Nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen giàu GABA bằng kỹ thuật lên men yếm khí từ giống chè VN101
MỤC LỤC
Mục tiêu luận án
Xác định và thiết lập được một số thông số của quá trình cải tiến hệ thống chế biến chè đen Việt Nam thành chè đen giàu GABA, bao gồm các chủng giống vi khuẩn Lactobacillus thúc đẩy sinh tổng hợp GABA, các giống chè thích hợp, xác định và tối ưu hóa các thông số về qui trình lên men yếm khí có và không có bổ sung vi khuẩn, sản xuất thử thành công ở quy mô thực nghiệm tạo chè đen giàu GABA có chất lượng cảm quan tốt và thương mại hóa được.
Nội dung luận án
- Kiểm định hình thái, một số tính chất sinh lý, sinh hóa, và định danh chính xác, tối ưu hóa quá trình nuôi cấy chủng vi khuẩn lựa chọn được;. - Nghiên cứu xây dựng và hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất thực nghiệm chè đen giàu GABA và xây dựng tiêu chuẩn cơ sở chè đen giàu GABA.
Những đóng góp mới của luận án
- Khảo sát khả năng tích lũy GABA trong chè đen khi bổ sung công đoạn lên men yếm khí (không bổ sung vi sinh vật);. - Khảo sát khả năng tích lũy GABA trong chè đen khi bổ sung công đoạn lên men yếm khí có bổ sung vi sinh vật lên men;.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Thành phần hóa học của chè tươi 1. Nước
Các hợp chất polyphenol của lá chè rất khác với các hợp chất polyphenol trong các loại cây khác, đó là các cấu tử chính chiếm đa số là các catechin (C, EC, EGCG, EGC, ECG,..). Người ta đã tìm thấy 17 axit amin có trong chè, trong đó 10 loại amin cơ bản là theanine, phenylalanine, leucine, isoleucine, valine, tyrosine, glutamine, serine, glutamic, aspartic.
Hoạt tính sinh học và tác dụng của chè đối với sức khỏe 1. Tác dụng chống ô xy hóa của flavonoid
Ngoài ra, các flavonoid còn tham gia trong việc phòng chống ung thư bằng khả năng chống ô xy hóa, loại trừ các gốc tự do có thể gây tổn hại tế bào, làm cho tế bào có những biến đổi ác tính [35]. Có nhiều dẫn liệu chứng mình chè xanh còn có các tác dụng sau: Chống lại các bệnh suy thoái tim mạch; Làm giảm nguy cơ mắc bệnh tiền liệt tuyến; Giúp con người có được một trí nhớ tốt và dài lâu, chống lại bệnh Alzheimer; Chữa các bệnh về đường tiêu hoá như tả, lị, thương hàn, xuất huyết dạ dày;.
Các sản phẩm chè và sự khác biệt về công nghệ và tính chất
Thành phần của sản phẩm chè xanh rất gần với chè tươi, do trong quá trình chế biến ngay từ công đoạn đầu tiên dưới tác dụng của nhiệt độ mà hoạt động của men (enzym) bị đình chỉ dẫn tới các chất trong chè ít bị ô xy hóa. Điểm khác với quy trình chế biến chè xanh không cần phải qua công đoạn lên men mà tiến hành diệt men, vò và làm khô luôn thì chè đen là sản phẩm phải trải qua biến đổi sinh hóa mãnh liệt làm biến đổi hầu hết thành phần hóa học có trong chè tươi nguyên liệu cả về lượng và chất để tạo nên hương vị và màu sắc đặc trưng.
Chế biến chè giàu GABA bằng lên men vi sinh vật 1. Thực phẩm giàu GABA bằng lên men vi sinh vật
Trong quá trình lên men, vi sinh vật sinh tổng hợp enzym, trong đó có các enzym ngoại bào (polyphenol oxydase, ascorbic oxydase) với vai trò là những chất xúc tác thúc đẩy quá trình ô xy hóa, ngưng tụ các hợp chất polyphenol chè, phân giải protein; xúc tác hàng loạt các phản ứng phân giải gluxit và phản ứng trùng hợp các sản phẩm trung gian. Sáng chế đưa ra phương pháp điều chế chè GABA bằng phương pháp lên men vi sinh vật, bao gồm các bước sau: tiến hành khử hoạt tính lá chè tươi bằng vi sóng trên lá chè tươi, đảo trộn, khử trùng ở nhiệt độ cao, ngâm lá chè trong nước vô trùng theo tỷ lệ khối lượng 20-60%, bổ sung dịch giống lên men lactobacillus với lượng cấy là 1-6%; nhiệt độ lên men là 32-42 , thời gian lên men là 24-48 h, lá chè được lấy ra và sấy℃, thời gian lên men là 24-48 h, lá chè được lấy ra và sấy khô sau khi kết thúc quá trình lên men.
Chế biến chè giàu GABA bằng lên men yếm khí 1. Sự chuyển hóa GABA trong thực vật và trong lá chè
Các thành phần hương thơm đặc trưng của chè GABA được tạo ra bằng xử lý chân không kết luận là metyl myristat, hexadecan, metyl laurat và metyl palmitat, trong khi đối với chè GABA được làm bằng cách ngâm nước là 2,6-bis (1,1-dimethyletyl). Các nhà nghiên cứu gợi ý rằng tác dụng ức chế của chè GABA đối với chứng xơ hóa cơ tim do STZ gây ra ở chuột mắc bệnh tiểu đường có thể qua trung gian làm giảm lượng đường trong máu và làm giảm thêm biểu hiện TNF-alpha và quá trình chết theo phương pháp phối tử Fas.
Một số nghiên cứu thực phẩm và chè giàu GABA ở Việt Nam 1. Thực phẩm giàu GABA bằng lên men vi sinh vật
Việc nghiên cứu sản xuất chè lên men (chè Phổ Nhĩ Việt Nam) đã được triển khai từ năm 2012 với đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu sản xuất chè đặc sản Shan tuyết bằng công nghệ lên men” và kết thúc vào năm 2019 với dự án sản xuất thử nghiệm “Sản xuất chè lên men từ chè shan tuyết Hà Giang phục vụ tiêu dùng trong nước và xuất khẩu” [5,6]. Kết quả nghiên cứu cũng đã khẳng định từ nguồn chè shan trong nước hoàn toàn có thể sản xuất được một số sản phẩm chè lên men không những phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng trên thị trường nội địa mà còn có thể tham gia vào thị trường Trung Quốc và các nước châu Á khác, tạo ra giá trị cao từ nguồn nguyên liệu chè sẵn có.
Kỹ thuật công nghệ để nghiên cứu chế biến chè
Để tạo ra môi trường lên men yếm khí, cần có dụng cụ hay bao bì kín, tức là phải tạo ra môi trường chân không bằng cách hút khí ra ngoài, hoặc môi trường chứa khí trơ (N2). Đối với thí nghiệm ở quy mô sản xuất lớn hơn (mô hình nghiên cứu với khối lượng 10 kg chè/1 túi), chè được cho vào túi to hơn (có kích thước lớn 60 cm x 100 cm) và dầy (khoảng 1 mm) dùng kẹp để làm kín miệng túi và hút chân không hoặc hút chân không sau đó bơm thêm khí ni tơ vào đầy túi đảm bảo không còn ô xy trong túi tức là mức yếm khí rất cao.
Phương pháp bố trí thí nghiệm
Lựa chọn chế độ thay đổi khí thích hợp: Các chủng Lactobacillus lựa chọn được ủ lên men chè với điều kiện lên men yếm khí (hút hết khí trong túi zip rồi buộc kín miệng lại) và điều kiện lên men hiếu khí (mở miệng túi zip) ủ ở 37oC trong 2 ngày lên men. Các mục tiêu cần tối ưu gồm: 𝑦1: Hàm lượng GABA trong chè đen bán thành phẩm mẫu thí nghiệm (mg/100g CK) tiến tới đạt cao nhất; 𝑦2: Điểm cảm quan về mùi của chè đen bán thành phẩm mẫu đối chứng tiến tới lớn nhất (chỉ số này của mẫu đối chứng mặc định công nhận 5,0 điểm); 𝑦3: Điểm cảm quan về vị chè đen bán thành phẩm mẫu thí nghiệm tiến tới cao nhất.
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
Thí nghiệm bảo quản được tiến hành trong 12 tháng (từ tháng 8 năm 2019 đến tháng 8 năm 2020) tại phòng thí nghiệm của Trường Cao đẳng Công nghiệp thực phẩm (Thành phố Việt Trì). Box-Willson; Tối ưu hoá quá trình đa mục tiêu, đa yếu tố được sử dụng theo phương pháp hàm mong đợi; Bài toán đa mục tiêu đa yếu tố thực hiện theo phương pháp thang điểm hoặc xây dựng Hàm-Phạt.
Nghiên cứu lựa chọn vi khuẩn lactic và nguyên liệu chè thích hợp cho sản xuất chè giàu gaba bằng phương pháp lên men
Các thông số khác thu được từ những thí nghiệm đã trình bày ở mục 3.1.4 được duy trì cố định: Môi trường nuôi cấy MT2, điều kiện nuôi cấy tĩnh, hàm lượng glutamat bổ sung: 1,0%; nguồn cacbon nuôi cấy: lactose; nguồn nitơ nuôi cấy: cao nấm men; tỷ lệ giống khởi động: 5,0% để làm môi trường lên men. Từ bảng số liệu có nhận xét: 1- Khi sử dụng chế phẩm vi khuẩn lactic để tiến hành lên men thì tất cả 4 giống chè thực nghiệm đều có hàm lượng GABA cao hơn mẫu đối chứng; 2- Chất lượng cảm quan các mẫu thí nghiệm thấp hơn mẫu đối chứng; 3- Hai giống chè Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên có các chỉ số chất lượng có thể tiệm cận được so với mẫu đối chứng.
Tác dụng của lên men yếm khí tới hiệu quả tích lũy gaba và chất lượng chè đen giàu GABA
Thực nghiệm nhằm rút ra kết luận việc cải tiến quy trình công nghệ sản xuất chè đen truyền thống hiện nay nếu cải tiến bằng cách tiến hành lên men yếm khí trước lúc tiến hành lên men hiếu khí thì sản phẩm tạo ra có gì ưu việt hơn không. (c) Khảo sát đơn yêu tố và tối ưu hóa đa yếu tố cho thấy vùng tối ưu của các biến ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan và hàm lượng GABA trong chè đen thành phẩm theo phương pháp lên men yếm khí là nhiệt độ 29oC ± 1oC và thời gian ủ lên men là 9 h ± 1.
Tác dụng của lên men yếm khí kết hợp lên men bằng vi khuẩn lactic tới hiệu quả tích lũy gaba và chất lượng chè đen giàu GABA
Tuy nhiên lượng vi sinh vật ban đầu ảnh hưởng mạnh đến hương và vị của chè, với mục tiêu của quá trình tối ưu hoá lần này là tìm điều kiện thích hợp để làm tăng giá trị cảm quan của chè và chấp nhận hàm lượng GABA có thể bị giảm xuống ít nhất nhưng tổng lượng của chúng phải vượt qua 203mg/100g vì vậy chúng tôi lựa chọn chuyển khoảng xác định tỷ lệ giống và quyết định lựa chọn mức 2%-6%. (b) Tìm phương án phù hợp cho lên men yếm khí chè đen với 3 chỉ tiêu chất lượng và 3 yếu tố ảnh hưởng:. + Lựa chọn các mẫu vượt trội trong 12 mẫu được chọn:. Mười hai mẫu có hàm lượng GABA đạt yêu cầu được tiến hành phân tích cảm quan. Số TT TNo Lượng GABA Số TT TNo Lượng GABA. Đối với sản phẩm chè, tầm quan trọng của hương và vị được đánh giá ngang nhau, chọn hệ số quan trọng k = 1; Với hàm lượng GABA trong chè đen được xem là mục tiêu chủ đạo của nghiên cứu, cho nên chỉ số này, được đánh giá về hệ số quan trọng k = 1,3. Kết quả phân tích các chỉ số cuối 12 mẫu. Mẫu số Mô tả sản phẩm Hương. Tổng điểm cảm quan. Tổng điểm cảm quan. + Xây dựng thang điểm và sử dụng hệ số quan trọng của các chỉ tiêu chất lượng để cô lập vùng gần tối ưu của các biến ảnh hưởng [2]:. Chọn thang điểm là 10, từ đây ta xây dựng được các mốc điểm cho y2. k3=1) ta lập được bảng tổng hợp về tổng số điểm quy ước của 3 mục tiêu đồng thời một lúc.
Thực nghiệm sản xuất chè giàu GABA quy mô Pilot 1. Sản xuất chè ở quy mô pilot 10 kg nguyên liệu/mẻ
Nhưng nếu sử dụng thêm vi khuẩn lactic (chủng VTCC-B-411) trong giai đoạn lên men yếm khí sẽ làm tăng hàm lượng GABA hơn nữa, trong khi đảm bảo chất lượng cảm quan của sản phẩm có thể tiệm cận được với các mẫu đối chứng và mẫu có lên men yếm khí nhưng không sử dụng vi sinh vật. Mục đích chính của giai đoạn vò chè khi sản xuất chè đen là tạo điều kiện để thay đổi mạnh mẽ sự phát triển và chiều hướng của các biến đổi hoá sinh xảy ra trong lá chè tươi chuyển sang các biến đổi ô xy hoá các chất dưới tác dụng của enzym ô xy hoá.
Kiến nghị
Từ khảo sát đơn yếu tố và tối ưu hóa đa yếu tố, đã xác định được các thông số thích hợp và tối ưu cho quá trình lên men kép (yếm khí + vi khuẩn lactic). Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp enzym glutamate- decarboxylaza hoạt lực cao nhằm sử dụng lên men chè đen thu sản phẩm giàu gama amiobutyric axit (GABA).