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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒNG VĂN THẢNH 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 HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH 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 ĐỒNG 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: Cơng nghệ thực phẩm MSHV: 1670373 Nơi sinh: Thanh Hóa 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 thông 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 q 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 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) GS TS Đống Thị Anh Đào (Họ tên chữ ký) GS TS Lê Văn Việt Mẫn TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Khoảng thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại học Bách Khoa TP HCM mang lại cho tơi 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 q Thầy Cơ môn Công nghệ Thực phẩm – khoa Kỹ thuật Hóa học nói riêng Để hồn thành luận văn nghiên cứu xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, q Thầy Cơ Trung tâm Thí nghiệm thực hành; Trung tâm Công 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 lịng quan tâm, tận tình bảo, động viên giúp đỡ để em hoàn 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 tôi 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 môn Công 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 tháng 01 năm 2019 Học viên Hồng Văn Thảnh i 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 q 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 không 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 55oC 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: 65oC; thời gian trích ly: 73 phút Dịch sau q trình trích ly có hàm lượng polyphenol 182,76 (mg GAE/g chất khơ), hàm lượng EGCG tính theo phần trăm chất khô 12,85% Điều kiện sấy phun bột trà xanh hịa tan với thơng số tối ưu: nhiệt độ khơng khí đầu vào 150oC; 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% Kết 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 ii 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 air 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: 55oC Then ethanol was added to continue the extraction with optimum conditions: the ratio of ethanol/water: 63% (v/v); the extraction temperature: 65oC; 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: 150oC; 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 iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài hướng dẫn GS TS Đống Thị Anh Đào, môn Công 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 công bố cơng trình khác Mọi trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Học viên Hoàng Văn Thảnh iv 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 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN 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 q trình trích ly có enzyme hệ dung mơi nước – ethanol 59 4.2.3 Tối ưu q 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 qbiết trọng lượng ly tâm Rửa cặn lại với dung dịch NaOH 0,5% nóng Tiếp tục cho cặn tác dụng với 10ml HCl 10% Thêm vào 10ml dung dịch natri hypochlorite giọt một, vừa cho vừa khuấy Để yên phút lọc qua giấy lọc biết trọng lượng ly tâm Cho cặn lại tiếp tục tác dụng trở lại với NaOH 0,5% nhiệt độ 400C Để yên vài phút ly tâm Làm 1-2 lần để có cellulose thật trắng - Sau rửa thật kỹ nước sơi Sấy khơ cân  Tính kết - Hàm lượng cellulose tính theo cơng thức sau: 114 Trong đó: a: trọng lượng cellulose (g) m: trọng lượng mẫu thí nghiệm (g) 2.7 Định lượng Pectin - Pectin thu nhận từ dịch chiết nguyên liệu thực vật, thường táo hay có múi - Pectin loại phụ gia quý vô hại, sử dụng với liều lượng phụ thuộc vào quy trình cơng nghệ - Các pectin chất keo háo nước, có khả hydrat hóa cao nhờ gắn phân tử nước vào nhóm hydroxyl chuỗi polymethyl galacturonic  Nguyên tắc: Acid pectic sản phẩm trích ly pectin dung dịch kiềm nhẹ enzyme pectinase Định lượng acid pectic sinh cách kết tủa với Ca2+ tạo canxi pectat Rửa sạch, sấy khô cân lượng tủa tạo thành từ tính hàm lượng acid pectin  Cách tiến hành - Cân khoảng 10g mẫu vào bình, cho thêm 100ml NaOH 0,1N Để hỗn hợp qua đêm để xà phịng hóa hồn tồn pectin - Lọc hỗn hợp qua giấy lọc thêm 50ml CH3COOH 1N vào dịch lọc - Sau phút, thêm 50ml CaCl2 2N giữ - Đun sôi hỗn hợp phút lọc qua giấy lọc sấy đến khối lượng không đổi cân (m1) - Rửa kết tủa canxi pectat nước cất nóng đến khơng cịn ion Cl- (thử nước rửa dung dịch AgCl 1% đến khơng có tủa trắng) - Cho giấy lọc có kết tủa vào tủ sấy, sấy đến khối lượng khơng đổi cân (m2)  Tính kết Hàm lượng pectin mẫu tính theo cơng thức: 115 ... ? ?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. .. MSHV: 1670373 Nơi sinh: Thanh Hóa Mã số : 60540101 I NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT TRÀ XANH HỊA TAN TỪ PHỤ LIỆU LÁ TRÀ XANH (CAMELLIA SINENSIS) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát q... 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