CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu sơ lược về trà Trà (chè) là một thức uống được chế biến từ búp và lá của cây trà, có tên khoa học là Camellia sinensis (hình 1. Đây là một thức uống không cồn phổ biến thứ hai trên toàn thế giới, được tiêu thụ bởi hai phần ba dân số trên thế giới [28], có sản lượng tiêu thụ thuộc vào hàng đứng đầu [19].1 Cây trà Camellia sinensis Cây trà là loại cây thân bụi hoặc cây gỗ, có phân loại khoa học như sau: Bảng 1.1 Phân loại khoa học của cây trà.
Phân loại khoa học Ngành Thực vật Lớp Dicotylednae Bộ Theales Họ Theaceae Chi Camellia Loài C. Nguồn gốc cây trà Thần thoại Trung Quốc cho rằng Hoàng đế Shen Nung đã phát hiện ra Trà (2737 trước công nguyên). Lần đầu tiên trà được đề cập trong Erh-Ya, một từ điển Trung Quốc khoảng năm 400 trước công nguyên. Sau công nguyên, trà được xem như một loại thuốc (từ triều đại nhà Đường), nhưng sau đó trà trở nên phổ biến như một thức uống.
Năm 1753, Carl Von Linnaeus, nhà thực vật học Thụy Điển nổi tiếng, lần đầu tiên trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu trên một số loại trà cổ ở Trung Quốc và định 2 tên khoa học cây trà là Thea Sinensis rồi phân thành 2 loại: Thea bohea (trà đen) và Thea viridis (trà xanh). Năm 1823, Robert Bruce, một học giả người Anh, lần đầu tiên phát hiện một số cây trà hoang dã trong dãy núi Sadiya ở vùng Atxam (Ấn Độ) cao tới 17 đến 20 m, thuộc loài thân gỗ lớn, khác hẳn cây trà thân bụi của Linnaeus thu thập ở vùng Trung Quốc nói trên. Năm 1918, Cohen Stuart (Java), một nhà phân loại thực vật Hà Lan đã đi thu thập mẫu tiêu bản trà tại Vân Nam, Bắc Việt Nam và Bắc Myanma. Kết quả đã tìm thấy những cây trà thân gỗ lớn ở khu vực miền núi phía Nam và phía Tây Vân Nam.
Tuy có những quan điểm khác nhau về nguồn gốc cây trà, nhưng vùng phân bố trà nguyên sản và vùng trà dại đều nằm ở khu vực núi cao, có điều kiện sinh thái lý tưởng, phù hợp với vùng Vân Nam (Trung Quốc) hay vùng Atxam (Ấn Độ) đều có độ cao trên 1500m so với mặt nước biển. Còn tại Việt Nam thành phẩm đã tìm thấy trà dại tại Suối Giàng (Yên Bái), Thông Nguyên, Cao Bồ (Hà Giang), Tam Đảo (Vĩnh Phúc). Từ những nghiên cứu trên có thể đi đến kết luận là cây trà có nguồn gốc từ Châu Á. Các hợp chất quan trọng trong lá trà Một số thành phần hoá học trong búp trà tham gia trực tiếp vào sự hình thành chất lượng trà sản phẩm (như pectin, cafein.) và thông qua sự biến đổi hoá học (như sự biến đổi của tannin, protein,.) để tạo nên các hợp chất tạo ra hương vị đặc trưng cho trà sản phẩm.
Quá trình chế biến trà là điều khiển, kiểm soát các quá trình biến đổi này. Dưới đây là một số hợp chất quan trọng và cơ sở sinh hóa của quá trình ủ trà bởi hệ enzyme nội tại. Các hợp chất phenol Là thành phần hóa học có ý nghĩa lớn nhất, có giá trị sinh học cao, chiếm 30- 40% hàm lượng chất khô trong lá trà tươi. Các hợp chất phenol bao gồm những đặc tính tốt nổi bật của trà và được nghiên cứu kỹ hơn bất kì loại hợp chất nào khác trong trà.
Các hợp chất phenol chịu trách nhiệm về màu sắc, mùi và vị đặc trưng của trà [19]. Hợp chất phenol trà là một nhóm các hợp chất hóa học trong cấu trúc hóa học có chứa nhiều hơn một nhóm phenolic; có nhiều phụ nhóm của polyphenol được biết như: polyphenol đơn giản, flavanol, tannin và các hợp chất phenol khác. Tannin Tannin trà là thành phần quyết định đến màu sắc, hương vị của các loại trà sản phẩm do chính chúng tạo ra và do những biến đổi hoá học của chúng đem lại. Tannin trà là một hỗn hợp phức tạp của các hợp chất phenol thực vật bao gồm các chất polyhydroxyphenol đơn giản (chủ yếu là catechin) và các chất polyphenol đa phân tử (hay còn gọi là tannin đặc biệt).
Nhóm chất catechin là hợp chất không màu, trong khi nhóm tannin đặc biệt tạo màu và vị chát dịu cho trà, bên cạnh chúng còn kèm theo các hợp chất phenol phi tannin có màu và vị rất đắng. Catechin Nhóm chất catechin (tiền chất của tannin): là hợp chất không màu, tan trong nước tạo thành một hợp chất có vị đắng chát và cảm giác se lại nơi khướu giác sau khi uống, có cấu tạo chung là các đơn phân tử (thuộc nhóm chất polyhydroxylphenol - monomer), chiếm khoảng trên 80% tổng lượng tannin trà, có vị chát đắng mạnh hơn so với tannin đặc biệt. Nhóm này gồm 7 catechin khác nhau đó là Epicatechin (EC), Epigalocatechin (EGC), Galocatechin (GC), Epicatechingalat (ECG), Epigalocatechingalat (EGCG), Galocatechingalat (GCG) và Catechin. EGCG có vị đắng đặc trưng còn EC, EGC và GC có vị chát dịu.
Nhóm chất phi tannin có vị đắng ở dạng glucozit và có màu thuộc họ flavonol [21]. Trong công nghệ chế biến trà, các chế độ công nghệ phải tạo ra sự chuyển hoá các chất trong nhóm catechin, nhất là 2 chất EGC và EGCG để tạo màu và chuyển hoá vị trà tức là chuyển chúng sang nhóm tannin đặc biệt (polyphenol) [2]. Con đường chuyển hóa các hợp chất chính trong quy trình ủ trà được thể hiện ở hình 1.2 Sơ đồ chuyển hóa các hợp chất chính trong quy trình ủ trà 4 1. Theaflavin (TF) và Thearubigin (TR) Theaflavin và Thearubigin là hai chất màu vàng và nâu đỏ, là sản phẩm oxy hoá của các polyphenol-catechin L-epigallocatechin (L-EGC) và L-epigallocatechingallate (L- EGCG) bởi enzyme trong quá trình ủ trà Phổ Nhĩ.
Theaflavin và Thearubigin là một trong những chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm trà Phổ Nhĩ [30]. Theo Roberts, màu sắc của nước trà do Thearubigin quyết định còn vị đậm của nước trà do tỷ lệ giữa Theaflavin và Thearubigin quyết định [19]. Thearubigin chiếm tỷ lệ 5- 8% trong trà khô và cho màu ánh đỏ nâu còn Theaflavin tuy chỉ có 0,2-2% hàm lượng chất khô nhưng lại quyết định đến màu sắc của nước trà. Nhiều nghiên cứu cho thấy Theaflavin không phải là một chất mà là hỗn hợp của hai chất Theaflavin và Theaflavingallat.
Một điều chú ý là Theaflavingallat này rất không ổn định, chỉ cần oxy hoá một chất là chuyển thành Thearubigin. Loại trà cấp thấp không cần phải hãm lâu nhưng nước đã nâu sẫm và đục là do có sự oxy hoá nhanh chóng của hợp chất này. Các nhà nghiên cứu đã khai thác ngay hiện tượng này và dựa vào đó để đánh giá và tiêu chuẩn hoá chất lượng trà [6]. Cơ sở khoa học tạo Theaflavin và Thearubigin: Dưới tác dụng của enzyme polyphenol oxidase thì L-EGC và L-EGCG bị oxy hoá tạo thành octoquynol, sau đó các octoquynol thông qua quá trình dimer hoá tạo thành những bis- flavanol.
Ví dụ như nếu xuất phát từ catechin thì dimer tạo được sẽ có vị chát nhẹ và có màu đỏ (hình 1. Khi phân tử diphenol quynol tác dụng với một polyphenol thì tạo thành bis- flavanol không màu (hình 1.3 Quá trình tạo thành các octoquynol 5 Hình 1.4 Quá trình tạo thành các bis-flavanol Các diphenol có thể tương tác với nhau qua phản ứng oxy hoá-khử, sắp sếp lại phân tử để tạo thành Theaflavin có màu vàng, để phản ứng xảy ra thì gốc Y ở C3 phải là gốc gallo (hình 1.5 Quá trình tạo thành Theaflavin Phần trong vòng chấm gọi là gốc tạo màu benzo-tropolon. Theo Roberts, nếu oxy hoá đồng thời L-EGC và L-EGCG đều dẫn tới tạo thành Theaflavin. Còn chỉ oxy hoá L-EGCG thì chỉ tạo nên Theaflavingallat.
Thành phẩm theo nghiên cứu của tác giả này, Thearubigin là sản phẩm chuyển hoá oxy hoá của Theaflavin và bis-flavanin [19]. Thearubigin là hợp chất có tính acid do có nhóm cacboxyl được tạo nên khi mở vòng Pirogallo trong gốc benzo- tropolon của Theaflavin. Sự oxy hoá Theaflavin thành Thearubigin xảy ra như sau: Hình 1.6 Quá trình oxy hoá Theaflavin thành Thearubigin 6 Thearubigin ở trạng thái tự do có màu hồng nhạt, khi đính với Natri có màu nâu gạch, với Kali và Canxi có màu đỏ tươi. Cuối cùng một số Thearubigin bị protein trong lá làm kết tủa thành những tinh thể không hoà tan và bị mất đi cùng với bã trà [19, 10, 27].
Hợp chất alkaloid Alkaloid là những chất không màu, một số ít có màu vàng, chúng có tính kích thích đầu lưỡi, có vị đắng. Thành phần chủ yếu là caffein. Caffein là chất alkaloid chủ yếu và quan trọng nhất trong lá trà, có vị đắng, không mùi. Caffein tác dụng với tannin trà sẽ tạo thành váng khi để nguội nước trà, gọi là hợp chất tannat caffein.
Theo quan điểm của một số tác giả thì caffein có khả năng giữ lại sự đông tụ của protein. Chất lượng trà phụ thuộc nhiều vào lượng caffein, caffein càng nhiều thì chất lượng càng giảm, nhưng không thể thiếu caffein trong thành phần của trà [3]. Enzyme Trong lá trà có hai nhóm enzyme chính là nhóm enzyme oxy hóa khử như polyphenol oxidase, peroxidase và nhóm enzyme thủy phân như cellulase, amylase, peptidase, invertase, protease,… Nhóm enzyme thủy phân: Enzyme cellulase là enzyme chính có mặt trên thành tế bào lá trà. Đóng vai trò phân cắt cellulose thành glucose tạo vị ngọt cho trà, đồng thời tạo điều kiện cho các enzyme oxy hóa tiếp xúc với cơ chất.
Enzyme pectinase thủy phân protopectin thành pectin hoà tan. Enzyme amylase thuỷ phân tinh bột thành đường, các đường khử này vừa có vai trò tạo vị, vừa tham gia vào các phản ứng tạo chất thơm, chất màu cho trà. Enzyme protease phân giải protein thành các acid amin, các acid amin này trực tiếp tham gia tạo vị cho trà và đặc biệt là tham gia vào các phản ứng tạo hương thơm như tạo các aldehyde thơm mùi hoa quả làm tăng mùi hấp dẫn của trà. Enzyme invertase thuỷ phân đường saccharose thành glucose và fructose.
Nhóm enzyme oxy hóa khử trong trà gồm có catalase, peroxidase (PO), polyphenol oxidase (PPO)… Trong đó, enzyme catalase tồn tại ở cả hai trạng thái là tự do và liên kết, nó xúc tác cho phản ứng phân giải các hydroperoxide tạo ra các nguyên tử oxy (O•) góp phần đẩy mạnh tác dụng của peroxidase và polyphenol oxidase. 7 Enzyme PO thành phẩm tồn tại ở cả hai trạng thái tự do và liên kết, nó xúc tác cho phản ứng phân giải các hợp chất polyphenol (nhưng chỉ sử dụng được O• giải phóng ra do sự phân giải H2O2 nhờ enzyme catalase mà không sử dụng trực tiếp được O2 trong không khí) tạo thành các sản phẩm ngưng tụ không tan, không có màu và vị. Enzyme PPO xúc tác cho phản ứng phân giải các hợp chất polyphenol tạo sản phẩm ngưng tụ có màu và vị đặc trưng, nó thành phẩm tồn tại ở cả hai trạng thái là tự do và liên kết.
