Nguồn: [44]
Trong giai đoạn đầu của quá trình tổng hợp chất diệp lục, bắt đầu amino axit glutamic được chuyển thành axit 5-aminolevulinic (ALA). Phản ứng này liên quan đến cộng hóa trị
Giai đoạn 1 Giai đoạn 2
Giai đoạn 3
Giai đoạn 4
28
trung gian trong đó axit glutamic được gắn vào một phân tử ARN vận chuyển. Hai phân tử ALA sau đó ngưng tụ để tạo thành porphobilinogen (PBG), mà cuối cùng tạo thành các vòng pyrole trong chất diệp lục [69]. Giai đoạn tiếp theo là lắp ráp một cấu trúc porphyrin từ bốn phân tử của PBG. Giai đoạn này bao gồm sáu ước enzyme riêng biệt, kết thúc với sản phẩm là protoporphyrin IX. Tất cả các ước sinh tổng hợp đến thời điểm này là như nhau cho sự tổng hợp của cả hai chất diệp lục và heme. hưng ở đây các nhánh con đường và hình thành các phân tử phụ thuộc vào kim loại được đưa vào trung tâm của porphyrin. Nếu magiê được chèn vào bởi một enzym gọi là magiê chelatase, nếu sắt được đưa vào cuối cùng trở thành heme. Giai đoạn tiếp theo của quá trình sinh tổng hợp chất diệp lục là sự hình thành của vòng thứ năm (vòng E), tạo vòng của một trong những chuỗi bên axit propionic để tạo protochlorophyllide. Con đường liên quan đến việc giảm một trong những liên kết đôi trong vòng D, sử dụng ADP . uá trình này được điều khiển bởi ánh sáng và được thực hiện bởi một enzyme gọi là protochlorophyllide oxidoreductase (POR). Giai đoạn cuối cùng trong con đường sinh tổng hợp chất diệp lục là sự ràng buộc phytol, được xúc tác bởi en- zyme là synthetase để tạo chlorophyll [97], [130].
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy một số hợp chất hóa học trong chè
1.3.1. Ánh sáng
Ánh sáng có vai trò quan trọng đối với các cơ thể sống, là một trong những yếu tố quan trọng nhất của môi trường ảnh hưởng đến quá trình điều hòa sinh trưởng và phát triển của cây trồng [30], [49]. Cây chè là cây trung tính, kể từ lúc còn nhỏ và phát triển sau này nó hoàn toàn ưa sáng. Dưới óng râm, lá ch xanh đậm, lóng dài, búp non và mềm mại được duy trì trong thời gian dài, hàm lượng nước cao nhưng úp thưa. nh sáng tán xạ ở vùng núi cao có tác dụng tốt đến phẩm chất ch hơn ánh sáng trực xạ, lá chè có mầu xanh hơn so với lá của cây chè phát triển trong điều kiện thường và kết quả nồng độ axit amin tổng số cao [138]. Có sự khác biệt về nồng độ axit amin giữa ánh sáng mặt trời mạnh tự nhiên và có xử lý che bóng, nồng độ axit amin tổng số của lá chè phát triển trong ánh sáng mặt trời tự nhiên giảm 44,3%, so với lá ch được che chắn [117].
Theo tác giả Lan-Sook Lee và cộng sự đã nghiên cứu cây chè trong quá trình sinh trưởng và phát triển thường chịu ảnh hưởng điều kiện môi trường không khí. Tác giả cho rằng khi phát triển tại cùng vị trí thì cây ch được che bóng sẽ cho chất lượng cao hơn, khi uống có vị thơm dịu hơn so với không che bóng [85] và có thể sử dụng làm nguyên liệu để chế biến matcha. Phân tích thành phần các chất trong dịch chiết từ lá chè theo thời gian che
29
phủ 0, 15, 18, 20 ngày, kết quả cho thấy theo thời gian che phủ các hợp chất như: quercetin - galactosylrutinoside, kaempferol - glucosylrutinoside, epicatechin gallate, tryptophan, phe- nylalanine, theanine, glutamine và caphein tăng, nhưng quercetin - glucosylrutinoside, kaempferol - glucoside, epigallocatechin gallate, gallocatechin và epigallocatechin lại có xu hướng giảm [47], [68], [81], [94]. hư vậy, việc che bóng mát cho cây ch đã làm thay đổi thành phần hóa học của lá ch , cũng có nghĩa là đã làm thay đổi chất lượng dinh dưỡng và tính cảm quan của ch xanh. Trên cơ sở nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết về con đường chuyển hóa các chất trong lá chè liên quan đến tác động của ánh sáng có cường độ yếu từ đó có thể làm sáng tỏ mối quan hệ giữa việc che nắng cho cây chè và chất lượng ch được thể hiện ở hình 1.18 [84]:
Caphein Theobromin Paraxathin 7-methyl xanthine Xanthosin Xanthin Glutamin Glutamat Theanine
30
Hình 1. 18. Sơ đồ chuyển hóa các chất cơ bản trong cây chè được che bóng
Nguồn [84] Chú thích:
Biểu thị hàm lượng tăng khi che nắng Biểu thị hàm lượng giảm khi che nắng
L - theanine là axit amin phong phú nhất trong lá chè và tiếp theo glutamate. Valine không được phát hiện trong mẫu ánh sáng mặt trời tự nhiên, alanine và cysteine không được phát hiện trong mẫu ánh sáng mặt trời được che chắn. Điều này cho thấy sinh tổng hợp và tích lũy của các axit amin trong cây chè bị ảnh hưởng bởi cường độ ánh sáng [117].
Tryptophan Chorismat Phenylalarin Naringenin Dihydrokaempferol Myrecetin Dihydroquercetin Dihydromyrecetin Kaempferol Kaempferol – glucosid Kaempferol glucosyIrutinosid Quercetin Quercetin galatosy Irutinosi Quercetin glucosy Irutinosi EC Catechin ECG CG Myrecetin/ glucosi/ galactosi GC EGC EGCG
31
Khi cây chè được tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, mức độ chiếu sáng cao thì mức độ biểu hiện của sắc tố quang hợp bao gồm chlorophyll, neoxanthin, violaxanthin, phytoxanthin và β-carotene giảm [139]. Trong trường hợp này, lục lạp phân giải một phần, cùng với màng thylakoid. Mầu sắc lá chè hoàn lại khi lá ch được bảo vệ khỏi ánh sáng trực tiếp mạnh mẽ của ánh sáng mặt trời. Đây được coi là sự phát triển bị chặn của lục lạp và sắc tố quang hợp trong lá chè ức chế sự sinh tổng hợp protein, dẫn đến sự tích tụ các axit amin tự do. Điều này giải thích tại sao cây ch được che óng thì hàm lượng axit amin tăng, đặc biệt là hàm lượng L - theanine [129].
L - theanine là một axit amin tự do có trong ch xanh và đặc biệt có nhiều trong matcha, L - theanine là chất có vai trò quan trọng nhất trong việc mang lại hương vị dịu ngọt (umani) của nước chè xanh. L - theanine được tổng hợp từ rễ, đưa lên lá ch và được chuyển thành các polyphenol do tác dụng của ánh sáng mặt trời. Vì lý do này, một số nơi người ta dùng lưới đen, làm giàn bằng rơm, rạ che phủ lên cây ch trước khi thu hoạch để giảm bớt cường độ chiếu sáng trực tiếp của ánh sáng mặt trời. Nhiều thực nghiệm của các nhà khoa học Nhật Bản đã cho thấy khi cường độ chiếu sáng của mặt trời lên cây chè giảm thì làm tăng hàm lượng L - theanine và chlorophyll, tuy nhiên sự giảm cường độ chiếu sáng lên cây chè cũng chỉ ở một mức độ nào đó, nếu giảm quá nhiều đến mức gần như không còn ánh sáng chiếu lên cây chè nữa thì hàm lượng của L - theanine và chlorophyll lại giảm. Theo tác giả Nguyễn Đặng Dung, Lê hư Bích khi dùng tấm vải để che phủ lên cây chè với mức che phủ giảm cường độ chiếu sáng tới 90% trong 5 ngày và 15 ngày cuối trước khi thu hoạch của 2 giống chè Yabukita, Sayamakaori trồng tại vùng ew South Wales (Úc) đã làm tăng đáng kể hàm lượng L - theanine tới 18,95 mg/g chất khô và 21,16 mg/g chất khô so với 14,86 mg/g chất khô của mẫu chè chỉ được che phủ giảm cường độ chiếu sáng 50% trong toàn bộ thời gian sinh trưởng, còn hàm lượng caphein tăng không đáng kể, đặc biệt hàm lượng EGCG lại giảm đi theo mức độ che phủ [2]. Điều này có nghĩa khi cường độ ánh sáng chiếu lên cây chè giảm càng nhiều thì hàm lượng L - theanine càng tăng và hàm lượng EGCG càng giảm. Tùy theo cường độ và chất lượng của ánh sáng mà nó ảnh hưởng nhiều hay ít đến quá trình trao đổi chất và năng lượng cùng nhiều quá trình sinh lý của các cơ thể sống [142].
Tác giả O. Kuntze đã nghiên cứu cho rằng, phương pháp canh tác khác nhau ảnh hưởng đến chất lượng ch do thay đổi quá trình tổng hợp các chất flavonoid. Phương pháp che bóng, giảm cường độ ánh sáng có tác dụng hiệu quả để cải thiện chất lượng đồ uống từ chè,
32
bởi khi che bóng sẽ làm giảm nồng độ các chất flavonoid - là các hợp chất chính góp phần tạo vị chát trong lá [150]. Phân tích ảnh hưởng của bóng râm đến sinh tổng hợp flavonoid liên quan đến biểu hiện của con đường flavonoid gen trong lá trà, các tác giả cho thấy rằng bóng râm có tác dụng ảnh hưởng đến sinh tổng hợp flavonoid bao gồm: catechin, flavonol O-glycosyl hóa, proanthocyanins -PA và lignin, nhưng không có ý nghĩa ảnh hưởng đến sự tích lũy anthocyanin. Trong số tất cả các hợp chất được phát hiện, cho thấy Flavonol O- glycosyl hóa được tổng hợp trong lá khi che óng thay đổi nhiều so với các hợp chất khác, giảm 53,37% và 43,26% so với lá ánh sáng mặt trời tiếp xúc [140].
Như vậy, cường độ ánh sáng là yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp các hợp chất có lợi trong chè, đặc biệt là L - theanine một loại axit amin chỉ có duy nhất trong lá chè và sẽ bị giảm đi khi cây chè phát triển trong điều kiện nh s ng b nh thường, ngược lại tăng lên khi cây chè ph t triển dưới ánh sáng tán xạ. Hiện nay, đối với các giống chè trồng ở Việt Nam chưa được nghiên cứu về vấn đề này. Vì vậy, kết quả nghiên cứu của đề tài có tính mới và tính thực tiễn cao.
1.3.2. Thời gian che phủ
Cùng với cường độ ánh sáng, cây ch cũng cần khoảng thời gian che phủ nhất định để tổng hợp các hợp chất hữu cơ đáp ứng nhu cầu sinh trưởng và phát triển của cây. Khi nghiên cứu ảnh hưởng thời gian chiếu sáng của mặt trời lên cây chè, các nhà khoa học cho thấy thời gian chiếu sáng của ánh sáng mặt trời lên cây chè ở các mức độ cường độ chiếu sáng khác nhau, thì sự hình thành các hợp chất hóa học có lợi cho chất lượng matcha như L - theanine, EGCG, chlorophyll cũng khác nhau [85]. Khi cường độ chiếu sáng lên cây chè giảm đi (mức độ che phủ tăng lên) thì trong thời gian đầu thời gian che phủ tỷ lệ thuận với mức độ che phủ, tức là khi mức độ che phủ tăng lên, thời gian che phủ càng dài thì hàm lượng L - theanine, chlorophyll càng tăng, khi mức che phủ làm giảm cường độ chiếu sáng tới 90% từ 5 ngày đến 15 ngày trước khi thu hoạch của 2 giống chè Yabukita, Sayamakaori trồng tại Úc, hàm lượng L - theanine tăng dần, trong khi hàm lượng catechin tổng số không tăng mà lại giảm đi, dẫn đến tỷ lệ L - theanine/catechin tổng số tăng đáng kể từ ,15 tăng lên 0,25 và tăng đến 0,34. Tác giả đã kết luận tỷ lệ amino axit/ polyphenol là một thông số đánh giá chất lượng của chè xanh. Tỷ lệ này đã chỉ ra chất lượng chè xanh về mặt hóa học, đại lượng này càng lớn thì chất lượng chè xanh càng tốt [2].
Thời gian che phủ ảnh hưởng đến chất lượng của chè do vậy dựa trên cơ sở khoa học này, chúng tôi nghiên cứu thời gian che phủ đối với giống chè trồng trong điều kiện khí hậu
33
Việt Nam để tạo ra nguồn nguyên liệu có chất lượng cao khi chế biến bột chè xanh dạng matcha.
1.3.3. Mùa vụ
Thông thường ở Nhật Bản, ch được thu hoạch từ tháng 3 đến tháng 11, nhưng chỉ thu hoạch 2 - 4 lần/năm, thời gian thu hoạch mỗi lần kéo dài khoảng 2 tuần. Đối với nguyên liệu ch để sản xuất matcha chỉ thu hoạch 1 lần trong năm vào mùa xuân từ giữa tháng tư đến giữa tháng 5, loại chè hái vào thời điểm này được gọi là Ichibancha (nghĩa là “Chè nhất”), loại chè hái vào cuối tháng 6 gọi là i ancha (nghĩa là “Ch nhì”), loại chè hái cuối mùa vào cuối tháng 7 gọi là San ancha (nghĩa là "Ch a”). Theo các nhà chuyên gia, thì ch khi thu hái vào đầu vụ thành phần chè có nhiều axit amin nên có vị thanh, khi về cuối vụ chè có nhiều tanin nên vị chè sẽ bị chát [60]. Thu hoạch lá chè có thể thực hiện bằng tay (hái hoặc tuốt) hoặc thu hoạch bằng máy [39].
Đối với vụ chè của miền Bắc Việt am thường chia ra làm 3 vụ, đó là đầu vụ, giữa vụ và cuối vụ:
- Đầu vụ (hay còn gọi là vụ chè xuân): được tính từ khi cây chè bắt đầu ra búp (cuối tháng 2, đầu tháng 3 dương lịch) đến khi hái hết lứa chè của đợt 1 (thường giữa tháng 4). Để tạo điều kiện cho cây ch sinh trưởng và phát triển được tốt, vào thời điểm cuối mùa thu, đầu mùa đông, cây ch sẽ được đốn. Khi tiết trời sang xuân ấm áp, cây chè bắt đầu đâm chồi nảy lộc. Tuy nhiên trong thời gian này do ánh sáng mặt trời yếu, đọt chè mới hình thành nên còn yếu ớt, do vậy các hợp chất hóa học có lợi được hình thành trong đọt chè thấp. Thường khi thu hái đọt chè xong ở thời điểm này (cấp cành 1), cây chè cần thời gian khoảng 1 tháng ngủ nghỉ để sau đó cây chè tiếp tục đâm chồi nảy lộc từ những nách lá chừa của cấp cành 1.
- Giữa vụ (hay còn gọi là vụ chè hạ, vụ ch chính): được tính từ tháng 5 đến tháng 9. Trong khoảng thời gian này, do tác động của nhiệt độ môi trường, độ ẩm tương đối của không khí, tác động của ánh sáng mặt trời thuận lợi cho cây ch sinh trưởng và phát triển, mặt khác lúc này cây chè nhiều cành lá nên đã đủ mạnh để phát triển đọt của mình. Bởi vậy, năng suất cây chè không những tăng, mà các hợp chất hóa học có lợi cho chè sản phẩm được hình thành trong đọt chè rất cao.
- Cuối vụ (hay còn gọi là vụ ch thu): được tính từ tháng 1 đến tháng 12. Trong khoảng thời gian này, nhiệt độ môi trường cũng như độ ẩm tương đối của không khí thường xuống thấp hơn vụ h , tác động của ánh sáng mặt yếu hơn. Theo qui luật phát triển của cây chè,
34
năng suất giảm dần, đọt chè cứng, các hợp chất hóa học có lợi được hình thành trong đọt ch cũng giảm [4].
Chính vì các yếu tố về thời vụ như đã nói ở trên, nên chất lượng nguyên liệu thường ở thay đổi theo mùa vụ. Do đó, nguyên liệu sản xuất bột chè xanh dạng matcha thì mùa vụ là yếu tố cần được nghiên cứu.
1.3.4. Giống chè
Hiện nay ở Nhật Bản có tới hơn 8 giống ch được canh tác và sản xuất các loại ch như Sencha, Tamaryokucha, Bancha… Tuy nhiên chỉ có 5 giống chủ yếu được sử dụng để sản xuất atcha đó là Yutakamidori, Sayamakaori, Ya ukita, Kanayamidori, Okumidori. Trong đó giống Yabukita chiếm 86% trong 5 giống và chiếm tới trên 50% diện tích trồng chè tại Nhật Bản; tiếp theo là Yutakamidori, Kanayamidori, Sayamakaori và Okumidori ở mức độ ít hơn [32]. Sở dĩ những giống ch trên được người Nhật lựa chọn sử dụng để sản xuất matcha là vì những giống ch này có hàm lượng tanin thấp, hương thơm tự nhiên của nguyên liệu cao, khi chế biến chè xanh cho chất lượng rất tốt về hương và vị. hư vậy có thể khẳng định được rằng những giống chè nào khi chế biến chè xanh cho chất lượng tốt thì người Nhật sử dụng giống ch đó để sản xuất matcha.
Vào năm 2 5 với dự án trồng 13 giống chè Nhật có chất lượng cao như Saemidori, Me- iryoku, Fushun, Yabukita… trên diện tích 130 ha tại các tỉnh Thái guyên, Sơn La, Lai Châu đã thất bại bởi các giống chè của Nhật không phù hợp với điều kiện khí hậu của Việt Nam. Chè của Nhật chỉ phù hợp với nhiệt độ trung bình 15oC, lượng mưa ình quân 1.5 - 2.000 mm vì vậy cây chè không phát triển được, nhiễm sâu bệnh, táp nắng. Đáng nói là hai giống chè tốt nhất của Nhật lại chỉ có tỷ lệ sống thấp nhất khi trồng ở Việt Nam đó là giống chè Yabukita tỷ lệ sống 45%; giống chè Yakata Midori 62%.
Ở Việt Nam một số giống chè có nguồn gốc từ Trung Quốc, Đài Loan có hương thơm khá như Phúc Vân Tiên, Keo Am Tích, Kim Tuyên, gọc Thúy, ùng Đỉnh Bạch…đã tạo ra bộ giống ch để sản xuất chè xanh và chè Ô Long có chất lượng cao. Thành phần hóa học của chè phụ thuộc vào các yếu tố như giống chè, mùa vụ, độ già của lá, khí hậu và điều