Luận Văn Nghiên cứu quá trình khử caffeine trên lá chè tươi nguyên liệu trong công nghệ sản xuất chè xanh

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Hiện nay, chè xanh được tiêu thụ rộng rãi trên thế giới bởi vì chè là một nguồn thực phẩm chứa nhiều các chất có lợi cho cơ thể chúng ta. Tuy nhiên, với số người mắc bệnh về tim mạch, việc sử dụng chè có thể làm tăng nguy cơ về tim mạch, do trong chè có chứa nhiều caffeine. Do đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu quá trình khử caffeine trên lá chè tươi nguyên liệu trong công nghệ sản xuất chè xanh. Phương pháp chúng tôi chọn là khử caffeine bằng phương pháp Swiss water. Qua nghiên cứu, chúng tôi thu được những kết quả như sau:
Về quá trình khử caffeine: hiệu suất khử caffeine là 90%, độ tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine là 5% và tổng lượng polyphenol trong lá chè sau khử caffeine tăng 6.935% khi nhiệt độ khử là 90oC, tỷ lệ chè/nước là 3.75g/100ml nước và thời gian khử là 7 phút.
Về quá trình hấp phụ caffeine của than hoạt tính bão hòa chất khô hòa tan phi caffeine: hiệu suất hấp phụ caffeine là 22%, mức độ tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine là 3.4% và mức độ tổn thất polyphenol tổng là 11 – 12% khi quá trình tiến hành với tỷ lệ than hoạt tính là 4% (w/v), nhiệt độ dịch nước ban đầu là 70oC, thời gian hấp phụ là 100 phút.



MỤC LỤC
Đề mục Trang
Trang bìa i
Nhiệm vụ luận văn
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
Nhận xét của giáo viên phản biện
Lời cảm ơn ii
Tóm tắt luận văn iii
Mục lục iv
Danh mục bảng vii
Danh mục hình ix
Danh mục các từ viết tắt xi
Lời mở đầu xii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1
1.1. Giới thiệu chung về cây chè 1
1.1.1 Đặc tính thực vật của cây chè 1
1.1.2 Thành phần hóa học của lá chè 2
1.2. Caffeine 9
1.2.1 Giới thiệu chung về caffeine 9
1.2.2 Những tác động sinh lí của caffeine đối với cơ thể 10
1.3. Catechin 14
1.3.1 Giới thiệu chung về catechin 14
1.3.2 Những tác động sinh lí của catechin đối với cơ thể 16
1.4. Dược tính của cây chè 17
1.5. Mục đích của việc khử caffeine trong lá chè 17
1.6. Công nghệ khử caffeine 18
1.6.1 Phương pháp khử caffeine bằng dung môi 18
1.6.2 Phương pháp khử caffeine bằng nước 20
1.6.3 Phương pháp Swiss water 23
1.6.4 Phương pháp khử caffeine bằng CO2 siêu tới hạn 27
CHƯƠNG 2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu 34
2.1. Phương pháp nghiên cứu 34
2.1.1 Mục đích nghiên cứu 34
2.1.2 Nội dung nghiên cứu 34
2.2. Nguyên liệu 36
2.2.1 Lá chè nguyên liệu 36
2.2.2 Than hoạt tính 36
2.2.3 Hóa chất sử dụng 36
2.3. Các thiết bị dùng trong nghiên cứu 36
2.4. Quy trình công nghệ khử caffeine 37
2.4.1 Quy trình chuẩn bị dịch trích cân bằng các chất khô hòa tan trong lá chè 37
2.4.2 Quy trình chuẩn bị than hoạt tính bão hòa không chứa caffeine 38
2.4.3 Quy trình chuẩn bị dịch trích cân bằng chứa ít caffeine 39
2.5. Các phương pháp phân tích 39
2.6. Phương pháp tính toán 39
2.6.1 Quá trình khử caffeine 39
2.6.2 Quá trình hấp phụ caffeine từ dịch trích cân bằng bằng than hoạt tính bão hòa 40
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 42
3.1. Khảo sát nguyên liệu lá chè tươi 42
3.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chè:nước đến quá trình khử caffeine 43
3.2.1 Hiệu suất khử caffeine 43
3.2.2 Tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine 45
3.2.3 Hàm lượng polyphenol tổng của lá chè sau khử caffeine 47
3.2.4 Kết luận 49
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình khử caffeine 49
3.3.1 Hiệu suất khử caffeine 50
3.3.2 Tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine 51
3.3.3 Hàm lượng polyphenol tổng 52
3.3.4 Kết luận 54
3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình khử caffeine 54
3.4.1 Hiệu suất khử caffeine 54
3.4.2 Tổn thất chất khô hòa tan 56
3.4.3 Hàm lượng polyphenol tổng 58
3.4.4 Kết luận 60
3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dịch qua than hoạt tính đến quá trình hấp phụ caffeine 61
3.6. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ than:nước đến quá trình hấp phụ caffeine của than hoạt tính 63
3.6.1 Hiệu suất hấp phụ caffeine 63
3.6.2 Tổn thất chất khô hòa tan 64
3.6.3 Hàm lượng polyphenol tổng 65
3.6.4 Kết luận 66
3.7. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến quá trình hấp phụ caffeine của than hoạt tính 67
3.7.1 Hiệu suất hấp phụ caffeine 67
3.7.2 Tổn thất chất khô hòa tan 68
3.7.3 Tổn thất hàm lượng polyphenol tổng 70
3.7.4 Kết luận 71
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75
PHỤ LỤC 80
Phụ lục 1: Các phương pháp phân tích 80
Phụ lục 2: Xây dựng đường chuẩn caffeine: 90
Phụ lục 3: Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng polyphenol tổng 93
Phụ lục 4: Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng đường khử 94


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 1: Hàm lượng các chất trong lá chè tươi 2
Bảng 1 2: Thành phần hóa học của tôm chè tươi và các lá chè non 3
Bảng 1 3: Sự phân bố nước trong búp chè 4
Bảng 1 4: Lượng đường hòa tan trong búp chè (tính theo phần trăm chất khô) 5
Bảng 1 5: Sự phân bố proteine trong búp chè 6
Bảng 1 6: Thành phần catechin của búp chè 9
Bảng 1 7: Tính chất vật lí của caffeine 10
Bảng 1 8: Hàm lượng caffeine trong búp chè 10
Bảng 1 9: Sự dị hóa caffeine ở người tiêu thụ 5mg caffeine/kg thể trọng 13
Bảng 1 10: Thành phần tổ hợp các chất tanin trong lá chè tươi 15
Bảng 1 11: Ảnh hưởng của cấu trúc lá đến quá trình khử caffeine 22
Bảng 1 12: So sánh tốc độ khử caffeine ở những loài vi sinh vật khác nhau 26
Bảng 1 13: Tính chất của CO2 siêu tới hạn 27
Bảng 1 14: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến quá trình khử caffeine 29
Bảng 1 15: Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến quá trình khử caffeine 30
Bảng 1 16: Ảnh hưởng của chất đồng dung môi đến quá trình khử caffeine 32
Bảng 1 17: Ảnh hưởng của tốc độ dòng CO2 đến quá trình khử caffeine 33
Bảng 3 1: Kết quả khảo sát nguyên liệu giữa hai lần mua khác nhau 42
Bảng 3 2: Hiệu suất khử caffeine ở các tỷ lệ chè/ nước khác nhau. 43
Bảng 3 3: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè/nước đến tiêu hao chất khô hòa tan tổng. 45
Bảng 3 4: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè/nước đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine 45
Bảng 3 5: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè/ nước đến hàm lượng polyphenol tổng của lá chè sau khử caffeine. 47
Bảng 3 6: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè/nước đến sự thay đổi hàm lượng polyphenol tổng của lá chè sau khử. 48
Bảng 3 7: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất khử caffeine. 50
Bảng 3 8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tiêu hao chất khô hòa tan tổng. 51
Bảng 3 9: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine. 51
Bảng 3 10: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng polyphenol trong lá chè sau khử caffeine 52
Bảng 3 11: Ảnh hưởng đến nhiệt độ đến sự thay đổi polyphenol tổng. 52
Bảng 3 12: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất khử caffeine. 55
Bảng 3 13: Ảnh hưởng của thời gian đến sự tiêu hao chất khô hòa tan tổng của lá chè sau khử caffeine 56
Bảng 3 14: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine của lá chè.sau khử caffeine 56
Bảng 3 15: Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng polyphenol tổng của lá chè sau khử caffeine. 58
Bảng 3 16: Ảnh hưởng của thời gian đến sự thay đổi lượng polyphenol tổng của lá chè sau khử 59
Bảng 3 17: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ caffeine của than hoạt tính bão hòa chất khô hòa tan 61
Bảng 3 18: Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến hiệu suất hấp phụ caffeine. 63
Bảng 3 19: Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến tổn thất chất khô hòa tan tổng 64
Bảng 3 20: Ảnh hưởng của tỷ lệ than đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine. 64
Bảng 3 21: Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến tổn thất polyphenol tổng của quá trình hấp phụ . 65
Bảng 3 22: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ caffeine. 67
Bảng 3 23: Ảnh hưởng của thời gian đến sự tiêu hao chất khô hòa tan tổng. 68
Bảng 3 24: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine. 69
Bảng 3 25: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất polyphenol tổng. 70
Bảng 0 1: Cách lấy hóa chất trong phân tích đường khử 85
Bảng 0 2: Thời gian lưu và diện tích peak của các mẫu chuẩn caffeine: 90
Bảng 0 3: Độ hấp thu của các mẫu chuẩn ở các nồng độ khác nhau. 93
Bảng 0 4: Độ hấp thu của các mẫu chuẩn glucose ở các lượng khác nhau 94


DANH MỤC HÌNH
Hình 1 1: Búp chè 1 tôm và 2 lá non. 2
Hình 1 2: Cấu trúc của caffeine 9
Hình 1 3: Công thức cấu tạo của các catechin 15
Hình 1 4: Quy trình khử caffeine bằng dung môi 19
Hình 1 5: Quy trình khử caffeine bằng nước 20
Hình 1 6: Mô hình tổng thể của quá trình khử caffeine bằng vi sinh vật 24
Hình 1 7: Mô hình khử caffeine bằng SCF 28
Hình 1 8: Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến quá trình khử caffeine 31
Hình 2 1: Quy trình công nghệ khử caffeine 37
Hình 2 2: Quy trình tạo dịch trích cân bằng chất khô hòa tan tổng (so với thành phần của chúng trong lá chè tươi) 37
Hình 2 3: Quy trình tạo than hoạt tính phi caffeine bão hòa chất khô hòa tan 38
Hình 2 4: Quy trình tạo dịch trích phi caffeine có nồng độ các chất khô hòa tan cân bằng với thành phần của chúng trong lá chè tươi 39
Hình 3 1: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè:nước đến hiệu suất khử caffeine 44
Hình 3 2: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè:nước đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine 45
Hình 3 3: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè:nước đến hàm lượng polyphenol tổng của lá chè 47
Hình 3 4: Ảnh hường của tỷ lệ chè/nước đến sự thay đổi polyphenol tổng của lá chè 48
Hình 3 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất khử caffeine 50
Hình 3 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine 52
Hình 3 7: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng polyphenol tổng của lá chè sau khử 53
Hình 3 8: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất khử caffeine 55
Hình 3 9: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine 57
Hình 3 10: Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng polyphenol trong lá chè sau khử 58
Hình 3 11: Ảnh hưởng của nhiệt độ dịch ban đầu đến hiệu suất hấp phụ caffeine của than hoạt tính 62
Hình 3 12: Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến hiệu suất hấp phụ của quá trình 63
Hình 3 13: Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến tổn thất chất khô hòa tan của quá trình hấp phụ caffeine 65
Hình 3 14: Ảnh hưởng của tỷ lệ than đến tổn thất polyphenol tổng của quá trình 66
Hình 3 15: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ caffeine của than hoạt tính 67
Hình 3 16: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất chất khô hòa tan của quá trình 69
Hình 3 17: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất polyphenol tổng của quá trình 71
Hình 0 1: Diện tích peak của các chuẩn caffeine ở các nồng độ khác nhau 91
Hình 0 2: Đường chuẩn caffeine 91
Hình 0 3: Đường chuẩn polyphenol tổng bằng phương pháp Prussian blue 93
Hình 0 4: Đường chuẩn phân tích đường khử tính theo glucose 94


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt, kí hiệu Nghĩa
DNS Dinitrosalicylic
EC Epicatechin
ECG Epicatechin gallate
EGC Epigallo catechin
EGCG Epigallocatechin gallate
FDA Hiệp hội Thực phẩm và Dược phẩm của Mỹ
HPLC Phân tích sắc ký lỏng cao áp
RO Lọc thẩm thấu ngược
SCF Chất lỏng siêu tới hạn
SC-CO2 CO2 siêu tới hạn
SW1 Dịch cân bằng các chất khô hòa tan
SW2 Dịch cân bằng chất khô hòa tan phi caffeine
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam




LỜI MỞ ĐẦU


Chè là một dạng thức uống truyền thống của người Trung Quốc nói riêng và cư dân Châu Á nói chung. Người ta sử dụng không chỉ vì mục đích giải khát mà còn bởi những dược tính của nó. Trong chè có nhiều chất chống oxi hóa và được sử dụng như là một dược phẩm chữa nhiều bệnh như: chữa ung thư, tiêu chảy, chữa các chứng không tiêu, chứng cao cholesterol trong máu . Ngày nay, việc tiêu thụ chè, đặc biệt là sản phẩm chè xanh, ngày càng được tiêu thụ rộng rãi trên thế giới.
Chính vì vậy, diện tích trồng chè cũng như sản lượng chè ở Việt Nam ngày càng tăng nhanh. Cây chè đã được xây dựng thành một trong mười chương trình trọng điểm phát triển nông nghiệp trong Kế hoạch phát triển kinh tế xã hội của Nhà nước Việt Nam đến năm 2010.
Tuy nhiên, cũng như coffee, trong chè có chứa một lượng lớn caffeine. Đây là một thành phần kích thích hệ thần kinh trung ương, tác động lên tim mạch và gây ảnh hưởng xấu đến một bộ phận người tiêu dùng. Do đó, việc phát triển một sản phẩm chè xanh không chứa caffeine là một nhu cầu cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu của một bộ phận lớn người tiêu dùng nhạy cảm với caffeine. Chính vì vậy, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu quá trình khử caffeine trên lá chè tươi nguyên liệu trong công nghệ sản xuất chè xanh”. Đề tài có những nội dung chính như sau:
 Tìm hiểu về chè xanh, caffeine và những tác động của nó đến cơ thể cơ người.
 Tìm hiểu về các công nghệ khử caffeine.
 Lựa chọn phương pháp khử caffeine trên lá chè tươi.
 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử caffeine. Đánh giá ảnh hưởng của quá trình đến hiệu suất khử caffeine, mức độ tổn thất chất khô hòa tan và polyphenol tổng trên lá chè.