Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột chè xanh dạng matcha và ứng dụng trong thực phẩm

Matcha là một loại chè xanh dạng bột siêu mịn, được chế biến từ những đọt chè phát triển trong điều kiện che óng trước thu hoạch khoảng 3 tuần với mục đích để một số hợp chất hóa học có

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô Trung tâm Công nghệ sinh học và Vệ sinh an toàn thực phẩm đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn TS Phạm Anh Tuấn –Viện trưởng Viện Cơ điện NN & Công nghệ sau thu hoạch cùng Ban Lãnh đạo Viện, Phòng Đào tạo & Hợp tác quốc tế và các cán

bộ của Bộ môn Bảo quản của Viện đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ Phòng phân tích đất và chất lượng nông sản, cán

bộ Trung tâm nghiên cứu và phát triển chè thuộc Viện Khoa học Nông lâm nghiệp miền núi phía Bắc; các cán bộ Khoa Hóa thực phẩm - Viện Dinh dưỡng Quốc Gia; các cán bộ Khoa Hóa phân tích – Viện Dược liệu; các thầy cô Bộ môn Quản lý chất lượng – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi được thực hiện triển khai thí nghiệm, phân tích… để hoàn thành luận án này

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần bánh kẹo Hữu Nghị; Công ty

cổ phần Tràng An đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi được ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, ạn những người đã giúp

đỡ, động viên và tạo điều kiện hết sức có thể để tôi hoàn thành luận án này

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả luận án

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là hoàn toàn trung thực và không vi phạm bản quyền của bất kỳ tác giả nào khác

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DA ỤC C C ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết 1

2 ục tiêu nghiên cứu 3

2 1 ục tiêu tổng quát 3

2.2 ục tiêu cụ thể 3

3 ội dung nghiên cứu 3

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

4.1 Ý nghĩa khoa học 3

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 4

5 Điểm mới của luận án 4

PHẦN 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan chung về atcha 5

1.1.1 Lịch sử hình thành matcha 5

1.1.2 Tình hình sử dụng matcha trên thế giới 6

1.1.3 Tình hình sử dụng matcha ở Việt Nam 7

1.1.4 Thành phần hóa học của matcha và vai trò của nó 7

1.1.5 Quy trình công nghệ sản xuất matcha của một số nước trên thế giới 13

1.1.6 Tình hình nghiên cứu và sản xuất bột chè xanh dạng matcha ở Việt Nam 20

1.2 Cơ sở khoa học về sự hình thành các hợp chất hóa học trong nguyên liệu ch 21

1.2.1 Cơ chế sinh tổng hợp L- theanine 21

1.2.2 Cơ chế sinh tổng hợp catechin 23

1.2.3 Cơ chế sinh tổng hợp chlorophyll 26

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy một số hợp chất hóa học trong ch 28

1.3.1 Ánh sáng 28

1.3.2 Thời gian che phủ 32

1.3.3 Mùa vụ 33

1.3.4 Giống chè 34

1.3.5 Các yếu tố canh tác khác 37

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi các hợp chất hóa học của chè trong quá trình chế biến38 1.4.1 Phương pháp diệt men 38

1.4.2 Làm khô 39

1.4.3 Phương pháp nghiền 41

PHẦN 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ P ƯƠ G P P G IÊ CỨU 42

2.1 guyên vật liệu, địa điểm nghiên cứu 42

2.1.1 Nguyên liệu nghiên cứu 42

2.1.2 Vật liệu nghiên cứu 42

iv

2.1.3 Địa điểm nghiên cứu 42

2.3 Phương pháp nghiên cứu 42

2.3.1 Phương pháp công nghệ 42

2.3.2 Phương pháp ố trí thí nghiệm 44

2.3.3 Phương pháp phân tích 54

2.3.4 Phương pháp đánh giá cảm quan 61

2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu 63

PHẦN 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 65

3.1 ghiên cứu sản xuất nguyên liệu để chế iến ột ch xanh dạng matcha 65

3.1.1 Xác định một số tính chất vật lý và thành phần hóa học của đọt ch trước khi che phủ 65

3.1.2 Xác định mức độ giảm cường độ chiếu sáng của vật liệu che phủ 70

3.1.3 Xác định cường độ ánh sáng trung bình tại các tháng trong vụ hè 71

3.1.4 Ảnh hưởng của điều kiện che phủ đến sự thay đổi hàm lượng chlorophyll trong đọt chè 71 3.1.5 Ảnh hưởng mức độ che phủ đến sự thay đổi hàm lượng L - theanine trong đọt chè 81

3.1.6 Ảnh hưởng mức độ che phủ đến sự thay đổi EGCG trong đọt chè 87

3.1.7 Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ L - theanine/EGCG đến chất lượng cảm quan của bột chè xanh dạng matcha 92

3.1.8 Xác định một số thành phần hóa học theo từng vị trí của đọt chè 1 búp 3 lá ở mức độ che phủ tối ưu 97

3.1.9 Đề xuất quy trình che phủ để tạo nguyên liệu chế biến ột ch xanh dạng matcha 99

3.2 ghiên cứu công nghệ chế iến ột ch xanh dạng matcha 100

3.2.1 Sơ đồ công nghệ chế biến matcha của Nhật Bản 100

3.2.2 Ảnh hưởng của một số phương pháp diệt men đến chất lượng của bột chè xanh dạng matcha 100

3.2.3 Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng của sản phẩm 108

3.2.4 Ảnh hưởng của quá trình nghiền đến chất lượng cảm quan của bột chè 123

3.2.5 Đánh giá chất lượng của bột chè xanh dạng matcha và so sánh với matcha Nhật Bản 125

3.2.6 Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất bột chè xanh dạng matcha 127

3.3 Ứng dụng ột ch xanh dạng matcha trong một số sản phẩm thực phẩm 128

3.3.1 Ứng dụng bột chè xanh dạng matcha trong sản phẩm bánh quy pháp 128

3.3.2 Ứng dụng bột chè xanh dạng matcha vào sản phẩm kẹo cứng 131

3.3.3 Ứng dụng bột chè xanh dạng Matcha vào nhân bánh custard 134

KẾT LUẬN 137

KIẾN NGHỊ 139

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 140

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Hiệp hội các nhà hoá phân tích chính thống

ệ số iến thiên CV% trong ảng A OVA

Cục Quản lý thuốc và dược phẩm Hoa Kỳ

Tổ chức lương thực và nông nghiệp

Chứng nhận tuyệt đối an toàn

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

vi

Sự khác iệt có ý nghĩa nhỏ nhất

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2 1 Ma trận bố trí thí nghiệm theo giống chè, số lớp lưới che phủ và thời gian 47

Bảng 2 2 Chương trình dung môi sắc ký phân tích L - theanine 60

Bảng 2 3 Chương trình dung môi sắc ký phân tích EGCG 60

Bảng 2 4 Mô tả các đặc tính của bột chè xanh dạng matcha 61

Bảng 2 5 Hệ số quan trọng của các chỉ tiêu 62

Bảng 2 6 Phân loại chất lượng bột chè xanh dạng matcha 62

Bảng 3 1.Thành phần cơ giới của đọt chè giống Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên 65

Bảng 3 2 Thành phần hóa học của đọt ch giống PVT và KT ở các tháng trong năm 66

Bảng 3 3 Mức độ giảm cường độ ánh sáng của các lớp lưới khác nhau 70

Bảng 3 4 Số lớp lưới che phủ tương đương với cường độ ánh sáng giảm 71

Bảng 3 5 Cường độ ánh sáng trung ình còn lại ở các mức che phủ khác nhau 71

Bảng 3 6 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến sự 72

Bảng 3 7 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến 75

Bảng 3 8 Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll a và chlorophyll ở các mức che phủ tại các khoảng thời gian che phủ khác nhau của giống ch PVT và KT 78

Bảng 3 9 Sự thay đổi mầu sắc của lá chè ở các mức độ che phủ khác nhau 80

Bảng 3 1 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến sự tích lũy hàm lượng L-theanine trong đọt ch của giống ch Phúc Vân Tiên 81

Bảng 3 11 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến sự tích lũy hàm lượng L-theanine trong đọt ch của giống ch Kim Tuyên 83

Bảng 3 12 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến sự iến đổi hàm lượng EGCG trong đọt ch của giống ch Phúc Vân Tiên 88

Bảng 3 13 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến sự iến đổi hàm lượng EGCG trong đọt ch của giống ch Kim Tuyên 90

Bảng 3 14 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng trung bình và thời gian che phủ đến tỷ lệ 93

Bảng 3 15 Ảnh hưởng của tỷ lệ L - theanine/EGCG đến chất lượng cảm quản của bột chè xanh dạng matcha từ giống chè Phúc Vân Tiên 94

Bảng 3 16 Ảnh hưởng của tỷ lệ L - theanine/EGCG đến chất lượng cảm quản của bột chè xanh dạng matcha từ giống chè Kim Tuyên 95

Bảng 3 17 Thành phần hóa học theo từng vị trí của đọt chè 1 búp 3 lá 97

Bảng 3 18 Ảnh hưởng của thời gian hấp đến sự thay đổi chất lượng chè diệt men 101

Bảng 3 19 Ảnh hưởng của nhiệt độ xào diệt men đến sự thay đổi chất lượng chè diệt men 102

Bảng 3 20 Ảnh hưởng thời gian diệt men bằng vi sóng đến sự thay đổi chất lượng chè diệt men 104

viii

Bảng 3 21 So sánh chất lượng chè khi diệt men bằng các phương pháp khác nhau 105

Bảng 3 22 So sánh chất lượng cảm quan của bột chè xanh dạng matcha khi diệt men 106

Bảng 3.23 Tốc độ giảm ẩm của hai giống ch Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên theo thời gian sấy khi sấy thường và sấy PD 108

Bảng 3 24 So sánh chất lượng của chè PVT và KT sau khi sấy 109

Bảng 3 25 Ảnh hưởng của độ dầy lớp chè sấy đến cảm quan của chè sau sấy 110

Bảng 3 26 Ảnh hưởng của tốc độ tác nhân sấy đến cảm quan của chè sau sấy 111

Bảng 3 27 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến tốc độ giảm ẩm 112

Bảng 3 28 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến chất lượng của hai giống chè PVT và KT 113

Bảng 3 29 Bảng giá trị mã hóa và thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm 115

Bảng 3 30 Số liệu thí nghiệm và kết quả sấy chè Phúc Vân Tiên 117

Bảng 3 31 Kết quả phân tích hồi quy – Y1 117

Bảng 3 32 Kết quả phân tích hồi quy – Y2 118

Bảng 3 33 Ảnh hưởng của tốc độ nghiền đến năng suất và kích thước hạt bột chè 124

Bảng 3 34 Chỉ tiêu vi sinh vật của bột chè xanh dạng matcha từ hai giống chè PVT và KT 125

Bảng 3 35 So sánh chất lượng của bột chè xanh dạng matcha với matcha Nhật Bản 125

Bảng 3 36 Đánh giá chất lượng cảm quan của sản phẩm 126

Bảng 3 37 Kết quả đánh giá chất lượng bánh quy pháp kẹp kem có bổ sung bột chè xanh dạng matcha với tỷ lệ khác nhau 130

Bảng 3 38 Kết quả đánh giá chất lượng kẹo cứng có bổ sung bột chè xanh dạng matcha với các tỷ lệ khác nhau 133

Bảng 3 39 Kết quả đánh giá chất lượng bánh Custard có bổ sung bột chè xanh dạng matcha với tỷ lệ khác nhau 136

ix

DANH MỤC CÁC H NH

Hình 1 1 Công thức cấu tạo của L - theanine 9

Hình 1 2 Cấu tạo phân tử của catechin 10

Hình 1 3 Công thức cấu tạo của Epigallocatechin gallat 11

Hình 1 4 Công thức cấu tạo của chlorophyll 12

ình 1 5 Sơ đồ mô tả sự khác nhau giữa các sản phẩm chè của Nhật Bản 14

Hình 1 6 Một số sản phẩm chè của Nhật Bản được chế biến từ nguyên liệu có che phủ trước thu hoạch 15

Hình 1 7 Quy trình công nghệ sản xuất matcha ở Nhật Bản 15

Hình 1 8 Các sản phẩm matcha khác nhau của Nhật Bản 17

ình 1.9 àu nước của matcha Nhật Bản 17

Hình 1 10 Matcha Nhật Bản (a) và matcha Trung Quốc (b) 19

ình 1 11 uy trình công nghệ sản xuất bột trà xanh matcha Bảo Lộc 20

Hình 1 12 Sản phẩm bột trà xanh Bảo Lộc 20

ình 1 13 Sơ đồ quá trình sinh tổng hợp L - theanine trong cây chè 21

ình 1 14 Sơ đồ vận chuyển axit amin trong cây chè 22

Hình 1 15 Quá trình chuyển hóa L - theanine thành catechin trong lá chè 23

ình 1 16 Sơ đồ quá trình sinh tổng hợp catechin 24

ình 1 17 Sơ đồ quá trình sinh tổng hợp chlorophyll 27

ình 1 18 Sơ đồ chuyển hóa các chất cơ ản trong cây ch được che bóng 30

Hình 1 19 Giống chè Phúc Vân Tiên 35

Hình 1 20 Giống chè Kim Tuyên 36

ình 2 1 Sơ đồ nghiên cứu quy trình sản xuất bột chè xanh dạng matcha 43

Hình 2 2 Mô hình thí nghiệm xác định độ che phủ của vật liệu 45

Hình 2 3 Loại lưới sử dụng để che nắng 45

ình 2 4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khi che phủ của giống PVT 47

ình 2 5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khi che phủ của giống KT 47

Hình 2 6 Nong chè héo 48

Hình 2 7 Thiết bị sử dụng để diệt men 49

Hình 2 8 Thiết bị sử dụng để sấy chè 51

Hình 2 9 Cối đá nghiền chè 53

Hình 2 10 Thành phần của đọt chè 1 búp 3 lá 55

Hình 2 11 Không gian mầu L, a, b 56

Hình 2 12 Thiết ị cân hàm ẩm 56

Hình 2 13 Thiết bị đo kích thước hạt bột chè 57

Hình 2 14 Thiết bị sắc ký lỏng hiệu năng cao 59

x

Hình 3 1 Sự thay đổi hàm lượng L - theanine của đọt chè giống PVT và KT ở các tháng trong năm………67 Hình 3 2 Sự thay đổi hàm lượng EGCG của đọt chè giống PVT và KT ở các tháng trong năm 67 Hình 3 3 Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll của đọt chè giống PVT và KT ở các tháng trong năm 67 Hình 3 4 Sự thay đổi hàm lượng chất xơ của đọt chè giống PVT và KT ở các tháng trong năm 68 Hình 3 5 Sự biến thiên hàm lượng chlorophyll theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 5 đối với giống chè PVT 73 Hình 3 6 Sự biến thiên hàm lượng chlorophyll theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 6 đối với giống chè PVT 73 Hình 3 7 Sự biến thiên hàm lượng chlorophyll theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 7 đối với giống chè PVT 73 Hình 3 8 Sự biến thiên hàm lượng chlorophyll theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 8 đối với giống chè PVT 74 Hình 3 9 Sự biến thiên hàm lượng chlorophyll theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 5 đối với giống chè KT 76 Hình 3 10 Sự biến thiên hàm lượng chlorophyll theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 6 đối với giống chè KT 76 Hình 3 11 Sự biến thiên hàm lượng chlorophyll theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 7 đối với giống chè KT 76 Hình 3 12 Sự biến thiên hàm lượng chlorophyll theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 8 đối với giống chè KT 77 Hình 3 13 Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll a và chlorophyll b ở mức độ che phủ 79 Hình 3 14 Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll a và chlorophyll b ở mức độ che phủ 79 Hình 3 15 Sự biến thiên hàm lượng L - theanine theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 5 của giống chè Phúc Vân Tiên 82 Hình 3 16 Sự biến thiên hàm lượng L - theanine theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 6 của giống chè Phúc Vân Tiên 82 Hình 3 17 Sự biến thiên hàm lượng L - theanine theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 7 của giống chè Phúc Vân Tiên 82 Hình 3 18 Sự biến thiên hàm lượng L - theanine theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 8 của giống chè Phúc Vân Tiên 83 Hình 3 19 Sự biến thiên hàm lượng L - theanine theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 5 của giống chè Kim Tuyên 84

xi

Hình 3 20 Sự biến thiên hàm lượng L - theanine theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 6 của giống chè Kim Tuyên 84 Hình 3 21 Sự biến thiên hàm lượng L - theanine theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 7 của giống chè Kim Tuyên 84 Hình 3 22 Sự biến thiên hàm lượng L - theanine theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 8 của giống chè Kim Tuyên 85 Hình 3 23 Sự biến thiên hàm lượng EGCG theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 5 của giống chè Phúc Vân Tiên 88 Hình 3 24 Sự biến thiên hàm lượng EGCG theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 6 của giống chè Phúc Vân Tiên 89 Hình 3 25 Sự biến thiên hàm lượng EGCG theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 7 của giống chè Phúc Vân Tiên 89 Hình 3 26 Sự biến thiên hàm lượng EGCG theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 8 của giống chè Phúc Vân Tiên 89 Hình 3 27 Sự biến thiên hàm lượng EGCG theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 5 của giống chè Kim Tuyên 90 Hình 3 28 Sự biến thiên hàm lượng EGCG theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 6 của giống chè Kim Tuyên 91 Hình 3 29 Sự biến thiên hàm lượng EGCG theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 7 của giống chè Kim Tuyên 91 Hình 3 30 Sự biến thiên hàm lượng EGCG theo thời gian và mức độ che phủ trong tháng 8 của giống chè Kim Tuyên 91 Hình 3 31 Sơ đồ quy trình che phủ cây chè tạo nguyên liệu chế biến matcha 99 Hình 3 32 Biểu diễn so sánh khả năng thoát ẩm của chè PVT sấy thường và sấy HPD 108 Hình 3 33 Biểu diễn so sánh khả năng thoát ẩm của chè KT sấy thường và sấy HPD 109 ình 3 34 Đường cong iểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng thoát ẩm của chè PVT khi sấy bằng phương pháp PD 112 ình 3 35 Đường cong biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng thoát ẩm của chè

KT khi sấy bằng phương pháp PD 113 Hình 3 36 Hàm 2D - Biểu diễn quan hệ giữa các yếu tố thực nghiệm đến hàm mục tiêu 119 Hình 3 37 Hàm 3D - Biểu diễn ảnh hưởng của các yếu tố thực nghiệm đến hàm lượng L - theanine của chè sấy bằng ơm nhiệt 119 Hình 3 38 Hàm 2D - Biểu diễn quan hệ giữa các yếu tố thực nghiệm đến hàm mục tiêu 120 Hình 3 39 Hàm 3D - Biểu diễn ảnh hưởng của các yếu tố thực nghiệm đến hàm lượng chlorophyll của chè PVT 121 Hình 3 40 Biểu diễn sự mong đợi của các yếu tố thực nghiệm và hàm mục tiêu 122

xii

Hình 3 41 Mức độ đáp ứng sự mong đợi của mô hình sấy chè Phúc Vân Tiên 123

Hình 3 42 Quy trình công nghệ sản xuất bột chè xanh dạng matcha 127

Hình 3 43 Quy trình sản xuất bánh quy pháp có bổ sung matcha 128

Hình 3 44 Quy trình sản xuất kẹo cứng có bổ sung matcha 131

Hình 3 45 Quy trình sản xuất bánh custard có bổ sung matcha 134

là một trong những sản phẩm chủ lực trong các mặt hàng nông, lâm thủy sản cần nghiên cứu

và phát triển mà đã được Chính phủ phê duyệt theo các quyết định và kế hoạch hành động

để phát triển công nghiệp chế biến theo hướng nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững [11], [12]

Chè xanh - một loại đồ uống quen thuộc từ ao đời nay và có tính phổ biến rộng khắp trên thế giới Từ xa xưa, con người đã sử dụng những lá chè tươi đun lấy nước uống hàng ngày Sự hiện diện của chè xanh trong mỗi gia đình Việt là không thể thiếu ét văn hóa uống ch đó vẫn được lưu truyền qua ao đời, luôn hiện hữu và phát triển theo thời gian Bên cạnh tính năng giải khát hiệu quả, chè xanh còn là một thức uống rất tốt cho sức khỏe Theo các nghiên cứu khoa học hiện đại, trong chè xanh có chứa nhiều hợp chất hóa học như Polyphenol - catechin, caphein, axit amin [26], [74], [75] Đây là những chất có tác dụng tăng sức đề kháng, giúp cho cơ thể luôn khỏe mạnh, giảm stress, tạo tinh thần hưng phấn, sảng khoái, chống lão hóa, ngăn ngừa xơ vữa mạch máu, cao mỡ trong máu, tắc nghẽn mạch máu, các bệnh về tim mạch và các bệnh ung thư [28], [58], [65], [74], [90] Theo thói quen tiêu dùng, chè xanh là loại thức uống được sử dụng nhiều thứ hai trong tất cả các loại đồ uống và được xếp trong 6 loại thức uống có lợi cho sức khỏe nhất [37]

Matcha là một loại chè xanh dạng bột siêu mịn, được chế biến từ những đọt chè phát triển trong điều kiện che óng trước thu hoạch khoảng 3 tuần với mục đích để một số hợp chất hóa học có lợi cho sức khỏe được tích lũy là L - theanine và chlorophyll ơn nữa, các công đoạn trong quá trình chế biến phải được kiểm soát để hạn chế tổn thất thấp nhất các hợp chất được tích lũy trong lá chè ở giai đoạn trước thu hoạch Bởi vậy, matcha có chứa

2

nhiều hợp chất hóa học có lợi cho sức khỏe do được tạo thành ở cây chè khi phát triển trong óng râm đặc biệt là L - theanine [79] Matcha có xuất xứ ở Trung Quốc từ khoảng thế kỷ thứ 7 nhưng lại được quý trọng và ngày càng được sản xuất, sử dụng nhiều ở Nhật Bản Tại Nhật Bản, ngoài các sản phẩm chè truyền thống pha hãm bằng nước nóng để lấy nước uống như sencha, tamaryokucha, ban - cha, konacha…matcha là một sản phẩm chè có chất lượng tốt nhất và có giá trị cao nhất [35] gười Nhật Bản đã đánh giá sản phẩm matcha là “thần dược” [1 ] Những hợp chất hóa học có lợi trong lá ch được cơ thể con người hấp thu gần như hoàn toàn do ăn hoặc uống cả ã ch , điều mà các sản phẩm chè khác không có được vì khi pha hãm ch thông thường chỉ uống nước và bỏ bã

Đến nay, matcha trở thành sản phẩm được ưa chuộng ở nhiều nước trên thế giới và đang được sản xuất ở nhiều nước như: Nhật Bản, Trung Quốc, Kenya, Hàn Quốc Matcha không chỉ dùng để uống trực tiếp mà còn được bổ sung vào các sản phẩm thực phẩm như: bánh, kẹo, mỳ, kem…

Ở Việt am, người tiêu dùng chủ yếu vẫn quen sử dụng các loại chè pha hãm bằng ấm như ch xanh, ch đen, ch ôlong hoặc các loại ch ướp hương như ch hoa nhài, hoa sen, hoa sói… Tuy nhiên, trong một vài năm trở lại đây trên thị trường Việt Nam xuất hiện một loại sản phẩm nhập khẩu từ Nhật Bản với tên gọi “ atcha” Dù mới xuất hiện nhưng matcha đã chiếm được sự quan tâm, thị hiếu của nhiều người tiêu dùng và có xu hướng tiêu thụ ngày càng tăng Tuy nhiên, chưa có công trình nào nghiên cứu một cách hệ thống, đầy

đủ về công nghệ sản xuất matcha cũng như các vấn đề về kinh tế, kỹ thuật liên quan đến matcha

Với những tác dụng rất lớn đến sức khỏe của con người mà matcha mang lại, đồng thời với nguồn nguyên liệu chè dồi dào và nhu cầu sử dụng sản phẩm của người Việt Nam ngày càng tăng cho nên việc nghiên cứu tạo ra sản phẩm bột chè xanh có tính chất đặc biệt như matcha Nhật Bản từ một số giống chè trồng tại Việt Nam, phù hợp với điều kiện của Việt Nam nhằm tạo ra một sản phẩm mới cho ngành chè thay thế hàng nhập khẩu mà nhiều người Việt am đang ưa dùng hiện nay là rất cần thiết Từ đó góp phần nâng cao sức khỏe cho con người thông qua việc ăn và uống hằng ngày, nâng cao giá trị sản phẩm từ chè và có

ý nghĩa về mặt khoa học Xuất phát từ những lý do trên, luận án “Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột chè xanh dạng matcha và ứng dụng trong một số thực phẩm” là rất cần thiết

Kết quả của luận án đáp ứng đúng mục tiêu của đề án “Tái cơ cấu ngành nông nghiệp theo hướng nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững” của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt

3

mà các Bộ, ngành đang rất quan tâm nhằm nâng cao giá trị sản phẩm, tăng hiệu quả theo hướng áp dụng khoa học công nghệ, đổi mới công nghệ chế biến theo hướng hiện đại và giảm tổn thất sau thu hoạch cả về số lượng, chất lượng, nâng cao chất lượng và an toàn thực phẩm [11],[12]

2 Mục tiêu nghiên cứu

2 1 Mục ti tổ q át

- Tạo ra được sản phẩm bột chè xanh dạng matcha có hàm lượng L - theanine, catechin gallat, chlorophyll cao từ nguồn nguyên liệu trồng tại Việt Nam để sử dụng trực tiếp và làm nguyên liệu cho chế biến thực phẩm

- Việc xác định hàm lượng L - theanine, epigallocatechin gallat, chlorophyll trong từng thành phần của đọt ch 1 úp 3 lá đã làm rõ thêm lý thuyết về sự hình thành và tích lũy chúng trong quá trình quang hợp của lá chè

4

4.2 Ý ĩ t ực tiễ

- Xây dựng được phương pháp che phủ hợp lý đối với cây ch để tạo ra nguyên liệu sản xuất bột chè xanh dạng matcha chất lượng tương đương với matcha hật Bản, phù hợp với điều kiện Việt Nam

- Việc xác định được hàm lượng L - theanine trong cuộng chè của đọt chè 1 búp 3 lá cao hơn so với lá 1, lá 2, lá 3 là cơ sở cho việc sử dụng đọt chè một cách hợp lý để sản xuất bột chè xanh dạng matcha

- Xây dựng được qui trình công nghệ sản xuất bột chè xanh dạng matcha từ đọt ch tươi phù hợp với điều kiện Việt am để có thể chủ động sản xuất và kinh doanh sản phẩm, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước ngày càng tăng

- Tạo ra được bột chè xanh dạng matcha có chất lượng cao, góp phần đa dạng hóa sản phẩm và nâng cao giá trị gia tăng của sản phẩm

- Phù hợp với đề án tái cơ cấu ngành nông nghiệp theo hướng nâng cao giá trị gia tăng

và phát triển bền vững

- Cung cấp những số liệu phân tích tính chất vật lý, hóa học và cảm quan của bột chè xanh dạng matcha để làm cơ sở cho việc xây dựng tiêu chuẩn về chất lượng cho sản phẩm này của Việt Nam

- Tạo ra cơ sở dữ liệu làm tài liệu tham khảo khi nghiên cứu và sản xuất bột chè xanh dạng matcha

5 Điểm mới của luận án

- Đã nghiên cứu xác định được sự ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ đến sự tích lũy L - theanine, epigallocatechin gallat, chlorophyll của giống chè Phúc Vân Tiên, Kim Tuyên trồng tại Việt Nam

- Đã xác định rằng: trong đọt chè 1 búp 3 lá, cuộng chè có hàm lượng L - theanine là cao nhất so với lá 1, lá 2, lá 3 của đọt chè

- Đã nghiên cứu và xác định được phương pháp diệt men bằng vi sóng và phương pháp xào ưu việt hơn so với phương pháp hấp theo công nghệ của Nhật Bản

- Đã nghiên cứu và xác định được phương pháp sấy ơm nhiệt rất phù hợp với công nghệ sản xuất bột chè xanh dạng matcha

- Đã tạo ra sản phẩm bột chè xanh dạng matcha để có thể sử dụng trong công nghiệp thực phẩm mà hiện nay tại Việt am chưa có

5

PHẦN 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan chung về Matcha

1.1.1 L c sử ì t à m tc

Chè là một thức uống với hơn 5 năm lịch sử gười ta bắt đầu uống chè từ khoảng 2.5 năm trước Công Nguyên Khu vực Tây Nam tỉnh Vân Nam của Trung Quốc được biết đến như là nơi khai sinh của chè Vào thế kỷ thứ 7, uống ch đã trở nên phổ biến ở Trung Quốc, các tu sĩ Phật giáo đã có công mang ch ra tới cộng đồng [100]

Quá trình chế biến và tiêu dùng bột ch được khởi đầu từ những nghi thức của các thiền

sư Phật Giáo Vào thời nhà Đường ở Trung Hoa (618 - 9 7), lá ch được chế biến, đóng thành ánh ch để bảo quản và trao đổi thương mại Khi uống, ch được sắc cùng nước nóng có bỏ thêm chút muối [100] Đến thời nhà Tống (960 - 1279), ch được hấp nóng, sao khô và nghiền chè thành bột được sử dụng rộng rãi Vào năm 1191, thiền Sư Eisai đã đưa ý tưởng mới về việc uống chè từ Trung Quốc sang Nhật Bản Ông đi khắp đất nước Nhật Bản khuyến khích nông dân và phật tử trồng cây chè, đồng thời quảng bá những lợi ích của chè

về mặt y học Trong cuốn sách “How to Stay Healthy by Drinking Tea” “Giữ sức khỏe bằng

cách uống chè” sư thầy Eisai viết "Ch là phương thuốc tuyệt vời của tinh hoa và có khả

năng làm cho cuộc sống của con người đầy đủ hơn và toàn vẹn hơn, ch có một sức mạnh phi thường trong việc kéo dài tuổi thọ của con người ơi nào mà con người trồng cây chè

và uống ch , nơi đó con người sẽ sống lâu" Xuất phát từ việc bào chế thuốc của các nhà sư

là nghiền nhỏ các loại thực vật khác nhau, khi phát hiện ch như một loại thuốc, các nhà sư

đã nghiền chè ra thành bột như họ vẫn nghiền các loại cây cỏ khác để làm thuốc và sử dụng trong những lúc Thiền định Và bột chè xanh - matcha ra đời từ đó Trong thời gian này, bột chè xanh dần dần bị quên lãng tại Trung Hoa, còn ở Nhật Bản, bột ch xanh đã trở thành một loại "thuốc bí mật" của tu sĩ Phật giáo và vua quan trong triều đình atcha là đồ uống không thể thiếu trong các Thiền viện, trong lễ hội [57] Cùng với sự phát triển này, chủ của các nương ch ở tỉnh Uji Nhật Bản đã nghiên cứu, thử nghiệm để tạo ra các loại matcha có chất lượng khác nhau Ngày nay việc sản xuất, sử dụng matcha rất phổ biến ở Nhật Bản và được người dân sử dụng hàng ngày Nhiều sản phẩm thực phẩm đã được người Nhật sử dụng matcha bổ sung vào thành phần để tăng chất lượng, tăng giá trị cảm quan của sản phẩm như: sôcôla, kẹo, bánh ngọt, bánh quy, bánh tráng miệng, kem hay thực phẩm chức năng và mỹ phẩm [136] Sản phẩm matcha của Nhật Bản đã xuất khẩu sang các nước châu

Trước đây matcha là loại chè chính dùng trong nghi lễ ch đạo của Nhật Bản từ pha chế đến thưởng thức; sử dụng như một đồ uống bổ dưỡng và thông dụng trong các gia đình ở Nhật Bản hoặc trong các quán ăn, nhà hàng, khách sạn So với nhiều nước Đông, hật Bản được xem là một trong những nước tiêu thụ sản lượng chè lớn nhất trong khu vực [121] gười Nhật uống rất nhiều chè vào các thời điểm trong 1 ngày Họ có thói quen dùng

1 chén chè vào mỗi buổi sáng sau khi thức dậy cho tỉnh ngủ, 1 chén ch trước khi bắt tay vào công việc, vài ba chén chè vào buổi chiều và ít nhất là 1 chén chè sau mỗi bữa ăn goài

ra trong đời sống hằng ngày của người Nhật, việc dùng ch cũng đã trở thành tập tục trong giao tiếp đối đãi nhau

1.1.2.1 Sử dụng trong thực phẩm và thực phẩm chức năng

Ngày nay, matcha được dùng làm hương liệu hay chất tạo màu cho một số loại thực phẩm rất phổ biến tại Nhật Bản như: bánh gạo mocha, mì soba, kem chè xanh, hay các loại bánh ngọt

Do tác dụng dược lý có tính toàn diện của matcha mang lại, nên trong công nghiệp dược phẩm người ta đã sử dụng matcha dưới dạng các sản phẩm thực phẩm chức năng Những

7

sản phẩm thực phẩm chức năng có chứa matcha này có tác dụng chống lão hóa, phòng chống ung thư, thải độc, giảm éo, duy trì vóc dáng, ngăn ngừa và điều trị bệnh viêm răng lợi, ngừa và điều trị chứng loét dạ dày, ngăn ngừa nguy cơ ệnh tiểu đường, giúp xương chắc khỏe, giảm các chứng viêm khớp, giảm thiểu tăng huyết áp, giúp cải thiện trí nhớ và bệnh Alzheimer, ngăn cản sự lây nhiễm HIV, phòng chống nhiễm các chất phóng xạ, giảm lượng đường trong máu, giảm cholesterol, diệt khuẩn, diệt virut cúm, chống hôi miệng

1.1.2.2 Trong công nghiệp mỹ phẩm

Công nghiệp sản xuất các sản phẩm mỹ phẩm làm đẹp cho con người ở Nhật Bản đã phát triển từ lâu, việc sử dụng các sản phẩm mỹ phẩm có nguồn gốc từ các hợp chất hóa học như kem dưỡng da, dầu gội đầu, sữa tắm, sữa làm trắng da… gây lo ngại cho người tiêu dùng về tính không an toàn của nó atcha được dùng trong các sản phẩm mỹ phẩm đã giải tỏa được nỗi lo này của người tiêu dùng atcha vốn chứa nhiều chlorophyll và chất chống oxy hóa, có công dụng giải độc cho cơ thể lẫn làn da atcha với các dưỡng chất chống oxy hóa sẽ nuôi dưỡng làn da và bảo vệ chống lại ánh nắng mặt trời, nhẹ nhàng làm mát da mặt

và chống viêm Khi thoa hỗn hợp chứa ột ch xanh lên da, các dưỡng chất trong matcha sẽ

có công dụng chữa lành vết thương, chống viêm nhiễm, làm dịu làn da chịu tác hại của ánh nắng, đồng thời nuôi dưỡng làn da tr khỏe

1.1.3 Tình hình sử dụ matcha ở Việt N m

Hiện nay matcha được người tiêu dùng Việt Nam sử dụng ngoài việc uống trực tiếp, matcha còn được bổ sung vào một số sản phẩm thực phẩm như kem matcha, ánh trôi, ánh phô mai matcha, matcha với sữa tươi nóng Tuy nhiên matcha tiêu thụ trong nước là sản phẩm hoàn toàn nhập ngoại ở các dạng khác nhau: dạng bột, dạng dịch với giá thành cao khoảng trên 2 triệu đồng/kg sản phẩm [155] Chính vì vậy, sản phẩm của luận án tạo ra bột chè xanh dạng matcha hoàn toàn có khả năng ứng dụng trong thực tế, có giá trị dinh dưỡng

và tính chất dược lý cao đối với sức khỏe con người cũng như hiệu quả kinh tế cao đối với ngành chè Việt Nam

1.1.4 T à p ầ ó ọc củ m tc và v i trò củ ó

Matcha là một loại chè xanh dạng bột siêu mịn, được chế biến từ những đọt chè phát triển trong điều kiện che óng trước thu hoạch khoảng 3 tuần với mục đích để đọt chè tích lũy được một số hợp chất hóa học có lợi cho sức khỏe con người là L - theanine và chlorophyll Nhiều công trình nghiên cứu khoa học đã cho thấy: các yếu tố như độ cao so với mặt nước biển, cường độ ánh sáng, lượng mưa hàng năm, mùa vụ và các yếu tố nông

8

nghiệp khác…đã ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của cây chè, từ đó sẽ tạo ra hàm lượng các hợp chất hóa học khác nhau có trong ch như catechin, caphein, protein…[122] Hàm lượng EGCG, L - theanine và chlorophyll trong matcha rất cao, đó là điều khác biệt với bột ch xanh thông thường Trong quá trình quang hợp ở giai đoạn cận thu hoạch, ánh sáng là yếu tố quan trọng nhất để đọt chè tích lũy lên hợp chất L - theanine và chlorophyll Điều này được chứng minh qua các kết quả nghiên cứu của một số nhà khoa học khi tiến hành phân tích thành phần hóa học của cây chè phát triển trong bóng râm so với cây chè phát triển trong điều kiện thường và phát hiện ra rằng cây chè phát triển trong bóng râm có hàm lượng EGC, EGCG, EC, axit galloylquinic, axit succinic, và fructose thấp hơn nhưng lại có hàm lượng L - theanine, gallocatechin, apigenin, strictinin, glucosyl arabinoside, quercetin p - coumaroylglucosyl - rhamnosylgalactoside, kaempferol p - coumaroyl glucosylrhamnosylgalactoside, axit malic và axit pyroglutamic cao hơn so với các loại chè trồng trong điều kiện bình thường [22], [84] Những hợp chất trong chè có lợi đến sức khỏe chủ yếu được tích lũy trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây chè [26] Vì vậy, thay đổi điều kiện môi trường trong giai đoạn phát triển của cây chè đã được quan tâm để điều chỉnh việc tích lũy các chất chuyển hóa thứ cấp trong cây chè [80] Trong số các phương pháp, phương pháp kiểm soát cường độ ánh sáng bằng cách che phủ là phương pháp hiệu quả nhất để tích lũy các hợp chất có lợi cho sức khỏe con người trong cây chè [42]

atcha được gọi là “thần dược” bởi trong matcha có chứa thành phần hóa học có lợi cho sức khỏe đó là 3 hợp chất hóa học chính: L - theanine - một loại axit amin mà chỉ có nhiều trong matcha và rất ít ở trong chè xanh, ngoài ra trong matcha còn chứa một số hợp chất hóa học có lợi cho sức khỏe con người với hàm lượng cao như EGCG và chlorophyll

ơn nữa, thành phần hóa học trong lá chè chính là yếu tố quyết định tính chất và đặc điểm của sản phẩm như mầu sắc, hương thơm, mùi, vị Khi uống matcha, người uống cảm nhận hương vị “umami” [31], [131] Umami là hương vị thơm ngon dễ chịu - một thuật ngữ hương vị được đánh giá cho các loại thực phẩm có chứa axit amin [25] Hiệp hội nghiên cứu

về hương vị tại Nhật Bản đã mô tả hương vị umami như một thụ thể phù hợp chặt chẽ nhất

để miêu tả giữa vị ngọt ngào, vị mặn và vị đắng [125] Các nghiên cứu cho rằng trong

matcha L - theanine là thành phần chính đóng góp tạo hương vị umami của sản phẩm, giúp hài hòa giữa vị đắng chát của các polyphenol và caphein mà không sản phẩm nào có được [17] Sự hòa quyện vị đắng và ngọt của matcha khiến matcha trở thành biểu tượng cho sự

hài hòa trong trà đạo [131]

9

1.1.4.1 L - theanine

L - theanine (γ -glutamyl-L-ethylamide) là các hợp chất chứa nitơ tự do nhiều nhất trong

lá chè (Camellia sinenssis) [36], [86] Ngoài ra L - theanine chỉ được tìm thấy trong một

dòng nấm Xerocomus badius [29], [64] Trong matcha có chứa 7 loại axit amin tự do: axit aspatic, axit glutamic, aspagarin, serin, glutamine, asginin và L- theanine L - theanine chiếm khoảng 1 - 2 % chất khô của lá chè và chiếm khoảng 60 % so với hàm lượng axit amin tổng số [50], [132]

L - theanine là một axit amin có công thức phân tử C7H14N2O3, khối lượng phân tử 174,20 g mol-1, có khả năng tan trong nước nóng

Hình 1 1 Công thức cấu tạo của L - theanine

L - theanine là axit amin không tham gia vào cấu trúc protein và được phát hiện có trong ch xanh vào năm 1949 [36], [116] ăm 195 , Sakato tách chiết thành công L - theanine từ lá của giống chè Gyokuro Năm 1964, ở Nhật Bản cho phép bổ sung L - theanine không giới hạn về hàm lượng vào các loại thực phẩm như: sôcôla, nước ngọt, các loại chè thảo mộc, trừ thực phẩm tr sơ sinh Ở Mỹ, L- theanine được án như là một chất

bổ sung trong chế độ ăn uống và được phân loại bởi Cục Quản lý Thuốc và Thực phẩm (FDA) công nhận là an toàn theo tiêu chuẩn GRAS Nhiều nghiên cứu đã chứng minh L - theanine có nhiều công dụng khác nhau Tác giả Kimura và công sự đã áo cáo rằng L - theanine hoạt động như chất chống lại tác động sự tê liệt gây ra bởi caphein ở động vật và

nó tác động lên não thông qua hàng rào máu não [52], [73] L - theanine có tác dụng làm tăng sóng của não và có tác dụng thư giãn [48] Các nhà nghiên cứu của Nhật đã cho thấy tác dụng giảm lo âu, hồi hộp và làm thư giãn của L - theanine với liều 200 mg sau khoảng

40 phút từ khi dùng qua đường uống [87] Đặc biệt, những người được thử nghiệm hoàn toàn tỉnh táo, không cảm thấy mệt và buồn ngủ Điều này giải thích tại sao chè xanh có caphein là chất kích thích lại được dùng làm nước uống để thư giãn và ớt căng thẳng [48], [66], [67], [73] L - theanine làm tăng chất dẫn truyền thần kinh làm ình tĩnh gọi là GABA (trong khi caphein làm giảm chất này), nó cũng làm tăng dopamine, một phần ảnh hưởng

10

đến sự điều chỉnh trạng thái tâm lý và cũng làm tăng đáng kể L - tryptophan, serotonin, một chất dẫn truyền thần kinh cho cảm giác khoan khoái L - theanine là một amino axit có khả năng gây sóng alpha hoạt động trong não bộ Stress được biết là gây ra hoạt động sóng beta của não, dẫn đến tình trạng bị kích động hơn oạt động sóng alpha có thể giảm bớt căng thẳng, thúc đẩy thư giãn và huyết áp ổn định [67] Theo các nhà khoa học những tác dụng làm tăng lượng serotonin và dopamine có thể rất hữu ích cho người bị bệnh Parkinson Một

số nghiên cứu khác đã cho thấy tác dụng tích cực của L - theanine trong điều trị ung thư: làm nhỏ khối u, tăng hiệu quả của các biện pháp điều trị và giảm các hiệu quả độc hại của hóa và xạ trị liệu Các tác giả đã kết luận rằng L - theanine có tác dụng bảo vệ tế ào và tăng sức đề kháng cho bệnh nhân [59], [86]

1.1.4.2 Hợp chất Catechin

Hợp chất catechin chủ yếu trong chè đó là: (-) epigallocatechin 3 - gallate (EGCG), (-) epigallocatechin (EGC), (-) epicatechin (EC), (-) epicatechin 3 - gallate (ECG), và (+) cate-chin (C) Catechin chính trong lá ch tươi chiếm 25 - 30% CK và đóng vai trò quan trọng thực hiện chức năng sinh học trong quá trình hoạt động sống của cây chè, nó luôn biến đổi

cả về số lượng và chất lượng trong quá trình phát triển của cây chè [40], [54].Quan trọng nhất trong đó là EGCG, chiếm tới 50% khối lượng tổng phenol chè và khoảng 8 - 12% CK trong lá chè khô và chiếm khoảng 10% CK của matcha

Catechin của chè thuộc loại flavonoid, nhóm flavan - 3 - ol, phân tử có từ 15 cacbon bao gồm 2 vòng 6 cac on A và B được nối bởi 3 đơn vị cacbon ở vị trí 2, 3, 4 hình thành một dị vòng C chứa một nguyên tử oxy Cấu trúc của catechin có chứa hai cacbon bất đối ở vị trí 2

và 3 không chứa nối đôi ở vị trí 2, 4 và nhóm 4 -oxo

Hình 1 2 Cấu tạo phân tử của catechin

11

- Nếu X=Y= (-H): catechin, ký hiệu: C

- Nếu X=(-H); Y= (-OH): Gallocatechin, ký hiệu: GC

- Nếu X= gốc galloil; Y= (-H): Catechin gallat, ký hiệu CG

- Nếu X= gốc galloil; Y= (-OH): Gallocatechin gallat, ký hiệu GCG

Một đại diện tiêu biểu trong nhóm chất này là Epigallocatechin gallat, có công thức như sau:

Hình 1 3 Công thức cấu tạo của Epigallocatechin gallat

Công thức phân tử C22H18O11 khối lượng phân tử 458,37 g/mol

Nhóm hợp chất catechin được đánh giá là có liên quan đến mầu xanh của chè, có vai trò quyết định đến sự tạo thành màu sắc của bột và vị của nước chè, đồng thời trong quá trình chế biến, catechin còn tham gia tạo hương thơm dưới tác dụng của các enzym và một

số hợp chất khác có sẵn trong đọt chè

Chất lượng chè xanh không những phụ thuộc vào hàm lượng catechin mà còn phụ thuộc vào tỷ lệ hàm lượng catechin thành phần của chúng Tỷ lệ của catechin thành phần không chỉ quan trọng để đánh giá chất lượng chè mà nó còn được báo cáo có tác dụng ức chế tế bào khối u tăng trưởng và mức độ tác động theo thứ tự: ECG > EGCG > EGC > EC [112] Thực tế cho thấy, nhiều giống chè có hàm lượng tanin trong búp thấp, nhưng khi chế biến chè xanh cho sản phẩm có chất lượng không cao do có vị chát xít Trái lại có những giống ch như ch Shan, chứa hàm lượng tanin khá cao, nhưng khi chế biến chè xanh lại cho sản phẩm có vị chát đậm dịu, có hậu Trong matcha của Nhật Bản, mặc dù hàm lượng EGCG cao nhưng khi uống vẫn có vị dịu ngọt Điều này giải thích rằng, vị chè luôn phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần catechin Nếu tỷ lệ thành phần catechin gallat (catechin phức tạp) cao trong phân tử chứa nhiều nhóm OH sẽ gây cho chè có vị chát hơi đắng và ngược lại tỷ lệ thành phần catechin đơn giản cao sẽ cho chè vị chát dịu àm lượng và tỷ lệ thành phần cat-echin luôn phụ thuộc vào từng giống chè, vị trí địa lý, kỹ thuật canh tác, thời vụ thu hái [109], [150]

12

Vào năm 1966, igginson lần đầu tiên công bố báo cáo về dịch tễ học về chè và ung thư [26], [59], [63] Nhiều nghiên cứu sâu rộng về hiệu quả ngăn ngừa ung thư của chè xanh đối với ung thư thực quản, vú, tuyến tụy, tuyến tiền liệt và ung thư ruột [24], [46], [55], [62] Các đặc tính chống ung thư của chè chủ yếu được cho là do catechin, một nhóm các hợp chất polyphenol [16], [98] Trong chè xanh hợp chất catechin chứa 4 nhóm chính là

EC, ECG, EGC và EGCG Khi phân tích hàm lượng catechin trong chồi non và trong lá trưởng thành bằng phương pháp PLC, kết quả cho thấy catechin có rất nhiều trong chồi của lá chè và cao hơn so với lá trưởng thành trong số đó EGCG có hàm lượng cao nhất, trong khi hàm lượng của EC và C là tương đối thấp [27], [45], [54], [146], [149] David J Wess và cộng sự đã sử dụng phương pháp sắc ký điện di với dung môi là methanol để phân tích hàm lượng catechin và caphein trong matcha và ch xanh thông thường, kết quả cho thấy EGCG trong matcha cao hơn ít nhất là 3 lần so với ch xanh thông thường [21], [40]

1.1.4.3 Chlorophyll

Chlorophyll là chất mầu xanh lá cây của thực vật nói chung và cây chè nói riêng rophyll có 2 loại: chlorophyll a và chlorophyll b Chất này đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp của thực vật Công thức cấu tạo của chlorophyll gồm 4 vòng pyrol nối với nhau bởi cầu nối methyl (-CH=) tạo nên cấu trúc porphyrin với Mg ở giữa Vòng pyrol

Cholo-số 4 gắn nhóm phytol và vòng pyrol thứ 3 có vòng cyclopental Hệ thống nối đôi, đơn cách đều trong cấu trúc làm cho diệp lục có hoạt tính quang hóa mạnh ăng lượng liên kết nối đôi nhỏ, điện tử hình thành nối đôi dễ bật ra khi nhận năng lượng ánh sáng Đuôi phytol gồm gốc rượu phytol có 20 carbon [4]

Hình 1 4 Công thức cấu tạo của chlorophyll

13

Chlorophyll có hai dạng:

- Chlorophyll a, công thức phân tử C55H72O5N4Mg Khối lượng phân tử 893,48

- Chlorophyll b, công thức phân tử C55H70O6N4Mg Khối lượng phân tử 907,46 Chlorophyll không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ Chlorophyll a có màu xanh đậm, hấp thụ ánh sánh màu đỏ ở ước sóng 660 - 662 µm; còn chlorophyll b có màu xanh vàng hấp thụ cực đại ở ước sóng 640 - 642 µm Chlorophyll rất nhạy cảm với các yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng, môi trường axit…Dưới tác dụng các yếu tố này, chloro-phyll dễ dàng bị phân hủy tạo thành pheophytin tương ứng, pheophytin có mầu xanh ôliu không có mùi hăng ngái như chlorophyll àm lượng chlorophyll trong lá chè trung bình khoảng 0,6 - 0,8% khối lượng chất khô, tuy nhiên hàm lượng của nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: cường độ chiếu sáng, độ trưởng thành của lá, thời vụ thu hoạch…

Nhà hóa học người Đức Richard Willstätter (1872-1942) người đã nhận giải Nobel về hóa học phát hiện ra rằng chất diệp lục, bao gồm 2 thành phần: a và b (diệp lục màu xanh lá cây và diệp lục màu xanh vàng) Matcha có chứa cả hai loại chất diệp lục chlorophyll a và chlorophyll b Tại nhiều nước châu Âu (Đức, Anh, Pháp …) và FDA tại Mỹ coi chlorophyll

và chlorophyllin như một thực phẩm, một loại thuốc an toàn, không có giới hạn về liều lượng sử dụng (Báo cáo của FAO - WHO số 557, năm 1974) Chlorophyll có tác dụng ngăn ngừa ung thư và chống lại tế bào ung thư được lý giải do hai tác dụng: thứ nhất là khoá các độc tố dễ kết hợp về liên kết cấu trúc với chlorophyllin và thứ hai là tác dụng khử điện tử tự

do trong các gốc tự do của chlorophyllin (chlorophyllin được coi như một chất antioxidant) [46] Chlorophyllin đã được áp dụng trong rất nhiều sản phẩm cho những người theo chế độ

ăn kiêng, phổ biến ở các nước Phương Tây để giảm cân và phòng chống các bệnh cần khống chế năng lượng khẩu phần ăn uống, các bệnh thoái hoá như xơ vữa động mạch, tăng huyết

áp, tiểu đường, alzhermer…[38] Chlorophyll có cấu trúc rất giống với máu của con người

do đó nó là một thực phẩm tuyệt vời cho hệ thống tim mạch Nghiên cứu cho thấy rằng nó làm tăng sản xuất oxy trong máu, từ đó giúp chữa lành vết thương trên cơ thể nhanh hơn.Ngoài ra, chất diệp lục được biết đến như một giải độc bởi vì nó có hiệu quả loại bỏ các độc

tố và kim loại nặng ra khỏi cơ thể, bao gồm từ máu và gan

1.1.5 Quy trình cô ệ sả x ất matcha củ một số ước tr t ế iới

Hiện nay matcha không chỉ sản xuất ở Nhật Bản hay Trung Quốc mà một số nước khác trên thế giới cũng đã nghiên cứu công nghệ sản xuất matcha như àn uốc, Kenya Tuy nhiên mỗi Quốc gia có quy trình công nghệ sản xuất khác nhau và cũng tạo ra sản phẩm có

14

đặc điểm khác nhau Dưới đây là quy trình công nghệ sản xuất matcha của Nhật Bản, Hàn Quốc, Kenya và Trung Quốc:

1.1.5.1.Quy trình công nghệ sản xuất matcha của Nhật Bản

Ở Nhật Bản, từ nguồn nguyên liệu (che phủ hay không che phủ) và quy trình công nghệ sản xuất khác nhau (lên men, bán lên men hay không lên men) tạo ra sản phẩm có chất lượng và tên gọi khác nhau (hình 1.5) [57] Các sản phẩm Tencha, Gyokuro, Kotobuki và Kabusecha được sản xuất từ nguồn nguyên liệu thu hái từ cây chè được trồng trong điều kiện che phủ Bên cạnh đó các sản phẩm khác như Sencha, Bancha, Hojicha và Genmaicha được chế biến từ cây chè trồng trong điều kiện tự nhiên không che phủ Do đó mỗi sản phẩm có mầu sắc và chất lượng khác nhau (hình 1.6):

Hình 1 5 Sơ đồ mô tả sự khác nhau giữa các sản phẩm chè của Nhật Bản

Lá chè

Không

lên men

che

Kabusecha Gyokuro

Không được che

Sencha

Tama ryokucha

Sencha ( ình thường) Sencha (Bột)

Fukamushi Sencha

(bột)

Tama ryokucha

Bán lên men

Lên men

Chè

Ô long

Chè Pouchang

Ch đen

15

Hình 1 6 Một số sản phẩm chè của Nhật Bản được chế biến từ nguyên liệu có che phủ

trước thu hoạch

Nguồn:[57]

Matcha là bột ch xanh được nghiền từ tencha theo quy trình công nghệ sản xuất (hình

1 7) được mô tả như sau:

Hình 1 7 Quy trình công nghệ sản xuất matcha ở Nhật Bản

Nguồn: [57]

Trước khi thu hoạch lá ch , dùng lưới đen hoặc dàn bằng rơm, rạ che phủ lên cây chè với mục đích để giảm cường độ chiếu sáng Khi đó, cây ch chỉ nhận từ 5 - 10 % ánh sáng mặt trời để hạn chế sự quang hợp của cây chè trong một khoảng thời gian nhất định đối với từng loại chè [57], [84] Trong thời gian này, lá ch tích lũy nhiều hợp chất hóa học có lợi cho chất lượng của chè như các hợp chất polyphenol, caphein, chlorophyll đặc biệt là hàm lượng L - theanine tăng đáng kể [51], [148] Matcha có chất lượng cao nhất khi được thu

Loại bỏ cuộng, gân lá

Giống chè

Aracha

Tencha

Matcha

16

hoạch vào mùa xuân từ giữa tháng 4 đến giữa tháng 5 Thu hoạch bằng tay từng đọt chè thay

vì thu hoạch bằng máy như các loại chè khác [57], [60] Sau khi thu hái chè từ 12 - 20 giờ, chè được hấp diệt men bằng hơi nước bão hòa trong khoảng thời gian từ 15 - 20 giây với mục đích để ngăn chặn quá trình lên men và để giữ cho lá chè có màu xanh lá cây, cũng như

để giữ lại các thành phần hóa học có lợi cho sức khỏe ở trong chè Công đoạn tiếp theo là sấy khô trong thời gian ngắn ở nhiệt độ 80oC, sản phẩm thu được lúc này gọi là Aracha Cuộng và gân lá được tách ra bằng quạt hoặc tĩnh điện, đồng thời lá ch được cắt với kích thước tương đối bằng nhau, sản phẩm lúc này có tên là Tencha Nghiền nhỏ Tencha để thu được sản phẩm cuối cùng là Matcha, hoặc Tencha được sử dụng trực tiếp vào trong các món

ăn ở Nhật Bản hay được bảo quản lạnh cho đến khi nghiền tạo matcha [71] Công đoạn nghiền được thực hiện trên cối đá granit, lá ch được nghiền nhỏ với kích thước siêu mịn khoảng 5 - 17 µm Tốc độ cối nghiền rất chậm để hạn chế nhiệt sinh ra trong khối chè nhằm bảo toàn đươc các hợp chất hóa học đã được hình thành trước đó trong lá ch atcha được bảo quản trong bao bì kín

 Chất lượng matcha của Nhật Bản theo các chỉ tiêu cảm quan

Cũng như các loại chè khác, matcha cũng được chia ra theo nhiều loại cấp chất lượng khác nhau Chất lượng của matcha phụ thuộc phụ thuộc vào giống ch , điều kiện thổ nhưỡng, vị trí địa lý, độ cao so với mực nước biển của vùng trồng ch , điều kiện khí tượng như lượng mưa trong năm, nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí, điều kiện canh tác

và đặc biệt là kỹ thuật che chắn hợp lý tức là việc không chế tia nắng trực xạ lên cây ch đến

mức nào và trong thời gian bao nhiêu lâu [56]

Hiện tại chưa có tiêu chuẩn cho matcha, với các đặc điểm của bột matcha trình ày dưới đây được tham khảo theo sản phẩm matcha của Nhật Bản Các chỉ tiêu đánh giá gồm có ngoại hình, mầu nước, hương thơm, vị Để đánh giá chất lượng ch matcha, người Nhật thường đánh giá các chỉ tiêu như sau [56], [137]

a Ngoại hình

- Bột chè siêu mịn, kích thước của hạt bột ≤ 5 - 17 µm

- Bột chè phải tơi xốp, độ ẩm thường từ ≤ 5 - 6%

- Màu sắc của bột matcha có màu xanh sáng như màu cẩm thạch, hoặc màu ngọc bích, màu xanh lá cây Chất lượng matcha đánh giá theo mầu sắc (hình 1.8) như sau:

17

Chất lượng kém Chất lượng TB Chất lượng đạt Chất lượng tốt Chất lượng cao

Hình 1 8 Các sản phẩm matcha khác nhau của Nhật Bản

c Hương thơm: Ngọt ngào và mượt mà đặc trưng của Matcha [137]

d Vị: Ngậy, dịu, vị chát rất nhẹ có hậu ngọt

 Chất lượng theo một số chỉ tiêu hóa học

Theo các nhà khoa học về thực phẩm và dinh dưỡng của Nhật Bản, ngoài các chỉ tiêu cảm quan như trên, trong 1, g bột matcha có một số chỉ tiêu hóa học như sau [23]:

- àm lượng vitamin A: 291 units

- àm lượng kali (Potassium) 26,6 mg

18

1.1.5.2 Công nghệ sản xuất Matcha ở Hàn Quốc

Matcha Hàn Quốc được sản xuất với công nghệ gần giống như hật Bản Tuy nhiên, có một vài điểm cơ ản khác với công nghệ Nhật Bản như: nếu cây chè ở Nhật Bản để sản xuất matcha được che bóng bằng lưới thì cây chè ở Hàn Quốc được phát triển trong điều kiện che bóng mờ một cách tự nhiên như óng che của các dãy núi, hay cây chè phát triển trong sương mù Sự khác nhau này tạo ra tính độc đáo và khác iệt giữa 2 sản phẩm matcha Hàn Quốc và Nhật Bản Nếu dùng các vật liệu để che bóng cho cây thì thời gian che bóng chỉ một vài ngày và ngắn hơn so với thời gian che bóng của cây chè Nhật Bản là 2 ngày Điều khác biệt lớn nhất là ở Nhật Bản bổ sung lượng nitơ vào trong đất để tăng cả mầu sắc và hương vị của matcha, ngược lại bột trà Hàn Quốc thường là tự nhiên không có tác động của con người Với quy trình như vậy nên matcha Hàn Quốc thường có vị hơi đắng, còn vị ngọt ngào, hài hòa giảm hơn so với matcha Nhật Bản Một điểm khác biệt nữa trong công nghệ chế biến matcha là ở Nhật Bản sử dụng phương pháp hấp để diệt men, trong khi ở Hàn Quốc

sử dụng phương pháp xào Sản phẩm sau sấy ở Nhật Bản là tencha thì ở Hàn Quốc là cha Hiện nay, ở Hàn Quốc có các loại matcha chủ yếu đó là ankook Gamnong atcha, Hankook Teuksun, SsangKye Organic Sejak

yeon-1.1.5.3.Công nghệ sản xuất Matcha ở Kenya

Matcha Kenya là bột ch được nghiền từ chè xanh hoặc chè trắng có từ thế kỷ thứ 15 atcha Kenya được sản xuất ở vùng Tây Nguyên Nandi ở Kenya từ giống chè trắng nên được gọi là Matcha trắng Cây ch để sản xuất Matcha của Kenya thường được trồng trên đồi có độ cao cao hơn 65 fit so với mực nước biển trong thung lũng Great Rift của Kenya

để cho lá chè hấp thụ chất chống oxy hóa và các polyphenol vì thế các hợp chất chống oxy hóa, caphein có hàm lượng cao hơn so với matcha Nhật Bản Với địa hình này không nơi nào có được mà chỉ có ở Kenya và chè tuyệt đối không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ [153]

Khác với Nhật Bản, ở Kenya nguyên liệu cho chế biến chỉ được thu hái lá non, quá trình thu hái được thực hiện nhẹ nhàng nhằm tránh dập nát Sau khi sấy khô, sử dụng máy xay đá truyền thống để nghiền những chiếc lá chè trắng thành bột mịn Matcha trắng Kenya đầy đủ các chất chống oxy hóa và polyphenol Matcha trắng Kenya tạo ra một hương vị thực

sự sắc nét Khi sử dụng matcha có thể dùng theo cách truyền thống hoặc có thể pha thêm cùng cà phê hoặc pha trộn với gừng, chanh, mật ong và nước đá Theo kết quả phân tích được thực hiện tại Đại học Toronto, Kenya matcha trắng có chứa L - theanine gấp 5 lần hơn

19

chè xanh thông thường [72] Vì vậy, một tách matcha trắng của Kenya thúc đẩy sự tập trung

và tỉnh táo mà không có cảm giác “ ồn chồn” như ảnh hưởng của caphein

1.1.5.4 Công nghệ sản xuất matcha ở Trung Quốc

Rất ít người biết rằng việc dùng matcha trong ch đạo Nhật Bản xuất phát từ thời nhà Tống ở Trung Quốc hơn 1 năm trước đây, sau đó được tiến hành ở tu viện Phật giáo của Nhật Bản và hiện được coi là một trụ cột của nền văn hóa truyền thống Nhật Bản Ngày nay, matcha quay lại được sử dụng ở Trung Quốc và Đài Loan Tuy nhiên matcha của Trung Quốc có nhiều điểm khác biệt so với Nhật Bản Theo phân tích, nguồn nguyên liệu để sản xuất matcha ở Trung Quốc thường hay bị nhiễm một lượng chì lớn do ảnh hưởng của vấn đề

ô nhiễm không khí ở Trung Quốc, do cây chè là loại cây có khả năng hấp thụ chì từ môi trường không khí cao hơn các loại cậy khác [76] Trong khi đó thì nguyên liệu chè Nhật Bản hoàn toàn không có chì Công nghệ sản xuất matcha ở Trung Quốc cũng giống như hật Bản Tuy nhiên để đình chỉ quá trình oxy hóa thì ở Nhật Bản sử dụng phương pháp hấp nhưng ở Trung Quốc sử dụng phương pháp xào Đánh giá sự khác nhau về mầu sắc giữa matcha Trung Quốc và matcha Nhật Bản thấy rằng: màu sắc matcha của Trung Quốc thường có mầu nâu vàng, điều này cho thấy quá trình oxy hóa đã xảy ra hoặc là do nguyên liệu an đầu thu hái và bảo quản không tốt, còn matcha Nhật Bản thì có mầu xanh tươi sáng [126] Kích thước hạt của matcha Trung Quốc được đánh giá thô hơn matcha hật Bản (độ đồng đều) [76] Kiểm tra đánh giá chính xác mầu sắc của matcha bằng cách bôi trên nền trắng thì thấy rằng sự khác nhau rõ rệt về mầu sắc Tiến hành pha một lượng matcha Trung Quốc và Nhật Bản cùng với một lượng nước thấy rằng matcha Trung Quốc không có mầu xanh lá cây tươi sáng như matcha hật Bản (hình 1.10) [76] Về hương vị của matcha Nhật Bản là ngọt dịu, nếu uống có vị cay đắng thì đó đảm bảo không phải là matcha Nhật Bản Còn matcha Trung Quốc thì yêu cầu hay cần phải có “hương vị đắng nhẹ” [93]

20

Việc bổ sung matcha vào thực phẩm ở Trung Quốc ngày càng tăng trong những năm gần đây ởi giúp cải thiện màu sắc và làm tăng giá trị của sản phẩm [93] Tuy nhiên, khi đưa matcha Trung Quốc vào thực phẩm vấn đề gặp phải là kích thước hạt Kích thước hạt của matcha ình thường dao động từ 1 - 100 μm, nhưng matcha tốt có kích thước chỉ từ 1 - 20

μm và phù hợp để bổ sung vào thực phẩm đường kính hạt của matcha tốt nhất là trong khoảng 3,2 - 11,5 μm, với kích thước này khi pha trong nước matcha lơ lửng trong nước và

có tốc độ lắng đọng nhỏ hơn so với matcha có kích thước lớn hơn Vì vậy, matcha phù hợp trong chế biến thực phẩm

1.1.6 ì ì i cứ và sả x ất bột c è x dạ m tc ở Việt N m

Ở Việt Nam hiện nay chưa có ất kỳ một kết quả nào công bố về nghiên cứu sản xuất bột chè xanh dạng matcha Hiện nay, ở miền Bắc duy nhất có 4 doanh nghiệp sản xuất chè nhưng không phải là matcha, chủ yếu là sencha: chi nhánh Công ty chè Sông Cầu; chi nhánh Công ty chè Mộc Châu; Nhà máy chè Vân Hồ; Công ty cổ phần chè Cờ Đỏ

Một số Doanh nghiệp tư nhân tại Bảo Lộc, Lâm Đồng sản xuất bột trà xanh Bảo Lộc với tên sản phẩm Bột chè xanh matcha Bảo Lộc quy trình công nghệ như sau [155]:

Hình 1 11 Quy trình công nghệ sản xuất bột trà xanh matcha Bảo Lộc

21

Giống chè được chọn để sản xuất bột trà xanh Bảo Lộc là các giống chè có búp to lá non như: Shan, TB14…Thu hoạch với tiêu chuẩn 1 búp 2 lá Sau đó ch xanh nguyên liệu sẽ được rửa sạch và để ráo nước tối đa trong 2 giờ và chuyển sang công đoạn sấy khô ở nhiệt

độ cao Quá trình này hoàn toàn bằng kinh nghiệm lâu năm của những người công nhân Để

có được chất lượng tốt nhất chè phải vừa đủ chín Nếu chín quá sẽ mất đi màu xanh, nếu chưa chín thật sự trà sẽ có vị đắng như nước khổ qua Tiếp theo, trước khi nghiền để bột chè xanh có chất lượng tốt nhất, người công nhân tỉ mỉ nhặt tạp chất và cọng chè Sau đó chè được nghiền mịn trong khoảng thời gian 3 phút Được đóng vào các chai thủy tinh Tuy nhiên với công nghệ sản xuất như trên thì sản phẩm chỉ là bột trà xanh thông thường chứ không phải matcha

Hiện nay ở Việt am chưa có công trình nào nghiên cứu một cách đầy đủ, có hệ thống

về công nghệ sản xuất matcha

1.2 Cơ sở khoa học về sự hình thành các hợp chất hóa học trong nguyên liệu chè

1.2.1 Cơ c ế si tổ ợp L- theanine

Sinh tổng hợp theanine trong cây ch đầu tiên được nghiên cứu vào năm 196 [117], [118] Kể từ đó, có một vài nghiên cứu đã được công bố cho thấy hàm lượng của các axit amin trong lá ch được tăng lên ở rễ và chồi khi phát triển trong điều kiện cường độ ánh sáng giảm [36], [133], [141], [143] Axit amin trong cây ch được tổng hợp từ quá trình chuyển hóa các chất, sử dụng carbon, oxy từ không khí, hydro từ nước và carbohydrate để thực hiện quá trình quang hợp Axit amin tăng như L-theanine, trong điều kiện ánh sáng giảm Con đường sinh tổng hợp L-theanine từ NH3, axit glutamic, alanine và ethylamine trong cây ch được trình bày hình 1.13:

Hình 1 13 Sơ đồ u tr nh sinh tổng hợp L - theanine trong cây chè

Nguồn: [117], [118]

Axit Glutamic

Axit Glutamic

22

Từ NH3 có thể được đồng hóa thành axit glutamic bởi enzyme glutamine synthetase (GS) và glutamine bởi 2 - oxoglutarate aminotransferase (GOGAT) Từ axit glutamic có thể chuyển amin hóa với axit pyruvic để tạo thành alanine khi có sự tham gia của enzym alanine aminotransferaza [78], [86],[119]

Ethylamine tổng hợp từ Alanine bởi emzym alanine decarboxylase (ADC) [133] L - theanine được tổng hợp từ axit glutamic và ethylamine bởi enzym theanine synthetase (TS) [101], [118], [141 ] Ethylamine được tổng hợp từ alanine trong cây chè bởi enzyme alanine decarboxylase (ADC) [133] Cũng như trong các loại thực vật khác, trong cây chè L - theanine là một chất quan trọng trong quá trình chuyển hóa, là một trong số hợp chất nitơ tự

do và các axit amin được tìm thấy trong lá chè và cũng phân ố ở tất cả các phần của cây chè Các tiền chất của L - theanine được thực hiện trong lá, từ đây chúng được vận chuyển đến gốc rễ [81] Hoạt động sinh tổng hợp L - theanine chủ yếu ở trong gốc rễ, sau đó từ gốc

rễ đưa lên lá ch (theo sơ đồ hình 1.14) L - theanine chỉ có trong lá chè mà không được tìm thấy ở bất kỳ cây xanh nào khác [114]

Hình 1 14 Sơ đồ vận chuyển axit amin trong cây chè Nguồn: [81]

Trong chu trình sinh tổng hợp L - theanine, alanine có thể được chuyển đổi sang mine do tác động xúc tác của enzym alaninedecarboxylase và từ đó tạo ra theanine trong cây chè Tuy nhiên, khi gặp ánh nắng chiếu trực tiếp, theanine sẽ chuyển dần thành catechin

ethyla-Sự tổng hợp axit amin ở lá chè

Ammonia Glutamine Glutamate

Apartate Arginine

Glutamine Glutamate

Alanine Ethylamine

L - theanine

Di chuyển tới rễ cây chè

Di chuyển tới búp chè

Sự tổng hợp axit amin ở rễ chè

23

(hình 1.15) Điều đó giải thích tại sao chè xanh sản phẩm được làm từ những cây chè trồng dưới ánh sáng khuếch tán thường có hàm lượng L - theanine cao hơn so với sản phẩm từ cây chè trồng trong điều kiện tự nhiên [96]

Hình 1 15 Quá trình chuyển hóa L - theanine thành catechin trong lá chè

Nguồn: [82], [96]

Từ đó kết luận rằng che bóng vừa phải có thể cải thiện chất lượng và năng suất của chè

Lá ch được trồng trong bóng râm có chứa axit amin cao cụ thể L - theanine cao và tăng cường hương vị êm dịu cho chè [67], [125], [142] nhưng hàm lượng catechin giảm [84]

1.2.2 Cơ c ế si tổ ợp c tec i

Chất lượng và mùi vị đặc trưng của chè là do catechin cùng với caphein và một số axit amin gồm theanine tạo thành Catechin có nhiều dược lý chống oxi hóa, kháng ung thư, các bệnh kháng mạch và chống viêm nhiễm hìn chung, cơ chế tác động của catechin là loại bỏ các gốc tự do trong cơ thể và ức chế một số enzym như cytochrome P45 đây là enzyme tham gia vào quá trình khởi phát ung thư Catechin được tổng hơp thông qua con đường chuyển hóa glucose, bao gồm con đường pentose, shikimate và flavonoid Một số enzyme xúc tác cho phản ứng sinh tổng hợp catechin là glucose - 6 phosphat dehydrogenase và shi-kimate dehydrogenase Tuy nhiên các con đường sinh tổng hợp vẫn chưa được biết nhiều Các nhà khoa học đã cô lập, mô tả đặc tính của nhiều gen liên quan đến sinh tổng hợp cate-chin như: phenylalanine ammonialyase (PAL), chalcone synthase (C S), flavanone 3-hydroxylase (F3H), flavonoid 3p, 5p hydroxylase (F3p5pH), dihydroflavonol reductase (DFR), leuacoanthocyanidin reductase (LAR) [50], [98]

Catechin được tổng hợp thông qua con đường flavonoid (hình 1.16) Trong đó enzyme PAL xúc tác sự khử amin của L - phenyllalanine tạo thành axit cinamic và NH4+ đây là ước đầu tiên trong sinh tổng hợp phenylpropanoid mà cuối cùng là tạo catechin Enzym chalcone synthase (CHS) là enzyme quan trọng trong con đường flavonoid ở thực vật, xúc tác các phản ứng tạo chalcone [110] Chalcone isomerase (C I) xúc tác các đồng phân của chal-

Hàm lượng theanine tăng lên ở rễ cây và chuyển thành catechin khi có ánh nắng mặt trời

24

cone để tạo flavanone [104] Chất này sau đó sẽ chuyển đổi thành đồng vị dihydroflavonol nhờ flavanone 3 - hydroxylase (F3H), flavonoid 3’ - hydroxylase (F3’H), flavonoid 3’5’ - hydroxylase (F3’5’H) Dihydroflavonol tiếp đó chuyển đổi thành leucoanthocyanidin nhờ dihydroflavonol 4 - reductase (DFR) Từ đây sự chuyển hóa chia thành từng nhánh: leuco-anthocyanidin 4 - reductase (LAR) xúc tác leucoanthocyanidin để sản xuất GC, C và một phần leucoanthocyanidin được chuyển đổi thành EGC và EC bởi hoạt tính của synthase an-thocyanidin (ANS) và reductase anthocyanidin (ANR) [113], [135]

Hình 1 16 Sơ đồ u tr nh sinh tổng hợp catechin

25

Ánh sáng là một trong những yếu tố môi trường quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự điều hòa sinh trưởng và phát triển ở tất cả các giai đoạn chu kỳ sống của cây trồng [88] Sự trao đổi tổng hợp của chất thường hiển thị một nhịp ngày và đêm Cường độ ánh sáng cao ảnh hưởng đến sự tích lũy các hợp chất có nguồn gốc trong con đường sinh tổng hợp flavonoid [144], [150] Kinh nghiệm trồng chè cho rằng ánh sáng có thể ảnh hưởng đến sự sinh tổng hợp của catechin, dựa trên thực tế rằng khi che bóng cây chè làm giảm vị chát của chè Nghiên cứu về ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng đến sự trao đổi chất thứ cấp trong cây

ch đã được bắt đầu trong giữa thế kỷ XX và chủ yếu chú ý đến nghiên cứu quá trình sinh tổng hợp catechin [77], [83], [115], [128], [152] Trong những năm gần đây, người ta đã chú

ý tới nghiên cứu về cấu trúc và sự tiến hóa gen có liên quan đến quá trình sinh tổng hợp vonoid, các chất chuyển hóa dưới mức tế bào và cấu trúc của enzyme quan trọng [61], [111], [144]

fla-Cơ sở sinh lý học ảnh hưởng của ánh sáng cũng đã được nghiên cứu và thảo luận rằng cường độ ánh sáng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển cũng như sự tổng hợp thành phần các hợp chất hóa học trong cây chè [30], [49] Các nhóm flavonoid có vai trò bảo vệ trong quá trình sinh tổng hợp mô thực vật Flavonoid thường tăng để chống lại những tác động từ ên ngoài như: cường độ tia cực tím quá mạnh (UV) [16], [88], hạn hán [144], chống chọi với nhiệt độ môi trường thấp [91] và nhiễm tác nhân gây bệnh Cơ chế mà ánh sáng bức xạ liên quan quá trình sinh tổng hợp phenylpropanoid đã được chứng minh trong một số loại thực vật [102] Khi che nắng cho cây chè có thể làm giảm hoặc loại bỏ các chất

ức chế quang hợp từ đó cải thiện chất lượng chè Khi cây chè trồng trong bóng râm, chè có hàm lượng axit amin cao nhưng hàm lượng catechin giảm [77], [84], [115] Vị dịu ngọt trong chè là do amino axit đặc biệt là L - theanine, trong khi đó catechin và caphein làm cho chè có vị chát Sản phẩm thứ cấp của theanine có thể là tiền thân cho sự tổng hợp catechin

mà rõ ràng nhất là nhóm N - ethyl [36] Có khả năng nhóm - ethyl đã đi vào chu trình glycolyte và hình thành các malonyl - CoA là tiền thân của catechin [22] Quá trình hình thành theanine phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng, đòi hỏi phải có sự tham gia của ATP như một đồng yếu tố Sự tổng hợp theanine có liên quan chặt chẽ tới việc hình thành gluta-mine trong cây Trong quá trình quang hợp sự hình thành catechin trong lá chè có liên quan mật thiết với L - theanine và chlorophyll [53]

Gần đây, catechin và các thành phần của nó đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu

sự đa dạng của các giống cây chè [69], [106] Catechin được coi là tổng hợp thông qua

26

phenylpropanoid và con đường sinh tổng hợp flavonoid (như hình 1.17) Sự hình thành của dihydroquercetin và dihydromyricetin, đó là tiền chất của catechin dihydroxylated (EC và ECG) và catechin trihydroxylated (EGC và EGCG) [16] Vì vậy, tỷ lệ catechin (dihydrox-ylated: trihydroxylated) [(EC + ECG) :( EGC + EGCG)] và tổng catechin có thể là sử dụng như các chỉ số khi nhân giống chè chất lượng cao ơn nữa, tỷ lệ này cũng cho thấy tổng catechin trong lá ch tăng với thời gian tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và sinh tổng hợp cate-chin phụ thuộc vào môi trường [99] Tuy nhiên, đến nay ít có kết quả điều tra đã được thực hiện trên cơ di truyền và tác động môi trường trên catechin, đặc biệt là những tác động của khí hậu các yếu tố trong quá trình hình thành lá non như nhiệt độ, độ ẩm tương đối của không khí, lượng mưa và thời gian tiếp xúc với ánh sáng mặt trời …vv

Vai trò của catechin được coi là yếu tố bảo vệ thực vật từ tia UV trong ánh sáng mặt trời

và việc sản xuất catechin trong lá chè bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự quang hợp dưới tác động của tia UV [99]

1.2.3 Cơ c ế si tổ ợp c lorop ll

Màu sắc - một trong những yếu tố quan trọng nhất để xác định chất lượng của chè nói chung, matcha nói riêng và chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi điều kiện môi trường như lượng mưa, phân ón và ánh sáng Trong đó ánh sáng là yết tố rất quan trọng, ánh sáng như một nguồn năng lượng quyết định sự tăng trưởng và phát triển của thực vật, quyết định màu sắc thực vật [18], [108], [145] Ánh sáng hấp thụ bởi các lạp lục để sản xuất năng lượng thông qua quang hợp Hệ thống này được điều chỉnh bởi cường độ bức xạ ánh sáng Khi tiếp xúc với ánh sáng, lạp lục chuyển đến các tế ào để điều chỉnh lượng ánh sáng được hấp thụ Khi ánh sáng thấp, lục lạp ở vị trí gần phía trên bề mặt của các tế bào hấp thụ ánh sáng cực đại [20] Kết quả là cây phát triển trong điều kiện ánh sáng thấp, chất diệp lục có nồng độ cao hơn so với những cây phát triển trong ánh sáng đầy đủ Tác giả cũng nhận thấy rằng cây chè phát triển trong bóng râm, chất diệp lục tăng và hấp thụ ánh sáng trong lục lạp để tối đa hóa ánh sáng hấp thụ [89] Chất diệp lục tăng cao làm tăng giá trị màu xanh của lá chè và kết quả cho thấy nước chè trích ly từ lá cây chè phát triển trong óng râm có cường độ màu xanh lá cây cao hơn so với dịch chiết từ lá của cây chè không che bóng Con đường sinh

tổng hợp chlorophyll có 4 giai đoạn (hình 1.17)

28

trung gian trong đó axit glutamic được gắn vào một phân tử ARN vận chuyển Hai phân tử ALA sau đó ngưng tụ để tạo thành porphobilinogen (PBG), mà cuối cùng tạo thành các vòng pyrole trong chất diệp lục [69] Giai đoạn tiếp theo là lắp ráp một cấu trúc porphyrin từ bốn phân tử của PBG Giai đoạn này bao gồm sáu ước enzyme riêng biệt, kết thúc với sản phẩm là protoporphyrin IX Tất cả các ước sinh tổng hợp đến thời điểm này là như nhau cho sự tổng hợp của cả hai chất diệp lục và heme hưng ở đây các nhánh con đường và hình thành các phân tử phụ thuộc vào kim loại được đưa vào trung tâm của porphyrin Nếu magiê được chèn vào bởi một enzym gọi là magiê chelatase, nếu sắt được đưa vào cuối cùng trở thành heme Giai đoạn tiếp theo của quá trình sinh tổng hợp chất diệp lục là sự hình thành của vòng thứ năm (vòng E), tạo vòng của một trong những chuỗi bên axit propionic

để tạo protochlorophyllide Con đường liên quan đến việc giảm một trong những liên kết đôi trong vòng D, sử dụng ADP uá trình này được điều khiển bởi ánh sáng và được thực hiện bởi một enzyme gọi là protochlorophyllide oxidoreductase (POR) Giai đoạn cuối cùng trong con đường sinh tổng hợp chất diệp lục là sự ràng buộc phytol, được xúc tác bởi en-zyme là synthetase để tạo chlorophyll [97], [130]

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy một số hợp chất hóa học trong chè

1.3.1 Ánh sáng

Ánh sáng có vai trò quan trọng đối với các cơ thể sống, là một trong những yếu tố quan trọng nhất của môi trường ảnh hưởng đến quá trình điều hòa sinh trưởng và phát triển của cây trồng [30], [49] Cây chè là cây trung tính, kể từ lúc còn nhỏ và phát triển sau này nó hoàn toàn ưa sáng Dưới óng râm, lá ch xanh đậm, lóng dài, búp non và mềm mại được duy trì trong thời gian dài, hàm lượng nước cao nhưng úp thưa nh sáng tán xạ ở vùng núi cao có tác dụng tốt đến phẩm chất ch hơn ánh sáng trực xạ, lá chè có mầu xanh hơn so với

lá của cây chè phát triển trong điều kiện thường và kết quả nồng độ axit amin tổng số cao [138] Có sự khác biệt về nồng độ axit amin giữa ánh sáng mặt trời mạnh tự nhiên và có xử

lý che bóng, nồng độ axit amin tổng số của lá chè phát triển trong ánh sáng mặt trời tự nhiên giảm 44,3%, so với lá ch được che chắn [117]

Theo tác giả Lan-Sook Lee và cộng sự đã nghiên cứu cây chè trong quá trình sinh trưởng và phát triển thường chịu ảnh hưởng điều kiện môi trường không khí Tác giả cho rằng khi phát triển tại cùng vị trí thì cây ch được che bóng sẽ cho chất lượng cao hơn, khi uống có vị thơm dịu hơn so với không che bóng [85] và có thể sử dụng làm nguyên liệu để chế biến matcha Phân tích thành phần các chất trong dịch chiết từ lá chè theo thời gian che