Nghiên cứu cải thiện công nghệ sản xuất bột trà xanh hòa tan từ phụ liệu lá trà xanh (camellia sinensis)

Sau quá trình trích ly tiến hành tối ưu hóa các điều kiện sấy phun để tạo ra sản phẩm bột trà xanh hòa tan.. Các thí nghiệm tại tâm được tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: GS.TS Đống Thị Anh Đào

4 TS Lê Ngọc Liễu – Phản biện 2

5 PGS TS Lê Nguyễn Đoan Duy - Ủy viên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Hoàng Văn Thảnh MSHV: 1670373

Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1985 Nơi sinh: Thanh Hóa Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số : 60540101

I NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT TRÀ XANH

HÒA TAN TỪ PHỤ LIỆU LÁ TRÀ XANH (CAMELLIA SINENSIS)

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Khảo sát quá trình trích ly với các thông số: nhiệt độ, thời gian, phần trăm ethanol,nước, enzyme cellulase kết hợp với pectinase Tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly chất khô và hoạt chất

- Khảo sát và tối ưu hóa các thông số của quá trình sấy phun: hàm lượng Maltodextrin;nhiệt độ sấy; lưu lượng sấy Khảo sát ảnh hưởng của từng thông số đến hàm lượng polyphenol tổng và chlorophyll

- Xác định hàm lượng polyphenol tổng số, EGCG và chlorophyll của bột lá trà sauquá trình sấy phun

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/08/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/12/2018

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS.TS Đống Thị Anh Đào.

Tp HCM, ngày tháng năm 20

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

(Họ tên và chữ ký)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LỜI CẢM ƠN

Khoảng thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã mang lại cho tôi nhiều kiến thức bổ ích Để có được điều đó, tôi xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy Cô tại Trường Đại học Bách Khoa TP HCM nói chung

và đặc biệt quý Thầy Cô ở bộ môn Công nghệ Thực phẩm – khoa Kỹ thuật Hóa học nói riêng

Để hoàn thành được luận văn nghiên cứu này tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, quý Thầy Cô tại Trung tâm Thí nghiệm thực hành; Trung tâm Công nghệ Việt Đức – Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP HCM, đã tạo điều kiện giúp

đỡ, động viên tôi trong thời gian qua Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Đống Thị Anh Đào, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này Cảm ơn Cô đã hết lòng quan tâm, tận tình chỉ bảo, động viên giúp đỡ để em hoàn thành được luận văn và chương trình học tập tại trường

Qua đây tôi cũng gửi lời trân trọng biết ơn đến bố mẹ, anh chị em hai bên gia đình nội ngoại, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn quan tâm, động viên tôi về vật chất và tinh thần trong suốt thời gian qua Tôi gửi lời cảm ơn vợ và con tôi đã cùng tôi vượt qua những khó khăn trong cuộc sống, đó là động lực và niềm an ủi to lớn giúp tôi hoàn thành chương trình học tập

Cuối cùng tôi xin gửi lời chúc sức khỏe đến quý Thầy Cô bộ môn Công nghệ Thực phẩm – khoa Kỹ thuật Hóa học; quý Thầy Cô trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm nhiều sức khỏe, hạnh phúc, gặt hái được nhiều thành quả tốt đẹp trong giảng dạy và nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 01 năm 2019

Học viên

Hoàng Văn Thảnh

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài luận văn: “Nghiên cứu cải thiện công nghệ sản xuất bột trà xanh hòa tan từ

phụ liệu lá trà xanh ( Camellia sinensis)”

Học viên thực hiện: Hoàng Văn Thảnh

Hướng dẫn khoa học: GS.TS Đống Thị Anh Đào

Nghiên cứu này nhằm xác định các điều kiện trích ly và sấy phun để thu nhận hàm lượng polyphenol, chlorophyll và epigallocatechin gallate (EGCG) từ phụ liệu

lá trà xanh (Camellia sinensis) Quá trình trích ly được tiến hành bằng cách sử dụng

hệ enzyme pectinase và cellulase kết hợp; hệ dung môi ethanol – nước Quá trình trích ly được tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM) với dung môi ethanol nhằm thu được hàm lượng polyphenol cao nhất Các biến được khảo sát ở giai đoạn tối ưu này là tỷ lệ phần trăm ethanol bổ sung so với nước, nhiệt độ, thời gian trích ly Sau quá trình trích ly tiến hành tối ưu hóa các điều kiện sấy phun để tạo ra sản phẩm bột trà xanh hòa tan Các thí nghiệm tại tâm được tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ không khí sấy, lưu lượng nhập liệu và tỷ lệ bổ sung maltodextrin vào dịch trước khi sấy so với chất khô của dịch trích ly Kết quả thu được: Khi trích ly với nước kết hợp với hệ enzyme

ở các điều kiện như sau: tỷ lệ nguyên liệu/nước: 1/7 (g/ml); tỷ lệ enzyme pectinase/cellulase: 1/2 (v/v); nồng độ enzyme/chất khô nguyên liệu: 4%; thời gian trích ly: 60 phút; nhiệt độ trích ly 55oC Sau đó, bổ sung ethanol vào tiếp tục quá trình trích ly với các điều kiện đã tối ưu: tỷ lệ ethanol/nước 63% (v/v); nhiệt độ trích ly:

65oC; thời gian trích ly: 73 phút Dịch sau quá trình trích ly có hàm lượng polyphenol 182,76 (mg GAE/g chất khô), hàm lượng EGCG tính theo phần trăm chất khô là 12,85% Điều kiện sấy phun bột trà xanh hòa tan với các thông số tối ưu: nhiệt độ không khí đầu vào 150oC; tốc độ nhập liệu 7 rpm (6,5 ml/phút); tỷ lệ maltodextrin bổ sung vào dịch trước khi sấy phun so với hàm lượng chất khô của dịch 12,3% Kết quả thu được, hàm lượng polyphenol: 119,77 (mg GAE/g chất khô); hàm lượng chlorophyll: 0,629 (mg/g chất khô) và EGCG: 11,4% so với chất khô

ABSTRACT

This study aimed to determine the extraction conditions and spray drying to obtain the content of polyphenol, chlorophyll and epigallocatechin gallate from green tea leaf extracts The extraction process was carried out using a combination of pectinase and cellulase enzymes; solvent system ethanol - water The extraction was optimized by the response surface methodology (RSM) with ethanol as a solvent for extraction to obtain the highest polyphenol content The variables studied at this optimal stage were the percentage of ethanol added to the water, the temperature, and the extraction time After extraction process, the optimization of spray drying conditions were performed to produce the soluble green tea powder In-center experiments were conducted to investigate the effect of drying air temperature, input flow, and the addition rate of maltodextrin on the pre-drying fluid versus dry matter

of the extracted juice The archived results when extract with water combined with the enzyme system under the conditions as follows: the ratio of raw materials/water: 1/7 (g/ml); the percentage of enzyme pectinase/cellulase: 1/2 (v/v); the enzyme concentration/dry basic content: 4%; the extraction time: 60 minutes; the extraction temperature: 55oC Then ethanol was added to continue the extraction with optimum conditions: the ratio of ethanol/water: 63% (v/v); the extraction temperature: 65oC; the extraction time: 73 minutes After extraction process, totally 182.76 (mg GAE/g dry basic) of polyphenol was extracted The EGCG content was 12.85% The spray-drying conditions of green tea powder with optimum parameters: the input air temperature: 150oC; the input rate: 7 rpm (6.5 ml/min); the ratio of maltodextrin was added to the solution before spray drying versus the dry matter content: 12.3% Results obtained, polyphenol content: 119.77 (mg GAE/g dry basic); the chlorophyll content was 0.629 (mg/g dry basic) and the EGCG content was 11.4% relative to dry basic

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này được hướng dẫn bởi GS TS Đống Thị Anh Đào, bộ môn Công nghệ Thực phẩm – Khoa Kỹ thuật Hóa học Trường Đại học Bách khoa TP HCM Đề tài do chính tôi thực hiện nghiên cứu tại Trung tâm Thí nghiệm Thực hành – Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP HCM Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực chưa được công bố trong bất kỳ công trình khác Mọi trích dẫn trong luận văn được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên

Hoàng Văn Thảnh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

LỜI CAM ĐOAN iv

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về cây trà 3

2.1.1 Phân loại khoa học 3

2.1.2 Sự phân bố của cây trà 3

2.1.3 Thành phần hóa học 4

2.1.4 Công dụng của trà xanh đối với sức khỏe 5

2.2 Tổng quan về polyphenol 7

2.2.1 Giới thiệu về polyphenol 7

2.2.2 Phân loại 9

2.2.3 Một số ứng dụng của polyphenol 15

2.2.4 Các phương pháp trích ly polyphenol 16

2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly 18

2.3 Tổng quan về sấy phun 20

2.3.1 Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun 20

2.3.2 Nguyên lý của phương pháp sấy phun 20

2.3.3 Ưu điểm và nhược điểm của quá trình sấy phun 21

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun 22

2.3.5 Một số nghiên cứu về sấy phun trong sản xuất thực phẩm 23

2.4 Tổng quan về enzyme pectinase và cellulase 24

2.4.1 Pectinase 24

2.4.2 Cellulase 25

2.4.3 Một số nghiên cứu về enzyme trong công nghệ sản xuất thực phẩm 26

CHƯƠNG 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

3.1 Đối tượng nghiên cứu 28

3.2 Hóa chất và trang thiết bị 28

3.2.1 Hóa chất 28

3.2.2 Maltodextrin 28

3.2.3 Enzyme 28

3.2.4 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 29

3.3 Phương pháp nghiên cứu 29

3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu 29

3.3.2 Quy trình trích ly dịch trà xanh 31

3.3.3 Phương pháp thiết kế thí nghiệm 33

3.3.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun 38

3.3.5 Phương pháp phân tích 41

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

4.1 Kết quả xác định một số thành phần trong nguyên liệu 45

4.2 Nghiên cứu quá trình trích ly polyphenol và chlorophyll 45

4.2.1 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly bằng enzyme 46

4.2.2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly có enzyme và hệ dung môi nước – ethanol 59

4.2.3 Tối ưu của quá trình trích ly polyphenol 67

4.2.4 Đánh giá khả năng chiết tách EGCG của hệ dung môi ethanol – nước và hệ enzyme 72

4.2.5 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun 73

4.2.6 Tối ưu hóa quá trình sấy phun 80

4.2.7 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột trà hòa tan 86

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 92

5.1 Kết luận 92

5.2 Kiến nghị 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

PHỤ LỤC 103

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của lá trà tươi 4

Bảng 3.1 Bố trí thí nghiệm tối ưu trích ly polyphenol 37

Bảng 3.2 Bố trí thí nghiệm tối ưu 41

Bảng 4.1 Một số thành phần trong nguyên liệu lá trà xanh 45

Bảng 4.2 Các mức của yếu tố thí nghiệm tối ưu hóa quá trình trích ly polyphenol 67 Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa quá trình trích ly polyohenol 68

Bảng 4.4 Phân tích phương sai cho mô hình hồi qui (ANOVA) 69

Bảng 4.5 Kiểm tra ý nghĩa các hệ số của phương trình hồi qui 69

Bảng 4.6 Các mức yếu tố thí nghiệm tối ưu hóa quá trình sấy phun 80

Bảng 4.7 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa quá trình sấy phun 81

Bảng 4.8 Phân tích phương sai cho mô hình hồi qui (ANOVA) 82

Bảng 4.9 Kiểm tra ý nghĩa các hệ số của phương trình hồi qui 83

Bảng 4.10 Thành phần hóa lý của bột trà xanh hòa tan 87

Bảng 4.11 So sánh mẫu thực nghiệm và mẫu thị trường 89

Bảng 4.12 Kết quả kiểm tra vi sinh sản phầm bột trà hòa tan 91

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Các công thức cấu tạo của các catechin trong trà xanh 5

Hình 2.2 Một số hợp chất thuộc nhóm polyphenol 8

Hình 2.3 Một số phenolic đơn giản 10

Hình 2.4 Cấu trúc tổng quát của hợp chất flavonoid 10

Hình 2.5 Cấu trúc của hợp chất flavon 11

Hình 2.6 Cấu trúc của hợp chất Flavonol 12

Hình 2.7 Cấu trúc của hợp chất Flavanone 12

Hình 2.8 Cấu trúc của hợp chất dihydroflavol 13

Hình 2.9 Cấu trúc của hợp chất flavanol 13

Hình 2.10 Cấu trúc của hợp chất chalcone 14

Hình 2.11 Cấu trúc của hợp chất isoflavone 14

Hình 2.12 Cấu trúc của hợp chất anthocyanin 14

Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu 30

Hình 3.2 Sơ đồ trích ly lá trà 31

Hình 3.3 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của yếu tố sấy phun lên nguyên liệu 38

Hình 4.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu 46

Hình 4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme pectinase và cellulase đến hàm lượng polyphenol 47

Hình 4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme pectinase và cellulase đến hàm lượng chlorophyll 48

Hình 4.4 Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme đến hàm lượng polyphenol 50

Hình 4.5 Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme đến hàm lượng chlorophyll 51

Hình 4.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzyme (oC) lên quá trình trích ly polyphenol 52

Hình 4.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzyme (oC) lên quá trình trích ly chlorophyll 53

Hình 4.8 Ảnh hưởng của thời gian (phút) xử lý enzyme lên quá trình trích ly polyphenol 55

Hình 4.9 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme (oC) lên quá trình trích ly

chlorophyll 56

Hình 4.10 Ảnh hưởng của của tỷ lệ nguyên liệu/nước đến hàm lượng polyphenol 57

Hình 4.11 Ảnh hưởng của của tỷ lệ nguyên liệu/nước đến hàm lượng chlorophyll 58

Hình 4.12 Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol/nước (%v/v) đến hàm lượng polyphenol 60 Hình 4.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly (oC) lên quá trình trích ly polyphenol 63 Hình 4.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly (oC) lên quá trình trích ly chlorophyll 64 Hình 4.17 Ảnh hưởng của thời gian trích ly (phút) lên quá trình trích ly chlorophyll 66

Hình 4.18 Bề mặt đáp ứng và hình chiếu 2D của sự ảnh hưởng giữa nhiệt độ trích ly và tỷ lệ ethanol/nước đến hàm lượng polyphenol tổng 70

71

Hình 4.19 Bề mặt đáp ứng và hình chiếu 2D của sự ảnh hưởng giữa nhiệt độ trích ly và thời gian đến hàm lượng polyphenol tổng 71

Hình 4.20 Bề mặt đáp ứng và hình chiếu 2D của sự ảnh hưởng giữa tỷ lệ ethanol/nước và thời gian đến hàm lượng polyphenol tổng 71

Hình 4.21 Sự ảnh hưởng của các điều kiện xử lý đến hàm lượng polyphenol tổng 72

Hình 4.22 Sắc ký đồ chạy EGCG của dịch sau trích ly 73

Hình 4.23 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến hàm lượng polyphenol 74

Hình 4.24 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng chlorophyll 75

Hình 4.25 Ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến hàm lượng polyphenol 76

Hình 4.26 Ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến hàm lượng chlorophyll 77

Hình 4.27 Ảnh hưởng tỷ lệ maltodextrin bổ sung đến hàm lượng polyphenol 78

Hình 4.28 Ảnh hưởng tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến chlorophyll 79

Hình 4.29 Bề mặt đáp ứng của lưu lượng nhập liệu và tỷ lệ bổ sung maltodextrin 84 Hình 4.30 Bề mặt đáp ứng giữa lưu lượng nhập liệu và nhiệt độ sấy phun 84

Hình 4.31 Bề mặt đáp ứng giữa nhiệt độ sấy phun và tỷ lệ bổ sung maltodextrin 84 Hình 4.32 Sự ảnh hưởng của các điều kiện sấy phun đến hàm lượng polyphenol tổng 85

Hình 4.33 Sắc ký đồ EGCG của bột trà sau khi sấy phun 86

Hình 4.34 Sản phẩm bột trà xanh hòa tan 86

Hình 4.35 (a)(b) Ảnh hạt trà được chụp bằng SEM ở độ phóng đại 5.000 lần 10.000 lần, (c) kích thước hạt trà, 88

Hình 4.36 Sản phẩm bột trà xanh matcha Haru (a,c) và bột trà xanh thực nghiệm (b,d) 90 Hình 5.1 Quy trình sản xuất bột trà xanh hòa tan 93

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Trà có chứa nhiều các hoạt chất sinh học, hợp chất chiết xuất từ lá trà có chứa nhiều polyphenol, các hoạt tính chống oxy hóa, trong đó chủ yếu là các catechin; các thành phần epigallocatechin-3-gallate và epicatechin-3-gallate thì có hoạt tính mạnh

nhất Trà xanh có nhiều lợi ích trong phòng và chữa bệnh như bệnh ung thư, bệnh tim mạch, bệnh cao huyết áp, bệnh tiểu đường và có tác dụng làm chậm quá trình lão hóa, tăng tuổi thọ,…

Ở nước ta, cây trà là một trong những cây trồng mũi nhọn của các vùng Trung du, miền núi có diện tích chiếm tới 2/3 của cả nước Việt Nam có 34/63 tỉnh, thành phố

có diện tích trồng trà, chủ yếu tập trung ở trung du và miền núi với gần 130 ngàn ha Diện tích trà các tỉnh miền núi phía Bắc hiện chiếm 74,8% diện tích trà toàn quốc với 91,600 ha Hiện cả nước có khoảng 650 nhà máy chế biến trà (công suất từ 2 tấn nguyên liệu trà búp tươi/ngày trở lên) và hàng ngàn hộ dân lập xưởng để chế biến trà tại gia đình Tổng sản lượng trà khô được sản xuất ra hàng năm từ 140,000-150,000 ngàn tấn Lượng trà này đều được sản xuất ra từ nguyên liệu là đọt trà tươi thuộc phần non của cây trà Còn lại toàn bộ các lá già, bánh tẻ trên cây trà bị đốn bỏ sau mỗi lứa hái Theo số liệu thống kê từ thực tế sản xuất, tổng thu hồi sản phẩm trung bình tại các cơ sở chế biến trà thường chỉ đạt 92-95% Như vậy hàng năm có khoảng 7,500-12,000 tấn phế phẩm trà [1]

Việt Nam là nước sản xuất trà lớn thứ 7 và xuất khẩu trà lớn thứ 5 toàn cầu, với 124,000 ha diện tích trồng trà [2] Mặc dù là nước xuất khẩu trà đứng thứ 5 trên thế giới, nhưng đa phần trà Việt Nam còn ít về chủng loại (chủ yếu là trà đen, trà xanh

và trà nguyên liệu); chất lượng, mẫu mã còn hạn chế, chưa hấp dẫn, thiếu sức cạnh tranh trên thị trường

Công nghệ sản xuất bột trà xanh hòa tan từ lá trà tươi đã và đang được các nước phát triển ở Châu Á như Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn Độ,…đầu tư phát triển Mặc dù vậy, ở Việt Nam, một nước đứng thứ 5 về xuất khẩu trà thì công nghệ này còn khá hạn chế Bột trà xanh hòa tan trên thị trường Việt Nam chủ yếu nhập khẩu từ Nhật Bản, Trung Quốc,… là chủ yếu

Với mục tiêu tạo ra sản phẩm bột trà hòa tan từ việc tận dụng những lá trà phế liệu để tạo ra những sản phẩm có giá trị phục vụ cho cộng đồng, chúng tôi chọn thực hiện đề tài

“Nghiên cứu cải thiện công nghệ sản xuất bột trà xanh hòa tan từ phụ liệu lá trà xanh

(Camellia sinensis)” Đây là hướng nghiên cứu nhằm đa dạng hóa sản phẩm từ trà xanh, tiện dụng, nâng cao giá trị của lá trà và kéo dài thời gian bảo quản

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột trà xanh hòa tan từ lá trà tươi, giàu polyphenol, EGCG, chlorophyll bằng phương pháp enzyme, trích ly bằng hệ dung môi ethanol – nước và kỹ thuật sấy phun

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Xác định các thành phần của lá trà nguyên liệu

- Khảo sát quá trình trích ly với các thông số: nhiệt độ, thời gian, phần trăm ethanol, nước, enzyme cellulase kết hợp với pectinase Tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly chất khô và hoạt chất

- Khảo sát và tối ưu hóa các thông số của quá trình sấy phun: hàm lượng Maltodextrin; nhiệt độ sấy; lưu lượng sấy Khảo sát ảnh hưởng của từng thông số đến hàm lượng polyphenol tổng và chlorophyll

- Xác định hàm lượng polyphenol tổng số, EGCG và chlorophyll của bột lá trà sau quá trình sấy phun

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về cây trà

2.1.1 Phân loại khoa học

Cây trà xanh có tên khoa học là Camellia sinensis, cây trà nằm trong hệ thống

phân loại thực vật như sau [3]:

Ngành hạt kín Angiospermae

Lớp song tử diệp Dicotyledonae

Bộ chè Theales

Họ chè Theaceae

Chi chè Camellia (Thea)

Loài Camellia (Thea) sinensis

Cơ sở của việc phân loại chè thường dựa vào:

- Cơ quan dinh dưỡng: loại thân bụi hoặc thân gỗ, hình dạng của tán, hình dạng và kích thước của các loại lá, số đôi gân lá,

- Cơ quan sinh thực: độ lớn của cánh hoa, số lượng đài hoa, vị trí phân nhánh của đầu nhị cái

- Đặc tính sinh hóa: chủ yếu dựa vào hàm lượng tanin Mỗi giống chè đều có hàm lượng tanin biến động trong phạm vi nhất định

2.1.2 Sự phân bố của cây trà

Cũng như nhiều loại cây trồng khác, cây trà phân bố trên phạm vi khá rộng Trong

đó, vùng nhiệt đới tràsinh trưởng tốt nhất và có nhiều triển vọng cho sản lượng caonhất

Ở Việt Nam, cây trà có từ lâu đời trên các vùng núi cao phía Tây Bắc với những cây trà nguyên thủy ở Suối Giàng (Yên Bái),Thông Nguyên, Cao Bồ, Lũng Phìn (Hà Giang), Chồ

Lồng, Tả Xùa (Sơn La), Tam Đảo (Vĩnh Phúc) Cây trà được trồng với quy mô đồn điền

đầu tiên ở Phú Thọ vào năm 1890 Sau đó, trà được phân bố trên phạm vi cả nước, trải dài trên 15 vĩ độ Bắc, đã hình thành những vùng trà tập trung như: Vùng Tây Bắc ( gồm Sơn

La, Lai Châu), Vùng Việt Bắc – Hoàng Liên Sơn (gồm Hà Giang, Tuyên Quang, yên Bái, Lào Cai), vùng Trung du Bắc Bộ (gồm Phú Thọ, Nam Tuyên Quang, Vĩnh Phúc, Bắc Cạn,

BắcGiang, Thái Nguyên), vùng Bắc Trung Bộ (gồm Thanh Hóa,Nghệ An, Hà Tĩnh), vùng Tây Nguyên (gồm Gia Lai, Kontum,Lâm Đồng) Sự hình thành các vùng trà tập trung trên mang tính tự nhiên, song còn hạn chế trong phân vùng phát triển, chưa khai thác tốt được các lợi thế về tự nhiên của từng vùng, trong đó vùng Trungdu miền núi phía Bắc chiếm tới 63% diện tích, vùng Tây Nguyêncó 23% diện tích, còn lại là các vùng khác [4] [5]

Các hợp chất polyphenol trong trà bao gồm các hợp chất flavanols, flavandiols, flavonoids và phenolic Trong đó, flavanols chiếm tỷ lệ cao nhất, với đại diện là catechin [7] Catechin trong lá trà xanh bao gồm (-) epicatechin (EC), (-) epicatechin gallate (ECG), (-) epigallocatechin (EGC), và (-) epigallocatechin gallate (EGCG) EGCG là một polyphenol chứa rất nhiều trong trà xanh được biết đến là chất có nhiều tác dụng có lợi với sức khỏe con người, EGCG có thể chiếm đến hơn 50% tổng khối lượng các hợp chất catechin và khoảng 10% tổng khối lượng khô của trà

Hình 2.1 Các công thức cấu tạo của các catechin trong trà xanh [8]

Catechin được đặc trưng bởi các nhóm hydroxyl khác nhau trên vòng A và vòng B Epicatechin (EC) có một nhóm ortho-dihydroxyl trên vòng B, ở vị trí carbon 3’ và 4’, và một nhóm hydroxyl trên vòng C, tại vị trí carbon 3 Epigallocatechin (EGC) khác với epicatechin ở vị trí các nhóm hydroxyl, epigallocatechin có 3 nhóm hydroxyl trên vòng B tại các vị trí carbon 3’, 4’, 5’ Epicatechin gallate (ECG) khác epicatechin là nhóm gallate trong phân tử liên kết với carbon 3 ở vòng C [8]

2.1.4 Công dụng của trà xanh đối với sức khỏe

Từ xưa, trà xanh được người Trung Hoa phát hiện như là thứ thần dược quý giá Đây là một trong những bí quyết trường sinh, giữ được sự trẻ trung cho cơ thể và tinh thần của các bậc vua chúa Sau đó, trà xanh được du nhập qua Nhật Bản, Hàn Quốc, các quốc gia khác ở châu Á, và nhanh chóng có mặt tại các nước châu Âu và châu Mỹ…

Trong trà xanh có chứa hàm lượng chất chống oxy hóa như EGCG, catechins, polyphenols có rất nhiều trong trà xanh, những chất này không chỉ có tác dụng tăng cường sức đề kháng mà còn giúp cơ thể luôn khỏe mạnh, giảm stress và tạo tinh thần phấn chấn, sáng tạo Ngoài ra, nhiều công trình khoa học khác cũng chứng minh tính chất trà xanh có tác dụng ngăn ngừa nhiều loại bệnh, trong đó có bệnh ung thư [6]

 Tác dụng dược lý [6]:

- Tác dụng chống đái tháo đường: thí nghiệm trên chuột gây đái tháo đường nhân tạo

bằng alloxan Nhóm chuột dùng trà 10g/kg thể trọng, lượng đường huyết không tăng, nhóm đối chứng không dùng trà, lượng đường huyết tăng

- Tác dụng tăng sử dụng thiamin (vitamin B1): dùng trà làm tăng chuyển thiamin thành thiamin pyrophosphate Kết quả làm giảm lượng thiamin trong cơ thể, vì vậy khi dùng nhiều trà sẽ gây thiếu thiamin trầm trọng, cần phải bổ sung thêm

- Tác dụng làm tăng tiêu hao năng lượng, kể cả năng lượng rút ra từ lớp mỡ dư ở

người: khi uống viên thuốc chiết từ trà xanh, mức sử dụng năng lượng cơ thể tăng lên

rõ rệt

- Tác dụng chống oxy hóa: tác dụng này nhờ vào các hoạt chất trong polyphenol

Chúng có khả năng chuyển electron trong chuỗi hô hấp, bình thường chúng tồn tại trong ti thể Chúng có khả năng này là do chúng có thể tạo phức bền với các kim loại nặng, do đó làm mất hoạt tính xúc tác của chúng, đồng thời chúng có khả năng nhận các gốc tự do tức là có khả năng dập tắt các quá trình tạo ra các gốc tự do

- Cafein, theophylin, theobromin trong trà có tác dụng kích thích thần kinh, tăng

cường sức làm việc của trí óc và cơ, tăng hô hấp, tăng điều hòa nhịp tim, lợi tiểu và kích thích ăn ngon

- Hàm lượng fluor khá cao trong trà xanh tốt cho răng, chống sâu răng

 Một số tác dụng khác của trà xanh [6]

- Trà xanh giúp cho xương rắn chắc: các nhà nghiên cứu tại bệnh viện Đại học quốc gia Cheng Kung (Đài Loan) đã cho thấy những người uống trà xanh, đen hay trà ô long trung bình 2 chén trà trong ngày, trong vòng ít nhất 6 năm thường có bộ xương khỏe hơn

- Trà xanh trị viêm họng: trà xanh chứa 20% tannin có khả năng sát khuẩn mạnh, dùng để chữa viêm họng mạn tính Đặc biệt, thành phần này còn có tác dụng như vitamin P, rất hiệu quả trong điều trị các bệnh herpes gây viêm loét họng và miệng Ngoài tác dụng sát khuẩn, trà xanh còn chứa cafein, vitamin B, B2, C có tác dụng làm săn da, chống lão hóa, đặc biệt tăng cường sức đề kháng của cơ thể

- Trà xanh có tính năng phòng ngừa tật điếc: các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Michigan, Mỹ, cho biết trà xanh có thể phòng ngừa tật điếc do tuổi già, tiếng ồn

và một số thuốc kháng sinh Họ giải thích rằng các tế bào lông ở tai trong có thể bị hỏng khi tiếp xúc với một số tác nhân hóa học Những chất chống oxy hóa có mặt trong trà xanh ngăn chặn những tác động này, làm giảm 75% nguy cơ hỏng tế bào lông ở tai trong, giúp bảo vệ tai của những người cao tuổi

- Các mỹ phẩm và sản phẩm làm từ trà xanh: khoa học đã chứng minh uống trà là một thói quen tốt, giúp lấy lại sự cân bằng điều hòa lượng mỡ trong máu, chống lão hóa…Không những thế, trà còn được sử dụng như một bí quyết làm đẹp Chính vì vậy, có rất nhiều mỹ phẩm sử dụng chiết xuất trà xanh, cả trong các sản phẩm dưỡng

da, nước hoa, kem tan mỡ và giảm béo, đặc biệt là trong các sản phẩm tiêu dùng như: nước rửa chén trà xanh, kem đánh răng trà xanh, thức uống đóng chai,…

Ngoài ra, nước trà xanh có tác dụng làm mát và thư giản, dùng ngâm chân sẽ xóa tan cảm giác mệt mỏi và khử mùi hôi chân do ngăn chặn sự phát triển của vi nấm Đối với các vết thương nhỏ hoặc vết xước, dùng một miếng bông thấm nước trà xanh

và bôi vào vết thương để mau lành và liền sẹo

2.2 Tổng quan về polyphenol

2.2.1 Giới thiệu về polyphenol

Polyphenol là hợp chất có hai hay nhiều nhóm OH gắn trực tiếp trên vòng benzen nhưng cũng có phân tử với một vòng phenol, chẳng hạn như acid phenolic và rượu phenol [9] Các polyphenol là các chất rắn Các polyphenol là những chất chống oxy hóa mạnh nên dễ oxy hóa ở pH cao [10], ở pH thấp có thể ức chế quá trình oxy hóa các hợp chất polyphenol và hàm lượng thu được cao hơn Polyphenol phân cực tan tốt trong dung môi phân cực [11] Ngoài ra, pH thấp một mặt làm bền các hợp chất tan thocyanin, mặt khác kìm hãm sự hoạt động của enzyme polyphenol oxidase [12] Polyphenol tự do không tồn tại trong thiên nhiên Chúng chỉ tồn tại ở dạng ether hoặc eter, có thể chưng cất polyphenol Chúng dễ thăng hoa và tan trong nước, alcol, không tan trong hydrocarbon, dễ tan trong dung môi như kiềm loãng, cồn loãng, tan trong cồn, aceton, ethyl acetate, không tan trong dung môi kém phân cực như n-hexan, ether dầu hỏa, benzen, dietyl ether [13]

Hình 2.2 Một số hợp chất thuộc nhóm polyphenol

Polyphenol là thành phần phổ biến của các loại thực phẩm có nguồn gốc thực vật, có nhiều nhất trong chế độ ăn uống và phổ biến trong các loại trái cây, rau, ngũ cốc, dầu ô liu, các loại đậu khô, sô cô la và đồ uống như trà, cà phê và rượu vang Đối với cây trà trong giai đoạn đầu polyphenol tổng hợp sinh hóa của các đọt trà đâm chồi

là các polyphenol đơn giản Nó gồm gallic acid, theogallin, chlorogenic, quinine acids theogallin (khoảng 1%), ellagic acid, corilagin, chebulagic acid và một

p-coumary-số ít hợp chất acid chưa xác định có trong các chồi non [14]

Đặc tính của polyphenol là: không màu và có đặc tính se thắt khứu giác Nó không cho mùi vị, nhưng nó lại là chất chống sự oxy hóa cực mạnh và mang rất nhiều lợi ích cho sức khỏe Chỉ có một số polyphenol tan trong nước nóng, bởi vì các đồng phân của polyphenol thường không tan được Hàm lượng của polyphenol tan trong nước tùy vào nhiệt độ của nước pha trà, thời gian trà ngâm trong nước sôi trong bình

và hàm lượng của trà có trong ấm trà Nhiệt độ nước pha càng nóng, thì màu nước càng nâu đen Nhiệt độ nước pha thấp, màu càng xanh hơn Hàm lượng polyphenol

có trong trà sấy khô tính theo (%) phần trăm như sau: Về polyphenol đơn giản chiếm khoảng 3-4% Còn về flavanols gồm có (-) epi-gallocatechingallate có từ 8 tới 12%, (-) Epicatechin gallate có từ 3 đến 6%, (-) epigallo catechin có từ 3 tới 6%, (+) Gallocatechin có từ 3 tới 4%, (+) catechin có từ 1 tới 2% và (-) epicatechincó từ 1 tới 3% Còn flavanols và flavanol glycosides có từ 3 tới 4%, flavones và những

glycosides có những vết nhỏ, tanin cũng chỉ hiện diện bằng những vết nhỏ Theo Hara, (2005), hàm lượng EGCG chiếm tối đa trong những chất kể trên, chiếm tới 50%, trong khi EGC chỉ có 20%, EC là 13%, và EC 6% [15] Tác dụng sinh học của các polyphenol trà hay của dịch chiết lá trà xanh được giải thích là do chúng có tác dụng khử các gốc tự do, giống như tác dụng của các chất chống oxy hóa Các gốc tự

do được sinh ra và tích luỹ trong quá trình sống, chính là nguyên nhân dẫn đến bệnh tật và làm tăng tốc độ quá trình lão hoá cơ thể con người Ngày nay, đã tìm thấy tác dụng của polyphenol trà ở mức độ khác nhau đối với bệnh ung thư, bệnh tim mạch, bệnh cao huyết áp, bệnh đường ruột, bệnh răng và có tác dụng làm chậm quá trình lão hoá, tăng tuổi thọ Polyphenol trà còn được sử dụng có hiệu quả và an toàn trong công nghiệp thực phẩm để thay thế các chất chống oxy hóa tổng hợp,… dễ gây tác dụng phụ có hại [15] Polyphenol có thể bảo vệ các thành phần tế bào chống oxy hoá nên hạn chế nguy cơ bệnh thoái hóa khác nhau [9] Các nghiên cứu (hóa học, dược

lý học, lâm sàng) đã phần nào lý giải được mối liên quan giữa sức khỏe con người và việc tiêu thụ các sản phẩm thực phẩm giàu các hoạt chất phenolic thiên nhiên Các hợp chất phenolic chiếm một vị trí đáng kể trong số các nhóm hợp chất thiên nhiên

- Galic acid: có nhiều ở thực vật ở cả dạng tự do và liên kết

- Gentizic acid: Có nhiều trong cacao

2.2.2.2 Nhóm hợp chất phenol C 6 -C 3

Gồm các hợp chất có vòng benzene kết hợp với mạch bên có 3 nguyên tử cacbon, đó là dẫn xuất phenyl propan Chúng rất phổ biến trong nhiều loại thực vật,

có mùi thơm Đại diện thường gặp: Cynnamic acid; Cafeic acid; Cumaric acid

Hình 2.3 Một số phenolic đơn giản

2.2.2.3 Nhóm hợp chất phenol C 6 -C 3 -C 6 (flavonoids)

Flavonoid là những hợp chất có màu của hoa, quả và đôi khi là của lá Flavon

có màu vàng, anthocyanin có màu tím (ở môi trường trung tính) hoặc màu đỏ (ở môi trường acid) hoặc màu xanh (ở môi trường kiềm) [17]

Các flavonoid là các dẫn chất phenolic (có nhiều nhóm chức phenol) có trong nhiều loại thực vật, đa phần có màu vàng, một số có màu đỏ, xanh, tím hay không có màu Về cấu trúc hóa học, các flavonoid có khung chung là C6-C3-C6 gồm 2 vòng benzen A,B và vòng pyran C

Hình 2.4 Cấu trúc tổng quát của hợp chất flavonoid

Tùy thuộc vào cấu tạo của phần mạch C3 trong bộ khung C6-C3-C6, flavonoids phân thành các nhóm: isoflavonoid, neoflavonoid, flavon, flavonol, antocyanin, anthocyanidin, isoflavon, isoflavanon, Trong thực vật hợp chất trên thường tồn tại dưới dạng hỗn hợp của các dẫn xuất, với tỷ lệ khác nhau, tùy thuộc nguồn gốc thực vật Do từng phân nhóm của flavonoid có cấu tạo riêng, chúng vừa có tính chất chung vừa có những khác biệt về tính chất vật lý và hóa học [18]

Dựa vào bản chất của cấu trúc cơ bản, flavonoid được phân chia thành nhiều phân lớp khác nhau, ví dụ: (i) vòng dị tố (đóng và mở), (ii) sự có hoặc không có liên kết đôi C2=C3 và nhóm carbonyl ở C4 và (iii) vị trí của vòng B (ở vị trí C2 hoặc C3) Hầu hết các flavonoid đều có nhóm thế OH ở vị trí C5 và C7 còn vòng B thường có nhóm thế ở vị trí C3’ và C4’

Trong cây cỏ, các flavonoid tồn tại dưới dạng các aglycon và dạng glycoside, tức

là các phần aglycon gắn với các phần đường Khi thủy phân các glycoside bằng các dung dịch acid loãng hay bằng các enzyme thì sẽ giải phóng ra các aglycon tương

ứng và các phần đường Ví dụ: khi thủy phân rurin có trong Hoa hòe (Sophara

japonica) thì sẽ nhận được aglycon, quercetin, các đường glucose và rhamnose Tùy

theo các nhóm thế chứa oxy ở vòng C và dây nối đôi có hay không có ở vị trí của vòng C mà người ta chia các flavonoid thành các nhóm nhỏ như sau [13]:

- Flavon: Đặc điểm của flavone là có nhóm keton ở C4 và một liên kết đôi ở C2, C3(ví dụ: apigenin và luteolin (Hình 2.5) Vòng A là thành phần quan trọng của flavone xuất phát từ phloroglucinol và vòng B có thể có các nhóm thế ở các vị trí C3’, C4’và

C5’

Hình 2.5 Cấu trúc của hợp chất flavon

- Flavonol: Hợp chất flavonol là những hợp chất flavone có một nhóm OH ở C3 Flavonol có rất nhiều trong các loài thực vật và phổ biến là: quercetin, kaempferol và myricetin (Hình 2.6)

Hình 2.6 Cấu trúc của hợp chất Flavonol

- Flavanone: Đặc điểm của flavanone là có một nhóm keton ở C4 và không có liên kết đôi ở C2, C3 (2-phenyl-2,3-dihydropyran-4-one) Flavanone là đồng phân của chalcone và chúng được tổng hợp bằng phản ứng nhân tạo và phản ứng sinh hóa Flavanone có một trung tâm bất đối ở C2 tạo nên hai đồng phân quang học rất quan trọng có một số hoạt tính sinh học Một số flavanone phổ biến là naringenin, eriodictyol và hespertin (Hình 2.7)

Hình 2.7 Cấu trúc của hợp chất Flavanone

- Dihydroflavonol: Hợp chất dihydroflavonol là flavanone được gắn nhóm thế OH ở

C3 (2- phenyl-3-hydroxy-2,3-dihydropyran-4-ones) Chúng có hai carbon bất đối C2

và C3 nên tạo ra hai cặp đôi đồng phân quang học Những hợp chất dihydroflavonol phổ biến nhất là: aromanderin, taxifolin và ampelopsin (Hình 2.8)

Hình 2.8 Cấu trúc của hợp chất dihydroflavol

- Flavanol: Đặc điểm của hợp chất flavanol là không có nhóm keton ở C4 và liên kết đôi ở C2, C3 (Hình 2.9) Chúng được chia làm hai dạng: (i) flavan-3,4-diols và (ii)

flavan- 3-ol Catechin và epicatechin là những hợp chất flavan-3-ol được phân bố rất rộng rãi và có trong thành phần của trà xanh Chúng có thể kết hợp với acid gallic để tạo ra epigallocatechin gallate hoặc epicatechin gallate

Hình 2.9 Cấu trúc của hợp chất flavanol

- Chalcone và dihydrochalcone: Chalcone (1,3-diaryl-2-propen-1-one) là những hợp

chất flavonoid mạch hở trong đó có hai vòng thơm được liên kết với nhau bằng nhóm carbonyl và liên kết đôi Cα=Cβ Và cần lưu ý rằng, cách đánh số thứ tự trong chalcone

bị đảo ngược so với cách đánh số thứ tự trong flavonoid (ví dụ: vòng A có số thứ tự 1’-6’, vòng B có số thứ tự 1-6 (Hình 2.10) Sự có mặt của liên kết chưa bão hòa α, β

và không có vòng C trung tâm là hai đặc điểm khác biệt của chalcone, nên nó tạo ra những hợp chất có tính chất hóa học khác nhau từ hợp chất flavonoid Chalcone được tổng hợp nhờ vào xúc tác enzym chalcone Đây là hợp chất trung gian rất quan trọng

có trong thực vật, vì nó là tiền chất để tạo ra hầu hết các hợp chất flavonoid Quá trình chuyển hóa từ chalcone thành flavone là nhờ vào chất xúc tác là enzym đồng phân của chalcone

Hình 2.10 Cấu trúc của hợp chất chalcone

- Isoflavone: Trong isoflavone thì vòng B được thế vào C3 thay vì C2 như trong hợp chất flavonoid (ví dụ: genistein và daidzein (Hình 2.11))

Hình 2.11 Cấu trúc của hợp chất isoflavone

- Anthocyanidin: Anthocyanidin có bộ khung hóa học dựa trên ion pyrylium Đặc

điểm nổi bật của hợp chất này là một ion mang điện tích dương Hầu hết các hợp chất của anthocyanidin là nhân tố chủ yếu tạo ra những màu sắc khác nhau ở thực vật và hoa Hai hợp chất anthocyanidin phổ biến là cyanidin, pelargonidin được trình bày ở Hình 2.12

Hình 2.12 Cấu trúc của hợp chất anthocyanin

Vì thế catechin trà xanh được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại thực phẩm có hàm lượng nước cao hoặc các sản phẩm được nấu chín với vai trò như là một chất chống oxy hóa tự nhiên, thay thế cho các chất chống oxy hóa tổng hợp khác (BHA, BHT, Vitamin E…), nhờ tính tan trong nước và chống được sự biến đổi tính chất bởi nhiệt Theo nghiên cứu của Pilar Almajano và cộng sự [20] đã cho thấy hầu hết các phenolic đều có khả năng chống khuẩn Trên cơ sở đó, một hướng ứng dụng mới của các phenolic trong công nghiệp thực phẩm đang được quan tâm nghiên cứu là để có thể

sử dụng các hợp chất này làm chất chất bảo quản tự nhiên an toàn cho thực phẩm Nghiên cứu của K V Kumudavally và các cộng sự [21] đã cho thấy hợp chất phenolic

có ảnh hưởng lớn đến hệ vi sinh vật làm hư hỏng thịt bao gồm cả các loài mang mầm bệnh Nó có tác dụng ức chế sự hình thành các sản phẩm của sự phân giải lipid và protein – những tác nhân gây suy giảm tính chất cảm quan Ngoài ra, các hợp chất phenolic còn được sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm chăm sóc sức khỏe với chức năng khử mùi hôi miệng, chống sâu răng, kháng viêm…

- Bổ sung vào thực phẩm chức năng

Một số ứng dụng của các phenolic (cụ thể từ trà xanh) trong thực phẩm bảo vệ

và tăng cường sức khỏe đối với các chức năng cụ thể, đặc biệt là dành cho các đối tượng dựa theo các tình trạng sức khỏe như: thực phẩm điều hòa tăng cường hệ thống miễn dịch; thực phẩm điều hòa lipid trong máu; thực phẩm điều hòa hàm lượng đường trong máu; thực phẩm chống lão hóa; thực phẩm phòng ngừa nhiễm độc do phóng xạ; thực phẩm giảm cân

Với hoạt tính chống oxy hóa mạnh, các hợp chất phenolic ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn Các công trình nghiên cứu trên thế giới và trong nước với mục

đích sức khỏe đã được thực hiện và ứng dụng vào thực tế ngày càng nhiều Các sản phẩm chức năng có bổ sung phenolic đã sớm ra đời và phát triển tại các nước Nhật Bản, Trung Quốc,… với các sản phẩm thân thiện với người tiêu dùng như bánh kẹo, kem, thạch, bánh mì, bánh quy, bánh sandwich, mì ăn liền, snack, nước ngọt,… Ở Việt Nam, ngoài các loại nước ngọt có bổ sung chiết xuất phenolic từ trà xanh thì bánh trung thu cũng là một trong những sản phẩm phổ biến cho mục đích sản xuất thực phẩm dinh dưỡng phù hợp với nhiều lứa tuổi khác nhau, các tình trạng sức khỏe khác nhau Để khắc phục và bảo đảm hạn dùng của bánh, các nhà sản xuất bắt đầu tính đến việc bổ sung hoạt chất chống oxy hóa vào bánh Trung Thu, và EGCG là hoạt chất được lựa chọn ưu tiên hàng đầu bởi “tính an toàn và nguồn gốc thảo mộc tự nhiên” của nó

2.2.3.2 Ứng dụng trong công nghiệp dược phẩm

Trong rau, hoa quả, các thực vật ăn được có chứa nhiều các nguồn dinh dưỡng, như vitamin, khoáng, chất xơ, và cũng có rất nhiều các thành phần hoạt tính có lợi cho sức khỏe như phytosterols, polyphenols Polyphenol, đặc biệt là nhóm flavonoids

có mặt ở nhiều ở các cây cỏ thực vật, có nhiều trong trà xanh, cà phê, các quả có màu sẫm, chát Các nghiên cứu dịch tễ học cho thấy việc tiêu thụ thực phẩm và nước uống chứa nhiều polyphenol liên quan đến giảm nguy cơ mắc bệnh mạn tính không lây Polyphenol trong thực vật được xem là thành phần có lợi cho sức khỏe giúp phòng chống bệnh tật với nhiều hoạt tính sinh học, như chống oxy hóa, chống viêm, chống

dị ứng, chống nhiễm khuẩn

Một số thành phần polyphenol trong một số cây thực vật đã được các nhà khoa học nghiên cứu có khả năng ức chế tạm thời hoạt động của men tiêu hóa đường, giúp hạn chế tăng glucose máu sau ăn Ngoài ra, một số polyphenols lại có tác dụng cải thiện hoạt động và bài tiết của insulin Một số khác lại thể hiện khả năng chống oxy hóa rất mạnh thông qua khả năng tiêu diệt gốc tự do Một số polyphenol lại có khả năng hỗ trợ giảm mỡ máu, giúp cho việc phòng trị bệnh béo phì và các bệnh liên quan đến béo phì [22], [23], [24]

2.2.4 Các phương pháp trích ly polyphenol

Trích ly là quá trình tách các chất tan trong chất lỏng hay trong chất rắn bằng một dung môi nhờ sự khuếch tán phân tử và khuếch tán đối lưu Động lực của quá

trình trích ly là sự chênh lệch nồng độ chất tan trong dung môi và vật liệu trích ly Nếu quá trình tách chất hòa tan trong chất lỏng khác thì gọi là trích ly lỏng – lỏng Nếu quá trình tách chất hòa tan trong chất rắn bằng chất lỏng thì gọi là trích ly rắn – lỏng [25]

2.2.4.1 Trích ly bằng dung môi

Trích ly gián đoạn: Theo phương pháp này ta ngâm nguyên liệu vào dung môi Sau một thời gian nhất định, khi giữa dung môi và nguyên liệu đạt nồng độ chất cần thiết ở mức độ cân bằng, tiến hành đổ dung môi cũ ra, thay dung môi mới vào Cứ như thế cho đến khi trích ly hết chất cần trích ly Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện, không tốn máy móc, thiết bị cũng như chi phí năng lượng Nhược điểm là tốn công, tốn thời gian cũng như tốn dung môi trích ly nên không kinh tế,

không phù hợp với quy mô sản xuất lớn

Trích ly bán liên tục: Nguyên lý của phương pháp này là dùng nhiều thiết bị trích ly gián đoạn bố trí thành một hệ thống liên hợp tuần hoàn, nhằm mục đích giảm thời gian trích ly, ít tốn công hơn, tiết kiệm được nhiều dung môi hơn Đối với phương pháp này, quá trình trích ly thực hiện theo nguyên tắc dung môi đi từ nơi có nồng độ

chất trích ly cao đến nồng độ chất trích ly thấp

Trích ly liên tục: Nguyên lý là ngâm dung môi trong dòng chuyển động cùng chiều hay ngược chiều của dung môi Ưu điểm của phương pháp này là cho hiệu quả kinh tế cao, thích hợp cho sản xuất công suất lớn, áp dụng cho quy mô công nghiệp

Tuy nhiên, nhược điểm là thiết bị khá phức tạp, chi phí đầu tư lớn [26]

2.2.4.2 Trích ly nhờ siêu âm (UAE: Ultrasound-assisted extraction)

Nguyên liệu được trộn với dung môi thích hợp rồi trích ly bằng siêu âm Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng siêu âm có khả năng phá vỡ màng tế bào của nguyên liệu,

từ đó giúp dung môi xâm nhập vào bên trong tế bào dễ dàng hơn Ngoài ra, siêu âm còn có tác dụng khuấy trộn mạnh dung môi, gia tăng sự tiếp xúc của dung môi với

chất cần trích ly và cải thiện đáng kể hiệu suất trích ly [26] [27]

2.2.4.3 Trích ly dung môi tăng tốc (ASE: Accelerated Solvent Extraction) hay trích

ly dưới áp suất cao (PFE: Pressurized Fluid Extraction)

Đây cũng là một phương pháp trích ly mới, cho phép trích ly rất nhanh, tự động hóa, hiệu quả và tiết kiệm dung môi Nguyên tắc của nó tương tự như phương pháp trích ly Soxhlet cổ điển, ngoại trừ việc quá trình trích ly được thực hiện ở nhiệt

độ và áp suất cao (nhưng vẫn dưới điểm tới hạn của dung môi sử dụng) Trong phương pháp ASE, nguyên liệu cần trích ly được xay nhỏ, làm khô (thường là đông khô), rồi nhồi vào một ống trích ly (extraction cell) Ống trích ly này được đặt trong lò duy trì

ở nhiệt độ thích hợp (có thể điều chỉnh từ 40 – 200oC) Dung môi được bơm vào ống trích ly và giữ ở áp suất 10 ‒ 20 MPa trong vài phút (static time), sau đó dịch trích ly được đẩy vào một bình hứng [28]

2.2.4.4 Trích ly siêu tới hạn (SFE: Supercritical Fluid Extraction)

Đây là phương pháp trích ly được quan tâm nhiều nhất hiện nay trong lĩnh vực trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu tự nhiên, nhằm ứng dụng trong công nghiệp dược phẩm và thực phẩm Phương pháp này cho phép tự động hóa quá trình trích ly và hạn chế việc sử dụng các dung môi hữu cơ độc hại Dung môi trích ly là một chất lỏng ở trạng thái siêu tới hạn Ở trạng thái này, chất lỏng có những tính chất đặc biệt như có tính chịu nén cao, khuếch tán nhanh, độ nhớt và sức căng bề mặt thấp… Do đó, nó có khả năng khuếch tán mạnh vào nền nguyên liệu tốt hơn nhiều so với các dung môi thông thường, vì thế làm tăng hiệu suất trích ly lên nhiều lần Trong phương pháp này, thường dùng CO2 trạng thái siêu tới hạn làm dung môi trích ly (đôi khi trộn với vài % dung môi phân cực nào đó như etanol, metanol, 2-propanol để làm tăng khả năng hòa tan carotenoid của CO2) Do đó, nó cho phép trích

ly nhanh, chọn lọc, không làm oxy hóa carotenoid và an toàn trong vận hành [29]

Trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn phương pháp trích ly polyphenol bằng dung môi

2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly

Thực chất của quá trình trích ly là quá trình khuếch tán, vì vậy sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha (gradient nồng độ chính là động lực của quá trình Khi chênh

lệch nồng độ lớn, lượng chất trích ly tăng: thời gian trích ly giảm thực hiện bằng cách tăng tỷ lệ dung môi so với nguyên liệu)

2.2.5.1 Kích thước và hình dạng nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng đến tốc độ chuyển động của dung môi qua lớp nguyên liệu Kích thước nguyên liệu càng nhỏ thì diện tích bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn Với nguyên liệu rắn cần tăng diện tích tiếp xúc giữa chúng và dung môi, điều này thực hiện bằng cách nghiền nhỏ, thái nhỏ, băm nhỏ vật liệu Nó còn làm phá vỡ cấu trúc tế bào, thúc đẩy quá trình tiếp xúc giữa dung môi và vật liệu Do đó, việc trích ly các cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi sẽ trở nên dễ dàng hơn Tuy nhiên, kích thước và hình dạng của vật liệu sau khi làm nhỏ cũng có giới hạn vì nếu chúng quá mịn sẽ bị lắng đọng lên lớp nguyên liệu, tắc các ống mao dẫn làm cho dung dịch có nhiều cặn Mặt khác, nếu kích thước của nguyên liệu quá nhỏ thì chi phí cho quá trình nghiền xé nguyên liệu sẽ gia tăng Ngoài ra, việc phân riêng pha lỏng và pha rắn khi kết thúc quá trình trích ly sẽ trở nên khó khăn hơn [30, 31]

2.2.5.2 Tỷ lệ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môi

Với cùng một loại nguyên liệu, nếu ta tăng lượng dung môi sử dụng thì hiệu suất trích ly sẽ tăng theo Đó là do sự chênh lệch nồng độ của cấu tử cần trích ly trong nguyên liệu và trong dung môi sẽ càng lớn Tuy nhiên, nếu lượng dung môi sử dụng quá lớn thì sẽ làm loãng dịch trích, tăng chi phí về kinh tế Khi đó, các nhà sản xuất phải thực hiện quá trình cô đặc hoặc xử lý dịch trích bằng phương pháp khác để tách bớt dung môi Như vậy, cần xác định tỷ lệ phù hợp giữa khối lượng nguyên liệu và dung môi [30, 31]

2.2.5.3 Nhiệt độ trích ly

Khi tăng nhiệt độ, các cấu tử sẽ chuyển động nhanh hơn, do đó sự hòa tan và khuếch tán của cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi sẽ được tăng cường Ngoài ra, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của dung môi sẽ giảm, dung môi dễ dàng xuyên qua lớp nguyên liệu và làm cho diện tích tiếp xúc bề mặt giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ trích ly sẽ làm tăng chi phí năng lượng cho quá trình, đông thời có thể xảy ra một số phản ứng hóa học không mong muốn trong dịch trích

và sự tổn thất các cấu tử hương sẽ gia tăng Do dó, tùy theo từng trường hợp cụ thể

mà chọn nhiệt độ trích ly phù hợp [30, 31]

2.2.5.4 Thời gian trích ly

Thời gian tiếp xúc của nguyên liệu và dung môi càng dài thì khả năng trích ly càng cao vì khi đó nồng độ chất tan đạt trạng thái cân bằng Tuy nhiên, nếu thời gian trích ly quá dài sẽ hòa tan các sản phẩm không mong muốn vào dung môi trích ly, sản phẩm thu được không tinh khiết

Khi tăng thời gian trích ly thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ gia tăng Tuy nhiên, nếu thời gian trích ly quá dài thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ không tăng thêm đáng kể Khi đã đạt được mức độ trích ly cao nhất nếu kéo dài thời gian sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế [30, 31]

2.3 Tổng quan về sấy phun

Hiện nay, phương pháp sấy phun rất phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm và được ứng dụng để sấy sữa bột, bột rau quả, trà hòa tan, cà phê hòa tan, bột trứng và nhiều loại sản phẩm khác

2.3.1 Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt Trong quá trình sấy, nước tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do [25]:

- Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu

- Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường

xung quanh

Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn

2.3.2 Nguyên lý của phương pháp sấy phun

Quá trình sấy phun là quá trình chuyển đổi dòng nhập liệu dạng lỏng thành sản phẩm dạng bột Dòng nhập liệu được phân tán thành những hạt nhỏ li ti nhờ cơ cấu phun sương Cơ cấu phun sương thường có dạng đĩa quay hay vòi phun áp lực Những hạt lỏng phun ra dưới dạng sương mù ngay lập tức tiếp xúc với dòng khí nóng, kết quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng nhưng nhiệt độ của vật liệu vẫn được duy

trì ở mức thấp Nhờ vậy mà vật liệu được sấy khô mà không làm thay đổi đáng kể tính chất của sản phẩm Thời gian sấy khô các hạt lỏng dạng sương trong sấy phun nhanh hơn nhiều so với các quá trình sấy khác

Sấy phun gồm 3 quá trình cơ bản [31]:

Giai đoạn 1: Chuyển nguyên liệu cần sấy sang dạng sương mù (các hạt lỏng

phân tán trong không khí) nhờ cơ cấu phun sương trong thiết bị sấy phun Hiện nay

có 3 cơ cấu phun sương: đầu phun ly tâm, đầu phun 1 dòng, đầu phun 2 dòng Kích thước các giọt nhỏ sau giai đoạn phun sương dao động trong khoảng 10 ÷ 20 µm

Giai đoạn 2: Hòa trộn sương mù với dòng tác nhân sấy trong buồng sấy Đây

chính là giai đoạn tách ẩm ra khỏi nguyên liệu Do nguyên liệu được phun sương nên diện tích tiếp xúc giữa các giọt lỏng và tác nhân sấy là rất lớn Do đó, ẩm trong nguyên liệu được bay hơi nhanh chóng Thời gian diễn ra tách ẩm từ vài giây đến vài chục giây

Giai đoạn 3: Tách sản phẩm ra khỏi dòng tác nhân sấy Người ta có thể sử dụng

cyclone, túi lọc hoặc phương pháp kết tủa trong trường tĩnh điện, phổ biến nhất là sử dụng cyclone Hiệu suất thu hồi sản phẩm trong thiết bị sấy phun dao động trong khoảng 90 ÷ 98%

2.3.3 Ưu điểm và nhược điểm của quá trình sấy phun

Ưu điểm

Tính chất và chất lượng của sản phẩm đạt điểm tốt hơn Sản phẩm sau khi sấy

có dạng bột mịn đồng nhất, xốp, dễ hòa tan, không cần phải qua giai đoạn nghiền, chất lượng ít bị biến đổi so với nguyên liệu ban đầu, tiện lợi cho sử dụng và chế biến

Có thể sấy được những nguyên liệu có tính chất nhạy cảm với nhiệt độ do nhiệt

độ sấy thấp, thời gian sấy nhanh và khí nén thường dùng là không khí hoặc khí trơ

Nhược điểm

Không thể sử dụng cho những mẫu nguyên liệu có độ nhớt quá cao, hàm lượng chất khô thấp hoặc sản phẩm thu được yêu cầu có tỉ trọng cao Vốn đầu tư cao hơn các loại thiết bị sấy khác, tiêu tốn năng lượng nhiều

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun Nhưng quan trọng nhất là các yếu tố sau:

2.3.4.1 Nhiệt độ tác nhân sấy

Nhiệt độ tác nhân sấy là yếu tố ảnh hưởng đến một số đặc tính của quá trình sấy phun như: độ ẩm, kích thước hạt, thời gian sấy,… của sản phẩm sau khi sấy phun Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của sản phẩm bột thu được sẽ giảm khi tăng nhiệt

độ tác nhân sấy, vì khi tăng nhiệt độ thì tốc độ bốc hơi nước tăng theo Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tác nhân sấy tăng quá cao nó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Do

đó, tùy thuộc vào từng sản phẩm mà lựa chọn thông số nhiệt độ thích hợp Thông thường sẽ tiến hành khảo sát ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ lên các chất có trong

sản phẩm từ đó chọn ra nhiệt độ tối ưu [32, 33]

2.3.4.2 Nồng độ chất khô của nguyên liệu

Trong quá trình sấy phun, nếu nồng độ chất khô của nguyên liệu càng cao thì hiệu suất thu hồi càng lớn Tuy nhiên, nếu nồng độ chất khô quá cao sẽ làm tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình tạo sương mù trong buồng sấy, cơ cấu phun dễ bị tắc nghẽn hoặc tạo hạt với hình dạng và kích thước không như mong muốn Ngoài ra, độ nhớt quá cao làm hiệu suất thu hồi sản phẩm sẽ giảm, nguyên nhân là do độ nhớt cao làm cho sản phẩm dính vào thành thiết bị nhiệt, đặc biệt là trong buồng sấy Trong sấy phun thực phẩm để tăng hàm lượng chất khô người ta thường sử dụng chất mang (ví dụ: maltodextrin; cyclodextrin;…) để hỗ trợ quá trình sấy [32, 33]

2.3.4.3 Lưu lượng nhập liệu

Lưu lượng nhập liệu hay tốc độ bơm nhập liệu nó có nhiệm vụ vận chuyển dòng nguyên liệu lỏng vào trong cơ cấu phun sương Lưu lượng nhập liệu quyết định thời gian sấy của sản phẩm Lưu lượng nhập liệu càng cao thì thời gian sấy càng ngắn, tuy nhiên, lưu lượng nhập liệu ảnh hưởng đến kích thước hạt, độ ẩm của sản phẩm Nếu lưu lượng nhập liệu càng cao thì dòng phun sương vào buồng sấy cao nó làm gia tăng mật độ của dòng sương trong buồng sấy Nếu như nhiệt độ không đủ lớn để làm bay hơi nước, một phần nguyên liệu sẽ dính vào thành buồng sấy, làm giảm hiệu suất thu

hồi, làm tăng độ ẩm của sản phẩm Do đó, để khắc phục được điều này phải cân bằng giữa nhiệt độ, nồng độ chất khô và lưu lượng cho thích hợp

2.3.4.4 Các yếu tố khác

- Độ nhớt của dịch mang sấy phun, độ nhớt càng cao làm tắc nghẽn đầu phun, ảnh hưởng đến thời gian sấy Để khắc phục được điều này cần tiến hành lọc mẫu, pha loãng hoặc gia nhiệt,… để làm giảm độ nhớt

- Độ đồng nhất của mẫu, thông thường trước khi mang đi sấy phun cần tiến hành lọc mẫu, đồng hóa mẫu

2.3.5 Một số nghiên cứu về sấy phun trong sản xuất thực phẩm

Theo nghiên cứu của Poonam Mishra và cộng sự (2013) về việc khảo sát quá

trình sấy phun dịch quả quýt (Emblica officinalis) với các thông số là: áp lực 1,2 bar,

tốc độ nạp liệu là 13 – 15 ml/phút, hàm lượng maltodextrin bổ sung vào khoảng 5 – 9%, và nhiệt độ sấy khoảng 125 – 200oC sẽ có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất của sản phẩm như độ ẩm, màu sắc, phenolic tổng và DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) Với điều kiện sấy 125oC, hàm lượng maltodextrin 5% thì khả năng giữ phenolic tổng và DPPH tốt hơn, tuy nhiên bột sấy phun dễ bị dính Ở điều kiện sấy 175oC, hàm lượng maltodextrin 7% sẽ khắc phục được hiện tượng bột dính, màu sắc sáng hơn và hàm lượng phenolic tổng giảm nhưng ở mức độ chấp nhận [34] Nghiên cứu của Milton Cano-Chauca và cộng sự (2005), về các chất mang khác nhau hỗ trợ cho quá trình sấy phun dịch xoài cũng đã kết luận rằng sử dụng 12% maltodextrin (DE20) bổ sung vào dịch xoài (12oBrix) với nhiệt độ sấy 160oC, tốc độ nhập liệu 10 ml/phút thì sản phẩm sấy phun có chất lượng tốt hơn, độ hòa tan cao (trên 90%) so với khi kết hợp maltodextrin với crystalline cellulose 3%, 6%, 9% [35] Cristhiane Caroline Ferrari và cộng sự (2012), đã nghiên cứu những ảnh hưởng của điều kiện sấy phun lên tính chất hóa lý của bột việt quất như độ ẩm, tính hút ẩm, anthocyanin, màu sắc, trạng thái bột với nhiệt độ sấy 140 – 180oC và nồng độ maltodextrin 5 – 25% Nghiên cứu thấy rằng nhiệt độ không khí đầu vào cao làm tăng đáng kể tính hút ẩm của bột, giảm độ ẩm của bột và dẫn đến sự hình thành của các hạt lớn hơn với bề mặt nhẵn Bột được sản xuất với nồng độ maltodextrin cao hơn ít hút ẩm, màu sáng hơn, ít màu đỏ, và có độ ẩm thấp Khả năng lưu giữu anthocyanin

chủ yếu bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ do tính nhạy cảm nhiệt của các sắc tố Các điều kiện tối ưu là nhiệt độ không khí đầu vào từ 140 – 150oC và nồng độ maltodextrin 5 – 7% Nhìn chung, những kết quả này cho rằng chất lượng bột tốt, có thể thu được bằng cách sấy phun và có tiềm năng được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm [36]

Kết quả nghiên cứu của F.D.B Abadio và cộng sự (2004), cho rằng việc bổ sung maltodextrin nồng độ 10% vào dịch khóm ép với điều kiện sấy ở 190oC, tốc độ nhập liệu 0,18 kg/phút, tốc độ đĩa quay 25,000 rpm, sản phẩm sau khi sấy có màu sắc sáng, hạt mịn, dễ hòa tan [37]

Nghiên cứu của T.C Kha và cộng sự (2010) cũng chỉ ra rằng, nhiệt độ sấy và hàm lượng maltodextrin có ảnh hưởng rất lớn đến độ ẩm, carotenoid tổng, hoạt tính oxy hóa của sản phẩm Sử dụng thiết bị sấy phun SD-05 spray dryer, ở điều kiện sấy

120oC, áp lực 0,6 bar, tốc độ nạp liệu 12 – 14 ml/phút, bổ sung 10% maltodextrin thì sản phẩm bột gấc thu được sau khi sấy có màu sắc sáng hơn, tổng hoạt tính chống oxy hóa cao hơn so với sấy ở nhiệt độ 200oC (0,14 so với 0,08 µmol TEAC/g) [38]

2.4 Tổng quan về enzyme pectinase và cellulase

Thành tế bào thực vật được cấu tạo chủ yếu từ cellulase, các tế bào thực vật kết dính với nhau nhờ pectin Trong công nghệ sản xuất nước quả, việc sử dụng các chế phẩm cellulase và pectinase để xử lý trái cây nhằm hỗ trợ sự phá hủy thành tế bào

và lớp kết dính giữa các tế bào trong cấu trúc mô thực vật, nhờ đó sẽ thu được nhiều dịch bào và chất chiết hơn

2.4.1 Pectinase

Cơ chất của pectinase là các hợp chất pectin với các thành phần như [31]:

- Protopectin là phức của pectin với các hợp chất hóa học khác, có nhiều trong trái cây chưa chín

- Acid pectic là acid polygalaturonic Đây là polymer của các phân tử acid galacturonic, liên kết với nhau bởi -1,4- glycoside

- Acid pectinic là acid polygalacturonic, trong đó một số gốc –COOH trong phân tử đã bị ester hóa bởi methanol

- Pectin là acid polygalacturonic, trong đó hầu hết các gốc –COOH bị ester hóa

- Pectate và pectinate là muối của acid pectic và acid pectinic Trừ protopectin, các hợp chất còn lại đều tan được trong nước

Hệ enzyme pectinase gồm 4 nhóm sau:

- Pectinesterase (EC.3.1.1.11): xúc tác phản ứng thủy phân ester trong phân tử pectin làm giảm độ nhớt, làm giảm mức độ ester hóa Enzyme nằm được dùng

để tách pectin ra nước khỏi trái cây làm tăng độ trong của sản phẩm

- Nhóm enzyme thủy phân liên kết -1,4- glycoside trong các hợp chất pectin gồm có:

 Polygalacturonase (PG) gồm có 3 enzyme: Endo PG (EC.3.2.1.15) thủy phân liên kết tại vị trí giữa mạch của acid pectic hay pectinic Exo PG (EC.3.2.1.67) thủy phân liên kết từ đầu không khử của phân tử acid pectic hay pectinic tạo

ra D-galacturonate Exo PG (EC.3.2.1.82) thủy phân liên kết từ đầu không khử của phân tử acid pectic hay pectinic tạo ra digalacturonate

 Polymethylgalacturonase (PMG) gồm 2 enyzme: Endo PMG thủy phân liên kết tại những vị trí giữa mạch của phân tử pectin Exo PMG thủy phân liên kết

từ đầu không khử của pectin tạo ra galacturonic

- Nhóm pectin transeliminase: tương tự như nhóm enzyme thủy phân liên kết 1,4- glycoside trong các hợp chất pectin nhưng không có sự tham gia của nước

Nhóm enzyme thủy phân hoặc phân hủy liên kết -1,4- glycoside trong các oligo-D-galacturonate

2.4.2 Cellulase

Cơ chất của enzyme cellulase là cellulose Cellulose là polymer mạch thẳng các các phân tử đường glucose liên kết với nhau bằng liên kết -1,4-glycoside Mỗi phân tử cellulose chứa khoảng 6000-12000 gốc glucose Trong tự nhiên, cellulose tồn tại ở dạng những bó sợi khi đó sẽ xuất hiện liên kết hydro giữa các phân tử cellulose với nhau Nếu như các phân tử cellulose được sắp xếp song song với nhau,

số liên kết hydro tăng cao làm cấu trúc bó sợi rất chặt, gọi là cấu trúc tinh thể Ngược lại, sự sắp xếp không theo trật tự sẽ làm giảm liên kết hydro, cấu trúc bó sợi kém chặt, gọi là cấu trúc vô định hình và cấu trúc này sẽ dễ bị thủy phân bởi cellulose [39]

Hệ enzyme cellulase gồm các enzyme cơ bản:

- Endo 1,4--D glucan-4-glucanohydrolase (EC.3.2.1.4) thủy phân liên kết 1,4-glycoside ở vị trí giữa mạch của phân tử cellulose

Exo 1,4 -D glucanglucohydrolase (EC.3.2.1.74) thủy phân liên kết glycoside trong phân tử cellulose và -1,4-glucan từ đầu không khử tạo ra sản phẩm là glucose

-1,4 Exo 1,4-1,4 -D glucancellobiohydrolase (EC.3.2.1.91) thủy phân liên kết glycoside trong phân tử cellulose từ đầu không khử tạo ra cellobiose

-1,4 -1,4 -D glucosidase hay cellobiase Enzyme này có thể thủy phân những đoạn oligomer của cellulose và cellobiose Đối với các oligomer, nó sẽ xúc tác thủy phân liên kết -1,4-glycoside từ đầu không khử và tạo ra glucose

Quá trình thủy phân thường bắt đầu bởi sự tác động của Endo 1,4--D 4-glucanohydrolase tạo ra các cellooligosaccharide Sau đó, các enzyme sẽ tiếp xúc với các cơ chất này để tạo ra sản phẩm là glucose, cellobiose và một số oligomer mạch ngắn khác

glucan-Chế phẩm cellulase được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm như nước trái cây, rượu vang, bia Ngoài ra, cellulase còn được dùng để thủy phân sơ bộ cellulose làm thức ăn dễ tiêu hóa và hấp thu hơn trong sản xuất thức ăn cho gia súc

2.4.3 Một số nghiên cứu về enzyme trong công nghệ sản xuất thực phẩm

Trên thế giới đã nghiên cứu ứng dụng enzyme vào trong quy trình sản xuất trà

và những kết quả thu được cho thấy việc sử dụng enzyme là có hiệu quả Nghiên cứu của Chee-Hway và cộng sự (1987) đã cho thấy, khi sử dụng một hoặc nhiều enzyme trên trà đen như: cellulase, pectinase, papain, hoặc hemicellulose cho kết quả hàm lượng chất hòa tan trong trà tăng cao hơn so với việc không sử dụng enzyme [40] Một nghiên cứu Bent R Petersen (1984) đã sử dụng enzyme trong sản xuất trà uống liền cho thấy cao chiết của trà có xử lý enzyme tăng 2,25 lần so với trà không xử lý enzyme, đồng thời giảm độ đục trong dịch chiết cao trà [41]

Trong nghiên cứu ứng dụng enzyme trong sản xuất trà Oolong của Huỳnh Thị Nhã và cộng sự (2016) đã cho thấy khi sử dụng enzyme thì hàm lượng chất hòa tan, hàm lượng màu tổng trong mẫu trà tăng khi nồng độ enzyme tăng Nghiên cứu này cũng chỉ ra việc bổ sung enzyme vào trong quy trình sản xuất trà Oolong làm cho

màu nước trà thành phẩm trong, sáng hơn và rút ngắn được thời gian so với phương pháp sản xuất truyền thống [42]

Để tăng hiệu suất thu hồi nước dứa, theo nghiên cứu của Hassan K Sreenath

và cộng sự (1994) [39], khi bổ sung cellulase, pectinase hoặc hỗn hợp hai enzyme này với nồng độ 0,025%, pH 4,8, nhiệt độ 27-30oC, thời gian 30 phút, tỷ lệ pha loãng thịt quả với nước là 1:1,2 thì hiệu suất thu hồi dịch quả đạt lần lượt 83%, 81% và 86%

so với mẫu không dùng enzyme