Khi dãy ánh sáng trắng xuyên qua dung dịch màu, các bước sĩng nhất
định sẽ bị hấp thu (tuỳ thuộc vào bản chất của dung dịch), trong khi những bước sĩng khác thì gần như khơng bị ảnh hưởng. Màu của dung dịch sẽ là màu của các ánh sáng khơng bị hấp thu. Những điều này được tĩm tắt trong bảng 1.1 sau đây:
Bảng1.1. : Màu sắc tố hấp thụ và màu sắc cảm nhận được
Ánh sáng trắng tới Ánh sáng hấp thụ Ánh sáng khơng hấp thụ Màu của dung dịch Đỏ, vàng, xanh da trời Vàng, xanh da trời Đỏ Đỏ Xanh da trời Đỏvà vàng Da cam Xanh da trời và đỏ Vàng vàng
Đỏ Xanh da trời và vàng Xanh lá cây
Đỏ và vàng Xanh da trời Xanh da trời Vàng Đỏvà xanh da trời tím
Phần 1: Tổng quan
Cường độ màu của dung dịch cĩ thểđược xác định bằng cách đo cường độ
ánh sáng hấp thu bởi màu cĩ trong dung dịch
Nếu ánh sáng đơn sắc xuyên qua dung dịch màu thì cường độ ánh sang hấp thu sẽ phụ thuộc vào:
+ Độ dài đường đi của ánh sáng xuyên qua dung dịch. + Nồng độ của chất tan hấp thụ ánh sáng.
Mối quan hệ này được biểu diễn bằng định luật Lamber-Beer trong phương trình lgIoIe =Kcl (1.3)
Io,Ie : Cường độ của tia tới và tia đi ra. K: Hệ số tắt hay chỉ số hấp phụ phân tử c: nồng độ dung dịch
l: chiều dài của ánh sáng đi qua dung dịch (thường là 1cm)
lgIeIo: được gọi là mật độ quang (OD- optical density) hay khả năng hấp thụ, hay độ hấp thụ (A-absorbancy). Trong thực hành, giá trị này thu trực tiếp từ máy
đo.
Từ phương trình (1.3) dễ dàng nhận thấy rằng khi l (độ dài) được giữ
khơng đổi thì mật độ quang sẽ tỉ lệ thuận trực tiếp với nồng độ của chất màu. Vì vậy đường chuẩn (sẽ là một đường thẳng) cĩ thể được vẽ từ một dãy các dung dịch chuẩn với các nồng độ khác nhau. Trong nhiều trường hợp độ hấp thu và nồng độ khơng tỉ lệ thuận.
Để so màu, người ta chọn điều kiện sao cho mật độ quang(OD) nằm trong khoảng 0,1-1; tốt nhất là 0,1-0,5.
Màu của dung dịch là do sự hấp thu khơng đồng đều các vùng khả kiến. Khi cho ánh sáng trắng đi qua dung dịch màu, khơng phải tất cả các tia của phổ đều bị hấp thu với mức độ giống nhau, cĩ phần tia khơng bị hấp thu. Mỗi dung dịch màu của các hợp chất khác nhau cĩ đường cong hấp thụ khác nhau. Để cĩ
đường cong hấp thụ, người ta tiến hành đo mật độ quang của dung dịch màu ở các bước sĩng khác nhau. Điểm cực đại của đường cong là đặc tính quan trọng của hợp chất màu, khi nĩi hệ số hấp thụ phân tử của một chất màu thì cĩ nghĩa là trị
Phần 1: Tổng quan
Bảng 1.2: Mối liên quan giữa bước sĩng và màu sắc.
Bước sĩng ánh sáng
(nm) Màu sắc
400
Tím (400-465)
Xanh da trời (465-482)
Xanh da trời – xanh lá cây (482-497)
500 Xanh lá cây (497-530) Xanh lá cây -vàng (491-530) Vàng (575-580) Vàng-da cam (580-587) Da cam (587-598) 600 Da cam-đỏ(598-620) 700 Đỏ (620-700) 800 Tia hồng ngoại
Những dung dịch cĩ màu trong các phịng thí nghiệm sinh học ít khi chứa những màu đơn giản cơ bản. Do đĩ, việc lựa chọn bước sĩng đúng để dùng sẽ
khơng phải là một vấn đề dễ dàng mà phải được xác định bằng thực nghiệm. Những kí hiệu của màu nhưđỏ, vàng, xanh…. thiếu chính xác so với bước sĩng của ánh sáng (λ) thường được dùng. Mối liên hệ giữa bước sĩng và màu được giới thiệu ở bảng 1.2
1.4. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CHÈ 1.4.1.Sinh thái học của cây chè. [9][20][21][39]
Têên khoa học của cây Chè : Camellia sinensis (L.) O.Kuntze
Cây Chè được xếp trong phân loại thực vật như sau: ngành Hạt kín
Angiospermatophyta, lớp Ngọc lan (hai lá mầm) Magnoliopsida, phân lớp Sổ
Phần 1: Tổng quan
A B C
Hình 1.3. A: Hình lá cây chè; B: Hình hoa cây chè; C: Hình trái cây chè
Cây chè sinh trưởng trong điều kiện tự nhiên chỉ cĩ một thân chính, chia làm 3 loại: thân gỗ, thân bụi, thân nhỡ (bán gỗ). Cành chè do mầm sinh dưỡng phát triển thành,trên cành chia ra nhiều đốt, chiều dài biến đổi nhiều từ 1 – 10cm.
Đốt chè càng dài là biểu hiện của giống chè cĩ năng suất cao. Lá chè mọc cách trên cành, mỗi đốt cĩ một lá, hình dạng và kích thước thay đổi tuỳ giống. Lá chè cĩ gân rất rõõ, rìa lá cĩ răng cưa. Búp chè là giai đoạn non của một cành chè,
được hình thành từ các mầm dinh dưỡng, gồm cĩ tơm (phần lá non trên đỉnh chưa xoè) và 2 hoặc 3 lá non (hình 1.4). Kích thước của búp chè thay đổi tuỳ giống và kỹ thuật canh tác. Cây chè sau khi sinh trưởng 2 – 3 tuổi bắt đầu ra hoa, mọc từ chồi sinh thực ở nách lá.
Chè là cây lâu năm, cĩ chu kỳ sống rất lâu, cĩ thể đạt 60 – 100 năm hoặc lâu hơn. Tuổi thọ kinh tế tối đa của một cây chè thương mại vào khoảng 50 – 65 năm tuỳ thuộc điều kiện mơi trường vàphương pháp trồng trọt. Chè cho năng suất vào mùa mưa từ tháng 5 – 11, sau 10 – 15 ngày thì thu hoạch một lần. Chè nguyên liệu sử dụng trong cơng nghiệp chế biến chủ yếu là 1 tơm và 2 – 3 lá non.
Giá trị kinh tế xã hội:
Trên thế giới ngày nay cĩ hơn 40 nước trồng và sản xuất chè như: Trung Quốc, Aán Độ, Nhật Bản, Bồ Đào Nha, Achentina…. Diện tích trồng chè trên thế giới ngày càng tăng.
Năm 1974: 1.531.000 ha Năm 1977: 1.636.000 ha Năm 1979: 2.166.000 ha Năm 1985: 2.790.000 ha
Phần 1: Tổng quan
Các nước Châu Á cĩ diện tích trồng chè chiếm 80-90% tổng diện tích trồng chè trên thế giới. Trung quốc cĩ diện tích trồng chè cao nhất, chiếm khoảng 50% tổng diện tích chè của thế giới (1.328.000 ha, 1985) nhưng năng suất thấp, sản lượng chỉ đạt 411.000 tấn chè khơ (3099,5 kg/ha). Nhật Bản là nước cĩ năng suất sản xuất chè cao nhất thế giới đạt khoảng 1.500 kg/ ha.
Bảng 1.3. Tình hình sản xuất chè trên thế giới.
Nước Diện tích (1000 ha) Sản lượng chèkhơ (1000 tấn) Xuất khẩu (1000 tấn) Trung Quốc Aán Độ Srilanca Indonesia Thổ Nhĩ Kỳ Nhật Bản Thái Lan Việt Nam 1.328 410 310 96 110 61 12 57 411,0 645,0 209,2 126,0 113,7 92,5 24,4 22,0 128,0 214,7 204,2 85,7 - - - 10,0 Ở Việt Nam, cây chè cĩ mặt từ lâu đời, nhưng chỉ mới được trồng và phát triển trên qui mơ lớn từ khoảng 100 năm, quá trình phát triển khác nhau.
-Giai đoạn 1890-1945: Cây chè được trồng phân tán, canh tác lạc hậu năng suất thấp.
-Giai đoạn 1945-1954: Do chiến tranh, việc quản lý và chăm sĩc kém nên diện tích trồng chè bị thu hẹp.
-Giai đoạn 1954 đến nay: Cây chè đuợc chú ý nhiều hơn. 1985 tổng diện tích trồng chè ở nước ta đạt 57.000 ha, sản lượng 22.000 tấn chè khơ, Năm 1993, diện tích trồng chè đạt 63.400 ha, sản lượng 29.000 tấn chè khơ.
Cả nước cĩ 4 vùng trồng chè lớn ở vùng núi, vùng trung du phía Bắc, vùng khu bốn cũ, vùng Tây Nguyên và Nam trung bộ.
Năm 2002 kim ngạch xuất khẩu chè của Việt Nam đạt 82,7 triệu USD, tăng 5,5% năm 2001. Tháng 10 năm 2003 cả nước xuất khẩu được 39.000 tấn chè khơ, tổng giá trị khoảng 39 triệu USD.
Phần 1: Tổng quan
Bảng 1.4. Thống kê tình hình xuất khẩu chè của Việt Namtừ 1995-2002. [37] Mặt hàng 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Chè khơ
(nghìn tấn) 18,8 20,8 32,9 33,0 36,0 55,6 68,2 75,0
1.4.2.Thành phần hố học của chè. [9][29]
Chè là một loại thức uống truyền thống đã cĩ lịch sử hàng ngàn năm, các thành phần quan trọng giúp phân biệt tính chất của “nước chè” gồm cafein, các polyphenol, tinh dầu. Các chất này kết hợp với những thành phần khác gĩp phần tạo ra những chất lượng khác nhau của các loại chè trên thị trường. Quá trình nghiên cứu về chè trên thế giới đã được thực hiện từ rất lâu. Hiện nay thành phần hố học của lá chè đã được mơ tả tương đối đầy đủ. Thành phần chủ yếu của lá chè được mơ tả trong Bảng 1.3
Bảng 1.5. Thành phần hố học của lá chè non. [9] THÀNH PHẦN % KHỐI LUỢNG CHẤT KHƠ Catechin (-)- Epigallocatechin gallate (-)- Epicatechin gallate (-)- Epigallo catechin (-)- Epicatechin (+)- Catechin (+)- Gallocatechin
Flavonol và flavonol glucoside Polyphenolic acid và depside Leucoanthocyanin Chlorophyll và các chất màu khác Khống Caffeine Theobromine Theophylline Amino acid 25-30 8-12 3-6 3-6 1-3 1-2 3-4 3-4 3-4 2-3 0,5 - 0,6 5-6 3-4 0.2 0.5 4-5
Phần 1: Tổng quan Acid hữu cơ Monosaccharide Polysaccharide Cellulose và hemicellulose Pectin Lignin Protein Lipid Các hợp chất dễ bay hơi 0,5 – 0,6 4-5 14-22 4-7 5-6 5-6 14-17 3-5 0,01 – 0,02 1.4.3. Hợp chất polyphenol trong chè. [9][11][28][32]
Nhĩm các hợp chất polyphenol là thành phần được quan tâm nhiều nhất trong lá chè. Các hợp chất polyphenol của lá chè rất khác với các hợp chất polyphenol được tìm thấy trong các loại cây khác. Các cấu tử chính chiếm đa số
là các catechin (C, EC, EGCG, EGC, ECG…). Ngồi ra trong thành phần polyphenol của chè cịn cĩ một số chất khác với tỉ lệ thấp như các flavonol (quercetin, kaempferol, rutin…), các dẫn xuất glucoside như myricetin-3- glucoside, kaempferol-3-glucoside, myricetin-3 rhamnoglucoside, quercetin-3- rhamnoglucoside, kaempferol-3-rhamnodiglucoside …, các leucoanthocyanin, các hợp chất polyflavonoid như theaflavin (theaflavin-3- gallate, theaflavin-3’- gallate, theaflavin-3,3’-digallate...), thearubigin (procyanidine, procyanidine gallate…). Các dạng hợp chất như theaflavin, thearubigin chiếm tỉ lệ rất thấp trong búp chè và lá chè non nhưng tăng dần tỉ lệ trong các lá chè già hơn.
Các hợp chất polyphenol do chứa nhiều nhĩm OH với các vị trí trong vịng phenol nên cĩ tính hoạt động hố học mạnh dễ bị oxi hố trong mơi trường axit, nhiệt độ cao và oxi khơng khí. Trong lá chè cĩ sẵn các enzyme polyphenoloxydase xúc tác thuỷ phân các chất polyphenol thành axit galic và các hợp chất phenol cĩ màu khác như thearubigin, theaflavin tạo màu đỏ của nước chè.
Phần 1: Tổng quan
Trong số các polyphenol của chè đáng chú ý nhất là nhĩm các hợp chất catechin cĩ hoạt tính sinh học, được coi là các chất cĩ tác dụng ngăn ngừa bệnh đối với cơ thể con người.
1.4.3.1.Tính chất lý hĩa của catechin. [9][28][38]
Nhĩm hợp chất catechin trong chè đã được quan tâm nghiên cứu trong thời gian dài. Các dữ liệu về tính chất hố học, tính chất phổ IR, NMR, MS, các phương pháp phân tích định tính, định lượng đã được cơng bố.
Catechin của chè thuộc họ flavonoid, nhĩm flavan-3-ol, phân tử cĩ 15 carbon bao gồm hai vịng 6 carbon A và B được nối bởi 3 đơn vị carbon ở vị trí 2, 3, 4, hình thành một dị vịng C chứa một nguyên tử oxy. Cấu trúc của catechin cĩ chứa hai carbon bất đối ở vị trí 2 và 3, khơng chứa nối đơi ở vị trí 2,3 và nhĩm 4-oxo [38].
Hình 1.5. Cấu tạo khung cơ bản của hợp chất catechin và cách đánh số cacbon
Chè được biết là cĩ 6 loại hợp chất catechin chính và một số lượng nhỏ các dẫn xuất catechin khác. Các catechin được chia thành hai nhĩm: nhĩm catechin tự do bao gồm C, GC, EC, EGC (vị trí carbon số 3cĩ chứa nhĩm thế hydroxyl) và nhĩm đã bị ester hố hay nhĩm galloyl catechin : ECG, EGCG (nhĩm hydroxyl
ở vị trí carbon số 3 được thay bằng một nhĩm gallate). Các hợp chất catechin trong lá chè đã được tách ra từng chất ở dạng tinh khiết, ở thể rắn chúng là những chất kết tinh khơng màu hình kim hoặc hình lăng trụ, cĩ vị chát dịu hoặc hơi đắng, tác dụng với FeCl3 cho kết tủa xanh thẫm hoặc xanh nhạt tuỳ theo số lượng nhĩm hydroxyl trong phân tử. Các catechin đều dễ tan trong nước nĩng, rượu, acetone,
Phần 1: Tổng quan
ethyl acetate tạo dung dịch khơng màu, khơng tan trong các dung mơi khơng phân cực hoặc ít phân cực như benzene hoặc chloroform.
Các catechin chính cĩ mặt trong chè:
(+) - Catechin C15H14O6, M = 290, (-) - Epicatechin C15H14O6, M = 290 Tnc = 176oC, [α]D = +18o Tnc = 242o C, [α]D = -69o
(- )- Epicatechin gallate, C22H14O10, (+) - Gallocatechin, C15H14O7, M = 306
M = 442, Tnc = 253oC, [α]D = -177o Tnc = 188oC, [α]D = +15o
(-)-EpigallocatechinC15H14O7,M=306,(-)- Epigallocatechin gallate C22H18O11 Tnc = 276oC, [α]D = -50O, M = 458, Tnc = 216OC, [α]D = -179o
(Tnc : Nhiệt độ nĩng chảy, M : Khối lượng phân tử, [α] D : gĩc quay cực
Hình 1.6. Cơng thức cấu tạo của các hợp chất catechin chính trong chè. [38]
Hàm lượng catechin trong búp chè cao nhất đạt đến khoảng 30% trọng lượng khơ. Trong các hợp chất catechin được tìm thấy trong chè thành phần gallate chiếm đa số (trên 80% tổng catechin). EGCG là thành phần đặc trưng của chè do chỉ được tìm thấy trong chè, EGCG cĩ thể chiếm đến hơn 50% tổng khối
Phần 1: Tổng quan
lượng các hợp chất catechin và khoảng 10% tổng khối lượng khơ của chè, tiếp theo là EGC và ECG (chiếm khoảng 10 - 20% tổng catechin). Các hợp chất catechin (C, EC, GC) cịn lại cĩ hàm lượng thấp và khơng phải là thành phần đặc trưng của chè do cịn được tìm thấy trong ca cao, nho, táo, hành…, với mức độ
phân bố rộng hơn. Hàm lượng của các catechin trong lá chè luơn luơn thay đổi, phụ thuộc vào giống chè, thời kỳ sinh trưởng, bộ phận cây chè, vị trí các lá trên búp chè và các yếu tố khác về thổ nhưỡng, khí hậu, cách chăm bĩn…. Trong quá trình phát triển của lá chè, dưới tác dụng của các enzyme, các catechin bị chuyển dần thành các hợp chất tannin và giảm dần hàm lượng trong lá trưởng thành.
Bảng 1.6.Hàm lượng catechin trong từng bộ phận riêng biệt của búp che ø. [11]
Catechin Lá thứ 1 Lá thứ 2 Lá thứ 3 Lá thứ 4 Cọng EGC GC EC EGCG ECG Tổng lượng catechin 122,10 0 45,53 580,54 138,52 886,69 152,27 0 47,84 577,93 132,27 910,31 206,42 0 45,16 431,14 103,09 786,11 232,36 0 45,16 431,14 103,09 701,82 222,08 68,79 65,65 292,93 87,98 737,40
Đơn vị : mg/g chế phẩm chiết bằng etyl acetate.
Hiện nay, các hợp chất catechin đã cĩ được một cơ sở dữ liệu nghiên cứu khá chi tiết. Tuy nhiên trong chè, ngồi catechin, các thành phần polyphenol cao phân tử khác như theaflavin, thearubigin, leucoanthocyanidin chưa được quan tâm nghiên cứu đầy đủ. Các thành phần này chiếm tỉ lệ cao trong các lá chè trưởng thành hoặc trong các sản phẩm chế biến cĩ lên men như chè đen và chè olong.
1.4.3.2. Biến đổi sinh học của hợp chất nhĩm catechin trong lá chè và qui trình sản xuất sản phẩm chè truyền thống. [9][20][28]
Các quá trình biến đổi catechin trong chè đã được nghiên cứu kĩ trong các cơng trình về chè, chủ yếu là về chè đen. Đĩng vai trị chính trong quá trình chuyển hố này là enzyme polyphenol oxidase. Trong qui trình sản xuất chè đen enzyme polyphenol oxidase oxy hố các catechin thành các octoquinon tạo màu đen cho chè thành phẩm. Hiện nay, enzyme polyphenol oxidase đã được tách ra
Phần 1: Tổng quan
ở dạng tự do với thành phần cấu trúc chính là protein chứa nhĩm ion đồng. Enzyme trong lá chè được chứa trong các cấu trúc riêng của tế bào lá, trong quá trình phát triển của lá chè, enzyme sẽ chuyển hố dần các hợp chất catechin thành các tanin bậc cao.
Trong quá trình sản xuất chè đen, trước giai đoạn lên men lá chè bị vị dập, tế bào lá bị phávỡ, để tạo điều kiện cho enzyme tiếp xúc và oxi hố thành phần catechin, sau thời gian lên men nhất định, lá chè được sấy, phân loại và đĩng gĩi. Do đặc điểm của quy trình chế biến nên hàm lượng của hầu hết các hợp chất catechin trong chè đen rất thấp, khoảng 2-3% hàm lượng chất khơ, so với hàm lượng 20 -30% trong chè nguyên liệu ban đầu. Màu vàng đỏ đặc trưng của nước chè đen do các sản phẩm oxy hố như theaflavin và thearubigin gây ra. Ngược lại, trong quá trình sản xuất chè xanh, các enzyme trong lá chè bị làm mất hoạt tính bằng nhiệt hoặc hơi nước ngay khi bắt đầu chế biến nên khơng xảy ra quá trình oxy hố các catechin. Vì vậy, nếu thực hiện quy trình tốt, hàm lượng các hợp chất catechin trong sản phẩm chè xanh tương đương với chè nguyên liệu ban đầu. Chè Olong là một sản phẩm trung gian giữa chè xanh và chè đen, chè tươi sử dụng làm chè Olong vẫn trải qua quá trình lên men (quá trình oxi hố