nghiên cứu quy trình sản xuất trà hòa tan từ cây khôi trắng sanchezia nobilis hook f

LỜI CẢM ƠN Đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất trà hòa tan từ cây khôi trắng Sanchezia nobilis Hook.f” là nội dung mà em đã nghiên cứu và làm luận văn tốt nghiệp sau thời gian theo học

ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Lá cây khôi trắng

Lá cây khôi trắng được thu hái vào tháng 02/2023 tại xã Hóa Trung, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên

Hình 3.1 Cây khôi trắng tại xã Hóa Trung, huyện Đồng Hỷ

- Nguyên liệu bổ sung: Cỏ ngọt, đường glucose, cam thảo đất

Phạm vi nghiên cứu: Chế biến trà hòa tan ở phạm vi phòng thí nghiệm Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm.

Hóa chất và thiết bị nghiên cứu

+ Bộ cô quay chân không

Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Phân tích thành phần nguyên liệu lá cây khôi trắng ban đầu

Nội dung 2: Nghiên cứu đơn nhân tố quy trình trích ly tanin tổng số từ lá cây khôi trắng

Nội dung 3: Tối ưu quá trình tách chiết tanin tổng số từ lá cây khôi trắng Nội dung 4: Nghiên cứu tỷ lệ phối trộn và hoàn thiện quy trình sản xuất trà hòa tan từ dịch chiết tanin tổng số từ lá cây khôi trắng

Nội dung 5: Đánh giá chất lượng sản phẩm trà hòa tan thành phẩm

Nội dung 6: Tính toán sơ bộ giá thành sản phẩm

Phương pháp nghiên cứu

3.4.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Phân tích thành phần nguyên liệu ban đầu

Cân 5g nguyên liệu đưa đi phân tích đánh giá các chỉ tiêu sau: Độ ẩm, tro, tanin tổng số Thí nghiệm được lập lại 3 lần

Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu

26 Để nghiên cứu quy trình trích ly, tiến hành thay đổi kích thước nguyên liệu Kích thước nguyên liệu lần lượt được thử nghiệm là 1cm; 1,5 cm; 2 cm, với các thông số được cố định bao gồm: tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi là 1/15 (g/ml), thời gian trích ly 1 giờ 30 phút, nhiệt độ 70 0 C, ethanol 60%

Bảng 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu

CT Kích thước nguyên liệu (cm)

Dựa vào hàm lượng tanin tổng số thu được để lựa chọn kích thước nguyên liệu phù hợp nhất

Thí nghiệm 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung môi Để xác định nồng độ dung môi chúng tôi tiến hành thí nghiệm với các nồng độ ethanol 40,50, 60, 70% Tiến hành thí nghiệm theo quy trình dự kiến với các thông số cố định như sau: kích thước nguyên liệu tối ưu ở thí nghiệm 2, tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi là 1/15 (g/ml), thời gian trích ly 1 giờ 30 phút, nhiệt độ

Bảng 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung môi

CT Nồng độ dung môi (%)

Dựa vào hàm lượng tanin tổng số thu được để lựa chọn nồng độ dung môi phù hợp nhất

Thí nghiệm 4: Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi

Tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi được thử nghiệm lần lượt là 1/5, 1/10, 1/15, 1/20 (g/mL), với các thông số được cố định như sau: kích thước nguyên liệu tối ưu

27 ở thí nghiệm 2, nồng độ dung môi tối ưu hóa ở thí nghiệm 3, thời gian trích ly 1 giờ 30 phút, nhiệt độ 70 0 C

Bảng 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi

CT Nguyên liệu: dung môi (g/mL)

Dựa vào hàm lượng tanin tổng số thu được để lựa chọn tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi phù hợp nhất

Thí nghiệm 5: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly Để xác định nhiệt độ trích ly tanin tổng số từ lá khôi trắng thích hợp, tiến hành trích ly ở các nhiệt độ khác nhau và cố định các thông số đã được xác định ở các thí nghiệm trên Nhiệt độ khảo sát khác nhau lần lượt là: 50℃, 60℃, 70℃, 80℃

Bảng 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly

CT Nhiệt độ trích ly ( 0 C)

Dựa vào hàm lượng tanin tổng số thu được để lựa chọn nhiệt độ trích ly phù hợp nhất

Thí nghiệm 6: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian trích ly Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian trích ly, tiến hành trích ly ở các mốc thời gian khác nhau và cố định các thông số đã được xác định ở các thí nghiệm trên

Bảng 3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian trích ly

CT Thời gian trích ly (phút)

Dựa vào hàm lượng tanin tổng số thu được để lựa chọn thời gian trích ly phù hợp nhất

Thí nghiệm 7: Tối ưu hóa điều kiện chiết khôi trắng

Chọn 3 yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới hàm lượng tanin trong dịch chiết khôi trắng thu được là A,B,C và để đánh giá được khả năng tương tác ảnh hưởng của chúng, tôi lựa chọn phương pháp thiết kế thí nghiệm của Box – Behnken với 3 cấp độ, 3 yếu tố

Bảng 3.6 Bảng mã hóa các điều kiện tối ưu

Biến chữ Yếu tố Đơn vị Mức -1 Mức +1

Lập ma trận Box - Behnken: gồm 3 mức: mức 0 [mức trung bình], -1[mức thấp nhất] và +1 [mức cao nhất] thực nghiệm 17 thí nghiệm kết hợp với các yếu tố trong đó 5 thí nghiệm lặp lại ở tâm [các yếu tố đều ở mức 0] [bảng 3.7]

Bảng 3.7 Ma trận thực nghiệm Box- Behnken ba yếu tố và hàm lượng tanin của cao khôi trắng

Thí nghiệm Biến mã hóa

Dựa vào kết quả thí nghiệm, lựa chọn được điều kiện tối ưu sao cho cao có hàm lượng tanin là cao nhất

Thí nghiệm 8: Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn trà hòa tan Để nghiên cứu tỉ lệ phối trộn trà hòa tan, ta tiến hành phối trộn thêm glucose và cao cỏ ngọt, cao cam thảo đất vào để có được sản phẩm thích hợp nhất

Bảng 3.8 Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn trà hòa tan

CT Cao dịch khôi trắng (mL)

Tiến hành đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm trà thu được để chọn lựa công thức phối trộn thích hợp nhất

Thí nghiệm 9: Nghiên cứu chế độ sấy

Sau khi phối trộn trà hòa tan xong, bán sản phẩm được đem đi sấy đến độ ẩm nhất định của sản phẩm, ta tiến hành thay đổi nhiệt độ sấy là 50 °C, 60 °C, 70 °C

Bảng 3.9 Nghiên cứu chế độ sấy

3.4.2 Phương pháp phân tích hóa học

3.4.2.1 Phương pháp xác định độ ẩm

Sử dụng phương pháp sấy khô để đưa ra kết quả gần đúng nhất độ ẩm trong nguyên liệu Tại nhiệt độ cao, các chất hữu cơ trong nguyên liệu sẽ bị bay hơi cùng nước và phân hủy và khi đó trong nguyên liệu sẽ còn lại một khối lượng nhỏ nước liên kết chưa bay hơi Để hạn chế sai số người ta chỉ sấy ở 100 – 105 0 C và kéo dài 3 – 4 giờ [6]

Cân chén sứ trước để biết khối lượng sau đó cân tiếp 10g lá khôi trắng cho vào chén, tiếp theo chúng ta đặt chén có chứa mẫu vào tủ sấy ở nhiệt độ 105°C Sấy

31 trong khoảng thời gian 4-5 giờ, lấy các chén có chứa mẫu đặt vào bình hút ẩm để làm nguội Sau đó đem cân và ghi lại kết quả Sấy và đem làm nguội và cân lại lần 2 Nếu sai số giữa hai lần không quá 0,001 gam thì xem như quá trình tách nước kết thúc

Tính kết quả: Độ ẩm theo % (W) tính bằng công thức:

W: Độ ẩm (%) m1: Khối lượng mẫu và chén sứ trước khi sấy (g) m2: Khối lượng mẫu và chén sứ sau khi sấy (g) mo: Khối lượng của chén sứ (g)

3.4.2.2 Phương pháp xác định thành phần tro tổng số

Dùng nhiệt (550-600°C) để đốt cháy hoàn toàn chất hữu cơ Phần còn lại được cân và tính phần trăm tro trong thực phẩm [6]

Nung chén sứ đã rửa sạch ở lò nung 550 - 600 ° C đến trọng lượng không đổi Để nguội ở bình hút ẩm và cân ở cân phân tích chính xác đến 0,0001g

Cho vào chén sứ khoảng 5g lá khôi Cân tất cả ở cân phân tích với độ chính xác như trên Cho tất cả vào lò nung và nâng nhiệt độ từ từ cho đến 550 - 600 ° C Nung cho đến tro trắng, nghĩa là đã loại hết các chất hữu cơ, thường khoảng 6 - 7 giờ Trường hợp còn tro đen, lấy ra để nguội, cho thêm vài giọt H2O2 hoặc HNO3 đậm đặc và nung lại đến tro trắng Để nguội trong bình hút ẩm và cân đến độ chính xác như trên Tiếp tục nung thêm ở nhiệt độ trên trong 30 phút rồi để nguội trong bình hút ẩm và cân cho đến trọng lượng không đổi

Hàm lượng tro theo % được tính theo công thức

Trong đó: G: Trọng lượng chén (g)

G1: Trọng lượng chén và mẫu trước khi nung (g)

G2: Trọng lượng chén và mẫu sau khi nung (g)

3.4.2.3 Định lượng hàm lượng tannin bằng phương pháp Lowenthal

Nguyên tắc phương pháp: Trong môi trường axit, tanin bị oxy hóa bởi permanganat kali với chỉ thị màu là indigocamic Trước tiên, xác định lượng KMnO4 tiêu hao để oxy hóa tất cả các chất trong dung dịch Tiếp theo, xác định lượng KMnO4 tiêu hao để oxy hóa các chất còn lại trong dung dịch sau khi đã dùng than hoạt tính để hấp thụ hết tanin Từ hiệu số KMnO4 giữa 2 lần xác định, tính được hàm lượng tanin có trong mẫu phân tích [6]

- Dung dịch indigocarmin: hòa tan 6g indigocarmin vào 1 lít dung dịch axit sulfuric 50g/L

- Lấy 10mL dịch lá khôi cho vào cốc 1000 mL, cho 25 mL dung dịch indigocarmin và 750 ml nước cất Dùng dung dịch KMnO4 0,1N để chuẩn, cho từ từ đồng thời khuấy đều cho tới khi màu chuyển từ màu xanh lơ Tiếp tục cho từng giọt dung dịch KMnO4 0,1N cho tới khi màu chuyển từ màu xanh lơ sang xanh lá mạ và cuối cùng là màu vàng Lượng ml KMnO4 0,1N dùng để chuẩn là n1 (mL)

- Kiểm tra nồng độ KMnO4 bằng cách thay thế lượng dịch lá khôi đưa vào bằng 10mL dung dịch C2H2O4 0,1N chuẩn và thực hiện giống như trên

- Lấy 10mL dịch lá khôi và 5g than hoạt tính, đun cách thủy khoảng 10-15 phút rồi lọc Dịch lọc thu vào cốc 1000mL, rửa bã than nhiều lần bằng nước cất ở

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Kết quả nghiên cứu đơn nhân tố quy trình trích ly tanin tổng số từ lá khôi trắng

Bảng 4.1 Kết quả xác định thành phần hóa học trong nguyên liệu

4.2 Kết quả nghiên cứu đơn nhân tố quy trình trích ly tanin tổng số từ lá khôi trắng

4.2.1 Kết quả ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu

Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hàm lượng tanin tổng số được trình bày ở bảng 4.2

Bảng 4.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hàm lượng tanin tổng số

Công thức Kích thước nguyên liệu (cm) Hàm lượng tanin tổng số (%)

Ghi chú: Các chữ trong cùng một cột biểu thị sự sai khác có ý nghĩa thống kê ở mức α =

Thông qua bảng 4.2 cho thấy chiết ở các kích thước khác nhau thu được hàm lượng tanin tổng số khác nhau Kích thước dùng để chiết xuất từ 1-2 cm Tanin tổng số cao nhất thu được ở kích thước 1,5 cm tương đương với hàm lượng tanin tổng số

0,649% Ở nghiên cứu này chúng tôi sử dụng kích thước 1,5 cm để sử dụng cho nghiên cứu tiếp theo

4.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi

Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến hàm lượng tanin tổng số được trình bày ở bảng 4.3

Bảng 4.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chiết đến hàm lượng tanin

Công thức Nồng độ dung môi ethanol (%) Hàm lượng tanin tổng số

Ghi chú: Các chữ trong cùng một cột biểu thị sự sai khác có ý nghĩa thống kê ở mức α =

Qua bảng 4.3 trên ta thấy chiết ở nồng độ ethanol khác nhau sẽ thu được hàm lượng tanin tổng số khác nhau Nồng độ ethanol dùng để chiết xuất từ 40 - 70% và hàm lượng tanin tổng số thu được đạt cao nhất với nồng độ ethanol 60% tương ứng hàm lượng tanin 0,729% Kết quả này cũng tương đồng với nghiên cứu Trần Thị Ngọc Linh và cộng sự khi nghiên cứu chiết tách tanin tổng số từ quả điều sử dụng ethanol và nồng độ cho hàm lượng tanin tổng số cao nhất cũng là 60% [7] Vì vậy, nồng độ ethanol thích hợp để thực hiện quá trình chiết tanin trong lá khôi trắng là 60%, kết quả này được sử dụng cho thí nghiệm tiếp theo

4.2.3 Ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi

Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi đến hàm lượng tanin tổng số được trình bày ở bảng 4.4

Bảng 4.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu trên dung môi đến hàm lượng tanin

Công thức Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi [g/mL] Hàm lượng tanin

Ghi chú: Các chữ trong cùng một cột biểu thị sự sai khác có ý nghĩa thống kê ở mức α = 0,05

Kết quả cho thấy tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi khác nhau ảnh hưởng tới hàm lượng tanin thu được, nhìn chung khi tăng dần tỉ lệ dung môi thì hàm lượng tanin tổng số thu được tăng Tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi được sử dụng cho tách chiết lần lượt là 1/5, 1/10, 1/15, 1/20 (g/mL) Tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi 1/15, 1/20 (g/mL) cho hàm lượng tanin tổng số cao hơn và không có sự khác biệt về ý nghĩa thống kê ở mức a = 0,05 giữa hai công thức thí nghiệm này,vì vậy tỉ lệ 1/15 (g/mL) được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo

4.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly Để xác định nhiệt độ chiết tanin tổng số từ lá khôi thích hợp, tiến hành chiết nguyên liệu ở các nhiệt độ khác nhau và cố định các thông số đã được xác định ở các thí nghiệm trên Nhiệt độ khảo sát khác nhau lần lượt là: 50℃, 60℃, 70℃ và 80℃ Kết quả được tổng hợp ở bảng 4.5:

Bảng 4.5 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hàm lượng tanin

CT Nhiệt độ trích ly (℃) Hàm lượng tanin (%)

Ghi chú: Các chữ trong cùng một cột biểu thị sự sai khác có ý nghĩa thống kê ở mức α = 0,05

Khi tăng dần nhiệt độ chiết từ 50 - 70℃ cũng làm hàm lượng tanin tổng số tăng theo và đạt mức cao nhất ở 70℃ Khi tiếp tục tăng nhiệt độ chiết lên 80℃ hàm lượng tanin tổng số thu được có xu hướng giảm Nghiên cứu Trần Thị Ngọc Linh và cộng sự nghiên cứu chiết tách tanin từ quả điều giả sử dụng nhiệt độ 65◦C [7] Châu Thị Diễm chiết suất tanin tổng số từ vỏ cây keo lại sử dụng nhiệt độ 80◦C [8] cũng cho kết quả tương tự Sự khác nhau về nhiệt độ chiết xuất tanin do nguồn vật liệu khác nhau Trong nghiên cứu này, nhiệt độ chiết 70°C được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo

4.2.5 Ảnh hưởng của thời gian trích ly Để xác định nhiệt độ chiết tanin tổng số từ lá khôi thích hợp, tiến hành chiết nguyên liệu ở các mốc thời gian khác nhau và cố định các thông số đã được tối ưu ở các thí nghiệm trên Thời gian khảo sát khác nhau lần lượt là: 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút Kết quả thu được ở bảng 4.6:

Bảng 4.6 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng thời gian trích ly đến hàm lượng tanin

Công thức Thời gian chiết (phút) Hàm lượng tanin (%)

Ghi chú: Các chữ trong cùng một cột biểu thị sự sai khác có ý nghĩa thống kê ở mức α =

Qua bảng 4.6 cho thấy hàm lượng tanin tổng số tăng khi thời gian chiết tăng từ 30 - 90 phút, hàm lượng tanin tổng số cao nhất ở thời gian chiết 90 phút (1,069%) Tuy nhiên sau 90 phút, hàm lượng tanin tổng số lại giảm dần, kết quả này có thể được giải thích khi thời gian chiết trên 90 phút lượng tanin phân hủy lớn hơn tanin chiết xuất ra Nghiên cứu Châu Thị Diễm chiết suất tanin tổng số từ vỏ cây keo lai sử dụng thời gian 50 phút [8] cũng cho kết quả tương tự Nghiên cứu này lấy thời gian 90 phút làm thời gian trích ly

Tối ưu hóa quy trình tách chiết tanin tổng số từ lá cây khôi trắng

Trên cơ sở khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện chiết tách, chúng tôi nhận thấy nồng độ dung môi, thời gian chiết, nhiệt độ chiết là những yếu tố ảnh hưởng mạnh đến quá trình chiết tách Chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt chỉ tiêu theo thiết kế thí nghiệm của Box- Behnken với ba biến ba cấp độ

Các số liệu thu được từ dịch chiết khôi trắng được xử lý trên phần mềm Design- Expert 7.0 [Stat-Ease Inc, Minneapolis, USA] ANOVA được dùng để đánh giá cao thu được

Bảng 4.7 Ma trận thực nghiệm Box-Behnken ba yếu tố nồng độ dung môi, nhiệt độ, thời gian chiết tới hàm lượng tanin tổng số

Biến thực Hàm lượng Tannin tổng số

17 60 70 90 1,083 Áp dụng phương pháp phân tích hồi quy các số liệu thực nghiệm, thu được mô hình đa thức bậc hai thể hiện hàm lượng tanin tổng số:

Trong đó Y là hàm lượng Tanin tổng số trong dịch chiết thu được, các giá trị

A, B, C lần lượt là các giá trị của các yếu tố dung môi, nhiệt độ, thời gian

Phân tích ANOVA được sử dụng để đánh giá mô hình Kết quả phân tích ANOVA được thể hiện qua bảng 4.8

Bảng 4.8 Phân tích phương sai ANOVA của mô hình chiết xuất cây khôi trắng

Thông số SS DF MS Chuẩn F Giá trị P

SS : Tổng phương sai; DF :Bậc tự do; MS : Trung bình phương sai; Chuẩn F :

Chuẩn Fisher; Residual : Phần dư; “ Lack of Fit ”: Chuẩn đánh giá độ không tương thích của mô hình với thực nghiệm

Kiểm tra sự có ý nghĩa và sự tương thích của mô hình được tiến hành bằng phân tích bảng Từ kết quả phân tích ANOVA ta thấy giá trị xác suất của mô hình P-value