Chuyên đề Quy trình sản xuất Catechin từ trà xanh

Chuyên đề sản xuất Catechin từ trà xanh, giới thiệu trà xanh , các hợp chất thứ cấp , trà xanh , catechin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC-THỰC PHẨM-MÔI TRƯỜNG ……….……… CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP SẢN XUẤT SẢN PHẨM CNSH ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CATECHIN TỪ TRÀ XANH  Giảng viên hướng dẫn:  Sinh viên thực hiện: Tạ Quang Nam: La Hoàng Phúc: Mục lục Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page Phụ lục Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page A Tổng quan: I Tổng quan về trà xanh: Giới thiệu chung: - Cây trà có tên khoa học Camellia sinensis thuộc họ Theaceae Từ lâu người nhận biết tính ưu việt tính đa chức loại Nhiều tác giả nghiên cứu đặc tính trà hai đặc tính sinh học tiêu biểu trà đặc tính chống oxy hóa khả kháng khuẩn Cây trà có nguồn gốc từ Đông Nam Châu Á Đây loại công nghiệp lâu năm, cho hiệu kinh tế cao, trồng 30 quốc gia Trà có nhiều giống khác nhau, giống trà phổ biến là: Thea Jiunnanica, Thea Assamica, Thea Ainensis, có nguồn gốc từ Trung Quốc Ngày nay, Việt Nam hầu hết tỉnh có kiện thuận lợi • trồng trà, song ba vùng trồng trà lớn Vùng chè thượng du (Hà Giang, Tuyên Quang, Lai Châu, Yên Bái) chiếm khoảng 25% sản lượng chè miền Bắc • Vùng chè trung du (Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Bắc Cạn, Thái Nguyên) Đây vùng chè chủ yếu chiếm đến 75% sản lượng chè miền Bắc với nhiều nhà máy sản xuất lớn • Vùng chè Tây Nguyên (Gia Lai, Kon Tum, Lâm Đồng, Đắc Lắc) chủ yếu trồng giống chè Ấn Độ chè shan, chè Ô Long Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page Phân loại: Về phân loại khoa học trà thể bảng sau: Phân loại khoa học Giới Plantee Ngành Magnoliopsida Bộ Ericale Họ Theaceae Chi Camellia Loài C.Sinensis Thành phần hóa học của lá trà xanh: - Thành phần trà nước chiếm 75-82%, có quan hệ đến trình biến đổi sinh hóa búp trà đến hoạt động men, chất quan trọng thiếu để trì sống Bên cạnh thành phần nước thành phần hàm lượng chất hòa tan trà xanh mối quan tâm hàng đầu nhà nghiên cứu trà xanh Trong nhóm chất tanin xem thành phần chính, chiếm khoảng 27 – 34% chất khô trà xanh Với mục đích nghiên cứu đặc tính chống oxy hóa kháng khuẩn trà Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page • Bảng thành phần hóa học trà xanh: Thành phần Hàm lượng(%) Polyphenol(Catechin) 36 Methylxanthines 3.5 Aminoacids Acid hữu 1.5 Carotennoids < 0.1 Volatiles < 0.1 Carbonhydrate 25 Protein 15 Lignin 6.5 Lipids Chlorophyll 0.5 Tro • Lá trà xanh chứa hàm lượng polyphenol tương đối Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page • Thành phần hợp chất polyphenol trà xanh: Thành phần Hàm lượng Tổng số 18-36% Flavan-3-ols(catechin) 12-24% Flavonol glycosides 3-4% Anthocyanins, Leucoanthocyanidin 2-3% Phenolic ~5% • Tỷ lệ chất thành phần hỗn hợp tanin chè không giống tùy theo giống chè mà thay đổi Tuy nhiên, người ta xác định chè tanin gồm có nhóm chủ yếu catechin, flavonol glycoside, anthocyanidin leucoanthocyanidin Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page • Tác dụng số thành phần trà xanh sức khỏe người Bảng : Tác dụng số thành phần trà sức khỏe người ST T Thành phần Catechin Caffeine Vitamin C Tổ hợp Vitamin B Gamma – amino butyric acid Flavonoid Polysaccharid e Fluoride Vitamin E 10 Mangan 11 Theophylin Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Tác dụng Giảm nguy ung thư Ngăn chặn khối u phát triển Giảm cholesterol xấu máu Chống huyết áp cao Diệt vi khuẩn Chống virus cảm cúm Chống sau Chống hôi miệng Giúp tỉnh táo, không buồn ngủ hay mệt mỏi Lợi tiểu Giảm stress Tăng sức đề kháng, chống cảm mạo Thúc đẩy chuyển hóa lượng Làm hạ huyết áp Tang cường độ bền thành mạch máu Ngăn chặn xơ hóa lắng đọng cholesterol, giúp chống tai biến mạch máu não nhồi máu tim Chống hôi miệng Ngăn chặn huyết áp cao Chống sâu Chống oxi hóa Giúp chống lão hóa Chống loãng xương Làm nở rộng khí quản phổi giúp người mắc bệnh suyễn bệnh đường hô hấp thở dễ dàng Page 12 Gallotanin 13 Polyphenol Có tác dụng tốt với não bộ, ngăn chặn thoái hóa kích thích phục hồi tế bào thần kinh Chống viêm khớp Đặc tính sinh học của trà xanh: A Hoạt tính chống oxy hóa: • Hoạt tính chống oxy hóa trà hoạt tính hợp chất polyphenol Hoạt tính chống oxy hóa polyphenol tách chiết từ trà xanh để bảo quản hạt dầu cải đưa kết luận polyphenol chiết xuất từ trà xanh thứ phẩm có tác dụng kháng oxy hóa rõ rệt mạnh nhiều so với acid ascorbic tocopherol Tác dụng sinh học polyphenol trà hay dịch chiết trà xanh giải thích chúng có tác dụng khử gốc tự do, giống tác dụng chất antioxidant Trong polyphenol trà, gốc có chức chống oxy hóa gốc ortho-3,4dihydroxyl (catechol), vị trí 3,4,5-trihydroxyl (gallate) vòng B, nhóm gallate vị trí C3 vòng C, nhóm hydroxyl vị trí C5, C7 vòng A • Cơ chế chống oxy hóa trà thuộc chế chống oxy hóa hợp chất phenol Tính chống oxy hóa ankylphenol thể chỗ chúng có khả vô hiệu hóa gốc peroxyt, cắt mạch oxy hóa Sản phẩm xuất gốc phenol tạo thành nguyên tử hydro nhóm hydroxyl nhường cho gốc peroxyt: Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page Các nhóm có chức chống oxy hóa của các polyphenol • Các gốc phenol ổn định, hoạt tính, nhờ chúng khả sinh mạch oxy hóa Hoạt tính chống oxy hóa hợp chất ankylphenol tăng lên cách hydroxyl hóa vào phân tử phenol, hợp chất polyphenol có hoạt tính tốt monophenol • Chúng có số tính chất sau: • Dạng khử chúng phản ứng với gốc tự do, chuyển thành dạng oxy hóa: • Dạng oxy hóa chúng chuyển thành dạng lưỡng gốc chúng có khả phản ứng với hai gốc tự Đặc biệt dạng oxy hóa dạng khử chúng tương tác với Dạng hydroquinone (Dạng khử) Dạng quinon (Dạng oxy hóa) thuận nghịch tạo gốc Semiquinon: • Ngoài ra, hợp chất catechin trà có khả tạo phức kim loại chủ yếu Fe, Cu, chất xúc tác để tạo gốc tự Tỉ lệ EGC, EGCG, ECG EC tạo phức với kim loại 3:2, 2:1, 2:1, 3:1 Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 10 • Bếp tiếp tục đun quy trình mời vận chuyển dung môi theo mô tả lúc đầu Các hợp chất rút xuống bình cầu nằm đó, có dung môi tinh khiết bốc bay lên để tiếp tục trình chiết • Sau hoàn tất, lấy dung môi chiết khỏi bình cầu A, đuổi dung môi thu cao chiết  Ưu nhược điểm phương pháp chiết Soxhlet:  Ưu điểm: o Tiết kiệm dung môi, lượng dung môi mà chiết kiệt o mẫu Không phải tốn công lục châm dung môi Không tốn thao tác châm dung môi kỹ thuật khác Chỉ cần cắm điện, mở nước hoàn lưu thiết bị sẽ thực o o o chiết Chiết kiệt hợp chất dược liệu bột dược liệu chiết liên tục dung môi tinh thiết  Nhược điểm: Kích thước thiệt bị làm giới hạn lượng bột dược liệu cần thiết Trong trình chiết, hợ chất chiết từ bột dược liệu trữ lại bình cầu, nên chúng bị đun nóng nhiệt độ sôi o dung môi hợp chất bền nhiệt dễ bị hư hại Do toàn hệ thống thiết bị thủy tinh gia công thủ công nên giá thành thiết bị cao Thiết bị thủy tinh nên dễ vỡ, phận máy, nút mài gia công nên cần làm bể phận khó tìm phận khác vừa khớp để thay Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 27 Thiết bị cô quay máy sấy Sử dụng phương pháp sắc ký cột B Quy trình sản xuất: Thiết bị ly tâm I Sơ đồ sản xuất: Thiết bị máy lọc chân không Hệ thống Soxhlet Máy xay sinh tố Hình Sơ đồ Quy trình tách chiết Catechin từ trà Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 28 II Thuyết minh quy trình: Nguyên liệu: • Bước 1: Sau mua lọc bỏ đập úng, bỏ phần cọng, loại bỏ phần héo (lá héo sẽ hàm lượng catechin, gây sai sót trình trích ly) • Bước 2: Chọn không già Màu sắc sáng, không gẫy vết phải nguyên vẹn Giúp đồng mẫu • Bước 3: Rửa mẫu Hình Nguyên liệu Lá Trà Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 29 Diệt men: • Bước 1: Sử dụng nhiệt độ cao để phá hủy hệ thống enzyme có nguyên liệu chè Giúp ức chế oxy hóa chất, tanin, giữ màu xanh tự nhiên vị chát nguyên liệu • Bước 2: Làm bay phần nước nguyên liệu, làm giảm áp lực trương nở tế bào • Bước 3: Có nhiều cách bất hoạt enzyme Ta chọn phương pháp đơn giản bất hoạt bếp đun điện tử • Bước 4: Ta chọn nhiệt độ từ 120 – 140OC Khuấy liên tự để đảo trộn Xay nhỏ: • Bước 1: Rửa dụng cụ trước xay mẫu (tránh sai số trình xay nhuyễn) • Bước 2: Chia nhỏ mẫu, xay riêng mẫu (giúp cho hiệu tối ưu cho Hình Bếp đun việc xay nhỏ) • Bước 3: Xay lần, lần 10 giây Giúp máy xay tăng tuổi thọ • Bước 4: Lấy hỗn hợp mẫu xay nhỏ trộn với (cho đồng mẫu) Bếp đun Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 30 Trích ly: • Bước 1: Mẫu sau đồng hóa sẽ vào túi nhỏ (đều giúp dễ dàng lấy dể vệ sinh bình cầu) • Bước 2: Chuẩn bị hệ thống chưng cất soxhlet • Bước 3: Cho ethanol vào bình cầu theo tỷ lệ 1/10 Ở phần hệ thống soxhlet cho túi lọc vào hình Hình Thiết Bị Xay Nhỏ Nguyên liệu Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 31 Hình Hệ thống chưng cất soxhlet • Bước 4: Trích ly 70OC 60p Dùng bếp đun nóng dung môi phân cực ethanol giúp bay lên gặp hệ thống ống sinh hàn, hệ thống ống sinh hàn giúp làm lạnh ethanol rơi xuống nơi chứa mẫu (ống sinh hàn có đầu để nước lạnh vào đầu cho nước ra) Sau đó, ethanol rơi xuống ngắm vào túi lọc giúp đưa catechin khỏi mẫu Lọc chân không: • Bước 1: Đặt màng lọc vào phễu • Bước 2: Sử dụng áp suất máy bơm rút chân không bình gây áp suất lên màng lọc • Bước 3: Đưa nguyên liệu vào màng lọc Khởi động máy chạy Nguyên liệu Sản phẩm Diệt men Đuổi dung môi + sấy khô Tinh chế Nghiền nhỏ Trích ly Lọc Hình Máy lọc chân không Chuyên đề sản xuất Catechin Dịch July 3, 2016 trích Page 32 • Bước 4: Tắt máy thu dịch lọc Lọc chân không nhằm mục đích làm sạch, nâng cao độ tinh cho sản phẩm Ngoài sử dụng cô quay chân không giúp tiết kiệm thời gian gấp nhiều lần so với phương pháp lọc Việc lọc chân không đảm bảo việc chắn mẫu sau trích ly không chứa bụi trà nhỏ lẫn dung dịch trích ly Ly tâm: • Bước 1: Sử dụng ống ly tâm cho mẫu vào cân sau cho khối lượng • Bước 2: Cho vào máy ly tâm để đối xứng với Chỉnh máy 4000 vòng 15 phút Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 33 Hình Thiết bị ly tâm • Bước 3: Sau thu dịch trích ly Đuổi dung môi và sấy khô: • Bước 1: Cho mẫu ly tâm vào bình cầu tròn Hình Máy cô quay chân không • Bước 2: Lắp vào máy cô quay, chỉnh mức nước sau cho vừa phải (tránh làm tràn, bắn nước ngoài) cô quay nhiệt độ 60OC • Bước 3: Sấy mẫu thật khô, nhiệt độ 40 OC, đuổi dung môi đạt 42g catechin Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 34 Hình 10 Máy sấy Tinh sạch: • Bước 1: Chuẩn bị cột o Rửa thật sạch, tráng lại với nước cất, sau sấy khô o Cho gòn vào đáy cột (phải thật khéo chặt chất nghiên cứu sẽ bị mắc kẹt lại không chạy xuống được, không chặt đổ dung môi vào nút sẽ bị trôi) o Kẹp cột thẳng đứng giá sắt Hình 11 Becher kẹp giá Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 35 • Bước 2: Nhồi cột o Cân 200g silicagel cho vào becher, cho ete dầu hỏa vào cho lượng thể tích đủ làm cho silicagel trương phình tối đa, tốt để qua đêm o Cho silicagel từ từ vào cột cho nút đáy cột không bị trôi lên, kiểm tra tốc độ chảy dung môi khỏi cột (thông thường khoảng 30 – 50 giọt/phút đạt yêu cầu) o Hứng ete dầu hỏa cho vào cột vài lần đến cột thật ổn định, bề mặt silicagel phải nằm ngang • Bước 3: Đưa chất phân tích vào cột o Cho 8g silicagel vào 42g catechin dạng cao khô trộn đều, nghiền, sau tiếp tục sấy khô hoàn toàn, mẫu lúc phải dạng bột o Sau cho ete dầu hỏa vào cao cho hỗn hợp trở thành dạng sệt, không loãng không đặc để đổ mẫu vào tạo thành lớp bề mặt silicagel • Bước 4: Triển khai cột o Để triển khai cột ta dùng dung môi có độ phân cực tang dần o Sự thay đổi từ dung môi sang dung môi khác phải chuyển từ từ cách pha tỷ lệ tăng dần giảm dần Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 36 o Sử dụng dung môi: ete dầu hỏa hổn hợp pha theo tỷ lệ 1%, 2%, 5%, 10%, 25%, 50%, 100% Pha Động Pha tĩnh Hình 12 Becher nhồi pha động và pha tĩnh Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 37 • Bước 5: Thu nhận kết o Sử dụng bình tam giác 50ml để hứng phân đoạn, đánh dấu số thứ tự bình o Từ TCVN 9745 – : 2013 ta nhận thấy khoảng thời gian thu nhận catechin từ 10 – 14 phút chạy sắc ký cột Hình 13 Dịch chiết trà xanh Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 38 • Bước 6: Kiểm tra kết o Dựa vào nguyên tử khối catechin 290,27g/mol sử dụng máy đo quang phổ Hình 14 OD của catechin ở bước sóng λ = 276nm Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 39 C Kết luận: - Ngày hướng nghiên cứu hợp chất thứ cấp hướng mà ngành công nghệ sinh học Việc ứng dụng hợp chất thứ cấp nghiên cứu ta lại nhận thấy quan trọng hợp chất thứ cấp giai đoạn phát triển ngàn nghiên cứu hổ trợ sức khỏe chống bệnh tât Trong trà xanh chất tạo nên hương vị trà mà ta - thường sử dụng thành phần quan trọng catechin Catechin hợp chất thứ cấp mang cho nhiều giá trị không y học mà giúp phát triển ngành thực phẩm Nhờ mà ta ứng dụng catechin từ diệt khuẩn, hoạt tính chống ung thư , ức chế khối u não , bệnh tim , aids … mà giúp ly trà bạn đậm đà nhờ - vị chát đắng catechin Tuy hợp chất thứ cấp khác quan trọng, việc tách chiết sản xuất Catechin chưa quy mô lớn, chưa nhiều máy móc đại chuyên cho việc sản xuất, điều gây khó khăn cho việc sản xuất số lượng lớn, cần tìm dung môi tốt thích hợp để giúp cho - trình tách chiết nhiều lượng Catechin Cần nghiên cứu thêm tác dụng Catechin, chuyên sâu Catechin để khai thác khả thần kỳ loại hợp chất thứ cấp Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 40 Tài liệu tham khảo Khảo sát hiệu trích ly catechin trà tươi Ethanol – Đoàn Minh Ngọc 2008 http://nutrition.ucdavis.edu/content/infosheets/fact-pro-catechin.pdf Williamson G, Manach C Bioavailability and bioefficacy of polyphenols in humans II Review of 93 intervention studies Am J Clin Nutr 2005;81:243S-255S Nutrient Data Laboratory US Department of Agriculture USDA Database for the Flavonoid Content of Selected Foods US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, 2007 Stangl V, Lorenz M, Stangl K The role of tea and tea flavonoids in cardiovascular health Mol Nutr Food Res 2006;50:218-28 Park YK, Park E, Kim JS, Kang MH Daily grape juice consumption reduces oxidative DNA damage and plasma free radical levels in healthy Koreans Mutat Res 2003;529:77-86 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15640470 https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Catechin Chuyên đề sản xuất Catechin July 3, 2016 Page 41