Đề tài Tổng quan một số kỹ thuật trong công nghệ chế biến chè xanh

LỜI MỞ ĐẦU –—–—–— Cây chè có một vị trí đặc biệt trong nền kinh tế và trong đời sống của người dân Việt Nam. Ngoài giá trị dinh dưỡng, cây chè là cây công nghiệp lâu năm, có đời sống kinh tế lâu dài, mau cho sản phẩm, cho hiệu quả kinh tế cao. Đã từ lâu trà Việt Nam được xuất khẩu đến nhiều nơi trên thế giới đem lại lượng ngoại tệ đáng kể cho đất nước. Nội dung đồ án này đề cập đến những kiến thức bao gồm: Tổng quan về cây chè Đặc điểm hóa sinh của lá chè Tác dụng chống bệnh tật của chè xanh Công nghệ sản xuất chè xanh Giới thiệu chung về các sản phẩm dịch trích từ chè xanh và phương pháp trích li ứng dụng trong sản xuất các dịch trích từ chè xanh Tổng quan một số kỹ thuật trong công nghệ chế biến chè xanh Chương I: Tổng quan về cây chè Nguồn gốc ra đời của cây chè: Hình 1.1: Cây chè Năm 1753, Cac Vôn Linê (Carl Von Lenne), nhà thực vật học Thụy Điển đã thu thập, phân loại các mẫu chè giống ở Trung Quốc, và lần đầu tiên đặt tên khoa học cây chè là Thea sinensis, phân thành 2 giống chè : Thea bohea (chè đen) và Thea viridis (chè xanh), như vậy đã xác nhận Trung Quốc là nơi ra đời của cây chè. Cho đến 1975, lần lượt đã có 5 thuyết là: Thuyết Trung Quốc, thuyết Ấn Độ, thuyết 2 nguồn gốc, thuyết chiết trung và thuyết Việt Nam. Hiện nay thuyết chiết trung được nhiều người ủng hộ. Năm 1951, 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 chè là ở khu vực gió mùa Đông Nam Á, vì ở Lào, Mianma, Vân Nam và bắc Việt Nam đều có những cây chè hoang dại. Các điều kiện đất đai, khí hậu, lượng mưa của cả khu vực này đều rất thích hợp với sinh trưởng của cây chè, hợp thành một vườn chè nguyên thủy. Hơn nữa các cây chè mọc hoang dại tìm thấy rất nhiều dọc 2 bờ các con sông lớn : Kim Sa Giang, Phú Long Giang, Salouen, Irravadi, Mê Kông, Bramapoutro… Các con sông này đều bắt nguồn từ dãy núi phía nam cao nguyên Tây Tạng. Cho nên vùng nguyên sản cây chè là vùng núi ở cao nguyên Tây Tạng. Cây chè di thực về phía đông qua tỉnh Tứ Xuyên, bị ảnh hưởng của khí hậu, nên biến thành giống chè lá nhỏ, di thực về phía nam và tây nam là Ấn Độ, Mianma, Annam (Việt Nam) biến thành giống lá to. (Trồng trọt và chế biến chè, NXB Trung Hoa thư cục, Thượng Hải, 1951). Năm 1974 Veckôven (J.Werkhoven, Hà Lan) chuyên viên của tổ chức Lương thực thế giới FAO, đã tổng kết trong cuốn Công nghệ chè (Tập san Nông nghiệp 26, Rôma,1974): “Cây chè được Linne xếp loại và đặt tên là Thea sinensis (L.) có nguồn gốc ở vùng Đông Nam Trung Quốc gần nguồn sông Irrawadi (Mianma)”. [4] Hình 1.2: Những vùng sản xuất chè chính trên thế giới Đặc điểm sinh vật học của cây chè: Đặc điểm: Hình 1.3: Cây chè Hoa chè: Hoa bắt đầu nở trên cây chè 2-3 tuổi. Hoa lưỡng tính. Màu trắng với nhiều nhị vàng. Mỗi hoa gồm 7 cánh và hàng tá nhị dài. (Hình 2.2) Hình 1.4: Hoa chè Quả chè: Thường mọc thành từng chùm 3. Ban đầu có màu xanh của chồi, sau đó tăng trưởng và cứng dần thành quả màu nâu chứa hạt bên trong. Khi quả chín vết rãnh mở ra. Hạt bên trong có thể được dùng để gieo trồng. Thân cây: Đơn trục; 3 loại: thân gỗ, thân bụi và thân nhỡ (bán gỗ). Lá chè: Mọc cách trên cành, mỗi đốt có một lá, hình dạng và kích thước thay đổi tùy giống. Lá chè có rõ gân, rìa có răng cưa. (Hình 2.3) Hình 1.5: Lá chè Búp chè là giai đoạn non của một cành chè: được hình thành từ các mầm dinh dưỡng, gồm có tôm (phần lá non trên đỉnh chưa xòe) và 2 – 3 lá non. Có hai loại búp: búp bình thường và búp mù. (Hình 1.6) Trên 1 cành chè: 1 năm có 4 – 5 đợt sinh trưởng của búp. Tôm chè Lá non 1 Lá non 2 Hình 1.6: Búp chè 1 tôm và 2 lá non. Bảng 1.1: Thành phần hóa học của tế bào lá chè:[5] Vị trí Thành phần Phần trăm so với chất khô Phần tan được trong nước Thành tế bào Cellulose Hemi Cellulose 14-22 Pectin 6-7 2-3 Chất nguyên sinh Proteins 17-18 Chất béo (Lipids) 8-9 Tinh bột 0.5-2.0 Không bào Phenolics 20-30 20-30 Caffeine 3-4 3-4 Amino acids 3-4 3-4 Các đường hòa tan 2-4 2-4 Acid hữu cơ 3-4 3-4 Ash 4-5 4-5 Chất màu 0.5 Chất dễ bay hơi 0.1 Vitamins Rất ít Thể hạt Các enzyme Phân loại thực vật: Ngành Hạt kín Angiospermae Lớp Song tử điệp Dicotylednae Bộ Chè Theales Họ Chè Theaceae Chi Chè Camellia (Thea) Loài Chè C.sinensis Tên khoa học: Camellia sinensis (L) (hay Thea sinensis L.) (1935 – Hội nghị Quốc tế về thực vật) Phân loại cây chè: Chè Trung Quốc (China tea plant): Camellia sinensis (L) Dựa vào kích thước lá, Sealy (1958) phân biệt 2 loại của C.sinensis: F. macrophylla (Sieb.) Kitamura: Lá dài 4 – 14 cm và rộng 2-2,5 cm, màu xanh nhạt, bóng, trung bình 8 – 9 đôi gân lá; thân gỗ nhỏ, cao 5m. Năng suất cao, phẩm chất tốt. Hình 2.5: Chè F. macrophylla. F. parvifolia (Miq.) Sealy: Lá dài 5-16 cm và rộng 1 – 1,2 cm, có 6 – 7 đôi gân lá không rõ, lá có màu xanh đậm. Búp nhỏ, hoa nhiều. Thân bụi, thấp, phân cành nhiều. Phẩm chất bình thường. Hình 2.6: Chè F. parvifolia. Chè Assam (Assam tea plant): Camellia assamica. Thân gỗ cao 10 – 15 m. Lá dài 8 - 20 cm và rộng 3,5 – 7,5 cm, mỏng và mềm, thường có màu xanh đậm, lá hình bầu dục, có trung bình 12 – 15 đôi gân lá. Hoa mọc đơn lẻ hay thành từng đôi, có 7 – 8 cánh màu trắng hay đôi khi có đốm vàng. Số nhị hoa tương tự của C. sinensis. Không chịu được rét hạn. Năng xuất phẩm chất tốt. Trồng nhiều: Ấn độ, Mianma, Vân Nam (Trung Quốc) và một số vùng khác. Hình 2.7: Chè Assam Chè Nam Indo (Indochina): Nhóm đặc biệt của Camellia assamica, gọi là Camellia assamica sub sp. lasiocalys (Planch. MS) Camellia assamica sub sp. lasiocalys (Planch.MS) hay loại chè ambodiensis/Southern là loại cây nhỏ hình chóp, cao 6 – 10m, ngoại trừ một số cành nằm thẳng đứng, hầu hết nằm cân bằng nhau. Lá bóng và có màu lam vàng khi non, lam nhẹ ở giai đoạn trưởng thành và chuyển sang mà lam đồng hay đỏ hồng vào cuối mùa. Lá có kích thước nằm giữa sinensis và assamica. Hình 2.8: Chè Nam Indo. Chương II: Đặc điểm hóa sinh của lá chè Chè là một thứ nước uống mà người tiêu dùng rất coi trọng chất lượng. Chất lượng của chè được đánh giá bằng thử nếm cảm quan truyền thống (mắt, lưỡi, mũi, tay) gồm các tiêu chuẩn hương vị, màu nước, cánh chè và bã chè. Các nhà nghiên cứu khoa học đã phát hiện những tính chất cảm quan trên đều có cơ sở vật chất là những thành phần sinh hóa của lá chè. Đặc tính sinh hóa chè được nghiên cứu và sử dụng ngày càng nhiều trong khoa học kĩ thuật nộng nghiệp và công nghệ. Nhưng mua bán chè trên thị trường vẫn dựa vào thử nếm cảm quan là chính, cộng thêm một số chỉ tiêu sinh hóa bắt buộc đã ký giữa 2 đối tác mua và bán, như độ ẩm, tro, kim loại, dự lượng thuốc trừ sâu. [4] Bảng 2.1: Thành phần các chất có trong lá chè tươi. Chất khô (20-25%) Nước (75-80%) Lá chè Chất khô không hoà tan trong nước Chất khô hoà tan trong nước: + Catechin + Vitamin + Acid amin + Saponin + Caffein + Fluoride + Saccharide + Flavonoids + Chất khoáng + Pectin Không tan trong dầu + Cellulose + Protein Hoà tan trong dầu: + Carotene + Vitamin E + Chlorophyl Nước : Bảng 2.2: Hàm lượng các chất có trong lá chè tươi [37] Thành phần Hàm lượng (%) Protein 20-30 Amino acid 1-5 Alkaloid 3-5 polyphenols 20-35 Carbohydrate 35-40 Chất béo 4-7 Acid hữu cơ < 3 Khoáng 4-7 Chất màu < 1 Vitamin A, E, C, B1,B2, P… 0.6-1.0 Trong công nghiệp chế biến chè xanh, ta quan tâm tới thành phần hóa học của tôm chè. Bảng 2.3: Thành phần hóa học của tôm chè tươi. [5] Thành phần % khối lượng chất khô Polyphenol 25-30 Epigallocatechin gallate 8-12 Epicatechin gallate 3-6 Epigallo catechin 3-6 Epicatechin 1-3 Catechin 1-2 Gallocatechin 3-4 Flavonols và flavonol glucosides 3-4 Polyphenolic acids and 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 Sau đây ta sẽ đi cụ thể về từng thành phần hóa học có trong lá chè tươi: Nước: Là thành phần chủ yếu của lá chè (70-85%)ø. Vai trò:[4] Môi trường xảy ra sự tác dụng của các chất hoà tan. Tham gia phản ứng thuỷ phân và oxi hoá khử xảy ra trong các tế bào lá. Hàm lượng nước trong các búp chè có từ ba lá thường thay đổi nhiều, phụ thuộc vào thời gian thu hái, điền kiện thời tiết và rất nhiều các yếu tố khác nữa. Bảng 2.4: Hàm lượng nước trong búp chè một tôm ba lá trong các tháng [8] Tháng Độ ẩm Tháng Độ ẩm 1 63.6 6 77.54 2 63.64 7 78.49 3 62.93 8 77.82 4 77.26 9 77.21 5 77.47 10 77.55 11 73.46 Nghiên cứu hàm lượng nước ở các giống chè phổ biến ở nước ta: Bảng 2.5: Hàm lượng nước trong đọt chè búp 3 lá [8] Tháng Giống 4 5 6 7 8 9 10 Trung bình LDP1 78,45 78,26 78,23 77,41 76,27 78,28 76,96 77,69 LDP2 77,63 77,95 78,29 76,72 77,08 77,70 76,97 77,47 TD 78,35 78,57 79,05 79,05 77,81 79,17 78,17 78,69 Nhân tố quan trọng làm tăng hàm ẩm trong lá chè chính là do việc sử dụng tổng hợp các biện pháp canh tác trên diện tích trồng chè. Khi diện tích trồng chè được bón phân đạm thì hàm lượng ẩm trong lá chè sẽ tăng, mức độ chênh lệch về hàm ẩm có thể sẽ tăng tới 2% so với các lá trên diện tích được bón phân thường. Và trong các cuộng chè, hàm ẩm cao hơn so với các phần khác trong búp chè. Cụ thể như sau: [4] Trong lá mầm : : 76.60 % Trong lá thứ nhất : 75.60 % Trong lá thứ hai : 75.60 % Trong lá thứ ba : 79.27 % Trong cuộng chè : 84.80 % Caffeine: Caffeine có CTPT là : C8H10N4O2 Hình 2.2: Công thức cấu tạo caffeine Caffeine phân bố trong các búp chè như sau (tính theo % chất khô tuyệt đối) : [4] Lá thứ I : 3.39 Lá thứ II : 4.20 Lá thứ III : 3.40 Lá thứ IV : 2.10 Lá thứ V : 1.70 Lá già : 0.76 Cuộng chè : 0.36 Ngoài ra, phụ thuộc vào các chủng loại thực vật khác nhau mà hàm lượng caffeine cũng thay đổi trong các loại búp chè. Caffeine trong chè thành phẩm ở dạng liên kết với tanin tạo thành tanat caffeine đã làm cho chè có tính chất đặc trưng. Tanat caffeine không hòa tan trong cloroform. Do đó, tùy theo mức độ tạo ra hợp chất này mà lượng caffeine tách ra được bằng cloroform từ lá chè trong quá trình sản xuất dần dần giảm. Hợp chất tanin: Tanin chè là một chất chát, hỗn hợp phức tạp của nhiều chất hữu cơ. Tác dụng của tanin chè như sau: Đối với cây chè, điều tiết các quá trình oxi hóa khử trong cây chè, nâng cao tính đề kháng của cây chè đối với sâu bệnh hại chè. Đối với công nghệ chè, nếu không bị oxi hóa thì sản phẩm là chè xanh, nếu bị oxi hóa dưới tác dụng của enzyme thì sản phẩm là chè đen, chè vàng tùy mức độ oxi hóa. Hàm lượng tanin cao thì chất lượng tốt, nhưng phải có tỉ lệ thích đáng giữa các hoạt chất trong chè. Đối với cơ thể con người, tanin có tác dụng cầm máu, tăng cường sức đề kháng của các thành huyết quản trong cơ thể động vật, tăng cường sự đồng hóa và sự tích lũy vitamin C … Bảng 2.6: Hàm lượng tanin và chất hòa tan trong đọt chè búp 2 lá (% chất khô) [8] Tháng LDP1 LDP2 TD Tanin CHT Tanin CHT Tanin CHT 5 32,93 45,70 32,04 45,0 33,69 45,10 6 33,21 39,36 33,86 39,14 35,37 42,24 7 35,21 42,24 35,12 41,36 37,42 43,72 8 35,27 42,47 34,52 43,52 37,58 44,34 9 31,80 40,80 34,64 43,29 35,72 42,30 10 31,31 39,81 32,53 41,08 34,22 42,19 11 30,31 39,50 31,53 39,98 33,52 41,29 TB 32,87 41,39 3 Tóm lại, tanin là một hợp chất quan trọng trong chọn giống chè, quy trình kỹ thuật nông nghiệp và công nghệ chè, do đó cần có chỉ tiêu này để làm cơ sở khoa học trong sản xuất chè. Chè tươi đưa vào chế biến. Nếu ngay từ đầu, ta dùng nhiệt độ cao để vô hoạt các enzym thì tanin chè hầu như không biến đổi và trong suốt quá trình chế biến còn lại chỉ có một bộ phận nhỏ tanin (nhóm chất không có khả năng tự oxy hóa) bị biến đổi. Dưới tác dụng của nhiệt và ẩm thì sản phẩm thu được là chè xanh có vị chát mạnh, hậu ngọt, có nước màu xanh tươi hoặc xanh vàng, có mùi thơm đặc trưng. Còn nếu tạo mọi điều kiện để tanin chè bị oxy hóa sâu sắc dưới tác dụng của enzym polyphenoloxydaza trong quá trình làm héo và lên men thì sản phẩm thu được là chè đen có vị chát dịu, màu nước đỏ tươi, có hương vị dễ chịu. CATECHINS: 4 catechins chính trong lá chè xanh là (-)-epigallocatechin gallate (EGCG), (-)-epicatechin gallate (ECG), (-)-epigallocatechin (EGC) and (-)-epicatechin (EC). Tất cả chúng đều có tính chất của polyphenol. Trong chè đen hàm lượng catechins thấp hơn nhiều so với các chè khác. Do quá trình lên men trong chè đen, các catechins bị oxi hóa dưới tác dụng của enzym thành các hợp chất màu sắc là theaflavin và thearubigen.[45],[58] EGCG (epigallocatechin gallate), là một catechin có nhiều nhất trong chè. EGCG là thành phần của những hợp chất chống oxi hóa mạnh có tác dụng ngăn ngừa bệnh ung thư , bệnh tim mạch và nhiều bệnh khác. Catechin và epicatechin là những epimers (đồng tâm lập thể), với (-) catechin và (+) catechin là 2 đồng phân quang học được tìm thấy rất nhiều trong tự nhiên. Catechin được tách ra lần đầu từ cây catechu (một loại cao su), nên tên nó có nguồn gốc từ đó. Đun nóng catechins bằng nhiệt vượt qua nhiệt độ phân hủy của chúng sẽ giải phóng ra pyrocatechol, lí giải cho nguồn gốc tên của những hợp chất này. Epigallocatechin và gallocatechin có nhiều hơn một nhóm -OH như hình vẽ khi so sánh với epicatechin và catechin, tương tự là sự khác nhau của pyrogallol với pyrocatechol. [45] Nguồn catechins: Catechins chiếm khoảng 25% trọng lượng chất khô trong lá chè tươi, mặc dù tổng hàm lượng catechins thay đổi rất rộng tùy thuộc vào loài, vị trí địa lí của vùng trồng chè, thời tiết…Chúng hiện diện hầu như trong tất cả sản phẩm chè có nguồn gốc từ Camellia sinensis , bao gồm chè trắng, chè xanh, chè đen và chè Olong. Catechins cũng hiện diện trong những thực phẩm hàng ngày của con người như chocolate, rau quả, rượu vang và được tìm thấy trong nhiều loài thực vật khác Tác dụng của catechins: Catechins được nhận thấy có tác dụng chống oxi hóa, bao gồm loại bỏ các tác nhân oxi hóa như superoxide, gốc OH, peroxide, ức chế sự oxi hóa lipid, ức chế sự oxi hóa 2'-deoxyguanosine trong DNA thành 8-hydroxy-2' -deoxyguanosine , và ức chế sự oxi hóa các lipoprotein trọng lượng thấp. EGCG có hoạt động chống oxi hóa mạnh nhất trong tất cả các catechins của chè xanh. [45] Hoạt động chống oxi hóa của catechins trong chè xanh được giải thích bởi nhiều cơ chế khác nhau. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện với EGCG-chất có tác dụng chống oxi hóa mạnh nhất trong catechins của chè xanh, cũng có thề là có tác dụng chống chất sinh ung thư mạnh nhất. EGCG cũng như EGC và ECG có tác dụng đến các tế bào khối u, làm giảm kích thước các khối u và những khối u mới chậm phát triển hơn. EGCG và ECG đã được chứng minh là ngăn chặn sự phosphoryl hóa tyrosin của PDGF-Rbeta (platelet-derived growth factor receptor-beta) , và vì thế ngăn ngừa sự biến đổi của những tế bào glioblastoma ở con người. Thú vị là chỉ những catechins trong quy trình chế biến chè xanh có nhóm gallate trong cấu trúc của chúng có tác động này. Catechins trong chè xanh cũng nhận thấy có tác dụng điều chỉnh sự tổng hợp một số enzyme hepatic phase II liên quan đến sự loại bỏ các chất gây ung thư. Ngoài ra nó còn ngăn ngừa sự phát triển thành ung thư ác tính và ngăn ngừa sự phát triển của các khối u ác tính, chống lại sự di căn của các tế bào ung thư. EGCG có tác dụng kiềm chế enzyme urokynase-một enzyme mà những tế bào ung thư sử dụng để xâm chiếm những mô tế bào khỏe mạnh. EGCG và ECG đã được chứng minh là ngăn ngừa metalloproteinase- -2(MMP-2) (còn gọi là gelatinase A) và metalloproteinase-9(MMP-9) (còn gọi là gelatinase B). Những enzyme này đóng vai trò quan trọng trong sự xâm lấn của các khối u. Cuối cùng nó kiềm chế 5-alpha reductase- chất làm tăng sự phát triển của ung thư tuyến tiền liệt ở nam giới. [37],[45],[75],[76] Catechins còn có tác dụng chống viêm nhiễm nhờ tác dụng chống oxi hóa của chúng. EGCG được nhận thấy có tác dụng ngăn chặn sự hoạt động của AP-1 và NF-kappa B, cả hai chất này gián tiêp gây ra viêm nhiễm, và chúng hoạt động như những chất oxi hóa.[45] Nhiều cơ chế khác nhau cũng được giải thích cho tác dụng chống sơ vữa động mạch của catechins. PDGF-R beta (đã được nói ở trên), liên quan đến sự phát triển mạnh của cơ trơn, nguyên nhân chính gây ra chứng sơ vữa động mạch. EGCG và ECG có tác dụng ngăn cản sự phosphoryl hóa tyrosin của PDGF-R beta, liên quan đến sự phát triển mạnh của cơ trơn. Sự ngăn cản sự oxi hóa các lipoproteins trọng lượng phân tử thâp là một cơ chế khác được giải thích trong việc ngăn ngừa chứng sơ vữa động mạch. Catechins có tác dụng làm giảm hàm lượng cholesterol, cơ chế của quá trình này chưa rõ ràng, có thể catechins trong chè xanh có tác dụng kích thích sự bài tiết muối mật dẫn đến bài tiết cholesterol. [34],[45] Cơ chế về tác dụng chống vi trùng của catechins trong chè xanh còn chưa rõ ràng. [45] Nghiên cứu tác dụng hóa học, vật lý của catechins trong chè xanh ở cơ thể con người: Còn chưa được hiểu thấu đáo. Chúng được hấp thụ ở một khoảng rộng từ dạ dày đến ruột, và hàm lượng của các catechins khác nhau đã được đo trong máu. Tuy nhiên, cường độ hấp thụ của chúng cũng như, sự phân phối, sự chuyển hóa và sự bài tiết của chúng còn chưa rõ ràng. Một khóa nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng catechins trong chè xanh có nhiều trong máu ở phần huyết thanh giàu protein và lipoprotein trọng lượng phân tử cao. Một khóa nghiên cứu khác đã phát hiện ra sự chuyển hóa của 2 catechins thông qua nước tiểu của những người uống chè xanh. EGC và EC được chuyển hóa nhờ những vi khuẩn trong đường ruột thành (-)-5(3', 4', 5' -trihydroxy