nghiên cứu công nghệ và tính toán, thiết kế thiết bị trích ly có sự hỗ trợ của sóng siêu âm với năng suất tối đa 10kg giờ để tách polyphenol từ lá chè xanh thứ, phế phẩm

Ngày nay, trong bối cảnh hội nhập kinh tế quốc tế ngày càng sâu rộng cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật - công nghệ, các sản phẩm từ cây chè ngày càng phong phú hơn và việc xuấ

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan những số liệu và kết quả thí nghiệm trong luận văn

là trung thực, đều có được trên cơ sở đo đạc thí nghiệm và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ trong luận văn đều được cảm ơn và các thông tin được sử dụng đều có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng

Tác giả

Đỗ Hồng Quang

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của các thầy

cô, đồng nghiệp, các cơ quan, bạn bè Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Phùng Lan Hương người đã hướng dẫn, chỉ

bảo, khích lệ tôi tận tình trong suốt quá trình làm đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô trong Bộ môn quá trình thiết bị công nghệ Hóa và Thực phẩm, Viện kỹ thuật Hóa học; Bộ môn quản lý chất lượng, Viện công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm đào tạo và phát triển sản phẩm thực phẩm đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn cộng sự của tôi là kỹ sư Phan Thu Trà cùng các sinh viên Nguyễn Hữu Chinh, Nguyễn Anh Tuấn khóa 53 ngành Quá trình công nghệ Hóa

và thực phẩm Trường ĐHBK Hà Nội đã giúp đỡ và hỗ trợ tôi rất nhiều trong thời gian thực hiện đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài, bản thân đã có rất nhiều cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự góp ý của các thầy cô cùng toàn thế các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

MỤC LỤC Trang

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN……… 11

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY CHÈ……… 11

1.1.1 Giới thiệu về cây chè……… 11

1.1.1.1 Tên gọi và nguồn gốc cây chè……… 11

1.1.1.2 Phân loại giống chè……… 13

1.1.1.3 Các vùng chè ở Việt Nam……… 15

1.1.1.4 Tình hình sản xuất chè ở nước ta……… 17

1.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CHÈ……… 18

1.2.1 Hợp chất Polyphenol trong chè……… 18

1.2.2 Tính chất vật lý và hóa học của catechin trong chè……… 18

1.2.3 Hoạt tính sinh học……… 22

1.3 ỨNG DỤNG CỦA POLYPHENOL TRONG ĐỜI SỐNG……… 23

1.3.1 Ứng dụng polyphenol trong công nghiệp thực phẩm………… 24

1.3.2 Ứng dụng của polyphenol trong y –dược……… 24

1.4 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT POLYPHENOL TỪ CHÈ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM……… 25

1.4.1 Các nghiên cứu trên thế giới……… 26

1.4.2 Các nghiên cứu trong nước……… 26

1.4.2.1 Viện Hóa học Việt Nam……… 27

1.4.2.2 Trường ĐH Công nghệ Hồ Chí Minh……… 27

1.4.2.3 Viện Công nghiệp thực phẩm – Trường ĐH BK HCM 28

1.4.2.4 Nhóm nghiên cứu- ĐHBK Hà Nội……… 29

1.5 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CHẾ PHẨM POLYPHENOL………… 29

1.5.1 Xác định hàm lượng polyphenol tổng (TPC)……… 29

1.5.1.1 Phương pháp Lowenthal……… 29

1.5.1.2 Phương pháp Folin-ciocatleu……… 29

1.5.1.3.Phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC)……… 29

1.5.1.4 Phương pháp Brussian Blue……… 30

1.5.2 Phương pháp xác định hoạt tính chống ôxy hóa của polyphenol trong dịch từ chè……… 31

1.5.2.1 Cơ sở phương pháp……… 31

1.5.2.2 Công thức tính……… 31

1.5.3 Xác định thành phần Catechin……… 31

1.5.4 Xác định vết dung môi bằng SPME/GC……… 32

1.5.5 Xác định độc tính cấp……… 32

1.5.6 Xác định tác dụng ức chế sự phát triển tế bào ung thư in vitro 32 CHƯƠNG 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 34

2.1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU……… 34

2.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU……… 34

2.2.1 Các loại chè phế phẩm……… 34

2.2.1.1 Chè mảnh……… 34

2.2.1.2 Chè vụn……… 36

2.2.1.3 Cẫng lẫn chè……… 34

2.2.1.4 Chè cám……… 37

2.2.2 Xác lập thí nghiệm……… 38

2.2.2.1 Bố trí bộ dụng cụ thí nghiệm ……… 38

2.2.2.2 Các loại hóa chất……… 38

2.2.2.3 Đánh giá hàm lượng polyphenol tổng (TPC) trong nguyên liệu……… 39

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 39

2.3.1 Quy trình trích ly polyphenol từ chè……… 39

2.3.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly……… 41

2.3.2.1 Ảnh hưởng của khuấy trộn……… 41

2.3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ……… 41

2.3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian……… 41

2.3.2.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu……… 42

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ……… 43

3.1 THỰC NGHIỆM TRÊN QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM………… 43

3.1.1 Thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn…… 43

3.1.2 Thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ……… 43

3.1.3 Thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian……… 44

3.1.4 Thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/ nguyên

liệu……… 44

3.2 KẾT QUẢ……… 44

3.2.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn………… 45

3.2.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ……… 45

3.2.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian……… 46

3.2.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 46 3.3.XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ TỐI ƯU……… 46

3.3.1 Quy hoạch thực nghiệm……… 46

3.3.2 Kết quả quy hoạch thực nghiệm……… 46

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ……… 47

4.1 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU……… 47

4.2 TÍNH CÁC THIẾT BỊ CHÍNH……… 47

4.2.1 Tính đường kính và chiều cao……… 47

4.2.2 Tính độ dầy thành thiết bị……… 49

4.2.2.1 Tính độ dầy thành thiết bị……… 49

4.2.2.2 Tính độ dầy đáy elip……… 51

4.2.3 Tính cơ cấu khuấy trộn……… 53

4.2.4 Tính chân đỡ……… 54

4.3 TÍNH TOÁN BỘ PHẬN GIA NHIỆT……… 55

4.3.1 Tính toán thiết bị gia nhiệt……… 56

4.3.2 Điều khiển bộ phận gia nhiệt……… 58

4.3.2.1 Phân loại các biến quá trình và nguyên lý điều khiển 59

4.3.2.2 Cấu trúc điều khiển phản hồi cho thiết bị gia nhiệt… 59

4.4 CƠ CẤU LẮP ĐẶT THIẾT BỊ SIÊU ÂM……… 60

4.4.1 Vị trí lắp dặt thiết bị siêu âm……… 60

4.4.2 Chọn đầu siêu âm……… 62

4.5 VẬN HÀNH THIẾT BỊ TRÍCH LY……… 63

4.5.1 Thực nghiệm kiểm chứng xác định chế độ làm việc tối ứu cho quy mô pilot………

63 4.5.1.1 Phương pháp tiến hành thực nghiệm……… 63

4.5.1.2 Kết quả……… 63

4.5.2 Sản xuất sản phẩm cao chè và polyphenol trên thiết bị trích ly với năng suất 6 kg/giờ……… 66

MỞ ĐẦU

Chè là loại thức uống truyền thống và là nét văn hóa riêng của một số quốc gia châu Á như Việt Nam, Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ…Thậm chí việc thưởng thức chè đã trở thành một nghệ thuật Đến nay, chè là một loại đồ uống phổ biến và được ưu

thích trên toàn thế giới

Việt Nam, với ưu thế về khí hậu, thổ nhưỡng là một trong năm nước có sản lượng và kim ngạch xuất khẩu chè lớn nhất thế giới hiện nay Trước đây, do khoa học công nghệ còn thấp, nền kinh tế kém phát triển và chưa hội nhập quốc tế, việc trồng và chế biến chè còn manh mún, sản phẩm từ cây chè chủ yếu là lá tươi và chè sao khô (hay còn gọi là chè mạn) Ngày nay, trong bối cảnh hội nhập kinh tế quốc tế ngày càng sâu rộng cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật - công nghệ, các sản phẩm từ cây chè ngày càng phong phú hơn và việc xuất khẩu đã đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu các mặt hàng xuất khẩu của Việt Nam Ngành chè đã và đang giải quyết việc làm cho hàng triệu lao động với thu nhập ổn định đồng thời kéo theo hàng loạt các ngành nghề khác cùng phát triển, đặc biệt là ngành công nghệ chế biến Từ đó tạo ra động lực quan trọng thúc đẩy nền kinh tế phát triển, thực hiện mục tiêu công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước

Khoa học phát triển, nhiều nghiên cứu về cây chè cho thấy sản phẩm chè không những có mùi vị thơm ngon, đặc trưng hấp dẫn người thưởng thức mà còn mang lại vô

số lợi ích cho sức khỏe con người Gần đây, nhiều công trình nghiên cứu chỉ ra trong chè chứa các chất có tác dụng giải nhiệt chống khát, lợi niệu giải độc, kích thích tiêu hóa, giảm mỡ máu và chống béo phì, cải thiện trí nhớ, tăng cường chức năng miễn dịch, chống lão hóa… Vì thế nhu cầu sử dụng chè làm đồ uống ngày càng tăng lên không ngừng Tuy nhiên, nhịp sống công nghiệp gấp gáp, bận rộn khiến mọi người không có đủ thời gian thưởng thức chè theo cách truyền thống Nhiều người chuyển sang lựa chọn các sản phẩm chè được chế biến sẵn, sử dụng nhanh và tiết kiệm thời

gian hơn Do đó, các nhà khoa học cùng với ngành chè đã tìm ra nhiều sản phẩm đáp ứng nhu cầu xã hội như chè hòa tan, chè túi lọc, nước uống có chứa tinh chất chè xanh…Ngoài sử dụng làm đồ uống ra, tinh chất từ chè xanh còn được sử dụng ngày càng nhiều trong các ngành khác như ngành dược, mỹ phẩm….Giá trị kinh tế của tinh chất chè xanh là rất cao và hầu như phải nhập khẩu toàn bộ Ở nước ta, công nghệ và

kỹ thuật tách chiết tinh chất từ chè xanh còn rất mới mẻ và còn ở dạng sơ khai Đã có khá nhiều nghiên cứu gần đây được thực hiện nhằm tìm ra phương pháp tách chiết tinh chất chè xanh nhưng triển khai trong thực tế chưa nhiều

Quá trình chế biến chè, ở nước ta sau hàng năm có khoảng 500 đến 600 nghìn tấn cây và lá chè già loại thải, cùng với vụn chè các loại cỡ hàng chục nghìn tấn Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào và rẻ để có thể tách chiết tinh chất chè xanh, mang lại giá trị

về kinh tế vô cùng to lớn Nguồn lợi từ việc tận dụng lượng chè phế, thứ phẩm này sẽ nâng cao thu nhập cho người trồng chè một cách rõ rệt Từ đó, người trồng chè sẽ yêu nghề hơn, có thể sống ổn định bằng nghề, giảm tình trạng sử dụng các loại thuốc bảo

vệ thực vật, các loại thuốc kích thích trong canh tác chè

Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, dưới sự hướng dẫn tận tình của TS Phùng Lan Hương cùng sự giúp đỡ của các thầy cô trong Viện Hóa học, Viện Công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ

và tính toán, thiết kế thiết bị trích ly có sự hỗ trợ của sóng siêu âm với năng suất tối đa 10kg/giờ để tách polyphenol từ lá chè xanh thứ, phế phẩm”

Mục đích nghiên cứu của đề tài: xác định điều kiện làm việc tối ưu cho quá trình trích ly polyphenol từ lá chè xanh thứ, phế phẩm có sự hỗ trợ của sóng siêu âm quy mô thí nghiệm; Trên cơ sở các thông số tối ưu thu được từ quá trình thực nghiệm, tiến hành tính toán thiết kế thiết bị trích ly theo yêu cầu đầu bài giao; Chế tạo thiết bị trích

ly, tiến hành thực nghiệm khảo sát chuyển quy mô nhằm xác định điều kiện làm việc của thiết bị

Nội dung nghiên cứu của đề tài: tìm hiểu tổng quan lý thuyết về trích ly và thiết

bị trích ly; Lựa chọn phương pháp trích ly và thiết bị phù hợp; tính toán thiết kế thiết bị trích ly; chế tạo thiết bị và thực nghiệm xác định chế độ làm việc cho thiết bị

Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY CHÈ

1.1.1 Giới thiệu về cây chè

1.1.1.1 Tên gọi và nguồn gốc cây chè

Cây chè có tên khoa học là Camellia sinensis, tên gọi sinensis trong tiếng Latinh

có nghĩa là Trung Quốc Chè thuộc ngành hạt kín ( Angiopermae), lớp hai lá mầm (Dicotyledonae), bộ chè (Theales), họ chè (Theaceae), chi chè (Camellia) đồng nghĩa

với Thea, loài Camellia sinensis Về nguồn gốc cây chè, đây là một vấn đề lịch sử - khoa học - văn hóa chè mà các học giả thế giới đã nghiên cứu tranh luận hơn 2 thế kỷ qua nhưng vẫn chưa đi đến kết luận thống nhất cuối cùng Đến nay đã công bố trên thế giới 5 thuyết về nguồn gốc cây chè, gồm thuyết Trung Hoa, thuyết Ấn Độ, thuyết nhị nguyên, thuyết chiết trung và thuyết Việt Nam

Các công trình nghiên cứu và khảo sát trước đây cho rằng nguồn gốc của cây chè là vùng cao nguyên Vân nam Trung quốc, nơi có điều kiện khí hậu ẩm ướt quanh năm Theo các sử liệu Trung quốc, cách đây 4.000 năm người Trung quốc đã biết dùng chè làm dược liệu, sau đó mới dùng chè để uống

Năm 1823, R.Bruce phát hiện những cây chè dại lá to ở vùng Assam (Ấn Độ) từ

đó các học giả người Anh cho rằng quê hương của cây chè là ở Ấn Độ chứ không phải

ở Trung quốc

Thuyết chiết trung là một thuyết trung dung, xếp giữa hai thuyết Trung Quốc và

Ấn Độ, được nhiều nhà thực vật học tán thành Thuyết này cho rằng, cái nôi tự nhiên cây chè là ở khu vực gió mùa Đông Nam Á, vì ở Lào, Myanmar, Vân Nam và Bắc Việt Nam đều phát hiện những cây chè hoang dại Các điều kiện đất đai, khí hậu, lượng mưa của các khu vực này đều rất thích hợp với sinh trưởng của cây chè, hợp thành một vườn chè nguyên thuỷ Hơn nữa, các cây chè hoang dại đều mọc nhiều trên bờ của các

con sông lớn như Lan Thương, Kim Sa Giang (tên gọi sông Mê Kông ở cao nguyên Tây Tạng), Phú Long Giang, Salouen, Irrawađi, Bramapoutrơ Các con sông lớn này đều bắt nguồn từ dãy núi phía Nam cao nguyên Tây Tạng, cho nên vùng nguyên sản

cây chè là vùng núi ở cao nguyên Tây Tạng Kết luận của tác giả là: “ Vì thế nơi

nguyên sản của cây chè là tỉnh Vân Nam của nước Trung Hoa Cây chè di thực về phía Đông qua tỉnh Tứ Xuyên, bị ảnh hưởng của khí hậu, nên biến thành giống chè lá nhỏ;

di thực về phía Nam và Tây Nam là Ấn Độ, Myanmar, Annam (Việt Nam) biến thành giống lá to ”

Năm 1918, Cohen Stuart (Java), một nhà phân loại thực vật Hà Lan, đã khảo sát

và thu thập mẫu tiêu bản chè tại Vân Nam, Bắc Việt Nam và Bắc Myanmar Kết quả đã tìm thấy những cây chè thân gỗ lớn ở khu vực miền núi phía Nam và phía Tây Vân

Nam Dựa vào những kết quả điều tra trên, Cohen Stuart đã đưa ra thuyết hai nguồn

gốc của cây chè (nhị nguyên thuyết): cây chè lá to (đại diệp chủng) có nguồn gốc ở phía Đông cao nguyên Tây Tạng, cây chè lá nhỏ (tiểu diệp chủng) có nguồn gốc ở phía Đông và Đông Nam Trung Quốc và 2 loài chè này thuộc 2 loại hình khác nhau

Những công trình nghiên cứu của Dejmukhatze (1961-1976) về phức catechin của lá chè từ các nguồn gốc khác nhau, so sánh về thành phần các chất catechin giữa các loại chè được trồng và mọc hoang dại đã nêu lên luận điểm về sự tiến hoá, trên cơ

sở đó xác minh nguồn gốc cây chè Dejmukhatze kết luận rằng những cây chè cổ xưa mọc hoang dại tổng hợp chủ yếu là (-)-epi catechin và - (-)epi catechin galat, ở chúng phát triển chậm khả năng tổng hợp (-)epigalo catechin và galat của nó để tạo thành (+) galo catechin Khi nghiên cứu các cây chè dại ở Việt nam, ông cũng nhận thấy, chúng tổng hợp chủ yếu là (-)- epi catechin và (-) epi catechin galat (chiếm 70% tổng số các loại catechin) Khi những cây chè dại được di thực lên phía Bắc, chúng thích ứng dần với các điều kiện sinh thái bằng cách có các thành phần catechin phức tạp hơn Từ sự biến đổi sinh hoá của các lá cây chè mọc hoang dại và các cây chè được trồng trọt, chăm sóc, Dejmukhatze cho rằng, nguồn gốc của cây chè chính là ở Việt Nam

1.1.1.2 Phân loại các giống chè

Dựa theo đặc điểm thực vật học, đặc điểm sinh hóa, nguồn gốc phát sinh cây chè, Cohen Stuart (1919) đã chia Camellia sinensis thành 4 loại: chè Trung Quốc lá to, chè Trung Quốc lá nhỏ, chè Shan, chè Ấn Độ Đặc điểm của từng loại chè được tóm tắt như sau:

a Chè Trung Quốc lá to ( Camellia sinensis var macrophylla)

Đặc điểm: thân gỗ nhỡ cao tới 5m trong điều kiện sinh trưởng tự nhiên Lá to, dài 12-15cm, rộng 5-7cm màu xanh nhạt, bóng Năng suất, phẩm chất tốt, nguyên sản ở Vân Nam,Tứ Xuyên (Trung Quốc)

Hình 1.1 Giống chè Trung Quốc lá to

b Chè Trung Quốc lá nhỏ ( Camellia sinensis var Bohea)

Đặc điểm: cây bụi thấp phân thành nhiều cành, lá nhỏ, màu xanh đậm, dài 3,5 6,5cm Năng suất thấp phẩm chất bình thường Khả năng chịu rét ở nhiệt độ -120C đến -150C Phân bố chủ yếu ở miền đông, đông nam Trung Quốc, Nhật Bản và một số vùng khác

-Hình 1.2 Giống chè Trung Quốc lá nhỏ

c Chè Shan ( Camellia sinensis var Shan)

Đặc điểm: thân gỗ, cao từ 6-10m Lá to và dài 15 -18cm màu xanh nhạt Tôm chè có nhiều lông tơ, trắng và mịn trông như tuyết Có khả năng thích ứng trong điều kiện ấm ẩm, ở địa hình cao, năng suất cao, phẩm chất thuộc loại tốt nhất Nguyên sản ở Vân Nam Trung Quốc

Hình 1.3 Giống chè Shan

d Chè Ấn Độ (Camellia sinensis var Assamica)

Đặc điểm: thân gỗ cao tới 17m phân cành thưa Lá dài tới 20-30cm, mỏng, mềm thường có màu xanh đậm.Rất ít hoa quả, không chịu được rét Năng suất, phẩm chất tốt Trồng nhiều ở Ấn Độ, Miến Điện, Vân Nam ( Trung Quốc) và một số vùng khác

Hình 1.4 Giống chè Ấn Độ

Bốn loại chè trên đều được trồng ở Việt Nam, nhưng phổ biến nhất vẫn là chè (

Camellia sinensis var macrophylla) được trồng nhiều nhất ở các tỉnh Trung Du với các

tên gọi của địa phương tùy theo màu lá như Trung du xanh, Trung du vàng và (

Camellia sinensis var Shan) được trồng ở các tỉnh miền núi phía Bắc và miền Nam Tây

Nguyên ( Lâm Đồng) mỗi địa phương có các giống khác nhau như: Shan Mộc Châu, Shan tham Vè, Shan trấn Ninh ngoài ra các giống chè lai và chè nhập nội cũng được trồng phổ biến như PH1 ( Phú Hộ) giống 1A, LDP 97, LDP1 lai cho năng suất cao Trong đó giống chè Trung du chiếm khoảng 47(% ) tiếp đến là giống chè Shan 24(%)giống chè PH1 6(%) các giống chè chất lượng khác 23%

1.1.1.3 Các vùng chè ở Việt Nam

Việt Nam nằm trong vùng gió mùa Đông nam, khí hậu đất đai thích hợp, là cái nôi của cây chè Lượng mưa dồi dào 1700- 2000mm/năm, nhiệt độ 21 - 25 0C, độ ẩm

không khí 80-850C, hàng năm cây chè cho búp tới 9 tháng Đất trồng chè gồm 2 loại phiến thạch sét và bazan màu mỡ phù hợp cây chè phát triển Ở nước ta hầu hết các tỉnh đều trồng chè với tổng diện tích trên 130.000 ha, nhưng sản xuất kinh doanh chè chỉ có vị trí quan trọng tại 6 vùng chè tập trung dưới đây

a Vùng chè Tây Bắc: miền núi Tây Bắc bao gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La

Đây là vùng chè cũ vốn có của Việt Nam, trước khi người Pháp chiếm Đông Dương

Là vùng núi cao nguyên hiểm trở, phần lớn diện tích ở độ cao dưới 1000m Giống chè được trồng chủ yếu ở đây là chè Shan và giống chè Trung Du, trong đó chè Shan phù hợp, phát triển tốt hơn cho chất lượng cao hơn, hiện nay đã trồng thêm một số giống

chè mới như LDP1, LDP2, TR777,

b Vùng chè Việt Bắc- Hoàng Liên Sơn: bao gồm các tỉnh Tuyên Quang, Hà

Giang, Lào Cai, Hòa Bình và phía tây Yên Bái, sản lượng búp chè tươi chiếm 31.15% tổng sản lượng chè búp tươi cả nước Giống chè chủ yếu là chè Shan và Trung du, hiện nay đã có một số giống chè mới như: Bát Tiên, Đại Bạch trà, TR777, đang được trồng nhưng với diện tích nhỏ, nhằm khảo nghiệm để thay đổi cơ cấu giống chè cho phù hợp với nhu cầu của người tiêu dùng

c Vùng chè Trung Du Bắc Bộ: vùng chè Trung Du Bắc Bộ, nằm tại ranh giới

giữa miền đồng bằng Bắc Bộ, bao gồm các tỉnh Phú Thọ, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Phía Nam Yên Bái, Hòa Bình và Hà Nội Đây là vùng chè quan trọng về diện tích và sản lượng Sản lượng búp chè tươi chiếm khoảng 26,22% tổng sản lượng búp chè tươi cả nước Giống chè chủ yếu là chè Trung Du và một số giống mới PH1, LDP1,

d Vùng chè Bắc Trung Bộ: đây là vùng chè lâu đời của Việt Nam, trước thời kỳ

Pháp thuộc người dân ở đây đã trồng và biết chế biến chè đơn giản gọi là chè Bạng ( Thanh Hóa) Vùng này bao gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh Các giống chè được trồng chủ yếu ở vùng này là: chè Trung du, PH1, và một số giống của địa phương chè của Nghệ An

e Vùng chè Tây Nguyên: đây là vùng có địa hình khá phức tạp, có nhiều núi và

cao nguyên rộng và bằng phẳng bao gồm các tỉnh Lâm Đồng, Gia Lai – Kon Tum và Đắk Lắk Giống chè chủ yếu của vùng này là chè Shan, chè Ấn Độ gieo bằng hạt Sản lượng chè búp tươi chiếm 31% tổng sản lượng búp chè tươi cả nước, trong đó tỉnh Lâm Đồng có sản lượng búp chè tươi lớn nhất nước

f Vùng chè Duyên Hải miền Trung

Đây là vùng chè dọc theo duyên hải Trung Bộ, trồng trên các sườn dãy Trường Sơn thuộc các tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi, Quảng Bình và gần đây là Bình Định Vùng này do điều kiện khí hậu nắng nóng, gây ảnh hưởng xấu đến quá trình sản xuất chè đen, nên chỉ sản xuất chè xanh tiêu thụ trong nước là chính, chất lượng trung bình, sản lượng không nhiều

1.1.1.4.Tình hình sản xuất chè ở nước ta

Trong 10 năm (1995-2005), diện tích trồng chè đã tăng gấp 2 lần Hiện nay, Việt Nam là nước đứng thứ 5 trên thế giới về xuất khẩu chè với diện tích 130.000 ha và xuất khẩu sang 110 quốc gia và vùng lãnh thổ Tuy nhiên khâu chế biến, tiêu thụ sản phẩm của nước ta còn nhiều hạn chế nên nước ta vẫn xuất khẩu chè nguyên liệu thô là chủ yếu, điều đó làm cho giá chè Việt Nam chỉ ở mức 60%-70% giá chè bình quân của thế giới

Vì thế mục tiêu đặt ra của Bộ NN&PTNT là trong vòng 5 năm tới, ngành chè phải duy trì được tăng trưởng sản lượng đạt 6%/năm, kim ngạch xuất khẩu tăng ít nhất

2 lần so với hiện nay Ngành chè cần căn cứ vào nhu cầu thị trường để nhanh chóng tái

cơ cấu và đa dạng hóa sản phẩm Trong đó, tập trung đầu tư, nâng cấp các nhà máy chế biến theo hướng hiện đại, sản xuất các sản phẩm có giá trị gia tăng cao

Theo điều tra hiện trạng sản xuất chế biến chè và đề xuất các định hướng đến năm

2030 cho thấy: Tổng sản lượng chè hàng năm của nước tả khoảng 800 nghìn tấn chè búp tươi Trong đó khoảng 37% sản lượng dành cho sản xuất chè xanh, còn 63% dành cho sản xuất chè đen Qua các công đoạn trong quy trình sản xuất, lượng chè xanh khô

thu được chiếm khoảng 7-8% tổng lượng chè nguyên liệu Sản phẩm bao gồm: chè cánh (65%), chè mảnh(23%), chè vụn (10%) và chè bụi (2%) Từ đó có thể ước tính tổng lượng chè xanh vụn thu được hàng năm khoảng 8-10 nghìn tấn

1.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CHÈ

Trong chè chứa rất nhiều hợp chất như: nước, carbohydrates, polyphenol, caffein, chất mầu, protein và các acidamin…Trong đó hợp chất được quan tâm nhất là polyphenol vì các tính chất quý giá của nó đối với sức khỏe con người Do mục đích của nghiên cứu nên chỉ tập trung tìm hiểu về hợp chất polyphenol có trong chè

1.2.1 Hợp chất polyphenol trong chè

Nhóm các hợp chất polyphenol chiếm khoảng dưới 30% chất khô trong chè Chính nhờ hợp chất này mà chiết xuất từ chè xanh có những đặc tính quý như khả năng chống ung thư, chống oxy hóa, giảm cholesteron… Chính vì vậy, tìm hiểu về hợp chất polyphenol nói chung và các hợp chất polyphenol có trong chè xanh nói riêng là điều cần thiết khi tiến hành các nghiên cứu về chè

Polyphenol là hợp chất có một hoặc nhiều nhóm hydroxyl gắn trực tiếp vào vòng thơm, các vòng thơm này là benzen Cấu trúc hợp chất phenol là nền tảng của nhóm Hợp chất này thường có ở thực vật và tồn tại chủ yếu ở dạng este và glycosid hơn dạng tự do Các hợp chất Polyphenol trong lá chè chủ yếu là Catechin, ngoài ra còn có các hợp chất Polyphenol khác, chúng đều là những cấu tử có vai trò quyết định đối với chất lượng cảm quan và dược lý của chè Hàm lượng Polyphenol trong đọt chè giảm dần từ búp xuống cuộng

Các hợp chất polyphenol trong chè chủ yếu là các hợp chất flavonoit, trong đó chia thành 5 nhóm chính:

a Hợp chất catechin: Hợp chất catechin trong chè đã được quan tâm nghiên cứu trong thời gian dài Trong các loại thực vật, catechin thường tồn tại ở trạng thái tự

do hoặc ở dạng este với axit gallic

Catechin của chè họ flavonoit, nhóm flavan-3-ol, phân tử có 15 cacbon bao

gồm hai vòng 6 cacbon A và B được nối bởi 3 đơn vị cacbon ở vị trí 2, 3, 4, hình thành một dị vòng C chứa một nguyên tử oxy Cấu trúc catechin có chứa hai cacbon bất đối ở vị trí 2 và 3, không chứa nối đôi ở vị trí 2, 3 và nhóm 4-oxo.

Hình 1.5 Công thức tổng quát của catechin

Trong đó: Gốc R1 có thể là: (- H) hoặc gốc galloil;

Gốc R2 có thể là (-H) hoặc (-OH) Các hợp chất catechin trong chè có công thức như hình 1.6 dưới đây

Hình 1.6 Công thức cấu tạo các hợp chất catechin trong chè

Trong các hợp chất catechin được tìm thấy trong chè, thành phần gallat chiếm

đa số (trên 80% tổng catechin) EGCG là thành phần đặc trưng của chè do chỉ được tìm thấy trong chè, EGCG có thể chiếm đến hơn 50% tổng khối lượng các hợp chất catechin và khoảng 10% tổng khối lượng khô của chè, tiếp theo là EGC và ECG (chiếm khoảng 10-20% tổng catechin) Các hợp chất catechin (C, EC, GC) còn lại

có hàm lượng thấp và không phải là thành phần đặc trưng của chè do còn được tìm thấy trong ca cao, nho, táo, hành…, với mức độ phân bố rộng hơn Hàm lượng của các catechin trong lá chè luôn luôn thay đổi, phụ thuộc vào giống chè, thời kỳ sinh trưởng, bộ phận cây chè, vị trí các lá trên búp chè và các yếu tố khác về thổ nhưỡng, khí hậu, cách chăm bón Trên cùng một đọt chè tươi không phải lúc nào cũng đủ 7 loại catechin như đã nêu ở trên; lá càng non thì sự tổng hợp catechin càng mạnh, tuy nhiên số lượng các catechin trong lá non không đầy đủ như lá chè già

b Hợp chất anthoxanthin

Các hợp chất anthoxanthin thuộc nhóm flavonol trong họ flavonoit Chúng có

công thức cấu tạo chung như sau:

Hình 1.7 Công thức cấu tạo chung của hợp chất anthoxanthin

Trong đó:

- Nếu R1 = R3 = (-H); R2 = (-OH): ta có chất kaempferol

- Nếu R1 = R2 = (-OH); R3 = (-H): ta có chất quercetin

- Nếu R1 = R2= R3 = (-OH): ta có chất myricetin

Các hợp chất anthoxanthin có trong thực vật thường tồn tại ở cả hai trạng thái tự do và kết hợp (hợp chất glycosid) Trong phân tử anthoxanthin, các nhóm –

OH ở vị trí 3 và 7 có khả năng glycosid hóa, tức là có khả năng kết hợp với các gốc đường khác nhau (như glucoza, galactoza, ramnoza)

Các anthoxanthin trong lá chè tươi cũng tồn tại ở cả hai dạng tự do và kết hợp, hơn nữa các glycosid của chúng thường đính gốc đường tại vị trí thứ 3

c Hợp chất anthocyanin

Hợp chất anthocyanin thuộc nhóm flavonoit dẫn xuất croman Trong thực vật, hầu như các hợp chất anthocyanin đều tồn tại ở trạng thái kết hợp với các gốc đường (glycosid)

Tất cả các anthocyanin đều có chứa trong vòng pyran oxy hóa trị tự do Ở trạng thái tự do, anthocyanin gồm 3 aglycon chủ yếu là pelargonidin, cyanidin và delphinidin

d Hợp chất leucoanthocyanin

Hợp chất leucoanthocyanin là sự kết hợp của các gốc aglycon với gốc đường

(glucosid) Các aglycon chính của leucoanthocyanin thường gặp nhất trong chè – hợp chất leucoanthocyanidin như: leucocyanidin, leucodelphinidin Ngoài trạng thái tự

do, leucoanthocyanin còn có ở dạng glycosid Hàm lượng của chúng trong lá chè rất ít

so với hàm lượng của hợp chất catechin

Qua nghiên cứu, người ta thấy rằng, các chất leucoanthocyanin là hợp chất trung gian giữa catechin và anthocyanin

e Các axit phenol cacboxylyc

Axit phenol cacboxylyc là nhóm chất tự nhiên có trong thực vật Đặc điểm của nhóm chất này trong phân tử chúng có chứa nhóm phenol và nhóm cacbonyl Trong lá chè tươi có chứa nhiều chất thuộc nhóm axit phenol cacboxylyc như: axit gallyc, ellagic, metadigallyc, chlorogenic (cafein-3-quinic), cafeic, para-coumaric và axit galloylquinic (teogallyn) Hàm lượng các hợp chất phenolcacboxylyc trong lá chè không cao lắm, tuy nhiên chúng cũng góp phần tạo nên vị của chè

1.2.2 Tính chất vật lý và hóc học của Catechin trong chè

Catechin có tính chất vật lý và hóa học như sau:

- Tính chất vật lý: Catechin là hợp chất không màu, dễ bị oxy hóa nhất là khi gia

nhiệt trong môi trường acid, bị mất nước chuyển thành những sản phẩm có màu khác nhau Trong tự nhiên catechin tồn tại ở dạng aglycon Các catechin có phổ tử ngoại hấp thụ cực đại ở vùng 270- 280 nm, tan trong các dung môi hữu cơ phân cực như: ethyl acetate, ethanol, methanol, aceton…

- Tính chất hóa học: Catechin tham gia vào phản ứng oxy hóa, phản ứng ester

hóa, phản ứng shinoda, phản ứng tạo phức với kim loại

1.2.3 Hoạt tính sinh học

- Tác dụng chống oxy hóa của Polyphenol: Tác dụng sinh học của các

polyphenol chè hay của dịch chiết của chè được giải thích là do chúng có tác dụng khử các gốc tự do, giống như tác dụng của các chất chống oxy hóa Các gốc tự do được sinh ra và tích lũy trong quá trình sống chính là nguyên nhân dẫn tới bệnh tật

và làm tăng tốc độ quá trình lão hóa cơ thể con người Một trong những cơ sở sinh hóa quan trọng nhất để flavonoit thể hiện được hoạt tính sinh học của chúng là khả năng kìm hãm các quá trình oxy hóa dây chuyền sinh ra bởi các gốc tự do hoạt động Quá trình này diễn ra theo cơ chế gốc tự do Tuy nhiên, hoạt tính này thể hiện mạnh hay yếu phụ thuộc vào đặc điểm, cấu tạo hóa học của từng chất flavonoit cụ thể

- Tác dụng đối với enzym: Các flavonoit có khả năng tác động đến hoạt động của nhiều hệ enzym động vật trong các điều kiện in vitro và in vivo Khả năng tương tác với protein là một trong những tính chất quan trọng nhất của các hợp chất phenol, quyết định hoạt tính sinh học của chúng Phản ứng xảy ra giữa nhóm oxyphenolyc và oxycacbonyl của các nhóm peptit để tạo thành liên kết hydro Tính bền vững của liên kết phụ thuộc vào số lượng và vị trí các nhóm -OH và kích thước phân tử của hợp chất phenol Các chất phenol nói chung khi ở dạng oxy hóa (quinon) có khả năng liên kết với nhóm sunfuhydryl (SH) và nhóm (-NH) của lysin hoặc axit asparaginic trong phân tử protein enzym

- Tác dụng kháng sinh, chống viêm nhiễm: Tác dụng chống viêm nhiễm, kháng

khuẩn của flavonoit đã được nhiều công trình nghiên cứu chứng minh Về tác dụng kháng sinh, một số hợp chất anthocyanin, leucoanthocyanin và axit phenolyc có

ảnh hưởng lên vi khuẩn Salmonella và thấy có tác dụng kìm hãm rõ rệt

- Tác dụng chống ung thư: Hoạt tính sinh học của polyphenol có tác dụng chống

ung thư như ung thư vú, ung thư phổi, ung thư gan…Các kết quả thực nghiệm cho thấy một số flavonoit có tác dụng chống ung thư thông qua khả năng hoạt hoá các enzym trong gan có nhiệm vụ chuyển hoá các chất gây ung thư Những sản phẩm chuyển hoá thường có tính gây ung thư thấp hơn

- Tác dụng đối với các bệnh tim mạch: Tác động bảo vệ của các flavonoit đối

với các bệnh về tim mạch là do khả năng của chúng trong việc ngăn ngừa sự oxy hóa các lypoprotein tỷ trọng thấp dưới hình thức xơ vữa động mạch

1.3 ỨNG DỤNG CỦA POLYPHENOL TRONG ĐỜI SỐNG

1.3.1 Ứng dụng polyphenol trong công nghiệp thực phẩm

Ngày nay khuynh hướng sử dụng chất chiết chè xanh cũng như chè xanh trong chế biến thức ăn rất được phát triển Các loại bánh kem chè xanh, bánh gatô chè xanh, kem chè xanh, thạch chè xanh, mỳ ăn liền chè xanh, sandwich chè xanh đang được tiêu thụ mạnh ở các nước Nhật Bản, Hàn Quốc, Anh, Mỹ, Úc, Trung Quốc Việt Nam có các loại bánh nướng chè xanh, bánh dẻo chè xanh và hiện nay đang nghiên cứu bổ sung polyphenol từ chè xanh vào một số sản phẩm khác như sữa chua, bánh pudding, bánh sandwich

Ngày nay, xu hướng bổ sung hợp chất này vào các sản phẩm thực phẩm chức năng đang rất được quan tâm Một số ứng dụng của các polyphenol chè xanh trong thực phẩm nhằm bảo vệ và tăng cường đối với các chức năng cụ thể, đặc biệt là dành cho các đối tượng dựa theo tình trạng sức khỏe như:

 Thực phẩm điều hòa, tăng cường hệ thống miễn dịch

 Thực phẩm điều hòa lypit trong máu

 Thực phẩm điều hòa hàm lượng đường trong máu

 Đ i ề u trị bệnh nhiễm trùng: chống viêm da, loét dạ dày, viêm mật cấp và mãn tính, viêm gan, viêm thận mãn tính, thương hàn, lỵ, kháng nhiều loại vi khuẩn, chống nấm, ngứa, ban đỏ, mề đay…

 Về phương diện miễn dịch học, có nhiều bioflavonoit có khả năng

ức chế sự phát triển của virut, giúp bảo vệ các tổ chức cơ thể khỏi ảnh hưởng của bức xạ, vì vậy được ứng dụng để chống phóng xạ

 Thông mật, lợi tiểu do làm tăng quá trình khử độc của gan, tăng nhanh quá trình trao đổi glucoza và hình thành glycozen

 Điều hòa hàm lượng các dạng cholesterol trong máu, tránh nguy cơ

xơ vữa mạch, củng cố và làm giảm tính thấm thành mạch máu và

tế bào, có tác dụng dự phòng vỡ mao mạch, gây xuất huyết, phục hồi trương lực cơ tim, điều hòa nhịp tim và huyết áp, điều hòa chuyển hóa canxi

Một số flavonoit có tác dụng chống khối u lành và ác tính Tính chất này phụ thuộc vào sự có mặt và vị trí các nhóm thế liên quan đến khả năng ức chế quá trình oxy hóa

Do có các tính chất quý giá như trên đã trình bày mà việc nghiên cứu tách lấy polyphenol từ chè mang nhiều ý nghĩa cả về kinh tế và giá trị khoa học

1.4 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT POLYPHENOL TỪ CHÈ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.4.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay trên thế giới việc trích ly polyphenol chè xanh đã sử dụng nhiều kỹ thuật trích lý mới : phương pháp trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng [65], [68], [69], [71] cho hiệu suất trích ly cao, rút ngắn thời gian và giảm chi phí năng lượng Phương pháp trích ly có sự hỗ trợ sóng siêu âm [46], [59], cũng được áp dụng

Phương pháp trích ly bằng CO2 siêu tới hạn được ứng dụng nhiều ở Đức [74], Nhật [57], Trung Quốc [56] khắc phục được dư lượng dung môi trong sản phẩm, dung môi sử dụng không độc hại, thực hiện ở nhiệt độ thấp (400C), hoạt tính polyphenol cao, tuy nhiên hiệu suất không cao và chi phí cao, thực hiện ở áp suất cao (200-400 bar) nên

thiết bị đắt tiền, đòi hỏi vận hành với độ an toàn cao và chưa phù hợp với việc chuyển quy mô

Như vậy nhìn chung các quy trình thu polyphenol trên cho hiệu suất thu nhận polyphenol cao nhưng nó chỉ phù hợp ở các nước phát triển có trình độ kỹ thuật công nghệ cao, tự chủ được các dung môi và hóa chất cơ bản

1.4.2.1 Viện Hóa học Công nghiệp

Từ những năm 1990, Viện Hóa học Công nghiệp đã sớm tổ chức triển khai nghiên cứu công nghệ sản xuất polyphenol chè xanh theo phương pháp truyền thống Kết quả nghiên cứu đã được công bố trong các bài báo Đề tài nghiên cứu cấp viện 1995-1996, báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài độc lập cấp Nhà nước ĐTĐL-2002/13[4] Phát triển kết quả các nghiên cứu này, viện đã đăng ký và thực hiện thành công dự án sản xuất thử nghiệm độc lập cấp nhà nước mã số DAĐL-2006/06; trong đó polyphenol chè xanh >80% là một trong 5 sản phẩm chính của dự án

Vào năm 2006 Viện Hóa học Công nghiệp đã bắt đầu cung cấp dịch chiết trà xanh cho Unilever Việt Nam phối chế vào các sản phẩm kem đánh răng và một số sản phẩm mỹ phẩm khác, tuy nhiên về chủng loại sản phẩm và chất lượng cần có những cải tiến nhất định Đề tài thu được các kết quả: với kỹ thuật chiết bằng SCO2 thu được chế phẩm polyphenol có hàm lượng 84,7% và lượng chế phẩm đạt 0,583% so với nguyên liệu; với kỹ thuật chiết bằng dung môi hữu cơ thu được chế phẩm có hàm lượng polyphenol 51,2 % và lượng chế phẩm đạt 6-7% so với nguyên liệu Như vậy phương

án chiết polyphenol chè xanh bằng SCO2 tỏ ra không phù hợp về mặt kinh tế Phương

án chiết bằng các dung môi hữu cơ cũng có một số hạn chế như polyphenol thu được chưa có độ tinh khiết cao Kết quả nghiên cứu cũng chưa thấy đề cập sự ảnh hưởng của quá trình chiết đến hoạt tính sinh học của polyphenol

Đã tiến hành chiết tách polyphenol theo phương pháp CO2 siêu tới hạn (SCO2) với nguyên liệu được sử dụng là lá 3, lá 4, mảnh chè có kích thước 0.5-1.5 mm có độ

âm nhỏ hơn 4.5 % Nhóm nghiên cứu cũng tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly như: nồng độ co-solvent trong SCO2, áp suất, nhiệt độ, tỷ lệ dung môi SCO2/nguyên liệu, thời gian trích ly Với phương pháp này nhóm nghiên cứu thu được kết quả về hàm lượng polyphenol tổng số đạt 84.7%, hàm lượng thu được của sản phẩm 0.583% , thời gian kéo dài 5 giờ tại áp suất 300 bar, nhiệt độ 59oC, nồng độ etanol/SCO2 là 10%

1.4.2.2 Trường đại học Công nghệ Hồ Chí Minh [11], [67], [68], [69]

Tiến hành các nghiên cứu trích ly polyphenol từ chè xanh, phân lập một số catechin và tiến hành đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của chúng theo phương pháp trích ly thông thường và phương pháp trích ly với sự hỗ trợ vi sóng Một số yếu tố ảnh hưởng như dung môi (rượu-nước), tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (1/5-1/15), pH, nhiệt độ trích, thời gian trích và ngâm của hai phương pháp được khảo sát Nhận thấy ở cùng điều kiện khảo sát, phương pháp trích với sự hỗ trợ vi sóng cho hiệu suất cao với thời gian ngắn hơn (82.6% trong 360 giây) phương pháp trích ly thông thường (62.1% trong

180 phút) Dịch trích chè xanh theo phương pháp có hỗ trợ vị sóng có hàm lượng polyphenol (36%) cao hơn phương pháp thông thường Phương pháp trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng hữu hiệu hơn phương pháp trích thông thường về chất lượng, thời gian

và chi phí năng lượng

1.4.2.3.Viện Công nghiệp thực phẩm - Trường ĐH Bách khoa Hồ Chí Minh

Viện Công nghiệp thực phẩm - Trường ĐH Bách khoa Hồ Chí Minh đã tiến hành nghiên cứu chiết polyphenol từ chè xanh thành phẩm và chế phẩm polyphenol chè xanh của nhóm nghiên cứu Nguyễn Văn Chung có hàm lượng polyphenol tổng đạt 75% [3] Nhóm nghiên cứu đã tiến hành chiết polyphenol theo phương pháp trích ly bằng cồn và cũng chưa nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến hoạt tính sinh học của polyphenol

Tại Tp HCM năm 2005, phân viện Công nghệ thực phẩm đã thực hiện đề tài

cấp bộ: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất polyphenol từ trà xanh Việt Nam” Tuy nhiên

kết quả đề tài mới đạt hàm lượng polyphenol trong chế phẩm ở mức 50 - 70% Năm

2008 Viện tiếp tục thực hiện đề tài : “Nghiên cứu cải tiến công nghệ và thiết bị để nâng

cao chất lượng catechin sản xuất từ trà xanh phục vụ cho nhu cầu xuất khẩu và tiêu thụ trong nước” Nội dung nghiên cứu cải tiến quy trình công nghệ và thiết bị sản xuất

catechin từ trà xanh có độ tinh khiết ≥ 80% và ứng dụng quy trình công nghệ mới vào sản xuất thực nghiệm

1.4.2.4 Nhóm nghiên cứu - Đại học Bách Khoa Hà Nội [21]

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm đã thực hiện trích ly polyphenol từ chè xanh có hỗ trợ của siêu âm và đã xác định điều kiện tối ưu của quá trình trích ly là T=77˚C, thời gian trích ly 42 phút, pH =2.9, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 10/1, tốc độ cánh khuấy là 442 vòng/ phút Hoạt tính chống oxy hóa là 57.29% % , hiệu suất đạt 73% Nhóm cũng đã và đang nghiên cứu quá trình tinh chế polyphenol từ dịch trích, sử dụng dung môi chloroform (theo tỷ lệ 1:1), dung môi etyl acetat (theo tỷ lệ 2.5:1), nồng độ dịch chè (15oBx)

Một nhóm nghiên cứu thuộc Viện kỹ thuật Hóa học cũng đã bước đầu nghiên cứu thực hiện trích ly polyphenol từ chè xanh có hỗ trợ của siêu âm và đã xác định điều kiện tối ưu của quá trình trích ly là T=50˚C, thời gian trích ly 15 phút, tốc độ cánh khuấy là 439 vòng/ phút , tỉ lệ dung môi/ nguyên liệu là 25/1 Hàm lượng polyphenol trong dịch trích là 16,98% , hoạt tính là 61.06 % Hiệu suất quá trình trích ly đạt 90% Đến nay nhóm cũng đã và đang nghiên cứu quá trình tinh chế polyphenol từ dịch trích,

sử dụng dung môi dicloromethan, dung môi etyl acetat và xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Và cũng nghiên cứu chuyển quy mô sang bán sản xuất (pilot)

và gia nhiệt, dung môi là nước

Polyphenol + KMnO4 → CO2 + H2O

Từ lượng KMnO4 thu được trong quá trình chuẩn độ sẽ xác định được polyphenol tổng số trong mẫu thí nghiệm

Nhận xét:

- Ưu điểm : Phương pháp tiến hành đơn giản, rẻ tiền

- Nhược điểm : Có sai số

1.5.1.2 Phương pháp Folin-Ciocalteu [21], [88]

Thuốc thử Folin-ciocalteu là hỗn hợp muối phức molydate rất nhạy đối với chất khử, khi có mặt của polyphenol trong môi trường kiềm nhẹ, sẽ bị khử thành sản phẩm muối phức molydenium-tungsten có màu xanh

polyphosphotungstate-Nhận xét:

- Ưu điểm: Phương pháp cho độ chính xác khá cao, tiết kiệm thời gian

- Nhược điểm: Hóa chất đắt tiền, tiến hành phức tạp

1.5.1.3 Phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC) [21], [26], [41]

Dựa trên khả năng hấp thụ quang khác nhau của các chất có mặt trong mẫu chè, đồng thời dựa vào thời gian lưu đặc trưng của chất cần phân tích, vì vậy sẽ định tính, định lượng được hàm lượng các chất thành phần của polyphenol, từ đó xác định được hàm lượng tổng polyphenol trong lá chè

Polyphenol bao gồm nhiều chất thành phần, có phổ tử ngoại hấp phụ cực đại

trong vùng 270-280nm, tan trong các dung môi phân cực Ethanol, methnol, etyl

acetat,…Dựa vào đặc điểm này, tiến hành phân tích hàm lượng EGC tại bước sóng λ =

270nm, pha động bao gồm những dung môi được trộn theo tỷ lệ thích hợp để tăng khả

năng rửa giải các chất tan ra khỏi cột

Nhận xét:

- Ưu điểm: Có độ chính xác cao nhất trong các phương pháp đã nêu, Có thể định

lượng được từng chất thành phần của polyphenol

- Nhược điểm: Yêu cầu nghiêm ngặt về độ tinh khiết của dung môi, Thời gian

phân tích lâu

1.5.1.4 Phương pháp Brussian Blue [21]

Là một phương pháp so màu, nhằm xác định hàm lượng tổng polyphenol trong

mẫu chè Hỗm hợp thuốc thử là FeCl3 và K3Fe(CN)6 bị khử bởi các hợp chất

polyphenol và tạo thành phức ferric (III) hexacyanoferrate (II) có màu xanh

1.5.2 Phương pháp xác định hoạt tính chống oxy hóa của polyphenol

trong dịch trích từ chè [21]

1.5.2.1 Cơ sở phương pháp

DPPH là một gốc tự do(2,2)-diphenyl-1-picrylhydrazyl, có công thức cấu tạo là:

Hình 1.8 Công thức cấu tạo của DPPH

Phương pháp này dựa trên sự khử DPPH bởi một chất có khả năng nhường nguyên tử hydro Khi dung dịch DPPH được trộn với dung dịch của chất có khả năng nhường nguyên tử hydro thì độ hấp thụ của hỗn hợp giảm Nguyên nhân là do sự thay đổi màu sắc từ màu tía sang màu vàng nhạt khi gốc tự do bị thu gom bởi các chất chống oxi hóa qua việc nhường nguyên tử hydro để tạo thành dạng DPPH - H bền

DPPH• + AH = DPPH-H + A•

AH: Phân tử nhường H

Xác định độ hấp thụ của hỗn hợp để đánh giá hoạt tính chống oxi hóa của mẫu thí nghiệm Độ hấp thụ giảm càng mạnh thì hoạt tính chống oxy hóa của mẫu thí nghiệm thông qua khả năng nhường hydro càng lớn

1.5.2.2 Công thức tính

Hoạt tính chống oxy hóa, đo bằng % quét gốc tự do DPPH được tính theo công thức sau:

% quét DPPH = 100

Trong đó: A0 là độ hấp thụ của mẫu kiểm chứng

Ax là độ hấp thụ của mẫu thí nghiệm

1.5.3 Xác định thành phần catechin [21], [36], [87]

Thiết bị :Sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC Agilent 1100 kết hợp với Detector điốt phổ rộng (DAD) có thể ghi nhận cùng lúc độ hấp thụ của cả dãy sóng

Chuẩn bị mẫu : Mẫu được pha trong methanol, có nồng độ khoảng 5 mg/ml

Điều kiện phân tích :

- Bước sóng phát hiện λ = 280.8 nm

- Tốc độ dòng: 1ml/phút

- Nhiệt độ cột:35oC

- Pha động: A (CH3COOH trong nước cất loại ion); B (Methanol)

- Chế độ rửa giải gradient:

1 phút: A (100%) B(0%)

27 phút: A(60%) B(40%)

30 phút: A(100%) B(0%)

1.5.4 Xác định vết dung môi bằng SPME/GC [21]

Nguyên tắc : Phương pháp vi chiết pha rắn kết hợp với sắc ký (GC) dựa trên cân bằng hấp thụ của chất phân tích trên bề mặt một sợi nhỏ đặc biệt, sợi này được làm bằng thủy tinh quang học và được bao phủ một bởi một lớp chất pha tĩnh là các polime

kỵ nước như poliacrilat, polidimetyl siloxan…Các chất phân tích ở pha khí hay pha lỏng đi vào lớp polime phủ trên sợi theo ái lưc của nó đối với pha tĩnh bằng cách đưa sợi vào dung dịch hay không gian hơi để hấp lưu các chất, cuối cùng là đưa trực tiếp sợi này vào injector của máy sắc ký để giải hấp nhiệt và phân tích Như vậy mẫu được tiêm trực tiếp vào máy sắc ký để phân tích mà không cần sử dụng đến dung môi

1.5.5 Xác định độc tính cấp [21], [23]

Dựa theo nguyên tắc và phương pháp thử độc tính cấp của Abrams Tiến hành thí nghiệm thăm dò các liều gây độc trên động vật, ghi nhận các biểu hiện lâm sàng và nhận xét kế quả dựa trên ngưỡng quy định gây độc với giá trị LD50=2000 mg/kg trọng lượng theo OECD – Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế thế giới quy định

1.5.6 Xác định tác dụng ức chế sự phát triển tế bào ung thư in vitro [21]

Nguyên tắc : Đánh giá tính độc tế bào của chế phẩm trên tế bào ung thư nuôi cấy bằng cách so sánh phần trăm sống - chết khi bổ sung chế phẩm vào môi trường nuôi cấy (sau thời điểm bắt đầu nuôi cấy tế bào 72 giờ) với mẫu đối chứng không có chế phẩm Tác dụng gây độc tế bào được thử với dòng tế bào ung tư phổi LU-1, ung thư tuyến tiền liệt LNCaP, ung thư gan HepG2, ung thư vú MCF7 và ung thư tủy xương Sp2/20

Kết luận:

Trong quá trình tiến hành thực nghiệm, dựa trên điều kiện thực tế chúng tôi lựa chọn sử dụng các phương pháp đánh giá chất lượng chế phẩm như sau:

- Việc xác định hàm lượng polyphenol tổng (TPC) trong chế phẩm bằng phương pháp Lowenthal

- Xác định hoạt tính chống ôxy hóa bằng phương pháp sử dụng DPPH, đo

độ hấp thụ quang của dung dịch

- Xác định thành phần các catechin bằng phương pháp HPLC

- Xác định vết dung môi bằng SPME/GC

- Xác định độc tính cấp theo nguyên tắc và phương pháp thử độc tính cấp của Abrams

CHƯƠNG 2

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Hoàn thiện quy trình trích ly Polyphenol từ chè phế phẩm có hỗ trợ sóng siêu âm

- Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến hàm lượng Polyphenol tổng (TPC) và hoạt tính chống oxy hóa

- Tối ưu hóa quy trình công nghệ trích ly Polyphenol từ chè phế phẩm ở quy mô phòng thí nghiệm

- Trên cơ sở kết quả tối ưu (các thông số kỹ thuật chính của quá trình trích ly polyphenol từ chè phế phẩm) để tính toán thiết kế thiết bị trích ly polyphenol từ chè phế phẩm với năng suất tối đa 10 kg/giờ

- Chế tạo thiết bị trích ly, lắp đặt thiết bị và hệ thống điều khiển

- Thực nghiệm kiểm chứng và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng để xác định chế độ công nghệ thích hợp cho quá trình trích ly Polyphenol từ chè phế phẩm ở quy mô bán sản xuất (pilot)

- Đánh giá chất lượng chế phẩm và hiệu suất quá trình trích ly của thiết bị

2.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng được nghiên cứu trong luận văn này là các loại phế phẩm trong quá trình chế biến chè, nguồn nguyên liệu lấy từ công ty chè Hiệp Khánh, tỉnh Hòa Bình

2.2.1 Các chè phế phẩm

2.2.1.1 Chè mảnh

Chè mảnh là một trong các loại phế phẩm của chè Chè mảnh được sinh ra trong quá trình sản xuất sơ chế chè Thành phần chính của chè mảnh là các mảnh của lá chè hoặc búp chè vỡ ra trong quá trình rung lắc phân loại chè Thành phần chủ yếu lá chè nên hàm lượng polyphenol lớn nhất trong các phế phẩm của chè

- Thu được trong quá trình rung, sàng,

- Dễ bảo quản, dễ trích ly do kích thước nhỏ đồng đều,

- Gồm chủ yếu là mảnh nhỏ của lá và cẫng vỡ vụn

b Loại BMF

Hình 2.4: Chè vụn loại BMF

- Trong cẫng có chứa một hàm lượng polyphenol tổng đáng kể,

- Dễ bảo quản nhất trong các phế phẩm chè,

- Kích thước cẫng khá lớn, do vậy khi trích ly cần nghiền nhỏ mẫu

2.2.1.4 Chè cám (Dust)

Hình 2.6: Chè cám