TỔ NG QUAN TÀI LI Ệ U
Gi ớ i thi ệ u chung v ề cây chè
1.1.1 Nguồn gốc và sự phân bố của cây chè
Cây chè, với tên khoa học là Camellia sinensis (L) O Kuntze, được phát hiện bởi người Trung Quốc vào khoảng 2700 TCN Nhiều nghiên cứu hiện nay cho thấy nguồn gốc của cây chè nằm ở miền núi phía Nam Trung Quốc, Bắc Ấn Độ và miền núi phía Bắc Việt Nam Cây chè có sự phân bố rộng rãi trong các điều kiện tự nhiên khác nhau, từ 30 độ vĩ nam (Natan - Nam Phi) đến 43 độ vĩ bắc (Grudia), chủ yếu tập trung ở các khu vực nhiệt đới và á nhiệt đới.
Hình 1 1: Lá chè tại Xã Suối Nghệ, Tân Thành, tỉnh BR-VT
Cây chè thuộc: Ngành hạt kín (Angiospermae), Lớp song tử diệp
(Dicotyledonae), Bộ chè (Theales), Họ chè (Theaceae), Chi chè (Camellia) và Loài
(Camellia (Thea) sinensis) Hiện nay, chè được chia thành 4 giống chính: [9]
* Chè Trung Quốc lá nhỏ (Camellia sinensis var bohea)
Cây bụi thấp này có nhiều cành, lá nhỏ dài từ 3,5 đến 6,5 cm, dày và gợn sóng, màu xanh đậm với răng cưa không đều Mặc dù giống cây này có năng suất thấp và chất lượng trung bình, nhưng khả năng chịu rét của nó rất tốt Loài cây này chủ yếu phân bố ở miền Đông và Đông Nam Trung Quốc, Nhật Bản cùng một số vùng khác.
* Chè Trung Quốc lá to (Camellia sinensis var macrophylla)
Cây gỗ nhỡ này có chiều cao lên tới 5 m trong môi trường tự nhiên, với lá lớn, màu xanh nhạt và bóng, có răng cưa sâu không đều và đầu lá nhọn Giống cây này nổi bật với năng suất cao và chất lượng tốt, có nguồn gốc từ Vân Nam và Tứ Xuyên, Trung Quốc.
* Chè Shan (Camellia sinensis var shan)
Cây tôm chè là loại cây thân gỗ cao từ 6 đến 10 m, có lá to màu xanh nhạt với đầu lá dài và răng cưa nhỏ Đặc biệt, cây có nhiều lông tơ trắng mịn, giống như tuyết, nên còn được gọi là chè tuyết Giống cây này nổi bật với năng suất cao, chất lượng tốt và khả năng thích ứng với điều kiện ấm ẩm, phát triển lý tưởng ở vùng địa hình cao Cây tôm chè có nguồn gốc từ Vân.
Nam - Trung Quốc, miền bắc của Miến Điện và Việt Nam
* Chè Ấn Độ (Camellia sinensis var assamica):
Cây có thân cao tới 17 m, phân cành thưa và lá dài từ 20 đến 30 cm, mỏng, mềm, thường có màu xanh đậm với hình dạng bầu dục, phiến lá gợn sóng và đầu lá dài Giống cây này nổi bật với năng suất cao và phẩm chất tốt, nhưng không chịu được rét hạn Nó được trồng phổ biến ở Ấn Độ, Miến Điện, Vân Nam (Trung Quốc) và một số khu vực khác.
1.1.3 Tình hình sản xuất chè ở Việt Nam
Năm 2012, Việt Nam đã vươn lên hàng thứ sáu thế giới về diện tích (115.964 ha), thứ năm về sản lượng chè (216.900 tấn), chỉ đứng sau Trung Quốc, Ấn Độ,
Srilanka, Kenya và tương đương Indonesia Trong 15 năm, từ 1995 – 2010, diện tích chè của nước ta đã tăng 2,2 lần từ 52.100 ha lên 113.200 ha, sản lượng tăng 4,94 lần từ
Theo Hiệp hội chè Việt Nam, khoảng 6 triệu lao động đang phụ thuộc vào ngành trồng và chế biến chè, cùng với 116 doanh nghiệp xuất khẩu chè, mang lại gần 200 triệu đô la mỗi năm, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế đất nước.
Về các giống chè ở Việt Nam, bên cạnh giống truyền thống (Trung du), hiện chúng ta đã chọn lọc và lai tạo được khá nhiều giống mới
1.1.4 Thành phần hóa học cơ bản của lá chè
Nước là thành phần chính trong búp chè, chiếm từ 75 - 82% trọng lượng búp, và hàm lượng này có thể thay đổi tùy thuộc vào giống chè, tuổi cây, chất lượng đất, kỹ thuật canh tác và tiêu chuẩn thu hái.
Tannin thiên nhiên là hỗn hợp của axit gallic và axit digallic, tồn tại dưới dạng tự do và kết hợp với glucose Đây là sản phẩm chuyển hóa thứ cấp của thực vật, được chia thành hai loại: tannin thủy phân (tannin pyrogallic) và tannin không bị thủy phân (tannin pyrocatechin), trong đó tannin trong chè chủ yếu là dạng pyrocatechin Pyrocatechin là hỗn hợp polymer của catechin và leucoanthocyanidin Hàm lượng tannin trong chè dao động từ 32-40% CK, phụ thuộc vào giống, độ non già của lá, mùa vụ thu hoạch và chế độ canh tác.
Polyphenol là thành phần quan trọng nhất trong nước chè, quyết định màu sắc, hương vị và tính chất dược lý Các hợp chất catechin là thành phần chính của polyphenol chè Tỷ lệ các chất trong polyphenol chè thay đổi theo giống, tiêu chuẩn, mùa vụ thu hái, điều kiện vĩ độ, thổ nhưỡng và kỹ thuật canh tác.
Chè chứa nhiều loại alkaloid, trong đó caffeine là thành phần chính với hàm lượng khoảng 2 - 4% CK Hàm lượng caffeine này có thể thay đổi tùy thuộc vào giống chè, độ tuổi của lá, thời vụ thu hoạch và điều kiện canh tác Caffeine có tác dụng kích thích hệ thần kinh trung ương, cải thiện hoạt động của thận và tim, đồng thời có tác dụng lợi tiểu.
Trong chè, protein chiếm khoảng 18% CK và có khoảng 17 loại amino acid
Protein trong lá chè chủ yếu tồn tại dưới dạng glutelin hòa tan trong kiềm, và trong quá trình chế biến, protein cùng với amino acid đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hương vị đặc trưng của nước chè pha.
Glucid trong chè rất đa dạng, bao gồm các monosacharide (chiếm khoảng 1 -
Chè chứa khoảng 2% đường và 10-12% polysaccharide, với các dạng đường tan trong nước có hàm lượng không cao nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra chất lượng đặc trưng của sản phẩm chè.
Tinh dầu trong chè rất ít, hàm lượng của chúng trong lá chè tươi vào khoảng
0,007 – 0,009% và trong chè bán thành phẩm khoảng 0,024 – 0,025% Hàm lượng này phụ thuộc nhiều vào giống và độ cao trồng trọt [9]
Chè chứa nhiều loại vitamin, mang lại giá trị dược liệu và dinh dưỡng cao Hàm lượng vitamin trong chè tính theo mg/1000 g chất khô bao gồm: Vitamin A: 54,6; B1: 0,7; B2: 12,2; PP: 47,0; C: 27,0 Đặc biệt, hàm lượng vitamin C trong chè cao gấp 3 đến 4 lần so với cam chanh.
Búp chè chứa hầu hết các loại enzyme, chủ yếu thuộc hai nhóm chính: nhóm thủy phân (bao gồm amylase, glucosidase, protease) và nhóm oxi hóa khử (gồm peroxidase và polyphenoloxidase) Các enzyme này có vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến chè.
Hàm lượng tro trong chè tươi vào khoảng 4 - 5% CK và lên tới 5 - 6% CK trong chè thành phẩm Các chất khoáng có nhiều trong chè là K, Se, Mn, Zn [4]
Chè được coi là loại nước uống tốt nhất thế giới, với lịch sử lâu dài trong y học phương Đông Theo các sách Đông y và thực tiễn, chè không chỉ bảo vệ sức khỏe mà còn có tác dụng điều trị nhiều loại bệnh, do đó, nó được xem như một loại thuốc chữa bệnh hiệu quả.
Polyphenol trong chè
1.2.1 Nguồn gốc chuyển hóa và phân loại các hợp chất phenolic thực vật
Hợp chất phenol, sản phẩm chuyển hóa thứ cấp của thực vật, rất đa dạng về cấu trúc và chức năng Hàm lượng phenol khác nhau ở các bộ phận của cây, với các phenol không hòa tan trong nước như lignin và hydroxycinnamic acid thường là thành phần của thành tế bào, trong khi các phenol hòa tan thường cư trú ở không bào.
Sơ đồ 1 1: Phân loại polyphenol
1.2.2 Các hợp chất Polyphenol có trong chè
Nhóm hợp chất polyphenol trong trà xanh là thành phần quan trọng, mang lại nhiều lợi ích sức khỏe Các hợp chất này giúp trà xanh có khả năng chống ung thư, chống oxy hóa và giảm cholesterol trong máu, góp phần nâng cao sức khỏe người dùng.
Các hợp chất polyphenol trong chè chủ yếu là các hợp chất flavonoid, trong đó chia thành 5 nhóm chính:
• Các axit phenol cacboxylic và một số chất khác
Catechin là một loại flavonoid thuộc nhóm flavan-3-ol, thường tồn tại trong trà dưới dạng tự do hoặc este với axit gallic Đây là thành phần chính của polyphenol trong trà, đóng vai trò quan trọng trong hoạt tính sinh học và tính chất cảm quan của nước trà pha Công thức cấu tạo chung của catechin là một yếu tố đáng chú ý trong nghiên cứu về trà.
Catechin là một hợp chất có cấu trúc đặc biệt, trong đó R1 và R2 có thể là nguyên tử H- hoặc gốc galloyl, và R1 cũng có thể là gốc –OH.
Khi R1 = R2 = H ta có catechin (C); khi R1 = H, R2 = OH ta có gallocatechin
(GC) Khi R2 là gốc galloyl, còn R1 là OH thì chất trên sẽ là catechingallate (CG) và nếu R2 là gốc galloyl, còn R1 là H thì chất tạo thành là gallocatechingallate (GCG)
Bên cạnh đó, cấu trúc phân tử của catechin có phân tử có 15 cacbon bao gồm hai vòng
Catechin là một hợp chất quan trọng trong trà, được cấu tạo từ 6 cacbon A và B nối với 3 cacbon ở vị trí 2, 3, và 4, tạo thành một dị vòng C với một nguyên tử oxy Cấu trúc của catechin có hai cacbon bất đối tại vị trí 2 và 3, không có nối đôi ở vị trí này và không chứa nhóm 4-oxo, do đó có khả năng tạo ra nhiều đồng phân khác nhau Hiện nay, đã xác định được 7 loại catechin trong trà.
Epigallocatechingallate (EGCG), Epicatechingallate (ECG), Epigallocatechin (EGC),
Gallocatechingallate (GCG), Epicatechin (EC), Gallocatechin (GC) và Catechin (C)
Catechin, đặc biệt là EGCG, EGC, ECG, EC và C, là những hợp chất quan trọng có trong trà Hàm lượng catechin trong trà có thể đạt từ 15-20% trọng lượng khô và thường chiếm hơn 70% tổng lượng polyphenol có trong lá trà.
EGCG Đây là thành phần chính trong các hợp chất catechin của chè, công thức phân tử
C22H18O11, không màu, kết tinh hình kim nhỏ, vị chát hơi đắng, có khả năng kết tủa với gelatin, tan trong nước, dễ tan trong acetone, ethanol, ethylacetate [4]
Trong công thức cấu tạo, R2 là nhóm –OH và R1 là gốc galloyl
Hình 1 3: Công thức cấu tạo của (-)-EGCG
EGCG, với công thức phân tử chứa gốc galloyl và ba nhóm –OH ở vòng B, được xem là có cấu trúc phân tử cùng các trung tâm hoạt động chống oxi hóa mạnh mẽ nhất trong các catechin của trà Nghiên cứu đã chỉ ra hiệu quả của EGCG trong việc quét gốc tự do.
Nghiên cứu của Nanjo và cộng sự [52] cho thấy rằng, hiệu quả quét gốc tự do của các catechin được galloyl hóa như EGCG, ECG và CG mạnh hơn so với các catechin không có gốc galloyl như C, EC, GC và EGC Hơn nữa, các catechin có vòng B với ba nhóm cũng thể hiện hiệu quả cao trong việc quét gốc tự do.
Các hợp chất có nhóm -OH cho thấy hiệu quả kháng oxy hóa cao hơn so với các catechin chỉ chứa hai nhóm -OH Tuy nhiên, ngoài cấu trúc, các yếu tố như mức độ phân cực, trạng thái ion hóa và cấu hình không gian cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến hiệu quả kháng oxy hóa của chúng.
Hàm lượng EGCG trong lá chè phụ thuộc vào giống chè, độ tuổi của lá và mùa vụ thu hoạch Nghiên cứu của Lin và cộng sự đã phân tích 10 giống chè Đài Loan trong vụ hè, cho thấy sự biến đổi đáng kể về hàm lượng EGCG.
700C/30 phút, tỷ lệ chè/nước là 1/10) cho kết quả trung bình về hàm lượng EGCG là
2,6 ± 0,2% CK Tuy nhiên hàm lượng này lên tới 9,1 đến 12,9% CK trong búp chè tại
Trong chè, EGC là thành phần catechin có hàm lượng đứng thứ 2, chỉ sau
EGCG, với công thức phân tử C15H14O7, là một hợp chất có dạng tinh thể hình kim nhỏ, không màu và có vị chát mạnh nhưng cũng mang lại cảm giác ngọt Hợp chất này không tương tác với gelatin, dễ hòa tan trong nước và ethylacetate, đồng thời tan tốt trong acetone.
Hàm lượng EGC trong lá chè phụ thuộc vào giống, độ non già của lá và mùa vụ thu hoạch Lin và cộng sự đã ghi nhận tỷ lệ EGC đạt 1,1 ± 0,1%.
CK, trong khi nó lên tới 3,6 đến 5,2% CK trong nghiên cứu của Yao và cộng sự
Epicatechingallate là một loại catechin galloyl hóa, thường có hàm lượng đứng thứ ba sau EGCG và EGC Gốc galloyl của nó được gắn tại vị trí C3 trên vòng C trong cấu trúc phân tử của nó.
C15H18O10, kết tinh hình kim nhỏ không màu, vị chát hơi đắng, tác dụng với gelatin cho kết tủa màu trắng, tan trong nước, dễ tan trong acetone, ethanol, ethylacetate [4]
Hàm lượng ECG trong chè thay đổi tùy thuộc vào giống chè, độ tuổi của lá và mùa vụ thu hoạch Nghiên cứu của Lin và Yao cho thấy hàm lượng catechin dao động từ 1,1 ± 0,1% CK đến 3,2 - 4,1% CK.
Hình 1 4: Công thức cấu tạo của ECG
EC và C là hai loại catechin có hàm lượng thấp nhất trong trà, với công thức phân tử C15H11O6 Chúng tồn tại ở dạng tinh khiết không màu, có hình dạng lăng trụ và vị chát dịu với dư vị ngọt EC và C không kết tủa với gelatin, khó tan trong nước lạnh nhưng dễ hòa tan trong nước nóng, ethanol và acetone.
M ộ t s ố khái ni ệ m v ề trích ly và các phương pháp trích ly polyphenol trong chè
1.3.1 Bản chất của quá trình trích ly
Quá trình trích ly là việc rút chất hòa tan từ chất lỏng hoặc chất rắn bằng một dung môi khác thông qua quá trình khuếch tán giữa các nồng độ khác nhau Trích ly chất hòa tan trong chất lỏng được gọi là trích ly lỏng – lỏng, trong khi trích ly chất hòa tan từ chất rắn là trích ly rắn – lỏng.
1.3.2 Các phương pháp trích ly
Hiện nay, việc trích ly các hợp chất từ thực vật được thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau, tùy thuộc vào mục đích khai thác, mức độ tinh sạch mong muốn và điều kiện áp dụng công nghệ.
Chiết soxhlet, một kỹ thuật cổ điển do nhà hóa học Franz Ritter Von Soxhlet phát triển, ban đầu được thiết kế để tách chất béo nhưng hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong việc chiết tách các hợp chất có hoạt tính sinh học Kỹ thuật này sử dụng dung môi liên tục bốc hơi và ngưng tụ để tiếp xúc với vật liệu rắn, từ đó tách chất mục tiêu trong bộ soxhlet Tuy nhiên, do hạn chế về năng suất thấp, thời gian chiết dài và làm việc gián đoạn, chiết soxhlet hiện chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu và phân tích để so sánh với các kỹ thuật mới hơn.
1.3.2.2 Kỹ thuật chiết ngâm (maceration)
Kỹ thuật chiết xuất này bao gồm các bước cơ bản như: nghiền nhỏ vật liệu để tăng diện tích tiếp xúc với dung môi, trộn dung môi thích hợp với vật liệu, tách dung môi chứa chất mục tiêu ra khỏi bã và ép bã để thu hồi triệt để chất mục tiêu, cũng như lọc làm sạch dung môi Phương pháp này thường kết hợp khuấy đảo để tăng cường khuếch tán và làm mới dung môi, từ đó nâng cao hiệu suất trích ly Ưu điểm của phương pháp là chi phí thấp, đơn giản và dễ thực hiện, đặc biệt phù hợp với các hợp chất nhạy cảm nhiệt Tuy nhiên, nhược điểm là thời gian trích ly dài và hạn chế về hiệu suất.
1.3.2.3 Kỹ thuật ngấm kiệt (percolation)
Kỹ thuật chiết xuất này liên quan đến việc ngâm vật liệu trong dung môi mà không cần khuấy đảo Khi nồng độ chất tan trong vật liệu và dung môi đạt gần trạng thái cân bằng, dung môi sẽ được chiết rút từ từ nhỏ giọt ra khỏi bình Song song với quá trình này, dung môi mới sẽ được bổ sung để tối ưu hóa việc chiết xuất chất mục tiêu Kỹ thuật có thể thực hiện đơn giản hoặc theo phương pháp phân đoạn, trong đó dịch chiết loãng được sử dụng làm dung môi để chiết xuất các vật liệu mới.
Kỹ thuật này cũng có ưu điểm là khá đơn giản, dễ áp dụng Tuy nhiên thời gian chiết dài và lượng dung môi tiêu thụ lớn
1.3.2.4 Trích ly có hỗ trợ siêu âm
Phương pháp sử dụng sóng siêu âm giúp tăng cường quá trình phá vỡ cấu trúc tế bào, từ đó nâng cao hiệu suất trích ly và rút ngắn thời gian trích ly, đồng thời giảm tiêu tốn dung môi Tuy nhiên, kỹ thuật này có thể làm tăng nhiệt độ của hệ dung môi - vật liệu, không phù hợp cho việc trích ly các hoạt chất nhạy cảm với nhiệt như polyphenol Bên cạnh đó, những khó khăn trong việc triển khai công nghiệp cũng là một hạn chế của phương pháp này.
Hiện nay, phương pháp trích ly polyphenol bằng sóng siêu âm vẫn chưa được đánh giá toàn diện về ảnh hưởng của nó đến cấu trúc và hoạt tính sinh học của chất cần trích ly Mặc dù một số nghiên cứu, như của Tao và cộng sự, cho thấy hàm lượng polyphenol trong dịch chiết từ chè tăng từ 22,04% lên 22,67% nhờ hỗ trợ siêu âm, nhưng Amir và cộng sự lại không phát hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê trong trích ly polyphenol từ vỏ quả hồ trăn Điều này cho thấy vẫn còn nhiều tranh cãi về hiệu suất trích ly polyphenol bằng phương pháp này.
(Pistachia vera) có và không có hỗ trợ của sóng siêu âm với cả hai dung môi là nước và methanol
1.3.2.5 Trích ly có hỗ trợ vi sóng
Trích ly có hỗ trợ vi sóng là một phương pháp mới để chiết xuất các hợp chất tự nhiên, sử dụng trường điện từ trong dải tần từ 300 MHz đến 300 GHz, tạo ra hai trường dao động trực giao Quá trình này bao gồm ba bước: tách chất mục tiêu khỏi vật liệu, di chuyển dung môi vào trong vật liệu, và hòa tan chất mục tiêu vào dung môi Phương pháp này nổi bật với thời gian nâng nhiệt và chiết tách nhanh, tiêu tốn ít dung môi và có hiệu suất thu hồi cao Tuy nhiên, nó cũng có những hạn chế như kém hiệu quả trong chiết tách các hợp chất nhạy cảm với nhiệt và gặp khó khăn trong triển khai công nghiệp do vấn đề thiết bị.
1.3.2.6 Trích ly siêu tới hạn
Cơ sở của phương pháp: khi chất khí ở nhiệt độ và áp suất trên điểm tới hạn
Chất lỏng siêu tới hạn (supercritical fluid) có khả năng khuếch tán cao và tính vận chuyển tốt hơn so với chất lỏng thông thường, giúp nó thích ứng hiệu quả với quá trình chiết tách CO2 thường được lựa chọn trong kỹ thuật này nhờ vào mật độ tới hạn cao (0,47 g/cm³) và khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp, giảm thiểu sự oxi hóa các chất cần trích ly, đồng thời an toàn và không độc hại Tuy nhiên, nhược điểm lớn của phương pháp này là yêu cầu đầu tư thiết bị cao và hiệu quả thấp trong việc trích ly các hợp chất phân cực như catechin chè Để tối ưu hóa quá trình chiết tách polyphenol, CO2 siêu tới hạn thường được kết hợp với một dung môi phân cực khác như ethanol.
Sau hơn 30 năm phát triển, phương pháp này hiện đã được phát triển ở quy mô công nghiệp trong việc tách caffeine từ cà phê và hoa húp lông [58]
1.3.2.7 Chiết dung môi ở áp suất cao
Phương pháp này lần đầu tiên được mô tả bởi Richter và cộng sự vào năm
Phương pháp chiết xuất được phát triển vào năm 1996 dựa trên việc sử dụng áp suất cao, giúp duy trì trạng thái lỏng của dung môi ngay tại điểm sôi của nó Điều này tạo ra các điều kiện làm việc tối ưu cho quá trình chiết xuất.
Nhiệt độ và áp suất cao có khả năng tăng cường hòa tan chất mục tiêu, giảm độ nhớt và sức căng bề mặt của dung môi, từ đó nâng cao tốc độ chuyển khối và hiệu suất trích ly Kỹ thuật này cũng cho phép tự động hóa quá trình, mang lại nhiều lợi thế Tuy nhiên, điều kiện làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao có thể không phù hợp cho việc chiết tách các hợp chất nhạy cảm nhiệt như catechin trong trà.
1.3.2.8 Trích ly bằng dung môi có hỗ trợ enzym
Xử lý enzyme là một kỹ thuật hiệu quả để giải phóng các hợp chất phenolic từ mẫu thực vật Các phenolics trong thực vật thường liên kết với polysacarit vách tế bào qua các liên kết kỵ nước Việc bổ sung enzyme có khả năng phá vỡ các liên kết này, từ đó tăng cường chiết xuất phenolic Gần đây, việc sử dụng pectinase, cellulase và hemicellulase trong thủy phân enzyme đã chứng minh khả năng tăng cường chiết xuất phenolic từ chất thải rắn mâm xôi Maier et al đã phát triển ứng dụng enzyme để chiết xuất phenolic từ bưởi nho, trong khi Kapasakalidis và cộng sự cho biết rằng các chế phẩm enzyme cellulose thương mại có thể thúc đẩy chiết xuất polyphenol và anthocyanin từ quả bưởi đen.
Nghiên cứu đã so sánh hiệu quả của ba loại chế phẩm enzyme khác nhau, bao gồm α-amylase, Viscozyme L và Ultraflo L, trên thân cây.
Ipomoea batatas (khoai lang) được cải thiện sản lượng axit ferulic và axit vanillic nhờ vào Ultraflo L và Viscozyme L, tạo điều kiện phục hồi phenolic trong chiết xuất Nghiên cứu của Hong và Van Veit đã chỉ ra rằng kỹ thuật chiết xuất bằng siêu âm (UAE) cho sản lượng phenolics cao hơn so với phương pháp chiết xuất enzyme từ quả acerola.
Nhận xét chung vềcác phương pháp trích ly:
Tất cả các kỹ thuật chiết tách polyphenol từ lá trà xanh đều có ưu điểm và hạn chế riêng Do đó, chúng tôi đã quyết định nghiên cứu các điều kiện chiết tách polyphenol bằng dung môi, đồng thời khảo sát sự hỗ trợ của một số enzym để cải thiện hiệu suất trích ly và hoạt tính sinh học của dịch chiết polyphenol/catechin Nghiên cứu này phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu và có thể dễ dàng triển khai ở quy mô nhỏ, khác với các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam.
Ảnh hưở ng c ủ a các y ế u t ố công ngh ệ đế n hi ệ u su ấ t trích ly và ch ất lượ ng
Nghiên cứu toàn cầu về chiết tách polyphenol từ chè chủ yếu tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đối với hiệu suất trích ly và chất lượng sản phẩm thu được, bao gồm hoạt tính kháng oxi hóa và kháng khuẩn của dịch chiết polyphenol.
1.4.1 Ảnh hưởng của dung môi và nồng độ dung môi
Việc lựa chọn dung môi ảnh hưởng đến loại và hàm lượng hợp chất phenol chiết tách được, với độ hòa tan của các hợp chất này phụ thuộc vào độ phân cực của dung môi Các dung môi có độ phân cực cao như nước hoặc ít phân cực như chloroform hay hexane thường không mang lại hiệu suất thu hồi cao Mặc dù dung môi nước an toàn, nhưng nó có thể tạo ra dịch chiết chứa nhiều tạp chất, gây khó khăn cho quá trình làm sạch sau này Để tối ưu hóa hiệu suất trích ly cho nhiều loại hợp chất khác nhau, thường sử dụng hỗn hợp dung môi để tạo ra dung dịch có độ phân cực trung bình Trong chiết tách các hợp chất phenolic từ chè, các dung môi phổ biến bao gồm methanol, ethanol, acetone, diethyl ether và ethyl acetate Tuy nhiên, các acid có độ phân cực cao như benzoic và cinnamic acid có thể không được chiết hoàn toàn bằng dung môi hữu cơ nguyên chất, mà cần hỗn hợp alcohol – nước hoặc acetone – nước Các dung môi ít phân cực như dichloromethane, chloroform, hexane và benzene thích hợp để tách các tạp chất như sáp, sterol và chlorophyll từ nguyên liệu thực vật.
Các hợp chất phenol glycoside, dễ tan trong nước, thường được tách bằng hỗn hợp nước với methanol, ethanol hoặc acetone Ngược lại, các hợp chất phenol ít phân cực hơn như isoflavone, flavanone và flavonol thường tan tốt hơn trong các dung môi kỵ nước.
Việc xử lý nhiệt trung bình trong dung môi phân cực làm tăng hiệu suất trích ly nhóm flavanol Ngoài ra, hiệu suất này còn được cải thiện khi áp dụng các biện pháp như khuấy đảo, lắc hoặc kết hợp với tác động siêu âm.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng loại dung môi và nồng độ dung môi ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu hồi polyphenol và khả năng kháng oxi hóa của dịch chiết từ chè đen và chè cây nhựa ruồi (Ilex paraguariensis) Nihal và cộng sự đã thử nghiệm với nước, ethanol, methanol và dimethyl formamide (DMF) ở các nồng độ 50%, 80% và 100% v/v Kết quả cho thấy dung môi DMF 50% mang lại hiệu suất trích ly polyphenol cao nhất cho chè đen, trong khi acetone 50% (v/v) là dung môi tốt nhất cho chè nhựa ruồi Về hoạt tính kháng oxi hóa, dịch chiết chè đen có hoạt tính cao nhất với acetone 50% (v/v), trong khi ethanol 50% (v/v) cho kết quả tốt nhất với dịch chiết chè nhựa ruồi.
Perva-Uzunalic and colleagues concluded that 50% acetone is the most effective solvent for extracting catechin and proanthocyanidin compounds from green tea, outperforming methanol, ethanol, and acetonitrile at concentrations of 25%, 50%, and 80%.
Hiệu suất trích ly catechin bằng acetone 50% cao gấp 2,7 lần so với trích ly bằng nước ở nhiệt độ sôi Hu và cộng sự đã đánh giá hiệu suất trích ly catechin và caffeine từ chè xanh, nhận thấy rằng hệ dung môi ethanol/nước 50% (v/v) cho hiệu suất cao nhất Ngoài ra, Sari và cộng sự cũng nghiên cứu trích ly polyphenol từ cây nhựa ruồi (Ilex paraguariensis).
Nghiên cứu chỉ ra rằng loại dung môi không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly polyphenol mà còn tác động đến hoạt tính kháng khuẩn của dịch chiết Cụ thể, dung môi acetone 50% cho thấy hiệu quả ức chế tốt nhất đối với các vi khuẩn như S aureus, H alvei và Y enterocolica.
L monocytogens khi so sánh với ethanol, methanol và dimethyl formamide ở cùng nồng độ 50% Đặc biệt, chất chiết dimethyl formamide 50% có hiệu quả tốt đối với S aureus, Y enterocolica và L monocytogens nhưng không có tác dụng với H alvei
Cùng nghiên cứu vấn đề này nhưng trên đối tượng chè đen, Nihal và cộng sự
Khả năng kháng khuẩn của dịch chiết phụ thuộc vào loại dung môi sử dụng và chủng vi khuẩn được thử nghiệm Nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong số 6 chủng vi khuẩn (S aureus, Y enterocolica, L monocytogens, H alvei, B cereus và E coli O157:H7), có sự khác biệt rõ rệt về khả năng kháng khuẩn.
S aureus tỏ ra nhạy cảm nhất đối với dịch chiết chè đen
1.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly
Cacace và Mazza [25] đã chỉ ra rằng, hiệu suất trích ly polyphenol tăng lên khi nhiệt độ trích ly cao hơn Nhiệt độ cao không chỉ làm giảm độ nhớt của dung môi mà còn tăng tính bán thấm của thành tế bào, cải thiện độ hòa tan và hệ số khuếch tán của chất cần chiết Nhờ đó, năng suất chiết có thể được cải thiện đáng kể [32].
Tuy vậy, polyphenol rất không ổn định và bị phá hủy ở nhiệt độ cao [37] Perva-
Nghiên cứu của Uzunalic và cộng sự cho thấy hiệu suất chiết tách catechin từ chè giảm khi nhiệt độ chiết tăng từ 80 lên 95 độ C, với thời gian chiết tối ưu là 20 phút và 10 phút tương ứng cho hai mức nhiệt độ này Bên cạnh đó, quá trình oxi hóa và epimer hóa các catechin cũng diễn ra ở nhiệt độ cao, cho thấy rằng nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến hàm lượng polyphenol chiết tách được mà còn tác động đến thành phần polyphenol và có thể cả hoạt tính sinh học của nước chiết.
Trong quá trình trích ly polyphenol, cần lưu ý rằng nhiệt độ trích ly không được vượt quá nhiệt độ sôi của dung môi hữu cơ Đối với phương pháp trích ly bằng nước, nhiệt độ lý tưởng thường được khuyến cáo nằm trong khoảng 80 - 95 độ C.
1.4.3 Ảnh hưởng của thời gian trích ly Đây là một trong các yếu tố không những ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi polyphenol mà còn ảnh hưởng đến chất lượng của dịch chiết và hiệu quả kinh tế của quá trình Thời gian trích ly ngắn sẽ làm giảm hiệu suất, ngược lại nếu thời gian quá dài sẽ gây tốn kém và có thểlàm tăng nguycơ oxi hóa các hợp chất polyphenol [50]
Perva-Uzunalic và cộng sự [55] đã chỉ ra rằng, khi sử dụng dung môi nước, hiệu suất thu hồi catechin từ chè giảm đáng kể nếu thời gian chiết kéo dài quá 20 phút ở nhiệt độ 80 độ C.
Phương pháp Sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa, hay còn gọi là làm khô lạnh, là kỹ thuật khử nước hiệu quả, thường được áp dụng để bảo quản nguyên liệu và thực phẩm Phương pháp này không chỉ giúp dễ dàng vận chuyển mà còn giữ lại các phẩm chất của sản phẩm ban đầu.
Công nghệ sấy thăng hoa mang lại sản phẩm chất lượng cao, giữ nguyên thành phần dinh dưỡng như protein, lipid, glucid, cùng với vitamin, enzyme và hoạt chất sinh học Ngoài ra, màu sắc, mùi vị của sản phẩm cũng được bảo toàn gần như hoàn hảo.
Sản phẩm sau khi sấy có độ xốp mềm, và khi được ngâm vào nước, nó sẽ hoàn ẩm, trương nở trở lại gần giống như nguyên liệu ban đầu.
Sản phẩm sau khi được sấy khô sẽ được đóng gói vào túi và ép chân không, giúp bảo quản ở nhiệt độ phòng Phương pháp này không chỉ kéo dài thời gian sử dụng mà còn giảm chi phí bảo quản, đồng thời giữ cho chất lượng sản phẩm ít bị thay đổi.
Các giai đoạn của sấy thăng hoa:
Giai đoạn làm lạnh lạnh đông
Giai đoạn đầu tiên của quá trình sấy thăng hoa là làm lạnh đông sản phẩm Quá trình này được thực hiện bằng hai cách:
Cách 1: trong thiết bị làm lạnh đông thông thường hoặc nitơ lỏng để làm lạnh đông sản phẩm bên ngoài buồng sấy thăng hoa
Cách 2: sản phẩm tự lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng hoa khi buồng sấy được hút chân không
Để bảo vệ cấu trúc tế bào của sản phẩm, việc làm lạnh đông nhanh chóng là rất quan trọng nhằm hình thành các tinh thể băng nhỏ Đối với sản phẩm dạng lỏng, phương pháp làm lạnh đông chậm được áp dụng, giúp băng tạo thành từng lớp và tạo ra các kênh cho hơi nước di chuyển dễ dàng.
Giai đoạn tiếp theo trong quá trình sấy là tách nước để làm khô sản phẩm Khi áp suất nước dưới 4,58 mmHg và nước ở dạng băng, băng sẽ thăng hoa trực tiếp thành hơi khi được cung cấp nhiệt mà không bị tan chảy Hơi nước được tách khỏi sản phẩm bằng cách giữ áp suất trong buồng sấy thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt băng, đồng thời sử dụng máy bơm chân không và hệ thống ngưng tụ Khi quá trình diễn ra, bề mặt thăng hoa di chuyển vào bên trong sản phẩm đông lạnh, dẫn đến việc sấy khô sản phẩm Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình thăng hoa được truyền đến sản phẩm thông qua dẫn nhiệt hoặc vi sóng, trong khi hơi nước thoát ra qua các kênh hình thành từ băng thăng hoa.
Quá trình sấy sản phẩm trong buồng chân không diễn ra qua hai giai đoạn chính: đầu tiên là thăng hoa, làm giảm độ ẩm xuống khoảng 15%, tiếp theo là bay hơi nước đóng băng, giảm độ ẩm còn 2% thông qua quá trình nhả ẩm đẳng nhiệt Quá trình nhả ẩm này được thực hiện bằng cách nâng nhiệt độ máy sấy gần với nhiệt độ môi trường xung quanh, đồng thời duy trì áp suất thấp tương tự như trong các thiết bị sấy chân không thông thường.