Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xây dựng công nghệ sản xuất polyphenol từ chè xanh phế loại bao gồm lá chè già và chè xanh vụn. Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm polyphenol chè xanh trong công nghiệp thực phẩm. Mời các bạn tham khảo!
TỔNG QUAN
SƠ LƯỢC VỀ CÂY CHÈ
1.1.1 Tên gọi và nguồn gốc cây chè [6], [14], [19]
Chè, hay Camellia sinensis Lindl O.Kuntze, là loại cây xanh tươi quanh năm, chủ yếu phát triển ở vùng nhiệt đới Tên gọi "sinensis" trong tiếng Latinh có nghĩa là Trung Quốc Chè thuộc ngành hạt kín, lớp hai lá mầm, bộ chè, họ chè, và chi Camellia Vấn đề nguồn gốc của cây chè đã được các học giả nghiên cứu và tranh luận trong hơn 200 năm, với 5 thuyết chính được công bố trên thế giới, bao gồm thuyết Trung Hoa, thuyết Ấn Độ, thuyết nhị nguyên, thuyết chiết trung và thuyết Việt Nam.
Nghiên cứu của Djemukhatze (1961 - 1976) đã so sánh thành phần catechin trong các loại chồi được trồng và chồi mọc hoang dại Kết quả cho thấy, những cây chồi mọc hoang dại từ cổ xưa chủ yếu tổng hợp catechin dạng (-).
Epicatechin và (-)-epicatechin gallat phát triển chậm khả năng tổng hợp (-)-epigallocatechin và các gallat của nó để tạo thành (+)-gallocatechin gallat Nghiên cứu về các cây chè dại ở Việt Nam cho thấy chúng chủ yếu tổng hợp (-)-epicatechin và (-)-epicatechin gallat, chiếm 70% tổng số catechin.
Năm 1976, Viện sĩ thông tấn Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô đã tiến hành nghiên cứu về tiến hóa của cây chè Qua phân tích chất catechin trong chè mọc hoang dại tại các vùng chè Tứ Xuyên, Vân Nam (Trung Quốc) và các vùng chè cổ ở Việt Nam như Suối Giàng, Nghĩa Lộ, Lạng Sơn, Nghệ An, ông đã kết luận rằng cây chè cổ Việt Nam tổng hợp các catechin đơn giản nhiều hơn so với cây chè Võn Nam Từ đó, có thể thấy sự phát triển của cây chè thế giới bắt đầu từ "Chè Việt Nam → Chè Võn Nam lớn (chè Trung Quốc) → Chè Assam (Ấn Độ)".
1.1.2 Phân loại các giống chè [6], [19], [24], [31]
Dựa trên nghiên cứu thực vật học và sinh hóa, Cohen Stuart (1919) đã phân loại cây chè Camellia sinensis (L) O Kuntze thành bốn loại chính: chè Trung Quốc lá to, chè Trung Quốc lá nhỏ, chè Shan và chè Ấn Độ Trong đó, chè Trung Quốc lá to (Camellia sinensis var macrophylla) có đặc điểm là thân gỗ nhỡ cao tới 5m trong điều kiện sinh trưởng tự nhiên, lá to với kích thước dài 12-15 cm và rộng 5-7 cm, màu xanh nhạt và bóng, mang lại năng suất phẩm chất tốt.
Nguyên sản ở Vân Nam, Tứ Xuyên (Trung Quốc) b Chè Trung Quốc lá nhỏ (Camellia sinensis var
Bohea là một loại cây bụi thấp với nhiều cành, lá nhỏ màu xanh đậm, dài từ 3,5 đến 6,5 cm Loại cây này có năng suất thấp và chất lượng bình thường, nhưng có khả năng chịu rét ở nhiệt độ từ -12°C đến -15°C Bohea chủ yếu phân bố ở miền núi và vùng núi phía nam.
Chè Shan (Camellia sinensis var Shan) là loại cây trà có nguồn gốc từ Vân Nam, Trung Quốc, Nhật Bản và một số vùng khác Cây có thân gỗ, cao từ 6 đến 10 mét, với lá lớn dài 15–18 cm màu xanh nhạt Đặc biệt, tôm chè có nhiều lông tơ trắng mịn, tạo nên vẻ đẹp như tuyết Loại trà này có khả năng thích ứng tốt với điều kiện ấm ẩm và ở địa hình cao, cho năng suất cao và chất lượng thuộc loại tốt nhất.
Chè Ấn Độ (Camellia sinensis var Assamica) là một loại cây thảo mộc có nguồn gốc từ miền bắc Trung Quốc, Miến Điện và Việt Nam Cây có thân gỗ cao tới 17 mét với tán lá thưa Lá chè dài từ 20 đến 30 cm, mỏng, mềm và thường có màu xanh đậm.
Hình 1.2 Chè TQ lá nhỏ
Hình 1.3 Chè Shan Hình 1.1 Chè TQ lá to
Rất ớt hoa quả Khụng chịu ủược rột hạn Năng suất, phẩm chất tốt Trồng nhiều ở Ấn ðộ, Miến ðiện, Vân Nam (Trung Quốc) và một số vùng khác
Có bốn loại chè được trồng ở Việt Nam, trong đó phổ biến nhất là Camellia sinensis var macrophylla Loại chè này chủ yếu được trồng tại các tỉnh Trung du và được biết đến với nhiều tên gọi địa phương khác nhau, tùy thuộc vào màu sắc của lá như chè Trung Du lá xanh.
Du lỏ vàng và Camellia sinensis var Shan được trồng chủ yếu ở miền núi các tỉnh miền Bắc và miền Nam Tây Nguyên, với nhiều giống khác nhau như Shan Mộc Châu, Shan Tham Vè, và Shan Trấn Ninh Ngoài ra, các giống lai và nhập nội như PH1, 1A, LDP 97, LDP1, Hùng Đỉnh Bạch, Keo Am Tích, Phúc Vân Tiên, Oolong, Kim Tuyền cũng rất phổ biến, mang lại năng suất và chất lượng cao Trong đó, giống chè Trung Du chiếm khoảng 47%, tiếp theo là giống chè Shan (24%), giống chè PH1 (6%), các giống chè chất lượng khá (20%) và các giống chè mới, chất lượng tốt khoảng 3%.
1.1.3 Các vùng chè ở Việt Nam [6], [18], [19]
Việt Nam nằm trong vùng gió mùa Đông Nam Á, là cái nôi của cây chè với điều kiện khí hậu lý tưởng cho sự phát triển của cây trồng này Lượng mưa hàng năm đạt từ 1700-2000 mm, nhiệt độ dao động từ 21-22,6 độ C và độ ẩm không khí từ 80-85% Đất trồng chè chủ yếu là phiến thạch sét và bazan màu mỡ, rất phù hợp cho cây chè phát triển mạnh mẽ, với thời gian thu hoạch kéo dài tới 9 tháng trong năm Hiện nay, tổng diện tích trồng chè ở Việt Nam đã lên tới hơn 130.000 ha, mặc dù sản xuất và kinh doanh chè chủ yếu tập trung ở 6 vùng chè quan trọng, trong đó có vùng chè Tây Bắc.
Miền núi phía Bắc Việt Nam, bao gồm các tỉnh Lai Châu và Sơn La, là một vùng chè truyền thống, nổi tiếng từ trước khi người Pháp chiếm đóng Đông Dương Khu vực này có địa hình núi cao hiểm trở, với phần lớn diện tích nằm ở độ cao dưới 1000 mét.
Giống chố ủược trồng chủ yếu ở ủõy là: Giống chố Shan và giống chố Trung
Hiện nay, để nâng cao chất lượng chè, vùng chè Việt Bắc – Hoàng Liên Sơn đang phát triển và trồng các giống chè mới như LDP1, LDP2, TR777, và đại bạch trà, nhằm cải thiện sản lượng và chất lượng sản phẩm.
Vùng Tây Bắc Việt Nam bao gồm các tỉnh Tuyên Quang, Hà Giang, Lào Cai, Hòa Bình và phía tây Yên Bái (Nghĩa Lộ, Văn Chấn) là một khu vực quan trọng với hai hình thức sản xuất nông nghiệp rõ rệt: sản xuất quảng canh và thâm canh Khu vực này bao gồm tiểu vùng rừng dân tộc và tiểu vùng công nghiệp với trình độ thâm canh cao hơn.
Sản lượng búp chè tươi chiếm 31,15% tổng sản lượng chè búp tươi cả nước, với các giống chè chủ yếu là chố Shan và Trung du Hiện nay, một số giống chè mới như Bỏt Tiờn, Đại Bạch trà, TR777, LDP1 đang được trồng nhưng với diện tích nhỏ, nhằm khảo nghiệm để thay đổi cơ cấu giống chè phù hợp với nhu cầu của người tiêu dùng.
HỢP CHẤT POLYPHENOL THỰC VẬT
Polyphenol là hợp chất có một hoặc nhiều nhóm hydroxyl gắn vào vòng thơm benzen, với cấu trúc phenol làm nền tảng Hợp chất này chủ yếu có mặt trong thực vật, tồn tại chủ yếu dưới dạng este và glycosid hơn là dạng tự do Polyphenol là một nhóm lớn các chất hóa học và được phân loại theo nhiều cách khác nhau Harborne và Simmonds (1964) đã phân loại các hợp chất này thành các nhóm dựa trên số lượng carbon trong phân tử.
Bảng 1.1 Phân loại hợp chất polyphenol [89]
C 6 -C 1 Axit phenolic và hợp chất của chúng
C 6 -C 3 Axit cinnamic, aldehyd cinnamyl, rượu cinnamyl
Lignan, neolignan Dimer hoặc oligome
Flavonoit là một phân nhóm chính của hợp chất polyphenol, nổi bật với cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học đa dạng Các hợp chất flavonoit có mặt ở hầu hết các bộ phận của thực vật bậc cao, đặc biệt là trong các tế bào quang hợp Chúng không được tổng hợp ở người và động vật, mà thường xuất hiện trong cơ thể động vật do việc tiêu thụ thực vật Flavonoit được biết đến nhiều trong cây trồng và có hoạt tính sinh học tốt cho sức khỏe con người, do đó, chúng đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như hóa dược và thực phẩm.
Flavonoit là nhóm sắc tố thực vật, chủ yếu mang màu sắc đỏ, tím, vàng, và đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra màu sắc cho nhiều loại hoa quả Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy flavonoit có tác dụng tích cực trong việc điều trị và ngăn ngừa nhiều tình trạng bệnh lý Hiện nay, chúng ta nhận thức được rằng nhiều thực phẩm, nước trái cây, thảo mộc và mật ong đều chứa flavonoit, mang lại những lợi ích dược lý đáng kể Flavonoit phổ biến trong các loại thực vật bậc cao.
Hợp chất flavonoit có cấu tạo khung cacbon C 6 - C 3 - C 6 gồm 2 vòng benzen
A và B nối với nhau bởi mạch 3C (dị vòng C), [87]
Hình 1.5 Cấu tạo khung cacbon của flavonoit
Trên cơ sở cấu tạo hóa học, người ta phân loại flavonoit thành các nhóm chất sau:
- Chalcon: xuất phát bởi 3 gốc axetat và axit cinnamic, có màu vàng
- Anthocyanin: gồm cỏc chất oenin, cyanidin, delphinidin cú màu ủỏ, xanh, tím
- Flavonol: gồm các chất quercetin, kaempferol
- Flavon: gồm có rutin, luteolin, apigenin, chrysin
- Flavanon: gồm các chất taxifolin, narirutin, naringenin, hesperidin
- Flavan 3-ol: gồm các hợp chất catechin
- Isoflavonoit: Ở các hợp chất flavanon, flavon, flavonol và anthocyanin thì vũng benzen B thường ở vị trớ C số 2; trong khi ủú với Isoflavonoit thỡ vũng benzen B ở vị trí C số 3
Flavonoit là các hợp chất chuyển hóa thứ cấp được hình thành trong thực vật thông qua quá trình quang hợp, với nguồn gốc từ phenylpropanoid và dẫn xuất axit béo Quá trình tổng hợp flavonoit diễn ra qua bốn con đường cơ bản: isopren, polyketid, shikimat và amino axit, trong đó shikimat là con đường khởi nguồn từ hợp chất cacbonhydrat Hợp chất flavonoit được tổng hợp từ p-coumaroyl-CoA kết hợp với ba phân tử malonyl-CoA dưới sự xúc tác của enzym CHS, tạo thành chalcon Chalcon là hợp chất quan trọng cho việc tổng hợp các flavonoit phức tạp hơn, bao gồm catechin, tanin phức tạp, tanin thủy phân, flavanol, leucoanthocyanidin và anthocyanin.
Sự sinh tổng hợp nhúm flavonoit ủược bắt ủầu bằng con ủường sikimat như sau
Cấu trỳc khung của họ flavonoit gồm 3 vũng A, B, C ủược chia làm 2 phần:
Sự tạo thành vòng B + 3C (Phần C 6 – C 3 ): xuất phát theo chu trình axit shikimic dẫn ủến tạo phenylpropan
5-phosphosikimic axit phospho enol pyruvic
Hình 1.6 Chu trình sinh tổng hợp tạo thành phenylpropan [22]
Sự tạo thành vũng A (Phần C 6 ): xuất phỏt từ 3 ủơn vị axetat dẫn ủến
Chalcone là hợp chất trung gian quan trọng trong quá trình tổng hợp các flavonoid như flavanon, flavon, flavonol, flavan-3-ol, anthocyanidin và anthocyanin, nhờ vào sự tác động của các hệ enzym Từ chalcone, nhiều dẫn xuất khác nhau của họ flavonoid được hình thành.
Hỡnh 1.7 Sơ ủồ sinh tổng hợp flavonoit [190]
CH 3 – COOH + HCH 2 – COOH CH 3 –CO–CH 2 –COOH
CH 3 –CO–CH 2 –COOH + HCH 2 – COOH CH 3 –CO–CH 2 –CO–CH 2 –COOH
Các hợp chất flavonoid có mặt nhiều trong hoa, lá và quả thực vật nhờ vào sắc tố màu của chúng Quá trình tổng hợp flavonoid rất phức tạp và đặc trưng cho từng họ, loài và giống thực vật Trong trà xanh, nhóm flavonoid chủ yếu là các hợp chất catechin (flavan-3-ol), có nhiều tác dụng dược lý quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe, như khả năng chống ung thư, giảm nguy cơ bệnh tim mạch, tiểu đường và hỗ trợ cơ thể thải độc tố kim loại cũng như các chất phóng xạ.
1.2.3 Hợp chất polyphenol trong chè
Các hợp chất polyphenol trong chè chủ yếu là các hợp chất flavonoit, trong ủú chia thành 5 nhúm chớnh: a Hợp chất catechin
Catechin, một hợp chất quan trọng, đã được nghiên cứu lâu dài trong lĩnh vực dược liệu Trong tự nhiên, catechin thường xuất hiện dưới dạng tự do hoặc kết hợp với axit gallic.
Catechin là một loại flavonoid thuộc nhóm flavan-3-ol, có cấu trúc phân tử gồm 15 carbon, bao gồm hai vòng carbon A và B được nối với nhau bởi ba đơn vị carbon ở vị trí 2, 3, và 4, tạo thành một dị vòng C chứa một nguyên tử oxy Cấu trúc của catechin còn có hai carbon bất đối xứng ở vị trí 2 và 3, không có liên kết đôi ở vị trí 2, 3 và nhóm 4-oxo Công thức tổng quát của catechin là:
• Gốc R 1 có thể là: (- H) hoặc gốc galloyl
• Gốc R 2 có thể là (-H) hoặc (-OH)
Công thức của các catechin chính trong chè [9], [10]
(+) – gallocatechin gallat (GCG) (T nc : Nhiệt ủộ núng chảy; M: Khối lượng phõn tử; [α] D : Gúc quay cực)
Hình 1.8 Công thức cấu tạo của các catechin trong chè
Hàm lượng catechin trong búp chè cao nhất đạt khoảng 30% trọng lượng khô, trong đó gallat chiếm hơn 80% tổng catechin EGCG là thành phần đặc trưng của chè, có thể chiếm hơn 50% tổng khối lượng các hợp chất catechin và khoảng 10% tổng khối lượng khô của chè, tiếp theo là EGC và ECG (chiếm khoảng 10-20% tổng catechin) Các hợp chất catechin còn lại có hàm lượng thấp và không phải là thành phần đặc trưng của chè, vì cũng được tìm thấy trong cacao, nho, táo, hành Hàm lượng catechin trong lá chè thay đổi tùy thuộc vào giống chè, thời kỳ sinh trưởng, vị trí lá trên búp chè, cũng như các yếu tố thổ nhưỡng, khí hậu và cách chăm bón Trong cùng một búp chè tươi, không phải lúc nào cũng có đủ 7 loại catechin; lá càng non thì sự tổng hợp catechin càng mạnh, nhưng số lượng các catechin trong lá non không đầy đủ như lá chè già.
Các hợp chất anthoxanthin thuộc nhóm flavonol trong họ flavonoit Chúng có công thức cấu tạo chung như sau:
- Nếu R 1 = R 3 = (-H); R 2 = (-OH): ta có chất kaempferol
- Nếu R 1 = R 2 = (-OH); R 3 = (-H): ta có chất quercetin
- Nếu R 1 = R 2 = R 3 = (-OH): ta có chất myricetin
Các hợp chất anthoxanthin có trong thực vật thường tồn tại ở cả hai trạng thái tự do và kết hợp (hợp chất glycosid) Trong phân tử anthoxanthin, các nhóm –
OH ở vị trí 3 và 7 có khả năng glycosid hóa, tức là có khả năng kết hợp với các gốc
3 ủường khỏc nhau (như glucoza, galactoza, ramnoza)
Các anthoxanthin trong lá chè tươi có mặt dưới cả hai dạng tự do và kết hợp, với các glycosid thường gắn gốc đường tại vị trí thứ 3 Hợp chất anthocyanin cũng được tìm thấy trong thành phần này.
Hợp chất anthocyanin, thuộc nhóm flavonoit dẫn xuất croman, thường xuất hiện trong thực vật dưới dạng kết hợp với các gốc đường (glycosid).
All anthocyanins are found within pyran rings that neutralize free radicals In their free state, anthocyanins consist of three main aglycones: pelargonidin, cyanidin, and delphinidin, along with leucoanthocyanin compounds.
Hợp chất leucoanthocyanin là sự kết hợp giữa các gốc aglycon và gốc đường (glucosid), với các aglycon chính thường gặp trong chè như leucocyanidin và leucodelphinidin Ngoài dạng tự do, leucoanthocyanin còn tồn tại dưới dạng glycosid Tuy nhiên, hàm lượng của chúng trong lá chè rất thấp so với hàm lượng của hợp chất catechin.
Qua nghiên cứu, người ta thấy rằng, các chất leucoanthocyanin là hợp chất trung gian giữa catechin và anthocyanin [157], [184] e Các axit phenol cacboxylic [10]
Axit phenol cacboxylic là nhóm chất tự nhiên có trong thực vật, đặc trưng bởi sự hiện diện của nhóm phenol và nhóm cacbonyl Trong lá chè tươi, có nhiều axit phenol cacboxylic như axit gallic, ellagic, metadigallic, chlorogenic (cafein-3-quinic), cafeic, para-coumaric và axit galloylquinic (teogallin) Mặc dù hàm lượng các hợp chất này trong lá chè không cao, nhưng chúng đóng góp vào hương vị đặc trưng của chè.
1.2.4 Hoạt tính sinh học của polyphenol
1.2.4.1 Tác d ụ ng ch ố ng oxy hóa c ủ a polyphenol
Các polyphenol trong chè, đặc biệt là dịch chiết từ lá chè xanh, có tác dụng sinh học quan trọng nhờ khả năng khử các gốc tự do, tương tự như các chất chống oxy hóa Gốc tự do tích lũy trong quá trình sống là nguyên nhân chính dẫn đến bệnh tật và tăng tốc quá trình lão hóa của cơ thể Flavonoid, một nhóm hợp chất polyphenol, thể hiện hoạt tính sinh học thông qua khả năng kìm hãm quá trình oxy hóa do gốc tự do gây ra, mặc dù mức độ hiệu quả phụ thuộc vào đặc điểm và cấu trúc hóa học của từng flavonoid cụ thể Nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy phần lớn gốc tự do hình thành trong cơ thể do phản ứng sinh hóa và có thể gây hại cho các tế bào xung quanh Gốc tự do được sản sinh tự nhiên trong cơ thể trong quá trình oxy hóa để tạo năng lượng, nhưng nếu không được kiểm soát, chúng có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng như ung thư, hoại tử và rối loạn chuyển hóa.
ỨNG DỤNG HỢP CHẤT POLYPHENOL CHÈ XANH
1.3.1 Ứng dụng polyphenol trong công nghiệp thực phẩm
Hợp chất polyphenol trong chè xanh có nhiều hoạt tính sinh học nổi bật và đã được chứng minh, do đó việc ứng dụng các hợp chất này để nâng cao sức khỏe con người ngày càng được quan tâm nghiên cứu và phát triển Ứng dụng polyphenol trong ngành công nghiệp thực phẩm là một hướng đi đầy triển vọng, đặc biệt tại Việt Nam và các quốc gia khác trên thế giới.
1.3.1.1 Vai trũ c ủ a polyphenol chố xanh ủượ c b ổ sung trong th ự c ph ẩ m
Ngày nay, việc sử dụng chiết xuất chè xanh trong chế biến thực phẩm ngày càng phát triển, với nhiều sản phẩm như bánh kem, bánh gato, kem, thạch, mì ăn liền và sandwich chè xanh được tiêu thụ mạnh mẽ tại Nhật Bản, Hàn Quốc, Anh, Mỹ, Úc và Trung Quốc Tại Việt Nam, các sản phẩm như bánh nướng và bánh dẻo chè xanh cũng đang được nghiên cứu để bổ sung polyphenol từ chè xanh vào các loại thực phẩm khác như sữa chua và bánh pudding Tuy nhiên, Nhật Bản vẫn dẫn đầu về số lượng sản phẩm chế biến từ chè xanh, nổi bật với hai loại polyphenol nổi tiếng là Sunphenon và Thea-flan.
Một số sản phẩm thực phẩm có chứa chè xanh của Nhật Bản
+ Nước uống Sencha vodka quất + Chè Gyokuro - Shochu
+ Bánh Chiffon Matcha + Chè Matcha mặn
+ Matcha dầm chuối + Matcha chua
+ Bánh Matcha hấp + Chè xanh áo
+ Chè Matcha ngọt + Chè Matcha lạnh
+ Chè Matcha chua chát + Matcha dừa
+ Matcha bơ + Matcha sữa cú ủường
+ Matcha mật ong + Kem Matcha pho mát
+ Kem chố xanh Matcha + Matcha ủỏnh kem
+ Bánh Sandwich chè xanh + Bánh Matcha viên tròn + Bánh kem bơ Matcha rau diếp + ðậu phụ Matcha
+ Cá thu và bánh ngọt hương chè + Bánh khoai tây chè xanh + Hải sản Matcha và nấm Gratin + Kem ủỏ Matcha
+Nước xiro Matcha + Bánh Matcha nướng
Bảng 1.2 Các chế phẩm SUNPHENON và ứng dụng trong thực phẩm [173]
Sản phẩm ðặc ủiểm kỹ thuật Ứng dụng
Sunphenon EGCG là một sản phẩm có chứa EGCG với độ tinh khiết trên 90% và hàm lượng caffeine dưới 0,1%, lý tưởng cho việc sử dụng trong các chất bổ sung, thực phẩm hoặc đồ uống mà không có hương vị hay màu sắc của trà Sunphenon 90LB chứa polyphenol trên 80%, catechin trên 80%, EGCG trên 40% và caffeine dưới 1%.
Catechin ủược tỏch cafein Hương vị chố ủậm ủà và ủộ ủắng thấp Rất thớch hợp cho ủồ uống
Sunphenon 90DCF-T polyphenol > 80%, catechin > 80%, EGCG > 45%, cafein < 1%
Catechin là một thành phần quan trọng trong các sản phẩm bổ sung, thực phẩm và đồ uống không có hương vị hay màu sắc trà Sunphenon 90M-T chứa polyphenol trên 80%, catechin trên 75%, EGCG trên 45% và hàm lượng cafein dưới 6%.
Catechin ủộ tinh khiết cao ủể sử dụng trong chất bổ sung, thực phẩm hoặc ủồ uống mà không có hương vị chè hay màu sắc chè
Sunphenon 70H-T polyphenol > 70%, catechin > 60%, EGCG > 25%, cafein < 12,5-20%
Catechin hàm lượng trung bình ủể dựng làm chất bổ sung
Hương vị đặc trưng và tính ổn định cao trong đồ uống là những ưu điểm nổi bật của Sunphenon 30R-T Sản phẩm này chứa polyphenol trên 25%, catechin trên 15% và caffeine dưới 10%, được chiết xuất từ lá chè sao, mang lại lợi ích bổ sung cho thực phẩm.
Sunphenon 30LB-T polyphenol > 25%, catechin > 5%, cafein < 1%
Cafein ủược loại bỏ Vị chỏt dịu ủể sử dụng trong ủồ uống Sunphenon WT-3 polyphenol > 25%, catechin > 15%, cafein < 3%
Chiết xuất trà trắng Màu sắc và hương thơm của chố ủặc trưng
Bảng 1.3 Ứng dụng của chế phẩm “Thea- flan” trong chế biến thực phẩm [137]
Liều lượng (%) Lĩnh vực Các sản phẩm ứng dụng
- Dầu mỡ (dầu thực vật, mỡ lợn )
- Thực phẩm chứa dầu (snack food, thực phẩm rán, margarin…)
Dầu có chứa các axít béo bão hòa phân tử lượng lớn 0,1-1,0 0,2-0,3
- Kéo dài thời gian sử dụng của các sản phẩm chế biến từ hải sản
Thực phẩm sấy khô (bột cá) 0,01-0,1
Chống oxi hóa thực phẩm
- Bơ, pho mát, sữa chua, bánh sữa
- Chống nhạt màu chất màu tự nhiên 0,01-0,5 0,05-0,3 Kiểm soát mầm bệnh
Tất cả các thực phẩm thông thường
Khử mùi Thực phẩm chống hôi miệng (bánh kẹo, kẹo cao su) 0,1-0,5 0,002-0,2
Bánh 0,1-0,5 ðồ uống tăng lực 0,1-0,3
Chống sâu răng, viêm lợi (bánh kẹo) 0,1-0,5 Ức chế cholesterol (hămbơgơ, thịt băm, xúc xích, thực phẩm rán)
Chất chiết chè xanh được sử dụng phổ biến như một phụ gia thực phẩm với khả năng chống oxy hóa, giúp bảo quản các sản phẩm như mì ăn liền và bánh quy Các polyphenol trong chè xanh tăng cường hiệu quả của vitamin E, C, axit citric, và cải thiện sự ổn định của vitamin A, B2, cùng với β-caroten Do đó, catechin trong chè xanh được áp dụng rộng rãi trong các thực phẩm có hàm lượng nước cao và các sản phẩm được nấu chín, đóng vai trò như một chất chống oxy hóa tự nhiên, thay thế cho các chất chống oxy hóa tổng hợp khác.
BHA và BHT được biết đến với khả năng tan trong nước và chống lại sự biến đổi chất lượng do nhiệt Việc sử dụng polyphenol là cần thiết để bảo vệ vi sinh vật có lợi trong hệ vi sinh vật đường ruột và hạn chế vi sinh vật có hại từ thực phẩm trong quá trình bảo quản và chế biến Polyphenol từ chè xanh cũng được áp dụng trong các sản phẩm thực phẩm chăm sóc sức khỏe, với chức năng khử mùi hôi miệng, chống sâu răng và kháng viêm Một trong những ứng dụng nổi bật là các sản phẩm kẹo cao su có bổ sung polyphenol chè xanh.
Ngày nay, xu hướng bổ sung polyphenol vào thực phẩm chức năng ngày càng được quan tâm Các ứng dụng của polyphenol trong thực phẩm không chỉ nhằm bảo vệ sức khỏe mà còn tăng cường các chức năng cụ thể, đặc biệt là cho những đối tượng dựa trên tình trạng sức khỏe.
- Thực phẩm ủiều hũa, tăng cường hệ thống miễn dịch
- Thực phẩm ủiều hũa lipit trong mỏu
- Thực phẩm ủiều hũa hàm lượng ủường trong mỏu
- Thực phẩm chống lão hóa
- Thực phẩm phũng ngừa nhiễm ủộc do phúng xạ
- Thực phẩm cú tỏc dụng khử ủộc do kim loại nặng (chỡ…)
- Thực phẩm làm thông mát cổ họng
- Thực phẩm chăm sóc da mặt
- Thực phẩm ủiều hũa tiờu húa (ủiều hũa hoạt ủộng của hệ vi sinh vật, kớch thích tiêu hóa, và giảm nhẹ chứng táo bón)
1.3.1.2 S ự chuy ể n hóa polyphenol trong h ệ tiêu hóa
Nghiên cứu của Kurita và cộng sự [122] cho thấy 30-40% (+)-catechin ([U-
Catechin, một polyphenol trong trà xanh, được hấp thụ từ ruột non với mức độ cao nhất trong 1-2 giờ sau khi tiêu thụ Dữ liệu cho thấy (+)-catechin dễ dàng được hấp thụ và có khả năng các polyphenol khác cũng có thể được hấp thụ tương tự Catechin ức chế enzym tiêu hóa như α-amylase và lipase, làm giảm sự tiêu hóa đường sacaro và triglycerit, từ đó giảm tiêu hóa lipid trong cơ thể Ngoài ra, catechin có tác dụng tích cực lên hệ vi khuẩn đường ruột, tăng cường vi khuẩn lactic và giảm vi khuẩn gây thối rữa Nghiên cứu in vivo cũng chỉ ra trà xanh có khả năng chống lại các vi khuẩn gram (+) và gram (-) gây bệnh như viêm bàng quang, tiêu chảy, sâu răng, viêm phổi và nhiễm trùng da Cholecystokinin (CCK), một hormone tiêu hóa quan trọng, được phát hiện tăng lên sau khi tiêu thụ polyphenol trà xanh, kích thích bài tiết enzym tuyến tụy và co bóp túi mật.
Nghiên cứu của Dislar và cộng sự cho thấy rằng tannin trong nước chè có thể giảm khả năng hấp thụ sắt khi ăn, điều này làm tăng nguy cơ thiếu máu ở phụ nữ và trẻ nhỏ Ngoài ra, các polyphenol trong chè có liên kết chặt chẽ với protein và các chất khoáng, ảnh hưởng tiêu cực đến tình trạng dinh dưỡng bằng cách giảm khả năng hấp thụ protein trong cơ thể.
Polyphenol trong chè không chỉ phân phối tới một cơ quan cụ thể mà còn lan tỏa tới hầu hết các cơ quan trong cơ thể Nghiên cứu đã chỉ ra rằng có bốn loại catechin tồn tại trong tĩnh mạch chủ, cho thấy catechin được hấp thụ qua hệ tiêu hóa Nhiều nghiên cứu trên chuột cũng đã xác nhận kết quả tương tự, cho thấy sự chuyển hóa polyphenol diễn ra theo hướng chung.
Aglycon có thể được hấp thụ từ ruột non, nhưng hầu hết polyphenol trong thực phẩm tồn tại dưới dạng este, glycosid hoặc polyme, không thể hấp thụ ở dạng tự nhiên Những hợp chất này cần được thủy phân bởi enzym tiêu hóa hoặc vi khuẩn ruột kết trước khi hấp thụ Sự hiện diện của hệ vi khuẩn có thể làm giảm khả năng hấp thụ, do vi khuẩn biến đổi aglycon thành các axit thơm khác Quá trình hấp thụ chủ yếu bao gồm methyl hóa, sunphat hóa và glucuronid hóa, đây là quá trình khử độc của các chất chuyển hóa để tạo thành xenobiotic, giúp dễ dàng bài tiết qua mật và nước tiểu bằng cách tăng khả năng hút nước của các chất Polyphenol và các dẫn xuất của chúng chủ yếu được bài tiết qua mật và nước tiểu.
Hình 1.9 Chu trình chuyển hóa của catechin chè xanh [123]
Catechin chố xanh trải qua chu trình chuyển hóa sinh học trong cơ thể động vật, với sự tham gia của hệ enzym và vi khuẩn Quá trình này bao gồm các phản ứng methyl hóa, glucuronid hóa, sulfat hóa và phân tách vòng thơm, tạo ra những sản phẩm chuyển hóa quan trọng.
1.3.2 Ứng dụng polyphenol trong Y-Dược đã từ lâu chè ựược sử dụng như là một phương thuốc trong y học phương đông Tuy nhiên những hiểu biết cơ bản về cơ chế tác ựộng của chè mới ựược bắt ủầu nghiờn cứu mạnh mẽ trong thế kỷ 20 Trước ủõy cỏc tỏc dụng của chố ủược cho là do tỏc ủộng của cafein và vitamin C Bắt ủầu từ khoảng thập niờn 70 của thế kỷ
Nghiên cứu chi tiết về chè cho thấy tác dụng dược lý của nó chủ yếu đến từ nhóm hợp chất flavonoit phong phú trong chè xanh Trong y học lâm sàng, flavonoit có nhiều tác dụng đa dạng và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
CÔNG NGHỆ TRÍCH LY POLYPHENOL CHÈ XANH
1.4.1 Cỏc yếu tố ảnh hưởng ủến quỏ trỡnh trớch ly polyphenol
Quá trình trích ly polyphenol từ chè hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp trích ly bằng dung môi, với ưu điểm là thiết bị đơn giản và khả năng xử lý lượng lớn nguyên liệu trong quy trình liên tục Polyphenol có thể được trích ly bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm trích ly truyền thống bằng dung môi nước, trích ly bằng bộ Soxhlet, trích ly có hỗ trợ vi sóng, trích ly bằng siêu âm, và trích ly bằng dòng chất lỏng siêu tới hạn Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol, đòi hỏi sự tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao nhất.
Dung môi trích ly đóng vai trò quan trọng trong việc chiết xuất polyphenol từ chè xanh, do các hợp chất này là phân cực yếu và thường tồn tại dưới dạng glycosid tan trong nước nóng cũng như các dung môi hữu cơ phân cực cao như etanol và metanol Việc sử dụng dung môi phân cực cho thấy hiệu quả cao hơn trong việc thu được các sản phẩm có hoạt tính mạnh so với dung môi phân cực yếu như n-hexan hay ete dầu hỏa Tuy nhiên, quá trình chiết xuất cũng dẫn đến việc thu được một lượng lớn hợp chất không mong muốn cùng với polyphenol, và các glycosid có thể bị thủy phân khi sử dụng dung dịch nước axit làm dung môi.
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong quá trình chiết xuất, với nhiệt độ cao có thể tăng tốc độ và hiệu quả của quá trình Tuy nhiên, cần lựa chọn nhiệt độ phù hợp để oxy hóa các catechin cần tách Trong quá trình chiết xuất, nhiệt độ không nên vượt quá 90°C; một số quy trình thực hiện ở nhiệt độ thấp từ 5-10°C, 40-50°C, và thậm chí ở nhiệt độ cao 100°C Thông thường, nhiệt độ chiết xuất thích hợp dao động từ 80°C đến 90°C.
Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi càng nhỏ thì hiệu quả trích ly càng cao, điều này có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất trích ly.
Tỷ lệ thường được sử dụng cho nguyên liệu lò chố khô là từ 1/20 đến 1/30, trong khi cho nguyên liệu lò chố tươi là từ 1/10 đến 1/20 Tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều dung môi có thể gây khó khăn cho các giai đoạn tiếp theo trong quy trình.
pH có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất trích ly polyphenol, vì các chất này là những chất khử mạnh và dễ bị oxy hóa ở pH cao Ở pH thấp, các hợp chất polyphenol được bảo vệ tốt hơn, dẫn đến hiệu suất trích ly cao hơn Nghiên cứu của Yoshida cho thấy ở pH cao, lượng catechin chính như EC, EGC, ECG, EGCG giảm, trong khi các catechin khác như C, GC, CG và GCG lại tăng Do đó, pH tối ưu cho quá trình trích ly polyphenol nằm trong khoảng 2,5 đến 4,5.
Quá trình trích ly polyphenol trong chế biến thực phẩm có thời gian thực hiện rất đa dạng, với một số quy trình chỉ yêu cầu thời gian ngắn để đạt được hiệu quả tối ưu.
Thời gian trích ly lý tưởng thường dao động từ 30 đến 70 phút, mặc dù hiệu quả trích ly có thể tăng theo thời gian Tuy nhiên, việc kéo dài thời gian trích ly trên 100 phút có thể gây bất lợi về mặt năng lượng và làm giảm hoạt tính của các catechin trong dịch chiết Nghiên cứu của Druzynska cho thấy, trong quá trình trích ly, hàm lượng catechin như EGCG, ECG và EGC có hoạt tính cao sẽ giảm do bị oxy hóa và trùng ngưng khi thời gian kéo dài.
Kích thước vật liệu ảnh hưởng lớn đến hiệu quả trích ly, vì quá trình này chủ yếu diễn ra thông qua thẩm thấu và khuếch tán Khi kích thước vật liệu nhỏ hơn, diện tích tiếp xúc tăng lên, từ đó nâng cao hiệu suất trích ly.
- Khu ấ y tr ộ n: khuấy trộn giúp tăng cường hiệu quả trích ly, do tăng cường quá trình chuyển khối
Sử dụng chất chống oxy hóa hỗ trợ như axit ascorbic và axit citric có thể tăng hiệu quả trích ly và giảm sự oxy hóa của catechin Tuy nhiên, cơ chế của quá trình này vẫn chưa được làm rõ và có nhiều ý kiến trái chiều Một số nghiên cứu cho rằng catechin có thể bị oxy hóa trước các chất chống oxy hóa được bổ sung, đồng thời việc thêm các chất khác có thể tạo ra tạp chất không mong muốn trong sản phẩm.
Kỹ thuật trích ly hỗ trợ vi sóng mang lại hiệu suất cao hơn so với phương pháp truyền thống, rút ngắn thời gian ủ, nhưng vẫn cần thực hiện ở nhiệt độ cao (85-90 độ C) và chỉ phù hợp với quy mô nhỏ Mặc dù nhiều kỹ thuật trích ly mới đã được phát triển, phương pháp trích ly cổ điển bằng nước vẫn được ưa chuộng nhờ vào hiệu quả kinh tế vượt trội.
1.4.2 Các nghiên cứu trên thế giới về công nghệ trích ly polyphenol chè xanh
Trong sản xuất polyphenol từ chè xanh, việc xác định quy trình chiết tách và phân lập polyphenol trong hỗn hợp phức tạp là rất quan trọng, đồng thời cần đảm bảo điều kiện tránh oxy hóa và phản ứng bất lợi để giữ hoạt tính sinh học Mặc dù các kỹ thuật chiết polyphenol tinh khiết cao lý thuyết có thể thực hiện, nhưng thực tế lại khó áp dụng do chi phí cao hoặc quy mô không phù hợp Ví dụ, phương pháp sắc ký cột với silicagel có thể tách polyphenol từ chè, nhưng hiệu quả kinh tế rất thấp Do đó, việc lựa chọn con đường chiết tách nhiều bậc đơn giản hơn mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn Dưới đây là một số phương pháp chiết polyphenol từ chè xanh.
1.4.2.1 Các ph ươ ng pháp trích ly c ơ b ả n [47], [69], [154], [160]
Trong các nghiên cứu trên thế giới, việc trích ly polyphenol từ chè xanh thường tuân theo nguyên tắc sử dụng dung môi có khả năng hòa tan tốt polyphenol, đồng thời hạn chế hòa tan các chất không mong muốn như màu, sáp và protein Quá trình này có thể được thực hiện theo hai phương pháp khác nhau.
- Loại clorophyll trước, chiết tách polyphenol sau
- Chiết tỏch polyphenol trước sau ủú mới loại bỏ clorophyll a Phương pháp 1
Phương pháp này bắt đầu bằng việc loại bỏ chlorophyll và caffeine bằng dung môi chloroform Sau đó, dịch chiết được tách ra bằng dung môi cồn, tiếp theo là thủy phân bằng axit HCl và cuối cùng là chiết xuất polyphenol bằng etyl axetat Sơ đồ quy trình được thể hiện trong Hình 1.10.
Hình 1.10 Phương pháp trích ly 1 b Phương pháp 2
Phương pháp này sử dụng dung môi cồn để trích ly dịch chè, sau đó loại bỏ clorophyll và cafein bằng dung môi diclometan Tiếp theo, thủy phân được thực hiện bằng axit HCl, và polyphenol được chiết xuất bằng etyl axetat Sơ đồ quy trình của phương pháp này được minh họa trong Hình 1.11.