TẬN DỤNG PHẾ LIỆU CÔNG NGHIỆP CÓ NGUỒN GỐC TỪ THỰC VẬT ĐỂ THU NHẬN MỘT SỐ SẢN PHẨM CÓ GIÁ TRỊ

TẬN DỤNG PHẾ LIỆU CÔNG NGHIỆP CÓ NGUỒN GỐC TỪ THỰC VẬT ĐỂ THU NHẬN MỘT SỐ SẢN PHẨM CÓ GIÁ TRỊ

-***** -

TRẦN THỊ NGỌC CHÂU

TẬN DỤNG PHẾ LIỆU CÔNG NGHIỆP CÓ NGUỒN GỐC TỪ THỰC VẬT ĐỂ THU NHẬN

MỘT SỐ SẢN PHẨM CÓ GIÁ TRỊ

Chuyên ngành: Hoá sinh

Mã số: 60.42.30

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS ĐỒNG THỊ THANH THU

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2010

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân tôi đã nhận được sự chia sẻ, động viên của gia đình, thầy cô và bạn bè

Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đồng Thị Thanh Thu, Cô đã cho tôi ý tưởng, động lực và luôn quan tâm tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn các Thầy Cô trong Bộ môn Sinh hóa Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đặc biệt là cô PGS.TS Phạm Thị Ánh Hồng Thầy Cô luôn động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian làm luận văn

Tôi xin cám ơn ThS Trần Quốc Tuấn đã luôn động viên, hỗ trợ nhiệt tình, cung cấp tài liệu và đóng góp những ý kiến thật quý báu cho tôi trong giai đoạn làm thí nghiệm cũng như thời gian viết luận văn

Cuối cùng tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, cha mẹ, anh chị

em, đặc biệt là chồng và con tôi đã luôn bên cạnh tôi quan tâm, động viên và là chỗ dựa tinh thần cho tôi

Một lần nữa tôi xin cảm ơn tất cả mọi người, xin gởi lời chào trân trọng nhất

Trang Trang phụ bìa

Lời cảm ơn

Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các bảng biểu

Danh mục biểu đồ– đồ thị –hình

LỜI MỞ ĐẦU

PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 01

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC LOẠI PHẾ LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỪ THỰC VẬT 01

1.1.1 Mục đích và các phương pháp tận dụng phế liệu công nghiệp có nguồn gốc từ thực vật 01

1.1.2 Phân loại các phế liệu công nghiệp có nguồn gốc từ thực vật 02

1.2 NGUYÊN TẮC LY TRÍCH HỢP CHẤT TỪ THỰC VẬT… 03

1.2.1 Dung môi ly trích 03

1.2.2 Phương pháp ly trích 04

1.3 CHLOROPHYLL 04

1.3.1 Các sắc tố tự nhiên 04

1.3.1.1 Chorophyll 05

1.3.1.2 Carotenoid và xanthophyll 05

1.3.1.3 Flavonoid 07

1.3.1.4 Các sắc tố tạo thành các phản ứng hoá nâu 08

1.3.1.5 Các sắc tố khác 08

1.3.2 Cấu trúc và đặc tính của chlorophyll 09

1.3.2.1 Cấu trúc chlorophyll 09

1.3.2.2 Tính chất vật lý của chlorophyll 10

1.3.2.3 Tính chất hoá học của chlorophyll 11

1.3.2.4 Tính quang hoá của chlorophyll 12

1.3.2.7 Ứng dụng của chlorophyll 16

1.3.3 Cơ sở lý thuyết về màu sắc và phương pháp so màu 16

1.4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHÈ 18

1.4.1 Sinh thái học của chè 18

1.4.2 Thành phần hoá học của chè 21

1.4.3 Hợp chất polyphenol trong chè 22

1.4.3.1 Tính chất lý hóa của catechin 23

1.4.3.2 Biến đổi sinh học của hợp chất nhóm catechin trong lá chè và qui trình sản xuất sản phẩm chè truyền thống 25

1.4.3.3 Hoạt tính kháng oxy hoá của nhóm catechin 27

1.4.3.4 Ứng dụng khả năng kháng oxy hoá của các chất trích ly từ chè 29

1.4.3.5 Tình hình nghiên cứu và sản xuất catechin trong và ngoài nước 30

1.4.4 Caffeine trong chè 31

1.4.4.1 Tính chất lý hoá của caffeine 32

1.4.4.2 Ứng dụng của caffein 32

PHẦN 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 34

2.1 VẬT LIỆU 34

2.1.1 Nguyên liệu để thu nhận Chlorophyll 34

2.1.1.1 Chồi Dứa 34

2.1.1.2 Vỏ lá Nha Đam 34

2.1.1.3 Rau Dền xanh và rau Ngót 34

2.1.2 Nguyên liệu để thu nhận polyphenol và caffeine là vụn chè 34

2.2 PHƯƠNG PHÁP 35

2.2.1 Phương pháp tách chiết dung dịch chlorophyll 35

2.2.1.1 Xác định phổ hấp thu ánh sáng của chlorophyll 35

2.2.1.2 Xác định hàm lượng chlorophyll trong nguyên liệu 35

2.2.2 Thu nhận chế phẩm chlorophyll từ chồi dứa, vỏ nha

đam, rau dền, rau ngót 36

2.2.2.1.Khảo sát lượng NaOH tối ưu cho quá trình tách chiết chlorophyll 36

2.2.2.2.Khảo sát thời gian tối ưu cho quá trình tách chiết chlorophyll 36

2.2.2.3.Khảo sát tỉ lệ thể tích nước với nguyên liệu tối ưu cho quá trình tách chiết chlorophyll 37

2.2.2.4.Thu nhận chế phẩm chlorophyll từ nguyên liệu 37

2.2.2.5.Xác định hiệu suất thu chế phẩm chlorophyll so với lượng nguyên liệu tươi 37

2.2.2.6.Xác định một số chỉ tiêu của chế phẩm chlorophyll 38

Xác định độ ẩm của chế phẩm chlorophyll 38

Xác định hàm lượng chlorophyll trong chế phẩm 39

Xác định hiệu suất thu nhận chlorophyll trong chế phẩm so với hàm lượng chlorophyll trong nguyên liệu 39

Xác định độ bền nhiệt của chế phẩm chlorophyll 39

2.2.2.7.Khảo sát sự thay thế Cu vào nhân Mg của chlorophyll 40

2.2.3 Một số ứng dụng của chế phẩm chlorophyll 41

2.2.3.1 Nhuộm màu rau câu 41

2.2.3.2 Nhuộm màu kem sữa tươi 42

2.2.3.3 Nhuộm màu kem đánh răng PS 42

2.2.4 Phương pháp trong chiết xuất polyphenol từ chè xanh 42 2.2.4.1 Phương pháp chiết xuất polyphenol từ nguyên liệu chè xanh 42

2.2.4.2.Định lượng polyphenol bằng Phương pháp Prussian Blue 42

2.2.4.4.Khảo sát sự sử dụng các loại dung môi khác

nhau trong các lần ly trích của quá trình chiết

polyphenol 44

2.2.4.5.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến quá trình tách chiết polyphenol 45

2.2.4.6.Khảo sát ảnh hưởng thời gian ly trích đến quá trình tách chiết polyphenol 45

2.2.4.7.Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu và dung môi đến quá trình tách chiết polyphenol 45

2.2.4.8.Phương pháp thu chế phẩm bột polyphenol thô 45

2.2.4.9.Phương pháp tinh chế polyphenol 46

2.2.4.10.Xác định hiệu suất thu chế phẩm polyphenol thô và chế phẩm polyphenol tinh khiết so với trọng lượng nguyên liệu khô 46

2.2.4.11.Xác định hàm lượng polyphenol trong chế phẩm bột polyphenol 47

2.2.4.12.Xác định hiệu suất thu nhận polyphenol tổng của sản phẩm so với polyphenol tổng trong nguyên liệu 47

2.2.5 Phương pháp trong chiết xuất caffein từ chè xanh 48

2.2.5.1 Phương pháp chiết xuất caffeine từ nguyên liệu chè xanh 48

2.2.5.2 Xác định hiệu suất thu caffeine so với trọng lượng nguyên liệu khô 49

2.2.5.3 Xác định hàm lượng caffeine trong sản phẩm caffeine 49

2.2.5.4 Xác định hiệu suất thu nhận caffeine so với lượng caffeine trong nguyên liệu 50

PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 51

3.1 THU NHẬN CHLOROPHYLL 51

3.1.1 Khảo sát phổ hấp thu ánh sáng của chlorophyll 51

3.1.1.2 Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch

chlorophyll trích ly từ vỏ lá Nha Đam 52 3.1.1.3 Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch

chlorophyll trích ly từ lá rau Dền 53 3.1.1.4 Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch

chlorophyll trích ly từ lá rau Ngót 54 3.1.2 Xác định hàm lượng chlorophyll trong các nguyên liệu 55 3.1.3 Khảo sát lượng NaOH phù hợp cho quá trình tách chiết

chlorophyll 55 3.1.3.1 Ảnh hưởng của lượng NaOH đến quá trình tách

chiết chlorophyll từ chồi Dứa 55 3.1.3.2 Ảnh hưởng của lượng NaOH đến quá trình tách

chiết chlorophyll từ vỏ Nha Đam 56 3.1.3.3 Ảnh hưởng của lượng NaOH đến quá trình tách

chiết chlorophyll từ rau Dền 57 3.1.3.4 Ảnh hưởng của lượng NaOH đến quá trình tách

chiết chlorophyll từ rau Ngót 58 3.1.4 Khảo sát thời gian tách chiết chlorophyll phù hợp 59 3.1.4.1 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình

tách chiết chlorophyll từ lá chồi Dứa 59 3.1.4.2 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình

tách chiết chlorophyll từ vỏ Nha Đam 60 3.1.4.3 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình

tách chiết chlorophyll từ rau Dền 61 3.1.4.4 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình

tách chiết chlorophyll từ rau Ngót 62 3.1.5 Khảo sát sự ảnh hưởng tỉ lệ thể tích nước với trọng

lượng nguyên liệu đến quá trình tách chiết

chlorophyll 64 3.1.5.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng NL

đến quá trình tách chiết chlorophyll từ chồi Dứa 64

3.1.5.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng NL

đến quá trình tách chiết chlorophyll từ rau Dền 66

3.1.5.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng NL đến quá trình tách chiết chlorophyll từ rau Ngót 67

3.1.6 Hiệu suất thu nhận bột chlorophyll từ các nguồn nguyên liệu tươi 67

3.1.7 Một số chỉ tiêu của sản phẩm bột chlorophyll 69

3.1.7.1 Xác định độ ẩm bột chlorophyll 69

3.1.7.2.Xác định hàm lượng chlorophyll trong bột sản phẩm 69

3.1.7.3 Xác định độ bền nhiệt của bột chlorophyll 71

3.1.8 Sự thay thế Cu vào nhân Mg của chlorophyll 71

3.2 THU NHÂN POLYPHENOL 75

3.2.1 Định lượng polyphenol bằng Phương pháp Prussian Blue 75

3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng các loại dung môi khác nhau trong các lần ly trích của quá trình chiết polyphenol 76

3.2.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến quá trình tách chiết polyphenol 77

3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ly trích đến quá trình tách chiết polyphenol 78

3.2.5 Khảo sát tỉ lệ nguyên liệu và dung môi đến sự tách chiết polyphenol 79

3.2.6 Tinh chế polyphenol và xác định hàm lượng polyphenol trong sản phẩm bột polyphenol 80

3.2.7 Xác định hiệu suất thu nhận polyphenol qua quá trình chiết xuất so với polyphenol tổng của nguyên liệu khô 82

3.3 THU NHẬN CAFFEINE 83

3.3.1 Xác định hiệu suất thu nhận sản phẩm caffeine so với khối lượng nguyên liệu khô 83

lượng caffeine trong nguyên liệu 84

PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 85

4.1 KẾT LUẬN 85

4.2 ĐỀ NGHỊ 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHẦN 5: PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

BẢNG Trang

Bảng 1.1 Màu sắc tố hấp thụ và màu sắc cảm nhận được 16

Bảng 1.2 Mối liên quan giữa bước sóng và màu 18

Bảng 1.3 Tình hình sản xuất chè trên thế giới 20

Bảng1.4 Thống kê tình hình xuất khẩu chè của Việt Nam từ

1995-2002 21

Bảng 1.5 Thành phần hoá học của lá chè non 21

Bảng 1.6 Hàm lượng catechin trong từng bộ phận riêng biệt của

búp chè 25

Bảng 1.7 Hàm lượng polyphenol bổ sung vào các sản phẩm 31

Bảng 1.8 Hàm lượng caffeine trong từng bộ phận riêng biệt của

búp chè 31

Bảng 3.1 Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch chlorophyll trích ly

từ chồi Dứa ở các bước sóng khác nhau 51

Bảng 3.2 Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch chlorophyll trích ly

từ vỏ lá Nha Đam ở các bước sóng khác nhau 52

Bảng 3.3 Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch chlorophyll trích ly

từ rau Dền ở các bước sóng khác nhau 53

Bảng 3.4 Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch chlorophyll trích ly

từ rau Ngót ở các bước sóng khác nhau 54

Bảng 3.5 Hàm lượng chlorophyll trong các loại nguyên liệu 55

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của lượng NaOH đến giá trị OD của dung

dịch chlorophyll tách chiết từ chồi Dứa 56

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của lượng NaOH đến giá trị OD của dung

dịch chlorophyll tách chiết từ vỏ Nha Đam 57

dịch chlorophyll tách chiết từ rau Dền 58

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của lượng NaOH đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ rau Ngót 59

Bảng 3.10.Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ chồi Dứa 60

Bảng 3.11.Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ vỏ Nha Đam 61

Bảng 3.12.Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ rau Dền 62

Bảng 3.13.Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ rau Ngót 63

Bảng 3.14.Tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng nguyên liệu ảnh hưởng đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ chồi Dứa 64

Bảng 3.15.Tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng nguyên liệu ảnh hưởng đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ vỏ Nha Đam 65

Bảng 3.16 Tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng nguyên liệu ảnh đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ rau Dền 66

Bảng 3.17.Tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng nguyên liệu ảnh hưởngđến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ rau Ngót 67

Bảng 3.18 Hiệu suất thu nhận bột chlorophyll từ các nguyên liệu tươi khác nhau 68

Bảng 3.19 Độ ẩm của bột chlorophyll sản phẩm 69

Bảng 3.20 Hàm lượng chlorophyll trong bột sản phẩm 69

Bảng 3.21 Độ bền nhiệt của bột chlorophyll 71

Bảng 3.23 Độ bền màu theo thời gian bảo quản của hai sản phẩm

bột chlorophyll có nhân Cu và nhân Mg 72 Bảng 3.24.Dựng phương trình đường chuẩn acid galic 75 Bảng 3.25.Ảnh hưởng của các loại dung môi khác nhau trong các

lần chiết polyphenol. 76 Bảng 3.26.Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến quá trình tách

chiết polyphenol 77 Bảng 3.27.Ảnh hưởng của thời gian ly trích đến quá trình tách

chiết polyphenol 78 Bảng3.28 Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu và dung môi đến sự

tách chiết polyphenol 79 Bảng 3.29 Hàm lượng polyphenol trong sản phẩm bột polyphenol

thô và tinh 81 Bảng 3.30 Hiệu suất thu nhận polyphenol qua quá trình chiết xuất

so với polyphenol tổng trong nguyên liệu khô 82 Bảng 3.31 Hiệu suất thu nhận sản phẩm caffeine so với trọng

lượng nguyên liệu khô 83 Bảng 3.32 Hàm lượng caffeine trong sản phẩm caffeine 83 Bảng 3.32 Hiệu suất thu nhận caffeine so với lượng caffeine

trong nguyên liệu 84

BIỂU ĐỒ Trang

Biểu đồ 3.1 Ảnh hưởng của lượng NaOH đến giá trị OD của dung

dịch chlorophyll tách chiết từ chồi Dứa 56 Biểu đồ 3.2 Ảnh hưởng của lượng NaOH đến giá trị OD của

dung dịch chlorophyll tách chiết từ vỏ Nha Đam 57 Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng của lượng NaOH đến giá trị OD của

dung dịch chlorophyll tách chiết từ rau Dền 58 Biểu đồ 3.4 Ảnh hưởng của lượng NaOH đến giá trị OD của

dung dịch chlorophyll tách chiết từ rau Ngót 59 Biểu đồ 3.5 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị OD của

dung dịch chlorophyll tách chiết từ chồi Dứa 60 Biểu đồ 3.6 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị OD của

dung dịch chlorophyll tách chiết từ vỏ Nha Đam 61 Biểu đồ 3.7 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị OD của

dung dịch chlorophyll tách chiết từ rau Dền 62 Biểu đồ 3.8 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị OD của

dung dịch chlorophyll tách chiết từ lá rau Ngót 63 Biểu đồ 3.9 Tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng nguyên liệu ảnh

hưởng đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ chồi Dứa 64 Biểu đồ 3.10 Tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng nguyên liệu ảnh

đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ vỏ Nha Đam 65 Biểu đồ 3.11 Tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng nguyên liệu ảnh

hưởng đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ rau Dền 66 Biểu đồ 3.12 Tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng nguyên liệu ảnh

hưởng đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ rau Ngót 67

Biểu đồ 3.14 Hàm lượng chlorophyll trong bột sản phẩm từ các

nguyên liệu khác nhau 70 Biểu đồ 3.15 Độ bền màu theo thời gian bảo quản của hai sản

phẩm bột chlorophyll có nhân Cu và nhân Mg được chiết từ Chồi Dứa 73 Biểu đồ 3.16 Độ bền màu theo thời gian bảo quản của hai sản

phẩm bột chlorophyll có nhân Cu và nhân Mg được chiết từ Vỏ Nha Đam 73 Biểu đồ 3.17 Độ bền màu theo thời gian bảo quản của hai sản

phẩm bột chlorophyll có nhân Cu và nhân Mg được chiết từ rau Dền 74 Biểu đồ 3.18 Độ bền màu theo thời gian bảo quản của hai sản

phẩm bột chlorophyll có nhân Cu và nhân Mg được chiết từ rau Ngót 74 Biểu đồ 3.19 Ảnh hưởng của các loại dung môi khác nhau trong

các lần chiết polyphenol 76 Biểu đồ 3.20 Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến sự tách chiết

polyphenol 78 Biểu đồ 3.21 Ảnh hưởng của thời gian ly trích đến quá trình tách

chiết polyphenol 79 Biểu đồ 3.22 Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu và dung môi đến sự

tách chiết polyphenol 80 Biểu đồ 3.23 Hàm lượng polyphenol trong sản phẩm bột

polyphenol thô và tinh 81 Biểu đồ 3.24 Hiệu suất thu nhận polyphenol so với nguyên liệu

khô (%) 82

Đồ thị1.1 Phổ hấp thu của chlorophyll a và b 11

Đồ thị 3.1 Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch chlorophyll trích ly

từ chồi Dứa ở các bước sóng khác nhau 51

Đồ thị 3.2 Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch chlorophyll trích ly

từ vỏ Nha Đam ở các bước sóng khác nhau 52

Đồ thị 3.3 Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch chlorophyll trích ly

từ rau Dền ở các bước sóng khác nhau 53

Đồ thị 3.4 Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch chlorophyll trích ly

từ rau Ngót ở các bước sóng khác nhau 54

Đồ thị 3.5 Phương trình và đường chuẩn acid galic 75

HÌNH Trang

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử chlorophyll 10

Hình 1.2 Cấu tạo phân tử chlorophyll a vàb 10

Hình 1.3 A: Hình lá câychè; B: Hình hoa cây chè; C: Hình trái

gày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng tiến bộ, thúc đẩy mọi ngành sản xuất công-nông-lâm-ngư nghiệp phát triển Thông qua quá trình sản xuất tạo ra sản phẩm, con người đã thải vào môi trường vô số các nguồn chất thải, phế liệu Mỗi loại phế liệu đều có những giá trị sinh học nhất định Do đó việc tận dụng các phế liệu vào các mục đích khác nhau không những mang lại hiệu quả kinh tế lớn, không gây lãng phí mà còn tránh gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sống, giảm mức độ ô nhiễm môi trường, nâng cao chất lượng cuộc sống, đem lại nhiều lợi ích về kinh tế

Ở một xứ nhiệt đới với khí hậu thuận lợi như Việt Nam ta, ngành nông nghiệp giữ một vai trò chính trong nền kinh tế, những mặt hàng sản xuất từ nông nghiệp luôn chiếm vị trí cao trong nước và xuất khẩu Ví thế, nguồn phế liệu có nguồn gốc từ thực vật rất phong phú và đa dạng, chúng ta có nhiều hướng khác nhau để xử lý và tận dụng nguồn phế liệu này, tùy theo mục đích và bản chất của phế liệu Từ nguồn phế liệu có nguồn gốc từ thực vật này chúng ta có thể tạo ra các sản phẩm có giá trị phục vụ cho đời sống con người

Vì vậy, chúng tôi đã chọn đề tài “TẬN DỤNG PHẾ LIỆU CÔNG NGHIỆP CÓ NGUỒN GỐC TỪ THỰC VẬT ĐỂ THU NHẬN MỘT SỐ SẢN PHẨM CÓ GIÁ TRỊ”

Nôi dung của đề tài:

Từ các phế liệu công nghiệp có nguồn gốc từ thực vật, chúng tôi tiến hành các nghiên cứu bao gồm các nội dung như sau:

Thu nhận chlorophyll từ chồi dứa, Thu nhận chlorophyll vỏ nha đam, Thu nhận chlorophyll lá già và dập của rau Dền xanh và rau Ngót Thu nhận polyphenol từ vụn chè xanh

Thu nhận caffeine từ vụn chè xanh

N

Phần 1: Tổng quan

PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC LOẠI PHẾ LIỆU CÔNG NGHIỆP CÓ NGUỒN GỐC TỪ THỰC VẬT.

1.1.1 Mục đích và các phương pháp tận dụng phế liệu công nghiệp có nguồn

gốc từ thực vật [6][25][27]

Hiện nay, công nghiệp thực phẩm nước ta phát triển mạnh mẽ, bên cạnh những sản phẩm chính còn thu được một lượng khổng lồ các phế liệu với thành phần hóa học rất đa dạng Mỗi loại phế liệu đều có những giá trị sinh học nhất định Do đó việc tận dụng các phế liệu thực phẩm vào các mục đích khác nhau không những mang lại hiệu quả kinh tế lớn, không gây lãng phí mà còn tránh gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sống, giảm mức độ ô nhiễm môi trường

Tùy theo mỗi nhóm phế liệu mà chúng ta có những biện pháp xử lý và tận dụng khác nhau cho phù hợp, có tính khoa học và triệt để Chúng ta có thể khái quát các phương pháp chung như sau:

Sử dụng ngay phế liệu mà không qua các quá trình phân giải

Ví dụ: sử dụng mạt cưa để trồng nấm…

Sử dụng phế liệu thông qua phân giải bằng phương pháp hóa học hay sinh học

• Phương pháp hóa học: Thường sử dụng acid, kiềm, ở điều kiện nhiệt độ

cao, hay các hóa chất khác…

• Phương pháp sinh học: Sử dụng các enzym của hệ VSV để thủy phân các chất trong phế liẹâu Trong phương pháp sinh học này chia làm 2 hướng:

- Sử dụng phế liệu làm môi trường nuôi cấy VSV tạo sinh khối (thu những chất có giá trị trong sinh khối) Ví dụ: Tạo protein từ nấm men, thu nhận acid amin trên nguyên liệu phế liệu dầu mỏ

- Sử dụng quá trình lên men trên nguyên liệu là phế liệu tạo các sản phẩm khác nhau Ví dụ: Lên men rượu, lên men lactic, lên men citric trên môi trường rỉ đường, hay sản xuất nước chấm lên men từ khô đậu nành, đậu phộng nhờ nấm mốc…

Phần 1: Tổng quan

1.1.2 Phân loại các phế liệu công nghiệp có nguồn gốc từ thực vật [27]

Dựa vào thành phần, bản chất hóa học chúng ta có thể chia các dạng phế

liệu công nghiệp có nguồn gốc từ thực vật ra các nhóm sau:

Nhóm các phế liệu giàu đạm (protein, peptit, acid amin…)

- Phế liệu của thực vật đã ép dầu: đậu nành, đậu phộng đã ép dầu Ví dụ: khô đậu nành, đậu phộng, ngoài ra còn có các loại hạt

Nhóm phế liệu giàu glucid (gồm đường, cellulose, tinh bột, chitin, pectin…)

- Ngành công nghiệp gỗ, giấy, bông dệt (các phế liệu: mạt cưa, bột giấy, vụn bông…)

- Phế liệu ngành nông nghiệp: rơm rạ, các loài thực vật khác giàu cellulose…

- Nhà máy sản xuất đường: rỉ đường (mía, củ cải…)

- Công nghiệp thực phẩm, chế biến sản phẩm từ ngũ cốc, sản xuất tinh bột (sắn, khoai tây…): bã thải và nước thải…

- Công nghiệp đồ hộp, rau quả: vỏ, bã ép trái cây có chứa pectin (táo, bưởi, cà rốt…)

Nhóm phế liệu giàu lipid

Các phế liệu của công nghiệp chế biến dầu mỡ, phế liệu của nhà máy sản xuất dầu thực vật từ đậu nành, những loại hạt chứa dầu…

Nhóm phế liệu chứa các sắc tố

Phế liệu của các nhà máy sản xuất đồ hộp, giải khát từ trái cây ( chứa các sắc tố chlorophyll, carotenoid, flavonoid, …)

Nhóm phế liệu giàu chất thơm (tinh dầu và nhựa thơm)

Phế liệu từ công nghiệp đồ hộp, giải khát, trái cây (vỏ cam, chanh, quýt, bưởi, sả, rau thơm…bã ép trái cây)

Nhóm phế liệu khác

Phế liệu của công nghiệp chè (polyphenol, cafein) công nghiệp thuốc lá(nicotin)…

Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này, chúng tôi chỉ đề cập đến nhóm phế liệu chứa sắc tố thu nhận chlorophyll và phế liệu ngành công nghiệp chè thu nhận polyphenol hoặc caffeine

Tính phân cực của mỗi nhóm chất khác nhau tuỳ thuộc vào trọng lượng phân tử và vào các nhóm chức Thông thường mạch cacbon càng dài thì tính phân cực càng giảm Về nhóm chức, các nhóm chức có nguyên tử mang điện âm (O, N,S,F,Cl…) có thể liên kết với các nguyên tử hydro của H-O-H để hình thành liên kết hydro thì gọi là nhóm phân cực ( như –OH, -CO, -NO2, NH2, -COOH,

SO2 và các halogen) Liên kết hydro hình thành làm tăng độ hoà tan của các hợp chất tuỳ thuộc vào lực tĩnh điện của các nguyên tử mang điện âm và vào số nhóm phân cực

Ví dụ: Xét tính phân cực của anthocyanin, các anthocyanin có nhiều nhóm phân cực (-OH) trong phân tử và trong phần đường của chúng, mạch đường càng dài thì độ phân cực càng cao Nếu anthocyanin bị thuỷ phân cắt mất phần đường chỉ còn lại aglycon thì tính phân cực sẽ giảm lúc này nó chỉ còn tuỳ thuộc vào số nhóm chức của nó

Nước là loại dung môi phân cực mạnh, ngoài ra còn các alcon bậc thấp như methanol, ethanol, propanol, butanol… Các dung môi không phân cực như ether, ether dầu hoả, benzen, aceton, hexan,hepan… Các chất nằm giữa hai nhóm trên gọi là các chất phân cực yếu hoặc trung bình như etylacetate, chloroform, aceton, diethylclorua

Hợp chất chứa nhiều nhóm phân cực thì càng dễ hoà tan trong nước, hợp chất không chứa nhóm phân cực đều hoà tan trong ether và dung môi không phân cực, không hoà tan trong các dung môi phân cực

Phần 1: Tổng quan

1.2.2.Phương pháp ly trích.[5][17]

Nguyên tắc của trích ly bằng dung môi là dựa vào sự thẩm thấu dung môi vào tế bào, chất cần trích ly hoà tan vào dung môi và khuếch tán ra khỏi tế bào Quá trình trích ly kết thúc khi chất cần trích đạt nồng độ cân bằng trong và ngoài

tế bào Quá trình trích ly bằng dung môi có ưu điểm là thiết bị đơn giản, có thể xử lý một lượng rất lớn nguyên liệu và có thể thực hiện quy trình liên tục

Mỗi loại hợp chất có độ hoà tan khác nhau trong từng loại dung môi, vì vậy không thể có một phương pháp chiết xuất chung áp dụng cho tất cả các loại hợp chất Nếu dùng một dãy các dung môi từ không phân cực đến phân cực mạnh để chiết phân đoạn các chất trong nguyên liệu thì sẽ thu nhận được:

Trong phân đoạn chiết bằng ether và ether dầu hoả sẽ có: chlorophyll, carotene, tinh dầu

Trong dịch ly trích bằng cồn có: glucoside, ankaloid, flavonoid, các hợp chất phenol khác, nhựa, acid hữu cơ, tanin

Trong dịch ly trích bằng nước có: glucoside, tanin, các đường, các hợp chất hydratcacbon như: pectin, gôm, các protein thực vật và muối vô cơ

1.3 CHLOROPHYLL

1.3.1.Các sắc tố tự nhiên [3] [28]

Đa số các sắc tố tự nhiên đều có nguồn gốc từ thực vật Chúng có thể là những hợp chất tinh khiết hoặc là các sản phẩm của sự chiết xuất Các sản phẩm chiết xuất đều được tạo ra từ các nguồn nguyên liệu ăn được và có thể kết hợp với các phân tử khác Các sắc tố tự nhiên chủ yếu đều thuộc 3 nhóm chính sau đây:

Các sắc tố có bản chất dorphyrin, trong đó có chlorophyll, các sắc tố hem như myoglobin, hemoglobin

Các carotenoid, trong đó có β-carotene, lycopene và các xanthophyll Các flavonoid và các sản phẩm phụ của chúng

Ngoài ra còn có các sắc tố khác: tannin, betalain, xanthon, quinon…

1.3.1.1 Chorophyll [3][28]

Chlorophyll(diệp lục) là sắc tố xanh lá cây trong thực vật bao gồm một nhóm có ít nhất 4 dẫn xuất tương tự nhau, tỷ lệ các dẫn xuất này thay đổi tuỳ theo loài thực vật mà chúng ta nghiên cứu Chorophyll thương mại tan trong nước,

Phần 1: Tổng quan

trong ethanol và trong dầu tạo nên một dung dịch có màu xanh đen Trên phương diện hoá học, các chlorophyll đều có nhóm tetrapyrrolic tương tự như hem, nhưng nó kết hợp với nguyên tử Mg ở trung tâm Sự có mặt của một chuỗi hydrocacbon nhánh bên khiến cho phân tử có đặc tính tan trong lipid

Magnesium cóthể được thay thế bằng đồng, bằng cách như thế ta thu được hợp chất với đồng có chức năng este có khả năng xà phòng hoá cải thiện tính tan trong nước Các hợp chất có đồng này đều bền vững hơn Tuy nhiên vì các hợp chất này không tồn tại trong tự nhiên nên chúng không được coi là chlorophyll tự nhiên

Chức năng của chlorophyll trong lá cây là thu nhận năng lượng ánh sáng, là bước đầu tiên của quá trình chuyển hóa năng lượng trong sự chuyển hoá CO2

thành cacbonhydrat, từ nitric thành ammoniac và acid amin

1.3.1.2 Carotenoid và xanthophyll [3][28]

Carotenoid

Carotenoid đều là các sắc tố tự nhiên, rất phổ biến trong tự nhiên và là nguồn gốc của các màu sắc sáng: vàng ,da cam và đỏ trong rất nhiều các loại hoa quả ăn được (chanh,đào, mơ, nho tây, cam, anh đào…) và trong rau (cà rốt, gấc, cà chua ), trong nấm và trong hoa Chúng cũng có mặt trong các sản phẩm động vật như trứng, tôm hùm và trong rất nhiều loại cá….trên 400 chất có được phát hiện

Trên quan điểm hoá học, các chất này đều là những chuỗi của các đơn vị isoprene, đôi khi ở cuối chuỗi có một nhân (nuleus) có vòng vốn mang nhiều chức năng khác nhau (rượu, acid….) β-carotene và lycopene đều là những carotenoid được biết đến nhiều nhất, tuy nhiên các carotenoid khác cũng được sử dụng làm chất màu thực phẩm: α-carotene, γ-carotene, bixine, norbixin, capsantein, lycopene, β-apo-8’-carotenal Chúng đều là hợp chất tan trong chất béo, tuy nhiên trong công nghiệp các chế phẩm tan trong nước đã sản xuất được bằng cách tạo huyền phù dạng keo, bằng cách tạo nhũ tương các carotenoid hoặc bằng cách phân tán chúng trong các chất keo thích hợp Màu sắc chúng thay đổi

từ vàng đến đỏ β-carotene có ở dạng bột kết tinh Bột kết tinh này không thể tan trong nước, trong rượu ethanol và không tan mạnh trong chất béo thực vật Trong

Phần 1: Tổng quan

chloroform có sự hấp thụ quang phổ cực đại trong khoảng 466-496nm Nó có hoạt tính của vitamin A:1g β-carotene tương ứng với 1,67 triệu đơn vị quốc tế (IU) của vitamin A và hoạt tính vitamin A của 0,6μg β-carotene hầu như tương đương với 0,3μg vitamin A β-carotene rất mẫn cảm với oxy không khí, nhiệt, ánh sáng vàđộ

ẩm

Các đặc tính chống oxy hoá của β-carotene gần đây được chú ý đặc biệt vì chúng có thể liên quan đến cơ chế ngăn ngừa một số bệnh ung thư Do đó một số công ty rất quan tâm đến việc sản xuất β-carotene có nguồn gốc tự nhiên với qui mô lớn Trong tảo Spirullina, vi tảo quang hợp giàu protein, β-carootene có thể đạt 10% chất khô

α -carotene , γ-carotene có hàm lượng thấp hơn nhiều, nhưng các đặc tính lý hóa và tạo chất màu rất giống β-carotene

Chất tạo màu thực phẩm thường được sử dụng nhiều nhất là lutein (màu vàng), flavoxanthin (màu vàng), violaxnthin (màu da cam), rubixanthin (màu da cam), rhodoxanthin (màu đỏ) và cantaxanthin (màu tím)

Chức năng

Các carotenoid ở màng thylacoid, hấp thu ánh sáng trên đỉnh hấp thụ ánh sáng của chlorophyll a và chuyển sang phân tử chlorophyll bên cạnh Ngoài ra, carotenoid ở màng ngoài diệp lục có chức năng bảo vệ bộ máy quang hợp tránh khỏi sự phá huỷ bởi ánh sáng Những nối đôi của carotenoid hấp thu phân tử oxy hoạt động (có khả năng oxy hoá chlorophyll hay peroxidiz lipid màng)

Carotenoid thực vật còn tạo màu sắc cánh hoa, quả và hạt để tạo ra sự hấp dẫn thụ phấn hay phát tán hạt Các carotenoid của quả đều được tạo thành trực tiếp từ β-carotene Khi carotenoid bị thuỷ giải sẽ tạo vitamin A, vitamin quang trọng cho động vật

Phần 1: Tổng quan

1.3.1.3 Flavonoid [3][28]

Nhóm này bao gồm các sắc tố đã biết như anthoxyanin vốn là những sắc tố hoà tan, rất phổ biến trong tự nhiên và tạo nên các màu như xanh, hống, đỏ và đôi khi cả màu da cam trong rất nhiều loại rau và quả Hơn 200 anthocyanin đã được phát hiện Anthoxyanin đỏ ở dạng cation flavylium Flavylium này nói chung được thể hiện như một ion oxoonioum mang điện tích dương ở nguyên tử oxygen của dị vòng (heterocycle) Đặc tính này đã tạo cho chúng có tính lưỡng tính (amphteric character), do vậy có thể đổi màu tuỳ độ pH

Trong thực tế, anthocyanin được sử dụng như là các chất tạo màu thực phẩm, cung màu từ đỏ hồng đến đỏ sẫm và được sử dụng pH trong khoảng 3,5-5,5 Anthocyanin có ưu điểm là tương đối không nhạy cảm đối với nhiệt độ và ánh sáng

Anthocyanin sử dụng trong thực phẩm chỉ có thể thu được từ các quả rau ăn được như dâu, dâu tây, anh đào, nho đen, mận, củ cải đỏ, hành đỏ, cà tím, cây lý chua, quả cơm cháy, cây việt quất…

Chỉ có sáu anthocyanin là có vai trò quan trọng đối với ngành công nghiệp thực phẩm Hơn nữa sự có mặt nhóm (-OH) ở các nguyên tử carbon 3,5,7 có thể tạo nên sự khác biệt có thể thay thế các nhóm hydroxyl hoặc mathoxyl ở các nguyên tử carbon 3’,4’ và 5’ của nhóm B

Các hợp chất này có màu đỏ, xanh nước biển, hoặc hồng phụ thuộc vào cấu trúc và chúng thường ở dạng anthocynoid khi kết hợp với một hoặc vài carbohydrate

Flavonol có màu vàng được đặc trưng bởi sự có mặt của nhóm carbonyl ở

vị trí số 4 và nhóm hydroxyl ở vị trí số 3 Không giống các anthocyanidin, nhóm carbohydrate thường được kết hợp ở vị trí số 7 Trong số flavonol phổ biến nhất là quercetol và myricetol

Flavonol

Flavonol không chứa nhóm OH ở vị trí số 3, rất giống flavonol về mặt cấu trúc Trong nhóm này bao gồm các flavonoid tạo nên vị đắng trong các quả nho, chanh, cam như: narigenol (Narigenol kết hợp với glucose và rhammose) và hesperidin

Phần 1: Tổng quan

Chức năng

Nhóm flavonnone hấp thụ rất mạnh tia cực tím, đặc biệt là khoảng 260-340 nm Có giả thuyết cho rằng, chức năng sơ khai của flavonoid là bảo vệ thực vật trên cạn khỏi ảnh hưởng của bức xạ tia cực tím B

Flavonoid tạo ra các màu sắc sặc sỡ khác nhau, giúp cho hoa, quả để thu hút côn trùng, chim… đến để phát tán hạt phấn và đem đi xa

Trong đó naphtoquinone đáng chú ý nhất với tư cách là những chất tạo màu hoặc là những tác nhân làm sạch

1.3.1.4 Các sắc tố tạo thành từ phản ứng hoá nâu

Các sắc tố vốn được tạo thành từ việc hoá nâu bằng enzyme thường được gọi một tên chung là melanin Màu sắc cuối cùng của chúng là màu đen nâu, như những sắc màu trung gian quan sát được là: xanh đen, đỏ và hồng Sự tạo thành của các polymer này từ quinine đã diễn ra mà không cần có sự can thiệp của enzyme

1.3.1.5 Các sắc tố khác

Turmeric (màu nghệ)

Màu nghệ (turmeric) là một trong những thành tố quan trọng trong việc chế biến món cari Nó được chiết xuất từ cây nghệ, một loại thuộc họ gừng Zingiberacaea mọc ở Viễn Đông và Madagasca cũng như ở Việt Nam và ở nhiều nước khác Chất bột màu da cam vàng hơi hơi nâu có ánh tím đỏ và có thể kết tinh trong methanol Không tan trong nước và ether, tan ít trong ethanol và acetic acid băng (dung dịch có màu vàng nhạt), hoà tan trong kiềm (dung dịch

đỏ nâu)

Riboflavin

Riboflavin (hoặc vitamin B2) thu được các nguồn tự nhiên(nấm men, mầm lúa, trứng, gan động vật…) hoặc bằng cách tổng hợp Riboflavin tan trong nước nhưng không tan trong dầu và trong các dung môi hữu cơ Dung dịch riboflavin trong nước có màu vàng phát huỳnh quang xanh lá cây ở pH tối thích là 6-7 và có thể bảo quản tốt ở nhiệt độ mát, tránh ánh sáng, ngoại trừ ở trong dung dịch kiềm

Phần 1: Tổng quan

1.3.2 Cấu trúc và đặc tính của chlorophyll

1.3.2.1Cấu trúc chlorophyll [17] [33]

Chlorophyll là một dẫn xuất của porphyrin có khung cơ bản là porphin và các dẫn xuất: dihydroporphin và tetrahydroporphin Porphin gồm 4 vòng pyrol nối với nhau bởi cầu nối methyl –CH=

Phân tử diệp lục tố không cân xứng, nó còn có thêm một vòng phụ pentanol gồm các nhóm carbonyl và carboxyl liên kết với methanol

Trong phân tử chlorophyll, các nhóm thế được gắn vào các vòng pyrol và một nguyên tử Mg ở vị trí trung tâm liên kết với 4 nguyên tử nitrogen Do đó, chlorophyll là một hợp chất Mg – porphyrin Cấu trúc của chlorophyll rất phức tạp, phải trải qua nhiều năm nghiên cứu các nhà khoa học mới khám phá rõ rệt, đến 1960, Strell và Woodward đã tổng hợp được chlorophyll a

Trong tự nhiên, chlorophyll tồn tại ở 2 dạng:

Phần 1: Tổng quan

Hình 1.1 : Cấu tạo phân tử chlorophyll

Chlorophyll_a.svg Chlorophyll_b.svg

Hình 1.2 : Cấu tạo phân tử chlorophyll a và b

1.2.2.2.Tính chất vật lý của chlorophyll [17]

Chlorophyll a: C55H72O5N4Mg

-Phân tử lượng M = 893,48

Phần 1: Tổng quan

-Có màu lam tinh thể hình lá dày

-Không tan trong nước, tan ít trong ether dầu hoả, tan trong ethanol, aceton, benzene…

-Tch(nhiệt độ nóng chảy) = 117 -120oC

Chlorophyll b: C55H70O6N4Mg

-Phân tử lượng M = 907,46

-Bột vi tinh thể xanh lá cây

-Không tan trong nước, tan ít trong ether dầu hoả, tan trong ethanol, aceton, benzen…

-Tch(nhiệt độ nóng chảy) = 120 – 130oC

Chlorophyll c: Không tan trong nước, ít tan trong ether dầu hỏa, tan trong ethanol, aceton, ethylaceton…

Chlorophyll d: Không tan trong nước, ít tan trong ethanol, aceton, benzene…

1.3.2.3 Tính quang hoá của chlorophyll [4][33]

Chlorophyll a, b là những sắc tố quang hợp cơ bản ở tất cả thực vật bậc cao tự dưỡng và ở đa số tảo, thường những diệp lục này đi kèm với nhau Gần đây người ta đã thu được một số lượng lớn thể đột biến của một số loài cây không có chlorophyll b

Đồ thị 1.1 : Phổ hấp thu của chlorophyll a và b

Phần 1: Tổng quan

Trong mỗi sắc tố lá khác nhau có một phổ hấp thu duy nhất Chlorophyll a và

b có phổ hấp thu mạnh nhất ở 600-675nm và 400-475nm (đồ thị 1.1) Phổ hấp thu mạnh nhất của các peak phụ thuộc vào tính phân cực của dung môi Ví dụ ở dung môi diethyl ether phổ hấp thu mạnh nhất ở peak là 660nm và 428nm, trong khi đó dung môi phân cực hơn là methanol là 665nm và 432nm

Tỉ lệ hệ số phân tử gam của sự tắt trong cực đại hấp thu:

Tỉ lệ hệ số tắt đối với các dạng khác như :

213(447)

• Chlorophyll c (Trích từ tảo cát và tảo nâu) là: = 10,1

19,7(628) 87,3(477)

• Chlorophyll d (Trích trong hồng tảo) là: = 0,89

98,6(688) Đối với những sắc tố khác nhau tỉ lệ của hệ số tắt cũng khác nhau Màu xanh của chlorophyll a và b là do kết quả hấp thu ở vùng quang phổ đỏ và xanh lam Nói chung cả hai loại chlorophyll a và b đều không hoặc hấp thu rất ít ánh sáng màu xanh, điều này giúp giải thích về màu xanh hiện có của diệp lục Thực chất màu xanh của diệp lục không phải là màu xanh thuần khiết mà nó là kết quả của sự hấp thu ở vùng quang phổ xanh lam (430nm) và đỏ (662nm) Ngoài

ra, màu của diệp lục còn phụ thuộc vào nhân Mg trong phân tử

1.3.2.4 Tính chất hoá học của chlorophyll [4][29]

Tác dụng với acid: Dưới tác dụng của nhiệt độ và acid của dịch bào, màu xanh của chlorophyll bị mất đi tạo màu sẫm, một mặt là do protein bị đông tụ làm vỏ tế bào bị phá huỷ, mặt khác do liên kết giữa chlorophyll

Phần 1: Tổng quan

và protein bị đứt làm cho chlorophyll dễ dàng tham gia phản ứng (1.1) tạo

ra feofitin có màu xanh oliu

Chlorophyll + 2HX acid, nhiệt độ feofitin + MgX2 (1.1 ) Tác dụng với base: Khi cho tác dụng với kiềm nhẹ như cacbonat kiềm, kiềm thổ thì chúng sẽ trung hoà acid và muối của dịch tế bào và tạo nên môi trường kiềm làm cho chlorophyll bị xà phòng hoá cho rượu phytol, methanol và acid chlorophilic, phản ứng (1.2)

Chlorophyll a + 2NaOH C32H30ON4Mg)(COONa)2 + CH3OH + rượu phytol Chlorophyll b + 2NaOH C32H28O2N4Mg)(COONa)2 + CH3OH + rượu phytol

Khi xà phòng hoá ta có sản phẩm có màu xanh đậm hơn, bền hơn Các acid C32H30ON4Mg)(COONa)2 và C32H28O2N4Mg)(COONa)2 thu được

do xà phòng hoá chlorophyll avà b gọi là chlorophyllin hay chlorophyllic Các acid cũng như muối của chúng đều cho sản phẩm có màu xanh đậm

Trong một số cây còn có enzyme chlorophylase cũng có thuỷ phân được các liên kết ester này để giải phóng ra phytol và methanol Enzyme này thường được định vị trong sắc lạp, khá bền với nhiệt độ và chỉ được hoạt hoá trong thời gian chín

Quá trình oxy hoá: chlorophyll cũng có thể bị oxy hoá do oxy và ánh sáng (quang oxy hoá), do xúc tác với các lipid bị oxy hoá hoặc do tác dụng của enzyme lipoxydase Các quá trình oxy hoá này có thể xảy ra trong các rau (nhất là rau sấy) bảo quản ở nhiệt dộ tương đối của không khí cao hơn thì chlorophyll lại bị biến đổi thành feofitin Một số hợp chất bay hơi có thể làm tăng (ethylen) hay làm chậm (khí CO2) sự biến hoá của chlorophyll Tác dụng với kim loại: Sự tiếp xúc với kim loại như Fe, Cu, Al, Sn thì chlorophyll sẽ bị sẫm màu do các kim loại này sẽ thay thế Mg trong chlorophyll và sẽ cho ra các màu khác nhau như :

Với Fe : cho màu nâu

Với Sn và Al : cho màu xám

Với Cu : cho màu xanh sáng

Phần 1: Tổng quan

1.3.2.5.Sự mất màu của chlorophyll [4][29]

Chlorophyll tồn tại trong cây bền vững với không khí và ánh sáng Khi ánh sáng mạnh lục lạp có khả năng xoay bề mặt tiếp xúc nhỏ nhất của mình về phía ánh sáng Tuy nhiên, khi cường độ ánh sáng quá mạnh hoặc thiếu CO2 hoặc dưới tác động của một số chất độc nào đó thì quang hợp của cây bị kìm hãm trước tiên và sau đó thì cây bị vàng đi và bị mất màu dần

Sự mất màu của chlorophyll còn thay đổi theo quá trình phát triển cá thể của cây, lúc cây còn non diệp lục dễ bị mất màu hơn khi cây già

Sự bền vững chlorophyll trong tế bào là do chúng nằm trong phức hệ với protein lipoid bảo vệ Nhưng dung dịch chlorophyll ngoài ánh sáng và môi trường có oxy thì sự mất màu xảy ra, do sự oxy hoá dưới tác dụng của ánh sáng: Chl + hv Chl* (trạng thái kích hoạt)

Chl* + O2 ChlO2 (trạng thái oxy hoá không màu)

α,β,γ,δ : những hệ số phụ thuộc vào dung môi

Ca, Cb: nồng độ tương ứng của diệp lục a và b

Dλ: hệ số đo tắt bằng mg/l ở bước sóng cho biết theo mμ

Giá trị của các hệ số phụ thuộc vào dung môi, do đó với mỗi dung môi có một công thức tính riêng:

Đối với dung dịch aceton 80% (nước) :

Phần 1: Tổng quan

1.3.2.7.Ứng dụng của chlorophyll [5][17][36][42]

Trong y dược, chlorophyll được dùng để nhuộm màu các loại thuốc viên,

thuốc nước Đặc biệt chlorophyll có tác dụng giải độc, làm lành các vết thương

ngoài da ngăn ngừa khối u , khử mùi cơ thể Ngoài công dụng làm thuốc,

kháng trùng, chất khử mùi chlorophyll còn dùng để nhuộm màu dầu, mỡ, sáp,

mỹ phẩm, xà phòng, kem đánh răng

Trong thực phẩm, chất lượng các sản phẩm thực phẩm không những bao

hàm giá trị dinh dưỡng mà còn bao hàm giá trị cảm quan của chúng nữa Màu

sắc là một chỉ số quan trọng của giá trị cảm quan Màu sắc của các sản phẩm

thực phẩm không chỉ có giá trị về mặt hình thức mà còn có giá trị sinh lý rõ rệt,

màu sắc và mùi vị của thực phẩm hoà hợp sẽ giúp cơ thể đồng hoá dễ dàng Vì

vậy, trong kỹ thuật sản xuất thực phẩm nguời ta ngoài việc chú ý bảo vệ màu

sắc tự nhiên mà còn bổ sung thêm chất tạo màu mới để tạo ra những màu sắc

thích hợp với tính chất và trạng thái của sản phẩm Chế phẩm Chlorophyll dùng

làm chất nhuộm màu

1.3.3 Cơ sở lý thuyết về màu sắc và phương pháp so màu [15]

Khi dãy ánh sáng trắng xuyên qua dung dịch màu, các bước sóng nhất

định sẽ bị hấp thu (tuỳ thuộc vào bản chất của dung dịch), trong khi những bước

sóng khác thì gần như không bị ảnh hưởng Màu của dung dịch sẽ là màu của các

ánh sáng không bị hấp thu Những điều này được tóm tắt trong bảng 1.1 sau đây:

Bảng1.1 : Màu sắc tố hấp thụ và màu sắc cảm nhận được

Ánh sáng trắng

tới Ánh sáng hấp thụ Ánh sáng không hấp thụ

Màu của dung dịch

Đỏ, vàng,

xanh da trời

Xanh da trời và đỏ Vàng vàng

+ Độ dài đường đi của ánh sáng xuyên qua dung dịch

+ Nồng độ của chất tan hấp thụ ánh sáng

Mối quan hệ này được biểu diễn bằng định luật Lamber-Beer trong phương trình

lgIo Ie =Kcl (1.3)

Io,Ie : Cường độ của tia tới và tia đi ra

K: Hệ số tắt hay chỉ số hấp phụ phân tử

c: nồng độ dung dịch

l: chiều dài của ánh sáng đi qua dung dịch (thường là 1cm)

lgIe Io: được gọi là mật độ quang (OD- optical density) hay khả năng hấp thụ, hay độ hấp thụ (A-absorbancy) Trong thực hành, giá trị này thu trực tiếp từ máy

đo

Từ phương trình (1.3) dễ dàng nhận thấy rằng khi l (độ dài) được giữ không đổi thì mật độ quang sẽ tỉ lệ thuận trực tiếp với nồng độ của chất màu Vì vậy đường chuẩn (sẽ là một đường thẳng) có thể được vẽ từ một dãy các dung dịch chuẩn với các nồng độ khác nhau Trong nhiều trường hợp độ hấp thu và nồng độ không tỉ lệ thuận

Để so màu, người ta chọn điều kiện sao cho mật độ quang(OD) nằm trong khoảng 0,1-1; tốt nhất là 0,1-0,5

Màu của dung dịch là do sự hấp thu không đồng đều các vùng khả kiến Khi cho ánh sáng trắng đi qua dung dịch màu, không phải tất cả các tia của phổ đều bị hấp thu với mức độ giống nhau, có phần tia không bị hấp thu Mỗi dung dịch màu của các hợp chất khác nhau có đường cong hấp thụ khác nhau Để có đường cong hấp thụ, người ta tiến hành đo mật độ quang của dung dịch màu ở các bước sóng khác nhau Điểm cực đại của đường cong là đặc tính quan trọng của hợp chất màu, khi nói hệ số hấp thụ phân tử của một chất màu thì có nghĩa là trị

số đó đã được đo ở vùng quang phổ mà ánh sáng bị hấp cực đại

Phần 1: Tổng quan

Bảng 1.2: Mối liên quan giữa bước sóng và màu sắc

Bước sóng ánh sáng

400

Tím (400-465)Xanh da trời (465-482) Xanh da trời – xanh lá cây (482-497)

500

Xanh lá cây (497-530)Xanh lá cây -vàng (491-530) Vàng (575-580)

1.4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CHÈ

1.4.1.Sinh thái học của cây chè [9][20][21][39]

Têên khoa học của cây Chè : Camellia sinensis (L.) O.Kuntze

Cây Chè được xếp trong phân loại thực vật như sau: ngành Hạt kín

Angiospermatophyta, lớp Ngọc lan (hai lá mầm) Magnoliopsida, phân lớp Sổ Dilleniidae, bộ Chè Theales, họ Chè Theaceae, chi Chè Camellia (Thea.)

Phần 1: Tổng quan

Hình 1.3 A: Hình lá cây chè; B: Hình hoa cây chè; C: Hình trái cây chè

Cây chè sinh trưởng trong điều kiện tự nhiên chỉ có một thân chính, chia làm 3 loại: thân gỗ, thân bụi, thân nhỡ (bán gỗ) Cành chè do mầm sinh dưỡng phát triển thành,trên cành chia ra nhiều đốt, chiều dài biến đổi nhiều từ 1 – 10cm Đốt chè càng dài là biểu hiện của giống chè có năng suất cao Lá chè mọc cách trên cành, mỗi đốt có một lá, hình dạng và kích thước thay đổi tuỳ giống Lá chè có gân rất rõõ, rìa lá có răng cưa Búp chè là giai đoạn non của một cành chè, được hình thành từ các mầm dinh dưỡng, gồm có tôm (phần lá non trên đỉnh chưa xoè) và 2 hoặc 3 lá non (hình 1.4) Kích thước của búp chè thay đổi tuỳ giống và kỹ thuật canh tác Cây chè sau khi sinh trưởng 2 – 3 tuổi bắt đầu ra hoa, mọc từ chồi sinh thực ở nách lá

Chè là cây lâu năm, có chu kỳ sống rất lâu, có thể đạt 60 – 100 năm hoặc lâu hơn Tuổi thọ kinh tế tối đa của một cây chè thương mại vào khoảng 50 – 65 năm tuỳ thuộc điều kiện môi trường vàphương pháp trồng trọt Chè cho năng suất vào mùa mưa từ tháng 5 – 11, sau 10 – 15 ngày thì thu hoạch một lần Chè nguyên liệu sử dụng trong công nghiệp chế biến chủ yếu là 1 tôm và 2 – 3 lá non

Giá trị kinh tế xã hội:

Trên thế giới ngày nay có hơn 40 nước trồng và sản xuất chè như: Trung Quốc, Aán Độ, Nhật Bản, Bồ Đào Nha, Achentina… Diện tích trồng chè trên thế giới ngày càng tăng

Năm 1974: 1.531.000 ha

Năm 1977: 1.636.000 ha

Năm 1979: 2.166.000 ha

Năm 1985: 2.790.000 ha

Phần 1: Tổng quan

Các nước Châu Á có diện tích trồng chè chiếm 80-90% tổng diện tích trồng chè trên thế giới Trung quốc có diện tích trồng chè cao nhất, chiếm khoảng 50% tổng diện tích chè của thế giới (1.328.000 ha, 1985) nhưng năng suất thấp, sản lượng chỉ đạt 411.000 tấn chè khô (3099,5 kg/ha) Nhật Bản là nước có năng suất sản xuất chè cao nhất thế giới đạt khoảng 1.500 kg/ ha

Bảng 1.3 Tình hình sản xuất chè trên thế giới

128,0 214,7 204,2 85,7

-

-

- 10,0

Ở Việt Nam, cây chè có mặt từ lâu đời, nhưng chỉ mới được trồng và phát triển trên qui mô lớn từ khoảng 100 năm, quá trình phát triển khác nhau

-Giai đoạn 1890-1945: Cây chè được trồng phân tán, canh tác lạc hậu năng suất thấp

-Giai đoạn 1945-1954: Do chiến tranh, việc quản lý và chăm sóc kém nên diện tích trồng chè bị thu hẹp

-Giai đoạn 1954 đến nay: Cây chè đuợc chú ý nhiều hơn 1985 tổng diện tích trồng chè ở nước ta đạt 57.000 ha, sản lượng 22.000 tấn chè khô, Năm 1993, diện tích trồng chè đạt 63.400 ha, sản lượng 29.000 tấn chè khô

Cả nước có 4 vùng trồng chè lớn ở vùng núi, vùng trung du phía Bắc, vùng khu bốn cũ, vùng Tây Nguyên và Nam trung bộ

Năm 2002 kim ngạch xuất khẩu chè của Việt Nam đạt 82,7 triệu USD, tăng 5,5% năm 2001 Tháng 10 năm 2003 cả nước xuất khẩu được 39.000 tấn chè khô, tổng giá trị khoảng 39 triệu USD

1.4.2.Thành phần hoá học của chè [9][29]

Chè là một loại thức uống truyền thống đã có lịch sử hàng ngàn năm, các thành phần quan trọng giúp phân biệt tính chất của “nước chè” gồm cafein, các polyphenol, tinh dầu Các chất này kết hợp với những thành phần khác góp phần tạo ra những chất lượng khác nhau của các loại chè trên thị trường Quá trình nghiên cứu về chè trên thế giới đã được thực hiện từ rất lâu Hiện nay thành phần hoá học của lá chè đã được mô tả tương đối đầy đủ Thành phần chủ yếu của lá chè được mô tả trong Bảng 1.3

Bảng 1.5 Thành phần hoá học của lá chè non [9]

Flavonol và flavonol glucoside

Polyphenolic acid và depside

3-4 3-4 2-3 0,5 - 0,6 5-6 3-4 0.2 0.5 4-5

1.4.3 Hợp chất polyphenol trong chè [9][11][28][32]

Nhóm các hợp chất polyphenol là thành phần được quan tâm nhiều nhất trong lá chè Các hợp chất polyphenol của lá chè rất khác với các hợp chất polyphenol được tìm thấy trong các loại cây khác Các cấu tử chính chiếm đa số là các catechin (C, EC, EGCG, EGC, ECG…) Ngoài ra trong thành phần polyphenol của chè còn có một số chất khác với tỉ lệ thấp như các flavonol (quercetin, kaempferol, rutin…), các dẫn xuất glucoside như myricetin-3-glucoside, kaempferol-3-glucoside, myricetin-3 rhamnoglucoside, quercetin-3-rhamnoglucoside, kaempferol-3-rhamnodiglucoside …, các leucoanthocyanin, các hợp chất polyflavonoid như theaflavin (theaflavin-3- gallate, theaflavin-3’-gallate, theaflavin-3,3’-digallate ), thearubigin (procyanidine, procyanidine gallate…) Các dạng hợp chất như theaflavin, thearubigin chiếm tỉ lệ rất thấp trong búp chè và lá chè non nhưng tăng dần tỉ lệ trong các lá chè già hơn

Các hợp chất polyphenol do chứa nhiều nhóm OH với các vị trí trong vòng phenol nên có tính hoạt động hoá học mạnh dễ bị oxi hoá trong môi trường axit, nhiệt độ cao và oxi không khí Trong lá chè có sẵn các enzyme polyphenoloxydase xúc tác thuỷ phân các chất polyphenol thành axit galic và các hợp chất phenol có màu khác như thearubigin, theaflavin tạo màu đỏ của nước chè

Phần 1: Tổng quan

Trong số các polyphenol của chè đáng chú ý nhất là nhóm các hợp chất catechin có hoạt tính sinh học, được coi là các chất có tác dụng ngăn ngừa bệnh

đối với cơ thể con người

1.4.3.1.Tính chất lý hóa của catechin [9][28][38]

Nhóm hợp chất catechin trong chè đã được quan tâm nghiên cứu trong thời gian dài Các dữ liệu về tính chất hoá học, tính chất phổ IR, NMR, MS, các phương pháp phân tích định tính, định lượng đã được công bố

Catechin của chè thuộc họ flavonoid, nhóm flavan-3-ol, phân tử có 15 carbon bao gồm hai vòng 6 carbon A và B được nối bởi 3 đơn vị carbon ở vị trí 2,

3, 4, hình thành một dị vòng C chứa một nguyên tử oxy Cấu trúc của catechin có chứa hai carbon bất đối ở vị trí 2 và 3, không chứa nối đôi ở vị trí 2,3 và nhóm 4-oxo [38]

Hình 1.5 Cấu tạo khung cơ bản của hợp chất catechin và cách đánh số cacbon

Chè được biết là có 6 loại hợp chất catechin chính và một số lượng nhỏ các dẫn xuất catechin khác Các catechin được chia thành hai nhóm: nhóm catechin

tự do bao gồm C, GC, EC, EGC (vị trí carbon số 3có chứa nhóm thế hydroxyl) và nhóm đã bị ester hoá hay nhóm galloyl catechin : ECG, EGCG (nhóm hydroxyl

ở vị trí carbon số 3 được thay bằng một nhóm gallate) Các hợp chất catechin trong lá chè đã được tách ra từng chất ở dạng tinh khiết, ở thể rắn chúng là những chất kết tinh không màu hình kim hoặc hình lăng trụ, có vị chát dịu hoặc hơi đắng, tác dụng với FeCl3 cho kết tủa xanh thẫm hoặc xanh nhạt tuỳ theo số lượng nhóm hydroxyl trong phân tử Các catechin đều dễ tan trong nước nóng, rượu, acetone,

2