Nghiên cứu chiết tách polyphenol từ lá chè xanh và ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

Tương quan giữa hàm lượng polyphenol tổng số và catechin tổng số với hoạt tính kháng oxi hóa của các giống chè nghiên cứu .... Giản đồ tối ưu các thông số nồng độ dung môi X1, thời gian

GIANG TRUNG KHOA

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH POLYPHENOL

TỪ LÁ CHÈ XANH VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2018

GIANG TRUNG KHOA

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH POLYPHENOL

TỪ LÁ CHÈ XANH VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM

Chuyên ngành: Chế biến thực phẩm và Đồ uống

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

Đây là công trình nghiên cứu của tôi và một số kết quả cùng cộng tác với các cộng sự khác;

Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã đƣợc công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng tác giả;

Phần còn lại chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả

Giang Trung Khoa

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Bùi Quang Thuật, Viện Công nghiệp thực phẩm; Cố PGS.TS Ngô Xuân Mạnh, Học viện Nông nghiệp Việt Nam; GS P Duez – Đại học tự do Bruxelles;

GS Y Larondelle – Đại học Catholique de Louvain – Vương quốc Bỉ là những người thầy đã định hướng, truyền dạy những kiến thức khoa học và giúp đỡ tôi vượt qua những trở ngại và khó khăn trong suốt thời gian thực hiện luận án

Tôi xin trân trọng cảm ơn Đảng ủy, Lãnh đạo Viện Công nghiệp thực phẩm, Đảng ủy, Lãnh đạo Học viện Nông nghiệp Việt nam cùng các các Trung tâm, Bộ môn nghiên cứu, Khoa, phòng ban chức năng trong Viện và Học viện đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và giúp tôi hoàn thành mọi thủ tục cần thiết trong quá trình làm nghiên cứu

Bên cạnh đó, tôi cũng đã nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các đồng nghiệp tại Trung tâm Dầu, Hương liệu và Phụ gia thực phẩm – Viện Công nghiệp thực phẩm; các thày cô đang công tác tại khoa Công nghiệp thực phẩm – Học viện Nông nghiệp Việt Nam; các giáo sư, đồng nghiệp tại bộ môn Hóa sinh và Dinh dưỡng – ĐH Catholique de Louvain; các giáo sư, đồng nghiệp tại Viện dược – Đại học Tự do Bruxelles Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu đó

Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến dự án Việt – Bỉ - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã hỗ trợ cả về vật chất và tinh thần giúp tôi hoàn thành nghiên cứu này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã luôn

ở bên chia sẻ, động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án của mình

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả

Giang Trung Khoa

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục chữ viết tắt vi

Danh mục bảng vii

Danh mục hình ảnh x

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của luận án 1

2 Mục tiêu của luận án 2

3 Phạm vi nghiên cứu 3

4 Nội dung của luận án 3

4.1 Nghiên cứu lựa chọn loại nguyên liệu cho mục đích chiết tách polyphenol từ lá chè tươi 3

4.2 Nghiên cứu quy trình chiết tách polyphenol từ lá chè 3

4.3 Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng chất chiết polyphenol chè trong bảo quản thực phẩm 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 4

5.1 Ý nghĩa khoa học 4

5.2 Ý nghĩa thực tế 5

6 Tính mới của luận án 5

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

1.1 Giới thiệu chung về cây chè 6

1.1.1 Nguồn gốc và sự phân bố của cây chè 6

1.1.2 Phân loại 6

1.1.3 Tình hình sản xuất chè ở Việt Nam 7

1.1.4 Thành phần hóa học cơ bản của lá chè 9

1.2 Polyphenol trong chè 11

1.2.1 Nguồn gốc chuyển hóa và phân loại các hợp chất phenolic thực vật 11

1.2.2 Bản chất của polyphenol trong chè 12

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng polyphenol/catechin trong lá

chè tươi 17

1.2.4 Hoạt tính sinh học của polyphenol chè 18

1.3 Nghiên cứu ở việt nam về thành phần polyphenol và hoạt tính sinh học của các giống chè 21

1.4 Một số khái niệm về trích ly và các phương pháp trích ly polyphenol trong chè 22

1.4.1 Bản chất của quá trình trích ly 22

1.4.2 Các phương pháp trích ly 22

1.5 Nghiên cứu trong và ngoài nước về chiết tách polyphenol chè bằng phương pháp truyền thống 26

1.5.1 Nghiên cứu ngoài nước 26

1.5.2 Nghiên cứu trong nước về trích ly polyphenol chè xanh 32

1.6 Nghiên cứu sử dụng chất chiết/bột chiết polyphenol chè trong bảo quản nông sản thực phẩm 33

1.6.1 Ứng dụng polyphenol chè trong bảo quản thịt 33

1.6.2 Ứng dụng polyphenol chè trong bảo quản cá, tôm 36

1.6.3 Ứng dụng polyphenol chè trong bảo quản rau quả 37

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

2.1 Vật liệu nghiên cứu 38

2.1.1 Nguyên liệu chè, chủng vi sinh vật 38

2.1.2 Thực phẩm sử dụng cho nghiên cứu ứng dụng bột chiết polyphenol 38

2.1.3 Hóa chất, thiết bị 39

2.2 Phương pháp nghiên cứu 39

2.2.1 Lựa chọn nguyên liệu thích hợp cho việc chiết tách polyphenol từ lá chè 39

2.2.2 Tối ưu hóa điều kiện chiết tách polyphenol từ lá chè 43

2.2.3 Đánh giá khả năng sử dụng bột polyphenol chè trong bảo quản dầu thực vật 47

2.2.4 Đánh giá khả năng sử dụng bột polyphenol chè trong bảo quản cá thu 50

2.2.5 Đánh giá khả năng sử dụng bột polyphenol chè trong bảo quản thịt lợn 52

2.2.6 Phương pháp xử lý thống kê 54

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55

3.1 Hàm lượng polyphenol tổng số, catechin, caffeine, gallic acid và hoạt tính kháng oxi hóa, kháng khuẩn của một số giống chè chính ở việt nam 55

3.1.1 Hàm lượng polyphenol tổng số và hàm lượng caffeine của một số giống chè chính ở Việt Nam 55

3.1.2 Thành phần catechin trong một số giống chè chính ở Việt Nam 57

3.1.3 Quan hệ giữa polyphenol tổng số và catechin tổng số trong một số giống chè chính ở Việt Nam 62

3.1.4 Hoạt tính kháng oxi hóa của một số giống chè chính ở Việt Nam 63

3.1.5 Hoạt tính kháng khuẩn của một số giống chè chính ở Việt Nam 66

3.1.6 Một số kết luận trong nghiên cứu về nguyên liệu các giống chè 68

3.2 Nghiên cứu quy trình tách chiết polyphenol từ lá chè 69

3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến hiệu suất thu hồi polyphenol 69

3.2.2 Tối ưu hóa các thông số nồng độ dung môi, nhiệt độ và thời gian trích ly 76

3.2.3 Nghiên cứu quá trình tinh chế polyphenol 91

3.2.4 Quy trình chiết tách polyphenol từ lá chè xanh 96

3.3 Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản thực phẩm 98

3.3.1 Nghiên cứu sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản dầu thực vật 98

3.3.2 Nghiên cứu sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản cá thu 107

3.3.3 Nghiên cứu sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản thịt 117

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 129

4.1 Kết luận 129

4.2 Kiến nghị 130

Danh mục bài báo đã công bố 131

Tài liệu tham khảo 132

EC Epicatechin ECG Epicatechingallate EGC Epigallocatechin EGCG Epigallocatechingallate GCG Gallocatechingallate MAD Malonaldehyde TBA Thiobarbituric acid TBARS Thiobarbituric acid reactive substances TCA Trichloroacetic acid

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Cơ cấu giống chè Việt Nam năm 2009 8 Bảng 1.2 Hoạt tính quét gốc tự do của một số chất chiết thực vật 19 Bảng 1.3 Vi sinh vật chịu ức chế bởi catechin và chất chiết chè 20 Bảng 3.1 Hàm lượng polyphenol tổng số và caffeine trong nguyên liệu

giống chè Trung Du, Shan và PH1 55 Bảng 3.2 Hàm lượng catechin và gallic acid trong nguyên liệu các giống

chè nghiên cứu 58 Bảng 3.3 Hoạt tính kháng oxi hóa của nguyên liệu các giống chè nghiên cứu 64 Bảng 3.4 Khả năng kháng khuẩn của nguyên liệu các giống chè nghiên cứu 67 Bảng 3.5 Thành phần phenolic của nguyên liệu loại B – giống chè Shan 69 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của độ ẩm nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi polyphenol 70 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi

polyphenol 71 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của hệ dung môi đến hiệu suất thu hồi polyphenol 72 Bảng 3.9 Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất thu hồi polyphenol 73 Bảng 3.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất thu hồi

polyphenol 74 Bảng 3.11 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu hồi polyphenol 75 Bảng 3.12 Ảnh hưởng của số lần trích ly đến hiệu suất thu hồi polyphenol 75 Bảng 3.13 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly

đến hiệu suất thu hồi polyphenol chè 77 Bảng 3.14 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly

đến hiệu suất thu hồi catechin tổng số 80 Bảng 3.15 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly

đến hoạt tính kháng oxi hóa của sản phẩm dịch chiết chè 83 Bảng 3.16 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly

đến hoạt tính kháng khuẩn của sản phẩm dịch chiết chè 86

Bảng 3.17 Đánh giá tương quan giữa nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ

trích ly đến hoạt tính kháng khuẩn của dịch chiết polyphenol chè 88 Bảng 3.18 Kết quả kiểm tra điều kiện trích ly tối ưu đối với hiệu suất thu hồi

polyphenol, catechin tổng số và hoạt tính kháng oxi hóa của dịch chiết chè 90 Bảng 3.19 Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch chè/dichloromethane đến quá trình tách,

tinh chế polyphenol 92 Bảng 3.20 Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch chè /ethyl acetate đến quá trình tách,

tinh chế polyphenol 93 Bảng 3.21 Kết quả phân tích các chỉ tiêu an toàn thực phẩm của chế phẩm

polyphenol từ chè 95 Bảng 3.22 So sánh chế phẩm polyphenol nghiên cứu với một số chế phẩm

thương mại cùng loại 95 Bảng 3.23a Ảnh hưởng của xử lý polyphenol chè đến biến đổi màu sắc của

dầu trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C 99 Bảng 3.23b Ảnh hưởng của xử lý polyphenol chè đến biến đổi mùi của dầu

trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C 100 Bảng 3.23c Ảnh hưởng của xử lý polyphenol chè đến biến đổi độ trong của

dầu trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C 101 Bảng 3.24 Ảnh hưởng của xử lý polyphenol đến biến đổi chỉ số acid của dầu

trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C 102 Bảng 3.25 Chất lượng cảm quan, tính chất hóa lý, vi sinh của mẫu cá thương

mại vào thời điểm hết hạn sử dụng (sau 3 ngày bảo quản ở 0 – 40C) 108 Bảng 3.26a Ảnh hưởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến màu sắc của

cá thu trong quá trình bảo quản 108 Bảng 3.26b Ảnh hưởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến mùi của cá

thu trong quá trình bảo quản 109 Bảng 3.26c Ảnh hưởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến trạng thái của

cá thu trong quá trình bảo quản 109

Bảng 3.26d Ảnh hưởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến độ chấp nhận

tổng thể của cá thu trong quá trình bảo quản 109 Bảng 3.27 Ảnh hưởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến chỉ số

peroxide (PV) của cá thu trong quá trình bảo quản (Meq.O2/kg) 114 Bảng 3.28 Ảnh hưởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến vi sinh vật

hiếu khí tổng số của cá trong quá trình bảo quản 116 Bảng 3.29 Tính chất cảm quan, lý hóa của mẫu thịt thương mại vào thời điểm

hết hạn sử dụng (sau 2 ngày bảo quản ở 4°C) 117 Bảng 3.30 Tính chất cảm quan của thịt chín trong quá trình bảo quản ở 40C 120 Bảng 3.31 Ảnh hưởng của xử lý polyphenol chè đến độ mất nước của thịt

trong quá trình bảo quản 124 Bảng 3.32 Biến động số lượng vi sinh vật hiếu khí tổng số trong quá trình

bảo quản 126

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Diện tích và sản lượng chè Việt Nam từ 1995-2012 7

Hình 1.2 Tổng hợp phenylpropanoid, stilbene, lignan, lignin, cutin, flavonoid và tannin từ phenylalanine (PAL: phenylalanine ammonialyase) 11

Hình 1.3 Phân loại một số hợp chất phenol chính [106] 12

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của flavonoid 13

Hình 1.5 Công thức cấu tạo của catechin 13

Hình 1.6 Công thức cấu tạo của (-)-EGCG 13

Hình 1.7 Công thức cấu tạo của EGC 14

Hình 1.8 Công thức cấu tạo của ECG 15

Hình 1.9 Công thức cấu tạo của C (A) và EC (B) 15

Hình 1.10 Công thức cấu tạo của anthoxanthin 16

Hình 1.11 Quy trình chiết tách polyphenol từ chè xanh 31

Hình 3.1 Hàm lượng catechin tổng số trong nguyên liệu các giống chè nghiên cứu 58

Hình 3.2 Sắc ký đồ HPLC của hỗn hợp chất chuẩn (A) và dịch chiết giống chè Shan (B) 59

Hình 3.3 Tương quan giữa hàm lượng catechin và polyphenol tổng số trong giống chè Shan, Trung du và PH1 62

Hình 3.4 Tương quan giữa hàm lượng polyphenol tổng số và catechin tổng số với hoạt tính kháng oxi hóa của các giống chè nghiên cứu 65

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu hồi polyphenol chè (mô hình minh họa 2 chiều) 78

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu hồi catechin tổng số (mô hình minh họa 2 chiều) 82

Hình 3.7 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến hoạt tính kháng oxi hóa của sản phẩm dịch chiết chè (mô hình minh họa 2 chiều) 85

Hình 3.8 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến khả năng kháng S aureus (mô hình minh họa 2 chiều) 87

Hình 3.9 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly

đến khả năng kháng P fluorescens (mô hình minh họa 2 chiều) 87

Hình 3.10 Giản đồ tối ưu các thông số nồng độ dung môi (X1), thời gian (X2) và nhiệt độ trích ly (X3) đến hiệu suất thu hồi polyphenol (HPP), catechin tổng số (HCT) và hoạt tính kháng oxi hóa (OXH) của dịch chiết chè 90

Hình 3.11 Thành phần phenolic và caffeine của chế phẩm nghiên cứu 94

Hình 3.12 Sắc ký đồ HPLC thành phần phenolic của chế phẩm nghiên cứu 94

Hình 3.13 Sơ đồ quy trình công nghệ chiết tách polyphenol từ chè xanh 97

Hình 3.14 Ảnh hưởng của xử lý polyphenol chè đến biến đổi màu sắc của dầu sau 12 ngày thúc đẩy oxi hóa ở 600C 100

Hình 3.15 Ảnh hưởng của xử lý polyphenol đến biến đổi chỉ số diene của dầu trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C 103

Hình 3.16 Ảnh hưởng của xử lý polyphenol đến biến đổi chỉ số peroxide của dầu trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C 105

Hình 3.17 Ảnh hưởng của xử lý polyphenol đến biến đổi chỉ số para-ansidine của dầu trong quá trěnh thúc đẩy oxi hóa ở 600C 106

Hình 3.18 Ảnh hưởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến giá trị L* và a* của cá thu trong quá trình bảo quản 111

Hình 3.19 Ảnh hưởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến biến đổi giá trị pH của cá trong quá trình bảo quản 113

Hình 3.20 Ảnh hưởng của xử lý polyphenol chè đến biến động chất lượng cảm quan của thịt trong quá trình bảo quản 118

Hình 3.21 Ảnh hưởng của xử lý polyphenol chè đến biến động giá trị L* và a* của thịt trong quá trình bảo quản 121

Hình 3.22 Ảnh hưởng của xử lý polyphenol chè đến pH của thịt trong quá trình bảo quản 123

Hình 3.23 Biến động chỉ số TBARS trong quá trình bảo quản 125

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN

Các hợp chất phenol trong chè gồm các nhóm flavanol, O-glycosylated flavonols, C-glycosylflavones, proanthocyanidin, phenolic acid và các dẫn xuất của

nó [70] Tuy vậy, phần lớn polyphenol trong lá chè là các flavanol, bao gồm 7 loại catechin chính: (-)-Catechin (C), (+)-Epicatechin (EC), (-)-Epigallocatechin (EGC), (-)-Catechingallate (CG), (-)-Epicatechin-3-gallate (ECG), (-)-Gallocatechingallate (GCG) và (-)-Epigallocatechin-3- gallate (EGCG) [87], trong đó, EGC và EGCG chiếm chủ yếu (khoảng 70% tổng lượng catechin) Các catechin này đóng vai trò quyết định đến đặc tính dược lý và tính chất cảm quan của nước chiết chè [32]

Trong thế giới thực vật, chè là một trong những loại cây giàu các hợp chất phenolic nhất, hàm lượng polyphenol trong lá chè thường vào khoảng 25-30% chất khô (CK) Tuy vậy, hàm lượng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: giống, độ non già của nguyên liệu, thời vụ thu hái và chế độ canh tác [18]

Từ lâu, những ích lợi đối với sức khỏe con người của polyphenol (trong nước chiết chè) đã được làm rõ Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, polyphenol chè có tác dụng tốt đối với bệnh ung thư [128], bệnh tim mạch [97], béo phì [75], [134] và có tác dụng làm chậm quá trình lão hoá, tăng tuổi thọ [57] Những tác dụng tuyệt vời này có được là dựa vào khả năng kháng oxy hóa, kháng khuẩn, kháng nấm và kháng virus của polyphenol [87]

Liên quan đến hoạt tính sinh học, Fumio và cộng sự [59] đã chỉ ra rằng, khả năng quét gốc tự do DPPH của các catechin chè cao gấp 6 đến 16,4 lần α – tocopherol hay từ 4,3 đến 11,8 lần vitamin C Ngoài ra, hoạt tính này của chè xanh cũng cao gấp 1,4 lần so với hương thảo, 4,02 lần với sả, 7,3 lần với hoa nhài và 15,4 lần so với oải hương [123] Gần đây, khi so sánh khả năng quét gốc tự do DPPH của chè vàng (một loại chè bán lên men) với một số đối tượng khác, Barhe và Tchouya [36] cũng chỉ ra rằng, hoạt tính này của chất chiết chè vàng > chất chiết đỗ tương > vang đỏ > hibiscus Bên cạnh hoạt tính kháng oxi hóa, nhiều nghiên cứu trên thế giới cũng chỉ ra rằng, polyphenol (chất chiết chè) có khả năng kháng được

nhiều chủng vi khuẩn gây ngộ độc và gây thối hỏng thực phẩm [34], [87] Điều này cho thấy, đối tượng này không chỉ có tiềm năng ứng dụng cao trong mỹ phẩm, dược phẩm mà còn mở ra những ứng dụng quan trọng trong công nghiệp thực phẩm Một trong số đó là sử dụng polyphenol chiết từ chè như một chất bảo quản tự nhiên không độc hại Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong bối cảnh hiện nay, khi tình trạng

vệ sinh an toàn thực phẩm đang ngày càng trở lên trầm trọng, mất kiểm soát ở các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam

Việt Nam hiện đứng hàng thứ 5 thế giới về diện tích trồng chè, với khoảng 135.000 ha Ngành công – nông nghiệp và thương mại chè đã giải quyết công ăn việc làm cho hàng triệu lao động, đặc biệt ở các vùng khó khăn, vùng trung du đồi núi Theo thống kê của Tổng cục hải quan, trong khoảng 5 năm gần đây, kim ngạch xuất khẩu chè bình quân của Việt Nam vào khoảng 150 triệu USD Điều này cho thấy, sản phẩm chè Việt Nam đã có chỗ đứng trên thị trường thế giới và đã có đóng góp không nhỏ vào nền kinh tế nước nhà Tuy nhiên, sự phát triển của cây chè và các sản phẩm từ chè Việt Nam hiện nay chưa tương xứng với tiềm năng của nó Do vậy, cần đẩy mạnh việc đầu tư nghiên cứu nâng cao chất lượng, đa dạng hóa sản phẩm chế biến, đồng thời cần nghiên cứu chiết tách các chất có hoạt tính sinh học cao (polyphenol) nhằm ổn định, phát triển sản xuất và nâng cao giá trị của cây chè Việt Nam

Ở nước ta trong khoảng 15 năm gần đây, một số nghiên cứu về chiết tách polyphenol chè xanh đã được tiến hành Tuy nhiên những nghiên cứu này thường giới hạn hoặc với dung môi nước [8] nên hiệu quả chiết tách còn hạn chế, hoặc sử dụng các kỹ thuật hiện đại chi phí đầu tư cao, khó áp dụng trong điều kiện Việt Nam hiện nay như trích ly có hỗ trợ vi sóng [101] hay trích ly dùng sóng siêu âm [3] Đặc biệt chưa có công trình công bố nào về đánh giá khả năng sử dụng polyphenol từ chè trong bảo quản nông sản thực phẩm Xuất phát từ những lý do

đó, chúng tôi tiến hành đề tài: ―Nghiên cứu chiết tách polyphenol từ lá chè xanh

và ứng dụng trong bảo quản thực phẩm"

2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN

- Xây dựng được quy trình chiết tách các hợp chất polyphenol từ lá chè xanh

Việt Nam đạt hiệu suất trích ly tối thiểu 80%, độ tinh sạch của chế phẩm cao (>90%)

- Đánh giá được khả năng sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản một số loại thực phẩm thông dụng

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Trong nghiên cứu này các nội dung được giới hạn như sau:

- Đối với giống chè khảo sát: chúng tôi sử dụng 02 giống đang được trồng phổ biến nhất hiện nay ở Việt Nam (Trung du, Shan) Bên cạnh đó, chúng tôi có khảo sát thêm giống chè PH1 Đây là giống có năng suất vào loại cao nhất hiện nay Tuy nhiên chất lượng sản phẩm chè chế biến không được đánh giá cao do để lại dư

vị đắng cho sản phẩm [20]

- Đối với nghiên cứu chiết tách polyphenol: phương pháp trích ly bằng dung môi được chúng tôi sử dụng Do đây là phương pháp khá đơn giản, có khả năng cho hiệu suất thu hồi cao Bên cạnh đó, phương pháp này cũng chỉ đòi hỏi đầu tư vừa phải,

dễ áp dụng cho các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ, phù hợp với điều kiện Việt Nam

- Đối với nghiên cứu ứng dụng chất chiết polyphenol chè trong bảo quản thực phẩm: chúng tôi giới hạn trên một số đối tượng thực phẩm thông dụng, phổ biến: 02 đối tượng dầu thực vật (dầu cọ, dầu đậu nành), cá thu và thịt lợn

4 NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN

4.1 Nghiên cứu lựa chọn loại nguyên liệu cho mục đích chiết tách polyphenol

từ lá chè tươi

- Xác định hàm lượng polyphenol tổng số, hàm lượng catechin tổng số và catechin thành phần (C, EC, EGC, ECG, EGCG) trong 4 loại nguyên liệu (búp 1 tôm 2 lá non, nguyên liệu loại B (TCVN 2843-79), nguyên liệu loại C (TCVN 2843-79) và các lá chè già (lá 6,7 của cành chè)

- Đánh giá khả năng kháng oxi hóa, kháng khuẩn của nguyên liệu các giống chè nghiên cứu

4.2 Nghiên cứu quy trình chiết tách polyphenol từ lá chè

- Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ (độ ẩm, kích thước của

nguyên liệu; dung môi và nồng độ dung môi; nhiệt độ và thời gian trích ly; tỷ lệ nguyên liệu:dung môi; số lần trích ly) đến hiệu suất thu hồi polyphenol

- Tối ưu hóa một số yếu tố công nghệ chính (nồng độ dung môi; nhiệt độ và thời gian trích ly) đến hiệu suất thu hồi polyphenol, catechin tổng số và hoạt tính kháng oxi hóa của dịch chiết

- Nghiên cứu tinh chế dịch chiết chè tạo chế phẩm polyphenol

4.3 Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng chất chiết polyphenol chè trong bảo quản thực phẩm

- Đánh giá khả năng sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản dầu đậu nành và dầu cọ

- Đánh giá khả năng sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản cá thu

- Đánh giá khả năng sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản thịt lợn

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

5.1 Ý nghĩa khoa học

- Kết quả của luận án tạo ra bộ dữ liệu khoa học tương đối toàn diện về hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học cao (polyphenol tổng số, các catechin thành phần, gallic acid, caffeine) cũng như hoạt tính sinh học (khả năng kháng oxi hóa, kháng khuẩn) của các loại nguyên liệu trong 02 giống chè phổ biến (Trung du, Shan) và 01 giống chè có năng suất cao nhất hiện nay ở Việt Nam (PH1) Các dữ liệu khoa học này là nguồn tư liệu hữu ích cho công tác đào tạo, nghiên cứu và khai thác các giống chè ở Việt Nam

- Kết quả nghiên cứu công nghệ trích ly polyphenol từ lá chè đã bổ sung thêm các thông tin khoa học quan trọng cho biết ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến hiệu suất thu hồi cũng như chất lượng chế phẩm polyphenol (bao gồm cả hoạt tính kháng oxi hóa và kháng khuẩn) Đây là nguồn thông tin khoa học hữu ích trong việc nghiên cứu và triển khai sản xuất bột chiết polyphenol từ chè xanh nguyên liệu

- Luận án đã cung cấp các minh chứng khoa học về tác dụng của chế phẩm polyphenol chè trong việc bảo quản thịt lợn, cá thu , dầu cọ và dầu đậu nành

5.2 Ý nghĩa thực tế

- Luận án góp phần định hướng đa dạng hóa sản phẩm sử dụng nguồn nguyên liệu lá chè Từ đó cho phép nâng cao giá trị của cây chè ở nước ta, đồng thời góp phần cải thiện đời sống của những vùng trung du, đồi núi, vùng đặc biệt khó khăn

- Sản phẩm của luận án tạo chế phẩm polyphenol có độ tinh sạch cao (>90% polyphenol), có thể sử dụng hữu ích trong các lĩnh vực khác nhau, tạo ra các sản phẩm mới hoặc nâng cao, duy trì chất lượng các sản phẩm thực phẩm, thực phẩm chức năng, dược phẩm và mỹ phẩm

- Kết quả của luận án cho phép tạo tiền đề để nghiên cứu sản xuất các sản phẩm bảo quản thực phẩm tự nhiên không độc hại Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong bối cảnh Việt Nam, khi tình trạng vệ sinh an toàn thực phẩm đang bị mất kiểm soát trầm trọng, gây nhiều hoài nghi và bức xúc trong xã hội hiện nay

6 TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN

- Luận án đã nghiên cứu tổng thể và đánh giá về hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học là polyphenol tổng số, 05 loại catechin, gallic acid, caffeine trong của 03 giống chè trong nước (Trung du, Shan và PH1) Đã đánh giá hoạt tính kháng oxi hóa, kháng khuẩn trên 02 loại nguyên liệu B và C (theo TCVN 2843-79), là những nguyên liệu thường được thu hái trong thực tiễn sản xuất sẽ đặc biệt hữu ích đối với công nghiệp chế biến và khai thác các hợp chất polyphenol từ chè tươi nguyên liệu

- Việc sử dụng hệ dung môi acetone nước trong trích ly polyphenol từ lá chè,

đã đề xuất được quy trình công nghệ chiết tách chế phẩm polyphenol cho hiệu suất thu hồi và chất lượng chế phẩm cao (bao gồm độ tinh sạch và khả năng kháng oxy hóa, kháng khuẩn) Với quy trình này, việc chuyển giao cho các cơ sở sản xuất vừa

và nhỏ ở Việt Nam là hoàn toàn khả thi và thuận lợi, không phải đầu tư lớn, tận dụng được nguồn phụ phẩm chế biến chè

- Luận án đã đưa ra những kết quả đánh giá khá toàn diện về sử dụng polyphenol từ chè trong bảo quản thực phẩm, ảnh hưởng của polyphenol chè đến biến đổi tính chất lý hóa, chất lượng dinh dưỡng, cảm quan và vi sinh của cá, thịt và dầu thực vật trong quá trình tồn trữ, bảo quản Điều này sẽ thúc đẩy việc nghiên cứu

sử dụng polyphenol chè như một chất bảo quản thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CHÈ

1.1.1 Nguồn gốc và sự phân bố của cây chè

Cây chè có tên khoa học Camellia sinensis (L) O Kuntze được phát hiện bởi

người Trung Quốc vào khoảng 2700 TCN Hiện nay, nhiều nghiên cứu cho rằng, cây chè có nguồn gốc phát sinh ở miền núi phía Nam Trung Quốc, Bắc Ấn Độ và miền núi phía Bắc Việt Nam [6] Chè phân bố khá rộng, trong những điều kiện tự nhiên rất khác nhau, từ 30 độ vĩ nam (Natan - Nam Phi) đến 43 độ vĩ bắc (Grudia), tập trung ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới [17]

1.1.2 Phân loại

Cây chè thuộc: Ngành hạt kín (Angiospermae), Lớp song tử diệp (Dicotyledonae), Bộ chè (Theales), Họ chè (Theaceae), Chi chè (Camellia) và Loài

(Camellia (Thea) sinensis) Hiện nay, chè được chia thành 4 giống chính [17]:

* Chè Trung Quốc lá nhỏ (Camellia sinensis var bohea)

Thuộc loại cây bụi thấp, phân cành nhiều, lá nhỏ (dài 3,5 – 6,5 cm), dày nhiều gợn sóng, màu xanh đậm, răng cưa nhỏ, không đều Giống này có đặc điểm năng suất thấp, chất lượng trung bình nhưng khả năng chịu rét tốt Phân bố chủ yếu

ở miền Đông, Đông nam Trung Quốc, Nhật Bản và một số vùng khác

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

Cây thuộc loại thân gỗ nhỡ, cao tới 5 m trong điều kiện sinh trưởng tự nhiên

Lá to trung bình, màu xanh nhạt, bóng, răng cưa sâu không đều, đầu lá nhọn Giống

có đặc điểm năng suất cao, chất lượng tốt Nguyên sản ở Vân Nam, Tứ Xuyên (Trung Quốc)

* Chè Shan (Camellia sinensis var shan)

Cây thuộc loại thân gỗ, cao từ 6 đến 10 m Lá to, màu xanh nhạt, đầu lá dài, răng cưa nhỏ và dày Tôm chè có nhiều lông tơ, trắng và mịn trông như tuyết nên còn gọi là chè tuyết Giống có đặc điểm năng suất cao, chất lượng tốt, có khả năng thích ứng trong điều kiện ấm ẩm, phát triển tốt ở vùng có địa hình cao Nguyên sản

ở Vân Nam - Trung Quốc, miền bắc của Miến Điện và Việt Nam

* Chè Ấn Độ (Camellia sinensis var assamica):

Thân gỗ cao tới 17 m, phân cành thưa, lá dài tới 20 - 30 cm, mỏng, mềm, thường có màu xanh đậm, dạng lá hình bầu dục, phiến lá gợn sóng, đầu lá dài Giống này thuộc loại có năng suất cao, phẩm chất tốt nhưng không chịu được rét hạn Giống được trồng nhiều ở Ấn Độ, Miến Điện, Vân Nam (Trung Quốc) và một số vùng khác

1.1.3 Tình hình sản xuất chè ở Việt Nam

Năm 2012, Việt Nam đã vươn lên hàng thứ sáu thế giới về diện tích (115.964 ha), thứ năm về sản lượng chè (216.900 tấn), chỉ đứng sau Trung Quốc, Ấn Độ, Srilanka, Kenya và tương đương Indonesia Trong 15 năm, từ 1995 – 2010, diện tích chè của nước ta đã tăng 2,2 lần từ 52.100 ha lên 113.200 ha, sản lượng tăng 4,94 lần từ 40.200 tấn lên 198.466 tấn [136] Diễn biến diện tích và sản lượng chè nước ta được trình bày qua hình 1.1

Hình 1.1 Diện tích và sản lượng chè Việt Nam từ 1995-2012 [136]

Theo ước tính của Hiệp hội chè Việt Nam, cả nước hiện có khoảng 6 triệu lao động sống dựa vào ngành công – nông nghiệp trồng và chế biến chè, và 116 doanh nghiệp tham gia xuất khẩu chè, hàng năm thu về gần 200 triệu đô la, đóng

góp không nhỏ vào sự phát triển chung của nền kinh tế nước nhà

Về các giống chè ở Việt Nam, bên cạnh giống truyền thống (Trung du), hiện chúng ta đã chọn lọc và lai tạo được khá nhiều giống mới Bảng 1.1 giới thiệu cơ cấu giống chè cả nước tính đến năm 2009 [20]

Bảng 1.1 Cơ cấu giống chè Việt Nam năm 2009 [20]

9 Thúy Ngọc 500 Oolong, xanh, đen

* Giống Trung du (chiếm 44,3% diện tích): thực chất là giống Trung Quốc

(Camellia sinensis var sinensis), được du nhập vào nước ta từ lâu đời Giống này

có đặc điểm năng suất và hàm lượng tannin ở mức trung bình, thích hợp vừa phải cho cả sản xuất chè xanh và chè đen [17]

* Giống Shan (Camellia sinensis var shan): Giống này chiếm 24,3% diện

tích [20] Phân bố chủ yếu ở các vùng miền núi cao, như Hà Giang, Lào Cai, Yên Bái, Mộc Châu, Phú Thọ Giống này có đặc điểm: lá có màu xanh lục, răng cưa sắc, chóp lá rất nhọn, thế lá ngang, trọng lượng búp lớn, trung bình 1,14 g, có nhiều tuyết, chất hoà tan vào khoảng 40,26- 46,54% CK; tannin cao, khoảng 29,67- 37,49% CK Chế biến chè xanh cho ngoại hình đẹp, hương thơm, mầu nước đẹp Chế biến chè đen cho chất lượng khá [17]

* Giống PH1: Giống PH1 được lai tạo giữa giống chè Manipur và Assamica

và được nhập nội từ Ấn Độ Hiện giống này chiếm khoảng 6,2% diện tích chè cả nước [20]

PH1 có đặc điểm lá to màu xanh đậm, hình bầu dục, búp to (trọng lượng trung bình từ 1,1 g/búp), hàm lượng tannin cao (37,1% CK), rất thích hợp cho chế biến chè đen Đây là giống có năng suất thuộc loại cao nhất hiện nay ở Việt Nam Tuy nhiên, nhược điểm của giống này là có tỷ lệ lá 3 và cuộng cao, chế biến chè xanh chỉ cho chất lượng vào loại trung bình vì để lại dư vị đắng cho sản phẩm [1]

1.1.4 Thành phần hóa học cơ bản của lá chè

1.1.4.1 Nước

Nước là thành phần chủ yếu trong búp chè, thường chiếm từ 75 - 82% trọng lượng búp Hàm lượng nước trong búp thay đổi tùy theo giống, tuổi cây, đất đai, kỹ thuật canh tác và tiêu chuẩn thu hái [4]

1.1.4.2 Tannin chè

Tannin thiên nhiên đều là hỗn hợp của gallic acid và digallic acid ở dạng tự

do cũng như kết hợp với glucose Đây là sản phẩm chuyển hóa thứ cấp của thực vật

và được chia làm hai dạng: tannin thủy phân (tannin pyrogallic) và tannin không bị thủy phân (tannin pyrocatechin) Tannin trong chè tồn tại ở cả hai dạng trên nhưng chủ yếu là dạng pyrocatechin Pyrocatechin là hỗn hợp polymer của catechin và leucoanthocyanidin [18] Hàm lượng tannin trong chè vào khoảng 32-40% CK, phụ thuộc vào giống, độ non già của lá, mùa vụ thu hoạch và chế độ canh tác [17]

1.1.4.3 Polyphenol

Polyphenol là thành phần quan trọng nhất, quyết định chính đến màu sắc, hương vị và tính chất dược lý của nước chè pha Thành phần chính của polyphenol chè là các hợp chất catechin Tỷ lệ các chất trong thành phần hỗn hợp của polyphenol chè không giống nhau mà thay đổi theo từng giống, tiêu chuẩn và mùa

vụ thu hái, điều kiện vĩ độ, thổ nhưỡng, kỹ thuật canh tác, Trong điều kiện tự nhiên của nước ta, các giống chè Shan, PH1 thường cho hàm lượng polyphenol cao hơn các giống chè khác [18]

1.1.4.4 Alkaloid

Trong chè có nhiều loại alkaloid nhưng nhiều nhất là caffeine Hàm lượng caffeine trong chè vào khoảng 2 - 4% CK, thay đổi theo giống, độ non già của lá, thời vụ thu hoạch và điều kiện canh tác Caffeine có tác dụng kích thích hệ thần kinh trung ương, hoạt động của thận, của tim và có tác dụng lợi tiểu [17]

1.1.4.5 Amino acid và protein

Trong chè, protein chiếm khoảng 18% CK và có khoảng 17 loại amino acid Protein trong lá chè chủ yếu là dạng glutelin hoà tan trong kiềm Trong quá trình chế biến, protein và amino acid đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hương và vị của nước chè pha [4]

1.1.4.6 Carbohydrate

Glucid trong chè rất đa dạng, bao gồm các monosacharide (chiếm khoảng 1 - 2%) và các polysaccharide (chiếm 10 – 12%) Ở chè, các dạng đường tan trong nước có hàm lượng không nhiều nhưng rất cần thiết cho việc hình thành chất lượng đặc trưng của chè thành phẩm [4]

1.1.4.7 Tinh dầu

Tinh dầu trong chè rất ít, hàm lượng của chúng trong lá chè tươi vào khoảng 0,007 – 0,009% và trong chè bán thành phẩm khoảng 0,024 – 0,025% Hàm lượng này phụ thuộc nhiều vào giống và độ cao trồng trọt [17]

1.1.4.8 Vitamin

Có nhiều loại vitamin trong chè Chính vì vậy, giá trị dược liệu cũng như giá trị dinh dưỡng của chè rất cao Hàm lượng một số vitamin trong chè tính theo mg/1000 g chất khô như sau: Vitamin A: 54,6; B1: 0,70; B2: 12,20; PP: 47,0; C: 27,0 v.v Đáng chú ý nhất là hàm lượng vitamin C ở trong chè nhiều hơn trong cam chanh từ 3 đến 4 lần [4]

1.1.4.9 Enzyme

Trong búp chè có hầu hết các loại enzyme nhưng chủ yếu gồm hai nhóm chính: nhóm thủy phân (amylase, glucosidase, protease ) và nhóm oxi hóa khử (peroxidase và polyphenoloxidase) Các enzym này đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp chế biến chè [4]

1.1.4.10 Chất tro

Hàm lượng tro trong chè tươi vào khoảng 4-5% CK và lên tới 5-6% CK trong chè thành phẩm Các chất khoáng có nhiều trong chè là K, Se, Mn, Zn [4]

1.2 POLYPHENOL TRONG CHÈ

1.2.1 Nguồn gốc chuyển hóa và phân loại các hợp chất phenolic thực vật

Các hợp chất phenol là sản phẩm chuyển hóa thứ cấp của thực vật, rất đa dạng về cấu trúc và chức năng Trong cây, nhìn chung hàm lượng của chúng ở các

bộ phận khác nhau là khác nhau Các phenol không hòa tan trong nước (lignin, hydroxycinnamic acid ) thường là thành phần của thành tế bào, trong khi loại hòa tan thường cư trú ở không bào [127]

Hình 1.2 Tổng hợp phenylpropanoid, stilbene, lignan, lignin, cutin, flavonoid

và tannin từ phenylalanine (PAL: phenylalanine ammonialyase) [113]

Hình 1.3 Phân loại một số hợp chất phenol chính [106]

Về nguồn gốc chuyển hóa, các hợp chất phenolic được hình thành từ con

đường Shikimate (Shikimate pathway), chuyển hóa phenylpropanoid (hình 1.2)

[113] Nhìn chung, chúng được phân thành các nhóm khác nhau theo số lượng vòng

phenol trong phân tử và theo cách thức nối các vòng này (hình 1.3) Ngoài ra, các

hợp chất phenol cũng có thể kết hợp với một số carbohydrate và acid hữu cơ [46]

1.2.2 Bản chất của polyphenol trong chè

Polyphenol trong chè chủ yếu thuộc nhóm flavonoid và được chia thành 5

nhóm chính: hợp chất catechin, hợp chất anthoxanthin (flavonol), hợp chất

anthocyanin, các phenol carbocylic acid và hợp chất leucoanthocyanin

1.2.2.1 Hợp chất catechin

Các hợp chất catechin thuộc nhóm flavanol, là thành phần chính của

polyphenol chè Đồng thời nó cũng có vai trò quyết định trong hoạt tính sinh học và

tính chất cảm quan của nước chè pha [34], [87] Catechin có công thức cấu tạo

Stilbene (C6-C2-C6) Lignin

(C6-C3) n

A.Hydroxycinnamic (C3-C6)

Chancol Flavone Isoflavone Flavanone Flavonol Flavanonol Anthocyanin Flavanol

Proanthocyanidins

Polyme hóa

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của

1.2.2.1.1 EGCG

Đây là thành phần chính trong các hợp chất catechin của chè, công thức phân

tử C22H18O11, không màu, kết tinh hình kim nhỏ, vị chát hơi đắng, có khả năng kết tủa với gelatin, tan trong nước, dễ tan trong acetone, ethanol, ethylacetate [4] Trong công thức cấu tạo, R2 là nhóm –OH và R1 là gốc galloyl

Hình 1.6 Công thức cấu tạo của (-)-EGCG

Do trong công thức phân tử vừa có gốc galloyl, vừa có 03 nhóm –OH ở vòng

B nên EGCG được cho rằng có cấu trúc phân tử và các trung tâm hoạt động chống oxi hóa hiệu quả nhất trong các catechin chè Khi nghiên cứu hiệu quả quét gốc tự

do DPPH của catechin và các dẫn xuất của nó, Nanjo và cộng sự [92] đã chỉ ra rằng, hiệu quả quét gốc tự do của các catechin được galloyl hóa (EGCG, ECG, CG) mạnh hơn nhóm không có gốc galloyl (C, EC, GC, EGC) và các catechin mà vòng B có

03 nhóm –OH thì hiệu quả hơn so với các catechin chỉ có 02 nhóm -OH Tuy nhiên các tác giả cũng chỉ ra rằng, ngoài đặc tính cấu trúc thì mức độ phân cực, trạng thái ion hóa và cấu hình không gian cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu quả kháng oxi hóa của các hợp chất này

Về hàm lượng EGCG trong lá chè, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hàm lượng này phụ thuộc rất lớn vào giống chè, độ non già của lá và mùa vụ thu hoạch [35], [44] Lin và cộng sự [77] đã phân tích 10 giống chè Đài Loan vào vụ hè (chiết bằng nước ở 700C/30 phút, tỷ lệ chè/nước là 1/10) cho kết quả trung bình về hàm lượng EGCG là 2,6 ± 0,2% CK Tuy nhiên hàm lượng này lên tới 9,1 đến 12,9%

CK trong búp chè 1 tôm 2 lá tại Australia [129]

1.2.2.1.2 EGC

Trong chè, EGC là thành phần catechin có hàm lượng đứng thứ 2, chỉ sau EGCG Thành phần này có công thức phân tử C15H14O7, kết tinh hình kim nhỏ không màu, vị chát mạnh nhưng có dư vị ngọt, không tác dụng với gelatin, tan trong

nước và ethylacetate, dễ tan trong acetone [4]

Hình 1.7 Công thức cấu tạo của EGC

Trong lá chè, hàm lượng EGC thay đổi theo giống, độ non già của lá và mùa

vụ thu hoạch [44], [129] Với thành phần này, Lin và cộng sự [77] thu được kết quả 1,1 ± 0,1% CK, trong khi nó lên tới 3,6 đến 5,2% CK trong nghiên cứu của Yao và cộng sự (2005) [129]

1.2.2.1.3 ECG

Epicatechingallate là thành phần có hàm lượng thường đứng thứ 3 sau EGCG

và EGC Đây là một trong các catechin được galloyl hóa Trong công thức cấu tạo, gốc galloyl được gắn vào vị trí C3 ở vòng C (hình 1.4) Cấu tử này có công thức phân tử C15H18O10, kết tinh hình kim nhỏ không màu, vị chát hơi đắng, tác dụng với gelatin cho kết tủa màu trắng, tan trong nước, dễ tan trong acetone, ethanol, ethylacetate [4]

Hàm lượng ECG cũng thay đổi tùy theo giống chè, độ non già của lá và mùa

vụ thu hoạch Kết quả nghiên cứu của Lin [77] và Yao [129] về hàm lượng catechin này là 1,1 ± 0,1% CK và từ 3,2 đến 4,1% CK tương ứng

Hình 1.8 Công thức cấu tạo của ECG

1.2.2.1.4 EC và C

Đây là 2 cấu tử catechin có hàm lượng thấp nhất trong các catechin chè Công thức phân tử của nó là C15H11O6, ở dạng tinh khiết không màu, kết tinh hình lăng trụ, chát dịu có dư vị ngọt, không kết tủa với gelatin, khó tan trong nước lạnh nhưng dễ tan trong nước nóng, ethanol, acetone [4]

Hình 1.9 Công thức cấu tạo của C (A) và EC (B)

Cũng giống như các thành phần khác, hàm lượng EC và C thay đổi theo giống, độ non già của lá [129] Kết quả phân tích của Lin và cộng sự [77] trong 10 giống chè Đài Loan cho hàm lượng trung bình của chúng là 0,33% và 0,13% CK tương ứng

1.2.2.2 Hợp chất anthoxanthin (flavonol)

Các chất này thuộc nhóm flavonol, có công thức cấu tạo chung như sau

Hình 1.10 Công thức cấu tạo của anthoxanthin

Các hợp chất anthoxanthin trong chè đã được nhận dạng là kaempferol, quercetin và myricetin Các hợp chất này thường tồn tại ở cả dạng tự do và kết hợp (dạng glycoside) Hàm lượng anthoxanthin trong chè rất thấp nếu so sánh với các catechin Trong giống chè Trung Quốc, chúng chỉ dao động từ 0,4 – 1,5% CK [4]

1.2.2.3 Hợp chất anthocyanin

Nhìn chung nhóm anthocyanin trong chè thường tồn tại dưới dạng kết hợp với các gốc đường Chúng tan trong nước và có trong dịch bào thực vật, có vị đắng và màu sắc thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hàm lượng catechin và anthoxanthin, nhiệt độ dung dịch và nồng độ của chúng Nhìn chung, các giống chè có búp màu tím thường hàm lượng anthocyanin cao hơn búp màu xanh [4]

1.2.2.4 Phenol carbocylic acid

Trong lá chè tươi có nhiều acid hữu cơ như: gallic acid, ellagic acid, methadigallic acid, chlorogenic acid, cafeic acid, para-coumaric acid, galloylquinic acid Tuy nhiên hàm lượng của chúng không cao Trong các acid này, gallic acid có vai trò quan trọng trong việc hình thành chất chát và hoạt tính kháng oxi hóa của dich chiết chè [4] Fernandez và cộng sự [56] đã phân tích hàm lượng gallic acid trong 12 mẫu chè xanh có nguồn gốc từ Trung Quốc và Nhật Bản, các tác giả cho biết hàm lượng này rất thấp, chỉ dao động từ 0,004% CK đến 0,12% CK

1.2.2.5 Hợp chất leucoanthocyanin

Các leucoanthocyanin trong thành phần polyphenol chè thường gặp là leucoxyanidin và leucodelphinidin Chúng tồn tại ở cả trạng thái tự do và dạng glycoside Hàm lượng của chúng trong lá chè tươi cũng rất ít nếu so sánh với các catechin Các leucoanthocyanin là dạng trung gian giữa catechin và anthocyanin [4]

R1

R2 R3

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng polyphenol/catechin trong lá chè tươi

- Giống chè: Hàm lượng polyphenol/catechin phụ thuộc rất lớn vào giống

chè Nhìn chung, chè Ấn Độ (Asammica) thường có hàm lượng polyphenol cao hơn giống chè Trung Quốc (Sinensis) [17] Wu và cộng sự [124] cho biết, hàm lượng

catechin tổng số trong 04 giống chè Trung Quốc (Ziya, Wuniuzao, Huangyezao, Fudingdabaicha) dao động từ 11,4% CK đến 22,5% CK Ở Việt Nam, Vũ Hồng Sơn

và Hà Duyên Tư [7] đã chỉ ra rằng, hàm lượng polyphenol tổng số của giống chè Shan > PH1 > Trung du > LDP1 Nhìn chung hàm lượng này trong lá non thu hái

vụ đông dao động trong khoảng từ 17,5 – 19,6% CK

- Độ non già của nguyên liệu: Độ non già của lá chè có ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng polyphenol Nhìn chung, lá càng non hàm lượng polyphenol/catechin càng lớn Trong một búp chè, hàm lượng này giảm theo thứ tự:

lá 1 > lá 2 > lá 3 > cuộng [18] Trong nghiên cứu của Baptista và cộng sự [35], hàm lượng polyphenol tổng số đạt 18,5% CK trong búp 1 tôm 2 lá, trong khi nó chỉ là 11,5% CK trong các lá bánh tẻ và già (hỗn hợp từ lá thứ 3 đến lá thứ 8)

- Mùa vụ thu hoạch: Sự tổng hợp tannin hay polyphenol trong lá chè chịu ảnh hưởng rất lớn bởi cường độ chiếu sáng, khi cường độ chiếu sáng tăng thì hàm lượng này tăng và ngược lại [17], [129] Do vậy trong một năm, hàm lượng polyphenol trong lá chè thường đạt cực đại vào mùa hè và thấp hơn ở mùa thu và mùa xuân

- Chế độ canh tác: Dinh dưỡng cho cây chè cũng ảnh hưởng đến hàm lượng tannin và polyphenol trong nguyên liệu Nhìn chung, khi tăng lượng bón phân đạm thì hàm lượng polyphenol trong lá chè giảm và hàm lượng này tăng khi tăng lượng lân và ka li [17]

Ngoài các yếu tố trên thì hàm lượng polyphenol trong lá chè cũng chịu ảnh hưởng của các yếu tố như thổ nhưỡng, khí hậu, tuổi cây [78] Nguyễn Văn Chung và Trương Hương Lan [2] đã khảo sát hàm lượng polyphenol tổng số trong chè xanh tại Phú Thọ, Thái Nguyên và Lâm Đồng, các tác giả cho biết hàm lượng này đạt trung bình 14,8% CK, 18,5% CK và 18,8% CK tương ứng

1.2.4 Hoạt tính sinh học của polyphenol chè

1.2.4.1 Hoạt tính kháng oxi hóa của polyphenol chè

Các hợp chất flavonoid nói chung, polyphenol chè nói riêng đều có khả năng kháng oxi hóa theo cả 2 dạng: kháng oxi hóa sơ cấp (trung hòa gốc tự do) và kháng oxi hóa thứ cấp (bắt cặp ion kim loại)

Khi nghiên cứu khả năng quét gốc tự do tổng hợp như picrylhydrazyl (DPPH), 2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) (ABTS)…, các polyphenol-catechin đều thể hiện hoạt tính vượt trội so với các chất kháng oxy hóa đối chứng như vitamin C, vitamin E Nanjo và cộng sự [92] đã chỉ ra rằng, các catechin có hoạt tính quét gốc tự do DPPH cao gấp 6 đến 16,4 lần α – tocopherol hay từ 4,3 đến 11,8 lần vitamin C Trong các hợp chất catechin, nhìn chung dạng galloyl hóa có khả năng quét DPPH cao hơn so với dạng khác Trong các thành phần của catechin chè, khả năng quét DPPH được xếp theo trật tự giảm dần như sau: EGCG > ECG > EGC > EC > C [68], [82] Đối với chè, thành phần các catechin đóng góp khoảng 70-80% khả năng kháng oxy hóa của dịch chiết [87]

2,2-diphenyl-1-Nhiều nghiên cứu in vitro và in vivo cũng chỉ ra rằng, polyphenol chè có hiệu

quả cao trong việc giảm cholesterol tổng số cũng như phần LDL trong huyết thanh [104], [133], chống oxy hóa các acid béo [45], [51], hay quét các gốc tự do superoxyl, hydroxyl [30], [116] Trong nghiên cứu về tác dụng của polyphenol đối với độc tố ochratoxin A ở tế bào gan, Hundhausen và cộng sự [65] đã chỉ ra rằng, EGCG có hoạt tính kháng oxi hóa cao gấp 4 lần trolox và genistein, 3,4 lần daidzein

và khoảng 1,3 lần quercetin

Khả năng kháng oxi hóa của chất chiết chè xanh cũng là chủ đề của nhiều nghiên cứu Khi đánh giá khả năng này của chè xanh, hoa nhài, oải hương, hoa hồng, sả và hương thảo thông qua khảo sát khả năng quét DPPH, khả năng kháng oxi hóa tương đương trolox (TEAC) và khả năng hấp phụ gốc oxygen (ORAC assay) Tsai và cộng sự [123] đã nhận thấy rằng, trong tất cả các thử nghiệm, chè xanh có hoạt tính kháng oxi hóa mạnh nhất Cụ thể với DPPH, hoạt tính này của chất chiết chè xanh cao gấp 1,4 lần so với hương thảo, 4,02 lần với sả, 7,3 lần với

hoa nhài và 15,4 lần so với oải hương (bảng 1.2) Trong thí nghiệm khác với cùng đối tượng, Aoshima và cộng sự [27] cũng cho quy luật tương tự

Bảng 1.2 Hoạt tính quét gốc tự do của một số chất chiết thực vật [123]

Loại chất chiết % quét DPPH TEAC (mmole TE/g) ORAC (mmole TE/g) Chè xanh 94,5 ± 0,15 4,60 ± 0,0089 4,63 ± 0,37 Hoa nhài 13,0 ± 1,07 0,240 ± 0,009 0,92 ±0,23 Oải hương 6,15 ± 1,79 0,274 ± 0,017 0,90 ± 0,05 Hoa hồng 89,3 ± 0,34 1,12 ±0,048 2,77 ± 0,28

Sả 23,5 ± 0,97 0,313 ± 0,009 0,99 ± 0,11 Hương thảo 70,1 ± 1,04 1,28 ± 0,002 2,80 ± 0,06

Như vậy, với khả năng kháng oxi hóa mạnh của các catechin, chất chiết chè xanh hay polyphenol chè sẽ có nhiều tiềm năng có lợi với sức khỏe con người cũng như khả năng ứng dụng cao trong dược phẩm, mỹ phẩm và công nghiệp thực phẩm

1.2.4.2 Hoạt tính kháng khuẩn của polyphenol chè

Về cơ chế kháng khuẩn của polyphenol chè, các catechin đặc biệt là EGCG

đã can thiệp vào quá trình tổng hợp acid béo type II của tế bào vi khuẩn [131] Bên cạnh đó, gốc galloyl của catechin cũng gây ra sự rối loạn đặc hiệu trong cấu trúc của lớp đôi phosphatidylcholine và phosphatidylethanolamine trong thành màng tế bào [41] Ngoài ra, hiệu quả sát khuẩn của catechin còn có thể liên quan đến việc tạo hydrogen peroxide – kết quả từ tác động của oxygen với EGCG [28]

Khả năng kháng khuẩn, kháng virus, kháng nấm của polyphenol/chất chiết chè được tổng hợp qua bảng 1.3 [87] Đối với vi khuẩn, polyphenol chè có tác dụng tốt đối với nhiều loài vi khuẩn gây ngộ độc cũng như gây thối hỏng thực phẩm [34]

Mendel [87] đã chỉ ra rằng, EGCG, CG, EGC thể hiện hoạt tính kháng B cereus ở

mức độ nmol, chất chiết chè xanh và chè đen đều có thể ức chế sự phát triển của

C jejuni và C coli trong vòng 4 giờ [49], nồng độ ức chế tối thiểu (minmum inhibitory

concentration) trung bình của các catechin chè đối với S aureus và một số chủng

Vibrio là 192 ± 91 và 162 ± 165 µg/ml tương ứng trong khi đối với các vi khuẩn gram

(-) như Salmonella và E coli là 795 ± 590 và 1519 ± 949 µg/ml tương ứng [120]

Bảng 1.3 Vi sinh vật chịu ức chế bởi catechin và chất chiết chè [87]

Vi Khuẩn

Cl diffcile Ngộ độc thực phẩm/tiêu chảy Phenol chè

L monocytogens Ngộ độc/nhiễm độc listeria Chè

Ocular bacteria Nhiễm trùng mắt EGCG

Phytopathogens Gây bệnh cây trồng, nông sản Catechin, theaflavin

Viruses

Rotavirus trên người Tiêu chảy trẻ em Chè

Rotavirus trên bò Viêm dạ dày ruột động vật móng guốc EGCG

Nấm

Can albicans Sưng tấy do nấm trong miệng, ruột… EGCG, chè

Một số nghiên cứu đã tiến hành về ảnh hưởng của polyphenol chè đối với các vi sinh vật gây bệnh cho cây trồng Fukai và cộng sự [58] đã nghiên cứu ảnh

hưởng của chất chiết catechin chè trên 8 chủng Erwinia gây bệnh thối rữa đối với xà lách, súp lơ, cà chua, củ cải và 10 chủng Pseudomonas gây bệnh héo xanh (wilt), thối

ướt (spring rot), đốm lá (necrotic leaf spot) trên tỏi, súp lơ, xà lách…, kết quả chỉ ra rằng, catechin chè là chất ức chế tốt đối với các vi khuẩn này, nồng độ ức chế tối thiểu của các polyphenol chè đều dưới 100 ppm Trong số 4 cấu tử catechin thử nghiệm (EGC, EGCG, EC, ECG), thì EGCG và EGC hiệu quả hơn cả Liên quan đến khả năng kháng một số vi khuẩn gây thối hỏng thực phẩm, Yam và cộng sự [126] cũng kết luận rằng, chất chiết chè cũng như thành phần polyphenol chè có tiềm năng trong bảo quản

thực phẩm, đặc biệt khả năng kháng lại P vulgaris, P aeruginosa và S marcescens

1.3 NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM VỀ THÀNH PHẦN POLYPHENOL VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC GIỐNG CHÈ

Nhìn chung những công bố/nghiên cứu ở Việt Nam về thành phần polyphenol cũng như hoạt tính sinh học của các giống chè Việt Nam còn hết sức hạn chế và chưa toàn diện Đỗ Trọng Biểu và cộng sự [1] (Viện nghiên cứu chè) đã phân tích thành phần hóa học cơ bản trong một số giống chè như Trung du, PH1, 1A, LDP1…nhưng các chỉ tiêu chủ yếu tập trung về thành phần sinh hóa phục vụ cho công nghiệp chế biến, như: hàm lượng nước, tannin, catechin tổng số, chất hòa tan, đường, caffeine Trong đó, hàm lượng catechin tổng số được xác định theo phương pháp sắc ký bản mỏng của giống Trung du và PH1 là 151,2 mg/g CK và 155,1 mg/g CK tương ứng Năm 2007, Nguyễn Văn Chung và Trương Hương Lan [2] (Viện Công nghiệp thực phẩm) đã xác định hàm lượng polyphenol tổng số trong mẫu chè xanh của 03 vùng chè: Thái Nguyên, Phú Thọ và Lâm Đồng (không rõ giống) Kết quả cho thấy, hàm lượng của chúng đạt 18,45% CK, 14,78% CK và 18,80% CK tương ứng Năm 2008, Vũ Hồng Sơn và Hà Duyên Tư [7] (Đại học Bách khoa Hà Nội) đã xác định hàm lượng polyphenol tổng số và hoạt tính kháng oxi hóa của 04 thành phần của búp chè (lá non, bánh tẻ, lá già và cẫng chè) theo giống, mùa vụ và vùng địa lý Kết quả cho thấy, hàm lượng polyphenol tổng số

trong vụ hè dao động từ 7,5% CK đến 22,42% CK tùy theo giống và loại lá phân tích Đây là dữ liệu khoa học phong phú, bổ ích Tuy vậy, nghiên cứu này vẫn chưa làm rõ thành phần catechin (quyết định chính đến tính chất cảm quan và dược lý của nước chiết) cũng như hoạt tính kháng khuẩn của các giống này

Vì vậy, trong nghiên cứu của chúng tôi, bên cạnh việc xác định hàm lượng polyphenol tổng số, chúng tôi đã tập trung làm rõ sự khác biệt về các catechin thành phần, catechin tổng số, hàm lượng gallic acid cũng như caffeine của 04 loại nguyên liệu trong 03 giống chè phổ biến (Trung du, Shan, PH1) Trong các loại nguyên liệu, 02 loại B và C (theo TCVN 2843-79) thường được thu hái trong sản xuất chè

đã được chúng tôi lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu Điều này có thể cho phép đưa ra các khuyến cáo sát với thực tiễn sản xuất hơn Ngoài ra, hoạt tính kháng oxi hóa và hoạt tính kháng khuẩn của các loại nguyên liệu trong các giống chè này cũng được đánh giá Từ đó, có thể đưa ra những kết luận toàn diện nhất về các giống chè này, làm cơ sở cho việc lựa chọn nguyên liệu để khai thác polyphenol, cũng như cơ

sở khoa học cho công nghiệp chế biến

1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TRÍCH LY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH

1.4.2.1.1 Kỹ thuật soxhlet

Chiết soxhlet là một trong các kỹ thuật cổ điển nhất, được đề xuất bởi nhà hóa học người Đức Franz Ritter Von Soxhlet Đầu tiên nó được thiết kế chủ yếu cho việc tách chất béo nhưng hiện nay được ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau, trong đó có chiết tách các hợp chất có hoạt tính sinh học Trong chiết soxhlet, dung môi thích hợp liên tục được bốc hơi, ngưng tụ và tiếp xúc với vật liệu rắn để tách chất mục tiêu trong một thiết bị chuyên dụng (bộ soxhlet) Đối với kỹ thuật này, do những hạn chế như làm việc gián đoạn, năng suất thấp, thời gian chiết dài nên hiện nay thường chỉ được sử dụng trong nghiên cứu, phân tích và để đối sánh với các kỹ thuật mới khác [31]

1.4.2.1.2 Kỹ thuật chiết ngâm (maceration)

Với kỹ thuật này, quá trình chiết thường gồm các bước cơ bản sau: i) vật liệu được nghiền nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc với dung môi, ii) dung môi thích hợp được đưa vào trong bình chiết và được trộn đều với vật liệu, iii) tách dung môi có chứa chất mục tiêu ra khỏi bã và ép bã để thu hồi triệt để chất mục tiêu, iv) lọc làm sạch dung môi chứa chất mục tiêu thu được Ngoài ra, trong phương pháp này người ta thường kết hợp với khuấy đảo để tăng quá trình khuếch tán của chất tan và làm mới dung môi trên bề mặt vật liệu Từ đó làm tăng hiệu suất trích ly [31]

Ưu điểm của phương pháp là rẻ tiền, đơn giản, dễ thực hiện, không yêu cầu thiết bị phức tạp, thích hợp với việc chiết tách các hợp chất nhạy cảm nhiệt nhưng

có nhược điểm là thời gian trích ly dài và có hạn chế về hiệu suất trích ly

1.4.2.1.3 Kỹ thuật ngấm kiệt (percolation)

Trong kỹ thuật này, vật liệu được ngâm ngập trong dung môi và không có khuấy đảo Khi sự chênh lệch nồng độ chất tan trong vật liệu và ngoài dung môi gần đạt trạng thái cân bằng, dung môi chứa chất tan sẽ được chiết rút từ từ nhỏ giọt ra khỏi bình chiết Đồng thời với quá trình này, dung môi mới sẽ được đưa vào để chiết kiệt chất mục tiêu trong vật liệu Kỹ thuật này có thể thực hiện đơn giản như trên hoặc có thể tiến hành theo cách phân đoạn Trong chiết phân đoạn, dịch chiết loãng được sử dụng làm dung môi để chiết vật liệu mới

Kỹ thuật này cũng có ưu điểm là khá đơn giản, dễ áp dụng Tuy nhiên thời gian chiết dài và lượng dung môi tiêu thụ lớn

1.4.2.2 Các phương pháp trích ly cải tiến

1.4.2.2.1 Trích ly có hỗ trợ siêu âm

Cơ sở của phương pháp này là sử dụng sóng siêu âm làm tăng cường quá trình phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng cường quá trình chuyển khối, từ đó có thể làm tăng hiệu suất trích ly Bên cạnh đó, phương pháp này cũng cho phép rút ngắn thời gian trích ly và làm giảm tiêu tốn dung môi…[3] Tuy nhiên kỹ thuật này có thể làm tăng nhiệt của hệ dung môi – vật liệu trong quá trình, do đó có thể không thích hợp trong trích ly các hoạt chất nhạy cảm nhiệt như polyphenol Ngoài ra, những khó khăn trong việc triển khai công nghiệp cũng là điểm hạn chế của kỹ thuật này [103] Cuối cùng, hiện nay phương pháp này vẫn chưa có các đánh giá toàn diện như ảnh hưởng của sóng siêu âm đến sự biến đổi cấu trúc và hoạt tính sinh học của chất cần trích ly, hiệu suất trích ly polyphenol có thực sự được cải thiện hay không vẫn chưa

có những kết luận đồng thuận Ví dụ như trong khi Tao và cộng sự [122] cho biết, trích ly polyphenol từ chè có hỗ trợ siêu âm cho phép nâng hàm lượng polyphenol trong dịch chiết từ 22,04% lên 22,67% thì Amir và cộng sự [25] lại không nhận thấy

có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê khi so sánh giữa trích ly polyphenol từ vỏ quả

hồ trăn (Pistachia vera) có và không có hỗ trợ của sóng siêu âm với cả hai dung

Ưu điểm của phương pháp này là thời gian nâng nhiệt và chiết tách nhanh, ít tiêu tốn dung môi, hiệu suất thu hồi cao [24] Tuy nhiên, nó cũng gặp những hạn chế như trong kỹ thuật trích ly có hỗ trợ siêu âm như kém phù hợp trong chiết tách các hợp chất nhạy cảm nhiệt và những vấn đề về thiết bị trong triển khai công nghiệp [103]

Ưu điểm chính của phương pháp này là có thể tiến hành ở nhiệt độ thấp, có thể giảm thiểu sự oxi hóa các chất cần trích ly, an toàn không độc hại và không tốn năng lượng để tách dung môi (chất lỏng tới hạn) sau trích ly [109], [103] Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp này là đầu tư trang thiết bị lớn và hiệu quả thấp đối với việc trích ly các hợp chất phân cực như catechin chè (do CO2 là dung môi không phân cực) Để sử dụng phương pháp này cho trích ly polyphenol, người ta thường phải kết hợp CO2 siêu tới hạn với một dung môi phân cực khác như ethanol Sau hơn 30 năm phát triển, phương pháp này hiện đã được phát triển ở quy mô công nghiệp trong việc tách caffeine từ cà phê và hoa húp lông [103]

1.4.2.2.4 Chiết dung môi ở áp suất cao

Phương pháp này lần đầu tiên được mô tả bởi Richter và cộng sự vào năm

1996 [31] Cơ sở của phương pháp là sử dụng áp suất cao trong quá trình chiết để lưu giữ trạng thái lỏng của dung môi trên điểm sôi của nó Do vậy, điều kiện làm việc này (nhiệt độ và áp suất cao) sẽ làm tăng khả năng hòa tan của chất mục tiêu, giảm độ nhớt và sức căng bề mặt của dung môi Điều này cho phép làm tăng tốc độ chuyển khối và cải thiện hiệu suất trích ly Bên cạnh đó, khả năng có thể tự động hóa quá trình cũng là một trong các ưu thế của kỹ thuật này [66] Tuy vậy, với điều

kiện làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao có thể kém phù hợp trong việc chiết tách các hợp chất nhạy cảm nhiệt như catechin chè

cơ, thiết bị phức tạp, đầu tư lớn Bên cạnh đó, những phương pháp này vẫn đang trong quá trình phát triển, hoàn thiện, đặc biệt về mặt đánh giá ảnh hưởng của nó đến hoạt tính của chất chiết thu được cũng như khả năng triển khai công nghiệp Ngược lại, phương pháp trích ly truyền thống (conventional extraction), tuy có hạn chế về hiệu suất và thời gian trích ly nhưng ưu điểm là có thể tiến hành ở nhiệt độ thấp, kỹ thuật đơn giản, đầu tư thấp và đã được áp dụng công nghiệp từ nhiều thập kỷ, rất phù hợp với điều kiện Việt Nam (doanh nghiệp vừa và nhỏ) Chính vì vậy, chúng tôi đã lựa chọn nghiên cứu các điều kiện chiết tách cho phương pháp này nhằm cải thiện và tối ưu hóa cả hiệu suất trích ly cùng hoạt tính sinh học của dịch chiết polyphenol/catechin so với các nghiên cứu đã từng được tiến hành ở Việt Nam

1.5 NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ CHIẾT TÁCH POLYPHENOL CHÈ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG

1.5.1 Nghiên cứu ngoài nước

Như đã trình bày, hiện nay việc chiết xuất polyphenol từ chè chủ yếu vẫn sử dụng phương pháp trích ly dung môi truyền thống Nó có ưu điểm: đầu tư thấp, thiết

bị đơn giản, dễ áp dụng, có thể triển khai ở cả quy mô nhỏ (làm gián đoạn) hay quy

mô công nghiệp (chiết liên tục với lượng lớn nguyên liệu) Những nghiên cứu trên thế giới về chiết tách polyphenol chè nhìn chung cũng tập trung chủ yếu đến việc tìm hiểu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến hiệu suất trích ly và chất lượng của sản phẩm thu được (hoạt tính kháng oxi hóa, kháng khuẩn của dịch chiết/chất chiết polyphenol) Chúng tôi đã tổng hợp, phân tích chuyên sâu về các mặt này nhằm giúp định hướng cho nghiên cứu và thảo luận các kết quả của đề tài

1.5.1.1 Ảnh hưởng của dung môi và nồng độ dung môi

Việc lựa chọn dung môi có thể ảnh hưởng đến cả loại và hàm lượng các hợp chất phenol chiết tách được Độ hòa tan của các hợp chất phenol chịu ảnh hưởng lớn bởi độ phân cực của dung môi sử dụng Trong chiết xuất các hợp chất phenol, các dung môi có độ phân cực cao như nước hoặc ít phân cực như chlorofom hay hexane thường không cho hiệu suất thu hồi cao [79] Dung môi nước tuy an toàn nhưng thường làm cho dịch chiết có lượng tạp chất lớn, gây khó khăn cho việc làm sạch về sau Nếu quá trình chiết hướng tới nhiều loại hợp chất khác nhau cùng tồn tại trong vật liệu, người ta thường sử dụng hỗn hợp các loại dung môi để tạo ra một dung dịch có độ phân cực trung bình Điều này cho phép cải thiện hiệu suất trích ly đối với tổng thể các hợp chất đích [79] Trong chiết tách các hợp chất phenolic chè, dung môi thường được sử dụng là methanol, ethanol, acetone, diethyl ether và ethyl acetate Tuy nhiên các acid có độ phân cực cao (benzoic, cinnamic acid) có thể không được chiết hoàn toàn với các dung môi hữu cơ nguyên chất mà hỗn hợp của alcohol – nước hoặc acetone – nước thường được yêu cầu [60] Các dung môi ít phân cực như dichloromethane, chloroform, hexane và benzene thường phù hợp để tách các tạp chất như xáp, sterol và chlorophyll từ nguyên liệu thực vật [117]

Các hợp chất phenol ở dạng glycoside (tan nhiều trong nước) nhìn chung thường được tách bởi hỗn hợp nước với methanol, ethanol hoặc acetone [105] Ngược lại, các hợp chất phenol ít phân cực hơn (dạng aglycone) như isoflavone, flavanone và flavonol thường tan hơn trong các dung môi kỵ nước [37] Độ hòa tan của catechin (nhóm flavanol) trong dung môi phân cực được tăng cường với việc xử lý nhiệt trung bình, do

đó làm tăng hiệu suất trích ly Bên cạnh đó, hiệu suất này cũng được cải thiện với việc áp dụng các biện pháp như khuấy đảo, lắc hay kết hợp tác động siêu âm [60]

Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành về chủ đề này, Nihal và cộng sự [93] đã

sử dụng nước, ethanol, methanol và dimethyl formamide (DMF) (dung môi hữu cơ được sử dụng ở 50%, 80% và 100% v/v) trong trích ly chè đen và chè cây nhựa ruồi

(Ilex paraguariensis) Kết quả chỉ ra rằng, loại dung môi và nồng độ dung môi có

ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu hồi polyphenol cũng như khả năng kháng oxi hóa