Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch (Mã số: 9540104) của nghiên cứu sinh Nguyễn Việt Tấn, thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Duy Thịnh và PGS.TS Nguyễn Duy Lâm tại Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch (Hà Nội, 10/2022), có tiêu đề: "Nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen giàu gama aminobutyric acid bằng kỹ thuật lên men từ một số giống chè Việt Nam".

+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| THÔNG TIN TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH                                                                 |
+--------------------------+------------------------------------------------------------------------+
| Tác giả                  | Nguyễn Việt Tấn                                                        |
| Người hướng dẫn          | 1. PGS.TS Nguyễn Duy Thịnh; 2. PGS.TS Nguyễn Duy Lâm                   |
| Cơ sở đào tạo            | Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch                    |
| Chuyên ngành & Mã số     | Công nghệ sau thu hoạch - Mã số: 9540104                               |
| Thời gian & Địa điểm     | Tháng 10 năm 2022, Hà Nội                                              |
| Quy mô cấu trúc văn bản  | 126 trang chính văn, 42 bảng số liệu, 15 hình ảnh, 152 tài liệu tham   |
|                          | khảo, 4 phụ lục thực nghiệm                                            |
+--------------------------+------------------------------------------------------------------------+

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Gama-aminobutyric axit (GABA) là một axit amin không cấu tạo protein gồm 4 carbon ($C_4H_9NO_2$), đóng vai trò là chất dẫn truyền thần kinh ức chế chính trong hệ thần kinh trung ương ở động vật có vú. GABA có tác dụng hỗ trợ hạ huyết áp, giảm căng thẳng, tăng cường trí nhớ, cải thiện giấc ngủ và hỗ trợ điều hòa đường huyết. Hoạt chất này được hình thành phổ biến trong thực vật và vi sinh vật thông qua phản ứng khử carboxyl của axit L-glutamic dưới sự xúc tác của enzym glutamate decarboxylase (GAD).

Tại Việt Nam, chè là cây công nghiệp chủ lực với diện tích và sản lượng lớn, trong đó chè đen chiếm tỷ trọng xuất khẩu chủ yếu. Tuy nhiên, các sản phẩm chè đen truyền thống có giá trị gia tăng chưa cao, hàm lượng GABA tự nhiên trong chè chế biến thông thường chỉ ở mức thấp. Các quốc gia như Nhật Bản và Trung Quốc đã phát triển các dòng sản phẩm chè giàu GABA (chè Gabaron xử lý yếm khí trong khí nitơ hoặc chè lên men vi sinh vật với nấm mốc và vi khuẩn Lactobacillus). Tại Việt Nam, nghiên cứu về thực phẩm giàu GABA mới dừng lại ở hạt nảy mầm hoặc sản phẩm lên men từ đậu tương, sữa; các nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men vi sinh vật kết hợp xử lý yếm khí trên nguyên liệu chè trong nước nhằm tạo ra chè đen giàu GABA có chất lượng cảm quan tốt còn rất hạn chế và chưa được chuẩn hóa ở quy mô pilot.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của luận án là xác định và thiết lập các thông số công nghệ của quá trình cải tiến hệ thống chế biến chè đen Việt Nam thành chè đen giàu GABA, bao gồm:

  1. Tuyển chọn chủng vi khuẩn Lactobacillus có hoạt tính tổng hợp GABA cao;
  2. Xác định các giống chè Việt Nam phù hợp;
  3. Xác lập và tối ưu hóa các thông số công nghệ của quá trình lên men yếm khí đơn lẻ và lên men kép (kết hợp yếm khí và vi khuẩn lactic);
  4. Thử nghiệm sản xuất thành công ở quy mô pilot (10 kg nguyên liệu/mẻ) tạo sản phẩm chè đen giàu GABA đạt chất lượng cảm quan và định hướng thương mại hóa.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu:
    • Các giống chè búp tươi thu hoạch tại Việt Nam (bao gồm Phúc Vân Tiên, Kim Tuyên và một số giống chè khác thu hoạch theo các mùa vụ trong năm).
    • Các chủng vi khuẩn lên men lactic thuộc chi Lactobacillus: Lactobacillus plantarum VTCC-B-439, Lactobacillus casei VTCC-B-411, Lactobacillus brevis 66 và Lactobacillus brevis 67.
    • Hoạt chất GABA, enzym glutamate decarboxylase (GAD), các hợp chất polyphenol, catechin, theaflavins, thearubigins, tanin, axit amin tự do và caffein trong chè.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Phạm vi không gian: Nghiên cứu thực nghiệm tại Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Trường Cao đẳng Công nghiệp Thực phẩm (Bộ Công Thương) và thử nghiệm quy mô pilot tại Công ty Cổ phần Chè Sông Lô, Công ty Cổ phần Chè Tân Trào (tỉnh Tuyên Quang).
    • Phạm vi thời gian và công nghệ: Khảo sát nguyên liệu thu hoạch qua các tháng trong năm; nghiên cứu quy trình chế biến từ công đoạn làm héo, vò, lên men yếm khí, lên men lactic đến sấy khô và bảo quản trong 3 dạng bao bì (PE, màng giấy, túi phức hợp hút chân không).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Tác giả đã hệ thống hóa 152 tài liệu tham khảo trong nước và quốc tế theo các nhóm chuyên đề chính:

  1. Thực vật học và hóa sinh học cây chè (Camellia sinensis): Phân loại 4 biến chủng chè theo Liu (2005) gồm C. sinensis var. Macrophylla, var. Bohea, var. Shan, và var. Assamica. Các nghiên cứu về thành phần hóa học của chè tươi và chè đen chỉ rõ vai trò của polyphenol (chiếm 20–30% chất khô, gồm EC, EGC, ECG, EGCG), alkaloid (caffein 2–5%, theobromin, theophyllin) và các axit amin, trong đó theanine chiếm 50–60% tổng axit amin tự do. Trong chế biến chè đen, enzym polyphenoloxidase (PPO) và peroxidase xúc tác quá trình ôxy hóa polyphenol tạo theaflavins và thearubigins mang lại màu sắc và vị đặc trưng.
  2. Cơ chế chuyển hóa và chức năng sinh lý của GABA: Chu trình chuyển hóa GABA (GABA shunt) bỏ qua 2 bước trong chu trình Krebs, chuyển đổi L-glutamate thành GABA nhờ enzym GAD phụ thuộc pyridoxal phosphate (PLP), sau đó chuyển hóa tiếp thành succinic semialdehyde (SSA) nhờ GABA transaminase (GABA-T) và thành succinate nhờ succinic semialdehyde dehydrogenase (SSADH) (Martin & Rimvall, 1993; Rashmi et al., 2018). Tác dụng hạ huyết áp, an thần, chống đái tháo đường và điều hòa miễn dịch của GABA đã được chứng minh qua nhiều thử nghiệm in vivo và lâm sàng.
  3. Quy định pháp lý và ngưỡng an toàn của GABA: Theo FDA Hoa Kỳ, GABA được chấp thuận theo thông báo GRAS (GRN00257, GRN00595) và quy định 40 CFR § 180.1188; Bộ Y tế Canada cấp phép lưu hành trong danh mục sản phẩm tự nhiên; Ủy ban EFSA của Châu Âu và JECFA (FAO/WHO) đánh giá mức độ an toàn của GABA khi sử dụng làm chất bổ sung hoặc phụ gia tạo hương.
  4. Công nghệ sản xuất chè và thực phẩm giàu GABA:
    • Phương pháp xử lý yếm khí: Kỹ thuật ủ lá chè trong môi trường khí nitơ hoặc cacbonic để kích hoạt hệ enzym GAD nội sinh tích lũy GABA được Tsushida và Murai phát hiện tại Nhật Bản (1987), hình thành sản phẩm chè Gabaron.
    • Phương pháp lên men vi sinh vật: Sử dụng vi khuẩn lactic (L. plantarum, L. brevis, L. lactis, Streptococcus thermophilus) hoặc nấm sợi (Aspergillus luchuensis, A. niger trong chè Phổ Nhĩ - Pu-erh) để tổng hợp GABA từ cơ chất có bổ sung monosodium glutamate (MSG) hoặc tận dụng axit glutamic tự nhiên (Wang et al., Wu et al., sáng chế CN107197966B của Đại học Nam Hoa).
    • Nghiên cứu tại Việt Nam: Các nghiên cứu về GABA chủ yếu tập trung trên gạo lứt nảy mầm (GBR), đậu tương lên men hoặc dịch nuôi cấy LAB thu hồi GABA tinh khiết. Nghiên cứu về chè giàu GABA trước đây chỉ dừng lại ở khảo sát sơ bộ của chính tác giả.

Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết

Luận án giải quyết khoảng trống thực tiễn và kỹ thuật công nghệ tại Việt Nam: Xác định chủng vi khuẩn lactic an toàn, có hoạt tính GAD cao thích nghi tốt trên cơ chất lá chè; tìm ra giống chè nội địa tối ưu có hàm lượng axit glutamic và axit amin tự do cao; thiết lập quy trình lên men kép (kết hợp yếm khí để kích hoạt enzym nội sinh và bổ sung chế phẩm vi khuẩn Lactobacillus ngoại sinh) nhằm nâng cao hàm lượng GABA trong chè đen lên trên 200–275 mg/100g mà không làm suy giảm các chỉ tiêu cảm quan truyền thống (vị chát dịu, màu nước đỏ nâu, hương thơm đặc trưng).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Lý thuyết sinh tổng hợp GABA bằng con đường enzym: Quá trình khử carboxyl không thuận nghịch chuyển $L\text{-glutamate} \rightarrow \text{GABA} + \text{CO}_2$ nhờ enzym GAD (EC 4.1.1.15). Trong mô thực vật, điều kiện sốc yếm khí (thiếu ôxy) làm giảm pH tế bào chất, kích hoạt enzym GAD nội sinh. Ở vi khuẩn lactic, GAD đóng vai trò là hệ thống kháng stres axit, loại bỏ ion $H^+$ nội bào để duy trì cân bằng nội môi.
  • Cơ chế sinh hóa trong chế biến chè đen: Quá trình làm héo, vò dập phá vỡ màng tế bào giải phóng cơ chất và enzym. Giai đoạn lên men kết hợp biến đổi sinh hóa hiếu khí (tạo theaflavins, thearubigins từ catechin nhờ PPO) xen kẽ hoặc tiếp nối với giai đoạn yếm khí và lên men vi sinh vật để thúc đẩy tích lũy GABA mà vẫn giữ được hương vị chè đen.
                  +-----------------------------------+
                  |      Nguyên liệu chè búp tươi     |
                  +-----------------+-----------------+
                                    |
                                    v
                  +-----------------------------------+
                  |             Làm héo               |
                  +-----------------+-----------------+
                                    |
                                    v
                  +-----------------------------------+
                  |             Vò chè                |
                  +-----------------+-----------------+
                                    |
                                    v
                  +-----------------------------------+
                  |         Lên men kết hợp           |
                  |  - Giai đoạn yếm khí (tạo GABA)   |
                  |  - Bổ sung vi khuẩn Lactobacillus |
                  |  - Ôxy hóa tạo theaflavin/rubigin |
                  +-----------------+-----------------+
                                    |
                                    v
                  +-----------------------------------+
                  |             Sấy khô               |
                  +-----------------+-----------------+
                                    |
                                    v
                  +-----------------------------------+
                  |  Bán thành phẩm chè đen giàu GABA |
                  +-----------------------------------+

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Tuyển chọn và định danh vi sinh vật: Sàng lọc 4 chủng vi khuẩn lactic (L. plantarum VTCC-B-439, L. casei VTCC-B-411, L. brevis 66, L. brevis 67) dựa trên hoạt tính GAD; định danh và phân loại bằng kỹ thuật giải trình tự đoạn gen 16S rRNA và phân tích cây phát sinh chủng loại.
  • Phương pháp công nghệ và bố trí thí nghiệm:
    • Thiết kế thí nghiệm đơn yếu tố nhằm xác định khoảng ảnh hưởng của: nhiệt độ lên men, thời gian lên men, độ ẩm khối chè vò, tỷ lệ cấy giống vi khuẩn lactic, nguồn cacbon, nguồn nitơ, tỷ lệ cơ chất glutamate và nồng độ PLP.
    • Tối ưu hóa thực nghiệm đa yếu tố bằng ma trận trực giao và phương pháp thang điểm kết hợp hệ số quan trọng cho các chỉ tiêu chất lượng (hàm lượng GABA, điểm cảm quan ngoại hình, màu nước, mùi, vị).
  • Phương pháp phân tích hóa lý và hóa sinh:
    • Định lượng GABA bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và sắc ký lớp mỏng (TLC).
    • Xác định hoạt tính enzym GAD theo phương pháp đo quang phổ.
    • Phân tích các chỉ tiêu chất lượng chè theo TCVN: độ ẩm (sấy đến khối lượng không đổi), hàm lượng chất hòa tan, hàm lượng tanin (chuẩn độ permanganat), hàm lượng tổng axit amin và các axit amin thành phần, hàm lượng polyphenol, catechin và caffein.
    • Đánh giá cảm quan chè theo phương pháp cho điểm tiêu chuẩn TCVN 3218-79.
  • Xử lý số liệu: Thu thập dữ liệu qua tối thiểu 3 lần lặp lại, tính giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và xử lý thống kê tối ưu hóa thực nghiệm.

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu

Trình bày bối cảnh nghiên cứu, tính cấp thiết, mục tiêu, các nội dung chính, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Xác định rõ cấu trúc luận án gồm 126 trang chính văn, 42 bảng số liệu và 15 hình vẽ minh họa.

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương này gồm 5 phân mục chính hệ thống hóa các cơ sở lý luận và thực nghiệm:

  • Tổng quan về cây chè, thành phần, hoạt tính sinh học và sản phẩm: Phân loại thực vật học, cơ cấu diện tích và sản lượng chè Việt Nam (năm 2019 đạt 123.400 ha, sản lượng trên 1.025 ngàn tấn). Phân tích chi tiết thành phần búp chè tươi: độ ẩm 75–82%, polyphenol (chiếm 20–30% chất khô, chủ yếu là catechin), alkaloid (caffein 2–5%), protein (chiếm ~15%), 17 axit amin tự do (theanine chiếm 50–60%). Trình bày vai trò của enzym PPO, peroxidase và cơ chế công nghệ chế biến 6 nhóm chè thương phẩm (chè xanh, vàng, trắng, ô long, đen và đen đậm).
  • Tổng quan về gama-aminobutyric axit (GABA): Cấu tạo phân tử, tính chất vật lý (nhiệt độ nóng chảy 202°C), phân bố tự nhiên trong mầm lúa mạch, mầm gạo lứt, rau bina và thực phẩm lên men (kim chi, phô mai). Tổng kết chu trình GABA shunt và vai trò sinh lý đối với thực vật, vi sinh vật và sức khỏe con người (hạ huyết áp, an thần, chống đái tháo đường).
  • Tình trạng pháp lý và sản xuất thương mại: Khái quát các quy chuẩn an toàn của FDA (GRAS), EPA, Bộ Y tế Canada, EFSA và JECFA (FAO/WHO); so sánh 3 phương pháp sản xuất GABA: lên men vi sinh vật, xúc tác enzym sinh học và tổng hợp hóa học.
  • Chế biến chè giàu GABA bằng lên men vi sinh vật và lên men yếm khí: Tổng thuật các công trình quốc tế về lên men chè bằng vi khuẩn lactic (Lactobacillus) và nấm sợi (Aspergillus); phân tích cơ chế kích hoạt enzym GAD khi xử lý yếm khí (khí $N_2$, $CO_2$) và ngâm chiết.
  • Nghiên cứu thực phẩm và chè giàu GABA tại Việt Nam: Điểm lại các công trình trong nước về gạo nảy mầm, đậu tương lên men và xác định giả thuyết nghiên cứu của luận án.

Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Mô tả chi tiết nguyên vật liệu, hóa chất, chủng giống vi sinh vật và quy trình bố trí thí nghiệm:

  • Nguyên vật liệu: Các giống chè thu hái tại các vùng nguyên liệu đặc trưng ở miền Bắc Việt Nam; 4 chủng vi khuẩn lactic gồm Lactobacillus plantarum VTCC-B-439, Lactobacillus casei VTCC-B-411 từ Bảo tàng Giống chuẩn Vi sinh vật (VTCC) và 2 chủng phân lập L. brevis 66, L. brevis 67.
  • Quy trình công nghệ nghiên cứu: Sơ đồ thực nghiệm chế biến chè đen trải qua: Nguyên liệu chè búp tươi $\rightarrow$ Làm héo $\rightarrow$ Vò chè $\rightarrow$ Lên men yếm khí (có/không cấy vi khuẩn lactic) $\rightarrow$ Lên men ôxy hóa tạo màu vị $\rightarrow$ Sấy khô $\rightarrow$ Đóng gói bảo quản.
  • Bố trí thí nghiệm:
    • Khảo sát các thông số nuôi cấy sản xuất sinh khối vi khuẩn lactic (môi trường dinh dưỡng, pH, nhiệt độ, nguồn cacbon, nitơ, cơ chất L-glutamate).
    • Khảo sát quá trình lên men yếm khí không bổ sung vi sinh vật.
    • Khảo sát và tối ưu hóa quá trình lên men kép (yếm khí kết hợp bổ sung chế phẩm vi khuẩn lactic).
    • Thử nghiệm sản xuất quy mô pilot (10 kg nguyên liệu/mẻ) và theo dõi độ ổn định chất lượng trong 3 dạng bao bì bảo quản.
  • Phương pháp phân tích: Phương pháp định lượng GABA bằng HPLC/TLC, đo hoạt tính enzym GAD, phân tích tanin, polyphenol, axit amin, độ ẩm và đánh giá cảm quan theo TCVN.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương kết quả gồm 4 nội dung thực nghiệm lớn:

  • Lựa chọn vi khuẩn lactic và nguyên liệu chè thích hợp:
    • Đánh giá hoạt tính sinh tổng hợp GAD của 4 chủng vi khuẩn. Kết quả xác định 2 chủng có khả năng sinh trưởng và tổng hợp GABA cao nhất trên môi trường lá chè là Lactobacillus plantarum VTCC-B-439 và Lactobacillus casei VTCC-B-411.
    • Thẩm định đặc điểm hình thái khuẩn lạc, hình thái tế bào và cây phát sinh chủng loại dựa trên trình tự gen 16S rRNA.
    • Xác định điều kiện nhân sinh khối: nhiệt độ nuôi cấy thích hợp, môi trường dinh dưỡng bổ sung nguồn cacbon, nitơ và L-glutamate tối ưu.
    • Phân tích thành phần nguyên liệu của các giống chè qua các tháng trong năm (độ ẩm, chất hòa tan, tanin, tổng axit amin và các axit amin thành phần). Hai giống chè Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên (đặc biệt thu hoạch vào vụ tháng 6) cho hàm lượng tổng axit amin và axit glutamic cao nhất, thích hợp nhất làm nguyên liệu sản xuất chè đen giàu GABA.
  • Tác dụng của lên men yếm khí đơn thuần:
    • Thăm dò khả năng tích lũy GABA tự nhiên của lá chè trong điều kiện ủ yếm khí.
    • Khảo sát ảnh hưởng đơn yếu tố: nhiệt độ lên men và thời gian lên men yếm khí đến hàm lượng GABA và chỉ số cảm quan.
    • Tối ưu hóa quá trình lên men yếm khí không bổ sung vi sinh vật, so sánh chất lượng bán thành phẩm với chè đen sản xuất theo quy trình truyền thống.
  • Tác dụng của lên men kép (yếm khí kết hợp vi khuẩn lactic):
    • Xác định khoảng biến thiên có ý nghĩa công nghệ của 4 yếu tố: tỷ lệ giống cấy vi khuẩn lactic (%), độ ẩm khối chè vò (%), nhiệt độ lên men (°C) và thời gian lên men (giờ).
    • Tiến hành tối ưu hóa thực nghiệm theo ma trận đa yếu tố và phương pháp thang điểm có trọng số chất lượng.
    • Kết quả xác định chế độ công nghệ tối ưu: Tỷ lệ giống vi khuẩn lactic 2,5%, Độ ẩm chè vò 68%, Nhiệt độ lên men 27°C, Thời gian lên men 11,5 giờ. Ở chế độ này, hàm lượng GABA trong chè đen bán thành phẩm đạt 275 mg/100g, đồng thời sản phẩm đạt điểm đánh giá cảm quan cao về màu nước, hương thơm và vị đậm dịu.
  • Thực nghiệm sản xuất quy mô Pilot (10 kg/mẻ) và bảo quản:
    • Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất chè đen giàu GABA quy mô 10 kg nguyên liệu/mẻ từ hai giống chè Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên.
    • Theo dõi biến đổi độ ẩm và chất lượng cảm quan của sản phẩm chè đen GABA trong quá trình bảo quản bằng 3 loại bao bì: Túi PE (B1), Màng giấy (B2) và Túi phức hợp hút chân không (B3). Kết quả cho thấy bao bì túi phức hợp hút chân không (B3) duy trì độ ẩm ổn định dưới 7,5% và giữ được phẩm chất cảm quan tốt nhất sau thời gian theo dõi.
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| TỔNG HỢP THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA QUY TRÌNH LÊN MEN KÉP                                                |
+------------------------------------+--------------------------+-----------------------------------+
| Thông số công nghệ                 | Giá trị xác lập tối ưu   | Đơn vị tính                       |
+------------------------------------+--------------------------+-----------------------------------+
| Tỷ lệ chế phẩm giống vi khuẩn LAB  | 2,5                      | % khối lượng nguyên liệu          |
| Độ ẩm khối chè sau vò              | 68                       | %                                 |
| Nhiệt độ lên men                   | 27                       | °C                                |
| Thời gian lên men                  | 11,5                     | Giờ                               |
| Hàm lượng GABA đạt được            | 275                      | mg/100g chất khô                  |
| Giống chè tối ưu                   | Phúc Vân Tiên, Kim Tuyên | -                                 |
| Bao bì bảo quản tốt nhất           | Túi phức hợp chân không  | -                                 |
+------------------------------------+--------------------------+-----------------------------------+

Kết luận và kiến nghị

Tóm tắt các kết quả nghiên cứu chính đạt được về mặt khoa học công nghệ, khẳng định tính khả thi của quy trình và nêu các kiến nghị tiếp tục hoàn thiện thiết bị chuyên dụng ở quy mô công nghiệp lớn hơn.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học

  1. Cung cấp hệ thống dữ liệu khoa học về động học tích lũy GABA và hoạt tính enzym GAD trong điều kiện lên men yếm khí kết hợp lên men vi sinh vật (Lactobacillus) trên các giống chè Việt Nam.
  2. Chứng minh cơ chế hiệp đồng giữa hệ enzym GAD nội sinh trong lá chè (được kích hoạt bởi điều kiện yếm khí) và enzym GAD ngoại bào từ vi khuẩn Lactobacillus đưa vào, giúp nâng cao hiệu suất chuyển hóa axit L-glutamic thành GABA trong quy trình chế biến chè đen.
  3. Thiết lập mô hình toán học tối ưu hóa đa yếu tố xác định chính xác các thông số công nghệ (tỷ lệ giống 2,5%, độ ẩm chè vò 68%, nhiệt độ 27°C, thời gian 11,5 giờ) để thu nhận hàm lượng GABA cao nhất (275 mg/100g) đi đôi với sự hài hòa của các chỉ tiêu cảm quan.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Tuyển chọn thành công 2 chủng vi khuẩn lactic an toàn sinh học có hoạt lực cao là Lactobacillus plantarum VTCC-B-439 và Lactobacillus casei VTCC-B-411 để ứng dụng trực tiếp vào chế biến chè.
  2. Tuyển chọn và đề xuất 2 giống chè triển vọng của Việt Nam là Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên làm nguồn nguyên liệu chuyên biệt cho sản xuất chè giàu hoạt tính sinh học.
  3. Xây dựng hoàn chỉnh quy trình công nghệ sản xuất chè đen giàu GABA ở quy mô pilot 10 kg nguyên liệu/mẻ; xây dựng dự thảo Tiêu chuẩn cơ sở (TCCS) cho sản phẩm chè đen giàu GABA.
  4. Ứng dụng thử nghiệm thành công quy trình công nghệ tại hai cơ sở sản xuất công nghiệp: Công ty Cổ phần Chè Sông Lô và Công ty Cổ phần Chè Tân Trào (tỉnh Tuyên Quang), tạo tiền đề cho việc thương mại hóa sản phẩm chè chức năng bảo vệ sức khỏe.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của nghiên cứu:
    • Quy mô thử nghiệm thực nghiệm mới dừng lại ở mức pilot (10 kg nguyên liệu/mẻ), chưa khảo sát các mẻ sản xuất quy mô công nghiệp lớn (hàng trăm kg hoặc tấn/mẻ) với thiết bị công nghiệp chuyên dụng liên tục.
    • Nghiên cứu tập trung chủ yếu trên 2 giống chè búp (Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên) và 4 chủng vi khuẩn lactic chọn lọc; chưa mở rộng khảo sát toàn diện trên tất cả các giống chè Shan hoặc chè trung du bản địa khác của Việt Nam.
    • Các thử nghiệm lâm sàng chuyên sâu đánh giá tác động sinh học của sản phẩm chè đen GABA thành phẩm trên cơ thể người chưa được triển khai trong phạm vi luận án kỹ thuật.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị lên men yếm khí chuyên dụng kiểm soát tự động khí nitơ/cacbonic và nhiệt ẩm ở quy mô công nghiệp.
    • Mở rộng nghiên cứu quy trình lên men GABA cho các dòng sản phẩm chè khác như chè xanh, chè ô long và chè hòa tan từ nguồn nguyên liệu chè trong nước.
    • Phối hợp với các đơn vị y dược học triển khai đánh giá lâm sàng về hiệu quả hỗ trợ điều hòa huyết áp và cải thiện giấc ngủ của sản phẩm chè đen GABA thương phẩm.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên và giảng viên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sau thu hoạch: Luận án là tài liệu tham khảo chuyên sâu về phương pháp ứng dụng vi sinh vật (Lactobacillus) và kỹ thuật lên men yếm khí để chuyển hóa các hợp chất có hoạt tính sinh học trong nông sản; cung cấp phương pháp luận tối ưu hóa thực nghiệm và đánh giá chất lượng cảm quan chè theo tiêu chuẩn.
  • Đối với các doanh nghiệp sản xuất, chế biến chè: Cung cấp thông số kỹ thuật chi tiết để chuyển giao và ứng dụng ngay vào dây chuyền chế biến chè đen hiện có nhằm đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao giá trị kinh tế của lá chè Việt Nam thành sản phẩm thực phẩm chức năng bảo vệ sức khỏe có giá trị gia tăng cao.
  • Đối với các nhà hoạch định chính sách nông nghiệp và hiệp hội chè: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn chất lượng quốc gia cho các dòng sản phẩm chè chức năng và định hướng phát triển chuỗi giá trị chè chất lượng cao tại các vùng nguyên liệu trọng điểm (Tuyên Quang, Thái Nguyên, Phú Thọ, Lâm Đồng).

Câu hỏi thường gặp

1. Hai chủng vi khuẩn lactic nào được tuyển chọn để ứng dụng vào quy trình sản xuất chè đen giàu GABA?

Luận án đã sàng lọc trong 4 chủng vi khuẩn nghiên cứu và tuyển chọn được 2 chủng vi khuẩn lactic có hoạt tính enzym glutamate decarboxylase (GAD) cao nhất, sinh trưởng và thích nghi tốt trên cơ chất chè là Lactobacillus plantarum VTCC-B-439 và Lactobacillus casei VTCC-B-411.

2. Giống chè nào của Việt Nam cho hiệu quả tích lũy GABA và chất lượng cảm quan tốt nhất?

Qua khảo sát thành phần hóa học theo mùa vụ, hai giống chè Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên (đặc biệt là nguyên liệu thu hái vào tháng 6) có hàm lượng tổng axit amin và axit glutamic cao nhất, được lựa chọn làm nguyên liệu thích hợp nhất cho quy trình sản xuất chè đen giàu GABA.

3. Các thông số công nghệ tối ưu cho quá trình lên men kép là gì và hàm lượng GABA đạt được là bao nhiêu?

Chế độ công nghệ tối ưu được xác lập qua tối ưu hóa đa yếu tố gồm: Tỷ lệ giống cấy vi khuẩn lactic 2,5%, độ ẩm khối chè vò 68%, nhiệt độ lên men 27°C và thời gian lên men 11,5 giờ. Ở điều kiện này, sản phẩm đạt hàm lượng GABA là 275 mg/100g chất khô và có chất lượng cảm quan hài hòa nhất.

4. Quy trình công nghệ pilot của luận án đã được triển khai thử nghiệm thực tế tại những cơ sở nào?

Quy trình sản xuất chè đen giàu GABA quy mô pilot 10 kg nguyên liệu/mẻ đã được hoàn thiện và thử nghiệm ứng dụng thực tế thành công tại hai doanh nghiệp chế biến chè ở tỉnh Tuyên Quang: Công ty Cổ phần Chè Sông Lô và Công ty Cổ phần Chè Tân Trào.

5. Loại bao bì nào giúp duy trì chất lượng chè đen giàu GABA tốt nhất trong quá trình bảo quản?

Qua thử nghiệm 3 loại bao bì (túi PE, màng giấy và túi phức hợp hút chân không), kết quả thực nghiệm xác định bao bì túi phức hợp hút chân không kiểm soát độ ẩm tốt nhất (dưới 7,5%) và duy trì chất lượng cảm quan, hạn chế tối đa sự suy giảm hàm lượng GABA trong suốt thời gian bảo quản.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Việt Tấn đã hoàn thành mục tiêu xây dựng công nghệ sản xuất chè đen giàu GABA từ nguồn nguyên liệu chè Việt Nam bằng phương pháp lên men kép kết hợp điều kiện yếm khí và vi khuẩn lactic. Nghiên cứu đã tuyển chọn thành công 2 chủng vi khuẩn Lactobacillus plantarum VTCC-B-439, Lactobacillus casei VTCC-B-411 cùng 2 giống chè phù hợp là Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên. Các thông số tối ưu gồm tỷ lệ giống 2,5%, độ ẩm 68%, nhiệt độ 27°C, thời gian lên men 11,5 giờ cho phép tạo ra sản phẩm chè đen đạt hàm lượng GABA 275 mg/100g với chất lượng cảm quan tốt. Quy trình công nghệ đã được kiểm chứng thành công ở quy mô pilot 10 kg/mẻ tại các nhà máy chè tại Tuyên Quang, đóng góp giải pháp kỹ thuật cụ thể nâng cao giá trị gia tăng cho ngành chè Việt Nam.