Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen giàu GABA bằng kỹ thuật lên men

Luận án tiến sĩ nghiên cứu nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen giàu gama aminobutyric axit gaba bằng kỹ thuật lên men từ một, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng

Trường đại học

Viện Cơ Điện Nông Nghiệp Và Công Nghệ Sau Thu Hoạch

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án tiến sĩ

2022

178
0
0

Phí lưu trữ

45 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan về cây chè, thành phần, hoạt tính sinh học và sản phẩm

1.2. Giới thiệu chung về cây chè

1.3. Thành phần hóa học của chè tươi

1.4. Hoạt tính sinh học và tác dụng của chè đối với sức khỏe

1.5. Các sản phẩm chè và sự khác biệt về công nghệ và tính chất

1.6. Tổng quan về gama-aminobutyric axit (GABA)

1.7. Giới thiệu chung về GABA. Hóa học, phân bố trong tự nhiên và sự chuyển hóa của GABA

1.8. Vai trò và ứng dụng của GABA. Sản xuất và sản phẩm GABA thương mại

1.9. Tình trạng pháp lý của GABA và liều lượng sử dụng

1.10. Chế biến chè giàu GABA bằng lên men vi sinh vật

1.11. Thực phẩm giàu GABA bằng lên men vi sinh vật

1.12. Chè lên men bằng vi sinh vật

1.13. Chè giàu GABA bằng lên men vi sinh vật. Chế biến chè giàu GABA bằng lên men yếm khí

1.14. Sự chuyển hóa GABA trong thực vật và trong lá chè

1.15. Công nghệ lên men yếm khí và đặc điểm chè giàu GABA

1.16. Lợi ích của chè giàu GABA

1.17. Một số nghiên cứu thực phẩm và chè giàu GABA ở Việt Nam

1.18. Thực phẩm giàu GABA bằng lên men vi sinh vật

1.19. Thực phẩm giàu GABA từ hạt nảy mầm

1.20. Chế biến chè lên men và chè giàu GABA ở Việt Nam

1.21. Kết luận từ tổng quan và giả thuyết nghiên cứu

1.22. Những kết luận rút ra từ tổng quan

1.23. Những định hướng và giả thuyết nghiên cứu của luận án

2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên vật liệu và thiết bị nghiên cứu

2.2. Đối tượng nghiên cứu

2.3. Hóa chất và môi trường nuôi cấy vi sinh vật

2.4. Thiết bị phân tích và thiết bị công nghệ. Kỹ thuật công nghệ để nghiên cứu chế biến chè

2.5. Sơ đồ quy trình công nghệ để nghiên cứu lên men chè

2.6. Kỹ thuật làm héo, vò và sấy chè

2.7. Kỹ thuật tạo môi trường yếm khí

2.8. Phương pháp bố trí thí nghiệm. Các thí nghiệm lựa chọn chủng giống vi sinh vật và chè thích hợp

2.9. Các thí nghiệm xác định tác dụng của lên men yếm khí

2.10. Các thí nghiệm xác định tác dụng của lên men yếm khí kết hợp lên men bằng lactic

2.11. Các thử nghiệm hoàn thiện công nghệ và sản xuất quy mô pilot

2.12. Thí nghiệm bảo quản chè đen giàu GABA

2.13. Phương pháp phân tích

2.14. Phương pháp phân tích hàm lượng GABA

2.15. Phương pháp xác định enzym glutamate decarboxylase

2.16. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng chè. Phương pháp xử lý số liệu

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu lựa chọn vi khuẩn lactic và nguyên liệu chè thích hợp cho sản xuất chè giàu GABA bằng phương pháp lên men

3.2. Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp enzym glutamate decarboxylase cao

3.3. Thẩm định đặc điểm hình thái và phân loại 4 chủng vi khuẩn lactic. Thử nghiệm khả năng lên men tạo GABA trên lá chè. Xác định chế độ công nghệ sản xuất sinh khối vi khuẩn lactic để lên men chè giàu GABA

3.4. Tối ưu hóa quá trình nuôi cấy vi khuẩn lactic

3.5. Phân tích các chỉ số chất lượng một số giống chè ở Việt Nam

3.6. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3. Tác dụng của lên men yếm khí tới hiệu quả tích lũy GABA và chất lượng chè đen giàu GABA

3.7. Thăm dò khả năng tích lũy GABA do quá trình lên men yếm khí

3.8. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng quá trình lên men yếm khí

3.9. Tối ưu hóa quá trình lên men yếm khí

3.10. So sánh chất lượng của chè đen lên men yếm khí với chè đen được sản xuất theo quy trình truyền thống

3.11. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3. Tác dụng của lên men yếm khí kết hợp lên men bằng vi khuẩn lactic tới hiệu quả tích lũy GABA và chất lượng chè đen giàu GABA

3.12. Xác định khoảng thay đổi có ý nghĩa công nghệ của các yếu tố ảnh hưởng đến lên men yếm khí có sử dụng chế phẩm vi khuẩn lactic

3.13. Tối ưu hóa quá trình lên men yếm khí kết hợp lên men lactic

3.14. So sánh chất lượng chè đen bán thành phẩm từ 2 phương án lên men yếm khí không và có sử dụng chế phẩm vi khuẩn

3.15. Tối ưu hóa lên men yếm khí chè đen bằng phương pháp thang điểm có sử dụng hệ số quan trọng cho các chỉ tiêu chất lượng

3.16. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3. Thực nghiệm sản xuất chè giàu GABA quy mô Pilot

3.17. Sản xuất chè ở quy mô pilot 10 kg nguyên liệu/mẻ

3.18. Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất chè đen giàu GABA quy mô pilot 10 kg nguyên liệu/mẻ

3.19. Áp dụng quy trình đã hoàn thiện để sản xuất chè đen giàu GABA quy mô pilot với một số giống chè Việt Nam

3.20. Sự biến đổi chất lượng cảm quan của chè đen giàu GABA giống Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên trong quá trình bảo quản

3.21. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO CỦA LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về chè đen và GABA

Chè đen, một trong những sản phẩm chủ lực của ngành chè Việt Nam, không chỉ được ưa chuộng trong nước mà còn có giá trị xuất khẩu cao. Chè đen chứa nhiều hợp chất hóa học có lợi cho sức khỏe, trong đó có GABA (gama-aminobutyric axit). GABA là một axit amin quan trọng, có vai trò trong việc điều tiết các chức năng sinh lý của cơ thể, như giảm lo âu, cải thiện giấc ngủ và hỗ trợ chức năng tim mạch. Nghiên cứu cho thấy, hàm lượng GABA trong chè đen có thể được tăng cường thông qua các phương pháp chế biến như lên men vi sinh vật. Việc sản xuất chè đen giàu GABA không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng mà còn góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

II. Công nghệ sản xuất chè đen giàu GABA

Công nghệ sản xuất chè đen giàu GABA chủ yếu dựa vào quá trình lên men vi sinh vật. Các chủng vi khuẩn lactic, như Lactobacillus, đã được chứng minh có khả năng sinh tổng hợp GABA từ axit L-glutamic. Quá trình lên men này diễn ra trong môi trường yếm khí, giúp tối ưu hóa hàm lượng GABA trong sản phẩm. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc điều chỉnh các yếu tố như nhiệt độ, thời gian lên men và tỷ lệ giống vi khuẩn có thể ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng và hàm lượng GABA trong chè. Sản phẩm chè đen giàu GABA không chỉ mang lại lợi ích sức khỏe mà còn tạo ra một xu hướng mới trong ngành thực phẩm chức năng.

III. Lợi ích và ứng dụng của chè đen giàu GABA

Chè đen giàu GABA mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, bao gồm khả năng giảm căng thẳng, cải thiện giấc ngủ và hỗ trợ chức năng tim mạch. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc tiêu thụ thực phẩm giàu GABA có thể giúp cải thiện tâm trạng và giảm nguy cơ mắc các bệnh liên quan đến stress. Ngoài ra, sản phẩm này còn có tiềm năng lớn trong ngành thực phẩm chức năng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về các sản phẩm tốt cho sức khỏe. Việc phát triển và sản xuất chè đen giàu GABA không chỉ mang lại lợi ích cho sức khỏe cộng đồng mà còn tạo ra cơ hội kinh doanh mới cho ngành chè Việt Nam.

IV. Kết luận và định hướng nghiên cứu

Nghiên cứu sản xuất chè đen giàu GABA từ giống chè Việt Nam mở ra nhiều triển vọng cho ngành chè trong nước. Việc áp dụng công nghệ lên men vi sinh vật không chỉ giúp tăng cường hàm lượng GABA mà còn nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Để phát triển bền vững, cần tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện quy trình sản xuất, đồng thời mở rộng thị trường tiêu thụ cho sản phẩm chè đen giàu GABA. Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và đánh giá tác động của sản phẩm đến sức khỏe người tiêu dùng.

25/01/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 (Theo: 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 (Liu, 2005): - 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 (Tổng cục Thống kê, 2019).

Thành phần hóa học của chè tươi 1. Nước 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 đối với quá trình chế biến chè. Trong quá trình chế biến chè cần khống chế sự bay hơi nước, đặc biệt trong sản xuất chè đen [7,9,78]. 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 [7,9,78]. 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 [7,9,78].

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. 8 Trong lá chè tươi người ta tìm thấy các alcaloid chủ yếu là caffein, theobromin và 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 axit amin 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 axit amin có trong chè, trong đó 10 loại amin cơ bản là theanine, phenylalanine, leucine, isoleucine, valine, tyrosine, glutamine, serine, glutamic, aspartic. Theanin chiếm hàm lượng cao nhất, khoảng 50-60% tổng hàm lượng axit amin tự do và là axit amin đặc trưng của cây chè [118].

Các axit amin 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. Axit amin 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 axit amin trong lá chè phụ thuộc nhiều vào giống và điều kiện canh tác cây chè [78]. Gluxit và pectin Trong lá chè chứa ít gluxit hòa tan, các gluxit 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 [78]. 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 [78]. 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 yếu hẳn đi 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 vô hoạt enzym bằng cách chần hoặc sao [9,78]. Các hợp chất khác Các hợp chất lipid, phospholipid và các axit béo chiếm khoảng 5-6% trong lá chè, hàm lượng này thay đổi khá nhiều tùy theo từng giống chè khác nhau. Các axit 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 axit như citric, tartaric, malic, oxalic, fumaric, caffeic, quinic, gallic, succinic, chlorogenic, neo-chlorohenic, p-coumarylquinic, ellagic axit, v.v 10 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 [1,9,78]. 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 [113]. 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 (SOD), catalase trong nhiều tế bào hoặc glutathion 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 [113].

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 (1) và nhóm (-NH) của lysine hoặc asparaginic (2) 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, glutation S transferase [113]. Bản thân các chất flavonoid khi ở trong cơ thể động vật có thể tồn tại ở dạng ô xy hoá hoặc khử và chịu nhiều biến đổi phức tạp khác nhau cho nên 11 trong các điều kiện khác nhau nó 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, mau chóng làm lành vết thương, giảm các nguy cơ về bệnh tim mạch [113]. 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 axit 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. Tác dụng kháng virus của catechin còn được nghiên cứu thông qua khả năng ức chế virus HIV ở các tế bào H9 của catechin chiết xuất từ thực vật.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Việt Tấn mang tên "Nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen giàu GABA bằng kỹ thuật lên men" được thực hiện tại Viện Cơ Điện Nông Nghiệp Và Công Nghệ Sau Thu Hoạch, Hà Nội vào năm 2022. Bài luận án này tập trung vào việc phát triển công nghệ sản xuất chè đen với hàm lượng GABA cao, một chất có lợi cho sức khỏe, thông qua quy trình lên men. Nghiên cứu không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về quy trình sản xuất chè mà còn mở ra hướng đi mới cho ngành chè Việt Nam, giúp nâng cao giá trị sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường.

Để mở rộng thêm kiến thức về các công nghệ và nghiên cứu liên quan đến nông nghiệp và thực phẩm, bạn có thể tham khảo các tài liệu sau:

Những tài liệu này không chỉ giúp bạn mở rộng kiến thức mà còn cung cấp thêm nhiều góc nhìn khác nhau trong lĩnh vực nông nghiệp và công nghệ thực phẩm.