TỔNG QUAN
Đại cương về cây chè ( hay cây trà )
Hình 1.1: hình ảnh cây chè ( hay cây trà )
Cây Trà, hay còn gọi là cây Chè, có tên khoa học là Camellia sinensis, là loài cây có lá và chồi được dùng để sản xuất trà, không nên nhầm lẫn với cây hoa trà Tên gọi "sinensis" trong tiếng Latinh có nghĩa là "Trung Quốc", và các danh pháp khoa học cũ của nó bao gồm Thea bohea và Thea viridis.
Trà xanh, có nguồn gốc từ Trung Quốc, đã trở thành một thức uống phổ biến trong nhiều nền văn hóa châu Á và ngày càng được ưa chuộng tại phương Tây, nơi thường tiêu thụ trà đen Nó không chỉ là một loại đồ uống mà còn được sử dụng để chiết xuất cho các sản phẩm thực phẩm chức năng, bổ sung dinh dưỡng và mỹ phẩm Nhiều giống trà xanh đã được phát triển ở các quốc gia trồng chè, với sự khác biệt rõ rệt do điều kiện trồng, quá trình chế biến và thời gian thu hoạch.
- Tên thông thường: cây trà xanh, cây chè xanh, cây chè tươi
- Tên khoa học: Camellia sinensis
Bảng 1.1.1 Bảng phân loại khoa học
Chi Trà (Camellia) là một chi thực vật thuộc họ Chè (Theaceae), bao gồm các cây bụi hoặc cây thân gỗ nhỏ thường xanh, cao từ 2 đến 20 mét Lá của chi Trà sắp xếp theo kiểu so le, là lá đơn, dày, có mép lá khía và thường bóng láng, dài từ 3 đến 17 cm Hoa của chi này lớn và dễ nhận biết, có đường kính từ 1 đến 12 cm với 5 đến 9 cánh hoa, màu sắc đa dạng từ trắng, hồng, đỏ đến vàng ở một số loài Quả của chi Trà là loại quả nang khô được chia thành nhiều phần.
5 ngăn, mỗi ngăn chứa 1–8 hạt
Bộ Thạch nam (hay bộ Đỗ quyên, danh pháp khoa học: Ericales) là một bộ thực vật hai lá mầm lớn và đa dạng, bao gồm nhiều loại cây như cây thân gỗ, cây bụi, dây leo và cây thân thảo Trong khi một số tài liệu thực vật học gọi bộ này theo tên chi Đỗ quyên (Rhododendron) thuộc họ Ericaceae, Wikipedia lại chọn tên chi Thạch nam (Erica) cũng thuộc họ này Bộ Ericales chứa hơn 8.000 loài thực vật, trong đó họ Thạch nam (Ericaceae) chiếm từ 2.000-4.000 loài, bao gồm cả các loài thực vật tự dưỡng, thực vật thiếu diệp lục sống cộng sinh cùng nấm như Sarcodes sanguinea, và thực vật ăn thịt.
Cây chè (Camellia sinensis) là loài cây quan trọng nhất trong họ Chè (Theaceae), bên cạnh đó, bộ này còn bao gồm một số loại cây cho quả ăn được như kivi (Actinidia deliciosa), hồng (chi Diospyros) và nhiều loài cây ăn quả nhiệt đới khác.
1.1.2 Nguồn gốc và phân loại
Nhiều nghiên cứu cho thấy nguồn gốc của cây chè bắt nguồn từ cao nguyên Vân Nam, Trung Quốc, nơi có khí hậu ẩm ướt và ấm áp Khoảng 4.000 năm trước, người Trung Quốc đã sử dụng chè như một loại dược liệu trước khi chuyển sang uống Đặc biệt, vùng biên giới Tây Bắc Việt Nam được xác định là một trong những khu vực nguyên sản của giống chè tự nhiên trên thế giới.
Năm 1823 R.Bruce phát hiện được những cây chè dại, lá to ở vùng
Nghiên cứu từ Atxam (Ấn Độ) cho thấy rằng một số học giả Anh cho rằng nguồn gốc của cây chè nằm ở Ấn Độ thay vì Trung Quốc Tuy nhiên, trong các tài liệu gần đây, có sự thiếu nhất quán về nơi xuất xứ của cây chè Để xác định vùng nguyên sản của một cây trồng, cần xem xét nhiều điều kiện tổng hợp, trong đó cây dã sinh chỉ là một yếu tố, còn việc phân tích tập quán sử dụng, lịch sử trồng trọt và sự phân bố các hình thức liên quan đến cây trồng đó là điều quan trọng hơn.
Nghiên cứu của Đjêmukhatze (1961 – 1976) về phức catechin từ lá chè đã chỉ ra sự khác biệt trong thành phần catechin giữa chè trồng và chè hoang dại, góp phần làm rõ nguồn gốc và tiến hóa sinh hóa của cây chè Ông kết luận rằng chè hoang dại cổ xưa chủ yếu tổng hợp epicatechin và epicatechin galat, với khả năng phát triển chậm trong việc tổng hợp epigallocatechin và galocatechin Nghiên cứu các cây chè dại ở Việt Nam cho thấy chúng cũng chiếm ưu thế với epicatechin và epicatechin galat, chiếm 70% tổng số catechin Khi di thực lên phía Bắc, chè dại thích ứng với khí hậu khắc nghiệt, tạo ra thành phần catechin phức tạp hơn, đồng thời tăng cường quá trình hiđroxin hóa và galin hóa Những biến đổi sinh hóa này dẫn đến kết luận rằng nguồn gốc của cây chè chính là ở Việt Nam.
Chè hiện nay được trồng phổ biến ở nhiều vùng có điều kiện tự nhiên khác nhau, trải dài từ 30 độ vĩ nam tại Natan, Nam Phi cho đến 45 độ vĩ bắc tại Gruzia, Liên Xô.
Chè được trồng ở nhiều quốc gia khác nhau trên thế giới, bắt đầu từ Nhật Bản vào năm 805 – 814, sau đó lan rộng đến Indonesia vào năm 1684, Liên Xô vào năm 1833, Sri Lanka từ 1837 – 1840, Ấn Độ từ 1834 – 1840 và Tasmania vào năm 1940 Những nơi này có điều kiện tự nhiên rất khác biệt so với vùng nguyên sản của cây chè.
Các nhà nông học Liên Xô và một số quốc gia khác đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể trong việc phát triển các giống chè mới, có khả năng thích ứng với các điều kiện khí hậu khác nhau Điều này mở ra nhiều cơ hội và triển vọng cho sự nghiệp trồng chè toàn cầu.
Cây chè nằm trong hệ thống phân loại thực vật như sau:
Lớp song tử diệp Dicotyledonae
Bộ chè ThealesHọ chè Theaceae
Tên khoa học Camellia sinensis (L) O Kuntze và có tên đồng nghĩa là: Thea sinensis L.Tên khoa học của cây chè được viết là Thea sinensis hoặc Camellia sinensis
1.1.3.Điều kiện sinh trưởng phát triển [10]
Cây chè là loại cây rừng phát triển trong điều kiện ẩm ướt và râm mát của vùng khí hậu cận nhiệt đới gió mùa Đông Nam Á Trong giai đoạn cây con, chè là cây trung tính về nhu cầu ánh sáng, nhưng khi trưởng thành, nó cần ánh sáng hoàn toàn Ở những nơi có bóng râm, chè xanh thường có lá đậm, lóng dài và búp non nhưng sản lượng thấp do quang hợp yếu Ánh sáng tán xạ ở vùng núi cao mang lại chất lượng chè tốt hơn so với ánh sáng trực tiếp Các yếu tố như sương mù, độ ẩm cao, nhiệt độ thấp và biên độ nhiệt lớn ở vùng đồi núi cao là điều kiện lý tưởng để sản xuất chè chất lượng cao trên thế giới.
Nhiệt độ lý tưởng cho sự phát triển của cây chè dao động từ 22-28 độ C, trong khi búp chè phát triển chậm ở mức 15-18 độ C và gần như ngừng phát triển khi nhiệt độ dưới 10 độ C Khi nhiệt độ vượt quá 30 độ C, tốc độ phát triển của chè cũng giảm, và ở mức trên 40 độ C, lá non của chè có nguy cơ bị khô và xém nắng.
Nước đóng vai trò thiết yếu trong sản xuất nông nghiệp và công nghệ chế biến, là thành phần chính của chất nguyên sinh và yếu tố quan trọng cho hoạt động sinh lý của cây chè Trong nông nghiệp, nước quyết định sản lượng và chất lượng chè, trong khi trong công nghiệp, nước tham gia vào nhiều công đoạn như héo, vò, lên men và sấy khô.
Hàm lượng nước trong chè thay đổi tùy thuộc vào bộ phận cây, giống chè, kỹ thuật canh tác và điều kiện khí hậu trong năm Thông thường, các tổ chức non chứa nhiều nước hơn so với các bộ phận già Mặc dù mưa nhiều có thể làm tăng sản lượng chè, nhưng chất lượng sản phẩm lại bị giảm sút.
Tình hình nghiên cứu chè xanh
Tea leaves contain alkaloids such as caffeine, theophylline, theobromine, and xanthine, with caffeine being the predominant compound Additionally, they are rich in polyphenols like tannins and flavonoids, as well as proteins, amino acids, cellulose, glucides, pectin, and vitamins B1, B2, and C, along with trace amounts of saponins.
Trong quá trình chế biến trà, một chất không bị thay đổi là caffein, với hàm lượng khác nhau tùy thuộc vào từng phần của đọt chè tươi Cụ thể, hàm lượng caffein ở nõn tôm và lá 1 dao động từ 4-7%, lá thứ 2 có 4-5%, lá thứ 3 từ 3-7%, lá thứ 4 là 3%, và cuống là 1,9% Đối với lá chè bánh tẻ, hàm lượng caffein là 2% Caffein trong trà tồn tại dưới dạng caffein tanat, vì vậy tác dụng của nó chậm hơn so với caffein trong cà phê.
Khối lượng phân tử: 194,19 g/mol
Flavanoid là hợp chất tự nhiên có cấu trúc cơ bản C6 – C3 – C6, trong đó C6 là vòng benzen Các vòng benzen này có thể chứa một hoặc nhiều nhóm –OH tự do hoặc đã bị thay thế Flavonoid có thể tồn tại dưới dạng glucosid hoặc ở dạng tự do trong tự nhiên.
Flavonoid là hợp chất có khả năng tạo màu cho cây, đồng thời chứa hoạt tính vitamin P giúp tăng cường độ bền và giảm tính thấm của thành mạch máu Ngoài ra, flavonoid còn có tác dụng chống oxy hóa, ức chế các gốc tự do và có tính kháng khuẩn hiệu quả.
Các flavonoid được phát hiện trong lá trà: Myricetin, Quercetin, Rutin a) Myricetin
Khối lượng phân tử: 318,2351 g/mol b) Rutin
Tác dụng của Rutin trong dược lý
Rutin giúp giảm tính thẩm thấu của mao mạch nhờ khả năng co mạch và ảnh hưởng đến chuyển hóa Adrenalin.
Phục hồi sự đàn hồi của mao mạch bị tổn thương là rất quan trọng để tăng cường sức đề kháng và duy trì tình trạng bình thường của hệ thống mao mạch Điều này giúp đảm bảo rằng mao mạch thực hiện tốt chức năng trao đổi chất trong cơ thể.
- Làm tăng trương lực tĩnh mạch, củng cố sức bền thành mạch, từ đó hạn chế suy giãn tĩnh mạch chân đối với người cao tuổi
- Hạ huyết áp, hạ cholesteron trong máu
Tác dụng của Rutin trong y học
- Rutin được dùng để ngăn ngừa bệnh tiểu đường, chống lại khả năng bị đục thủy tinh thể
- Chữa viêm thận và phù thận cấp tính
- Làm lành các tổn thương mạch máu do tia phóng xạ gây ra
- Ngoài ra rutin còn được sử dụng trong điều trị bệnh trĩ : trĩ nội, trĩ ngoại, đi ngoài ra máu…
Rutin không chỉ có tác dụng điều trị rối loạn mạch máu mà còn hiệu quả trong việc điều trị xơ vữa động mạch, bệnh mạch máu do đái tháo đường, thiểu năng tuần hoàn và các bệnh về võng mạc.
- Chúng thường được sử dụng như một thuốc cầm máu trong trường hợp xuất huyết, đề phòng tai biến do mạch máu xơ vữa, giòn dễ vỡ
- Bảo vệ gan: sử dụng rutin 100mg/kg bằng đường uống làm tăng hoạt động trở lại của men cytochrom P-450
- Chống kết tập tiểu cầu
Rutin thường được kết hợp với vitamin C để nâng cao hiệu quả trong việc phòng ngừa và điều trị suy giãn tĩnh mạch chân Quercetin, một flavonoid có cấu trúc phân tử tương tự như resveratrol, được tìm thấy trong trái cây, rau, lá và ngũ cốc Nó có thể được sử dụng làm thành phần trong các loại chất bổ sung, đồ uống và thực phẩm.
Hàm lượng tanin trong trà càng cao thì chất lượng trà càng tốt, vì trà từ đồi thường chứa nhiều tanin hơn trà từ vườn Tanin là hợp chất polyphenol bao gồm 7 loại catechin, trong đó có 3 loại catechin mang vị chát dịu là Epicatechin, Galocatechin và Epigalocatechin Một loại catechin đặc biệt, Epigalocatechingalat (EGCG), có vị đắng Búp trà và lá non có hàm lượng tanin cao nhưng EGCG lại thấp, dẫn đến vị chát dịu và ít đắng Trà được trồng trên đất có molipden có vị chát ngọt do EGCG thấp.
Tiền sinh tố A, B2, B3, B5, C (C chủ yếu trong trà (chè) tươi, trà (chè) búp khô thì vitamin C chỉ còn vết)
Các nguyên tố vi lượng: đặc biệt là kali và fluor
Trà chứa nhiều vitamin quan trọng như B2, C và A, mặc dù vitamin B2 có mặt rất ít Vitamin C được biết đến như một chất chống ung thư hiệu quả, giúp bảo vệ tế bào khỏi sự suy thoái Tuy nhiên, trà đen chứa ít vitamin C do quá trình oxy hóa trong giai đoạn lên men Vitamin E có khả năng chống oxy hóa, bảo vệ tế bào và ngăn ngừa sự biến dạng dẫn đến ung thư, đồng thời giúp làm chậm quá trình lão hóa ở cả nam và nữ.
Những tác dụng của trà xanh đối với sức khỏe con người
Theo Y học cổ truyền, trà có vị đắng chát, hơi ngọt, tính mát và tác động vào kinh can, thận Trà có nhiều tác dụng như thanh nhiệt, giải khát, lợi tiểu, tiêu thực, cầm tả lỵ, giảm mụn nhọt, giúp khỏi chóng mặt, làm đẹp da và tăng cường trí não.
Nam dược thần hiệu của Tuệ Tĩnh, minh trà, là loại trà ngon với vị ngọt đắng và tính hơi hàn Nó có tác dụng nhuận tràng, trừ nhiệt, khu phong, giúp sáng mắt, nhẹ đầu, hạ đờm, trị lỵ và tiêu hóa thức ăn hiệu quả.
Theo Trung Y từ Đại học Đông y Hồ Nam, để chữa viêm phế quản mãn tính, ho lâu không dứt và nôn ra dãi dớt, bạn cần chuẩn bị 240g trà du (chè để lâu năm, không mốc), 240ml nước gừng tươi và 240g mật ong Hỗn hợp này được luyện chung đến khi có màu đen như sơn Cách dùng là mỗi lần uống 1 thìa canh, pha với nước ấm, sử dụng 2 lần mỗi ngày vào buổi sáng và tối.
Nhiều nghiên cứu từ các nhà khoa học Nhật Bản, Trung Quốc, Mỹ, Pháp và Úc đã chứng minh rằng trà xanh có tác dụng làm tăng sự minh mẫn cho cả người già và trẻ Các hợp chất thơm và theanin trong trà xanh giúp giảm stress, chống dị ứng và hỗ trợ não bộ thư giãn.
Caffein dưới dạng hợp chất tanat giúp tinh thần sảng khoái, tăng cường hoạt động của tim và giảm cảm giác mệt mỏi Khác với caffein tự do trong cà phê, caffein tanat có trong trà không làm cản trở quá trình hấp thu canxi vào cơ thể.
Để phòng chống bệnh tim mạch, cần giảm lượng cholesterol xấu, tăng độ đàn hồi của cơ tim và chống xơ cứng mạch máu Việc này giúp tăng độ bền thành mạch, giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch và phòng ngừa đột quỵ hiệu quả.
Ngăn chặn tổn thương não ở người đột quỵ là một vấn đề quan trọng, và gallotanin trong trà xanh đã được chứng minh có tác dụng bảo vệ tế bào não khỏi quá trình tự hoại Những người tiêu thụ trà xanh hàng ngày có thể giảm thiểu các tác hại do đột quỵ và tăng cường khả năng sống sót Sau khi cấp cứu đột quỵ hoặc chấn thương sọ não, việc cho bệnh nhân uống tinh chất trà xanh là cần thiết, nhưng cần lưu ý không sử dụng EGCG tinh khiết, vì có thể gây ra viêm gan nếu dùng kéo dài trên 50 ngày.
Trà chứa các polyphenol có khả năng giảm nguy cơ mắc một số loại ung thư bằng cách tiêu diệt các gốc tự do mạnh gấp trăm lần vitamin C và E, từ đó bảo vệ DNA khỏi tổn hại Chất EGCG trong trà còn có tác dụng kiềm chế các thụ thể arylhydrocarbone, một yếu tố kích thích quá trình phát triển ung thư, đồng thời ức chế sự tăng trưởng và di căn của tế bào ung thư Nghiên cứu cho thấy trà đặc biệt hiệu quả trong việc phòng ngừa ung thư phổi, tuyến tiền liệt, kết tràng, trực tràng và tuyến mật.
Giảm nguy cơ sỏi mật (nhất là nước chè tươi)
Nước trà xanh không chỉ bảo vệ vi khuẩn có ích trong ruột như acidophylus mà còn ngăn cản sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh như kiết lỵ và thương hàn Uống trà giúp cơ thể sản sinh interferon, hỗ trợ chống lại các virút như virút viêm gan, cúm, herpes và HIV, nhờ vào EGCG có trong trà Ngoài ra, trà cũng có tác dụng trong việc điều trị viêm não Nhật Bản, với liều lượng phù hợp cho từng độ tuổi, theo nghiên cứu của GS Hoàng Đức Chấn.
Khử mùi hôi chân: ngâm chân trước khi đi ngủ 15 phút với nước trà (chè) tươi
Để chống sâu răng, trị viêm nướu và hơi thở có mùi hôi, bạn nên đánh răng ngay sau khi ăn Sau khi đánh răng, hãy ngậm nước trà xanh đặc trong 15 phút, có thể là trà tươi hoặc trà búp khô, và thỉnh thoảng súc miệng để nước trà thấm đều vào kẽ răng, sau đó nhổ nước trà đi.
Chống lão hóa là quá trình làm trẻ hóa cơ thể và cải thiện vẻ đẹp làn da, đặc biệt là đối với phái nữ Sử dụng nước trà xanh thay cho kem chống nắng và kem dưỡng da hàng ngày không chỉ giúp ngăn ngừa nám da mà còn bảo vệ da khỏi tác hại của ánh nắng mặt trời, mang lại làn da mềm mại và khỏe mạnh.
Chống lú lẫn tuổi già: Người trên 70 tuổi uống 2-3 ly trà xanh mỗi ngày có trí nhớ gấp đôi so với người chỉ uống 1 ly hoặc không uống trà Axít carbolic trong trà xanh giúp catechin thẩm thấu nhanh vào hệ thần kinh và các cơ quan khác trong cơ thể Nước trà còn ngăn cản hoạt động của beta-secretase, enzym gây bệnh Alzheimer, an toàn hơn so với các loại thuốc chống Alzheimer.
Chống trầm cảm ở người già: người ngoài 70 nếu mỗi ngày uống 4 chén trà xanh sẽ hết buồn sầu (so với người không uống hay chỉ uống 1 chén)
Nghiên cứu khoa học từ Trung Quốc cho thấy trà xanh có khả năng giảm các chứng bệnh về mắt Thí nghiệm trên chuột cho thấy, sau khi uống trà xanh, các mô mắt được phân tích và phát hiện có sự hiện diện của Catechin, với tác dụng kéo dài lên đến 20 giờ Đặc biệt, võng mạc là nơi hấp thu Galocatechin với mức độ cao nhất.
Giảm đau do viêm khớp do Epigalocatechingalat ngăn ngừa phá hủy sụn, giảm sưng
Chống lại hiện tượng kháng insulin: hạn chế sự phát triển bệnh đường huyết týp 2 và các biến chứng nguy hiểm của bệnh đường huyết
Catechin trong trà giúp tăng cường chuyển hóa chất béo, hỗ trợ cơ thể đốt cháy mỡ thừa, đặc biệt là mỡ bụng và mông Khi kết hợp uống trà với việc tập luyện, quá trình giảm cân trở nên an toàn và hiệu quả hơn.
Chống độc và giải độc cho cơ thể là quá trình quan trọng, trong đó các hợp chất tanin giúp trung hòa các chất độc có nguồn gốc alcaloid như thuốc phiện, mã tiền và cà độc dược Ngoài ra, tanin còn hỗ trợ trong việc trung hòa lượng sắt dư thừa trong cơ thể Các hợp chất như theobromin, theophylin và muối cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu, dụng cụ và hóa chất
Nguyên liệu nghiên cứu là lá chè xanh được thu hái vào tháng 8/ 2016 tại quận Liên Chiểu, Đà Nẵng
Hình 2.1.1 : Lá chè xanh sau khi được thu hái
Lá chè xanh sau khi thu hái sẽ được rửa sạch, để ráo nước và phơi khô trước khi nghiền thành bột Bột lá trà xanh có kết cấu hơi thô, màu xanh đậm và được bảo quản trong bình hút ẩm để giữ được chất lượng.
Hình 2.1.2.1 Lá chè xanh phơi khô Hình 2.1.2.2 Bột chè xanh
2.1.2.Thiết bị, dụng cụ, hóa chất
- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) của khoa hóa trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng
- Máy đo sắc ký khí ghép khối phổ GC/MS
Trong lĩnh vực thí nghiệm, các dụng cụ quan trọng bao gồm tủ sấy, lò nung, cân phân tích và máy cô quay chân không Ngoài ra, còn có các dụng cụ khác như cốc thủy tinh, bình tam giác, bếp cách thuỷ, cốc sứ, phễu chiết, pipet, bình định mức, bình hút ẩm, nhiệt kế, cối chày sứ, giấy lọc, bản mỏng và cột chạy sắc kí, tất cả đều đóng vai trò thiết yếu trong quá trình nghiên cứu và phân tích.
STT Tên hóa chất Độ tinh khiết Tiêu chuẩn Nguồn gốc
1 Hexane Tinh khiết TCCS Trung Quốc
2 Etyl axetat Tinh khiết TCCS Trung Quốc
3 Điclometan Tinh khiết TCCS Trung Quốc
4 Ethanol tuyệt đối Tinh khiết TCCS Trung Quốc
5 Dung dịch H2SO4 Đậm đặc (98%) TCCS Trung Quốc
6 Dung dịch HNO3 Đậm đặc (63%) TCCS Trung Quốc
7 Fe2(SO4)3 Tinh khiết TCCS Trung Quốc
8 CuSO4 5H2O Tinh khiết TCCS Trung Quốc
9 HNO3 Tinh khiết TCCS Trung Quốc
Bảng 2.1.2 Hóa chất sử dụng 2.1.3.Sơ đồ chiết tách bằng phương pháp
Phần 1 Phơi khô, nghiền Bột lá chè xanh
Xác định: độ ẩm, hàm lượng tro
Chiết ngâm dầm bằng etanol Dịch chiết etanol
Lọc, cô đuổi dung môi Cao chiết thô
Hòa tan với nước, chiết lỏng – lỏng với n-hexan
Cao chiết n-hexan Định danh thành phần hóa học Đo GC/MS Dịch chiết còn lại
Cao chiết điclometan Định danh thành phần hóa học
Cô đuổi dung môi Đo GC/MS Chiết lỏng – lỏng với điclometan
Chiết lỏng – lỏng với etyl axetat
Cao chiết etyl axetat Định danh thành phần hóa học Đo GC/MS
Cô đuổi dung môi Nhuộm màu vải
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1.Phương pháp phân tích trọng lượng
Phương pháp phân tích trọng lượng là một kỹ thuật phân tích định lượng dựa vào việc cân khối lượng sản phẩm hình thành sau phản ứng kết tủa Phương pháp này có thể được thực hiện thông qua các phương pháp hóa học hoặc vật lý Nhờ vào tỷ lệ xác định của chất phân tích trong sản phẩm, khối lượng sản phẩm cân được cho phép suy ra lượng chất phân tích trong mẫu cần phân tích một cách chính xác.
Nguyên tắc: Dựa trên nguyên tắc sấy đến khối lượng không đổi
Cơ sở của phương pháp: Nguyên liệu ẩm có thể xem như hỗn hợp cơ học gồm chất khô tuyệt đối và chất bay hơi tự do m = mo + w
Trong đó: m : khối lượng chung của nguyên liệu mo : khối lượng của chất khô tuyệt đối (không có ẩm) w : khối lượng của nước chứa trong nguyên liệu
2.2.2.Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp thu ̣ nguyên tử AAS [3] [4]
Phổ hấp thụ nguyên tử chỉ xuất hiện khi nguyên tử ở trạng thái hơi Để thực hiện phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), cần tuân thủ một số bước cụ thể.
Hóa hơi mẫu phân tích chuyển đổi mẫu thành trạng thái khí nhằm tạo ra đám hơi các nguyên tử tự do Quá trình nguyên tử hóa có thể thực hiện bằng ngọn lửa hoặc kỹ thuật không ngọn lửa, và đây là giai đoạn quan trọng nhất, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của phép đo AAS.
Chọn nguồn tia sáng đơn sắc với bước sóng phù hợp cho nguyên tố cần phân tích, sau đó chiếu chùm tia sáng này vào đám hơi của nguyên tố đó.
Sau khi toàn bộ chùm tia sáng đi qua môi trường hấp thụ, chúng sẽ được phân li thành các phổ khác nhau Tiếp theo, vạch phổ cần đo của nguyên tố phân tích sẽ được chọn và đưa vào khe để tiến hành đo cường độ.
- Ghi nhận tín hiệu và đo kết quả đo của cường độ vạch phổ hấp thụ bằng thiết bị thích hợp
Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS
2.2.3.Cơ sở lý thuyết về phương pháp chiết
Phương pháp chiết là quá trình chuyển chất từ trạng thái hòa tan hoặc huyền phù trong một pha lỏng (hoặc pha rắn) sang pha lỏng khác Chiết các chất hòa tan trong dung dịch hoặc ở dạng huyền phù được gọi là chiết lỏng - lỏng, trong khi chiết các chất từ hỗn hợp rắn được gọi là chiết rắn - lỏng.
2.2.3.2.Kĩ thuật chiết ngâm dầm
Ngâm bột lá chè xanh trong bình thủy tinh có nắp để tránh sử dụng bình nhựa, vì dung môi hữu cơ có thể hòa tan nhựa, dẫn đến nhầm lẫn về thành phần trong cây.
Để tiến hành chiết xuất, đầu tiên, hãy rót dung môi tinh khiết vào bình cho đến khi gần chạm bề mặt của lớp nguyên liệu Để ở nhiệt độ phòng trong một đêm hoặc một ngày, giúp dung môi thấm vào cấu trúc tế bào thực vật và hòa tan các hợp chất tự nhiên Sau đó, lọc dung dịch chiết qua giấy lọc để thu hồi dung môi và thu được cao chiết Tiếp tục rót dung môi mới vào bình chứa nguyên liệu và lặp lại quá trình chiết cho đến khi mẫu nguyên liệu được chiết kiệt Thỉnh thoảng, hãy đảo trộn hoặc sử dụng máy lắc để khuấy đều lớp nguyên liệu, đồng thời đảm bảo nắp bình luôn được đậy kín để tránh tràn dung dịch chiết ra ngoài.
Chỉ cần ngâm mẫu chất trong dung môi trong 24 giờ, vì mẫu sẽ hòa tan đến mức bão hòa và không thể hòa tan thêm Việc ngâm lâu hơn chỉ lãng phí thời gian Do đó, nên thực hiện chiết xuất nhiều lần với từng lượng dung môi nhỏ.
Dung môi sau khi được thu hồi, được làm khan nước bằng các chất làm khan và được tiếp tục sử dụng để chiết các lần sau.[… ]
2.2.3.3.Kĩ thuật chiết lỏng- lỏng
Nguyên tắc phân bố là sự phân bố của một chất tan trong hai pha lỏng không hòa tan với nhau Hằng số phân bố của chất tan cho biết khả năng hòa tan của chất này trong hai pha lỏng tại thời điểm cân bằng, được biểu diễn bằng hằng số phân bố K.
Trong đó: Ca: nồng đô ̣ chất tan trong pha (a) ta ̣i giai đoa ̣n cân bằng
Cb: nồng đô ̣ chất tan trong pha (b) ta ̣i giai đoa ̣n cân bằng
Lựa cho ̣n dung môi chiết
Dung môi chiết phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Chọn dung môi phải có tính trung tính, không độc, không quá dễ cháy
- Hòa tan được hợp chất cần khảo sát
- Sau khi chiết xong dung môi đó có thể loại bỏ dễ dàng
- Tránh dung môi độc như bezzen hoặc dễ cháy do có nhiệt độ sôi thấp eter, carbon tetraclorur…
- Thường sử dụng dung môi hòa tan trong nước: hydrocacbon, alcol, cloroform, diclometan…
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết
- Ảnh hưở ng của pH
- Vai trò của ta ̣o phức
- Ảnh hưở ng của sự ta ̣o thành hợp chất ít tan
Chúng tôi đã lựa chọn chiết xuất lá trà xanh bằng ba dung môi có độ phân cực tăng dần: hexane, diclorometan và etyl axetat, dựa trên các tài liệu nghiên cứu trước đó cho thấy lá trà xanh chứa các hợp chất phân cực.
2.2.4.Cơ sở lý thuyết của phương pháp GC/MS [3]
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống sắc ký bắt đầu khi khí mang trong bơm khí dẫn mẫu từ buồng bơm hơi vào cột tách trong buồng điều nhiệt Tại đây, quá trình sắc ký diễn ra, cho phép các cấu tử rời khỏi cột tách vào các thời điểm khác nhau Khi đến detector, các cấu tử được chuyển đổi thành tín hiệu điện, sau đó tín hiệu này được khuếch đại và chuyển đến bộ phận ghi Cuối cùng, các tín hiệu được xử lý và lưu lại kết quả in ra.
Thiết bị này bao gồm hai phần chính: phần sắc kí khí (GC) để phân tích hỗn hợp các chất và xác định chất cần phân tích, và phần phổ khối (MS) để mô tả các hợp phần riêng lẻ thông qua số khối của chúng.
Sắc kí khí là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp hóa chất thành các phần riêng biệt, mỗi phần có giá trị riêng Quá trình tách diễn ra khi mẫu được bơm vào pha động, là một khí trơ, và mang theo hỗn hợp mẫu đi qua pha tĩnh, là hóa chất có độ nhạy và khả năng hấp thụ các thành phần trong mẫu.
Sắc ký ghép khối phổ (GC/MS) là công nghệ phân tích hiệu quả các hỗn hợp hóa chất phức tạp như không khí và nước Khi phát hiện một chất lạ trong mẫu, GC/MS có khả năng nhận diện cấu trúc hóa học độc nhất của chất đó, tương tự như việc lấy dấu vân tay Cấu trúc này sau đó được so sánh với thư viện cấu trúc các chất đã biết Nếu không tìm thấy chất tương ứng trong thư viện, nhà nghiên cứu có thể dựa vào cấu trúc mới phát hiện để phát triển các ý tưởng về hóa học.
Hình 2.4 Sơ đồ thiết bị sắc ký khí ghép khối phổ Ưu điểm của phương pháp:
- Chỉ cần một lượng mẫu nhỏ
- Trang thiết bị không quá phức tạp
- Có khả năng tách tốt các cấu tử ra khỏi hỗn hợp phức tạp
- Kết quả thu nhận được một cách nhanh chóng (từ 1 - 100 phút )
- Độ nhạy cao, có khả năng phát hiện các cấu tử có nồng độ thấp
Nhược điểm của phương pháp:
- Độ bay hơi: Mẫu phải bay hơi được
- Độ bền nhiệt: Mẫu buộc phải tồn tại ở nhiệt độ cao
- Khối lượng phân tử: Đặc trưng < 500 amu
- Chuẩn bị mẫu: Dung môi phải bay hơi và có nhiệt độ sôi thấp hơn các chất phân tích
- Lượng mẫu: Thường từ 1 –5 ml
- Detecter – Đầu dò: Chỉ có pha động là mang mẫu
- Cơ chế tách: Thông dụng là FID, dùng cho phân tích các chất hữu cơ.
XÁC ĐI ̣NH CÁC THÔNG SỐ HÓA LÝ
- Nguyên tắc: sấy mẫu đến khối lượng không đổi, cân phần khối lượng còn lại, ta xác định được độ ẩm của nguyên liệu
- Dụng cụ, thiết bị: Chén sứ để đựng mẫu, tủ sấy, bình hút ẩm, cân phân tích
Để tiến hành, chén sứ có kí hiệu sẵn cần được rửa sạch và sấy trong tủ sấy cho đến khi đạt khối lượng không đổi Sau khi sấy xong, chén sứ được để vào bình hút ẩm cho đến khi đạt nhiệt độ phòng, rồi tiến hành cân khối lượng.
Để xác định độ ẩm của lá chè xanh, lấy 3 chén sứ, mỗi chén chứa khoảng 2 gam rễ củ Sâm nam đã được xử lý Tiến hành sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 100°C và cân định kỳ sau mỗi 3 giờ Quá trình này tiếp tục cho đến khi khối lượng mẫu và chén sứ không thay đổi (sai số 0,01 gam) Ghi lại khối lượng và tính độ ẩm của mỗi chén bằng hiệu số khối lượng trước và sau khi cân, từ đó suy ra độ ẩm trung bình.
Để xác định độ ẩm tương đối của nguyên liệu bột, bạn cần chuẩn bị 3 chén sứ, mỗi chén chứa khoảng 2 gam bột nguyên liệu Các bước thực hiện tiếp theo sẽ tương tự như khi xác định độ ẩm của lá chè xanh.
Trong đó: m1(g): khối lượng cốc m2(g): khối lượng mẫu ban đầu m3(g): khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy n : số lần xác định W(%)
2.3.2 Xác định hàm lượng tro
Dụng cụ: chén sứ đựng mẫu, lò nung, bình hút ẩm, cân phân tích
Để xác định hàm lượng tro trong lá chè xanh, cân khoảng 2 gam lá chè vào cốc sứ đã sấy khô và ghi lại khối lượng Đặt cốc sứ vào lò nung ở nhiệt độ 600°C trong khoảng 7 giờ cho đến khi lá chè hoá tro hoàn toàn, tạo thành bột mịn màu xám trắng Sau đó, dùng kẹp sắt để lấy cốc ra khỏi lò, cho vào bình hút ẩm và chờ nguội trước khi cân lại Tiến hành nung cốc thêm 30 phút và lặp lại quá trình cân cho đến khi khối lượng giữa hai lần cân liên tiếp không đổi hoặc sai số đạt 0.001 Hàm lượng tro trong lá chè xanh tươi được tính theo công thức.
(2.3) Trong đó: m0 (gam): khối lượng bột lá chè tươi trước khi tro hoá m1 (gam): khối lượng tro
H (%) : hàm lượng tro trong lá chè xanh
ỨNG DỤNG
2.4.1.Tổng quát về hợp chất màu hữu cơ [4]
Từ thời cổ đại, con người đã sử dụng thuốc nhuộm thiên nhiên từ thực vật và động vật Khoảng 1500 năm trước Công nguyên, người Ai Cập đã biết đến indigo (xanh chàm), alizarin từ rễ cây Marena (màu đỏ) và Campec từ gỗ sồi (màu đen) để nhuộm vải, len và lụa tơ tằm Mặc dù thuốc nhuộm thiên nhiên có độ bền màu thấp và cường độ màu nhỏ, nhưng chúng vẫn được ưa chuộng do tính bền bỉ, mặc dù hiệu suất khai thác và giá thành khá cao.
Hiện nay, hầu hết thuốc nhuộm thiên nhiên đã được thay thế bằng thuốc nhuộm tổng hợp Tuy nhiên, ở Việt Nam, các dân tộc thiểu số từ thời cổ đại đã sử dụng thuốc nhuộm thiên nhiên trong đời sống, và đến nay, một số cộng đồng ở các tỉnh phía Bắc vẫn tiếp tục dùng lá chàm để nhuộm màu xanh lam.
Trước đây, việc nhuộm màu nâu cho vải thường sử dụng củ nâu, sau đó vải được nhúng vào bùn để chuyển sang màu đen Tại một số vùng Nam Bộ, thay vì nhuộm nâu, người dân sử dụng nước chiết xuất từ quả mặc nưa để nhuộm lót trước khi nhúng bùn, tạo ra màu đen đặc trưng.
Hiện nay, tại Việt Nam, việc sử dụng các hợp chất màu thiên nhiên như quả giành giành, bột nghệ và lá cơm xôi để nhuộm thực phẩm đang trở nên phổ biến.
Thuyết mang màu, dựa trên quan điểm của Butleror và Alektser năm 1876, cho rằng các hợp chất hữu cơ có màu là do sự hiện diện của các nhóm mang màu trong phân tử Khi ký hiệu hợp chất màu là Y - R - X, ta có thể hiểu rằng cấu trúc này quyết định tính chất màu sắc của hợp chất.
X - nhóm mang màu thường là những nhóm nguyên tử chưa bão hòa hóa trị như :
R - Chất mang màu là hợp chất hữu cơ
Y- Nhóm trợ màu thường hay gặp là : - OH - NH2 - N (CH3)2, - N (C2H5)2 Trên cơ sở các thuyết mang màu người ta đã rút ra được một số kết luận có tính chất quy luật về sự thay đổi màu sắc như sau :
- Khi liên kết nối đôi cách trong phân tử hợp chất hữu cơ (chất mang R) được kéo dài thêm thì màu sẽ sâu hơn
- Tăng số nhân thơm trong chất mang R từ cấu trúc đơn giản thành cấu trúc đa nhân phức tạp thì màu sẽ sâu hơn
- Tăng số nhóm cacbonyl liên kết trực tiếp với nhau trong hợp chất cũng dẫn đến màu sắc sâu hơn
Việc hình thành liên kết mới giữa các nguyên tử cacbon trong từng phần của phân tử mà không làm gián đoạn hệ thống liên kết đôi của chất mang R sẽ tạo ra màu sắc sâu hơn.
- Việc chuyển nhóm trợ màu Y thành dạng muối hoặc ankyl hóa nhóm amin sẽ dẫn đến sâu màu
- Khi ankyl hóa nhóm Hidroxyl trong nhân thơm hoặc chuyển nhóm trợ màu vào liên kết vòng thì sẽ làm cho màu hợp chất nhạt hơn
Năm 1888, Thep R Nesaki đã đề xuất Thuyết quinoit, cho rằng nguyên nhân khiến các hợp chất hữu cơ có màu là do sự hiện diện của nhân thơm ở dạng quinoit trong cấu trúc phân tử của chúng.
Parabenzoquenon (1) có màu vàng do cấu trúc quinoit, trong khi các sản phẩm khử như xyclohecxađion - 1,4 (2) và hiđroquinon (3) không có màu sắc vì không còn cấu tạo quinoit trong phân tử.
1 2 3 Tuy nhiên thuyết này không được áp dụng rộng rãi vì rằng có rất nhiều hợp chất có màu nhưng không chứa nhân thơm ở dạng quinoit
2.4.2.3.Thuyết tạo muối có màu
Thuyết tạo muối có màu, được Bayer đề xuất năm 1902 và bổ sung bởi Pfeifer vào năm 1910, cho rằng các hợp chất hữu cơ chứa nhóm cacbonyl (R-C=O) có khả năng liên kết với axit HX hoặc muối kim loại, nhờ vào nguyên tử oxy có cặp điện tử chưa chia, tạo ra muối có màu sâu hơn.
Theo Dinte - Vixinge, hiện tượng tạo màu sâu hơn không chỉ xảy ra ở nhóm cacbonyl mà còn xuất hiện ở các nhóm nguyên tử chưa bão hòa hóa trị khi chuyển sang dạng ion của muối.
Vào năm 1910, Porai-Cosix đã đề xuất thuyết dao động màu, liên kết khả năng hấp thụ ánh sáng với sự thay đổi các liên kết giữa các nguyên tử trong hợp chất màu Ông cho rằng trong phân tử hợp chất hữu cơ chưa bão hòa, các liên kết liên tục dao động, và sự hấp thụ chọn lọc ánh sáng là kết quả của giao thoa giữa dao động của ánh sáng và dao động của các liên kết nội phân tử Nếu tốc độ dao động của các liên kết này đồng bộ với ánh sáng trong miền quang phổ nhìn thấy, điểm hấp thụ cực đại sẽ chuyển sang miền này, tạo ra màu sắc cho hợp chất.
Thuyết nhiều sắc của Izmanski, được đề xuất vào năm 1915, cho rằng khả năng hấp thụ chọn lọc ánh sáng của chất màu không chỉ phụ thuộc vào các nhóm mang màu mà còn vào sự thay đổi cấu tạo trong phân tử Sự liên hợp của các nhóm màu riêng biệt và tương tác của các điện tử trong hệ thống liên hợp cũng ảnh hưởng đến hiện tượng này Izmanski đã gọi trạng thái của phân tử trong bối cảnh này là trạng thái nhiễm sắc.
Nếu ta ký hiệu hợp chất màu là Y - R - X
X - nhóm đẩy điện tử : - NH2, - NR2, - OH , - OR , -CH3- Cl
Y - Nhóm hút điện tử : - NO2, -SO3H, - COOH, - CN, -CHO
Sự cạnh tranh giữa các nhóm điện tích ở hai đầu hệ thống liên kết nối đôi tạo ra hiện tượng hút và đẩy, dẫn đến việc hình thành màu sắc cho hợp chất.
2.4.2.6.Thuyết điện tử về hợp chất hữu cơ có màu :
Nghiên cứu trong vật lý và hóa học cho thấy chỉ có electron hóa trị tham gia vào việc hấp thụ ánh sáng và chuyển dịch vị trí theo mức năng lượng trong phân tử Các hợp chất có electron vòng ngoài liên kết yếu với nhân sẽ cần ít năng lượng hơn để kích thích chuyển động, và nếu năng lượng hấp thụ tương ứng với bước sóng lớn trong miền nhìn thấy của quang phổ, chúng sẽ có màu sắc Có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng đến sự liên kết yếu của các electron vòng ngoài với nhân.
Ảnh hưởng của hệ thống liên kết nối đôi cách :