máy vo viên, nhờ đó viên chè chặt hơn, nhẵn

và tròn hơn Sau khi qua máy vo viên, khối chè được đưa đi lên men Tổng thời gian của quá trình phá vỡ tế bào và tạo hình theo phương pháp CTC là 10

đến 12 phút Kết quả thu được một khối chè viên, đồng nhất Độ dập tế bào ở mức rất cao (trên 95%), chỉ còn dưới 5% lượng tế bào không bị phá vỡ Sau khi sấy khô, sản phẩm thu được ở dạng viên

Quá trình lên men lá chè thực chất đã xảy ra ngay khi bắt đầu phá vỡ tế bào và có thể gọi đó là quá trình lên men giai đoạn 1 Giai đoạn lên men sau

khi phá vỡ tế bào và tạo hình là sự tiếp tục lên men ở giai đoạn 1 và được gọi

là lên men giai đoạn 2 hay lên men độc lập (gọi tắt là giai đoạn lên men) Mục

đích của quá trình lên men độc lập nhằm hoàn thiện các chỉ tiêu chất lượng cho chè đen (màu sắc, mùi, vị của sản phẩm) Tuy nhiên, do phương thức phá

vỡ tế bào và định hình của OTD và CTC khác nhau nên đã tạo ra khối chè trước khi lên men rất khác nhau về thành phần hoá học, độ xốp, kích thước,

độ đồng nhất của khối chè khi lên men và đặc biệt là thời gian lên men giai

đoạn 1 rất khác nhau (OTD là 150 đến 160 phút còn CTC chỉ có 10 đến 12 phút) vì thế chế độ kỹ thuật để lên men giai đoạn 2 của hai phương pháp cũng phải khác nhau

Giai đoạn phá vỡ tế bào và tạo hình của phương pháp CTC là làm việc liên tục và đã tạo ra một khối chè đồng nhất nên người ta đã nhanh chóng áp dụng công nghệ lên men liên tục bằng máy lên men liên tục có các tính năng

kỹ thuật phù hợp với tính chất của chè CTC Còn phương pháp OTD, do quá trình vò gián đoạn, khối chè gồm 4 phần có tính chất khác nhau nên việc tạo

ra máy lên men liên tục gặp nhiều khó khăn hơn Để đơn giản, người ta thường áp dụng lên men gián đoạn trên khay trong phòng có điều tiết không khí Các nhà khoa học của Nga đã chế tạo thành công máy lên men liên tục cho dây chuyền sản xuất chè đen OTD gồm 4 máy, mỗi máy sử dụng cho mỗi phần chè F1, F2, F3, F4 do đó lượng chè ở trên mỗi máy lên men thường chỉ chiếm một phần trong tổng số lượng chè cần đưa đi lên men Riêng phần 4 có khối lượng lớn hơn tất cả (chiếm khoảng 60% tổng lượng chè) Tuy thế, đa số nhà máy sản xuất chè đen của Liên Xô trước đây vẫn áp dụng phương pháp lên men gián đoạn trên khay Hiện nay, sau khi Liên Xô tan rã, phần lớn nhà máy chè đen thuộc về nước Cộng hoà Grudia, người ta đã áp dụng lên men trên máy lên men liên tục kiểu băng tải, nhưng quy mô của nhà máy từ 60 đến

90 tấn chè tươi/ 1 ngày

ở nước ta, năm 1956, Liên Xô đã giúp đỡ xây dựng nhà máy chè đen

đầu tiên tại Thanh Ba Phú Thọ dựa trên công nghệ chè đen OTD, đến nay phần lớn nhà máy sản xuất chè đen của Việt Nam vẫn áp dụng công nghệ này

và quá trình lên men độc lập vẫn thực hiện bằng phương pháp gián đoạn Chè

đen OTD của Việt Nam ở mức thấp, thể hiện ở giá bán chỉ bằng 60 đến 70% giá của những nước sản xuất chè trên thế giới Mặt khác, vùng chè của Việt Nam thường phân tán nên quy mô nhà máy chè đen thường nhỏ, có năng suất

từ 10 đến 15 tấn chè tươi/ngày (trung bình 13,5 tấn chè tươi/ngày) Hiện nay, ngoài việc sản xuất chè đen bằng phương pháp OTD, ngành chè Việt Nam đã nhập một số dây chuyền đồng bộ của ấn Độ để sản xuất theo phương pháp CTC, tuy nhiên sản phẩm chè đen CTC chiếm tỷ lệ không lớn trong tổng số chè đen xuất khẩu của Việt Nam Trong nhiều năm, sản phẩm chè đen OTD của Việt Nam và một số nước trên thế giới vẫn tồn tại song song với chè CTC

và vẫn là sản phẩm quen dùng của nhiều nuớc nhập khẩu như Nga, Đức, Pháp, Anh, Mỹ v.v Vấn đề cơ bản là chúng ta cần phải nâng cao chất lượng để nâng cao giá trị gia tăng của sản phẩm này

Phương pháp nhiệt luyện

Trong những năm thập kỷ 60 và 70 của thế kỷ trước, các nhà khoa học Liên Xô, trong khi nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen OTD thấy rằng: sau khi vò, lượng tế bào trong lá chè chỉ bị phá vỡ tối đa 80% và còn tới trên 20% số tế bào không bị phá vỡ Trên thực tế, các chất, đặc biệt là tanin có trong các tế bào chưa bị phá vỡ rất ít tham gia vào quá trình lên men dưới sự xúc tác của men polyphenoloxydaza để tạo ra các chất đặc trưng của chè đen Vì thế chất lượng chè không cao, Trong khi đó, ở phương pháp CTC, lượng tế bào bị phá vỡ tới trên 95% Để khắc phục nhược điểm này, các nhà khoa học Liên Xô đã đưa ra một phương pháp mới mà cơ sở khoa học của nó là sử dụng nhiệt độ cao để tiếp tục chuyển hoá các chất, đặc biệt là tanin nhằm cải thiện chất lượng của chè đen OTD (mùi, vị, mầu sắc của nước chè) Sơ đồ công

nghệ của phương pháp này gồm các giai đoạn: làm héo – phá vỡ tế bào và tạo hình (vò) – lên men – sấy - xử lý nhiệt Về cơ bản các giai đoạn làm héo, vò vẫn tương tự như phương pháp OTD Giai đoạn lên men: người ta thực hiện quá trình lên men ngắn tức là thời gian lên men được rút ngắn từ 20 đến 30 phút Sau khi lên men, chè được đưa đi sấy nhưng không sấy đến độ ẩm như thông thường (3 đến 5%) mà sấy đên độ ẩm 7 đến 7,5% Sau khi sấy, khối chè có nhiệt độ khoảng 70 đến 750C, độ ẩm 7 – 7,5% được đưa đi ủ nóng trong thời gian từ 1 giờ 30 đến 2 giờ Quá trình ủ nóng chè sau khi sấy gọi là quá trình nhiệt luyện Nhờ quá trình ủ nóng mà các chất trong chè, đặc biệt là tanin được chuyển hoá Mùi, vị và mầu sắc của chè đen được cải thiện rõ rệt Hàm lượng tanin và chất tan còn lại trong chè đen sản phẩm cao hơn Các nhà

khoa học Liên Xô đã coi phương pháp nhiệt luyện là một phương pháp mới

có triển vọng để nâng cao chất lượng chè đen OTD của Liên Xô

Học tập kinh nghiệm của các nhà khoa học Liên Xô, ở Việt Nam đã áp dụng thử vào nhà máy chè đen OTD tại Thanh Ba Phú Thọ năm 1972 đến năm

1974 và cho kết quả rất khả quan Tuy nhiên phương pháp này còn một số nhược điểm sau đây: quá trình ủ nóng chè sau khi sấy khá phức tạp, chủ yếu là dùng các thùng ủ nên một lượng chè lớn sau khi sấy không thể xử lý kịp

Vì vậy, ở Việt Nam hiện nay chưa có nhà máy nào áp dụng phương pháp mới mà vẫn sử dụng phương pháp truyền thống để sản xuất chè den OTD Ngay tại Liên Xô, người ta cũng chưa giải quyết được khâu cơ giới hoá quá trình ủ cho chè sấy Chính vì thế, chất lượng chè đen sản phẩm tuy có cao hơn nhưng không đồng đều, cường độ lao động rất cao Một số nước như Trung Quốc, ấn Độ cũng đã nghiên cứu phương pháp nhiệt luyện nhưng vẫn chưa đưa vào áp dụng rộng rãi trong sản xuất

Lên men chè đen là một quá trình đặc biệt, nó khác hẳn với quá trình lên men rượu, bia ở chỗ: lên men rượu, bia phải dùng men ở ngoài đưa vào; còn lên men chè đen là sử dụng chất men sẵn có trong lá chè Đây là giai đoạn

quan trọng nhất trong quá trình sản xuất chè đen [10], [49], [50] Giai đoạn này xảy ra những biến đổi sinh hoá cần thiết để tạo nên chất lượng của chè

đen Trong đó chủ yếu tanin chè bị ôxi hoá nhờ xúc tác của men, tạo nên các sản phẩm màu và hương vị đặc biệt của chè đen [33]

ở Việt Nam hiện nay, quá trình lên men trong sản xuất chè đen orthodox (OTD) chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp thủ công gián

đoạn, năng suất thấp, cường độ lao động cao, rất khó khăn cho việc cơ giới hoá và đặc biệt chất lượng sản phẩm không ổn định Trong nước, ngoài một số nhà máy đã sử dụng máy lên men liên tục của ấn Độ để sản suất chè đen CTC, còn chưa có nhà máy sản xuất chè đen OTD nào sử dụng máy lên men

và đến nay Việt Nam cũng chưa nơi nào sản xuất máy lên men liên tục

Để nâng cao giá trị kinh tế của sản phẩm chè, cần thiết phải nghiên cứu thiết lập chế độ công nghệ chế biến phù hợp, nhằm tạo ra nhiều sản phẩm có chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và xuất khẩu Đặc biệt

là nghiên cứu công nghệ và thiết bị lên men chè đen OTD

Xuất phát từ những yêu cầu cấp bách trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Lựa chọn mô hình và xác định các thông số công nghệ lên men

liên tục trong sản xuất chè đen orthodox (OTD)“

Mục đích của đề tài :

Nghiên cứu lựa chọn mô hình và xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen OTD, nhằm từng bước hiện đại hóa công nghiệp chế biến chè của Việt Nam, góp phần ổn định và nâng cao chất lượng chè đen xuất khẩu

Việc chế tạo thành công máy lên men liên tục cho chè OTD cũng sẽ

được áp dụng cho chè đen sản xuất theo phương pháp mới (phương pháp

nhiệt luyện) nếu trong tương lai phương pháp này được ứng dụng

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

- Công nghệ và thiết bị sản xuất chè đen OTD và CTC hiện nay ở một

số nhà máy chè đen tại Việt Nam.

- Xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè

đen OTD trên máy lên men LMC-BK21

- Nguyên liệu là lá chè tươi loại B giống trung du trồng ở tỉnh Phú Thọ, thu hái từ tháng 5 đến tháng 9 trong năm, đây là giống chè đang trồng phổ biến ở các vùng chè phía Bắc nước ta

- Phân tích thành phần hoá học và các chỉ tiêu chất lượng cảm quan của chè thành phẩm

- ứng dụng sản xuất thử nghiệm trên máy lên men LMC-BK21 theo mô hình tối ưu Máy lên men LMC-BK21 lắp đặt tại xưởng thực nghiệm của Viện Khoa học Nông lâm nghiệp Miền núi phía Bắc

Nội dung nghiên cứu:

1 Khảo sát, sơ bộ đánh giá thực trạng sản xuất chè đen CTC và OTD ở Việt Nam

2 Lựa chọn mô hình, thiết kế để chế tạo máy lên men liên tục chè đen OTD

3 Xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của máy lên men liên tục LMC-BK21

4 Đánh giá chất lượng, tiềm năng ứng dụng sản xuất, ý nghĩa khoa học

& thực tiễn và hiệu quả kinh tế

ý nghĩa khoa học & thực tiễn của đề tài nghiên cứu:

- Luận án chứng minh được chè đen OTD có thể lên men liên tục trong

điều kiện Việt Nam, là loại hình mới trong công nghệ chè đen ở Việt Nam

- Đã xác định được các thông số công nghệ tối ưu lên men liên tục chè

đen OTD trên máy lên men liên tục LMC-BK21

- Là tài liệu tham khảo tốt cho các nhà khoa học khi nghiên cứu các vấn

* Những đóng góp mới: Đã lựa chọn được mô hình, thiết kế để chế tạo ở

Việt Nam máy LMC-BK21 lên men liên tục chè đen theo công nghệ OTD, cho sản phẩm chè đen OTD có chất lượng cao hơn lên men gián đoạn Đã áp dụng thành công lên men liên tục chè đen OTD ở qui mô công nghiệp vào thực tế sản xuất

Kết cấu luận án gồm các phần như sau:

- Mở đầu;

- Chương 1: tổng quan;

- Chương 2: đối tượng và phương pháp nghiên cứu;

- Chương 3: kết quả nghiên cứu và thảo luận;

Chương 1 Tổng quan và cơ sở lý thuyết lên men chè

La Tinh Năm 1940 chè được đưa đến trồng thử ở vùng đất Tatsmania thuộc Châu úc Sản lượng chè thế giới năm 2006 đạt hơn 2.2 triệu tấn

Người dân Việt Nam ở các tỉnh phía bắc giáp ranh vùng tây nam Trung Quốc tuy đã biết dùng chè từ lâu, nhưng việc trồng chè có quy mô lớn, mang tính chất hàng hóa thì đến năm 1885 người Pháp mới chú ý nghiên cứu và phát triển Đầu thế kỷ XIX, Việt Nam đã có 2 vùng sản xuất tập trung: vùng chè tươi và vùng chè rừng cho tiêu dùng nội địa chủ yếu

Sau khi thực dân Pháp chiếm đóng Đông Dương, đã có thêm vùng chè công nghiệp tập trung hiện đại xuất khẩu (1923-1925)

Đến năm 2000, đã có 3 loại vườn chè gồm chè tươi hộ gia đình, chè rừng dân tộc và chè công nghiệp hàng rào có đốn, tương ứng với 3 thời kỳ lịch

sử (phong kiến, thuộc địa và độc lập), tại 3 vùng địa lý (Đồng bằng, Trung du

và Miền núi) [8], [23], [24]

Thời kỳ phong kiến

Theo các tài liệu Hán nôm về nông nghiệp Việt Nam và Vân Đài loại ngữ của Lê Quý Đôn - 1773 (bộ bách khoa tự điển đầu tiên của Việt Nam), từ thời kì các Vua Hùng dựng nước, các dân tộc Việt Nam, trải qua nhiều thế hệ phát triển nông nghiệp, đã để lại cho ngày nay 2 vùng chè lớn:

- Vùng chè tươi của các hộ gia đình người Kinh ven châu thổ các con sông, cung cấp chè tươi, chè nụ, chè bạng, trà Huế

- Vùng chè rừng của đồng bào dân tộc (Dao, Mông, Tày ) ở miền núi phía Bắc, cung cấp chè mạn, chè chi

Người dân lao động và trung lưu thành thị uống chè tươi, chè nụ, chè chi, chè già; còn giới thượng lưu quý tộc thì uống chè mạn, chè ô long, chè tầu

Thời kỳ Pháp thuộc (1885-1945)

- Ngay sau khi chiếm đóng Đông Dương, người Pháp đã phát triển chè, một sản phẩm quý hiếm của Viễn Đông, thành mặt hàng xuất khẩu sang Châu

Âu Năm 1890, Công ty thương mại Chaffanjon đã có đồn điền sản xuất chè

đầu tiên trồng 60 ha ở Tình Cương, Phú Thọ hiện nay vẫn còn mang tên địa danh Chủ Chè

- Năm 1918, thành lập Trạm nghiên cứu nông nghiệp Phú Thọ, đặt tại Phú

Hộ, chuyên nghiên cứu về phát triển chè, có nhà máy chè 3 tầng làm héo chè

tự nhiên, cối vò, máy sấy của Anh và máy phát điện, nồi hơi , ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp và công nghệ chế biến tiên tiến của Inđônêxia và Srilanca

- Sau tháng 8/1945 người Pháp tạo ra hai vùng chè tập trung: Tây Nguyên

và Trung du miền núi phía Bắc với 13.505 ha chè, hàng năm sản xuất 6.000 tấn chè khô; chè đen xuất khẩu thị trường Tây Âu (Luân Đôn và Amstecđam), chè xanh xuất khẩu thị trường Bắc Phi (Angiêri, Tuynizi và Marốc), tiêu thụ

ổn định và được đánh giá cao về chất lượng, không thua kém chè ấn Độ, Srilanca và Trung Quốc

Thời kỳ Việt Nam độc lập (sau 1945)

Việt Nam phải tiến hành 30 năm chiến tranh giành độc lập (1945 - 1975), các cơ sở nghiên cứu khoa học về chè ở hai Miền Nam và Bắc đều bị phá hoại nặng nề Tuy phải sản xuất lương thực thực phẩm là chính, nhưng Nhà nước Việt Nam vẫn quan tâm phát triển cây chè ở cả 5 thành phần kinh

tế Năm 2006, đã có 118.400 ha chè (kinh doanh, kiến thiết cơ bản và trồng mới), sản xuất ra 118.700 tấn chè khô [60]

1.1.2 Tình hình diện tích, năng suất và sản lượng chè trong nước thời gian gần đây

+ Vùng chè Trung du Bắc Bộ: Bao gồm các tỉnh Phú Thọ, Hoà Bình, Vĩnh Phú, Thái Nguyên, Hà Tây và Hà Nội Đây là vùng chè lớn ở miền Bắc,

có nhiều cơ sở sản xuất kinh doanh chè lâu đời như Vân Lĩnh, Đoan Hùng, Sông Cầu, Văn Hưng, Phú Sơn

+ Vùng chè Bắc Trung Bộ: Gồm 3 tỉnh Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, hiện nay có nhiều nhà máy chế biến chè xanh và chè đen cho xuất khẩu (Bãi Trành, Yên Mỹ, Hạnh Lâm, Bãi Phủ, Anh Sơn)

+ Vùng chè Tây Nguyên: Gồm tỉnh Lâm Đồng, Gia Lai, Kon Tum Lâm Đồng là tỉnh nhiều chè nhất cả nước Vùng chè Lâm Đồng tập trung nhiều ở Bảo Lộc, Bảo Lâm, Di Linh, Lâm Hà và Đức Trọng

+ Vùng chè duyên hải miền Trung: Phần lớn chè trồng dọc theo duyên hải Trung Bộ, trên sườn của dãy núi Trường Sơn thuộc các tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên, Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi Chè trồng rải rác, quy mô nhỏ, tiêu thụ trong tỉnh, chế biến chè xanh theo thủ công Sản xuất tự túc là chủ yếu

+ Vùng chè cánh cung Đông Bắc: Vùng này có chè rừng cổ thụ Mẫu Sơn ở Lạng Sơn Sản phẩm chè xanh là chủ yếu, tiêu thụ nội địa và xuất khẩu sang Trung Quốc Do độ cao và nhiệt độ thấp, biên độ ngày đêm cao, nhiều sương mù nên chè có chất lượng cao hơn vùng Trung du Bắc Bộ [24]

Hiện nay cả nước có 120.000 ha diện tích chè, trong đó 95.000 ha cho sản phẩm, năng suất bình quân 54 tạ/ha So với năm 1986, tốc độ tăng bình quân về diện tích 10.61% năm, năng suất chè búp tươi tăng gấp 2 lần, tốc độ tăng năng suất 5.5% năm So với năm 2001, diện tích tăng 22.4%, năng suất tăng 20%, kim ngạch xuất khẩu tăng 28% Trong đó giống chè Trung du là chủ yếu còn lại là chè Shans và các loại chè giống mới khác

Bảng 1.1 Diện tích, sản lượng và năng suất chè trong nước

Năm

Diện tích (ha)

Sản lượng (tấn chè tươi)

Năng suất (100kg/ha)

(Nguồn: số liệu FAO, 2007) [60]

Về chế biến công nghiệp: đến nay, cả nước có khoảng 400.000 hộ sản xuất chè, bao gồm 20 tỉnh có trồng và chế biến chè, vùng chè tập trung có 239 cơ sở chế biến chè với tổng công suất trên 3.115 tấn chè búp tươi/ngày, gần

100 cơ sở đấu trộn, ướp hương, đóng gói tại Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh

và một số tỉnh Đồng bằng Sông Hồng Các loại sản phẩm chế biến ra thì chè

đen chiếm trên 50%, còn lại là chè xanh và các loại chè khác Hàng năm thu hút khoảng 2 triệu lao động tham gia vào các lĩnh vực sản xuất, chế biến, thương mại và dịch vụ

1.1.3 Sản lượng chè tại một số quốc gia chính sản xuất chè trên thế giới những năm gần đây

Bảng 1.2 Sản lượng chè tại một số quốc gia chính sản xuất chè trên thế giới

(Nguồn: số liệu FAO, 2007) [60]

1.1.4 Các sản phẩm chính của chè

* Chè đen: thuộc loại lên men, chiếm 80-90% thị trường thế giới (trong

tổng sản lượng thế giới 1.878.000 tấn -1990), đến năm 2001 chỉ còn khoảng 75% do nhu cầu tăng lên về chè xanh ấn Độ, Srilanca, Kênia còn chia ra 2 loại: chè đen OTD và chè đen CTC Trung Quốc lại chia ra 2 loại: chè đen Công phu và chè đen Tiểu chủng

* Chè xanh, chè lục: trên thế giới có 5 nước sản xuất chè xanh chủ yếu

bao gồm: Trung Quốc, Nhật Bản, Inđônêxia, Việt Nam, Nga Sản xuất chè xanh tập trung hơn chè đen, có giá bán cao hơn, do nhu cầu thị trường ngày càng tăng nên có xu hướng tăng trưởng ở một số nước như Srilanca, ấn Độ, Inđônêxia

Chè xanh được phân loại thành: chè lục sao suốt, chè xanh sấy khô bằng hơi nóng, chè xanh phơi nắng, sấy khô bằng phơi nắng, chè xanh hấp, dùng hơi nước để diệt men Chè lục loại danh chè như: Tây hồ long tỉnh, Hoàng sơn mao phong, Lư sơn Tuyết lộ, Quân sơn Ngân trâm, Đỗng đình hồ Bích, Loa xuân, Lục an Qua phiến, Vũ hoa chè

* Chè ô long: thuộc loại lên men một nửa, một loại chè đặc chủng của Trung Quốc sản xuất tại Phúc Kiến, Quảng Đông, Đài Loan bao gồm 5 loại sau: Thuỷ tiên, Ô long, Thiết quan âm Kỳ chủng, Sắc chủng, Bao chủng

* Chè trắng hay bạch chè: thuộc loại đặc sản của Trung Quốc, chỉ lên

men nhẹ, sản xuất chủ yếu ở Phúc Kiến Căn cứ vào giống và độ non của búp chia thành: Bạch hào ngân trâm, Bạch mẫu đơn, Cống my, Thọ my

* Chè ướp hoa: chè xanh ướp hoa như các loại hoa nhài, chu lan, bạch lan, quế, tai tai, bưởi, mễ lan; Việt Nam có chè mạn ướp hoa sen, chè xanh

ướp hoa nhài, sói, ngâu Chè đen ướp hoa như hoa hồng, hoa vải Chè ô long

ướp hoa như hoa quế thiết quan âm ướp hoa thụ lan gọi là Thụ lan sắc chủng, hoa nhài ở Việt Nam ngoài chè hoa tươi như nhài, sen, ngâu, sói còn có các loại chè hương, hương liệu bao gồm quế, hồi, phá cố chỉ, thìa là trộn với nhau theo đơn gia truyền

* Chè ép bánh: chè chế biến xô rồi tái gia công và đem ép thành hình

khối khác nhau; căn cứ vào loại chè xô và phương pháp sản xuất mà chia thành các loại: chè xanh ép bánh, chè đen ép bánh

Việt Nam có chè chi gồm bánh vuông hay tròn rất được vùng Đồng bằng sông hồng ưa chuộng, thường là chè tuyết vùng núi Đồng bào miền núi phía bắc còn có chè mạn, chè lam, nhồi trong ống bương, ống bương gác trên bếp để chống ẩm

* Sản phẩm mới: gồm các loại chè hoà tan, chè túi, chè pha sẵn ở thể

lỏng uống ngay như chè đóng lon hay chia (ô long, mật ong ) Gần đây còn

có các loại chè vị hoa quả (sen, nhài, hồng, dâu, cam, chanh ) [7]

1.2 Tình hình thị trường chè trong nước và thế giới

1.2.1 Qui mô và nhu cầu của thị trường nội địa đối với sản phẩm chè

Uống chè là một nét văn hoá ẩm thực Việt Nam Phần lớn chè tiêu thụ nội

địa là chè xanh, với 90% sản lượng chè xanh được tiêu thụ ngay trên thị

trường trong nước Chè đen chỉ được tiêu thụ ở các thành phố lớn, nhưng cũng chỉ chiếm 1% tổng mức tiêu thụ Tuy nhiên, hiện nay nhu cầu đối với các loại chè đen ướp hương liệu đang tăng nhanh ở khu vực thành thị, nhãn hiệu đầu tiên được giới thiệu bởi Dilmah, một công ty của Srilanca Ước tính Lipton và Dilmah chiếm khoảng 70% thị phần ở các thành phố lớn và các khu công nghiệp Các sản phẩm chế biến từ chè khác như nước giải khát, kẹo và bánh quy hiện chưa có mặt tại Việt Nam

Chè trồng ở các vùng phía Bắc như Thái Nguyên, Sơn La, Hà Giang và Yên Bái khá phổ biến ở Hà Nội và các thành phố khác ở miền Bắc, trong khi chè Lâm Đồng chủ yếu được tiêu thụ ở thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam Chè xanh ướp hoa nhài, hoa sen và các loại hoa có hương thơm khác cũng khá phổ biến, chiếm khoảng 20% tiêu thụ nội địa

Mặc dù có truyền thống uống chè từ lâu đời, nhưng theo báo cáo của FAO, tiêu thụ chè bình quân đầu người ở Việt Nam năm 1997 chỉ đạt 260g, thấp hơn nhiều so với các nước Châu á có tập quán uống chè khác (Hồng Công 1400g; Đài Loan 1300g; Nhật Bản 1050g; Trung Quốc 340g) Tuy nhiên, từ năm 2000 đến năm 2006, tiêu thụ chè bình quân đầu người của Việt Nam tăng lên 380g [7], [12], [21], [30]

1.2.2 Sản lượng tiêu thụ nội địa theo thời gian hàng năm

Bảng 1.3 Sản lượng tiêu thụ nội địa (Đơn vị: 1000 tấn)

1.2.3 Tình hình thị trường chè quốc tế

Thị trường xuất khẩu của Việt Nam chủ yếu là các nước thuộc khu vực Châu á, Châu Âu, Châu Mỹ Trong đó thị trường chính là Châu Âu và các nước thuộc khu vực Trung Cận Đông Theo số liệu “Chương trình phát triển sản xuất kinh doanh 1996 đến 2010 của tổng công ty chè Việt Nam” Dự kiến

đến năm 2010 sẽ xuất khẩu 40.000 tấn trong đó Liên Bang Nga 5000 tấn, Ba Lan 1000 tấn, Anh 2000 tấn, Đức 1000 tấn, Irắc 10.000 tấn, Lybi 1000 tấn, Syri 1000 tấn, Iran 4000 tấn, Nhật Bản 2000 tấn, Đài Loan 1000 tấn, Singapo

1000 tấn, Mỹ 2000 tấn Các loại sản phẩm chè xuất khẩu của Việt Nam chủ yếu là chè đen, chiếm 60% đến 70%, chè xanh 25% đến 30%, các loại chè khác 5% đến 10% [30]

Việt Nam vừa gia nhập WTO là một sự kiện trọng đại, nó đánh dấu một mốc lịch sử quan trọng của đất nước trong quá trình hội nhập với nền kinh tế thế giới Sự kiện này vừa mở ra cơ hội đồng thời cũng chứa đựng nhiều thách thức đối với nền kinh tế nói chung và ngành chè nói riêng Các nước thành viên WTO sẽ phải giảm thuế nhập khẩu chè, đây là lợi thế lớn nhất của ngành chè Việt Nam

Bảng 1.4: Xuất khẩu chè của các nước xuất khẩu chính giai đoạn 2001 - 2006.

1.2.4 Dự báo thị trường chè thế giới

Hiện nay ấn Độ vẫn là nước sản xuất chè lớn nhất thế giới, chiếm 38% tổng sản lượng, theo sau là Srilanca (14,22%), Kênia (11%), Inđônêxia (6,11%), Trung Quốc (3,03%)

Theo dự báo của FAO, sản lượng chè đen thế giới sẽ tăng với tốc độ trung bình 1,2%/năm từ 2,15 triệu tấn năm 2000 lên 2,4 triệu tấn vào năm

2010 Ba nước sản xuất chè đen lớn nhất, ấn Độ, Kênia và Srilanca sẽ chiếm 70% tổng sản lượng thế giới vào năm 2010

Chè xanh được sản xuất chủ yếu ở 4 nước Trung Quốc, Nhật Bản, Việt Nam, Inđônêxia Theo dự báo của FAO, sản lượng chè xanh sẽ tăng trung bình 2,6%/năm cho đến năm 2010 đạt 900 nghìn tấn Trung Quốc là nước xuất khẩu chè xanh lớn nhất, chiếm 83%, theo sau là Việt Nam (10,16%), Inđônêxia (4,28%)

Theo số liệu thống kê của FAO, năm 2006, nhập khẩu chè của thế giới

đạt 1582,35 nghìn tấn Trong đó, Nga nhập khẩu nhiều nhất (11,97%) tiếp theo là Hoa Kỳ (10%), Anh (9,80%), Pakistan (8,47%), Đức (4,14%)

Dự báo trong thời gian tới, nhu cầu chè sẽ tăng lên đặc biệt ở một số nước lớn như ấn Độ, Irắc, các nước Châu Phi nhu cầu về chè của Irắc trung bình 17.000 tấn một năm và chủ yếu nhập khẩu từ ấn Độ Nhu cầu của các nước Châu Phi dự đoán sẽ đạt khoảng 170 - 180 nghìn tấn/năm đến năm 2010 [30]

1.3 Công nghệ và thiết bị lên men chè đen trên thế giới và trong nước

1.3.1 Công nghệ và thiết bị lên men chè đen trên thế giới

Trong khi những phát triển về héo và vò chè đã có những tiến bộ rất lớn thì việc thay thế phương pháp lên men gián đoạn thủ công bằng những hệ thống lên men liên tục chưa được quan tâm nhiều Tuy nhiên tại nhiều nhà

máy sản xuất chè đen CTC, quá trình lên men đã được nghiên cứu áp dụng những hình thức hệ thống mẻ nhỏ tự động hoá từng phần hoặc bằng phương pháp liên tục[17], [22]

Trong tương lai các phương pháp liên tục sẽ có cải tiến Việc rút ngắn thời gian lên men từ 2,5 đến 3,5giờ trong sản xuất chè đen OTD xuống chỉ còn có 1 giờ (thậm chí còn ít hơn thế nữa trong chế biến chè đen CTC ) sẽ làm giảm bớt đi rất nhiều thời gian của giai đoạn lên men [17], [18] Trong chế biến chè đen OTD, khi bắt đầu nạp chè héo vào máy vò là những mẻ lớn tới

400 kg lá chè đã làm héo Do vậy có sự cách nhau tới nửa giờ hoặc hơn thế giữa thời gian sấy phần đầu và phần cuối của một mẻ lá chè lên men, kết quả

là chè lên men hoặc quá mức hoặc chưa đủ mức Trong chế biến chè đen CTC vì lá chè xử lý trên các máy Legg - cut, máy rôto chân vịt và những máy tương

tự như vậy, nên thời gian cần thiết chè lên men có thể cắt giảm đi một nửa hay hơn thế nữa Do đó hệ thống mẻ lớn không thích hợp với những phương pháp

vò xoắn mạnh Giải pháp là phải làm từng mẻ nhỏ hay dùng một hệ thống liên tục Nếu máy vò thông thường được sử dụng cùng với những máy chế biến chè

đen CTC thì sản xuất vẫn là phương pháp làm từng mẻ một

Trong hệ thống mẻ nhỏ một số lượng hợp lý chè lên men được bỏ vào một thùng động, còn trong phương pháp liên tục thì chè lên men được đưa qua một băng tải, chè lên men phải để tiếp xúc với không khí được điều hoà cho tới khi đưa đi sấy Trong chế biến chè đen OTD nhiệt độ lên men chè cần thiết phải nằm trong khoảng từ 26,7 0C đến 29,4 0C thì lên men mới tốt Tuy nhiên những nghiên cứu về sau ở Xrilanca và ở Tocklai (đông bắc ấn độ) lại cho thấy rằng khi nhiệt độ vượt quá 320C và thậm chí lên tới 40 0C cũng vẫn có thể dùng được miễn là cung cấp đủ ôxy ở Malauy những loại chè sản xuất qua vò

và có 2 lần cắt, khi lên men ở 220C thì tốt hơn so với ở 280C - 30 0C [22]

ở Tocklai người ta đã cho thấy rằng chè lên men trong môi trường ôxy nhanh gấp bốn lần so với trong không khí Quá trình lên men chè CTC, bình

thường hoàn thành trong khoảng 40 phút, sẽ chỉ mất 10 phút trong môi trường

ôxy [22]

Những ưu điểm thực tiễn của hệ thống này là nó loại trừ được thao tác tãi mỏng lá chè trên các bàn hay mâm khay nhằm mục đích làm thoáng gió và làm tản nhiệt sinh ra khi lên men, đồng thời giảm bớt những phí tổn về điều hoà không khí và trong một số điều kiện nhất định tránh được việc sử dụng thiết bị làm ẩm rất tốn kém để cung cấp không khí mát cho phòng lên men chè Cách làm trong thực tiễn là hoặc dùng hệ thống cho lên men từng mẻ trong một hệ thống thùng động ít nhiều được tự động hoá hoặc dùng phương pháp hoàn toàn liên tục trong một máy lên men liên tục

1.3.2 Những hệ thống lên men được sử dụng trong sản xuất chè trên thế giới

- Lên men trong thùng lồng,

- Lên men trong máng,

- Những hệ thống lên men liên tục

Lên men trong thùng lồng và trong máng vẫn là phương pháp lên men từng mẻ gián đoạn khác với các hệ thống lên men liên tục

1.3.2.1 Lên men trong thùng lồng

Với phương pháp này một mẻ thông thường chỉ khoảng 135kg lá chè; lá chè được lên men trong một thùng lồng hay hòm bằng nhôm trong một luồng không khí có kiểm soát

Hệ thống này đầu tiên được chế tạo ở Kênya và chủ yếu được dùng cho sản xuất chè đen CTC Thùng lồng được nạp đầy chè từ một máy làm vỡ cục vón hay trực tiếp qua một băng tải và chạy trên một đường ray đơn ở trên cao tới một điểm nối của máy điều hoà không khí trong phòng lên men Không khí điều hoà được đưa qua mỗi thùng lồng để cung cấp ôxy cho chè lên men Rồi thùng lồng được chuyển tới một vị trí ở phía trên cửa nạp của máy sấy và lá chè trong thùng lồng được đổ vào đó

1.3.2.2 Lên men trong máng

Lên men trong máng là một biến dạng của hệ thống lên men trong

thùng lồng Những thùng lồng hay hòm nhỏ (mỗi thùng chỉ chứa 27-32 kg lá chè) được đặt trong một máng có thể chứa 8 thùng Cứ sau 5 phút một thùng mới lại được đặt vào đầu máng lên men và đồng thời thùng chứa lá chè đã hoàn toàn lên men ở cuối máng được đem đi sấy Mỗi thùng có đáy bằng lưới dây thép số 24 và độ dày lớp chè khoảng 20cm; không khí ẩm thổi qua lá chè kích thích lên men Đối với chế biến chè đen CTC thời gian lên men từ 40 - 90 phút (tuỳ theo loại lá, mức độ vặn xoắn và các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm tương

đối của không khí) Nhiệt độ của lá chè trong những điều kiện ở Assam (đông bắc ấn độ) có thể từ 30 - 33oC Ngay sau khi quá trình lên men đã hoàn thành thì phải đưa ngay thùng chè đến máy sấy để tránh mọi sự thiệt hại do nhiệt độ gây ra Nhiệt độ cao trong các thùng có điều hoà không khí được coi

là vô hại vì lá chè được cung cấp thêm ôxy làm thúc đẩy quá trình lên men và chè làm ra trông sẽ bóng hơn [22]

Lên men trong máng là một hệ thống trong đó lá chè đã chế biến được

để cho lên men trong máng hay thùng có lắp bánh xe (gọi là đơn vị lên men chè hay hệ thống lên men trên xe đẩy) Một đơn vị tiêu chuẩn gồm có 12- 14

xe đẩy nối với một ống dẫn cung cấp không khí điều hoà do một máy điều hoà không khí cung cấp Mỗi xe có thể chứa được 113,3 kg lá chè (tối đa là 127 kg) và một đơn vị 12- 14 xe phù hợp với công suất của một máy sấy

Một đơn vị có thể tăng lên tới 24 xe hoặc hơn nữa để phù hợp với công suất của một máy sấy lớn hơn và đòi hỏi phải có một máy điều hoà không khí công suất lớn Hệ thống này đã được sử dụng tại nhiều nhà máy ở Đông Phi

Theo nhà chế tạo máy, những ưu điểm của nó là những nhiệt độ tối ưu hoàn toàn được kiểm soát, tiết kiệm chi phí, giảm diện tích sàn cần thiết, nước chè pha ra sẽ đẹp hơn và có hoạt vị hơn Khi tính số xe cần thiết cho một nhà máy thì cần phải tính cả những xe dùng cho những mục đích lưu thông

Trong một cuộc thí nghiệm sơ bộ tại một nhà máy ở Xrilanca, hệ thống lên men trên xe làm tăng một cách đáng kể giá trị của các loại chè BOP và FBOP so với giá trị của những loại chè cho lên men trên bàn [17], [22]

1.3.2.3 Hệ thống lên men liên tục

Máy lên men liên tục Tocklai (ở đông bắc ấn độ)

Loại máy này lá chè được nạp bằng phễu và tãi dày 15cm, trên tổng số

35 mâm khay chạy trên một hệ thống băng tải tuần hoàn qua một buồng lên men Không khí được làm giàu ôxy được thổi qua máy bằng một quạt ly tâm, không khí phải đi qua một ống dẫn xuống một nửa máy rồi dẫn lên qua nửa kia Nhiệt độ lá chè ở 33 0C khi xả ra không có ảnh hưởng gì có hại đối với chè Vấn đề là duy trì một nhiệt độ đều trong khắp khối lá chè lên men bên trong buồng Với độ tãi dày bình thường, năng suất của máy đạt 850 kg/giờ Yêu cầu về ôxy không lớn và chi phí dùng phương pháp này không cao Máy không cồng kềnh và chiếm rất ít chỗ

Máy lên men chè của Xâylan (Xrilanca)

Tương tự như máy lên men liên tục Tocklai, nhưng có thêm một bộ phận tự động điều chỉnh luồng khí, sức nén, nhiệt độ và độ ẩm để cho tất cả các loại lá chè đều được lên men đồng đều

Máy lên men Fermentea(ấn độ)

Máy này cũng hoạt động liên tục Nó gồm một đôi trống quay tròn và dùng máy này chè sản xuất ra đen hơn và nước chè pha ra có hoạt vị hơn Cũng như với các máy lên men khác, máy này có ưu điểm tiết kiệm rất lớn về chi phí, diện tích và lao động

Máy lên men của hãng Steelworth/Vikram (ấn độ)

Máy này có cấu tạo là một tấm băng tải liền bằng thép không gỉ rộng 1,25 m, dài 18 m Để cấp không khí ẩm cho máy lên men người ta dùng một quạt ly tâm và một hệ thống ống dẫn phân phối khí vào phía dưới băng tải

Năng suất của máy lên men 1200 kg chè tươi/ giờ Ưu điểm của máy này là làm việc liên tục, năng suất cao, chất lượng của chè sau khi lên men khá tốt dùng để lên men chè đen CTC Nhưng nhược điểm của nó là : khó làm vệ sinh sau khi kết thúc lên men, thời gian lên men ngắn không phù hợp với thời gian lên men chè đen OTD Băng tải là một tấm thép liền nên khi bị hư hỏng rất khó thay thế và giá thành ban đầu cũng như khi sửa chữa thay thế rất đắt

Máy lên men Majestea của hãng T & I limited (ấn độ)

Băng tải lên men bao gồm nhiều tấm vỉ bằng thép không gỉ và ghép lại thành mặt băng, chuyển động nhờ hệ thống xích và bánh xích Máy được kết cấu thành từng modul nên có thể kéo dài khi cần thiết Chiều rộng của băng tải làm việc là 2 m, Không khí ẩm được thổi theo hướng từ dưới lên trên nhờ 5 quạt hướng trục có thể điều chỉnh lưu lượng ở từng quạt Năng suất của máy

1250 kg chè tươi / giờ, thời gian lên men 1 giờ 45 phút ưu điểm của máy này

là làm việc liên tục, năng suất cao và có thể thay đổi năng suất bằng cách thay

đổi modul, có thể vệ sinh máy dễ dàng hơn và trong trường hợp một số vỉ bị hư hỏng có thể thay đổi dễ dàng nên ít tốn kém hơn

Về cơ bản các máy lên men của ấn độ có nhiều ưu điểm nhưng chỉ thích hợp cho quá trình sản xuất chè đen CTC

Máy lên men liên tục kiểu Nga

Lên men liên tục trên băng tải để sản xuất chè đen OTD đã được nghiên cứu và áp dụng tại Nga (Liên xô cũ) từ những năm 70 Nguyên lý cấu tạo thiết

bị lên men của Nga như sau: băng tải lên men bao gồm nhiều tấm vỉ bằng thép không gỉ và ghép lại thành mặt băng chuyển động nhờ hệ thống xích và bánh xích Một băng tải làm nhiệm vụ lên men cho một phần chè sau khi vò (chè lọt sàng lần 1 - F1, chè lọt sàng lần 2 - F2, chè lọt sàng lần 3 - F3, chè trên sàng lần 3 - F4) như vậy cần có 4 băng tải lên men Năng suất của hệ thống lên men liên tục của Nga là 26 đến 30 tấn chè tươi/ ngày [57] Đó là một năng

suất khá lớn, tuy nhiên phương pháp này chưa được áp dụng tại Việt Nam mặc

dù rất nhiều nhà máy chè ở Việt Nam do Nga giúp xây dựng

Những máy lên men liên tục trở thành một khâu cơ khí hoá có giá trị giữa vò và sấy và là một bộ phận cơ bản của một dây chuyền chế biến cơ khí hoá, tự động hoá [17], [22], [33]

1.3.3 Công nghệ và thiết bị lên men chè đen trong nước

1.3.3.1 Lên men gián đoạn trên sàn nhà

Chè sau khi vò xong được cho vào phòng lên men, phòng lên men được lát bằng gạch men, hoặc láng xi măng nhẵn Chè phần III và phần I rải riêng

ra từng luống và phân ra các vị trí tương ứng với các lý lịch khác nhau chè phần III có độ dày 15-20 cm, phần I dày 10-12 cm Phòng men được trang bị 1-2 máy phun ẩm đĩa Nhiều cơ sở sản xuất nhỏ không bố trí phòng lên men riêng mà thực hiện quá trình này ở một góc phòng vò Thời gian lên men 3,0giờ - 4,0 giờ( kể cả thời gian vò) tuỳ từng loại chè non hay già và thời tiết Phương pháp này hay được các cơ sở sản xuất nhỏ ban đầu chưa có năng lực

đầu tư áp dụng

Hình 1.1 Lên men trên sàn nhà

Phương pháp này có ưu điểm là chi phí đầu tư ban đầu thấp, dễ thực hiện quá trình và kiểm soát Nhưng có nhược điểm là chè bị yếm khí nặng do phía dưới của khối chè không được cấp ôxy, đồng thời khối chè bị bốc nóng

do không thoát được nhiệt nên chè dễ bị chua Đặc biệt là rất khó vệ sinh công nghiệp do khi rửa nền thì lại ảnh hưởng đến những lý lịch chè bên cạnh, từ đó chè có mùi chua thiu, ảnh hưởng đến chất lượng, năng suất lao động thấp do thao tác thủ công

1.3.3.2 Lên men gián đoạn trên khay

Chè sau khi phá vỡ tế bào và định hình được chứa trong các khay bằng các chất liệu khác nhau ( bằng gỗ, bằng nhôm, bằng thép không gỉ, bằng chất dẻo) với độ dày lớp chè từ 6 đến 10cm Chè lên men được chứa trong khay nhựa có các thông số như sau:

- Kích thước: d x r x c = 800 x 500 x 200 mm

- Chiều dày lớp chè 6 - 8cm với chè phần I, 8 - 10 cm cho chè phần III

- Các khay chứa chè được xếp chữ thập thành chồng từ 8 - 10 khay hoặc xếp trên giá đỡ có kích thước: d x r x c = 1500 x 750 x 1400 mm Tổng số khay trên một giá là: 4 khay x 6 tầng= 24 khay Khay chè được đặt vào phòng lên men Trong phòng, không khí đã được điều chỉnh về nhiệt độ ẩm và được lưu thông liên tục Thời gian lên men khoảng 2 đến 3 giờ tuỳ thuộc vào chất lượng của nguyên liệu Phương pháp này được sử dụng nhiều ở các nhà máy chè của Việt Nam [10], [18]

Hình 1.2 Lên men trên khay

Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản dễ làm, nhưng có nhược điểm

là chất lượng của chè lên men không cao, dễ sẩy ra sự yếm khí cục bộ ở phía dưới đáy khay chè không có khả năng cơ giới hoá, năng suất lao động thấp, cường độ lao động cao Đặc biệt là không đảm bảo vệ sinh công nghiệp

1.3.3.3 Lên men gián đoạn trên sàn lưới hoặc trên khay có thổi khí ẩm

Lá chè vò được rải đều thành lớp dầy 15 đến 20 cm trên sàn lưới hoặc cho chè vào khay và các khay được đặt lên máng lên men Không khí đã được làm ẩm thổi qua lớp chè từ phía dưới lên trên Đây là biện pháp cải tiến của một số nhà máy nhằm khắc phục tình trạng bị yếm khí cục bộ tại khay lên men, đồng thời làm cho năng suất của phòng lên men tăng lên một phần Tuy nhiên phương pháp này vẫn còn nhiều nhược điểm giống như phương pháp lên men gián đoạn trên khay hoặc trên sàn nhà Lên men gián đoạn trên sàn lưới

đang được áp dụng tại nhà máy chè Văn Hưng, Yên Bái

Hình1 3 Lên men trên sàn lưới

Lên men gián đoạn trên khay có thổi khí ẩm được sử dụng tại nhà máy chè Cẩm Khê, Phú Thọ Chè được chứa trong khay nhôm hình côn, mỗi khay chứa 3,5 - 4,0 kg chè vò Khay có kích thước miệng 450 x 450 mm, đáy 400 x

400 mm, cao 150 mm Mỗi hộc có 44 khay, quạt không khí mát, ẩm thổi từ dưới lên xuyên qua lớp chè trong khay đặt trên hộc Độ dày lớp chè trong khay 100 mm, kích thước của mỗi hộc là: d x r x c = 13.200 x 1.300 x 800

mm [10]

1.3.4 Đánh giá chung tình hình lên men chè đen:

* Đối với sản xuất chè đen CTC : Hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam,

các nhà máy sản xuất chè đen CTC đều sử dụng hệ thống lên men bán liên tục hoặc liên tục Lên men trong thùng lồng và trong máng vẫn là phương pháp lên men từng mẻ gián đoạn, Hệ thống này đầu tiên được chế tạo ở Kênya, Assam(đông bắc ấn độ) và ở Xrilanca Những ưu điểm của nó là nhiệt độ tối

ưu đã được kiểm soát, tiết kiệm chi phí, giảm diện tích sàn cần thiết, nước chè pha ra tương đối tốt và có hoạt vị Tuy nhiên có nhược điểm là năng suất thấp, khó cơ giới hoá và tự động hoá trong dây chuyền sản xuất Chất lượng sản phẩm vẫn còn hạn chế về màu sắc và hương vị nước pha

Với các hệ thống lên men liên tục, gồm có máy lên men liên tục Tocklai, máy lên men chè của Xâylan, máy lên men Fermentea, máy lên men của hãng Steelworth/Vikram (ấn độ), máy lên men Majestea của hãng T & I

limited (ấn độ) Hiện nay đang được dùng phổ biến ở ấn Độ, Xrilanca, Kênya, Inđônêxia [22]

ở Việt Nam, các nhà máy sản xuất chè đen CTC thường sử dụng máy lên men liên tục của hãng Steelworth/Vikram (ấn Độ) hoặc máy lên men

Majestea của hãng T & I limited (ấn độ)

Ưu điểm của các máy này là làm việc liên tục, năng suất cao, chất lượng của chè sau khi lên men khá tốt tiết kiệm rất lớn về chi phí, diện tích và lao động Có thể thay đổi năng suất bằng cách thay đổi modul, vệ sinh máy dễ dàng hơn và trong trường hợp một số vỉ bị hư hỏng có thể thay đổi dễ dàng nên ít tốn kém hơn Những máy lên men liên tục dễ dàng cơ khí hoá và tự

động hoá dây chuyền sản xuất

* Đối với sản xuất chè đen OTD : Trên thế giới, lên men liên tục trên

băng tải để sản xuất chè đen OTD đã được nghiên cứu và áp dụng tại Nga (Liên xô cũ) từ những năm 70 Năng suất của hệ thống lên men liên tục của

Nga là 26 đến 30 tấn chè tươi/ ngày, đó là một năng suất khá lớn Tuy nhiên phương pháp này chưa được áp dụng tại Việt Nam mặc dù có rất nhiều nhà máy chè do Nga giúp đỡ xây dựng

* Máy lên men liên tục dùng để sản xuất chè đen CTC không thể áp dụng để sản xuất chè đen OTD được bởi vì:

Máy lên men liên tục dùng để sản xuất cả 2 loại chè OTD và CTC đều

có nguyên lý giống nhau, Tuy nhiên do sự khác nhau về phương pháp phá vỡ

tế bào và tạo hình nên tính chất của khối chè trước khi lên men có khác nhau (đã phân tích ở mục ) Các nhà khoa học của Anh và ấn Độ dựa trên đặc tính của chè CTC để thiết kế và chế tạo máy cho dây chuyền công nghệ CTC

Về nguyên tắc, nếu chúng ta mua máy lên men dùng cho chè CTC của ấn Độ, sau đó nghiên cứu thay đổi một số tính năng kỹ thuật như: kích thước băng tải (chiều dài, chiều rộng), kích thước lỗ trên băng tải, tốc độ chuyển động của băng tải liên quan đến hộp số truyền động, lưu lượng không khí ẩm (liên quan

đến quạt và hệ thống phun ẩm v.v Như vậy, cần phải thay đổi khá nhiều tính năng kỹ thuật ban đầu của máy đã được chế tạo hoàn chỉnh để có được một máy lên men dùng cho quá trình lên men khi sản xuất chè đen OTD

Mặt khác, máy lên men liên tục được sản xuất tại ấn Độ thường dùng cho các nhà máy chè có năng suất cao, trình độ chế tạo rất tốt, có khả năng tự

động hoá cao và giá bán cũng rất đắt Theo chủ trương của Đảng và Nhà nước, chúng ta cần nhanh chóng tự chế tạo được máy móc thiết bị chế biến nông sản thực phẩm để chủ động về công nghệ nhằm tạo ra sản phẩm xuất khẩu

- ở Việt Nam, các nhà máy sản xuất chè đen OTD đều đang áp dụng phương pháp lên men gián đoạn dưới nhiều hình thức khác nhau:

Lên men gián đoạn trên khay hoặc trên sàn nhà được sử dụng nhiều ở các nhà máy chè của Việt Nam Phương pháp này có ưu điểm : đơn giản, nhưng chất lượng của chè lên men không cao, dễ sẩy ra sự yếm khí cục bộ ở

phía dưới đáy khay chè không có khả năng cơ giới hoá, năng suất lao động thấp, cường độ lao động cao Đặc biệt là không đảm bảo vệ sinh công nghiệp khi lên men trên nền nhà

Lên men gián đoạn trên sàn lưới hoặc trên khay có thổi khí ẩm Đây là biện pháp cải tiến của một số nhà máy nhằm khắc phục tình trạng bị yếm khí cục bộ tại khay lên men, đồng thời làm cho năng suất của phòng lên men tăng lên một phần Tuy nhiên phương pháp này vẫn còn nhiều nhược điểm giống như phương pháp lên men gián đoạn trên khay hoặc trên sàn nhà Lên men gián đoạn trên sàn lưới đang được áp dụng tại nhà máy chè Văn Hưng Yên Bái Lên men trên khay có thổi khí ẩm được sử dụng tại nhà máy chè Cẩm Khê Phú Thọ

Xuất phát từ thực trạng sản xuất chè đen OTD, đặc biệt là công nghệ và thiết bị lên men ở nước ta hiện nay Vấn đề nghiên cứu lựa chọn mô hình và xác định các thông số công nghệ lên men liên tục trong sản xuất chè đen OTD

là rất cần thiết Nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, ổn định sản xuất, tăng năng suất lao động, góp phần hiện đại hoá công nghệ sản xuất chè đen OTD ở nước ta

b Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men chè đen

1.4 Cơ sở lý thuyết quá trình lên men chè đen

1.4.1 Sử dụng các enzym có sẵn trong lá chè tươi

Hiện nay, trên thị trường trong nước và nước ngoài có nhiều loại chè thành phẩm khác nhau Nhưng dựa trên nguyên tắc hoá sinh học về chè có thể chia chúng ra làm 3 loại chè chủ yếu: chè lên men, chè không lên men và loại chè trung gian giữa hai loại chè trên Sở dĩ như vậy là do khi chế biến lá chè người ta đã sử dụng các phương pháp chế biến khác nhau Sự khác nhau cơ bản của các phương pháp chế biến chè là sử dụng hay đình chỉ và khống chế hoạt động của các enzym có sẵn trong nguyên liệu chè ban đầu, trong đó quan trọng nhất là hoạt động của các enzym ôxy hoá trong lá chè để từ cùng một

loại nguyên liệu ban đầu như nhau có thể thu được các loại chè thành phẩm có

đặc tính khác nhau [14], [19]

Hoạt tính của enzym trong lá chè là nhân tố quan trọng trong quá trình sinh trưởng và chế biến chè, đặc biệt trong chế biến chè đen enzym có vai trò quyết định chiều hướng biến đổi các phản ứng sinh hóa trong giai đoạn làm héo, vò, lên men Trong búp chè có 2 loại enzym chủ yếu là:

•Nhóm enzym thủy phân: amilaza, proteaza, glucosidaza

•Nhóm enzym ôxy hóa - khử: peroxidaza, polyphenoloxidaza

Enzym peroxidaza, polyphenoloxidaza đóng vai trò quan trọng nhất và

có tác dụng khác nhau trong quá trình lên men chè đen Các enzym này đều

hoạt động mạnh ở 45°C, đến 70°C thì hoạt động yếu hẳn đi và ở nhiệt độ cao

hơn sẽ bị vô hoạt hoàn toàn Trong kỹ thuật chế biến chè, enzym đóng vai trò quan trọng, từ một loại nguyên liệu chè có thể điều chỉnh mức độ lên men khác nhau để thu được nhiều loại sản phẩm như chè đen, chè đỏ, chè vàng và chất màu thực phẩm từ chè

Trong lá chè tươi có nhiều loại enzym nhưng chủ yếu là PPO và PE Vai trò của nó như chất xúc tác sinh học của phản ứng ôxy hoá khử trong tế bào sống cây chè Trong đó men PE là loại men có khả năng ôxy hoá tanin chè rất sâu sắc, tiêu tốn một lượng lớn tanin, nhưng không có khả năng tạo thành các sản phẩm có màu mà chủ yếu tạo vị [37], [53], [54], [57]

Men PPO ôxy hoá tanin tạo nên các sản phẩm có màu của nước pha chè đen PPO tồn tại trong lá chè ở hai dạng hoà tan (10%) và dạng liên kết với các phần không tan trong tế bào của lá, ở điều kiện thường nó không chuyển vào dung dịch, phần không tan này chỉ hoạt động khi cấu trúc của tế bào lá chè bị phá vỡ Bằng các biện pháp cơ học như vò, nghiền, cắt Như vậy

để men PPO hoạt động được, xúc tác cho quá trình ôxy hoá tanin để tạo thành các sản phẩm màu, mùi, vị đặc trưng của chè đen thì trong sơ đồ dây chuyền sản xuất chè đen bắt buộc phải có giai đoạn phá vỡ tế bào lá bằng mọi hình

thức (vò, nghiền, cắt ) làm dập tế bào lá càng nhiều càng tốt [1], [2], [14], [32]

Dưới tác dụng xúc tác của men PPO, tanin mà chủ yếu là các catêsin trước hết bị ôxy hoá thành các octoquynon, các octoquynon ngưng tụ với nhau thành các sản phẩm trung gian diphenolquynon Các sản phẩm trung gian này lại tiếp tục ôxy hoá hoặc bị khử để tạo thành các chất màu vàng TF và các estegalat của nó hoặc các chất bisflavanol tương ứng, sau đó chúng tiếp tục

ôxy hoá để chuyển thành các chất màu đỏ TR [14], [40], [52]

Tóm lại, từ những điểm trình bày ở trên cho thấy, tuy có nhiều loại chè khác nhau, nhiều phương pháp chế biến khác nhau và sự biến đổi các chất trong lá chè ở các quá trình công nghệ khác nhau rất phức tạp, nhưng xét theo quan điểm hoá sinh học có thể đi đến kết luận rằng, từ cùng một loại nguyên liệu chè ban đầu như nhau qua quá trình chế biến khác nhau, về cơ bản phụ thuộc vào mức độ sử dụng các enzym có sẵn trong lá chè tươi và phối hợp với chế biến nhiệt sẽ thu được nhiều loại chè có những tính chất đặc trưng của chúng Vì vậy việc tiến hành lên men lá chè hay không tiến hành nó trong sản xuất chè, trở thành vấn đề mấu chốt nhất trong kỹ thuật sản xuất các loại chè khác nhau

1.4.2 Bản chất của sự lên men lá chè

Trong quá trình công nghệ sản xuất của một số loại chè, nhất là chè đen

có quá trình lên men lá chè Về bản chất của quá trình lên men lá chè, về sự chuyển hoá tanin trong quá trình này, hiện nay đã thừa nhận các enzym giữ vai trò quan trọng Nếu đình chỉ hoạt động của các enzym trong lá chè thì trong quá trình chế biến chè sau này không thể xảy ra quá trình lên men được Thuyết hoá sinh về bản chất của quá trình lên men lá chè chính là giả thuyết cho rằng, sự lên men chè đen thực hiện được là do tác dụng của các enzym

ôxy hoá có sẵn trong lá chè [14] Nhưng trước khi A.I Ôparin và A.L.Curoxalop đưa ra thuyết này đã tồn tại 3 quan điểm chủ yếu sau đây:

- Lên men là quá trình vi sinh vật;

- Lên men là quá trình phi enzim hay quá trình hoá học đơn thuần;

- Lên men là quá trình enzim đặc biệt

1.4.2.1 Thuyết vi sinh vật của quá trình lên men lá chè

Căn cứ để người ta cho rằng sự lên men lá chè có liên quan với hoạt

động của vi sinh vật là ở chỗ luôn luôn có thể tìm thấy các vi sinh vật khác nhau trong lá chè, hơn nữa, một số trong các vi sinh vật đó có khả năng tạo ra các enzim ôxy hoá có thể ôxy hoá các hợp chất poliphenol Lượng các tế bào nấm men tăng dần lên trong các quá trình công nghệ sản xuất chè đen và đạt tới giá trị cực đại của chúng vào cuối lúc lên men

Tuy nhiên, theo kết quả nghiên cứu của Bôxcô và Bzêzôpxki ở trạm thực nghiệm Baitenzoroxki cho biết, các vi sinh vật có trong khối chè lên men gồm 3 nhóm chính: nấm mốc, nấm men và vi khuẩn Những vi sinh vật này gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của các quá trình ôxy hoá và đến chất lượng của chè Nấm mốc làm cho nước chè bị đục, tối và hương thơm, vị chè không thuần khiết; nấm men cũng làm cho màu nước chè xám lại, làm mất đi hương vị thanh nhã của chè Các tác giả này đã đến kết luận rằng, sự lên men chè đen là một quá trình không phụ thuộc vào sự phát triển của các vi sinh vật

có trong khối chè, nó phải do hoặc là dưới tác dụng của các enzim trong lá chè gây ra, hoặc là do sự ôxy hoá trực tiếp các thành phần hoá học của lá chè bởi

ôxy của không khí Ngoài ra, Mangan còn cho biết, sau khi dùng clorofooc để tiêu diệt vi sinh vật trong lá chè vẫn thấy khối chè vò lên men bình thường

Như vậy, vi sinh vật không giữ vai trò gây ra quá trình lên men lá chè

để tạo ra các tính chất đặc trưng của chè đen và cần phải bác bỏ giả thuyết về bản chất vi sinh vật của quá trình lên men chè đen

Nhưng cũng cần phải nhấn mạnh thêm rằng, trong quá trình lên men chè đen, tuy vi sinh vật không giữ vai trò chính, song căn cứ vào thực tế sản xuất một số loại chè và qua thực nghiệm cho thấy vi sinh vật có liên quan với

việc tạo hương vị đặc biệt đối với một vài loại chè đặc sản nào đó Các loại nấm mốc Penixilium và Aspergilus oryzae có thể gây hương vị xấu cho chè, nhưng Saccharomyses cerevisiae có thể xúc tiến sự chuyển hoá tanin của lá

chè và bao phủ lên mặt chè bánh một lớp mốc vàng, tạo cho chè bánh có hương vị độc đáo [14]

Tóm lại, vi sinh vật không giữ vai trò chủ đạo trong sự chuyển hoá tanin chè trong sản xuất chè đen để tạo ra các tính chất đặc trưng của nó, nhưng một vài loại vi sinh vật có tác dụng tạo ra hương vị độc đáo cho một vài loại chè

đặc sản

1.4.2.2 Thuyết hoá học đơn thuần

Còn gọi là thuyết tự ôxy hoá của tanin chè Theo thuyết này sự lên men chè đen xảy ra được là do tác dụng của ôxy trong không khí đối với dịch ép tế bào của lá chè gây ra sự chuyển hoá tanin không có sự tham gia của các enzim Năm 1932 Shau và Jones đã đưa ra thuyết này và đề xuất ý kiến thay danh từ “lên men” bằng “ôxy hoá” A.A.Dôtapốp cũng đưa ra quan điểm tương tự và cho rằng, thực tế sự lên men của lá chè xẩy ra ở giai đoạn làm héo

và quá trình lên men xẩy ra ở những tế bào hãy còn hoạt động còn giai đoạn

mà người ta gọi là lên men thì xẩy ra không có sự tham gia của các enzim, hoàn toàn bằng con đường hoá học

Nhưng không bao lâu, quan điểm trên đã bị phủ nhận bằng thực nghiệm

có thể nêu lên một số dẫn chứng sau đây để làm sáng tỏ vấn đề Trước hết, hỗn hợp tanin chè tách ra được từ lá chè ở dạng bột không tinh khiết không màu có thể giữ được nhiều ngày trong không khí mà nó vẫn không bị biến đổi

về căn bản Nếu dùng ete etil hoà tan chế phẩm tanin chè nói trên có thể chuyển nó ra dung dịch tới 85- 90% tổng chế phẩm ban đầu Sau đó tách riêng chúng ra và cho dung môi bay hơi hết, một lần nữa lại thu được chất bột không màu và bền vững đối với tác dụng của ôxy trong không khí Nhưng phần còn lại của chế phẩm tanin chè không tan trong ete etil (chiếm khoảng

10 - 15% tổng thể chế phẩm ban đầu) nếu để ra ngoài không khí, thì nó bị ôxy hoá thành loại chất keo màu xám tối Tuy nhiên, khi trộn lẫn hai phần tanin kể trên với nhau thì poliphenol catechin (phần tanin tan trong etil) có khả năng bảo vệ phần tanin không tan trong ete etil chống lại sự ôxy hoá của cả hỗn hợp bởi ôxy của không khí [14]

Ngoài ra, nếu làm mất tác dụng của các enzim trong lá chè thì khối chè

vò không còn khả năng lên men Đặc biệt trong sản xuất chè xanh sau khi lá chè tươi đã qua diệt men tuy toàn bộ tanin chè vẫn còn nguyên vẹn nhưng trong các quy trình công nghệ còn lại không tạo ra được các sản phẩm màu

đặc trưng cho nước pha của chè đen và các tính chất khác của nó

Theo Khôchôlava, các chất xúc tác có thể tham gia các quá trình ôxy hoá trong lá chè nhưng phải có mặt peroxit hydro Nhưng bằng thực nghiệm cho thấy rằng, nếu cho thêm sắt limonat từ ngoài vào thì sản phẩm của phản ứng chỉ có màu xanh và không thấy có trong khi lên men lá chè

Tóm lại, trong quá trình lên men chè đen việc tạo thành các sản phẩm màu đặc trưng cho màu nước chè đen không phải do quá trình tự ôxy hoá các tanin, tuy trong thành phần hỗn hợp tanin có một bộ phận chiếm khoảng 10 - 15% tổng lượng của nó có khả năng tự ôxy hoá nhưng rất chậm và chỉ quan sát thấy nó vào cuối lúc lên men hoặc trong thời gian bảo quản các loại chè ở những điều kiện không thuận lợi Do đó, sự tự ôxy hoá của tanin chỉ có thể

được sử dụng để giải thích sự biến đổi màu sắc của nước pha của nhiều loại chè khi nó hút ẩm và bảo quản không tốt

1.4.2.3 Thuyết hoá sinh

Qua các dẫn chứng bác bỏ hai giả thuyết có thể thấy, nếu đình chỉ hoạt

động của các enzym trong lá chè thì trong quá trình chế biến chè sau này không thể xẩy ra quá trình lên men được Thuyết hoá sinh về bản chất của quá trình lên men lá chè chính là giả thuyết cho rằng, sự lên men chè đen thực hiện được là do tác dụng của các enzym ôxy hoá có sẵn trong lá chè

Như đã nêu ở trên, trong lá chè có 2 enzym ôxy hoá chủ yếu là PPO và

PE, trong đó PPO chuyển hoá tanin chè thành các sản phẩm màu đặc trưng cho nước chè đen, còn PE tuy gây ra sự chuyển hoá mạnh mẽ tanin chè nhưng không tạo ra được các sản phẩm màu kiểu màu nước chè đen Các enzym ôxy hoá có thể chuyển hoá các nhóm chất sinh màu hô hấp thành các hợp chất dạng octoquinon tương ứng gọi là các chất màu hô hấp Hydro được các chất màu hô hấp thu nạp sẽ khử nó trở lại thành nhóm chất sinh màu Trong tế bào sống, các quá trình ôxy hoá khử là những quá trình cân bằng Nhưng ngay sau khi các tế bào bị phá hoại, quá trình ôxy hoá vượt trội lên quá trình khử, nhờ

đó dẫn đến tích luỹ một lượng nào đó các chất màu hô hấp, chúng có thể bị khử một phần trở lại nhóm chất sinh màu nhưng phần lớn và chủ yếu bị ôxy hoá tiếp tục thành sản phẩm màu nâu bền vững không còn khả năng sau này bị khử trở lại nữa

Theo A.I.Oparin, mối liên hệ giữa quá trình hô hấp và quá trình lên men

có thể biểu hiện theo sơ đồ:

Catechin + O octoquinon + H2O (1) glucoza + octoquinon CO2 + Catechin (2) octoquinon sản phẩm màu (3) Theo sơ đồ này, song song với sự ôxy hoá catechin thành octoquinon còn xảy ra sự khử octoquinon (2) trở lại catechin nhờ nguyên liệu hô hấp là glucoza Nhưng ngay sau khi các tế bào của lá bị phá hoại, các quá trình ôxy hoá trội hơn các quá trình khử và các octoquinon ngưng tụ thành sản phẩm màu (3)

A.L.Curoxanop đã kiểm tra lại sơ đồ của A.I.Oparin bằng thực nghiệm

và ông cho rằng, khi thiếu hụt nguyên liệu hô hấp thì sự chuyển nạp hydro vào octoquinon không được thực hiện nữa, do đó sự hô hấp của lá chè lúc này mang đặc tính của sự lên men, nghĩa là xảy ra theo kiểu phản ứng (3) của sơ

đồ Liên hệ vào điều kiện sản xuất chè đen có thể thấy, khi lá chè đang phát

triển bình thường ở trên cây, quá trình ôxy hoá catechin thành octoquinon và quá trình khử octoquinon trở lại catechin xảy ra song song và cân bằng vì nguyên liệu hô hấp (glucoza và một số chất khác) luôn luôn được bù đắp lại không bao giờ cạn nguồn nhờ quá trình sinh tổng hợp các chất trong cây chè,

do đó lúc này quá trình hô hấp chiếm ưu thế tuyệt đối Khi các lá chè vừa hái xuống khỏi cây chè, các biến đổi hoá sinh xảy ra khi nó sinh trưởng bình thường vẫn tiếp tục được duy trì trong một thời gian nhất định, nghĩa là quá trình hô hấp vẫn chiếm ưu thế Nếu lá chè đã hái xuống bảo quản quá lâu và bảo quản trong điều kiện không thuận lợi thì sẽ xảy ra các biến đổi hoá sinh phức tạp theo khuynh hướng tiêu hao dần toàn bộ chất khô trong lá chè mà không có quá trình lên men bình thường kiểu lên men chè đen Sau khi hái khỏi cây, lá chè bị mất đi nguồn bổ xung nguyên liệu hô hấp, trong khi có phản ứng (2) vẫn xảy ra nên nguồn dự trữ glucoza giảm dần làm cho phản ứng này có xu thế yếu dần Đặc biệt khi các tế bào của lá bị phá hoại ở giai đoạn

vò chè, quá trình ôxy hoá catechin (1) xảy ra rất mãnh liệt, dồn dập nên các octoquinon tích luỹ lại càng nhiều, vì vậy tuy có một phần octoquinon bị khử trở lại catechin (2) nhưng quá trình ngưng tụ các octoquinon (3) phát triển nhanh và chiếm ưu thế, lúc này quá trình lên men tiếp tục để cuối cùng tạo thành các sản phẩm màu đặc trưng cho màu nước chè đen [14], [39], [55]

Như vậy, muốn cho quá trình lên men chè đen được tiến hành thuận lợi

và đồng đều trong cả khối chè thì điều kiện cần thiết là tăng cường làm dập các tế bào của lá chè và cung cấp đầy đủ ôxy bằng cách tiến hành thông gió nhân tạo cho phòng vò và phòng lên men đồng thời tiến hành điều tiết không khí và phun ẩm bổ xung cho các phân xưởng này

1.4.3 Bản chất các sản phẩm ôxy hoá tanin trong quá trình lên men

Một trong những biểu hiện đặc trưng nhất của quá trình lên men lá chè

là sự tạo thành các sản phẩm màu khi ôxy hoá tanin chè dưới tác dụng của các enzym ôxy hoá Vì sự tạo thành màu sắc của nước chè liên quan với sự ngưng

tụ của các catechin, cho nên có nhiều giả thuyết khác nhau về vấn đề này Theo Rôbe, hỗn hợp các chất màu vàng TF và các chất màu đỏ TR sẽ tạo cho nước chè đen có màu đỏ tươi hoặc nhạt, đậm khác nhau phụ thuộc vào tỷ lệ hàm lượng của chúng Hiện nay, giả thuyết này của Rôbe đã được nhiều nhà nghiên cứu thừa nhận và Rôbe đã đưa ra được phương pháp xác định các chất màu kể trên

Theo kết quả nghiên cứu của Rôbe và nhiều tác giả, sau khi catechin bị

ôxy hoá bởi PPO thành octoquinon, từng cặp octoquinon sẽ ngưng tụ với nhau

để tạo thành các sản phẩm dimer trung gian và do trở ngại về cấu tạo thành các polimer phân tử lớn hơn mà nó sự bị khử hoặc bị ôxy hoá để tạo thành các sản phẩm ổn định có mặt trong chè đen thành phẩm

Cũng theo Rôbe, trong khi lên men lá chè có ba trường hợp có khả năng tạo thành các sản phẩm trung gian (các dimer- diphanolquinon): 1) khi xẩy ra

sự ngưng tụ hai phân tử l - epigalocatechin; 2) tạo thành hợp chất từ một phân

tử l-epicatechin galat và 3) tạo thành hợp chất từ một phân tử l - epigalo catechin với một phân tử l – epigalocatechin galat Các chất dimer trung gian

- diphenolquinon sau đó có thể bị khử thành bisflavanol hoặc bị ôxy hoá tạo hợp chất màu vàng TF [1], [11], [14], [22]

Sau đó, các chất TF, theaflavingalat và bisflavanol có thể tiếp tục bị ôxy hoá, nhưng nhất thiết phải có sự tham gia của các catechin còn lại làm nhiệm

vụ của chất chuyển hoá hydro, để tạo thành sản phẩm có màu đỏ TR, trong đó một phần TR kết hợp với protein để tạo thành hợp chất màu nâu đỏ không tan nằm lại trong bã chè đen khi pha nước sôi

Như vậy, TF và theaflavingalat (màu vàng) là sản phẩm ôxy hoá trực tiếp của hỗn hợp l - epi galocatechin và l - epigalocatechin galat dưới tác dụng của PPO TR (màu đỏ) không phải là sản phẩm trực tiếp của sự ôxy hoá bởi men của hai catechin nói trên mà là sản phẩm ôxy hoá thứ sinh của TF, theaflavin galat và bisflavanol với sự tham gia của các chất chuyển hydro (các catechin

còn lại) Các catechin khác như l - epi catechin, d - catechin và l - epi catechin galat làm nhiệm vụ của chất chuyển hydro trong quá trình tạo thành TR (màu

đỏ) [14], [40], [56], [58] Trên cơ sở của những điểm trình bày ở trên có thể thiết lập sơ đồ ôxy hoá lên men các catechin dưới tác dụng của PPO như sau [14]

O2, poliphenoloxidaza

Ngưng tụ

H2

1.4.4 Công nghệ lên men chè đen OTD

Từ cùng một loại nguyên liệu chè ban đầu như nhau bằng cách sử dụng hay không sử dụng hoạt tính của các enzim trong lá chè và khống chế hoạt

động của nó mà qua các quá trình chế biến có thể thu được nhiều loại chè có

đặc tính khác nhau Thành phần các chất trong nguyên liệu ảnh hưởng lớn đến chất lượng của chè thành phẩm và đối với mỗi loại chè thành phẩm cũng có những yêu cầu nhất định về thành phần hoá học của nguyên liệu [17], [38], [46]

thearubigin (màu đỏ)

Nguyên liệu dùng để chế biến chè đen phải có hàm lượng tanin cao vì trong quá trình lên men tanin bị ôxy hoá một phần để tạo nên màu sắc đặc trưng cho nước chè, bên cạnh đó tanin bị chuyển một phần khác sang trạng thái không tan do kết hợp với protêin, từ đó làm giảm đi một lượng đáng kể tanin, thường từ 50- 60% so với hàm lượng ban đầu, nếu hàm lượng tanin còn lại trong chè quá lớn có thể sẽ dẫn đến làm cho vị quá đắng chát không hợp khẩu vị Ngược lại, nguyên liệu dùng để chế biến chè xanh không đòi hỏi phải

có hàm lượng tanin cao như trong nguyên liệu dùng để chế biến chè đen, vì trong quá trình sản xuất chè xanh không có quá trình lên men nên tanin giảm

đi không đáng kể (1-2% chất khô hay 5-10% hàm lượng ban đầu) [17], [22], [27], [28]

1.4.4.1 Mục đích, ý nghĩa của sự lên men

Lên men lá chè là giai đoạn quan trọng quyết định chất lượng chè đen thành phẩm Nhằm tạo ra những biến đổi sinh hoá cần thiết, mà chủ yếu là các hợp chất polyphenol trong chè bị ôxy hoá dưới sự xúc tác của enzym PPO và

PE tạo thành các hợp chất hương, vị, màu sắc nước pha đặc trưng của chè đen

1.4.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lên men chè đen

Quá trình lên men có tiến hành thuận lợi hay không, ngoài chất lượng của nguyên liệu thì các yếu tố: Nhiệt độ, độ ẩm của không khí xung quanh và một vài yếu tố khác cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men chè đen

* Nhiệt độ: Trong quá trình lên men chè đen, hoạt tính của men ảnh

hưởng trực tiếp đến tốc độ và thời gian lên men Nhưng hoạt tính của men mạnh hay yếu lại thay đổi theo nhiệt độ Những phản ứng hoá học xảy ra dưới tác dụng của men cũng tuân theo định luật chung: Khi nhiệt độ của môi trường phản ứng tăng lên 10oC thì tốc độ phản ứng tăng lên 2 - 4 lần, tức là nhiệt độ càng tăng thì quá trình lên men xảy ra càng nhanh [14], [42] Tuy nhiên tác dụng xúc tác của men nói chung chỉ ở trong khoảng nhiệt độ thích

hợp từ 40-55oC Nếu nhiệt độ tăng lên quá cao thì thành phần Protêin của men

bị đông tụ lại, làm cho men mất khả năng xúc tác

Đối với quá trình lên men chè đen nhiệt độ thích hợp trong khoảng 22

đến nhỏ hơn hoặc bằng 30oC; nếu cao hơn các men sẽ bị ức chế; nếu thấp quá hoạt tính men giảm, thời gian lên men phải kéo dài

* Độ ẩm: Lá chè sau khi vò đem đi lên men cần phải có mức thuỷ phần

nhất định thì quá trình lên men mới diễn ra bình thường được Lá chè có hàm lượng nước cao quá hoặc thấp quá đều ảnh hưởng tới qúa trình lên men Mặt khác phòng lên men cũng phải có độ ẩm phù hợp thì quá trình lên men mới có

điều kiện phát triển được Cần phải duy trì độ ẩm tương đối cao để tránh làm khô lá chè trong phòng lên men cũng như trong phòng vò, bởi vì sự lên men lá chè được diễn ra ngay từ lúc bắt đầu vò chè Nếu độ ẩm tương đối thấp sẽ xảy

ra sự bay hơi nước từ bề mặt của lá, hơn nữa tuỳ thuộc vào mức độ bão hoà hơi nước của không khí và thời gian lưu giữ lá chè trong phòng lên men mà sự hao tổn này của nước đôi khi có thể lên tới 10% Do sự bay hơi nước từ những lá chè xếp ở trên mặt mà nồng độ dịch ép trong chúng tăng lên so với những lá chè xếp ở dưới, từ đó gây ra sự lên men không đồng đều ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm Những lá chè xếp ở trên mặt do bị bay hơi nước và bị

ôxy hoá mạnh mà dần dần đen lại ở độ ẩm tương đối cao của không khí, sự lên men xảy ra đồng đều hơn, chè có nước pha tốt hơn và nước chè tươi sáng hơn Để đảm bảo cho chè lên men tốt thì phải đáp ứng được các yêu cầu sau

về độ ẩm: Độ ẩm chè lên men 61-63%, độ ẩm tương đối của không khí 95 - 98% [17]

* Thời gian: Trong quá trình sản xuất chè đen, sau giai đoạn phá vỡ tế

bào là giai đoạn lên men độc lập lá chè Xét về mặt hoá sinh hai giai đoạn này thuộc về một quá trình lên men vì ngay sau khi tế bào của lá bị phá hoại trong máy vò chính là lúc bắt đầu quá trình lên men gây ra sự chuyển hoá mạnh mẽ hàng loạt các chất trong lá chè, đặc biệt là sự ôxy hoá các chất poliphenol