Nghiên Cứu Ứng Dụng Sóng Siêu Âm Cải Thiện Trích Ly Polyphenol Từ Phụ Phẩm Trà Oolong

Chuyên khảo ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly polyphenol từ trà oolong phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực

• Tác giả: Hồ Thị Ngọc Trâm
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Phước Hiền
• Trường học: Đại học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Sóng Siêu Âm Trong Trích Ly Polyphenol Từ Trà Oolong
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRÀ
• 1.1. Sinh thái học của trà
• 1.2. Nguồn gốc cây trà
• 1.3. Hợp chất polyphenol trong trà
• 1.4. Tác dụng dược lý của polyphenol
• 1.5. Giới thiệu về trà oolong
• 1.6. Quy trình chế biến trà oolong
• 1.7. Biến đổi sinh học của hợp chất nhóm catechin của lá trà trong quá trình chế biến trà oolong
• 1.8. Phương pháp trích ly
• 1.9. Các phương pháp trích ly hiện đại
• 1.10. Phương pháp trích ly có hỗ trợ của sóng siêu âm
• 1.11. Giới thiệu sóng siêu âm
• 1.12. Kỹ thuật trích ly có hỗ trợ của sóng siêu âm
• 1.13. Tình hình nghiên cứu trà trong và ngoài nước
• 1.14. Một số nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.15. Một số nghiên cứu trong nước
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thời gian và địa điểm
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Vật liệu nghiên cứu
• 2.4. Dụng cụ, thiết bị, hóa chất
• 2.5. Các bước tiến hành thí nghiệm
• 2.6. Phương pháp thí nghiệm
• 2.7. Khảo sát quá trình trích ly polyphenol từ phụ phẩm trà oolong sử dụng dung môi kết hợp với sóng siêu âm
• 2.8. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến hàm lượng polyphenol trích ly
• 2.9. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu : dung môi đến hàm lượng polyphenol trích ly
• 2.10. Thí nghiệm xác định thông số tối ưu trong quá trình trích ly polyphenol từ trà oolong vụn có hỗ trợ của sóng siêu âm
• 2.11. Ảnh hưởng tác dụng của siêu âm đến hiệu suất trích ly polyphenol tổng từ trà
• 2.12. Đánh giá chất lượng dịch chiết trà thu được
• 2.13. Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết bằng phương pháp DPPH (1,1-Diphenyl-2-picryhydrazine)
• 2.14. Tính chất hóa sinh
• 2.15. Đánh giá cảm quan
• 2.16. So sánh các phương pháp trích ly
• 2.17. Phương pháp phân tích
• 2.18. Xác định hàm lượng polyphenol tổng
• 2.19. Xác định hoạt tính kháng oxy hóa của polyphenol
• 2.20. Xác định hàm lượng chất EGCG và caffeine bằng phương pháp HPLC
• 2.21. Thiết kế và xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả khảo sát quá trình trích ly polyphenol từ phụ phẩm trà oolong sử dụng dung môi kết hợp với sóng siêu âm
• 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến hàm lượng polyphenol trích ly
• 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu : dung môi đến hàm lượng polyphenol trích ly
• 3.4. Xác định thông số tối ưu trong quá trình trích ly polyphenol từ trà oolong vụn có hỗ trợ của sóng siêu âm
• 3.5. Đánh giá ảnh hưởng của siêu âm đến hàm lượng polyphenol tổng trích ly
• 3.6. Đánh giá chất lượng dịch chiết trà thu được
• 3.7. Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết trà oolong phụ phẩm
• 3.8. Đánh giá hàm lượng polyphenol tổng trong dịch chiết từ trà và chế phẩm
• 3.9. Đánh giá cảm quan
• 3.10. Đánh giá hàm lượng polyphenol tổng trong dịch chiết với các phương pháp trích ly khác nhau
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• Tài liệu tham khảo
• Phụ lục

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly polyphenol

Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly polyphenol từ trà Oolong đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Phương pháp này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất trích ly mà còn bảo toàn các hợp chất có giá trị trong trà. Polyphenol là nhóm hợp chất quan trọng, có tác dụng chống oxy hóa và mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Việc tối ưu hóa quy trình trích ly bằng sóng siêu âm có thể mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp thực phẩm.

1.1. Khái niệm về sóng siêu âm và ứng dụng trong thực phẩm

Sóng siêu âm là sóng âm có tần số cao hơn 20 kHz, được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm. Phương pháp này giúp tăng cường quá trình trích ly bằng cách tạo ra các bọt khí nhỏ, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa dung môi và nguyên liệu.

1.2. Tầm quan trọng của polyphenol trong trà Oolong

Polyphenol trong trà Oolong chiếm tỷ lệ lớn và có nhiều tác dụng sinh học. Chúng không chỉ tạo hương vị mà còn có khả năng kháng oxy hóa, giúp ngăn ngừa nhiều bệnh lý. Việc trích ly hiệu quả polyphenol từ trà Oolong là rất cần thiết.

II. Vấn đề và thách thức trong quá trình trích ly polyphenol

Mặc dù có nhiều phương pháp trích ly, nhưng việc tối ưu hóa quy trình vẫn gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như tỉ lệ nguyên liệu, nồng độ dung môi và thời gian trích ly đều ảnh hưởng đến hiệu suất. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng sóng siêu âm có thể cải thiện đáng kể hiệu suất trích ly, nhưng vẫn cần nghiên cứu thêm để xác định điều kiện tối ưu.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly

Các yếu tố như tỉ lệ nguyên liệu:dung môi, nồng độ dung môi và thời gian trích ly đều có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng polyphenol thu được. Việc nghiên cứu và tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng.

2.2. Thách thức trong việc áp dụng sóng siêu âm

Mặc dù sóng siêu âm mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc áp dụng trong quy mô công nghiệp vẫn gặp khó khăn. Cần có thêm nghiên cứu để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này.

III. Phương pháp trích ly polyphenol bằng sóng siêu âm

Phương pháp trích ly polyphenol bằng sóng siêu âm được thực hiện thông qua việc sử dụng dung môi kết hợp với sóng siêu âm. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tần số 40 kHz và công suất 250W là điều kiện tối ưu để đạt được hiệu suất trích ly cao nhất. Việc tối ưu hóa các yếu tố như nhiệt độ, thời gian và nồng độ dung môi là rất cần thiết.

3.1. Quy trình thực hiện trích ly polyphenol

Quy trình trích ly bao gồm các bước chuẩn bị nguyên liệu, lựa chọn dung môi và thiết lập các điều kiện siêu âm. Việc thực hiện đúng quy trình sẽ giúp tối ưu hóa hàm lượng polyphenol thu được.

3.2. Tối ưu hóa điều kiện trích ly

Nghiên cứu đã sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng để tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly. Kết quả cho thấy rằng nhiệt độ 55°C, thời gian 45 phút và nồng độ ethanol 45% là điều kiện tối ưu.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp trích ly bằng sóng siêu âm cho hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Hàm lượng polyphenol thu được từ trà Oolong phụ phẩm đạt 13,27% chất khô, cao hơn 10,24% so với phương pháp truyền thống. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm từ trà Oolong có giá trị dinh dưỡng cao.

4.1. Đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa

Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch chiết polyphenol từ trà Oolong được đánh giá bằng phương pháp DPPH. Kết quả cho thấy dịch chiết có hoạt tính kháng oxy hóa cao, góp phần nâng cao giá trị sản phẩm.

4.2. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Các sản phẩm từ dịch chiết polyphenol có thể được sử dụng trong ngành thực phẩm như nước giải khát, bánh kẹo. Việc tận dụng phụ phẩm trà Oolong không chỉ giảm chi phí mà còn nâng cao giá trị dinh dưỡng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly polyphenol từ trà Oolong đã chứng minh được hiệu quả và tiềm năng. Việc tối ưu hóa quy trình trích ly không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn bảo toàn các hợp chất có giá trị. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để mở rộng ứng dụng của phương pháp này trong ngành thực phẩm.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc mở rộng quy mô và ứng dụng thực tiễn của phương pháp trích ly bằng sóng siêu âm. Điều này sẽ giúp nâng cao giá trị của trà Oolong và các sản phẩm từ trà.

5.2. Hướng đi mới cho ngành trà Việt Nam

Việc áp dụng công nghệ mới trong trích ly polyphenol sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành trà Việt Nam. Cần có sự hỗ trợ từ các cơ quan chức năng và doanh nghiệp để hiện thực hóa tiềm năng này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trà oolong là một loại trà lên men một nửa, có giá trị kinh tế cao và được ưa chuộng trên thị trường quốc tế. Tuy nhiên, phụ phẩm từ quá trình sản xuất trà oolong như vụn trà và cám trà thường bị bỏ phí hoặc sử dụng chưa hiệu quả. Polyphenol là nhóm hợp chất chính trong trà, chiếm khoảng 25-30% khối lượng chất rắn chiết xuất, có tác dụng kháng oxy hóa và nhiều lợi ích sức khỏe. Việc tận dụng phụ phẩm trà oolong để chiết xuất polyphenol không chỉ giúp nâng cao giá trị kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ tháng 01 đến tháng 10 năm 2014, nhằm ứng dụng sóng siêu âm để cải thiện hiệu quả quá trình trích ly polyphenol từ phụ phẩm trà oolong. Mục tiêu chính là xác định các điều kiện tối ưu như nhiệt độ, thời gian, nồng độ dung môi ethanol và tỉ lệ nguyên liệu/dung môi để đạt hiệu suất trích ly cao nhất. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ chiết xuất polyphenol, đồng thời tạo tiền đề cho việc chế biến các sản phẩm thực phẩm chức năng và nước giải khát từ dịch chiết trà oolong.

Theo ước tính, hàm lượng polyphenol tổng thu được từ phụ phẩm trà oolong bằng phương pháp có hỗ trợ sóng siêu âm đạt khoảng 13,27% chất khô, cao hơn 10,24% so với phương pháp trích ly truyền thống. Nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu, giảm chi phí sản xuất và mở rộng ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết về polyphenol trong trà: Polyphenol là nhóm hợp chất có hoạt tính sinh học cao, bao gồm catechin, epicatechin, epigallocatechin gallate (EGCG) và các dẫn xuất khác. Chúng đóng vai trò quan trọng trong chất lượng cảm quan và tác dụng dược lý của trà, đặc biệt là khả năng kháng oxy hóa.

• Mô hình trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm (Ultrasound Assisted Extraction - UAE): Sóng siêu âm tạo ra hiện tượng xâm thực khí trong dung môi, phá vỡ cấu trúc tế bào nguyên liệu, tăng cường sự khuếch tán và giải phóng các hợp chất polyphenol vào dung môi. Phương pháp này giúp giảm thời gian, lượng dung môi sử dụng và tăng hiệu suất trích ly so với phương pháp truyền thống.

• Phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM): Sử dụng thiết kế Box-Behnken để tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly như nhiệt độ, thời gian và nồng độ ethanol, nhằm xác định điều kiện tối ưu cho hiệu suất trích ly polyphenol.

Các khái niệm chính bao gồm: polyphenol tổng, hoạt tính kháng oxy hóa (đánh giá bằng phương pháp DPPH và giá trị IC50), tỉ lệ nguyên liệu/dung môi, nồng độ dung môi ethanol, và kích thước mẫu nguyên liệu.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu nghiên cứu là phụ phẩm trà oolong (vụn trà, cám trà) được thu thập từ Công ty Cổ phần Chế biến Hàng xuất khẩu Cầu Tre, Lâm Đồng. Mẫu được bảo quản ở nhiệt độ 4°C, không ánh sáng.

• Thiết bị và hóa chất: Bể siêu âm WUC-D10H (40 kHz, 250W), máy đo quang phổ UV-Vis, máy cô quay chân không, các hóa chất ethanol (≥99,7%), Folin-Ciocalteu, acid gallic, DPPH, vitamin C làm đối chứng.

• Phương pháp phân tích: Hàm lượng polyphenol tổng được xác định bằng phương pháp Folin-Ciocalteu, hoạt tính kháng oxy hóa đánh giá qua phương pháp quét gốc tự do DPPH với giá trị IC50. Các mẫu được phân tích bằng HPLC để xác định hàm lượng EGCG và caffeine.

• Thiết kế thí nghiệm:

  • Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ethanol (0-99,7% v/v) và tỉ lệ nguyên liệu/dung môi (1:15 đến 1:40 g/ml) đến hàm lượng polyphenol.
  • Tối ưu hóa ba yếu tố nhiệt độ (40-60°C), thời gian (30-50 phút), nồng độ ethanol (khoảng 40-50% v/v) bằng phương pháp bề mặt đáp ứng với thiết kế Box-Behnken, mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần.
  • So sánh hiệu quả trích ly giữa phương pháp có hỗ trợ sóng siêu âm, phương pháp trích ly truyền thống, trích ly có hỗ trợ vi sóng và ngâm trích.

• Timeline nghiên cứu: Thí nghiệm được tiến hành từ tháng 01 đến tháng 10 năm 2014, bao gồm giai đoạn khảo sát, tối ưu hóa và đánh giá chất lượng dịch chiết.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của nồng độ dung môi ethanol: Hàm lượng polyphenol tổng tăng khi nồng độ ethanol tăng từ 0% đến 45% v/v, đạt giá trị tối ưu khoảng 13,27% chất khô ở 45% ethanol. Khi nồng độ ethanol vượt quá mức này, hàm lượng polyphenol giảm nhẹ do sự hòa tan kém của polyphenol trong dung môi quá đặc hoặc quá loãng.

2. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi: Tỉ lệ 1:25 (g/ml) được xác định là tối ưu, cho hiệu suất trích ly polyphenol cao nhất. Tỉ lệ thấp hơn làm giảm hiệu quả do dung môi không đủ để hòa tan polyphenol, tỉ lệ cao hơn làm loãng dịch chiết, gây khó khăn trong xử lý tiếp theo.

3. Tối ưu hóa quá trình trích ly bằng bề mặt đáp ứng: Điều kiện tối ưu gồm nhiệt độ 55°C, thời gian 45 phút, nồng độ ethanol 45% v/v, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi 1:25, kích thước mẫu trà <1 mm, sử dụng sóng siêu âm tần số 40 kHz, công suất 250W. Dưới điều kiện này, hàm lượng polyphenol tổng đạt 13,27%, cao hơn 10,24% so với phương pháp trích ly truyền thống (11,95%).

4. Hoạt tính kháng oxy hóa: Dịch chiết polyphenol từ vụn trà oolong có giá trị IC50 là 15,69 µg/ml, so với IC50 của vitamin C là 16,47 µg/ml, cho thấy hoạt tính kháng oxy hóa mạnh tương đương hoặc vượt trội so với vitamin C. Dịch chiết từ trà sau diệt men và trà oolong thành phẩm có IC50 lần lượt là 19,07 và 12,02 µg/ml.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả trích ly polyphenol tăng rõ rệt khi sử dụng sóng siêu âm do cơ chế xâm thực khí làm phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng diện tích tiếp xúc giữa dung môi và nguyên liệu, thúc đẩy quá trình khuếch tán. Nồng độ ethanol 45% v/v là mức cân bằng tốt giữa khả năng hòa tan polyphenol và tính an toàn của dung môi. Thời gian và nhiệt độ trích ly được tối ưu nhằm tránh sự phân hủy polyphenol do nhiệt độ cao hoặc thời gian quá dài.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với xu hướng ứng dụng sóng siêu âm trong chiết xuất polyphenol từ nguyên liệu thực vật, đồng thời vượt trội hơn so với phương pháp truyền thống và có hỗ trợ vi sóng về hiệu suất và thời gian trích ly. Biểu đồ bề mặt đáp ứng minh họa rõ sự tương tác giữa các yếu tố nhiệt độ, thời gian và nồng độ ethanol, giúp xác định vùng tối ưu cho quá trình trích ly.

Hoạt tính kháng oxy hóa cao của dịch chiết polyphenol từ phụ phẩm trà oolong chứng tỏ tiềm năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm. Việc tận dụng phụ phẩm không chỉ giảm lãng phí nguyên liệu mà còn tạo ra giá trị gia tăng cho ngành công nghiệp trà.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm trong công nghiệp: Khuyến khích các doanh nghiệp chế biến trà oolong sử dụng công nghệ sóng siêu âm với điều kiện tối ưu (55°C, 45 phút, ethanol 45%, tỉ lệ 1:25) để nâng cao hiệu suất chiết xuất polyphenol, giảm chi phí và thời gian sản xuất.

2. Phát triển sản phẩm từ dịch chiết polyphenol: Đề xuất nghiên cứu và sản xuất các chế phẩm thực phẩm chức năng, nước giải khát, bánh kẹo từ dịch chiết polyphenol phụ phẩm trà oolong nhằm đa dạng hóa sản phẩm, mở rộng thị trường tiêu thụ.

3. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho cán bộ kỹ thuật và công nhân trong ngành chế biến trà về ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly polyphenol, đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn.

4. Nghiên cứu mở rộng về nguyên liệu và quy mô sản xuất: Khuyến khích các nghiên cứu tiếp theo mở rộng ứng dụng công nghệ cho các loại trà khác và quy mô sản xuất lớn hơn, đồng thời đánh giá tác động kinh tế và môi trường của công nghệ mới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp thực nghiệm chi tiết về trích ly polyphenol bằng sóng siêu âm, hỗ trợ phát triển đề tài liên quan.

2. Doanh nghiệp chế biến trà và thực phẩm chức năng: Tham khảo để áp dụng công nghệ trích ly hiệu quả, nâng cao giá trị sản phẩm và tận dụng phụ phẩm trà.

3. Cơ quan quản lý và phát triển ngành nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ chế biến trà bền vững và thân thiện môi trường.

4. Các nhà sản xuất thiết bị công nghệ thực phẩm: Tham khảo để phát triển và cải tiến thiết bị sóng siêu âm phù hợp với quy mô và yêu cầu của ngành trà.

Câu hỏi thường gặp

1. Sóng siêu âm giúp cải thiện quá trình trích ly polyphenol như thế nào?
   Sóng siêu âm tạo ra hiện tượng xâm thực khí, phá vỡ cấu trúc tế bào nguyên liệu, tăng diện tích tiếp xúc và thúc đẩy sự khuếch tán polyphenol vào dung môi, giúp tăng hiệu suất trích ly và rút ngắn thời gian.

2. Tại sao nồng độ ethanol 45% được chọn làm dung môi tối ưu?
   Ở nồng độ này, ethanol có khả năng hòa tan polyphenol tốt nhất, đồng thời giảm độc tính và chi phí so với các dung môi hữu cơ khác, phù hợp cho ứng dụng thực phẩm.

3. Kích thước mẫu nguyên liệu ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả trích ly?
   Kích thước mẫu nhỏ (<1 mm) tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, giúp dung môi thẩm thấu tốt hơn và tăng hiệu quả trích ly. Tuy nhiên, quá nhỏ có thể gây tắc nghẽn trong quá trình xử lý.

4. Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch chiết polyphenol so với vitamin C ra sao?
   Dịch chiết polyphenol từ phụ phẩm trà oolong có giá trị IC50 khoảng 15,69 µg/ml, tương đương hoặc tốt hơn so với vitamin C (IC50 = 16,47 µg/ml), chứng tỏ khả năng kháng oxy hóa mạnh.

5. Phương pháp trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm có thể áp dụng quy mô công nghiệp không?
   Có thể áp dụng, tuy nhiên cần thiết kế thiết bị phù hợp với quy mô lớn, đảm bảo kiểm soát các yếu tố như nhiệt độ, công suất và thời gian để đạt hiệu quả tối ưu.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định được điều kiện tối ưu trích ly polyphenol từ phụ phẩm trà oolong bằng phương pháp có hỗ trợ sóng siêu âm: nhiệt độ 55°C, thời gian 45 phút, ethanol 45% v/v, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi 1:25, kích thước mẫu <1 mm.

• Hiệu suất trích ly polyphenol đạt 13,27% chất khô, cao hơn 10,24% so với phương pháp truyền thống, đồng thời dịch chiết có hoạt tính kháng oxy hóa mạnh tương đương vitamin C.

• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị kinh tế của phụ phẩm trà oolong, mở rộng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng và các sản phẩm từ trà.

• Đề xuất áp dụng công nghệ sóng siêu âm trong công nghiệp, phát triển sản phẩm mới và đào tạo chuyển giao kỹ thuật cho ngành chế biến trà.

• Các bước tiếp theo bao gồm nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất, đánh giá kinh tế kỹ thuật và phát triển sản phẩm thương mại từ dịch chiết polyphenol. Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu được khuyến khích hợp tác để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan về trà 1. Sinh thái học của trà Trà có phân loại thực vật thuộc ngành hạt kín Angiospermae, lớp song tử diệp Dicotyledonae, bộ trà Theales, họ Theaceae, chi Camellia (Thea), loài Camellia (Thea) sinensis (Khotrolava, 1985). Trà là cây lâu năm, có chu kì sống rất lâu, có thể đạt 60 – 100 năm hoặc lâu hơn.

Tuổi thọ kinh tế đối với một cây trà thương mại khoảng 50 – 65 năm tùy điều kiện môi trường và phương pháp trồng trọt. Trà cho năng suất cao vào mùa mưa từ tháng 5 – 11. Trà nguyên liệu sử dụng trong công nghiệp chế biến chủ yếu là một tôm và 2 – 3 lá non (Đỗ Ngọc Quỹ, 2003). Nguồn gốc cây trà Năm 1753, Carl Von Lenne, một nhà thực vật học người Thụy Điển đã nghiên cứu thu thập, phân loại các mẫu trà Trung Quốc, và lần đầu tiên đã đặt tên khoa học cây trà là Thea sinensis, phân thành hai giống trà: Thea bohea (trà đen) và Thea viridis (trà xanh), như vậy đã xác nhận Trung Quốc là nơi ra đời của cây trà (Yukihiko, 2001).

Đào Thừa Trân (Trung Quốc) đưa ra thuyết chiết trung được nhiều học giả thế giới công nhận. Theo thuyết này, cái nôi tự nhiên cây trà là khu vực gió mùa Đông Nam Á, vì ở Lào, Myanma, Trung Quốc và bắc Việt Nam đều có 4 những cây trà hoang dại. Các điều kiện về đất đai, khí hậu, lượng mưa của cả khu vực này đều rất phù hợp với sự sinh trưởng của cây trà, hợp thành một vườn trà nguyên thủy. Hơn nữa các cây trà mọc hoang dại tìm thấy rất nhiều học hai bờ các con sông lớn: Kim Sa Giang, Phú Long Giang, Salouen, Irravadi, Mê Kong, Bramapoutro.

Các con sông này đều bắt nguồn từ dãy núi ở cao nguyên Tây Tạng. Cây trà di thực về phía đông qua tỉnh Tứ Xuyên (Trung Quốc), bị ảnh hưởng của khí hậu, nên biến thành giống trà lá nhỏ, di thực về phía nam và tây nam Ấn Độ, Myanma, Việt Nam biến thành giống lá to (Đỗ Ngọc Quỹ, 2008).Werkhoven, Hà Lan) chuyên viên của tổ chức Lương thực thế giới FAO, đã tổng kết trong cuốn Công nghệ trà (Tập san Nông nghiệp 26, Rooma, 1974): “Cây trà được Line xếp loại và đặt tên là Thea sinensis (L.) có nguồn gốc ở vùng Đông Nam Trung Quốc gần nguồn sông Irrawadi (Myanma)” (Đỗ Ngọc Quỹ, 2008). Hiện nay trà được phân bố khá rộng trong những điều kiện tự nhiên rất khác nhau, từ 30o vĩ nam đến 45o vĩ bắc, là những nơi có điều kiện tự nhiên khí hậu khác xa vùng nguyên sản. Những thành tựu khoa học của các nhà chọn giống Liên Xô (cũ), Trung Quốc, Nhật Bản, Đài Loan.đã tạo ra rất nhiều giống trà mới có khả năng thích ứng với các điều kiện khí hậu khác nhau, tạo nhiều triển vọng cho nghề trồng trà trên thế giới.

Hợp chất polyphenol trong trà Phenol là những hợp chất thơm có nhóm hydroxyl đính trực tiếp với nhân benzen. Khi trong phân tử có nhiều nhóm hydroxyl đính trực tiếp với nhân benzen thì được gọi là polyhydroxylphenol (monomer), nhiều monomer gắn với nhau gọi là polyphenol (Phan Phước Hiền, 2010). Thành phần hóa học cơ bản trong lá trà tươi Thành phần % khối lượng chất khô Polyphenol 25 – 30 Flavonols và flavonol glucosides 3–4 Polyphenolic acids và depsides 3–4 Leuco anthocyanins 2–3 Chlorophylls và các chất màu khác 0,5 – 0,6 Khoáng 5–6 Caffeine 3–4 Theobromine 0,2 Theophylline 0,5 Amino acid 4–5 Acid hữu cơ 0,5 – 0,6 Monosaccharide 4–5 Polysaccharide 14 – 22 Cellulose và hemicellulose 4–7 Pectin 5–6 Lignin 5–6 Protein 14 – 17 Lipid 3–5 Các hợp chất bay hơi 0,01 – 0,02 (Harbowy và Balentine, 1997) Polyphenol là thành phần hóa học chủ yếu chiếm khoảng 30% khối lượng chất khô trong cây trà (Harbowy và Balentine, 1997; Vũ Thy Thư và ctv, 2010). Polyphenol hòa tan mạnh trong các dung môi phân cực như nước, methanol, ethanol, acetone và ether.

Một số các polyphenol liên kết với glucid tạo thành các glucoside dễ tan trong nước. Polyphenol có chứa gốc pyrocatechin hoặc pyrogallic 6 nên chúng có thể tham gia phản ứng oxy hóa – khử, phản ứng cộng và phản ứng ngưng tụ (Vũ Thy Thư và ctv, 2010). Các hợp chất polyphenol trong lá trà chủ yếu là catechin (C, EC, EGCG, EGC, ECG…). Ngoài ra trong thành phần polyphenol của trà còn có một số chất khác với tỉ lệ thấp như các flavonol (quercetin, kaempferol, rutin…), các dẫn xuất glucoside như myricetin-3-glucoside, kaempferol-3-glucoside, myricetin-3– rhamnoglucoside, quercetin-3-rhamnoglucoside, kaempferol-3- rhamnodiglucoside…, các leucoanthocyanin, các hợp chất polyflavonoid như theaflavin (theaflavin-3-gallate, theaflavin-3’-gallate, theaflavin-3,3’-digallate.

Chúng đều là những cấu tử có vai trò quyết định đối với chất lượng cảm quan và dược lý của trà. Hàm lượng polyphenol trong đọt trà giảm dần từ búp đến cuộng. Hàm lượng polyphenol trong cây trà thay đổi theo mùa trong năm, thay đổi theo vùng sinh thái và chế độ chăm bón. Tannin là một hợp chất polyphenol, dễ bị oxy hóa dưới tác dụng của chất xúc tác, enzyme và oxy.

Sản phẩm của sự oxy hóa này quyết định màu sắc, hương vị của trà. Đặc tính của tannin có vị chát. Tannin được chia thành 2 nhóm là tannin dễ bị thủy phân (tannin pyrogallic) và tannin không bị thủy phân (tannin catechin). Trong trà chiếm chủ yếu là tannin catechin, là hỗn hợp polymer của catechin và leucoanthocyanidin (Vũ Thi Thư và ctv, 2010).

Chất tannin trong trà càng nhiều thì phẩm chất trà càng cao. Tuy nhiên còn tùy thuộc vào lượng tannin có thể hoà tan trong oxydiethyl. Còn lượng tannin nhiều nhưng ở trạng thái kết hợp thì phẩm chất kém hơn. Lượng tannin trong trà nhiều hay ít phụ thuộc vào độ tuổi, thời kỳ hái, giống trà, điều kiện ngoại cảnh, phương pháp chế biến (Vũ Thy Thư và ctv, 2010).

7 Lượng tannin phân bố không đồng đều trên cùng một búp trà, tập trung nhiều nhất ở tôm (39,9%), rồi đến lá non (lá một 36,8%; lá hai 36,1%; lá ba 29,25%; cọng già 25%, lá bánh tẻ, lá già…). Hàm lượng tannin tăng dần từ đầu vụ (tháng 3, 4) đạt cực đại vào giữa tháng 7 rồi giảm dần vào mùa thu (Đỗ Ngọc Quỹ, 2008). Catechin: Các catechin là thành phần chính của chất tannin trong trà, chiếm tỉ lệ cao trong nhóm polyphenol (trên 70% tổng lượng polyphenol của lá trà). Catechin gây nên vị đắng và chát nhẹ cho trà.

Catechin là tác nhân chính tạo màu cho nước trà khi đã qua chế biến. Các catechin bị oxy hóa bởi enzyme polyphenol oxidase, đầu tiên sẽ hình thành hợp chất gọi là orthoquinones, các orthoquinone không bền sẽ chuyển hóa thành theaflavin (TF), các TF này khi phản ứng ngưng tụ tạo thành thearubigin (TR). Catechin của trà thuộc họ flavonoid, nhóm flavan-3-ol, phân tử có 15 carbon bao gồm hai vòng 6 carbon A và B được nối bởi 3 đơn vị carbon ở vị trí 2, 3, 4, hình thành một dị vòng C chứa một nguyên tử oxy. Cấu trúc của catechin có chứa hai carbon bất đối ở vị trí 2 và 3, không chứa nối đôi ở vị trí 2,3 và nhóm 4-oxo.

Cấu tạo khung cơ bản của hợp chất catechin và cách đánh số carbon (Ngô Văn Thu, 1998). Các catechin được chia thành 2 nhóm: nhóm catechin tự do gồm C, GC, EC, EGC (vị trí carbon số 3 có chứa nhóm thế hydroxyl) và nhóm đã bị ester hóa hay nhóm galloylcatechin: ECG, EGCG (nhóm hydroxyl ở vị trí carbon số 3 được thay bằng một nhóm gallate). 8 Các catechin đều dễ tan trong nước nóng, rượu, acetone, ethyl acetate tạo dung dịch không màu, không tan trong các dung môi không phân cực hoặc ít phân cực như benzene hoặc chloroform. Bằng phương pháp sắc ký trên cột và trên giấy, từ chế phẩm tannin trà, Curxanov đã tách được 8 catechin chiếm 98,3% tổng lượng tannin của búp trà.

Thành phần hoá học của tannin từ búp trà Tên Hàm lượng (% chế phẩm) Catechin (C) 0,4 Epicatechin (EC) 1,3 Gallocatechin (GC) 2,0 Epigallocatechin (EGC) 12,0 Epicatechin gallate (ECG) 18,1 Epigallocatechin gallate (EGCG) 58,1 Gallocatechin gallate (GCG) 1,4 Acid gallic và sắc tố - 5,0 (Khotrolava, 1985) Các "epi" có cấu trúc giống như các catechin, nhưng khác nhau về sự định hướng trong không gian, dẫn đến tính chất hóa học sẽ khác nhau. 9 (+) – Catechin C15H14O6, (-) – Epicatechin C15H14O6 (- )- Epicatechin gallate, C22H14O10 (+) - Gallocatechin, C15H14O7 (-) – Epigallocatechin, C15H14O7 (-) - Epigallocatechin gallate, C22H18O11 Hình 1. Công thức cấu tạo của các hợp chất catechin chính trong trà (Wright, 2005). Tác dụng dược lý của polyphenol Polyphenol là một nhóm chức tự nhiên quan trọng, có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như là chất vận chuyển điện tử trong quá trình hô hấp, là chất điều khiển, chất đặc trưng cho trà về màu sắc, mùi vị.

Polyphenol đóng vai trò như những kháng thể chống lại tác nhân gây bệnh. Nhiều polyphenol có hoạt tính của vitamin P (catechin trong trà) có tác dụng làm bền thành mạch, hạn chế hiện tượng chảy máu dưới da. Polyphenol còn là chất chống oxy hóa, chúng tiếp nhận gốc tự do sinh ra trong quá trình bệnh lý, kìm hãm sự phát triển của các khối u, chống phóng xạ và một số bệnh ung thư. Các gốc tự do dư thừa là nguồn gốc phát sinh các bệnh nguy hiểm nên các nghiên cứu đều hướng tới việc khảo sát khả năng kháng oxy hóa, quét gốc tự do trong quá trình tìm kiếm các hợp chất trong thiên nhiên có khả năng ngăn chặn hoặc chữa bệnh.

Vai trò của EGCG trong trà chống lại hoạt động oxy hóa gây tổn thương chuỗi DNA, nghĩa là chống lại những đột biến gen và ức chế sự phát triển các bướu do gốc tự do gây ra (Dương Thanh Liêm và ctv, 2010). Giới thiệu về trà oolong Trà oolong có nguồn gốc từ vùng núi Long Tĩnh thuộc tỉnh Phúc Kiến, Trung Quốc, sau đó được du nhập và phát triển cực thịnh ở Đài Loan rồi trở nên nổi tiếng trên khắp thế giới. Giống trà cao cấp này chỉ phù hợp với vùng cao nguyên có khí hậu ôn đới và đòi hỏi một quy trình công nghệ sạch từ khâu chăm sóc đến chế biến. Oolong thuộc loại trà lên men một nửa.

Trà oolong trước kia vốn chỉ sản xuất ở Trung Quốc tại ba tỉnh Phúc Kiến, Đài Loan, Quảng Đông. Phân thành 4 loại: trà núi đá Vũ Di (Bắc Phúc Kiến), trà Thiết quan âm An Khê (Nam Phúc Kiến), trà oolong Đài Loan và Pao Chủng (Đỗ Ngọc Quỹ, 2003). 11 Sau 1986 vào thời kỳ kinh tế mở cửa ở Việt Nam, nhiều Công ty trà Đài Loan như Kinh Lộ, Vĩnh Húc, Hai Yin…đã vào miền Nam và miền Bắc để sản xuất trà oolong tại Lâm Đồng, Hà Tây và Mộc Châu … Một số công ty trà của Việt Nam như Cầu tre, Tâm Châu ở Lâm Đồng, Thái Bình ở Lạng sơn… cũng đều sản xuất trà oolong. Trà được trồng trên đất có lẫn chút ít đá là tốt nhất, đất đá sạn thứ 2, đất sét vàng cho trà thuộc loại hạ phẩm.