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:

1. Tạ Quang Nam:

2. La Hoàng Phúc:

Mục lục

Phụ lục

Chuyên đề sản xuất Catechin Page 3 July 3, 2016

A Tổng quan:

I Tổng quan về trà xanh:

1. Giới thiệu chung:

- Cây trà có tên khoa học là Camellia sinensis thuộc họ Theaceae Từ lâu

con người đã nhận biết được tính ưu việt và tính đa chức năng của loại câynày Nhiều tác giả đã nghiên cứu về các đặc tính của cây trà và chỉ ra haiđặc tính sinh học tiêu biểu của trà là đặc tính chống oxy hóa và khả năngkháng khuẩn Cây trà có nguồn gốc từ Đông Nam Châu Á Đây là một loạicây công nghiệp lâu năm, cho hiệu quả kinh tế cao, được trồng ở hơn 30quốc gia Trà có nhiều giống khác nhau, các giống trà phổ biến hiện naylà: Thea Jiunnanica, Thea Assamica, Thea Ainensis, có nguồn gốc từTrung Quốc Ngày nay, ở Việt Nam hầu hết các tỉnh có đều kiện thuận lợiđều trồng trà, song ba vùng trồng trà lớn nhất

• Vùng chè thượng du (Hà Giang, Tuyên Quang, Lai Châu, Yên Bái) chiếmkhoảng 25% sản lượng chè miền Bắc

• Vùng chè trung du (Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Bắc Cạn, Thái Nguyên) Đây làvùng chè chủ yếu chiếm đến 75% sản lượng chè miền Bắc với nhiều nhàmáy sản xuất lớn

• Vùng chè Tây Nguyên (Gia Lai, Kon Tum, Lâm Đồng, Đắc Lắc) chủ yếutrồng giống chè Ấn Độ và chè shan, chè Ô Long

2. Phân loại:

Về phân loại khoa học cây trà được thể hiện trong bảng sau:

Phân loại khoa học

3. Thành phần hóa học của lá trà xanh:

- Thành phần chính của lá trà là nước nó chiếm 75-82%, có quan hệ đến quátrình biến đổi sinh hóa trong búp trà và đến sự hoạt động của các men, làchất quan trọng không thể thiếu được để duy trì sự sống của cây Bên cạnhthành phần chính là nước thì thành phần và hàm lượng các chất hòa tantrong trà xanh là một trong những mối quan tâm hàng đầu đối với các nhànghiên cứu về trà xanh Trong đó nhóm chất tanin được xem như thànhphần chính, chiếm khoảng 27 – 34% chất khô trong trà xanh Với mụcđích nghiên cứu đặc tính chống oxy hóa và kháng khuẩn của trà

Chuyên đề sản xuất Catechin Page 5

July 3, 2016

• Bảng thành phần hóa học của lá trà xanh:

• Thành phần các hợp chất polyphenol trong lá trà xanh:

• Tỷ lệ các chất trong thành phần hỗn hợp của tanin chè không giống nhau

và tùy theo từng giống chè mà thay đổi Tuy nhiên, người ta đã xác địnhđược trong chè tanin gồm có 3 nhóm chủ yếu là catechin, flavonol vàglycoside, anthocyanidin và leucoanthocyanidin

Chuyên đề sản xuất Catechin Page 7

July 3, 2016

• Tác dụng của một số thành phần chính trong trà xanh đối với sức khỏe conngười

Chống huyết áp caoDiệt vi khuẩnChống virus cảm cúmChống sau răngChống hôi miệng

2 Caffeine Giúp tỉnh táo, không buồn ngủ hay mệt mỏiLợi tiểu

3 Vitamin C Tăng sức đề kháng, chống cảm mạoGiảm stress

4 Vitamin BTổ hợp Thúc đẩy sự chuyển hóa năng lượng

5

Gamma –amino butyricacid

Làm hạ huyết áp

6 Flavonoid

Tang cường độ bền của thành mạch máu

Ngăn chặn xơ hóa và lắng đọng cholesterol,giúp chống tai biến mạch máu não và nhồi

máu cơ timChống hôi miệng

7 Polysaccharide Ngăn chặn huyết áp cao

9 Vitamin E Giúp chống lão hóaChống oxi hóa

4. Đặc tính sinh học của trà xanh:

A. Hoạt tính chống oxy hóa:

• Hoạt tính chống oxy hóa chính của trà là do hoạt tính của các hợp chấtpolyphenol Hoạt tính chống oxy hóa của polyphenol tách chiết từ lá tràxanh để bảo quản hạt dầu cải đã đưa ra kết luận polyphenol chiết xuất từ látrà xanh thứ phẩm có tác dụng kháng oxy hóa rất rõ rệt và mạnh hơn nhiều

so với acid ascorbic và tocopherol Tác dụng sinh học của các polyphenoltrà hay của dịch chiết lá trà xanh được giải thích là do chúng có tác dụngkhử các gốc tự do, giống như tác dụng của các chất antioxidant Trong cácpolyphenol trà, những gốc có chức năng chống oxy hóa là gốc ortho-3,4-dihydroxyl (catechol), hoặc các vị trí 3,4,5-trihydroxyl (gallate) của vòng

B, nhóm gallate ở vị trí C3 của vòng C, nhóm hydroxyl ở vị trí C5, C7 củavòng A

• Cơ chế chống oxy hóa của trà thuộc cơ chế chống oxy hóa của các hợpchất phenol Tính chống oxy hóa của các ankylphenol thể hiện ở chỗchúng có khả năng vô hiệu hóa các gốc peroxyt, do đó nó có thể cắt mạchoxy hóa Sản phẩm đầu tiên xuất hiện là các gốc phenol tạo thành donguyên tử hydro của nhóm hydroxyl được nhường cho gốc peroxyt:

Chuyên đề sản xuất Catechin Page 9

July 3, 2016

Các nhóm có chức năng chống oxy hóa của các polyphenol

Dạng hydroquinone

(Dạng oxy hóa)

• Các gốc phenol rất ổn định, kém hoạt tính, nhờ vậy chúng không có khả

năng sinh mạch oxy hóa tiếp theo Hoạt tính chống oxy hóa của các hợpchất ankylphenol được tăng lên bằng cách hydroxyl hóa vào phân tửphenol, vì các hợp chất polyphenol có hoạt tính tốt hơn monophenol

Đặc biệt dạng oxy hóa và dạng khử của chúng có thể tương tác với nhau

thuận nghịch tạo gốc Semiquinon:

• Ngoài ra, các hợp chất catechin trong trà còn có khả năng tạo phức kimloại chủ yếu là Fe, Cu, đây là những chất xúc tác để tạo ra những gốc tự

do Tỉ lệ EGC, EGCG, ECG và EC tạo phức với kim loại là 3:2, 2:1, 2:1,3:1

• Cả 2 catechin và theaflavin có thể tạo phức với Fe (III) Theaflavin có thể

tạo phức với Fe (III) để tạo thành dạng phức, sau đó bị oxy hóa thành

o-quinon và được chuyển đổi thành dehdro theaflavin, theanaph thoo-quinon

và polymer

B. Hoạt tính kháng khuẩn:

• Catechin trong trà xanh có khả năng tiêu diệt các loại vi khuẩn làm hưhỏng thực phẩm và loại bỏ các độc tố do chúng gây ra Trà xanh có thểdiệt 100.000 khuẩn E Coli trong vòng 5h Cơ chế hoạt động của cáccatechin là phá hủy màng tế bào bên ngoài của vi khuẩn

• EGCG và ECG là catechin có khả năng kháng khuẩn mạnh nhất Catechin

là polyphenol có thể gây ra hiện tượng ngưng kết bằng cách tạo liên kếttrực tiếp với protein Đây là tính chất đặc trưng của catechin chịu tráchnhiệm cho hoạt tính kháng khuẩn

• Thành phần của thành tế bào là yếu tố quyết định đến khả năng khángEGCG của vi khuẩn Peptidogly trong thành tế bào vi khuẩn có khả năngngăn chặn các hoạt động diệt khuẩn của EGCG Peptidoglycan là mộtphức liên kết ngang của polysaccharide và peptide Thành tế bào của vikhuẩn gồm có 30-50 lớp peptidoglycan bảo vệ vi khuẩn trước áp suấtthẩm thấu EGCG có thể trực tiếp liên kết với peptidoglycan và làm tế bào

bị đông tụ ngăn cản hoạt động sinh tổng hợp của vi khuẩn Catechin củatrà có khả năng ức chế các enzyme có nguồn gốc từ vi khuẩn

• Để ức chế hoạt động của enzyme EGCG liên kết trực tiếp với các phân tửsinh học và gây ra hiện tượng ngưng kết làm mất hoạt tính của enzyme

Chuyên đề sản xuất Catechin Page 11

July 3, 2016

5. Tác dụng dược lý của trà xanh:

• Trà xanh mang lại nhiều tác dụng tốt nhờ thành phần hóa học đa dạng vớicác chất hỗ trợ sức khoẻ và phòng chống bệnh tật

• Về dược lý học, trà xanh có vị đắng chát, tính mát, có tác dụng thanh nhiệtgiải khát, tiêu cơm, lợi tiểu, định thần làm cho đầu não được thư thái, khỏichóng mặt xây xẩm, da thịt mát mẻ, bớt mụn nhọt và cầm tả lỵ Do cócafein và theophyllin, trà xanh được xem là một chất kích thích não, tim

và hô hấp, giúp tăng cường sức làm việc của trí óc và của cơ, làm tăng hôhấp, tăng cường và điều hoà nhịp đập của tim

• Thành phần catechin có trong trà có tác dụng giảm nguy cơ gây ung thư,giảm kích thước khối u, giảm lượng đường trong máu, giảm cholesterol,diệt khuẩn, diệt virus cúm, chống hôi miệng Tác dụng chống phóng xạcủa trà xanh Các flavonol và polyphenol làm cho trà xanh có tính chấtcủa vitamin P

• Những chất polyphennol có trong trà có vai trò quan trọng trong việcphòng chống bệnh ung thư Đặc biệt, EGCG là loại polyphenol chủ yếutạo nên dược tính của trà, nó có công dụng ngăn ngừa các enzyme kíchhoạt sự sao chép nhân bản tế bào

• Các thành phần vitamin trong trà xanh cũng có tác dụng tích cực đối vớisức khoẻ Ví dụ như vitamin C giúp làm tăng sức đề kháng, và phòngchống bệnh cúm; vitamin nhóm B trợ giúp cho quá trình trao đổi carbonhydrat; Vitamin E tác dụng chống oxy hóa và hạn chế lão hóa

II Hợp chất thứ cấp:

1. Hợp chất thứ cấp là gì:

• Thực vật là nguồn cung cấp các hợp chất dùng làm dược liệu hoặc phụ giathực phẩm có giá trị Những sản phẩm này được biết như là các chất traođổi thứ cấp, thường được hình thành với một lượng rất nhỏ trong cây vàchức năng trao đổi chất chưa được biết đầy đủ Chúng dường như là sảnphẩm của các phản ứng hóa học của thực vật với môi trường hoạc sự bảo

vệ hóa học chống lại vi sinh vật và động vật Các chất trao đổi thứ cấp cóthể xếp trong ba nhóm chính là alkaloid, tinh dầu và glycoside

• Các alkaloid có dạng tinh thể là các hợp chất chứa nitrogen, có hoạt tínhsinh lý trên tất cả động vật và được sử dụng trong công nghiệp dược Họalkaloid bao gồm: codein, nicotine, caffeine và morphine Một số loài thựcvật chứa nhiều alkaloid như: cây thuốc phiện (họ Papaveraceae); cây canh-ki-na (họ Rubiaceae); cây cà độc dược, thuốc lá và khoai tây (họSolanaceae) Người ta thường gặp trong một cây tập hợp các alkaloid cócấu trưc hóa học gần giống nhau Đôi khi toàn cây chứa alkaloid, đôi khichỉ tập trung trong lá (thuốc lá, chè, cacao), trong quả (thuốc phiện), trongvỏ (canh-ki-na), trong rể (cây phụ tử, cây cà độc dược) Trong cùng mộtcây có thể tùy theo bộ phận của cây mà tạo ra những alkaloid khác nhau(họ Taxaceae) Các alkaloid có các hoạt tính sinh học rất khác biệt, một sốtác dụng lên hệ thần kinh (caffeine, atropine, stychnin ), một số tác dụnglên các cơ (varatrin, atropine…), một số tác dụng lên mạch máu(hydrastin, ephedrin…); một số khác tác dụng lên bộ máy hô hấp(morphin…) Alkaloid thường độc với liều lượng lớn nhưng với liệulượng nhỏ, chúng được sử dụng làm thuốc chửa bệnh (Misawa, 1994)

Chuyên đề sản xuất Catechin Page 13

July 3, 2016

Công thức hóa học của catechin

• Các tinh dầu chứa hỗn hợp terpenoid, được sử dụng như chất mùi, chấtthơm và dung môi Giống như những lipid khác, các terpenoid không tantrong nước Terpene được xây dựng từ những đơn vị 5 carbon và đượcthiết lập từ nhiều đơn vị isoprene, ví dụ monoterpene chứa 2 đơn vịisoprene, sesquiterpene chứa 3 đơn vị isoprene, diterprene, diterpene chứa

4 đơn vị isoprene (Lee 2001)

• Các glycoside bao gồm các hợp chất phenol và flavonoid, saponin và cáccyanogenic glycoside, một số tròng chúng được sử dụng là thuốc nhuộm,chất mùi thực phẩm và dược phẩm (Lee 2001)

III Catechin:

1. Catechin là gì:

• Catechin hay catechol là tên gọi chung cho các phenol có dạng flavan – 3– ol

• Cấu trúc hóa học của catechin đã cho biết nhóm catechin trong trà xanh cócác đồng phân sau:

L – Epicatechin (L – EC)D,L – Catechin (D,L – C)

L – gallocatechin (L – GC)

L – Epigallocatechin (L – EGC)

L – Epicatechingallat (L – ECG)

L – Epigalocatechingallat ( L – EGCG)

Bảng: Thành phần catechin trong lá trà xanh

• Catechin có hoạt tính của vitamin P, nghĩa là có khả năng làm tang độ đànhồi và giảm tính thấm, cũng cố tính bền thành mạch máu Catechin thườngdùng phối hợp vitamin E trong dự phòng điều trụ chảy máu cập và còn cótác động đến các biểu hiện lâm sàng khác của bệnh nhân như giảm bớt sốt,giảm nhiểm độc, giảm rối loạn hoạt động của hệ tim mạch Catechin trongtrà xanh có tác dụng chống oxi hóa, tức là chống quá trình oxi hóa dâychuyền sinh ra bởi các tự do hoạt động, do đó catechin trong trà xanh làchất kìm hãm sự phát triển của khối u, chống phóng xạ và một số bệnh

Chuyên đề sản xuất Catechin Page 15

July 3, 2016

Công thức cấu tạo một số loại catechin

ung thư rất tốt Catechin trà xanh làm tang cường hoạt động của lách vàgan Điều đáng quý của catechin trà xanh là một chất không độc và chiểm

tỉ lệ cao trong nhóm polyphenol (chiếm khoảng 15 – 20% chất khô và trên70% tổng lượng polyphenol của lá trà xanh)

• Ngoài ra catechin trong trà xanh con đóng vai trò hết sức quan trọng trongviệc chế biến trà xanh Các sản phẩm trà xanh như: trà đen, trà oolong, tràxành… với sắc nước hương thơm và vị đặc trưng rất khác nhau, phụ thuộcvào mức độ và chiếu hướng của phản ứng oxi hóa bởi enzyme ( và phienzyme) các polyphenol có trong lá trà xanh Theo nghiên cứu, chỉ có L –Epigallocatechin và L – Epigalocatechingallat mới có khả năng tạo thànhmàu đỏ tươi cho trà đen Nhưng nếu thuần túy chỉ có hai chất này thì tạo

ra được trà vàng Muốn có màu đỏ, trong hỗn hợp phản ứng phải có mặtcác chất vận chuyển hydro tức là chất catechin chưa bị oxi hóa

Hydroxylase hóa khử và đóng vòng

Hydroxylase hóa

Galo hóa

Hình 1 Sơ đồ quá trình sinh tổng hợp catechin

Chuyên đề sản xuất Catechin Page 17 July 3, 2016

- Sự biến động của hàm lượng tannin nói chung và catechin trong trà xanhrất lớn Nó phụ thuộc vào giống, tiêu chuẩn hái, điều kiện độ vĩ, địa hình,kỹ thuật, canh tác,… trong hoàn cảnh tự nhiên của nước ta, các giống tràSan thường cho hàm lượng tannin cao hơn các giống trà khác hiện đangtrồng Hàm lượng tannin biến động rất lớn tùy theo vị trí lá trên búp.

2. Phân loại:

Trong lá trà có 6 loại catechin chính đó là epicatechin (EG),epigallocatechin-3-gallate (EGCG), epigallocatechin (EGC),epicatechingallate (ECG), gallocatechin (GC), và catechin (C) Trong đóEGCG là thành phần polyphenol chủ yếu trong trà chiếm khoảng 12%khối lượng chất khô trong trà kế đến là EGC, ECG và EG Tỉ lệ các thànhphần được thể hiện trong bảng sau

3. Tác dụng của Catechin:

 Công năng diệt khuẩn E Coli – 157 của trà xanh:

- Catechin có công dụng hữu hiệu trong việc tiêu diệt hầu hết các nhữngloại vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm và giải trừ luôn những độc tố do vikhuẩn tiết ra cụ thể đây là độc tố Veratoxin của E Coli – 157 Nếu uốngtrà xành trong và và sau bửa ăn sẽ phát huy được cơ chết tiêu diệt vi khuẩn, chất catechin tiêu diệt tế bào ngoài của vi khuẩn

 Hoạt tính chống oxi hóa, chống ung thư:

- Flavonoids trong trà xanh là chất chống oxi hóa mạnh và có khả ăng vôhoạt các gốc tự do là nguyên nhân kích thích phản ứng dây truyền oxi hóacác cấu trúc sinh nhạy cảm như AND hoặc màng tế bào Do đó, trà xành

có khả năng chống bệnh ung thư, bệnh tim, bệnh xơ cứng động mạch,bệnh miễn dịch Tác dụng đó con hơn cả vitamin C, E trong việc bảo vệ tếbào khỏi sự phá hủy của gốc tự do

 Khả năng ức chế khối u ở chuột:

- Epigallocatechin gallate (EGCG) có tác dụng ức chế enzymedihydrofolate reductase (DHFR), enzyme mà các tế bào ung thư cần có đểphát triển, do vậy EGCG có tác dụng phòng ngừa ung thư

- Ngoài ra, chất epigallocatechin gallate còn có công dụng trong việc ngănchặn sự oxi hóa làm tổn thương AND, bảo vệ và ngăn chặn sự oxi hóa cáchồng huyết cầu Chất EGCG làm ức chế và ngăn chặn hữu hiệu nhất sựphát triển của các tế bào ung thư và đồng thời ức chế các chất dinh dưỡngđến để nuôi dưỡng các tế bào ung thư đã hình thành Nó cũng chống lạichất tạo thành ung thư do các tác nhân gây ung thư gây nên.

 Hoạt tính khử mùi và chống vi sinh vật:

- Polyphenol trong trà xanh có khả ăng ngăn chặn sự phát triển của vi sinhvật gây sâu răng: Streptococcus mutans, Streptococcus sobrinus

- Polyphenol trà xanh, đặc biệt là EGCG có hoạt tính khử mùi mạnh hơn cảsodium copper chlorophyllin

- Dịch trích của trà xanh cũng dã được sử dụng để chữa trị cho bệnh nhândịch tá ở vùng dịch ngăn chặn sự lan truyền virus cúm

 Catechin và bệnh tim:

- Hội tim mạch Mỹ đã công bố cho thấy trà xanh nếu được uống thườngxuyên sẽ giúp ích cho các bệnh nhân bệnh tim mạch Chìa khóa cho tínhnăng bảo vệ sức khỏe của trà xanh chính là các hợp chất catechin, chúng

có khả năng ngăn ngừa cholesterol xấu LDL không bị oxi hóa, chống tụmáu, chống xơ cứng động mạch

 Catechin và bệnh AIDS:

- Chất EGCG có tác dụng quan trọng trong hệ miễn dịch cơ thể ngườichúng ngăn ngừa virus HIV bám vào các phân tử CD4 và tế bào T ởngười

- Hướng phát triển mới cho các nhà khoa học là tiếp tục nghiên cứu thêmcho việc đưa EGCG vào loại thuốc chống HIV

 Catechin chống lại các bệnh suy thoái về tim mạch:

- Hợp chất catechin trong trà xanh giúp ngăn cản hửu hiệu quá trình oxi hóaLDL, giúp ngăn ngừa suy thoái về tim mạch

 Catechin làm giảm lượng đường trong máu:

- EGCG ức chế sự phát triển của tế bào IL – 1 beta và IFN – gamma là chấttrung gian của nguyên tố RINm5F tác dụng lên tế bào trong tụy tạng để tếbào sản sinh Do đó, EDCG có khả năng giúp trị liệu và ngăn ngừa bệnhtiểu đường phát triển

 Catechin làm giảm đi bệnh tuyến tiền liệt:

Chuyên đề sản xuất Catechin Page 19

July 3, 2016

- Trong tuyến tiền liệt, EGCG làm ức chế và ngăn chặn tận gốc nồng độhormone I (IGF – I) phát triển mạnh gây nên ung thư tuyến tiền liệt, đồngthời ngăn chặn các chất dinh dưỡng đến để nuôi tế bào ung thư.

 Biến đổi của catechin trong quá trình chế biến trà xanh:

- Các sản phẩm trà xanh khác nhau được tạo ra trong quá trình chế biến tràxanh sẽ có lượng catechin cũng như theaflavins và thearubigins khác nhau.Trong chế biến trà đen hoặc trà oolong và lá trà được làm héo và tiến hànhlên men toàn thành phần hoặc một phần, chính quá trình lên men này đượcchuyển hóa một lượng catechin còn lại càng ít và lượng theaflavins vàthearubigins tạo ra càng cao Sự biến đổi catechin thành theaflavins vàthearubigins ở các sản phẩm trà khác nhau được biểu diễn như hình sau:

• Sự biến đổi của tannin trong quá trình lên men trà:

- Trong thời gian lên men trà lượng tannin giảm đi rất lớn, thường chiểmkhoảng 50% hàm lượng ban đầu của nó trong nguyên liệu Bên cạnh sựtổn thất về hàm lượng, trong quá trình lên men tannin còn biến đổi sâu sắc

về thành phần các cầu tử Trong quá trình lên men hợp chất tanin trà giảmxuống do:

o Một phần tanin chuyển hóa thành tanin đặc biệt, chính là các sảnphẩm oxi hóa của chúng khi lên men

o Một phần sau khi ngưng tụ thành hợp chất lớn hơn đã kết hợp vớiprotein tạo thành những chất không tan

- Nhờ sự oxi hóa nhóm chất catechin và làm tăng hàm lượng nhóm chấttanin đặc biệt nên vị chát đắng của trà mất đi và thay vào đó là vị chát dịu

dễ chịu của trà đen

Hình 1 Biến đổi của hàm lượng catechin trong các loại trà.