Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về cây chè, thành phần, hoạt tính sinh học và sản phẩm 1. Giới thiệu chung về cây chè Cây chè xanh nằm trong hệ thống phân loại thực vật như sau: Phân giới thực vật – Tracheobionta; Liên ngành hạt – Spermatophyta; Ngành – Magnoliophyta; Lớp song tử diệp – Dicotyledonae – Magnoliopsida; Bộ chè Theales – Dilleniide; Họ chè – Theaceae; Chi chè – Camellia L (Thea); Loài – Camellia sinensis (L. Ngày nay, cây chè được trồng ở nhiều nơi trên thế giới trong vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, trải dài từ 30 vĩ độ nam đến 45 vĩ độ bắc, tập trung chủ yếu ở các nước Châu Á chiếm 80 - 90% tổng diện tích chè thế giới.
Trong đó nổi tiếng là Ấn Độ, Trung Quốc, Kenya, Sri Lanka, Thổ Nhĩ Kỳ và Việt Nam (Nguồn: Tea, Wikipedia). Dựa theo đặc điểm thực vật học, đặc điểm sinh hoá, nguồn gốc phát sinh mà cây chè Camellia Sinensis (L.) Kuntze được chia thành thành 4 loại [7]: - Chè Trung Quốc lá to (Camellia sinensis var.Macrophylla): - Chè Trung Quốc lá nhỏ (Camellia sinensis var.Bohea) - Chè Shan (Camellia sinensis var.Shan) - Chè Ấn Độ (Camellia sinensis var. Assamica) Tại Việt Nam, chè được trồng nhiều ở vùng Tây Bắc, vùng Việt Bắc – Hoàng Liên Sơn, vùng Trung du – Bắc bộ, vùng Bắc Trung bộ và Tây Nguyên. Năm 2019, Việt Nam là nước có diện tích và sản lượng chè đứng thứ 5 và xuất khẩu chè lớn thứ 3 trên thế giới với 123.400 ha diện tích trồng và hơn 500 cơ sở sản xuất chế biến, công suất đạt trên 500.000 tấn chè khô mỗi năm, sản lượng 1025,2 ngàn tấn (Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2019).
Thành phần hóa học của chè tươi 1. Nước 7 Thành phần chủ yếu trong búp chè tươi là nước, cụ thể trong búp chè (1 tôm + 3 lá) hàm lượng nước thường có từ 75 - 82%. Hàm lượng nước trong búp chè thay đổi tùy theo giống, tuổi cây, thổ nhưỡng, kỹ thuật canh tác, thời gian hái và tiêu chuẩn hái, v. Nước trong nguyên liệu chè là môi trường xảy ra tương tác giữa các chất có trong nguyên liệu chè khi chế biến.
Nước tham gia trực tiếp vào nhiều phản ứng thủy phân, ô xy hóa khử. Hàm lượng nước có quan hệ mật thiết với quá trình chế biến chè. Trong chế biến chè cần khống chế sự bay hơi nước, đặc biệt trong sản xuất chè đen [7, 9, 89]. Hợp chất phenol và polyphenol Hợp chất phenol giữ vai trò chủ yếu trong quá trình tạo màu sắc, hương vị của chè đặc biệt là chè đen.
Tiêu biểu là tanin có đặc tính dễ bị ô xy hóa dưới tác dụng của enzym và khi được cung cấp ô xy đầy đủ. Vì vậy, chè nguyên liệu chứa càng nhiều tanin, đặc biệt là tanin hòa tan thì sản phẩm chè đen có chất lượng càng cao. Flavanoid là thành phần quan trọng của tanin, trong đó catechin và flavonol chiếm tỉ lệ lớn [7, 9, 89]. Nhóm 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 trong các loại cây khác, đó là các cấu tử chính chiếm đa số là các catechin (C, EC, EGCG, EGC, ECG,. Trong sản xuất chè đen, catechin có vị trí quan trọng trong việc tạo màu sắc, mùi, vị cho chè thành phẩm. Có 6 loại catechin chiếm khoảng 20 - 30% tổng lượng chất khô trong lá chè tươi. Về cấu trúc, catechin là là hợp chất flavanol, được đặc trưng bởi cấu trúc C6–C3–C6, tương ứng với sự thay thế 2-phenyl bằng benzopyran và pyron [7, 9, 89].
Hợp chất alcaloid và caffein Alcaloid là nhóm hợp chất vòng hữu cơ có chứa nitơ trong phân tử. Phần lớn các alcaloid là những chất không màu, có vị đắng và ít hòa tan trong nước. Trong lá chè tươi có tìm thấy các alcaloid chủ yếu là caffein, theobromin và 8 theophylin. Trong đó, caffein chiếm khoảng 2 - 5% lượng chất khô, theobromin và theophyllin với hàm lượng nhỏ hơn rất nhiều, chỉ khoảng 0,33% khối lượng chất khô.
Tuy vậy, vai trò dược lý của theobromin và theophyllin của cây chè quan trọng hơn so với caffein [7, 27]. Caffein có khả năng liên kết với tanin và các sản phẩm ô xy hóa của tanin để tạo nên các muối tanat caffein. Các muối này tan trong nước nóng, không tan trong nước lạnh và tạo nên hương thơm và sắc nước chè xanh, giảm vị đắng và nâng cao chất lượng thành phẩm [7, 27]. Protein và amino acid Protein trong búp chè phân bố không đồng đều, chiếm khoảng 15% tổng lượng chất khô của lá chè tươi.
Protein có thể kết hợp với trực tiếp với tanin, polyphenol tạo ra những hợp chất không tan làm đục nước chè đen. Nhưng trong chế biến chè xanh, protein kết hợp với một phần tanin làm cho vị đắng và chát giảm đi. Người ta đã tìm thấy 17 amino acid có trong chè, trong đó 10 loại cơ bản là theanine, phenylalanine, leucine, isoleucine, valine, tyrosine, glutamine, serine, glutamic, và aspartic. Theanin chiếm hàm lượng cao nhất, khoảng 50 - 60% tổng hàm lượng amino acid tự do và là amino acid đặc trưng của cây chè [141].
Các amino acid có thể kết hợp với đường, tanin tạo ra các hợp chất aldehyd, alcol có mùi thơm cho chè đen và chúng cũng góp phần điều vị cho chè xanh. Amino acid trong chè không chỉ ở trong thành phần protein, mà còn ở dạng tự do, có ý nghĩa lớn đối với chất lượng chè. Hàm lượng amino acid trong lá chè phụ thuộc nhiều vào giống và điều kiện canh tác cây chè [89]. Glucid và pectin Trong lá chè chứa ít glucid hòa tan, các glucid không hòa tan chiếm tỉ lệ lớn.
Pectin làm cho chè có mùi táo chín trong quá trình làm héo, làm chè dễ xoăn khi chế biến nhưng dễ hút ẩm nên có ảnh hưởng xấu tới quá trình bảo quản chè [89]. Các chất màu, vitamin và khoáng Các chất màu trong lá chè gồm có anthocyanidin (cyanidin, delphenidin), carotenoid, chlorophyll. Các hợp chất màu có vai trò quan trọng trong tạo màu cho thành phẩm. Búp chè chứa hầu hết các loại vitamin như vitamin A, B1, B2, PP, đặc biệt vitaminn C có rất nhiều trong chè, cao gấp 3-4 lần so với quả cam, chanh.
Trong quá trình chế biến chè đen hàm lượng vitamin C giảm nhiều, còn trong chế biến chè xanh thì giảm không đáng kể. Trong chè, thành phần khoáng chủ yếu là kali chiếm gần 50 % tổng lượng khoáng [89]. Enzym Enzym là nhân tố quan trọng trong quá trình sinh trưởng và chế biến chè, đặc biệt trong chế biến chè đen. Enzym có vai trò quyết định chiều hướng biến đổi các phản ứng sinh hóa trong giai đoạn làm héo, vò, lên men.
Trong búp chè có 2 loại enzym chủ yếu là nhóm enzym thủy phân (amilase, protease, glucosidase) và nhóm enzym ô xy hóa – khử (peroxidase, polyphenoloxidase). Peroxidase và polyphenoloxidase đóng vai trò quan trọng nhất và có tác dụng khác nhau trong quá trình lên men chè đen. Các enzym này đều hoạt động mạnh ở 45°C, nhưng đến 70°C thì hoạt động giảm hẳn và ở nhiệt độ cao hơn sẽ bị bất hoạt hoàn toàn. Trong chế biến chè xanh, không cần tạo nên những biến đổi sinh hóa cho tanin, nên enzym không có ích cho quá trình chế biến.
Vì vậy, ngay từ giai đoạn đầu của quá trình chế biến chè xanh người ta phải dùng nhiệt độ cao để bất hoạt enzym bằng cách chần hoặc sao chè [9, 89]. Các hợp chất khác Các hợp chất lipid, phospholipid và các acid béo chiếm khoảng 5-6% trong lá chè, hàm lượng này thay đổi khá nhiều tùy theo từng giống chè khác nhau. Các acid béo tự do tìm thấy trong lá chè có linolenic, oleic và palmitic. Các hợp chất carotenoid gồm có caroten, lutein, violaxanthin và neoxanthin.
Các acid như citric, tartaric, malic, oxalic, fumaric, caffeic, quinic, gallic, succinic, 10 chlorogenic, neo-chlorohenic, p-coumarylquinic, ellagic acid, v.v đã được phát hiện trong lá chè tươi. Các chất vô cơ chiếm khoảng 5 - 6% khối lượng khô của chè, chiếm nhiều nhất là nhôm, mangan, magie. Các chất dễ bay hơi (tinh dầu chè) được hình thành trong quá trình sinh trưởng, phát dục của cây chè và trong quá trình chế biến [1, 9, 89]. Hoạt tính sinh học và tác dụng của chè đối với sức khỏe 1.
Tác dụng chống ô xy hóa của flavonoid Một trong những cơ sở sinh hóa quan trọng nhất để flavonoit thể hiện được hoạt tính sinh học là khả năng kìm hãm các quá trình ô xy hóa dây chuyền sinh ra bởi các gốc tự do hoạt động. Hoạt tính này thể hiện mạnh hay yếu phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo hoá học của từng flavonoid cụ thể [135]. Trong cơ thể con người có sẵn một vài enzym dùng để bảo vệ và ngăn ngừa nhiều loại gốc tự do làm nguy hại tế bào như superoxyt dismutase, catalase trong nhiều tế bào hoặc glutathione periodase. Các gốc tự do tạo nên bởi flavonoid phản ứng với các gốc tự do hoạt động và trung hoà chúng nên không tham gia vào dây chuyền phản ứng ô xy hoá tiếp theo [135].
Tác dụng đối với enzym Các flavonoid có khả năng tác động đến hoạt động của nhiều hệ enzym động vật trong các điều kiện in vitro và in vivo. Khả năng tương tác với protein là một trong những tính chất quan trọng nhất của các hợp chất phenol, quyết định hoạt tính sinh học của chúng. Phản ứng xảy ra giữa nhóm oxyphenolic và oxycacbonyl của các nhóm peptit để tạo thành liên kết hydro. Các chất phenol nói chung khi ở dạng ô xy hoá (quinon) có khả năng liên kết với nhóm sulfihydril và nhóm (-NH) của lysine hoặc asparaginic trong phân tử protein enzym.
Flavonoid có tác dụng trên nhiều enzym động vật như protein-tyrozin kinase, protein kinase, lipoxygenase và cyclooxyhenase, phospholypase và topoizo- merase, glutathione S transferase [135]. 11 Bản thân các chất flavonoid khi ở trong cơ thể động vật có thể tồn tại ở dạng ô xy hóa hoặc khử và chịu nhiều biến đổi phức tạp khác nhau cho nên trong các điều kiện khác nhau sẽ thể hiện hoạt tính sinh học khác nhau. Nhờ tác dụng sinh học đối với enzym mà các flavonoid có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư, làm lành vết thương, giảm các nguy cơ về bệnh tim mạch [135]. Tác dụng kháng sinh, chống viêm nhiễm Tác dụng chống viêm nhiễm và kháng khuẩn của catechin đã được nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới chứng minh.
Một số tác giả nghiên cứu ứng dụng anthocyanin, leuco anthocyanin và acid phenolic lên Samonella, thấy có tác dụng kìm hãm rõ rệt. Hầu hết các chất này đều có khả năng kìm hãm sự hô hấp hay phân chia của vi khuẩn khi có mặt glucose.