Hiện nay, ngoài trà tươi ra, trên thị trường còn có rất nhiều loại trà như trà đen, trà xanh, trà vàng…Nhưng mục đích của quá trình trích ly ở đây là thu được nhiều polyphenol catechin từ trà.
Đối với búp trà tươi, mặc dù có chứa hàm lượng catechin khá cao nhưng vì còn chứa các enzyme polyphenoloxydaza, peroxidaza và chính các enzyme này thúc đẩy quá trình oxy hoá các hợp chất catechin trong quá trình trích ly và trong giai đoạn bảo quản sản phẩm. Hơn nữa, búp trà tươi chỉ có thể sử dụng trong thời gian ngắn vì dễ bị hư hỏng.
Đối với trà đen, vì có giai đoạn lên men nên các thành phần polyphenol đã bị oxy hoá thành các chất màu nên hàm lượng catechin còn lại rất thấp.
Đối với trà xanh, do có giai đoạn diệt men để đình chỉ mọi hoạt động của enzyme ngay từ đầu. Vì vậy, hàm lượng catechin và nhiều hợp chất khác đều cao hơn trà đen. Và vì không còn các enzyme nên các hợp chất catechin sẽ ít bị oxy hoá hơn trong quá trình trích ly và bảo quản dịch trích. Do đó, trà xanh thành phẩm là nguyên liệu được lựa chọn cho quá trình trích ly.
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY TRAØ 1.4.1. Khái niệm chung
Trích ly chất rắn là quá trình thu hồi một hay một vài cấu tử từ vật liệu rắn bằng cách hoà tan chúng một cách có chọn lọc vào chất lỏng gọi là tác nhân ( hay dung môi ) chiết
Các cấu tử cần thu hồi được chứa trong các lỗ xốp của vật rắn dưới dạng chất hoà tan. Khi trích ly các chất hoà tan, nó được giữ trong các cấu trúc xốp của vật rắn và khuếch tán vào pha lỏng . Nồng độ các cấu tử này trong các lỗ xốp giảm liên tục, trong dung môi sẽ tăng lên. Cơ chế quá trình trích ly chất rắn là phức tạp, nó gồm 3 giai đoạn chính:
1-Dung môi xâm nhập vào các lỗ xốp của vật rắn ; 2-Hoà tan các cấu tử cần trích ly vào dung môi ; 3-Khuếch tán các chất hoà tan vào pha lỏng ;
Tốc độ chung của quá trình được quyết định bởi giai đoạn chậm nhất, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó khuếch tán phân tử của chất bị trích ly trong chất lỏng đứng yên chứatrong các lỗ xốp đến bề mặt vật rắn là chậm hơn quá trình hoà tan. Khi hoà tan các chất tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng đứng yên có trở lực khuếch tán không lớn.
1.4.2. Các phương pháp trích ly trà 1.4.2.1.Trong phòng thí nghiệm 1.4.2.1.Trong phòng thí nghiệm
a. Trích ly bằng cách đun hoàn lưu
Trà và dung môi được chứa trong bình cầu có gắn ống sinh hàn. Đun hoàn lưu trên bếp cách thuỷ ở nhiệt độ thích hợp. Sau một thời gian dịch chiết được lấy ra và lọc.
Dung môi sử dụng thường là hỗn hợp ethanol – nước để trích các hợp chất tan trong nước . Thông thường ít sử dụng dung môi nước vì khó khăn trong giai đoạn cô đặc về sau.
Nhược điểm :Một số chất có thể bị phân huỷ vì quá nhiệt, tiêu tốn một lượng nước ngưng tụ khá lớn.
b. Trích ly trà với sự hỗ trợ của vi sóng
* Khái niệm vi sóng
Nhiều dạng năng lượng phát xạ như: tần số radio, bước xạ nhiệt, ánh sáng mặt trời, tia X, tia γ có những tính chất tương tự và được gọi là dao động điện từ. Mỗi dao động điện từ được đặc trưng bởi tần số dao động N và độ dài sóng λ . Để biểu thị nhiều dao động điện từ khác nhau người ta dùng những đơn vị khác nhau tuỳ theo vùng liên quan.
Vi sóng là sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng. Sóng điện từ này được đặc trưng bởi.
+ Tần số f có đơn vị là Hz, là chu kỳ của trường điện từ trong một giây, nằm giữa 300 MHz và 30GHz
+ Vận tốc c= 3,108 m/ s
+ Độ dài sóng λ ( m) là đoạn dường đi của sóng trong một chu kỳ , liên hệ với tần số qua công thức
Trên thế giới, vi sóng được quy ước sử dụng ở các tần số 433,92; 896; 915; 2375; 2450; 5800; 24125 MHz, máy vi sóng đầu tiên được thiết kế bởi Radall và BOOTh tại đại học Birmingham và được áp dụng rất phổ biến trong kỹ thuật radar. Sau đó, vào những năm 50 các lò vi sóng gia dụng được thương mại hoá ở Mỹ. Tần số 2450 MHz thường được sử dụng để chế tạo các lò vi sóng gia dụng và sử dụng trong ngành nông sản thực phẩm. Cho đến nay, lò vi sóng đã được sử dụng trên nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống.
* Tính chất của vi sóng:
Vi sóng có đặc tính là có thể đi xuyên qua được không khí, gốm sứ, thuỷ tinh, polymer và phản xạ trên bề mặt kim loại. Độ xuyên thấu tỷ lệ nghịch với tần số, khi tần số tăng thì độ xuyên thấu của vi sóng giảm . Đối với vật chất có độ ẩm 50% với tần số 2450 Mhz có độ xuyên thấu 10 cm.
Năng lượng vi sóng rất yếu , không quá 10-6 eV, trong khi năng lượng của một liên kết cộng hoá trị là 5 eV nên bức xạ vi sóng không gây ra sự ion hoá và không
phá huỷ các liên kết hoá học . Một số công trình nghiên cứu đã khẳng định được tính vô hại của vi sóng đối với sinh vật, nó chỉ có tác dụng làm tăng nhiệt độ . Chẳng hạn khi nghiên cứu sự phát triển của enzyme, người ta nhận thấy rằng ảnh hưởng của vi sóng rất giống cách gia nhiệt thông thường.
*Cơ chế đun nóng của vi sóng:
Một số phần tử, ví dụ nước, phân chia điện tích trong phân tử một cách bất đối xứng. Như vậy, các phân tử này là những lưỡng cực có tính định hướng trong chiều của điện trường. Dưới tác động của điện trường một chiều, các phân tử lưỡng cực có khuynh hướng sắp xếp theo chiều của điện trường này. Nếu điện trường là một điện trường xoay chiều, sự định hướng của các lưỡng cực này sẽ thay đổi theo chiều xoay đó. Cơ sở của hiện tượng phát nhiệt do vi sóng là sự tương tác giữa điện trường và các phần tử phân cực bên trong vật chất. Trong điện trường xoay chiều có tần số rất cao 2450 MHz, điện trường này sẽ gây ra một sự xáo trộn rất lớn giữa các phân tử , đó chính là nguồn gốc sự nóng của vật chất.
Các hợp chất càng phân cực càng mau nóng dưới tác dụng chiếu vi sóng. Hằng số điện môi càng lớn thì khả năng bị đun nóng càng nhanh.
* Trích ly với sự hỗ trợ của vi sóng
Trích ly với sự hỗ trợ của vi sóng (Microwave-assisted extraction (MAE))được đăng ký bản quyền đầu tiên ở Mỹ. Microwave-assisted extraction được biết đến như là một kỹ thuật “sạch”. Nó mang lại nhiều ích lợi như : đơn giản, phạm vi ứng nhiều, hiệu quả trích ly cao, giảm thời gian và dung môi sử dụng và cũng rất tốt cho môi trường. Trong những năm gần đây, phương pháp này đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong trích ly các chất ô nhiễm có nguồn gốc hữu cơ, trong công nghiệp thực phẩm và sinh học cũng như trong trích ly các hợp chất tự nhiên và những cấu tử dược liệu có trong thuốc Trung Quốc gia truyền.
Hệ thống vi sóng có khả năng điều chỉnh rất thích hợp cho các nghiên cứu về MAE. Với hệ thống này, chúng ta có thể đưa ra hàng loạt các quá trình có sử dụng MAE, ví dụ như trích ly glycyrrhizic acid từ cam thảo; Polyphenols, caffeine của trà, tanshinone từ Salvia miltiorrhizza bunge. Ngoài ra, MAE thích hợp cho việc khử nước và rửa dung môi cho quá trình tinh sạch pencillin G sulfoxide
• Giảm giá thành
• Tăng chất lượng dịch trích từ các nguồn cơ chất khác nhau. Ngoài ra, MAE còn có các ứng dụng điển hình:
• Chất chống oxy hóa từ thảo dược khô.
• Carotenoid từ nguồn động vật đơn bào và thực vật.
• Các acid béo không thay thế từ vi tảo và hạt dầu.
• Polysterol từ cây thuốc.
• Polyphenol từ trà xanh.
• Các cấu tử hương từ vanilla và tiêu đen. Ưu điểm:
• Tăng độ tinh khiết của dịch chiết, tăng độ ổn định của các chất chỉ thị, giảm dung môi độc.
• Giảm giá thành sản phẩm, tốc độ trích ly rất nhanh, giảm năng lượng và lượng dung môi sử dụng.
Khi sử dụng MAE, vi sóng thúc đẩy quá trình trích ly (không sử dụng quá trình khuếch tán đơn thuần, như kỹ thuật trích ly truyền thống). Từ đó dẫn đến làm tăng tốc độ trích ly và tính linh động của dung môi .
Điều khiển quá trình qua các thông số kỹ thuật như: công suất lò vi sóng và mật độ năng lượng nhằm thu được những thuộc tính mong muốn của sản phẩm.
Ngoài ra, ta có thể điều khiển những thông số sau:
o Nồng độ ethanol = 0-100% v/v
o Thời gian MAE = 0,5-8 phút.
o Tỷ lệ nước: chất rắn = 10:1 đến 25:1 ml/g.
o Thời gian chuẩn bị trước trích ly = 0-90 phút.
o Đa dạng về dung môi
Quá trình trích ly polyphenol và trà (tương ứng với tỷ lệ 30 và 4%) với MAE trong 4 phút lớn hơn so với quá trình trích ly ở nhiệt độ phòng trong 20 giờ ; trích ly
siêu âm trong 90 phút; trích ly có hòan lưu nhiệt trong 45 phút. Các phương pháp sau có tỷ lệ polyphenol : trà trích ly được là 28:3,6%. Do đó MAE có hiệu quả hơn các phương pháp trích ly khác về hiệu suất và thành phần phần trăm của polyphenol trà trong dịch chiết.
MAE có tác động mạnh lên thành những tế bào sinh học vốn gây khó khăn cho quá trình truyền khối trong quá trình trích ly. Yeum và Chun (1996) đã minh chứng cho tác động này. Họ nhận thấy hiệu suất của quá trình trích ly cà phê, trà xanh, tiêu đỏ tăng lên đáng kể khi họ kết hợp với lò vi sóng bình thường ở gia đình. So với hệ thống trích ly bằng nước nóng truyền thống, hiệu suất trích ly tăng lên đến 30 – 40%.
Tuy nhiên phần lớn những nghiên cứu về MAE chỉ mới được tiến hành trong các lò vi sóng thông thường với buồng trích ly hình chữ nhật, các vấn đề như nhiệt độ cục bộ và sự quá nhiệt vẫn chưa được giải quyết. Jun và Chun (1998) đã thiết kế một buồng trích hình trụ, có khả năng tạo nên một sự tập trung công suất ở trục trung tâm (a focusing power mode at the central axis). Họ còn thiết kế một cột trích ly hình chữ U bằng cách kết hợp hai cột trích ly hình trụ, một để gia nhiệt dung môi và một để trích ly. Cột gia nhiệt dung môi được đặt ở trung tâm của buồng trích ly để hấp thu tối đa năng lượng của vi sóng, cột trích ly được đặt ở vùng năng lượng vi sóng thấp hơn.
Để thiết kế một hệ thống MAE tự động, người ta kết hợp cột trích ly MAE truyền thống với các bộ phận:
+ Bộ PLC để có thể kiểm soát tự động các thông số của quá trình trích ly MAE gồm nhiệt độ, tốc độ dòng dung môi, và hiệu suất của magnetron (ống chân không 2 cực trong đó dòng điện tử từ cathode trung tâm sang anode hình trụ được điều khiển bằng trường điện từ).
+ Máy quang phổ so màu
Ưu điểm: Hiệu suất cao, ít tốn dung môi, nhanh, ứng dụng cho nhiều nguồn nguyên liệu
Nhược điểm : Chưa triển khai ở quy mô công nghiệp, chỉ mới dừng ở quy mô phòng thí nghiệm hoặc quy mô sản xuất thử
[Department of Natural and Environmental Sciences, Coventry University, Coventry CV1 5FB, UK
Department of Chemistry, Yunnan University, Kunming, China. ]
Tiến hành nghiên cứu quá trình trích ly trà kết hợp sử dụng sóng siêu âm trên các yếu tố nhiệt độ, thời gian và cường độ xử lý. Sóng siêu âm giúp tăng hiệu quả của quá trình trích ly ở 60oC lên được khoảng 20%, gần bằng hiệu suất đạt được khi trích ly bằng nhiệt ở 100oC. Tuy nhiên sản phẩm vẫn chưa được đánh giá về mùi vị.
Ngoài ra, hiện nay các phương pháp trích ly khác như sử dụng dung môi siêu tới hạn, sử dụng sự chênh lệch áp suất, điện trường ôn hoà cũng đang được triển khai nghiên cứu.
1.4.2.2. Trong công nghiệp
Hiện nay trong công nghiệp, người ta sử dụng các thiết bị trích ly có cánh khuấy . Trà và dung môi ( thường sử dụng nước) sẽ được cho vào thiết bị trích ly, gia nhiệt và cho cánh khuấy hoạt động. Sau một khoảng thời gian, người ta sẽ lấy dịch trích và bã trà ra sau đó tiếp tục xử lý dịch trích.
CHƯƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.1.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Kỹ thuật trích ly Polyphenol từ trà xanh đã được triển khai rộng rãi cả trong phòng thí nghiệm lẫn trong công nghiệp. Ngày nay, với sự hỗ trợ của vi sóng thì việc trích ly Polyphenol trong trà xanh càng có nhiều thuận lợi cũng như kết quả khả quan hơn nữa. Đây là một trong những ứng dụng rất quan trọng của vi sóng trong việc chiết tách các hợp chất thiên nhiên.
Nội dung nghiên cứu gồm các phần sau:
1. Khảo sát tính chất nguyên liệu : độ ẩm, hàm lượng chất tan trong dịch trích. 2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly với sự hỗ trợ của vi sóng : thời gian trích ly, công suất lò vi sóng, tỷ lệ nguyên liệu :dung môi, độ cồn của dung môi, thời gian ngâm, ảnh hưởng của chất chống oxy hoá khi bổ sung vào hỗn hợp trích ly.
3. So sánh các phương pháp trích ly khác nhau.
4. Nghiên cứu độ ổn định của sản phẩm (dịch trích) theo thời gian khi có và không có chất chống oxy hoá.
( m = 15; 10; 7,5; 6; 5g)
Thời gian ngâm 150 ml dung môi
(0,30,60,90,120 phút) (Nước cất, Cồn 40o, 50o,60o,70o,80o) Acid citric (0, 1‰, 2‰
, 3‰, 4‰, 5‰, 6‰ Công suất lò 450W, 650W, 800W Khối lượng hh trích ly)
Bã lọc
Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát quá trình trích ly trà xanh Nguyên liệu sử dụng ở đây là trà xanh Tâm Châu Lâm Đồng.
Nguyên liệu sau khi cân xong sẽ được đưa đi trích ly trong lò vi sóng. Tuy nhiên do không khống chế được nhiệt độ nên cứ sau 1 phút chiếu vi sóng thì phải ngừng 2 phút để hạ nhiệt độ của dịch trích.
Sau khi trích xong, lọc dịch trích và định mức. Sau đó pha loãng dịch trích và đem đi tạo phức với các thuốc thử khác nhau để đo độ hấp thu ở bước sóng thích hợp và xác định hàm lượng của Polyphenol tổng và Flavonoid tổng.
Nguyên liệu trà xanh
Cân Ngâm Trích ly Lọc chân không Định mức 200 ml So màu
2.1.2. Sơ đồ nghiên cứu độ ổn định
( Ở điều kiện trích ly đã xác định)
Hàng ngày ( Đo L*a*b)
Hình 2.2 . Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu độ ổn định của sản phẩm
Dịch trích trà sau khi trích xong bị đục do các thành phần lơ lửng, do đó sẽ được để trong tủ lạnh 1 ngày ở 0oC để các thành phần không tan lắng xuống hết, sau đó đem đi lọc và pha loãng. Dung dịch sau khi pha loãng sẽ được cho vào các chất chống oxy hoá là acid citric, vitamin C với hàm lượng 1‰ khối lượng và để trong tủ ở 50oC. Từng ngày, dung dịch sẽ được lấy ra và đo màu bằng máy Minolta
Dịch trích trà
Để ở 0oC, trong 24 h
Lọc sạch
Pha loãng 4 lần Antioxidant (acidcitric, vitamin C) m = 1‰ khối lượng
dung dịch) Để trong tủ ở 50oC
Đo màu (Minolta)
Lựa chọn chất chống oxy hoá thích hợp
CR300. Ở đây cần đo các chỉ số L*a*b. Quá trình oxy hoá các thành phần trong dịch trích sẽ làm biến đổi màu dung dịch.
2.2. PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ2.2.1. Xác định độ ẩm 2.2.1. Xác định độ ẩm
Để xác định độ ẩm của trà dùng phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi. Nhiệt độ sấy nằm trong khoảng 100 – 105oC
Cách tiến hành:
+Lấy 1 đĩa thuỷ tinh đem sấy khô đến khối lượng không đổi, cân được khối lượng W
+Lấy khoảng 10 g trà xanh cho vào đĩa thuỷ tinh đã sấy khô, cân được