Đặt vấn đề Ở nước ta, cây trà là một trong những cây trồng mũi nhọn của các vùng Trung du, miền núi có diện tích chiếm 2/3 cả nước. Việt Nam có 34/63 tỉnh, thành phố có diện tích trồng trà, chủ yếu tập trung ở trung du và miền núi với gần 130 ngàn ha. Diện tích trà các tỉnh miền núi phía Bắc hiện chiếm 74,8% diện tích trà toàn quốc với 91,600 ha. Việt Nam là nước sản xuất trà lớn thứ 7 và xuất khẩu trà lớn thứ 5 toàn cầu, với 124,000 ha diện tích trồng trà.
Trà xanh ban đầu được dùng làm thuốc chữa nhiều bệnh [1]. Thật vậy nhiều nghiên cứu hiện nay cho thấy trà xanh là nguồn nguyên liệu giàu hoạt chất sinh học nhất là polyphenol. Trong trà xanh, tổng số polyphenol chiếm từ 13% đến 30% khối lượng khô [2] [3] tùy thuộc vào giống cây trà [2]. Chủ yếu có sáu nhóm hợp chất trong polyphenol.
Hầu hết là flavonols (chủ yếu là catechin) chiếm 60–80% tổng lượng polyphenol [4]. Trong số catechin đó là tác nhân chính đếm epigallocatechin gallate (EGCG), catechin (C), epicatechin (EC), gallocatechin (GC), gallocatechin gallate (GCG), epigallocatechin (EGC), và epicatechin gallate (ECG) [5]. Polyphenol được biết đến như là chất chống oxy hóa. Nó có tác dụng chữa bệnh đối với sức khỏe [6].Các tác dụng sinh học của polyphenol trong trà xanh dựa trên khả năng quét các gốc tự do và điều chỉnh hoạt động của nhiều chất oxy hóa trong cơ thể [7].
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra polyphenol có tác dụng chống viêm, chống ung thư như ung thư phổi, ung thư vú, ung thư thực quản, ung thư dạ dày, ung thư gan và ung thư tuyến tiền liệt [3]. Hơn nữa, polyphenol có ứng dụng trong các màng hoạt tính sinh học ví dụ của nhà sản xuất thực phẩm, thuốc nhuộm tự nhiên, các hợp chất có đặc tính prebiotic và những chất khác [6]. Những nghiên cứu gần đây cho thấy hiệu quả của phương pháp trích ly có sự hỗ trợ của enzyme hoặc vi sóng trong việc tăng hàm lượng polyphenol. Măc khác, kế thừa 2 nghiên cứu trước với mong muốn cải thiện chất lượng sản phẩm bột trà xanh sấy phun.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi kết hợp 2 phương pháp tiền xử lý nguyên liệu là vi sóng và enzyme cellulase để tăng hiệu suất trích ly polyphenol. Vì thế chúng tôi chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu trích ly polyphenol, chlorophyll từ búp trà xanh (Camellia sinensis) bằng phương pháp vi sóng kết hợp với thủy phân bằng enzyme cellulase” 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát sự ảnh hưởng của điều kiện xử lý vi sóng và enzyme đến quá trình trích ly chlorophyll, polyphenol và hoạt tính oxy hóa. Từ đó, xác định điều kiện tối ưu để trích ly polyphenol từ lá búp trà bằng phương pháp vi sóng kết hợp với thủy phân bằng enzyme cellulase.3 Nội dung nghiên cứu - Xác định các thành phần của búp trà nguyên liệu. - Khảo sát quá trình xử lý nguyên liệu trước khi trích li với các thông số công suất vi sóng, thời gian xử lí vi sóng, hàm lượng enzyme thủy phân, nhiệt độ thủy phân và thời gian thủy phân.
- Xác định các yếu tố ảnh hưởng và điệu kiện trích li tối ưu.1 Tổng quan về cây trà Camellia sinensis 2.1 Phân loại khoa học Cây trà xanh có tên khoa học là Camellia sinensis, nằm trong hệ thống phân loại thực vật như sau [8] Giới: thực vật Ngành: hạt kín-Angiospermae Lớp: song tử diệp-Dicotyledonae Bộ: Theales Họ: Theaceae Chi: Camellia L: Loài: Camellia sinensis (L.2 Sự phân bố của cây trà Nguồn gốc của cây trà được được xem là ở Đông Nam Á, xung quan giao điểm của 29 ° vĩ độ bắc và 98 ° kinh độ tây [8]. Hiện nay trà được trồng trong phạm vi 45 ° vĩ độ bắc đến 34 ° vĩ độ nam [8] Trà được du nhập vào Nhật Bản từ Trung Quốc trong đầu thế kỷ VIII. Từ Nhật Bản, Việc trồng trà được mở rộng sang Indonesia trong thế kỷ XVII. Ở Sri Lanka, trà được trồng vào năm 1839 , hạt giống được lấy từ Calcutta, Ấn Độ.
Ở Liên Xô, trồng chè bắt đầu khi hạt giống được nhập khẩu từ Trung Quốc. Sau đó, từ Liên Xô, hạt giống được xuất khẩu sang Thổ Nhĩ Kỳ trong năm 1939–1940. Ở Châu Âu, trà xuất hiện đầu tiên vào năm 1740, được trồng ở Anh. Sau đó, việc trồng chè được mở rộng đến các nước châu Phi vào cuối thế kỷ XIX [8].3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ trà ở nước ta Việt Nam là nước sản xuất chè lớn thứ 7 và xuất khẩu chè lớn thứ 5 toàn cầu, với 130.000 ha diện tích trồng chè và hơn 500 cơ sở sản xuất, chế biến, công suất đạt trên 4 500.000 tấn chè khô/năm.
Nhiều vùng chè cho năng suất cao và chất lượng tốt, nổi tiếng trong nước như: Tân Cương (Thái Nguyên), Mộc Châu (Sơn La), Bảo Lộc (Lâm Đồng)…. Vùng chè thượng du (Hà Giang, Tuyên Quang, Lai Châu, Yên Bái) chiếm khoảng 25% sản lượng chè miền Bắc. Vùng chè trung du (Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Bắc Cạn, Thái Nguyên). Đây là vùng chè chủ yếu chiếm đến 75% sản lượng chè miền Bắc với nhiều nhà máy sản xuất lớn.
Vùng chè Tây Nguyên (Gia Lai, Kon Tum, Lâm Đồng, Đắc Lắc) chủ yếu trồng giống chè Ấn Độ và chè shan, chè Ô Long. Top 3 thị trường xuất khẩu chè lớn nhất của Việt Nam là: Pakistan, Đài Loan (Trung Quốc) và Nga, trong 8 tháng đầu năm 2017, kim ngạch xuất khẩu chè tới 3 thị trường này chiếm tới 51,5% tổng kim ngạch xuất khẩu chè của cả nước. Trong đó, Pakistan luôn dẫn đầu thị trường về tiêu thụ chè của Việt Nam, dù xuất khẩu chè của Việt Nam sang Pakistan luôn đạt kim ngạch cao, song vẫn chỉ chiếm một phần nhỏ trên tổng lượng chè tiêu thụ tại thị trường này và chỉ chiếm 2,2% trong tổng kim ngạch nhập khẩu chè của nước này; trong năm 2016 và 8 tháng năm 2017, xuất khẩu chè của Việt Nam sang thị trường này đang giảm cả về lượng và kim ngạch. Nguyên nhân được cho là do sản phẩm chè của Việt Nam còn nghèo nàn về chủng loại (chủ yếu là chè đen, chè xanh và chè nguyên liệu), chất lượng, mẫu mã còn chưa hấp dẫn khiến chè Việt Nam thiếu sức cạnh tranh trên thị trường Pakistan.
Mặc dù là nước xuất khẩu chè đứng thứ 5 trên thế giới, nhưng đa phần chè Việt Nam vẫn chủ yếu xuất khẩu sang các thị trường dễ tính, chưa có nhiều sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu vào thị trường có yêu cầu chất lượng cao như EU, Mỹ. Chính vì vậy đến nay, lượng chè xuất khẩu của Việt Nam chỉ chiếm tỷ trọng nhỏ so với sức tiêu thụ của thế giới.4 Thành phần hóa học Bảng 2.1: Thành phần hóa học của búp trà [4] Thành phần Hàm lượng (% chất khô) Flavonols 18-32 (-)-EGCG 9-14 (-)-EGC 4-7 (-)-ECG 2-4 (-)-EC 1-3 (+)-GC 1-2 (+)-C 0.4-1 Flavonol glucosides 3-4 Proanthocyanidins 2-3 Caffeine 3-4 Amino acids 2-4 Carbohydrates 3-5 Saponins 0.07 Hợp chất màu 0.0 Chất khoáng 2-4 Cellulose 6-8 Lignin 4-6 Polysaccharide 4-10 Lipids 2-4 2.1 Polyphenol Polyphenol chiếm khoảng 20–35% trong búp trà (1 tôm 2 lá) và 11–20% trong lá trà. Polyphenol là một nhóm các hợp chất phenolic trong đó các catechin chiếm chủ yếu.Các polyphenol trong trà chủ yếu bao gồm sáu nhóm hợp chất sau: flavanols, hydroxy-4-flavonols, anthocyanins, flavon, flavonols và axit phenolic. Trong số này, các flavonols (chủ yếu là catechin) là quan trọng nhất và chiếm 60–80% tổng lượng polyphenol.
Bốn catechin (-) -EC, (-) – ECG, (-) – EGC,(-) – EGCG chiếm khoảng 90% tổng số catechin, và (+) - C và (+) - GC chiếm khoảng 6% tổng số catechin.2 Flavonols và Flavonol Glycoside Các flavonols và flavonol glycoside chiếm hàm lượng nhỏ. Ba nhóm flavonol aglycones chính trong búp trà là kaempherol, quercetin và myricetin. Các nhóm này khác nhau về mức độ hydroxyl hóa trên vòng B, tức là các thay thế mono-, di- và trihydroxy, tương ứng. Những flavonols này xuất hiện cả ở dạng flavonol tự do và glicozit.
Nhóm glycosidic có thể là glucose, rhamnose và galactose.1: Cấu trúc hóa học của flavonols, flavones, theanine và caffeine 2.3 Flavones Flavones của trà đã được nghiên cứu bởi Ul’yanova (1963) và Sakamoto (1967, 1969, 1970), người đã tìm thấy 18 flavon trong dịch trà xanh, một số trong số đó là C- glycosyl flavon, cụ thể là vitexin, isovitexin, 3 đồng phân của C-glycosyl apigenin, saponarin, vicemin-2, theiferin A và theiferin B. Những flavon này không tan trong nước và tạo nên màu vàng trong dịch trích của trà xanh và trà đen.4 Axit phenolic Các axit phenolic chính có trong nước trà là axit gallic, axit chlorogenic và axit coumaryl quinic. Các hợp chất quan trọng nhất là axit 3-galloyl quinic (theogallin). Nó thu hút sự chú ý do mức độ tương đối cao trong búp trà và tương quan đến chất lượng trà đen.
Hàm lượng axit gallic trong dịch trà xanh dao động từ 0,4–1,6 g /kg trọng lượng 7 khô. Lượng axit gallic tự do tăng lên trong quá trình lên men do để giải phóng nó khỏi catechin gallate.5 Axit amin Khoảng 2-4% axit amin có trong nước trà. Các axit amin phong phú nhất là theanine (5-N-ethyl glutamine) rõ ràng là độc nhất đối với trà và được tìm thấy ở mức 50% phần axit amin tự do. Hàm lượng theanine trong trà trung bình là 1,37% trong 100 g mẫu trà.
Theanine có hai đồng phân đối quang: L- và D-theanine. Mức độ tương đối trung bình của D-theanine là khoảng 1,85% tổng số theanine. Tỷ lệ tương đối của D- theanine trong trà đã tăng lên đáng kể dưới mức cao điều kiện nhiệt độ của kho bảo quản. Do đó, người ta cho rằng các tỷ lệ đối quang of theanine có thể hữu ích như một chỉ báo để lưu trữ lâu dài hoặc có thể để vận chuyển và xử lý chè và có thể là một công cụ hữu ích trong việc phân loại chè.
Các tiền chất trong quá trình sinh tổng hợp theanine trong cây chè được xác định là axit glutamic và etylamin. Người ta đã chứng minh rằng theanine có vai trò bảo vệ các enzym khỏi sự bất hoạt bởi các sản phẩm polyphenolic. Học cũng đã cho thấy tác dụng giảm huyết áp, hoạt động dẫn truyền thần kinh trong não cũng như giảm mức 5-hydroxyindoles ở chuột tăng huyết áp ở mức cao liều (1500–2000 mg / kg). 26 axit amin khác thường liên kết với protein đã được báo cáo trong trà xả.
Có axit glutamic, arginine, glutamine, axit aspartic, glycine, serine, asparagin, lysine, threonine, histidine, α-alanin, ß-alanin, tyrosine, proline, hydroxyproline, valine, S- metylmethionine, tryptophan, leucine, isoleucine, phenylalanin, γ-glutanyl metylamit, axit γ-aminobutylic, γ-N-etylasparagine, axit cysteic và axit pipet.6 Chlorophyll, Carotenoid và các sắc tố khác Các sắc tố chính có trong nước chè tươi là chlorophyll và carotenoid. Các lượng chlorophyll trong lá trà được báo cáo là khoảng 0,2–0,6% hàm lượng chất khô. Tỷ lệ diệp lục A so với diệp lục B là khoảng 2: 1.