Trong khoảng hai thập niên gần đây, thế giới quan tâm đến gốc tự do, stress oxy hóa và các chất chống oxy hóa. Nhiều nghiên cứu khuyến khích việc sử dụng nhiều loại rau quả tươi hàng ngày, sử dụng các chất chống oxy hóa tự nhiên là cách đơn giản và hữu hiệu nhất để tăng cường sức khỏe, ngăn ngừa các bệnh do stress oxy hóa gây ra.
- Các hợp chất phenol có khả năng chống oxy hóa mạnh. Do đó giúp cơ thể ngăn ngừa stress oxy hóa, ngăn ngừa các bệnh ung thư, tim mạch, các bệnh về mắt, bệnh lão hóa sớm. Tannins có khả năng bình thường hóa hoạt động của hệ vi khuẩn có ích trong ruột, ngăn ngừa quá trình thối rữa, sinh hơi và các rối loạn khác làm cản trở hoạt động của ruột [1].
- Stress oxy hóa là hiện tượng xuất hiện trong cơ thể sinh vật khi có sự mất cân bằng giữa việc sản xuất các gốc tự do và hoạt động của các chất chống oxy hóa. Stress oxy hóa là rất quan trọng trong sự phát triển của các bệnh thoái hóa mãn tính bao gồm
cả bệnh tim mạch vành, ung thư và lão hóa [7]. Các gốc tự do hay được gọi là các chất hoạt động chứa oxy và nitơ (Reactive Oxygen Species – ROS và Reactive Nitrogen Species – RNS) được tạo ra trong quá trình trao đổi chất tùy thuộc vào nồng độ mà chúng có tác động tốt hoặc xấu đến cơ thể [7,51].
+ Ở nồng độ thấp các ROS, RNS là các tín hiệu làm nhiệm vụ điều hòa phân ly tế bào, kích hoạt các yếu tố phiên mã cho các gen tham gia quá trình miễn dịch kháng viêm, điều hòa biểu hiện các gen mã hóa cho các enzyme chống oxy hóa [7].
+ Ở nồng độ cao các ROS, RNS oxy hóa các đại phân tử sinh học gây nên đột biến DNA, biến tính protein, oxy hóa lipid [7]. Để chống lại sự bội tăng các gốc tự do sinh ra quá nhiều mà hệ thống “chất chống oxy hóa nội sinh” không đủ sức cân bằng để vô hiệu hóa. Các nhà khoa học đặt vấn đề dùng các “chất chống oxy hóa ngoại sinh” với mục đích phòng ngừa nâng cao sức khỏe, chống lão hóa. Các chất chống oxy hóa ngoại sinh đó được xác định là vitamin A, viatmin C, các carotenoid, các hợp chất phenolic. Trong trà xanh, những chất polyphenol có vai trò quan trọng trong việc phòng chống bệnh ung thư. Chất chống oxy hóa EGCG (epigallotechin gallate) có công dụng ngăn ngừa các enzyme kích hoạt sự sao chép nhân bản ở tế bào. Hợp chất flavonoid trong trà xanh, trà đen và một số loại rau, táo, hành, nho có khả năng ngăn ngừa cholesterol xấu, chống tụ máu, chống xơ cứng động mạch. Catechin hợp chất tạo ra vị đắng của trà xanh có công dụng hữu hiệu trong việc tiêu diệt hầu hết những loại vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm và giải trừ luôn những độc tố do vi khuẩn tiết ra cụ thể là độc tố veratoxin của Ecoli.157 đã được giáo sư T. Shimamura công tác tại trương đại học Y khoa Showa (Nhật Bản) công bố trong công trình diễn thuyết về “tác động diệt khuẩn Ecoli. 157” tại hội thảo chuyên đề diệt khuẩn của trà xanh (8/1996).
- Polyphenol có tác dụng chống ung thư thông qua một loạt các cơ chế, bao gồm loại bỏ các tác nhân gây ung thư [32], kìm hãm sự phát tín hiệu của tế bào ung thư [31,46] và chu trình phát triển tế bào [30,82], thúc đẩy quá trình apoptosis [48] và kìm hãm các hoạt động enzyme. Hơn nữa, chúng có thể điều khiển các hoạt động của con đường tín hiệu [63] (ví dụ, MAPK kinase và kinase PI3), tham gia vào sự phát triển tế bào ung thư [37]. Con đường tín hiệu MAPK từ lâu đã được xem như là một con đường hấp dẫn đối với các liệu pháp chống ung thư, dựa trên vai trò trung tâm trong việc điều chỉnh sự phát triển và tồn tại của các tế bào từ nhiều loại bệnh ung thư của con người [32,69], và vai trò của nó trong các phiên mã và kích hoạt sau phiên mã của
Cyclooxygenase-2 [32,76]. Polyphenol đã được chứng minh là gây một tác dụng ức chế mạnh sự tăng trưởng của tế bào ung thư tuyến ruột kết thông qua sự ức chế của tín hiệu p38/CREB, giảm biểu hiện COX-2 và kích thích sự phong bế chu kỳ tế bào giai đoạn G2/M [32]. Ngoài ra, polyphenol như hydroxytyrosol và trà chứa flavanol như EGCG đã được chứng minh là làm giảm biểu hiện quá mức của cyclooxygenase-2, có liên quan với khối u đại trực tràng trong ung thư đại trực tràng [32].
- Theo nhiều nghiên cứu cho rằng polyphenol phát huy tác dụng có lợi cho hệ thống mạch máu thông qua một cảm ứng bảo vệ của chất chống oxy hóa [72], do hạ huyết áp [41], bằng cách cải thiện chức năng nội mô [34], bằng cách ức chế sự kết tụ tiểu cầu và giảm mật độ sự oxy hóa lipoprotein và giảm những phản ứng viêm [67].
- Flavonoid có tác dụng bảo vệ não bằng một số cách khác nhau, bao gồm cả việc bảo vệ các tế bào thần kinh dễ bị tổn thương, tăng cường chức năng tế bào thần kinh hiện có hoặc bằng cách kích thích tái tạo tế bào thần kinh [81]. Hơn nữa, anthocyanins và isoflavone [70] có thể có khả năng làm giảm thoái hóa thần kinh liên quan đến tích lũy AGEs trong quá trình bình thường [52] và bất thường của lão hóa não [61].
- Flavonoid có tác dụng tích cực đối với việc phòng chống và điều trị nhiều loại ung thư khác nhau, cụ thể là: buồng trứng, ruột kết, phổi, thanh quản, tuyến tiền liệt, tuyến tụy, thực quản, vú, bệnh bạch cầu, ung thư tế bào thận và ung thư biểu mô tế bào gan [44,63].
- Một vài flavonoid có tác dụng ức chế trực tiếp virus HIV như Baicalin (5,6,7- trihydroxy-flavon-7-glucuronid) tách ra từ cây Scutelleria baicalensis [11].
- Flavonoid có thể ức chế ngưng tập tiểu cầu, nguyên nhân gây xơ vữa động mạch. Luteolin, quercetin, kaempferol và dẫn xuất của chúng có hoạt tính ức chế ngưng tập tiểu cầu do nhiều nguyên nhân khác nhau ở thỏ thí nghiệm [11].
- Phenolics được coi là chất chống oxy hóa mạnh mẽ trong ống nghiệm và được chứng minh là chất chống oxy hóa mạnh hơn vitamin C, vitamin E và carotenoids [65].
- Phenol tự nhiên như polyphenol trong trà xanh (EGCG, ECG), proanthocyanidins trong hạt nho, tannin thủy phân, genistein, curcumin, resveratrol, và anthocyanins, đã được chứng minh trong việc ngăn chặn sự di chuyển của tế bào ung thư ác tính, xâm lấn và di căn trong in vitro và in vivo [44].
- Tannin có khả năng bình thường hóa hoạt động của hệ vi khuẩn có ích trong ruột, ngăn ngừa quá trình thối rửa, sinh hơi và những rối loạn khác làm cản trở hoạt động của ruột [1].
- Catechin có khả năng làm tăng độ đàn hồi và giảm tính thấm của vi ti huyết quản, củng cố tính bền thành mạch máu [1].
- Catechin thường được dùng phối hợp với vitamin E trong dự phòng điều trị chảy máu cấp và còn có tác động đến các biểu hiện lâm sàng khác của bệnh nhân như giảm bớt sốt, giảm nhiễm độc, giảm rối loạn hoạt động của hệ tim mạch [1].
- Catechin làm tăng cường hoạt động của lách và gan [1]. 1.2.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất chế phẩm polyphenol 1.2.4.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Hợp chất polyphenol và tác dụng của polyphenol đã được nghiên cứu nhiều. Hung-Chi Chang và cộng sự (2007) “Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa và hàm lượng polyphenol trong 6 loại cây dương xỉ” [42], Anca-Roxana Hainal và cộng sự (2011) “Chuyển đổi một số polyphenol từ sinh khối của một số loài nấm men” [21], Jin Dai và cộng sự (2010) “Phenolics thực vật: tách chiết, phân tích hoạt tính chống oxy hóa và chống ung thư” [45], Aneta Wojdyło và cộng sự (2007) “Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa và các hợp chất phenolic trong 32 loại thảo mộc” [22], Fernando Cardona và cộng sự (2013) “Nghiên cứu Lợi ích của polyphenol trên hệ vi sinh vật đường ruột và ảnh hưởng sức khỏe con người” [37].
Polyphenol được chiết xuất thành các dạng khác nhau như: cao chiết, dung dịch… được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm đồ uống, làm chế phẩm bổ sung vào các loại thực phẩm chức năng. Polyphenol được sản xuất nhiều ở các nước Mỹ, Nhật và đặc biệt là ở Trung Quốc với quy cách và chỉ tiêu khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất.
Trên thị trường thế giới có nhiều loại chế phẩm polyphenol chiết xuất từ trà xanh và một số loại nguyên liệu khác với độ tinh khiết 60 – 98% tùy thuộc vào trình độ công nghệ và thiết bị áp dụng. Ở Mỹ các loại sản phẩm polyphenol phổ biến ở dạng con nhộng.
1.2.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Hợp chất polyphenol ở thực vật trên cạn như: trà xanh, lá tràm…cũng như thực vật biển (rong biển) đã được nghiên cứu nhiều ở Việt Nam. Năm 2011, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng đã “Nghiên cứu chiết tách và xác định thành phần hóa hóa học của hợp chất polyphenol nhóm Tannin từ vỏ keo lá tràm”. Viện công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm có nhiều nghiên cứu polyphenol từ lá chè như: Ts. Vũ Hồng Sơn và Hà Duyên Tư của Viện công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm thực hiện một số nghiên cứu về polyphenol như: “Khảo sát hàm lượng polyphenol trong một số giống chè vùng trung du và miền núi các tỉnh phía Bắc thu hái vào vụ đông” (2008), “Nghiên cứu quá trình trích ly polyphenol từ chè xanh vụn” (2009) [85].
Từ năm 2009 đến nay Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã nghiên cứu và công bố khoảng 30 bài về hàm lượng và hoạt tính sinh học của polyphenol có nguồn gốc từ rong biển Việt Nam. Năm 2012, ThS. Đặng Xuân Cường đã thực hiện đề tài độc lập cấp tỉnh Khánh Hòa “Xây dựng quy trình chiết xuất, sản xuất đồ uống giàu polyphenol, chlorophyll từ cây bắp”. Hiện nay, trên thị trường có một số sản phẩm chứa polyphenol như sau:
Hình 1.10. Một số sản phẩm chứa polyphenol trong nước [86]
1.3. GIỚI THIỆU VỀ NƯỚC GIẢI KHÁT VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC GIẢI KHÁT NƯỚC GIẢI KHÁT
1.3.1. Lịch sử phát triển của các loại nước giải khát [84]
Nước giải khát không gas (không CO2) đầu tiên xuất hiện vào thế kỷ 17 với thành phần gồm nước lọc, chanh và một chút mật ong. Năm 1676, Công ty Compagnie de Limonadiers tại Paris (Pháp) độc quyền bán các loại nước chanh giải khát. Hồi đó, người ta mang các thùng đựng nước chanh trên lưng và đi bán dọc đường phố Paris.
Năm 1767, tiến sĩ Joseph Priestley - một nhà hóa học người Anh - đã pha chế thành công loại nước giải khát có gas.
Ba năm sau, nhà hóa học Thụy Điển Torbern Bergman phát minh loại máy có thể chế tạo nước có gas từ đá vôi bằng cách sử dụng sulfuric acid. Máy của Bergman có thể sản xuất nước khoáng nhân tạo với số lượng lớn. Năm 1810, Simons và Rundell ở Charleston thuộc Nam Carolina (Mỹ) được cấp bằng sáng chế Mỹ về máy sản xuất nước khoáng nhân tạo hàng loạt.
Tuy nhiên, đến năm 1832 nước khoáng có gas mới trở nên phổ biến, nhờ sự ra đời hàng loạt của loại máy sản xuất nước có gas trên thị trường. Năm 1832, Mathews (người Anh) nhập cư vào Mỹ và bắt đầu cung cấp nước giải khát có gas cho các cơ sở giải khát ở khu vực New York, thời gian này thường phổ biến thức uống ướp lạnh không hương vị. Nhờ tay nghề cao của Mathews, ngành công nghiệp nước giải khát Mỹ phát triển nhanh chóng và John Mathews được mệnh danh là cha đẻ của ngành nước giải khát Mỹ.
Cho đến bây giờ có hàng ngàn thương hiệu nổi tiếng về nước giải khát với những sản phẩm từ các nguồn dược liệu khác nhau.
1.3.2. Phân loại nước giải khát trên thị trường
Thị trường có nhiều loại sản phẩm nước giải khát với đa dạng mẫu mã, đa tác dụng, giúp đáp ứng được nhu cầu và thị hiếu của người tiêu dùng. Các mặt hàng nước giải khát pha chế có gas, không gas, các loại nước ép trái cây, các loại nước có nguồn gốc tự nhiên, thảo mộc … hiện diện ở khắp mọi nơi.
Hiện nay với khuynh hướng sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc từ thiên nhiên, nguyên liệu xanh có lợi ích cho sức khỏe của người sử dụng đang được ưa chuộng. Nắm bắt được nhu cầu đó hàng loạt các công ty đã cho ra đời các sản phẩm như: trà xanh 0 độ, trà xanh C2, trà xanh belly…. Các sản phẩm có nguồn gốc trà xanh này được đặc biệt ưa chuộng vì thành phần của nó chủ yếu là dịch chiết từ lá trà xanh, các chất được biết đến với khả năng chống oxy hóa cao như ECCG, có khả năng phòng tránh được một số bệnh hiệu quả. Các sản phẩm nổi trội được biết đến nhiều như trà xanh 0 độ, trà thảo mộc Dr. Thanh.
Bên cạnh đó, các dòng sản phẩm có nguồn gốc 100% từ trái cây cũng xuất hiện khá nhiều trên thị trường. Các sản phẩm này rất đa dạng, nguồn nguyên liệu sử dụng là
các loại trái cây rất phong phú như ổi, cam, măng cụt, kiwi, táo, lê, bưởi, cà chua, cà rốt…. Thành phần chính của các sản phẩm này chủ yếu là dịch ép của quả, chất điều chỉnh độ acid, chất ổn định hương liệu tự nhiên, một số sản phẩm có thể còn bổ sung thêm vitamin C (vừa có tác dụng bảo quản, vừa nâng cao được giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm).
Theo nguồn nguyên liệu và phương pháp sản xuất người ta chia nước giải khát thành những loại khác nhau nhưng nói chung là chia thành 4 nhóm chính:
- Nước giải khát có gas: (CO2) loại nước này chỉ là nước uống thông thường được làm lạnh 12 - 150C rồi đem sục khí CO2 để hòa tan.
- Nước giải khát pha chế: là loại ngoài nước đã được bão hòa CO2, còn pha thêm các thành phần khác như nước quả, các loại chế phẩm chiết xuất từ quả, cây, acid thực phẩm, chất thơm, chất màu. Các chất này được pha theo một tỷ lệ nhất định. Hiện nay trên thị trường nhóm nước giải khát này thường là Pepsi, Cocacola, nước cam, nước tăng lực….
- Nước giải khát lên men: được chia thành 2 nhóm nhỏ, lên men từ quả và lên men từ dịch đường, tinh bột. Chúng khác nhau về thành phần và quá trình chuẩn bị dịch lên men, nhưng giống nhau ở chỗ khí CO2 chứa trong nước giải khát đều được taọ ra trong quá trình lên men dịch đường. Lên men dịch quả như rượu vang Thăng Long, vang Đà Lạt…, lên men từ tinh bột có bia và rượu như bia Sài Gòn, bia Hà Nội… rượu nếp mới, rượu lúa mới….
- Nước giải khát chữa bệnh: bao gồm các nước muối khoáng tự nhiên hay pha chế từ các chất hỗn hợp với tỷ lệ nhất định. Nước khoáng thiên nhiên do có chứa một số nguyên tố hiếm như I, Br, Co, Li, F…, các nguyên tố này có hoạt tính phóng xạ cao nên có tác dụng chữa một số bệnh. Một số sản phẩm đã gây dựng được uy tín trong lĩnh vực này, như nước suối Kênh Gà, Vĩnh hảo, Cồn Tiên…. Tuy nhiên để phát huy được tác dụng tốt này thì các nước suối kể trên phải được khai thác và chế biến theo phương pháp khoa học đảm bảo vệ sinh và vô trùng.
Ngoài nước, muối khoáng trong một số nước giải khát người ta còn bổ sung thêm các vitamin dành cho người già và trẻ em suy dinh dưỡng.
1.3.3. Một số quy trình sản xuất đồ uống hiện nay
Trên thị trường có đa dạng chủng loại và chất lượng các sản phẩm nước giải khát khác nhau. Tùy vào từng sản phẩm mục tiêu, loại nguyên liệu sản xuất, mà quy trình sản xuất cũng tương đối khác nhau.
Quy trình sản xuất nước giải khát pha chế có gas
Các sản phẩm nước giải khát pha chế có gas có thể được sản xuất theo ba quy trình khác nhau như sau.
Hình 1.11. Sơ đồ quy trình sản xuất nước giải khát pha chế có gas Thuyết minh quy trình:
- Syrup cơ bản là dung dịch có nồng độ chất khô cao chiếm từ 60 – 65%. Syrup có thể là syrup đường saccharose và cũng có thể là syrup đường nghịch chuyển.
- Đường saccharose được hòa tan ở nhiệt độ 50 – 600C, sau đó được đun sôi để