Nghiên cứu cải thiện công nghệ sản xuất bột trà xanh hòa tan từ phụ liệu lá trà xanh (camellia sinensis)

Khảo sát quá trình trích ly với các thông số: nhiệt độ, thời gian, phần trăm ethanol, nước, enzyme cellulase kết hợp với pectinase. Tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly chất khô và hoạt chất.Khảo sát và tối ưu hóa các thông số của quá trình sấy phun: hàm lượng Maltodextrin; nhiệt độ sấy; lưu lượng sấy. Khảo sát ảnh hưởng của từng thông số đến hàm lượng polyphenol tổng và chlorophyll.Xác định hàm lượng polyphenol tổng số, EGCG và chlorophyll của bột lá trà sau quá trình sấy phun.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒNG VÀN THÀNH NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT TRÀ XANH HÒA TAN TỪ PHỤ LIỆU LÁ TRÀ XANH (CAMELLIA SINENSIS) Chuyên ngành : Công nghệ thực phẩm Mã số : 60540101 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2019 CƠNG TRÌNH Được HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: GS.TS Đống Thị Anh Đào Cán chấm nhận xét 1: TS Vũ Trần Khánh Linh Cán chấm nhận xét 2: TS Lê Ngọc Liễu Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Phan Ngọc Hòa - Chủ tịch TS Trần Thị Ngọc Yên - Thư ký TS Vũ Trần Khánh Linh - Phản biện TS Lê Ngọc Liễu - Phản biện PGS TS Lê Nguyễn Đoan Duy - ủy viên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Hoàng Văn Thảnh Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1985 Chuyên ngành: Công nghệ MSHV: 1670373 Nơi sinh: Thanh Hóa thực phẩm Mã số: 60540101 I NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT TRÀ XANH HÒA TAN TỪ PHỤ LIỆU LÁ TRÀ XANH (CAMELLIA SINENSIS) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát q trình trích ly với thơng số: nhiệt độ, thời gian, phần trăm ethanol, nước, enzyme cellulase kết hợp với pectinase Tìm điều kiện tối ưu cho q trình trích ly chất khơ hoạt chất - Khảo sát tối ưu hóa thơng số trình sấy phun: hàm lượng Maltodextrin; nhiệt độ sấy; lưu lượng sấy Khảo sát ảnh hưởng thông số đến hàm lượng polyphenol tổng chlorophyll - Xác định hàm lượng polyphenol tổng số, EGCG chlorophyll bột trà sau trình sấy phun III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/08/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/12/2018 V CÁN Bộ HƯỚNG DẪN: GS.TS Đống Thị Anh Đào Tp HCM, ngày tháng năm 20 CHỦ DẪN NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO CÁN BỘ HƯỚNG (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC (Họ tên chữ ký) GS TS Đống Thị Anh Đào GS TS Lê Văn Việt Mần LỜI CẢM ƠN Khoảng thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại học Bách Khoa TP HCM mang lại cho nhiều kiến thức bổ ích Để có điều đó, tơi xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy Cô Trường Đại học Bách Khoa TP HCM nói chung đặc biệt quý Thầy Cô môn Công nghệ Thực phẩm - khoa Kỹ thuật Hóa học nói riêng Đe hồn thành luận văn nghiên cứu tơi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, quý Thầy Cô Trung tâm Thí nghiệm thực hành; Trung tâm Cơng nghệ Việt Đức - Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP HCM, tạo điều kiện giúp đỡ, động viên thời gian qua Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Đống Thị Anh Đào, người trực tiếp hướng dẫn thực luận văn Cảm ơn Cơ hết lòng quan tâm, tận tình bảo, động viên giúp đỡ để em hồn thành luận văn chương trình học tập trường Qua gửi lời trân trọng biết ơn đến bố mẹ, anh chị em hai bên gia đình nội ngoại, bạn bè đồng nghiệp quan tâm, động viên vật chất tinh thần suốt thời gian qua Tôi gửi lời cảm ơn vợ tơi vượt qua khó khăn sống, động lực niềm an ủi to lớn giúp tơi hồn thành chương trình học tập Cuối tơi xin gửi lời chúc sức khỏe đến quý Thầy Cô mơn Cơng nghệ Thực phẩm khoa Kỹ thuật Hóa học; quý Thầy Cô trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm nhiều sức khỏe, hạnh phúc, gặt hái nhiều thành tốt đẹp giảng dạy nghiên cứu Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 18 thảng 01 năm 2019 Học viên Hồng Văn Thảnh TĨM TẮT LUẬN VĂN Đề tài luận văn: “Nghiên cứu cải thiện công nghệ sản xuất bột trà xanh hòa tan từ phụ liệu trà xanh (Camellia sinensis)” Học viên thực hiện: Hoàng Văn Thảnh Hướng dẫn khoa học: GS.TS Đống Thị Anh Đào Nghiên cứu nhằm xác định điều kiện trích ly sấy phun để thu nhận hàm lượng polyphenol, chlorophyll epigallocatechin gallate (EGCG) từ phụ liệu trà xanh (Camellia sinensis) Q trình trích ly tiến hành cách sử dụng hệ enzyme pectinase cellulase kết hợp; hệ dung mơi ethanol - nước Q trình trích ly tối ưu hóa phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM) với dung môi ethanol nhằm thu hàm lượng polyphenol cao Các biến khảo sát giai đoạn tối ưu tỷ lệ phần trăm ethanol bổ sung so với nước, nhiệt độ, thời gian trích ly Sau trình trích ly tiến hành tối ưu hóa điều kiện sấy phun để tạo sản phẩm bột trà xanh hòa tan Các thí nghiệm tâm tiến hành khảo sát ảnh hưởng yếu tố: nhiệt độ khơng khí sấy, lưu lượng nhập liệu tỷ lệ bổ sung maltodextrin vào dịch trước sấy so với chất khơ dịch trích ly Kết thu được: Khi trích ly với nước kết hợp với hệ enzyme điều kiện sau: tỷ lệ nguyên liệu/nước: 1/7 (g/ml); tỷ lệ enzyme pectinase/cellulase: 1/2 (v/v); nồng độ enzyme/chất khơ ngun liệu: 4%; thời gian trích ly: 60 phút; nhiệt độ trích ly 55°c Sau đó, bổ sung ethanol vào tiếp tục q trình trích ly với điều kiện tối ưu: tỷ lệ ethanol/nước 63% (v/v); nhiệt độ trích ly: 65°C; thời gian trích ly: 73 phút Dịch sau q trình trích ly có hàm lượng polyphenol 182,76 (mg GAE/g chất khô), hàm lượng EGCG tính theo phần trăm chất khơ 12,85% Điều kiện sấy phun bột trà xanh hòa tan với thơng số tối ưu: nhiệt độ khơng khí đầu vào 150°C; tốc độ nhập liệu rpm (6,5 ml/phút); tỷ lệ maltodextrin bổ sung vào dịch trước sấy phun so với hàm lượng chất khô dịch 12,3% Ket thu được, hàm lượng polyphenol: 119,77 (mg GAE/g chất khô); hàm lượng chlorophyll: 0,629 (mg/g chất khô) EGCG: 11,4% so với chất khô ABSTRACT This study aimed to determine the extraction conditions and spray drying to obtain the content of polyphenol, chlorophyll and epigallocatechin gallate from green tea leaf extracts The extraction process was carried out using a combination of pectinase and cellulase enzymes; solvent system ethanol - water The extraction was optimized by the response surface methodology (RSM) with ethanol as a solvent for extraction to obtain the highest polyphenol content The variables studied at this optimal stage were the percentage of ethanol added to the water, the temperature, and the extraction time After extraction process, the optimization of spray drying conditions were performed to produce the soluble green tea powder In-center experiments were conducted to investigate the effect of drying aứ temperature, input flow, and the addition rate of maltodextrin on the pre-drying fluid versus dry matter of the extracted juice The archived results when extract with water combined with the enzyme system under the conditions as follows: the ratio of raw materials/water: 1/7 (g/ml); the percentage of enzyme pectinase/cellulase: 1/2 (v/v); the enzyme concentration/dry basic content: 4%; the extraction time: 60 minutes; the extraction temperature: 55°c Then ethanol was added to continue the extraction with optimum conditions: the ratio of ethanol/water: 63% (v/v); the extraction temperature: 65°C; the extraction time: 73 minutes After extraction process, totally 182.76 (mg GAE/g dry basic) of polyphenol was extracted The EGCG content was 12.85% The spraydrying conditions of green tea powder with optimum parameters: the input air temperature: 150°C; the input rate: rpm (6.5 ml/min); the ratio of maltodextrin was added to the solution before spray drying versus the dry matter content: 12.3% Results obtained, polyphenol content: 119.77 (mg GAE/g dry basic); the chlorophyll content was 0.629 (mg/g dry basic) and the EGCG content was 11.4% relative to dry basic LỜI CAM ĐOAN Đề tài hướng dẫn GS TS Đống Thị Anh Đào, môn Cơng nghệ Thực phẩm - Khoa Kỹ thuật Hóa học Trường Đại học Bách khoa TP HCM Đề tài tơi thực nghiên cứu Trung tâm Thí nghiệm Thực hành - Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP HCM Các số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Mọi trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Học viên Hoàng Văn Thảnh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii LỜI CAM ĐOAN .iv DANH MỤC BẢNG .vii DANH MỤC HÌNH viii CHƯƠNG MỞ ĐẦU .1 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG TÔNG QUAN .3 2.1 Tổng quan trà 2.1.1 Phân loại khoa học 2.1.2 Sự phân bố trà 2.1.3 Thành phần hóa học 2.1.4 Công dụng trà xanh sức khỏe 2.2 Tổng quan polyphenol 2.2.1 Giới thiệu polyphenol 2.2.2 Phân loại 2.2.3 Một số ứng dụng polyphenol .15 2.2.4 Các phương pháp trích ly polyphenol 16 2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình trích ly 18 2.3 Tổng quan sấy phun 20 2.3.1 Cơ sở khoa học trình sấy phun .20 2.3.2 Nguyên lý phương pháp sấy phun .20 2.3.3 Ưu điểm nhược điểm trình sấy phun .21 2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy phun 22 2.3.5 Một số nghiên cứu sấy phun sản xuất thực phẩm 23 2.4 Tổng quan enzyme pectinase cellulase 24 2.4.1 Pectinase 24 2.4.2 Cellulase 25 2.4.3 Một số nghiên cứu enzyme công nghệ sản xuất thực phẩm 26 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 3.1 Đối tượng nghiên cứu 28 V 3.2 Hóa chất trang thiết bị 28 3.2.1 Hóa chất 28 3.2.2 Maltodextrin 28 3.2.3 Enzyme 28 3.2.4 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 29 3.3 Phương pháp nghiên cứu 29 3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu 29 3.3.2 Quy trình trích ly dịch trà xanh 31 3.3.3 Phương pháp thiết kế thí nghiệm 33 3.3.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy phun .38 3.3.5 Phương pháp phân tích .41 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 4.1 Kết xác định số thành phần nguyên liệu 45 4.2 Nghiên cứu q trình trích ly polyphenol chlorophyll 45 4.2.1 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly enzyme 46 4.2.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình trích ly có enzyme hệ dung mơi nước - ethanol 59 4.2.3 Tối ưu trình trích ly polyphenol 67 4.2.4 Đánh giá khả chiết tách EGCG hệ dung môi ethanol - nước hệ enzyme 72 4.2.5 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy phun 73 4.2.6 Tối ưu hóa q trình sấy phun 80 4.2.7 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột trà hòa tan 86 CHƯƠNG KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ .92 5.1 Kết luận 92 5.2 Kiến nghị 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO .96 PHỤ LỤC .103 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần hóa học trà tươi Bảng 3.1 Bố trí thí nghiệm tối ưu trích ly polyphenol 37 Bảng 3.2 Bố trí thí nghiệm tối ưu 41 Bảng 4.1 Một số thành phần nguyên liệu trà xanh 45 Bảng 4.2 Các mức yếu tố thí nghiệm tối ưu hóa q trình trích ly polyphenol 67 Bảng 4.3 Kết thí nghiệm tối ưu hóa q trình trích ly polyohenol 68 Bảng 4.4 Phân tích phương sai cho mơ hình hồi qui (ANOVA) 69 Bảng 4.5 Kiểm tra ý nghĩa hệ số phương trình hồi qui .69 Bảng 4.6 Các mức yếu tố thí nghiệm tối ưu hóa q trình sấy phun 80 Bảng 4.7 Kết thí nghiệm tối ưu hóa q trình sấy phun 81 Bảng 4.8 Phân tích phương sai cho mơ hình hồi qui (ANOVA) 82 Bảng 4.9 Kiểm tra ý nghĩa hệ số phương trình hồi qui .83 Bảng 4.10 Thành phần hóa lý bột trà xanh hòa tan 87 Bảng 4.11 So sánh mẫu thực nghiệm mẫu thị trường .89 Bảng 4.12 Kết kiểm tra vi sinh sản phầm bột trà hòa tan .91 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Các cơng thức cấu tạo catechin trà xanh Hình 2.2 Một số hợp chất thuộc nhóm polyphenol Hình 2.3 Một số phenolic đơn giản 10 Hình 2.4 Cấu trúc tổng quát hợp chất flavonoid .10 Hình 2.5 Cấu trúc hợp chất flavon 11 Hình 2.6 Cấu trúc hợp chất Flavonol .12 Hình 2.7 Cấu trúc hợp chất Flavanone 12 Hình 2.8 Cấu trúc hợp chất dihydroflavol .13 Hình 2.9 Cấu trúc hợp chất flavanol 13 Hình 2.10 Cấu trúc hợp chất chalcone .14 Hình 2.11 Cấu trúc hợp chất isoflavone 14 Hình 2.12 Cấu trúc hợp chất anthocyanin .14 Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu .30 Hình 3.2 Sơ đồ trích ly trà 31 Hình 3.3 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng yếu tố sấy phun lên nguyên liệu 38 Hình 4.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu 46 Hình 4.2 Ảnh hưởng tỷ lệ enzyme pectinase cellulase đến hàm lượng polyphenol 47 Hình 4.3 Ảnh hưởng tỷ lệ enzyme pectinase cellulase đến hàm lượng chlorophyll 48 Hình 4.4 Ảnh hưởng hàm lượng enzyme đến hàm lượng polyphenol 50 Hình 4.5 Ảnh hưởng hàm lượng enzyme đến hàm lượng chlorophyll 51 Hình 4.6 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý enzyme (°C) lên q trình hích ly polyphenol 52 Hình 4.7 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý enzyme (°C) lên trình hích ly chlorophyll 53 Hình 4.8 Ảnh hưởng thời gian (phút) xử lý enzyme lên q trình trích ly polyphenol 55 Hình 4.9 Ảnh hưởng thời gian xử lý enzyme (°C) lên q trình trích ly chlorophyll 56 Hình 4.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước đến hàm lượng polyphenol 57 Hình 4.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước đến hàm lượng chlorophyll .58 Hình 4.12 Ảnh hưởng tỷ lệ ethanol/nước (%v/v) đến hàm lượng polyphenol 60 Hình 4.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước đến hàm lượng chlorophyll Sổ liệu trình bày dạng X ± SD Các mức được đảnh dẩu chữ sổ khác (a-g) thể khác biệt có ỷ nghĩa thong kê (p < 0,05) Tuy nhiên, hàm lượng chlorophyll thu giảm xuống từ tỷ lệ 1:8 1:9 0,556±0,022 (mg/g chất khô) 0,435±0,026 (mg/g chất khô) Nguyên nhân thay đổi với khối lượng nguyên liệu, tăng lượng nước sử dụng hiệu suất trích ly tăng tăng chênh lệch gradient nồng độ cấu tử cần trích ly nguyên liệu nước Mặt khác, sử dụng lượng nước q lớn làm lỗng dịch trích Khi đó, muốn thu nhận sản phẩm trích ly ta phải thực q trình đặc hay sử dụng phưomg pháp để tách bớt nước Vì thế, với q trình trích ly, cần xác định tỷ lệ phù hợp nguyên liệu dung môi để thu hiệu suất trích ly cao để tiết kiệm chi phí Như vậy, kết hợp với điều kiện trích ly polyphenol chúng tơi chọn tỷ lệ ngun liệu/nước 1:7 để sử dụng cho nghiên cứu