Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chiết tách polyphenol từ lá chè xanh và ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:167

Thêm vào BST

Báo xấu

171
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án nhằm xây dựng được quy trình chiết tách các hợp chất polyphenol từ lá chè xanh Việt Nam đạt hiệu suất trích ly tối thiểu 80%, độ tinh sạch của chế phẩm cao (>90%). Đánh giá được khả năng sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản một số loại thực phẩm thông dụng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chiết tách polyphenol từ lá chè xanh và ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƢƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM -----    ----- GIANG TRUNG KHOA NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH POLYPHENOL TỪ LÁ CHÈ XANH VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƢƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM -----    ----- GIANG TRUNG KHOA NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH POLYPHENOL TỪ LÁ CHÈ XANH VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM Chuyên ngành: Chế biến thực phẩm và Đồ uống Mã số: 62.54.02.01 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. Bùi Quang Thuật 2. PGS. TS. Ngô Xuân Mạnh LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Hà Nội – 2018
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây là công trình nghiên cứu của tôi và một số kết quả cùng cộng tác với các cộng sự khác; Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã đƣợc công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng tác giả; Phần còn lại chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Giang Trung Khoa
ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Bùi Quang Thuật, Viện Công nghiệp thực phẩm; Cố PGS.TS. Ngô Xuân Mạnh, Học viện Nông nghiệp Việt Nam; GS. P. Duez – Đại học tự do Bruxelles; GS. Y. Larondelle – Đại học Catholique de Louvain – Vƣơng quốc Bỉ là những ngƣời thầy đã định hƣớng, truyền dạy những kiến thức khoa học và giúp đỡ tôi vƣợt qua những trở ngại và khó khăn trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Đảng ủy, Lãnh đạo Viện Công nghiệp thực phẩm, Đảng ủy, Lãnh đạo Học viện Nông nghiệp Việt nam cùng các các Trung tâm, Bộ môn nghiên cứu, Khoa, phòng ban chức năng trong Viện và Học viện đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và giúp tôi hoàn thành mọi thủ tục cần thiết trong quá trình làm nghiên cứu. Bên cạnh đó, tôi cũng đã nhận đƣợc sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các đồng nghiệp tại Trung tâm Dầu, Hƣơng liệu và Phụ gia thực phẩm – Viện Công nghiệp thực phẩm; các thày cô đang công tác tại khoa Công nghiệp thực phẩm – Học viện Nông nghiệp Việt Nam; các giáo sƣ, đồng nghiệp tại bộ môn Hóa sinh và Dinh dƣỡng – ĐH Catholique de Louvain; các giáo sƣ, đồng nghiệp tại Viện dƣợc – Đại học Tự do Bruxelles. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu đó. Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến dự án Việt – Bỉ - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã hỗ trợ cả về vật chất và tinh thần giúp tôi hoàn thành nghiên cứu này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và ngƣời thân đã luôn ở bên chia sẻ, động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án của mình. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Giang Trung Khoa
iii MỤC LỤC Lời cam đoan ................................................................................................................ i Lời cảm ơn ..................................................................................................................ii Mục lục ...................................................................................................................... iii Danh mục chữ viết tắt ................................................................................................ vi Danh mục bảng .........................................................................................................vii Danh mục hình ảnh ..................................................................................................... x MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của luận án .............................................................................. 1 2. Mục tiêu của luận án ...................................................................................... 2 3. Phạm vi nghiên cứu........................................................................................ 3 4. Nội dung của luận án ..................................................................................... 3 4.1. Nghiên cứu lựa chọn loại nguyên liệu cho mục đích chiết tách polyphenol từ lá chè tƣơi ............................................................................... 3 4.2. Nghiên cứu quy trình chiết tách polyphenol từ lá chè ................................... 3 4.3. Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng chất chiết polyphenol chè trong bảo quản thực phẩm .............................................................................. 4 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án .................................................... 4 5.1. Ý nghĩa khoa học ........................................................................................... 4 5.2. Ý nghĩa thực tế ............................................................................................... 5 6. Tính mới của luận án...................................................................................... 5 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 6 1.1. Giới thiệu chung về cây chè ........................................................................... 6 1.1.1. Nguồn gốc và sự phân bố của cây chè ........................................................... 6 1.1.2. Phân loại ......................................................................................................... 6 1.1.3. Tình hình sản xuất chè ở Việt Nam ............................................................... 7 1.1.4. Thành phần hóa học cơ bản của lá chè .......................................................... 9 1.2. Polyphenol trong chè ................................................................................... 11 1.2.1. Nguồn gốc chuyển hóa và phân loại các hợp chất phenolic thực vật .......... 11 1.2.2. Bản chất của polyphenol trong chè .............................................................. 12
iv 1.2.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm lƣợng polyphenol/catechin trong lá chè tƣơi ......................................................................................................... 17 1.2.4. Hoạt tính sinh học của polyphenol chè ........................................................ 18 1.3. Nghiên cứu ở việt nam về thành phần polyphenol và hoạt tính sinh học của các giống chè .................................................................................. 21 1.4. Một số khái niệm về trích ly và các phƣơng pháp trích ly polyphenol trong chè ....................................................................................................... 22 1.4.1. Bản chất của quá trình trích ly ..................................................................... 22 1.4.2. Các phƣơng pháp trích ly ............................................................................. 22 1.5. Nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về chiết tách polyphenol chè bằng phƣơng pháp truyền thống ........................................................................... 26 1.5.1. Nghiên cứu ngoài nƣớc ................................................................................ 26 1.5.2. Nghiên cứu trong nƣớc về trích ly polyphenol chè xanh ............................. 32 1.6. Nghiên cứu sử dụng chất chiết/bột chiết polyphenol chè trong bảo quản nông sản thực phẩm............................................................................. 33 1.6.1. Ứng dụng polyphenol chè trong bảo quản thịt............................................. 33 1.6.2. Ứng dụng polyphenol chè trong bảo quản cá, tôm ...................................... 36 1.6.3. Ứng dụng polyphenol chè trong bảo quản rau quả ...................................... 37 Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 38 2.1. Vật liệu nghiên cứu ...................................................................................... 38 2.1.1. Nguyên liệu chè, chủng vi sinh vật .............................................................. 38 2.1.2. Thực phẩm sử dụng cho nghiên cứu ứng dụng bột chiết polyphenol .......... 38 2.1.3. Hóa chất, thiết bị .......................................................................................... 39 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................. 39 2.2.1. Lựa chọn nguyên liệu thích hợp cho việc chiết tách polyphenol từ lá chè ...... 39 2.2.2. Tối ƣu hóa điều kiện chiết tách polyphenol từ lá chè .................................. 43 2.2.3. Đánh giá khả năng sử dụng bột polyphenol chè trong bảo quản dầu thực vật ......................................................................................................... 47 2.2.4. Đánh giá khả năng sử dụng bột polyphenol chè trong bảo quản cá thu ...... 50 2.2.5. Đánh giá khả năng sử dụng bột polyphenol chè trong bảo quản thịt lợn .... 52 2.2.6. Phƣơng pháp xử lý thống kê ........................................................................ 54
v Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 55 3.1. Hàm lƣợng polyphenol tổng số, catechin, caffeine, gallic acid và hoạt tính kháng oxi hóa, kháng khuẩn của một số giống chè chính ở việt nam ...... 55 3.1.1. Hàm lƣợng polyphenol tổng số và hàm lƣợng caffeine của một số giống chè chính ở Việt Nam ........................................................................ 55 3.1.2. Thành phần catechin trong một số giống chè chính ở Việt Nam................. 57 3.1.3. Quan hệ giữa polyphenol tổng số và catechin tổng số trong một số giống chè chính ở Việt Nam ........................................................................ 62 3.1.4. Hoạt tính kháng oxi hóa của một số giống chè chính ở Việt Nam .............. 63 3.1.5. Hoạt tính kháng khuẩn của một số giống chè chính ở Việt Nam ................ 66 3.1.6. Một số kết luận trong nghiên cứu về nguyên liệu các giống chè ................. 68 3.2. Nghiên cứu quy trình tách chiết polyphenol từ lá chè ................................. 69 3.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ đến hiệu suất thu hồi polyphenol .................................................................................................... 69 3.2.2. Tối ƣu hóa các thông số nồng độ dung môi, nhiệt độ và thời gian trích ly...... 76 3.2.3. Nghiên cứu quá trình tinh chế polyphenol ................................................... 91 3.2.4. Quy trình chiết tách polyphenol từ lá chè xanh ........................................... 96 3.3. Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản thực phẩm .................................................................................................... 98 3.3.1. Nghiên cứu sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản dầu thực vật ......................................................................................................... 98 3.3.2. Nghiên cứu sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản cá thu ..... 107 3.3.3. Nghiên cứu sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản thịt .......... 117 Chƣơng 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 129 4.1. Kết luận ...................................................................................................... 129 4.2. Kiến nghị .................................................................................................... 130 Danh mục bài báo đã công bố ................................................................................. 131 Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 132
vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BHA Butylated hydroxyanisole BHT Butylated hydroxyanisole C Catechin CG Catechingallate CK Chất khô Cs. Cộng sự DMF Dimethyl formamide DPPH 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl EC Epicatechin ECG Epicatechingallate EGC Epigallocatechin EGCG Epigallocatechingallate GCG Gallocatechingallate MAD Malonaldehyde TBA Thiobarbituric acid TBARS Thiobarbituric acid reactive substances TCA Trichloroacetic acid
vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Cơ cấu giống chè Việt Nam năm 2009 .................................................. 8 Bảng 1.2. Hoạt tính quét gốc tự do của một số chất chiết thực vật ...................... 19 Bảng 1.3. Vi sinh vật chịu ức chế bởi catechin và chất chiết chè ......................... 20 Bảng 3.1. Hàm lƣợng polyphenol tổng số và caffeine trong nguyên liệu giống chè Trung Du, Shan và PH1 ........................................................ 55 Bảng 3.2. Hàm lƣợng catechin và gallic acid trong nguyên liệu các giống chè nghiên cứu ....................................................................................... 58 Bảng 3.3. Hoạt tính kháng oxi hóa của nguyên liệu các giống chè nghiên cứu .... 64 Bảng 3.4. Khả năng kháng khuẩn của nguyên liệu các giống chè nghiên cứu ...... 67 Bảng 3.5. Thành phần phenolic của nguyên liệu loại B – giống chè Shan ........... 69 Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của độ ẩm nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi polyphenol .... 70 Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của kích thƣớc nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi polyphenol ............................................................................................. 71 Bảng 3.8. Ảnh hƣởng của hệ dung môi đến hiệu suất thu hồi polyphenol ........... 72 Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của thời gian trích ly đến hiệu suất thu hồi polyphenol ..... 73 Bảng 3.10. Ảnh hƣởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất thu hồi polyphenol ............................................................................................. 74 Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu hồi polyphenol ...... 75 Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của số lần trích ly đến hiệu suất thu hồi polyphenol .......... 75 Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu hồi polyphenol chè .................................................... 77 Bảng 3.14. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu hồi catechin tổng số ................................................... 80 Bảng 3.15. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến hoạt tính kháng oxi hóa của sản phẩm dịch chiết chè .................... 83 Bảng 3.16. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến hoạt tính kháng khuẩn của sản phẩm dịch chiết chè ...................... 86
viii Bảng 3.17. Đánh giá tƣơng quan giữa nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến hoạt tính kháng khuẩn của dịch chiết polyphenol chè ........... 88 Bảng 3.18. Kết quả kiểm tra điều kiện trích ly tối ƣu đối với hiệu suất thu hồi polyphenol, catechin tổng số và hoạt tính kháng oxi hóa của dịch chiết chè ................................................................................................. 90 Bảng 3.19. Ảnh hƣởng của tỷ lệ dịch chè/dichloromethane đến quá trình tách, tinh chế polyphenol ............................................................................... 92 Bảng 3.20. Ảnh hƣởng của tỷ lệ dịch chè /ethyl acetate đến quá trình tách, tinh chế polyphenol ............................................................................... 93 Bảng 3.21. Kết quả phân tích các chỉ tiêu an toàn thực phẩm của chế phẩm polyphenol từ chè .................................................................................. 95 Bảng 3.22. So sánh chế phẩm polyphenol nghiên cứu với một số chế phẩm thƣơng mại cùng loại ............................................................................. 95 Bảng 3.23a. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol chè đến biến đổi màu sắc của dầu trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C ......................................... 99 Bảng 3.23b. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol chè đến biến đổi mùi của dầu trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C.............................................. 100 Bảng 3.23c. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol chè đến biến đổi độ trong của dầu trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C ....................................... 101 Bảng 3.24. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol đến biến đổi chỉ số acid của dầu trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C.............................................. 102 Bảng 3.25. Chất lƣợng cảm quan, tính chất hóa lý, vi sinh của mẫu cá thƣơng mại vào thời điểm hết hạn sử dụng (sau 3 ngày bảo quản ở 0 – 40C) ..... 108 Bảng 3.26a. Ảnh hƣởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến màu sắc của cá thu trong quá trình bảo quản ........................................................... 108 Bảng 3.26b. Ảnh hƣởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến mùi của cá thu trong quá trình bảo quản ................................................................ 109 Bảng 3.26c. Ảnh hƣởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến trạng thái của cá thu trong quá trình bảo quản ........................................................... 109
ix Bảng 3.26d. Ảnh hƣởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến độ chấp nhận tổng thể của cá thu trong quá trình bảo quản ...................................... 109 Bảng 3.27. Ảnh hƣởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến chỉ số peroxide (PV) của cá thu trong quá trình bảo quản (Meq.O2/kg) ....... 114 Bảng 3.28. Ảnh hƣởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến vi sinh vật hiếu khí tổng số của cá trong quá trình bảo quản .............................. 116 Bảng 3.29. Tính chất cảm quan, lý hóa của mẫu thịt thƣơng mại vào thời điểm hết hạn sử dụng (sau 2 ngày bảo quản ở 4°C) ..................................... 117 Bảng 3.30. Tính chất cảm quan của thịt chín trong quá trình bảo quản ở 40C ...... 120 Bảng 3.31. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol chè đến độ mất nƣớc của thịt trong quá trình bảo quản ..................................................................... 124 Bảng 3.32. Biến động số lƣợng vi sinh vật hiếu khí tổng số trong quá trình bảo quản .............................................................................................. 126
x DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Diện tích và sản lƣợng chè Việt Nam từ 1995-2012 ..............................7 Hình 1.2. Tổng hợp phenylpropanoid, stilbene, lignan, lignin, cutin, flavonoid và tannin từ phenylalanine (PAL: phenylalanine ammonialyase) .........11 Hình 1.3. Phân loại một số hợp chất phenol chính [106] ......................................12 Hình 1.4. Công thức cấu tạo của flavonoid ...........................................................13 Hình 1.5. Công thức cấu tạo của catechin .............................................................13 Hình 1.6. Công thức cấu tạo của (-)-EGCG ..........................................................13 Hình 1.7. Công thức cấu tạo của EGC ..................................................................14 Hình 1.8. Công thức cấu tạo của ECG ..................................................................15 Hình 1.9. Công thức cấu tạo của C (A) và EC (B) ................................................15 Hình 1.10. Công thức cấu tạo của anthoxanthin .....................................................16 Hình 1.11. Quy trình chiết tách polyphenol từ chè xanh .......................................31 Hình 3.1. Hàm lƣợng catechin tổng số trong nguyên liệu các giống chè nghiên cứu .............................................................................................58 Hình 3.2. Sắc ký đồ HPLC của hỗn hợp chất chuẩn (A) và dịch chiết giống chè Shan (B) ..........................................................................................59 Hình 3.3. Tƣơng quan giữa hàm lƣợng catechin và polyphenol tổng số trong giống chè Shan, Trung du và PH1 .........................................................62 Hình 3.4. Tƣơng quan giữa hàm lƣợng polyphenol tổng số và catechin tổng số với hoạt tính kháng oxi hóa của các giống chè nghiên cứu ..............65 Hình 3.5. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu hồi polyphenol chè (mô hình minh họa 2 chiều) ......78 Hình 3.6. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu hồi catechin tổng số (mô hình minh họa 2 chiều) .....82 Hình 3.7. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến hoạt tính kháng oxi hóa của sản phẩm dịch chiết chè (mô hình minh họa 2 chiều) ..................................................................................85 Hình 3.8. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến khả năng kháng S. aureus (mô hình minh họa 2 chiều) .................87
xi Hình 3.9. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi, thời gian và nhiệt độ trích ly đến khả năng kháng P. fluorescens (mô hình minh họa 2 chiều)..........87 Hình 3.10. Giản đồ tối ƣu các thông số nồng độ dung môi (X1), thời gian (X2) và nhiệt độ trích ly (X3) đến hiệu suất thu hồi polyphenol (HPP), catechin tổng số (HCT) và hoạt tính kháng oxi hóa (OXH) của dịch chiết chè ..................................................................................90 Hình 3.11. Thành phần phenolic và caffeine của chế phẩm nghiên cứu .................94 Hình 3.12. Sắc ký đồ HPLC thành phần phenolic của chế phẩm nghiên cứu .........94 Hình 3.13. Sơ đồ quy trình công nghệ chiết tách polyphenol từ chè xanh .............97 Hình 3.14. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol chè đến biến đổi màu sắc của dầu sau 12 ngày thúc đẩy oxi hóa ở 600C ...........................................100 Hình 3.15. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol đến biến đổi chỉ số diene của dầu trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C .......................................103 Hình 3.16. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol đến biến đổi chỉ số peroxide của dầu trong quá trình thúc đẩy oxi hóa ở 600C .......................................105 Hình 3.17. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol đến biến đổi chỉ số para-ansidine của dầu trong quá trěnh thúc đẩy oxi hóa ở 600C................................106 Hình 3.18. Ảnh hƣởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến giá trị L* và a* của cá thu trong quá trình bảo quản ................................................111 Hình 3.19. Ảnh hƣởng của xử lý dịch chiết polyphenol chè đến biến đổi giá trị pH của cá trong quá trình bảo quản ................................................113 Hình 3.20. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol chè đến biến động chất lƣợng cảm quan của thịt trong quá trình bảo quản ........................................118 Hình 3.21. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol chè đến biến động giá trị L* và a* của thịt trong quá trình bảo quản ....................................................121 Hình 3.22. Ảnh hƣởng của xử lý polyphenol chè đến pH của thịt trong quá trình bảo quản ......................................................................................123 Hình 3.23. Biến động chỉ số TBARS trong quá trình bảo quản ............................125
1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN Các hợp chất phenol trong chè gồm các nhóm flavanol, O-glycosylated flavonols, C-glycosylflavones, proanthocyanidin, phenolic acid và các dẫn xuất của nó [70]. Tuy vậy, phần lớn polyphenol trong lá chè là các flavanol, bao gồm 7 loại catechin chính: (-)-Catechin (C), (+)-Epicatechin (EC), (-)-Epigallocatechin (EGC), (-)-Catechingallate (CG), (-)-Epicatechin-3-gallate (ECG), (-)-Gallocatechingallate (GCG) và (-)-Epigallocatechin-3- gallate (EGCG) [87], trong đó, EGC và EGCG chiếm chủ yếu (khoảng 70% tổng lƣợng catechin). Các catechin này đóng vai trò quyết định đến đặc tính dƣợc lý và tính chất cảm quan của nƣớc chiết chè [32]. Trong thế giới thực vật, chè là một trong những loại cây giàu các hợp chất phenolic nhất, hàm lƣợng polyphenol trong lá chè thƣờng vào khoảng 25-30% chất khô (CK). Tuy vậy, hàm lƣợng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: giống, độ non già của nguyên liệu, thời vụ thu hái... và chế độ canh tác [18]. Từ lâu, những ích lợi đối với sức khỏe con ngƣời của polyphenol (trong nƣớc chiết chè) đã đƣợc làm rõ. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, polyphenol chè có tác dụng tốt đối với bệnh ung thƣ [128], bệnh tim mạch [97], béo phì [75], [134] và có tác dụng làm chậm quá trình lão hoá, tăng tuổi thọ [57]. Những tác dụng tuyệt vời này có đƣợc là dựa vào khả năng kháng oxy hóa, kháng khuẩn, kháng nấm và kháng virus của polyphenol [87]. Liên quan đến hoạt tính sinh học, Fumio và cộng sự [59] đã chỉ ra rằng, khả năng quét gốc tự do DPPH của các catechin chè cao gấp 6 đến 16,4 lần α – tocopherol hay từ 4,3 đến 11,8 lần vitamin C. Ngoài ra, hoạt tính này của chè xanh cũng cao gấp 1,4 lần so với hƣơng thảo, 4,02 lần với sả, 7,3 lần với hoa nhài và 15,4 lần so với oải hƣơng [123]. Gần đây, khi so sánh khả năng quét gốc tự do DPPH của chè vàng (một loại chè bán lên men) với một số đối tƣợng khác, Barhe và Tchouya [36] cũng chỉ ra rằng, hoạt tính này của chất chiết chè vàng > chất chiết đỗ tƣơng > vang đỏ > hibiscus. Bên cạnh hoạt tính kháng oxi hóa, nhiều nghiên cứu trên thế giới cũng chỉ ra rằng, polyphenol (chất chiết chè) có khả năng kháng đƣợc
2 nhiều chủng vi khuẩn gây ngộ độc và gây thối hỏng thực phẩm [34], [87]. Điều này cho thấy, đối tƣợng này không chỉ có tiềm năng ứng dụng cao trong mỹ phẩm, dƣợc phẩm mà còn mở ra những ứng dụng quan trọng trong công nghiệp thực phẩm. Một trong số đó là sử dụng polyphenol chiết từ chè nhƣ một chất bảo quản tự nhiên không độc hại. Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong bối cảnh hiện nay, khi tình trạng vệ sinh an toàn thực phẩm đang ngày càng trở lên trầm trọng, mất kiểm soát ở các nƣớc đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Việt Nam hiện đứng hàng thứ 5 thế giới về diện tích trồng chè, với khoảng 135.000 ha. Ngành công – nông nghiệp và thƣơng mại chè đã giải quyết công ăn việc làm cho hàng triệu lao động, đặc biệt ở các vùng khó khăn, vùng trung du đồi núi. Theo thống kê của Tổng cục hải quan, trong khoảng 5 năm gần đây, kim ngạch xuất khẩu chè bình quân của Việt Nam vào khoảng 150 triệu USD. Điều này cho thấy, sản phẩm chè Việt Nam đã có chỗ đứng trên thị trƣờng thế giới và đã có đóng góp không nhỏ vào nền kinh tế nƣớc nhà. Tuy nhiên, sự phát triển của cây chè và các sản phẩm từ chè Việt Nam hiện nay chƣa tƣơng xứng với tiềm năng của nó. Do vậy, cần đẩy mạnh việc đầu tƣ nghiên cứu nâng cao chất lƣợng, đa dạng hóa sản phẩm chế biến, đồng thời cần nghiên cứu chiết tách các chất có hoạt tính sinh học cao (polyphenol) nhằm ổn định, phát triển sản xuất và nâng cao giá trị của cây chè Việt Nam. Ở nƣớc ta trong khoảng 15 năm gần đây, một số nghiên cứu về chiết tách polyphenol chè xanh đã đƣợc tiến hành. Tuy nhiên những nghiên cứu này thƣờng giới hạn hoặc với dung môi nƣớc [8] nên hiệu quả chiết tách còn hạn chế, hoặc sử dụng các kỹ thuật hiện đại chi phí đầu tƣ cao, khó áp dụng trong điều kiện Việt Nam hiện nay nhƣ trích ly có hỗ trợ vi sóng [101] hay trích ly dùng sóng siêu âm [3]. Đặc biệt chƣa có công trình công bố nào về đánh giá khả năng sử dụng polyphenol từ chè trong bảo quản nông sản thực phẩm. Xuất phát từ những lý do đó, chúng tôi tiến hành đề tài: ―Nghiên cứu chiết tách polyphenol từ lá chè xanh và ứng dụng trong bảo quản thực phẩm" 2. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN - Xây dựng đƣợc quy trình chiết tách các hợp chất polyphenol từ lá chè xanh
3 Việt Nam đạt hiệu suất trích ly tối thiểu 80%, độ tinh sạch của chế phẩm cao (>90%). - Đánh giá đƣợc khả năng sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản một số loại thực phẩm thông dụng. 3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu này các nội dung đƣợc giới hạn nhƣ sau: - Đối với giống chè khảo sát: chúng tôi sử dụng 02 giống đang đƣợc trồng phổ biến nhất hiện nay ở Việt Nam (Trung du, Shan). Bên cạnh đó, chúng tôi có khảo sát thêm giống chè PH1. Đây là giống có năng suất vào loại cao nhất hiện nay. Tuy nhiên chất lƣợng sản phẩm chè chế biến không đƣợc đánh giá cao do để lại dƣ vị đắng cho sản phẩm [20]. - Đối với nghiên cứu chiết tách polyphenol: phƣơng pháp trích ly bằng dung môi đƣợc chúng tôi sử dụng. Do đây là phƣơng pháp khá đơn giản, có khả năng cho hiệu suất thu hồi cao. Bên cạnh đó, phƣơng pháp này cũng chỉ đòi hỏi đầu tƣ vừa phải, dễ áp dụng cho các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ, phù hợp với điều kiện Việt Nam. - Đối với nghiên cứu ứng dụng chất chiết polyphenol chè trong bảo quản thực phẩm: chúng tôi giới hạn trên một số đối tƣợng thực phẩm thông dụng, phổ biến: 02 đối tƣợng dầu thực vật (dầu cọ, dầu đậu nành), cá thu và thịt lợn. 4. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN 4.1. Nghiên cứu lựa chọn loại nguyên liệu cho mục đích chiết tách polyphenol từ lá chè tƣơi - Xác định hàm lƣợng polyphenol tổng số, hàm lƣợng catechin tổng số và catechin thành phần (C, EC, EGC, ECG, EGCG) trong 4 loại nguyên liệu (búp 1 tôm 2 lá non, nguyên liệu loại B (TCVN 2843-79), nguyên liệu loại C (TCVN 2843-79) và các lá chè già (lá 6,7 của cành chè). - Đánh giá khả năng kháng oxi hóa, kháng khuẩn của nguyên liệu các giống chè nghiên cứu. 4.2. Nghiên cứu quy trình chiết tách polyphenol từ lá chè - Khảo sát ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ (độ ẩm, kích thƣớc của
4 nguyên liệu; dung môi và nồng độ dung môi; nhiệt độ và thời gian trích ly; tỷ lệ nguyên liệu:dung môi; số lần trích ly) đến hiệu suất thu hồi polyphenol. - Tối ƣu hóa một số yếu tố công nghệ chính (nồng độ dung môi; nhiệt độ và thời gian trích ly) đến hiệu suất thu hồi polyphenol, catechin tổng số và hoạt tính kháng oxi hóa của dịch chiết. - Nghiên cứu tinh chế dịch chiết chè tạo chế phẩm polyphenol. 4.3. Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng chất chiết polyphenol chè trong bảo quản thực phẩm - Đánh giá khả năng sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản dầu đậu nành và dầu cọ. - Đánh giá khả năng sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản cá thu. - Đánh giá khả năng sử dụng chế phẩm polyphenol chè trong bảo quản thịt lợn. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN 5.1. Ý nghĩa khoa học - Kết quả của luận án tạo ra bộ dữ liệu khoa học tƣơng đối toàn diện về hàm lƣợng các hợp chất có hoạt tính sinh học cao (polyphenol tổng số, các catechin thành phần, gallic acid, caffeine) cũng nhƣ hoạt tính sinh học (khả năng kháng oxi hóa, kháng khuẩn) của các loại nguyên liệu trong 02 giống chè phổ biến (Trung du, Shan) và 01 giống chè có năng suất cao nhất hiện nay ở Việt Nam (PH1). Các dữ liệu khoa học này là nguồn tƣ liệu hữu ích cho công tác đào tạo, nghiên cứu và khai thác các giống chè ở Việt Nam. - Kết quả nghiên cứu công nghệ trích ly polyphenol từ lá chè đã bổ sung thêm các thông tin khoa học quan trọng cho biết ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ đến hiệu suất thu hồi cũng nhƣ chất lƣợng chế phẩm polyphenol (bao gồm cả hoạt tính kháng oxi hóa và kháng khuẩn). Đây là nguồn thông tin khoa học hữu ích trong việc nghiên cứu và triển khai sản xuất bột chiết polyphenol từ chè xanh nguyên liệu. - Luận án đã cung cấp các minh chứng khoa học về tác dụng của chế phẩm polyphenol chè trong việc bảo quản thịt lợn, cá thu , dầu cọ và dầu đậu nành.
5 5.2. Ý nghĩa thực tế - Luận án góp phần định hƣớng đa dạng hóa sản phẩm sử dụng nguồn nguyên liệu lá chè. Từ đó cho phép nâng cao giá trị của cây chè ở nƣớc ta, đồng thời góp phần cải thiện đời sống của những vùng trung du, đồi núi, vùng đặc biệt khó khăn. - Sản phẩm của luận án tạo chế phẩm polyphenol có độ tinh sạch cao (>90% polyphenol), có thể sử dụng hữu ích trong các lĩnh vực khác nhau, tạo ra các sản phẩm mới hoặc nâng cao, duy trì chất lƣợng các sản phẩm thực phẩm, thực phẩm chức năng, dƣợc phẩm và mỹ phẩm. - Kết quả của luận án cho phép tạo tiền đề để nghiên cứu sản xuất các sản phẩm bảo quản thực phẩm tự nhiên không độc hại. Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong bối cảnh Việt Nam, khi tình trạng vệ sinh an toàn thực phẩm đang bị mất kiểm soát trầm trọng, gây nhiều hoài nghi và bức xúc trong xã hội hiện nay. 6. TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN - Luận án đã nghiên cứu tổng thể và đánh giá về hàm lƣợng các hợp chất có hoạt tính sinh học là polyphenol tổng số, 05 loại catechin, gallic acid, caffeine trong của 03 giống chè trong nƣớc (Trung du, Shan và PH1). Đã đánh giá hoạt tính kháng oxi hóa, kháng khuẩn trên 02 loại nguyên liệu B và C (theo TCVN 2843-79), là những nguyên liệu thƣờng đƣợc thu hái trong thực tiễn sản xuất sẽ đặc biệt hữu ích đối với công nghiệp chế biến và khai thác các hợp chất polyphenol từ chè tƣơi nguyên liệu. - Việc sử dụng hệ dung môi acetone nƣớc trong trích ly polyphenol từ lá chè, đã đề xuất đƣợc quy trình công nghệ chiết tách chế phẩm polyphenol cho hiệu suất thu hồi và chất lƣợng chế phẩm cao (bao gồm độ tinh sạch và khả năng kháng oxy hóa, kháng khuẩn). Với quy trình này, việc chuyển giao cho các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ ở Việt Nam là hoàn toàn khả thi và thuận lợi, không phải đầu tƣ lớn, tận dụng đƣợc nguồn phụ phẩm chế biến chè. - Luận án đã đƣa ra những kết quả đánh giá khá toàn diện về sử dụng polyphenol từ chè trong bảo quản thực phẩm, ảnh hƣởng của polyphenol chè đến biến đổi tính chất lý hóa, chất lƣợng dinh dƣỡng, cảm quan và vi sinh của cá, thịt và dầu thực vật trong quá trình tồn trữ, bảo quản. Điều này sẽ thúc đẩy việc nghiên cứu sử dụng polyphenol chè nhƣ một chất bảo quản thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên.
6 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CHÈ 1.1.1. Nguồn gốc và sự phân bố của cây chè Cây chè có tên khoa học Camellia sinensis (L) O. Kuntze đƣợc phát hiện bởi ngƣời Trung Quốc vào khoảng 2700 TCN. Hiện nay, nhiều nghiên cứu cho rằng, cây chè có nguồn gốc phát sinh ở miền núi phía Nam Trung Quốc, Bắc Ấn Độ và miền núi phía Bắc Việt Nam [6]. Chè phân bố khá rộng, trong những điều kiện tự nhiên rất khác nhau, từ 30 độ vĩ nam (Natan - Nam Phi) đến 43 độ vĩ bắc (Grudia), tập trung ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới [17]. 1.1.2. Phân loại 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 đƣợc chia thành 4 giống chính [17]: * Chè Trung Quốc lá nhỏ (Camellia sinensis var. bohea) Thuộc loại cây bụi thấp, phân cành nhiều, lá nhỏ (dài 3,5 – 6,5 cm), dày nhiều gợn sóng, màu xanh đậm, răng cƣa nhỏ, không đều. Giống này có đặc điểm năng suất thấp, chất lƣợng trung bình nhƣng khả năng chịu rét tốt. Phân bố chủ yếu ở miền Đông, Đông nam Trung Quốc, Nhật Bản và một số vùng khác. * Chè Trung Quốc lá to (Camellia sinensis var. macrophylla) Cây thuộc loại thân gỗ nhỡ, cao tới 5 m trong điều kiện sinh trƣởng tự nhiên. Lá to trung bình, màu xanh nhạt, bóng, răng cƣa sâu không đều, đầu lá nhọn. Giống có đặc điểm năng suất cao, chất lƣợng tốt. Nguyên sản ở Vân Nam, Tứ Xuyên (Trung Quốc). * Chè Shan (Camellia sinensis var. shan) Cây thuộc loại thân gỗ, cao từ 6 đến 10 m. Lá to, màu xanh nhạt, đầu lá dài, răng cƣa nhỏ và dày. Tôm chè có nhiều lông tơ, trắng và mịn trông nhƣ tuyết nên còn gọi là chè tuyết. Giống có đặc điểm năng suất cao, chất lƣợng tốt, có khả năng thích ứng trong điều kiện ấm ẩm, phát triển tốt ở vùng có địa hình cao. Nguyên sản ở Vân Nam - Trung Quốc, miền bắc của Miến Điện và Việt Nam.
7 * Chè Ấn Độ (Camellia sinensis var. assamica): Thân gỗ cao tới 17 m, phân cành thƣa, lá dài tới 20 - 30 cm, mỏng, mềm, thƣờng có màu xanh đậm, dạng lá hình bầu dục, phiến lá gợn sóng, đầu lá dài. Giống này thuộc loại có năng suất cao, phẩm chất tốt nhƣng không chịu đƣợc rét hạn. Giống đƣợc trồng nhiều ở Ấn Độ, Miến Điện, Vân Nam (Trung Quốc) và một số vùng khác. 1.1.3. Tình hình sản xuất chè ở Việt Nam Năm 2012, Việt Nam đã vƣơn lên hàng thứ sáu thế giới về diện tích (115.964 ha), thứ năm về sản lƣợng chè (216.900 tấn), chỉ đứng sau Trung Quốc, Ấn Độ, Srilanka, Kenya và tƣơng đƣơng Indonesia. Trong 15 năm, từ 1995 – 2010, diện tích chè của nƣớc ta đã tăng 2,2 lần từ 52.100 ha lên 113.200 ha, sản lƣợng tăng 4,94 lần từ 40.200 tấn lên 198.466 tấn [136]. Diễn biến diện tích và sản lƣợng chè nƣớc ta đƣợc trình bày qua hình 1.1. Hình 1.1. Diện tích và sản lƣợng chè Việt Nam từ 1995-2012 [136] Theo ƣớc tính của Hiệp hội chè Việt Nam, cả nƣớc hiện có khoảng 6 triệu lao động sống dựa vào ngành công – nông nghiệp trồng và chế biến chè, và 116 doanh nghiệp tham gia xuất khẩu chè, hàng năm thu về gần 200 triệu đô la, đóng góp không nhỏ vào sự phát triển chung của nền kinh tế nƣớc nhà. Về các giống chè ở Việt Nam, bên cạnh giống truyền thống (Trung du), hiện chúng ta đã chọn lọc và lai tạo đƣợc khá nhiều giống mới. Bảng 1.1 giới thiệu cơ cấu giống chè cả nƣớc tính đến năm 2009 [20].