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

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA KHOA KYÕ THUAÄT HOÙA HOÏC LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP ÑAÏI HOÏC NGHIEÂN CÖÙU QUAÙ TRÌNH KHÖÛ CAFFEINE TREÂN LAÙ CHEØ TÖÔI NGUYEÂN LIEÄU TRONG COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT CHEØ XANH SVTH : NHAÂM MINH MSSV : 60301674 CBHD : ThS. LAÏI QUOÁC ÑAÏT BOÄ MOÂN : COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM TP Hoà Chí Minh, 01/2008 NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN PHAÛN BIEÄN LÔØI CAÛM ÔN Con xin caûm ôn cha meï ñaõ nuoâi naáng, daïy doã con neân ngöôøi. Cha meï ñaõ luoân uûng hoä, ñoäng vieân con trong suoát thôøi gian qua. Em xin chaân thaønh caûm ôn Thaày Laïi Quoác Ñaït. Thaày ñaõ taän tình höôùng daãn ñeå em hoaøn thaønh toát luaän vaên. Em cuõng xin toû loøng bieát ôn saâu saéc ñeán caùc Thaày Coâ cuûa tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa Thaønh phoá Hoà Chí Minh, ñaëc bieät laø caùc Thaày Coâ trong boä moân Coâng ngheä Thöïc phaåm. Thaày Coâ ñaõ truyeàn daïy cho em nhöõng kieán thöùc voâ cuøng quyù baùu, cuõng nhö ñaõ hoã trôï em raát nhieàu ñeå em thöïc hieän baøi luaän naøy thaønh coâng. Cuoái cuøng, toâi xin caùm ôn caùc baïn trong lôùp ñaõ luoân ñoäng vieân, giuùp ñôõ toâi vöôït qua moïi khoù khaên. toùm taét luaän vaên Hieän nay, cheø xanh ñöôïc tieâu thuï roäng raõi treân theá giôùi bôûi vì cheø laø moät nguoàn thöïc phaåm chöùa nhieàu caùc chaát coù lôïi cho cô theå chuùng ta. Tuy nhieân, vôùi soá ngöôøi maéc beänh veà tim maïch, vieäc söû duïng cheø coù theå laøm taêng nguy cô veà tim maïch, do trong cheø coù chöùa nhieàu caffeine. Do ñoù, chuùng toâi tieán haønh nghieân cöùu quaù trình khöû caffeine treân laù cheø töôi nguyeân lieäu trong coâng ngheä saûn xuaát cheø xanh. Phöông phaùp chuùng toâi choïn laø khöû caffeine baèng phöông phaùp Swiss water. Qua nghieân cöùu, chuùng toâi thu ñöôïc nhöõng keát quaû nhö sau: Veà quaù trình khöû caffeine: hieäu suaát khöû caffeine laø 90%, ñoä toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine laø 5% vaø toång löôïng polyphenol trong laù cheø sau khöû caffeine taêng 6.935% khi nhieät ñoä khöû laø 90oC, tyû leä cheø/nöôùc laø 3.75g/100ml nöôùc vaø thôøi gian khöû laø 7 phuùt. Veà quaù trình haáp phuï caffeine cuûa than hoaït tính baõo hoøa chaát khoâ hoøa tan phi caffeine: hieäu suaát haáp phuï caffeine laø 22%, möùc ñoä toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine laø 3.4% vaø möùc ñoä toån thaát polyphenol toång laø 11 – 12% khi quaù trình tieán haønh vôùi tyû leä than hoaït tính laø 4% (w/v), nhieät ñoä dòch nöôùc ban ñaàu laø 70oC, thôøi gian haáp phuï laø 100 phuùt. MUÏC LUÏC Ñeà muïc Trang Trang bìa i DANH MUÏC BAÛNG Baûng 11: Haøm löôïng caùc chaát trong laù cheø töôi 2 Baûng 12: Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa toâm cheø töôi vaø caùc laù cheø non 3 Baûng 13: Söï phaân boá nöôùc trong buùp cheø 4 Baûng 14: Löôïng ñöôøng hoøa tan trong buùp cheø (tính theo phaàn traêm chaát khoâ) 5 Baûng 15: Söï phaân boá proteine trong buùp cheø 6 Baûng 16: Thaønh phaàn catechin cuûa buùp cheø 9 Baûng 17: Tính chaát vaät lí cuûa caffeine 10 Baûng 18: Haøm löôïng caffeine trong buùp cheø 10 Baûng 19: Söï dò hoùa caffeine ôû ngöôøi tieâu thuï 5mg caffeine/kg theå troïng 13 Baûng 110: Thaønh phaàn toå hôïp caùc chaát tanin trong laù cheø töôi 15 Baûng 111: AÛnh höôûng cuûa caáu truùc laù ñeán quaù trình khöû caffeine 22 Baûng 112: So saùnh toác ñoä khöû caffeine ôû nhöõng loaøi vi sinh vaät khaùc nhau 26 Baûng 113: Tính chaát cuûa CO2 sieâu tôùi haïn 27 Baûng 114: AÛnh höôûng cuûa kích thöôùc nguyeân lieäu ñeán quaù trình khöû caffeine 29 Baûng 115: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø aùp suaát ñeán quaù trình khöû caffeine 30 Baûng 116: AÛnh höôûng cuûa chaát ñoàng dung moâi ñeán quaù trình khöû caffeine 32 Baûng 117: AÛnh höôûng cuûa toác ñoä doøng CO2 ñeán quaù trình khöû caffeine 33 Baûng 31: Keát quaû khaûo saùt nguyeân lieäu giöõa hai laàn mua khaùc nhau 42 Baûng 32: Hieäu suaát khöû caffeine ôû caùc tyû leä cheø/ nöôùc khaùc nhau. 43 Baûng 33: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø/nöôùc ñeán tieâu hao chaát khoâ hoøa tan toång. 45 Baûng 34: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø/nöôùc ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine 45 Baûng 35: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø/ nöôùc ñeán haøm löôïng polyphenol toång cuûa laù cheø sau khöû caffeine. 47 Baûng 36: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø/nöôùc ñeán söï thay ñoåi haøm löôïng polyphenol toång cuûa laù cheø sau khöû. 48 Baûng 37: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán hieäu suaát khöû caffeine. 50 Baûng 38: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán tieâu hao chaát khoâ hoøa tan toång. 51 Baûng 39: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine. 51 Baûng 310: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán haøm löôïng polyphenol trong laù cheø sau khöû caffeine 52 Baûng 311: AÛnh höôûng ñeán nhieät ñoä ñeán söï thay ñoåi polyphenol toång. 52 Baûng 312: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán hieäu suaát khöû caffeine. 55 Baûng 313: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán söï tieâu hao chaát khoâ hoøa tan toång cuûa laù cheø sau khöû caffeine 56 Baûng 314: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine cuûa laù cheø.sau khöû caffeine 56 Baûng 315: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán haøm löôïng polyphenol toång cuûa laù cheø sau khöû caffeine. 58 Baûng 316: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán söï thay ñoåi löôïng polyphenol toång cuûa laù cheø sau khöû 59 Baûng 317: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán hieäu suaát haáp phuï caffeine cuûa than hoaït tính baõo hoøa chaát khoâ hoøa tan 61 Baûng 318: AÛnh höôûng cuûa tyû leä than hoaït tính ñeán hieäu suaát haáp phuï caffeine. 63 Baûng 319: AÛnh höôûng cuûa tyû leä than hoaït tính ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan toång 64 Baûng 320: AÛnh höôûng cuûa tyû leä than ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine. 64 Baûng 321: AÛnh höôûng cuûa tyû leä than hoaït tính ñeán toån thaát polyphenol toång cuûa quaù trình haáp phuï . 65 Baûng 322: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán hieäu suaát haáp phuï caffeine. 67 Baûng 323: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán söï tieâu hao chaát khoâ hoøa tan toång. 68 Baûng 324: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine. 69 Baûng 325: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán toån thaát polyphenol toång. 70 Baûng 01: Caùch laáy hoùa chaát trong phaân tích ñöôøng khöû 85 Baûng 02: Thôøi gian löu vaø dieän tích peak cuûa caùc maãu chuaån caffeine: 90 Baûng 03: Ñoä haáp thu cuûa caùc maãu chuaån ôû caùc noàng ñoä khaùc nhau. 93 Baûng 04: Ñoä haáp thu cuûa caùc maãu chuaån glucose ôû caùc löôïng khaùc nhau 94 DANH MUÏC HÌNH Hình 11: Buùp cheø 1 toâm vaø 2 laù non. 2 Hình 12: Caáu truùc cuûa caffeine 9 Hình 13: Coâng thöùc caáu taïo cuûa caùc catechin 15 Hình 14: Quy trình khöû caffeine baèng dung moâi 19 Hình 15: Quy trình khöû caffeine baèng nöôùc 20 Hình 16: Moâ hình toång theå cuûa quaù trình khöû caffeine baèng vi sinh vaät 24 Hình 17: Moâ hình khöû caffeine baèng SCF 28 Hình 18: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian trích ly ñeán quaù trình khöû caffeine 31 Hình 21: Quy trình coâng ngheä khöû caffeine 37 Hình 22: Quy trình taïo dòch trích caân baèng chaát khoâ hoøa tan toång (so vôùi thaønh phaàn cuûa chuùng trong laù cheø töôi) 37 Hình 23: Quy trình taïo than hoaït tính phi caffeine baõo hoøa chaát khoâ hoøa tan 38 Hình 24: Quy trình taïo dòch trích phi caffeine coù noàng ñoä caùc chaát khoâ hoøa tan caân baèng vôùi thaønh phaàn cuûa chuùng trong laù cheø töôi 39 Hình 31: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán hieäu suaát khöû caffeine 44 Hình 32: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine 45 Hình 33: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán haøm löôïng polyphenol toång cuûa laù cheø 47 Hình 34: AÛnh höôøng cuûa tyû leä cheø/nöôùc ñeán söï thay ñoåi polyphenol toång cuûa laù cheø 48 Hình 35: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán hieäu suaát khöû caffeine 50 Hình 36: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine 52 Hình 37: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán haøm löôïng polyphenol toång cuûa laù cheø sau khöû 53 Hình 38: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán hieäu suaát khöû caffeine 55 Hình 39: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine 57 Hình 310: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán haøm löôïng polyphenol trong laù cheø sau khöû 58 Hình 311: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä dòch ban ñaàu ñeán hieäu suaát haáp phuï caffeine cuûa than hoaït tính 62 Hình 312: AÛnh höôûng cuûa tyû leä than hoaït tính ñeán hieäu suaát haáp phuï cuûa quaù trình 63 Hình 313: AÛnh höôûng cuûa tyû leä than hoaït tính ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan cuûa quaù trình haáp phuï caffeine 65 Hình 314: AÛnh höôûng cuûa tyû leä than ñeán toån thaát polyphenol toång cuûa quaù trình 66 Hình 315: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán hieäu suaát haáp phuï caffeine cuûa than hoaït tính 67 Hình 316: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan cuûa quaù trình 69 Hình 317: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán toån thaát polyphenol toång cuûa quaù trình 71 Hình 01: Dieän tích peak cuûa caùc chuaån caffeine ôû caùc noàng ñoä khaùc nhau 91 Hình 02: Ñöôøng chuaån caffeine 91 Hình 03: Ñöôøng chuaån polyphenol toång baèng phöông phaùp Prussian blue 93 Hình 04: Ñöôøng chuaån phaân tích ñöôøng khöû tính theo glucose 94 danh muïc caùc töø vieát taét Töø vieát taét, kí hieäu Nghóa DNS Dinitrosalicylic EC Epicatechin ECG Epicatechin gallate EGC Epigallo catechin EGCG Epigallocatechin gallate FDA Hieäp hoäi Thöïc phaåm vaø Döôïc phaåm cuûa Myõ HPLC Phaân tích saéc kyù loûng cao aùp RO Loïc thaåm thaáu ngöôïc SCF Chaát loûng sieâu tôùi haïn SC-CO2 CO2 sieâu tôùi haïn SW1 Dòch caân baèng caùc chaát khoâ hoøa tan SW2 Dòch caân baèng chaát khoâ hoøa tan phi caffeine TCVN Tieâu chuaån Vieät Nam Lôøi môû ñaàu Cheø laø moät daïng thöùc uoáng truyeàn thoáng cuûa ngöôøi Trung Quoác noùi rieâng vaø cö daân Chaâu AÙ noùi chung. Ngöôøi ta söû duïng khoâng chæ vì muïc ñích giaûi khaùt maø coøn bôûi nhöõng döôïc tính cuûa noù. Trong cheø coù nhieàu chaát choáng oxi hoùa vaø ñöôïc söû duïng nhö laø moät döôïc phaåm chöõa nhieàu beänh nhö: chöõa ung thö, tieâu chaûy, chöõa caùc chöùng khoâng tieâu, chöùng cao cholesterol trong maùu... Ngaøy nay, vieäc tieâu thuï cheø, ñaëc bieät laø saûn phaåm cheø xanh, ngaøy caøng ñöôïc tieâu thuï roäng raõi treân theá giôùi. Chính vì vaäy, dieän tích troàng cheø cuõng nhö saûn löôïng cheø ôû Vieät Nam ngaøy caøng taêng nhanh. Caây cheø ñaõ ñöôïc xaây döïng thaønh moät trong möôøi chöông trình troïng ñieåm phaùt trieån noâng nghieäp trong Keá hoaïch phaùt trieån kinh teá xaõ hoäi cuûa Nhaø nöôùc Vieät Nam ñeán naêm 2010. Tuy nhieân, cuõng nhö coffee, trong cheø coù chöùa moät löôïng lôùn caffeine. Ñaây laø moät thaønh phaàn kích thích heä thaàn kinh trung öông, taùc ñoäng leân tim maïch vaø gaây aûnh höôûng xaáu ñeán moät boä phaän ngöôøi tieâu duøng. Do ñoù, vieäc phaùt trieån moät saûn phaåm cheø xanh khoâng chöùa caffeine laø moät nhu caàu caàn thieát nhaèm ñaùp öùng nhu caàu cuûa moät boä phaän lôùn ngöôøi tieâu duøng nhaïy caûm vôùi caffeine. Chính vì vaäy, chuùng toâi ñaõ tieán haønh thöïc hieän ñeà taøi: “ Nghieân cöùu quaù trình khöû caffeine treân laù cheø töôi nguyeân lieäu trong coâng ngheä saûn xuaát cheø xanh”. Ñeà taøi coù nhöõng noäi dung chính nhö sau: Tìm hieåu veà cheø xanh, caffeine vaø nhöõng taùc ñoäng cuûa noù ñeán cô theå cô ngöôøi. Tìm hieåu veà caùc coâng ngheä khöû caffeine. Löïa choïn phöông phaùp khöû caffeine treân laù cheø töôi. Khaûo saùt caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình khöû caffeine. Ñaùnh giaù aûnh höôûng cuûa quaù trình ñeán hieäu suaát khöû caffeine, möùc ñoä toån thaát chaát khoâ hoøa tan vaø polyphenol toång treân laù cheø. Toång quan Giôùi thieäu chung veà caây cheø Caây cheø coù teân goïi khoa hoïc laø Camellia sinensis (L) (hay Thea sinensis L.) (1935 – Hoäi nghò Quoác teá veà thöïc vaät). Caây cheø ñöôïc xeáp trong phaân loaïi thöïc vaät nhö sau [3]: Ngaønh Haït kín Angiospermae Lôùp Song töû ñieäp Dicotylednae Boä Cheø Theales Hoï Cheø Theaceae Chi Cheø Camellia (Thea) Loaøi Cheø C.sinensis Ñaëc tính thöïc vaät cuûa caây cheø [3] Thaân vaø caønh: caây cheø coù thaân thaúng vaø troøn, phaân nhaùnh lieân tuïc thaønh moät heä thoáng caønh vaø choài. Tuøy theo chieàu cao, kích thöôùc cuûa thaân vaø caønh maø caây cheø ñöôïc chia thaønh 3 loaïi: caây buïi, caây goã nhoû vaø caây goã vöøa. Thaân caønh vaø laù taïo thaønh taùn caây cheø; taùn cheø ñeå moïc töï nhieân coù daïng voøm ñeàu. Döïa vaøo kích thöôùc giöõa thaân chính vaø caønh, ngöôøi ta chia caây cheø thaønh ba loaïi taùn. Coù theå noùi taùn laù laø moät tieâu chuaån quan troïng ñeå choïn gioáng cheø. Vôùi nhöõng caây cheø coù taùn to, roäng thì caây coù ñieåm sinh tröôûng nhieàu, cho buùp nhieàu vaø saûn löôïng cao. Hoa cheø: Hoa cheø baét ñaàu nôû khi caây cheø ñaït 2 – 3 tuoåi. Hoa moïc töø choài sinh thöïc ôû naùch laù. Caây cheø laø moät loaïi thöïc vaät coù hoa löôõng tính, traøng hoa coù 5 – 9 caùnh maøu traéng hay phôùt hoàng. Boä nhò ñöïc cuûa hoa coù 100 – 400 caùi, trung bình coù 200 – 300 caùi. Caùc bao phaán cuûa hoa cheø goàm hai nöûa bao, chia laøm 4 tuùi phaán. Haït phaán coù hình tam giaùc, maøu vaøng nhaït, khi chín chuyeån sang maøu hoaøng kim. Quaû cheø: quaû cheø laø loaïi quaû coù 1 – 4 haït, coù hình troøn, tam giaùc hoaëc hình vuoâng. Quaû cheø thöôøng moïc thaønh töøng chuøm ba, ban ñaàu coù maøu xanh cuûa choài. Khi taêng tröôûng, quaû cheø cöùng daàn vaø chuyeån sang maøu naâu vaø nöùt ra. Haït beân trong quaû coù theå ñöôïc duøng ñeå gieo troàng. Laù cheø: laù cheø moïc caùch nhau treân caønh, moãi ñoát coù moät laù. Hình daïng vaø kích thöôùc cuûa laù cheø thay ñoåi tuøy theo töøng gioáng. Vôùi gioáng cheø Trung Quoác thì laù daøi 4 – 14cm vaø roäng 2 – 2.5cm coù maøu xanh nhaït vaø boùng. Coøn vôùi cheø Assam thì laù cheø daøi 8 – 20cm vaø roäng 3.5 – 7.5cm, moûng vaø meàm. Trong khi ñoù, cheø Nam Indo coù kích thöôùc trung bình ôû giöõa hai gioáng cheø: Trung Quoác vaø Assan. Coù theå noùi laù cheø laø moät boä phaän quan troïng trong vieäc khai thaùc caây cheø vaø ñöôïc öùng duïng trong vieäc cheá bieán caùc saûn phaåm cheø thöông maïi nhö: cheø xanh, cheø ñen vaø caùc daïng thöïc phaåm thöông maïi khaùc. Toâm cheø Laù non 1 Laù non 2 Hình 11: Buùp cheø 1 toâm vaø 2 laù non. Treân theá giôùi hieän nay, caùc nhaø khoa hoïc chia caây cheø thaønh ba gioáng chính döïa vaøo ñaëc ñieåm sinh thaùi vaø thöïc vaät cuûa caây cheø (ñaëc bieät laø döïa vaøo kích thöôùc cuûa laù cheø): Cheø Trung Quoác: Camellia sinensis (L). Döïa vaøo kích thöôùc laù, Sealy (1958) phaân bieät cheø Trung Quoác thaønh 2 loaïi: F. macrophylla (Sieb.) Kitamura vaø F. parvifolia (Miq.) Cheø Assam: Camellia assamica. Cheø Nam Indo: Camellia assamica. Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa laù cheø Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa caây cheø vaø laù cheø: Baûng 11: Haøm löôïng caùc chaát trong laù cheø töôi [46] Thaønh phaàn Haøm löôïng (% khoái löôïng chaát khoâ) Thaønh phaàn Haøm löôïng (% khoái löôïng chaát khoâ) Proteine 20 – 30 Chaát beùo 4 - 7 Amino acid 1 – 5 Acid höõu cô < 3 Alkaloide 3 – 5 Khoaùng 4 - 7 Polyphenols 20 – 35 Chaát maøu < 1 Carbonhydrate 35 – 40 Vitamin A, E, C, B1,B2, P… 0.6 - 1.0 Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa laù cheø phuï thuoäc vaøo raát nhieàu yeáu toá nhö gioáng caây, thôøi tieát, khí haäu, ñaát ñai vaø ñieàu kieän canh taùc [6]. Beân caïnh caùc yeáu toá thoå döôõng, ñaát ñai, khí haäu vaø ñieàu kieän canh taùc thì thaønh phaàn hoùa hoïc giöõa caùc laù cheø treân cuøng moät caây cheø cuõng khaùc nhau. Do ñoù, trong coâng nghieäp cheá bieán cheø xanh vaø caùc loaïi cheø khaùc, caùc nhaø saûn xuaát chæ quan taâm ñeán thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa toâm cheø vaø caùc laù cheø non. Baûng 12: Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa toâm cheø töôi vaø caùc laù cheø non [52]. Thaønh phaàn % khoái löôïng chaát khoâ Thaønh phaàn % khoái löôïng chaát khoâ Thaønh phaàn % khoái löôïng chaát khoâ Polyphenol 25 - 30 Chlorophylls vaø caùc chaát maøu 0,5 - 0,6 Pectin 5 - 6 Epigallocatechin gallate 8 - 12 Khoaùng 5 – 6 Lignin 5 - 6 Epicatechin gallate 3 - 6 Caffeine 3 – 4 Proteine 14 - 17 Epigallo catechin 3 - 6 Theobromine 0,2 Lipid 3 - 5 Epicatechin 1 - 3 Theophylline 0,5 Caùc hôïp chaát bay hôi 0,01-0,02 Catechin 1 - 2 Amino acid 4 – 5 Gallocatechin 3 - 4 Acid höõu cô 0,5 - 0,6 Flavonols vaø flavonol glucosides 3 - 4 Monosaccharide 4 – 5 Polyphenolic acids and depsides 3 - 4 Polysaccharide 14 – 22 Leuco anthocyanins 2 - 3 Cellulose vaø hemicellulose 4-7 Nöôùc: Laø thaønh phaàn chuû yeáu cuûa laù cheø (70-85%)ø. Nöôùc coù vai troø quan troïng trong söï sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa sinh vaät. Nöôùc laø moâi tröôøng giuùp hoøa tan caùc chaát hoøa tan, tham gia caùc phaûn öùng thuûy phaân vaø oxi hoùa khöû beân trong caùc teá baøo laù. Ñoái vôùi caây cheø, nöôùc tham gia haàu heát caùc phaûn öùng trong quaù trình sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa caây cheø, söï vaän chuyeån ñieän töû, cô chaát qua maøng teá baøo chaát vaø caùc phaûn öùng sinh toång hôïp caùc chaát trong cheø. Cuõng nhö caùc cô theå soáng khaùc, haøm löôïng nöôùc giaûm daàn töø laù ñeán thaân caây vaø vôùi töøng laù cuõng khaùc nhau. Haøm löôïng nöôùc taêng daàn töø caùc teá baøo cô sôû ñeán caùc phaàn ngoaøi cuûa laù. Khi tuoåi thoï cuûa caây vaø laù cheø caøng cao thì haøm löôïng nöôùc trong laù cheø caøng thaáp. Baûng 13: Söï phaân boá nöôùc trong buùp cheø [52]. Caùc boä phaän cuûa buùp cheø Haøm löôïng nöôùc (%) Toâm Laù 1 Laù 2 Laù 3 76.00 75.60 75.60 74.26 Ngoaøi ra, haøm löôïng nöôùc trong caùc buùp cheø coù töø ba laù trôû leân cuõng thay ñoåi nhieàu tuyø thuoäc vaøo thôøi gian thu haùi, ñieàn kieän thôøi tieát vaø raát nhieàu caùc yeáu toá khaùc. [52] Carbonhydrate Caùc carbonhydrate trong laù cheø bao goàm caùc loaïi ñöôøng ñôn giaûn vaø caùc loaïi polysacchraride, trong ñoù chuû yeáu laø caùc polysacchraride. Caùc loaïi ñöôøng ñôn giaûn ñöôïc tìm thaáy trong laù chuû yeáu laø glucose, fructose, sucrose, raffinose vaø stachyose. Trong laù cheø, haøm löôïng cuûa caùc loaïi ñöôøng hoøa tan laø raát ít vaø chæ chieám khoaûng 1 – 2% (so vôùi khoái löôïng chaát khoâ) [1]. Trong khi ñoù, haøm löôïng cuûa caùc polysacchraride trong laù cheø coù theå leân ñeán 10 – 15% (so vôùi khoái löôïng chaát khoâ) [1]. Löôïng ñöôøng hoøa tan trong laù cheø luoân thay ñoåi vaø phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá. Neáu xeùt theo möùc ñoä non giaø cuûa laù vaø vò trí cuûa laù treân buùp cheø thì laù caøng giaø, löôïng ñöôøng khöû vaø sucrose cuõng nhö toång löôïng ñöôøng hoøa tan caøng cao. Baûng 14: Löôïng ñöôøng hoøa tan trong buùp cheø (tính theo phaàn traêm chaát khoâ) [1]. Laù cheø Ñöôøng khöû (% so vôùi khoái löôïng chaát khoâ) Sucrose (% so vôùi khoái löôïng chaát khoâ) Toång soá Laù thöù nhaát Laù thöù hai Laù thöù ba 0.99 1.15 1.40 0.64 0.85 1.66 1.63 2.00 3.05 Tuy haøm löôïng cuûa caùc loaïi ñöôøng khöû trong laù cheø thaáp nhöng noù coù vai troø cöïc kì quan troïng trong vieäc taïo höông vò cho saûn phaåm cheø xanh. ÔÛ quaù trình sao trong coâng ngheä saûn xuaát cheø xanh, döôùi taùc duïng cuûa nhieät, caùc ñöôøng khöû naøy bò caramel hoùa hoaëc tham gia vaøo phaûn öùng Maillard taïo höông, vò ngoït cho saûn phaåm cheø xanh vaø giuùp ñieàu hoøa vò cho cheø [3], [1]. Thöïc nghieäm cho thaáy raèng: söï taùc duïng töông hoã giöõa glucose hay fructose vôùi caùc acid amin – phenilalanine vaø tannin coù taïo thaønh caùc aldehyde bay hôi coù muøi thôm cuûa hoa töôi, muøi maät ong [1]. Caùc hôïp chaát chöùa nitrogen Proteine vaø amino acid Caùc hôïp chaát proteine chieám khoaûng 25 – 30% khoái löôïng chaát khoâ cuûa laù cheø töôi [3]. Trong coâng ngheä saûn xuaát cheø xanh, proteine coù vai troø quan troïng trong vieäc ñieàu hoøa vò cuûa cheø [3]. Beân caïnh ñoù, nhöõng buùp cheø chöùa nhieàu proteine seõ hoã trôï khaù nhieàu cho quaù trình voø cheø. Proteine giuùp quaù trình voø cheø ñöôïc thöïc hieän deã daøng, laù cheø xoaên hôn vaø coù ngoaïi hình ñeïp, nhôø ñoù, laøm taêng giaù trò caûm quan cuûa cheø xanh thaønh phaàn sau naøy [3]. Beân caïnh ñoù, haøm löôïng proteine coù yù nghóa quan troïng ñoái vôùi vieäc hình thaønh chaát löôïng cuûa cheø bôûi chuùng laø nguoàn cung caáp caùc acid amin töï do trong suoát quaù trình cheá bieán. Döôùi taùc duïng cuûa nhieät, proteine bò thuûy phaân taïo thaønh caùc acid amin vaø caùc acid amin naøy tham gia vaøo caùc phaûn öùng Maillard taïo höông vò cho saûn phaåm cheø xanh [1]. Haøm löôïng proteine trong laù cheø phuï thuoäc vaøo gioáng cheø, thôøi vuï thu haùi, tuoåi laù, ñieàu kieän sinh tröôûng, caùch boùn phaân… Baûng 15: Söï phaân boá proteine trong buùp cheø [6]. Boä phaän cuûa buùp Proteine (tính theo % khoái löôïng chaát khoâ) Toâm Laù thöù nhaát Laù thöù hai Laù thöù ba 29.06 26.06 25.96 24.94 Veà thaønh phaàn acid amin coù trong laù cheø, nhöõng phöông phaùp saéc kyù treân giaáy ñaõ tìm thaáy 17 loaïi nhö sau: alanine, serine, threonine, arginine, histidine, lysine, tyrosine, phenylalanine, proline, aspartic…Acid amin coù taùc duïng toát ñoái vôùi chaát löôïng cheø xanh, goùp phaàn taïo höông vò vaø maøu saéc nöôùc pha cheø. Trong soá caùc acid amin treân coù 3 loaïi acid amin quan troïng laø: theanine (50%), acid glutamic (12%). Caùc acid amin naøy coù taùc duïng sinh lí toát vôùi con ngöôøi vaø tham gia vaøo söï hình thaønh höông thôm cuûa cheø. Alkaloide Alkaloide laø nhoùm hôïp chaát voøng höõu cô coù chöùa nitrogen trong phaân töû. Phaàn lôùn caùc alkaloide laø nhöõng chaát khoâng maøu, coù vò ñaéng vaø ít hoøa tan trong nöôùc. Trong laù cheø, ngöôøi ta tìm thaáy caùc alkaloide chuû yeáu laø caffeine, theobromine vaø theophyline. Trong ñoù, caffeine chieám khoaûng 2 – 5% löôïng chaát khoâ; theobromine vaø theophylline vôùi haøm löôïng nhoû hôn raát nhieàu so vôùi haøm löôïng cuûa caffeine, chieám khoaûng 0.33% khoái löôïng chaát khoâ [6]. Tuy vaäy, vai troø cuûa theobromine vaø theophylline trong döôïc tính cuûa caây cheø quan troïng hôn so vôùi caffeine. Nguyeân nhaân laø do so vôùi caffeine thì theobromine kích thích heä thaàn kinh trung öông coù yeáu hôn nhöng laøm lôïi tieåu toát hôn [1]. Haøm löôïng caffeine trong laù cheø bieán ñoåi theo gioáng, thôøi vuï, bieän phaùp canh taùc vaø treân boä phaän khaùc nhau cuûa caây cheø. Trong quaù trình cheá bieán, haøm löôïng caffeine raát ít bieán ñoåi vaø thöôøng lieân keát vôùi tannin taïo thaønh tannate caffeine coù vò deã chòu vaø muøi thôm [3]. Tinh daàu Tinh daàu laø moät hoãn hôïp caùc chaát bay hôi toàn taïi trong caùc cô quan cuûa caây cheø. Haøm löôïng tinh daàu trong laù cheø töôi vaø trong cheø thaønh phaåm raát thaáp, chuùng chæ chieám khoaûng 0.02% chaát khoâ. Maëc duø vaäy, tinh daàu coù yù nghóa heát sức quan troïng cho saûn phaåm cheø xanh vì chuùng aûnh höôûng ñeán höông vò cuûa cheø thaønh phaåm [1]. Tinh daàu cuûa caây cheø ñöôïc hình thaønh trong quaù trình sinh tröôûng, phaùt duïc cuûa caây cheø vaø trong quaù trình cheá bieán cheø. Höông thôm laø moät chæ tieâu quan troïng nhaát ñeå ñaùnh giaù chaát löôïng cheø thaønh phaåm. Höông thôm cuûa cheø thaønh phaåm ñöôïc taïo ra töø ba nguoàn sau ñaây: [3] Tinh daàu trong buùp cheø. Saûn phaåm coù muøi trong söï chuyeån hoùa cuûa catechin vaø acid amin. Caùc saûn phaåm cuûa quaù trình caramel hoùa trong quaù trình cheá bieán cheø. Baèng phöông phaùp saéc kí khí, ngöôøi ta ñaõ phaùt hieän trong laù cheø töôi coù khoaûng 69 caáu töû höông khaùc nhau [1]. Theo taøi lieäu cuûa nhieàu taùc giaû, trong cheø töôi vaø cheø thaønh phaåm coù chöùa caùc caáu töû tinh daàu sau ñaây: [1] Nhoùm caùc acid höõu cô goàm caùc acid: acetic, propionic, salicilic, n-butyric, isobutyric, isovalerianic, capronic, caprilic, hexenic panmitinic, phenylacetic, benzoic… Nhoùm röôïu: isoamylic, isobutylic, n-butylic, hexanol, n-octanol, pentanol, benzilic, benzyletylic, isopentanol, metyletyletanol, phenyletanol, metylbutanol, acetylpirol… Nhoùm aldehyde: n- vaø iso-butaral, n-valerianal, metylacetal, hexenal, benzal, hexanal, vanilin, paraoxybenzealdehyd… Nhoùm caùc hôïp chaát khaùc goàm: phenol, cresol, geraniol, linalol, citral, citronelol, tecpineol, acetonphenol, metylacetat, acrolein, metylsalicilat… Trong soá caùc thaønh phaàn ôû treân, caùc aldehyde laø thaønh phaàn caáu töû quan troïng cuûa tinh daàu cheø. Ñoái vôùi chaát löôïng cheø, caùc aldehyde bay hôi giöõ vai troø quan troïng vaø aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán höông thôm cuûa cheø thaønh phaåm vì baûn thaân moät soá aldehyde coù muøi thôm. Hôn nöõa, caùc aldehyde coøn tham gia vaøo söï taïo thaønh caùc phöùc chaát coù muøi thôm ñoäc ñaùo cuûa cheø, tham gia vaøo söï hình thaønh maøu saéc vaø vò nöôùc cheø [1]. Saéc toá Cuøng vôùi höông vaø vò cuûa cheø thì maøu saéc cuûa nöôùc pha cheø laø moät chæ tieâu chaát löôïng ñöôïc caùc nhaø cheá bieán cheø quan taâm. Trong coâng ngheä cheá bieán cheø xanh, maøu saéc cuûa nöôùc pha chuû yeáu do caùc saéc toá coù trong nguyeân lieäu vaø caùc saéc toá taïo ra trong quaù trình cheá bieán. Trong laù cheø chuû yeáu chöùa nhieàu saéc toá thuoäc hoï chlorophyll vaø carotenoids. Trong coâng ngheä saûn xuaát cheø xanh, chlorophyll laø saéc toá quyeát ñònh ñeán maøu cuûa nöôùc cheø pha. Beân caïnh ñoù, trong laù cheø coøn coù saéc toá anthocyanidins. anthocyanidins. Trong laù cheø, hai saéc toá naøy toàn taïi döôùi hai thaønh phaàn chính laø delphenidin vaø cyanidin, ñaây laø hai thaønh phaàn hoaøn toaøn khoâng coù lôïi cho saûn phaåm cheø xanh vì chuùng laøm aûnh höôûng xaáu ñeán maøu cuûa nöôùc cheø. Enzyme Trong laù cheø coù hai nhoùm enzyme quan troïng laø nhoùm enzyme oxi hoùa khöû vaø nhoùm enzyme thuûy phaân. Trong ñoù, nhoùm enzyme oxi hoùa khöû vôùi ñaïi dieän laø enzyme polyphenol oxydase hieän dieän trong caùc teá baøo bieåu bì cuûa laù cheø. Ñoái vôùi coâng ngheä saûn xuaát cheø xanh, enzyme naøy hoaøn toaøn khoâng coù lôïi vaø ñöôïc tieâu dieät hoaøn toaøn trong giai ñoaïn dieät men. Beân caïnh enzyme polyphenol oxydase, trong laù cheø coøn toàn taïi moät heä goàm nhieàu enzyme khaùc. Trong ñoù, caùc enzyme chuû yeáu laø: Proteinase: xuùc taùc cho quaù trình thuûy phaân proteine trong quaù trình laøm heùo. Saûn phaåm taïo ra cuûa phaûn öùng thuûy phaân laø caùc peptide vaø caùc acid amin töï do. Nhöõng saûn phaåm naøy seõ tham gia vaøo caùc phaûn öùng Maillard trong quaù trình sao vaø taïo ra höông vò cho cheø xanh. Chlorophyllases tham gia quaù trình thuûy phaân chlorophyll. Polyphenol Polyphenol laø caùc hôïp chaát taïo vò chaùt cho saûn phaåm. Trong laù cheø, thaønh phaàn polyphenol quan troïng nhaát laø flavanoid. Trong ñoù, thaønh phaàn chính cuûa flavanoids ñöôïc tìm thaáy trong laù cheø töôi laø catechin vaø flavonol. Haøm löôïng cuûa catechin toång dao ñoäng trong khoaûng 20 – 30% khoái löôïng chaát khoâ cuûa laù cheø. Khi tieán haønh khaûo saùt söï phaân boá cuûa cuûa caùc catechin trong caùc boä phaän cuûa buùp cheø, ngöôøi ta phaùt hieän raèng, caùc catechin coù nhieàu nhaát trong caùc phaàn non cuûa caây cheø nhö: toâm, laù thöù nhaát, laù thöù hai. Caùc buùp cheø bò saâu beänh vaø caùc laù giaø thì chöùa raát ít catechin. Baûng 16: Thaønh phaàn catechin cuûa buùp cheø (tính baèng mg/g tannin trong buùp cheø) [6]: Catechin Laù Caønh 1 2 3 4 (-) EGC (+) GC (-) EC (-) EGCG (-) ECG 122.10 0 45.53 580.54 138.53 152.27 0 47.84 577.93 132.27 206.42 0 45.16 431.14 103.09 232.36 48.96 55.79 284.13 80.58 222.08 68.70 65.62 292.03 87.98 Toång soá 886.69 910.31 786.11 701.82 737.40 Caffeine Giôùi thieäu chung veà caffeine Caffeine laø moät hôïp chaát töï nhieân ñöôïc tìm thaáy trong laù, haït vaø traùi caây cuûa treân 63 loaïi noâng saûn töï nhieân vaø laø moät phaàn cuûa moät soá nhoùm caùc hôïp chaát ñöôïc bieát ñeán nhö methylxathine. Caffeine laø moät chaát gaây nghieän chuû ñoäng vaø thöôøng ñöôïc söû duïng nhö moät loaïi döôïc phaåm vì coù tính chaát cuûa moät chaát kích thích thaàn kinh oân hoøa vaø ñöôïc baøi tieát ra ngoaøi trong voøng vaøi giôø sau khi ñöôïc haáp thuï vaøo cô theå. Caffeine laø moät chaát thuoäc hoï alkaloide. ÔÛ daïng tinh khieát, caffeine laø moät chaát boät maøu traéng vaø coù vò ñaéng. Coâng thöùc hoùa hoïc cuûa caffeine laø C8H10N4O2, danh phaùp IUPAC laø 1,3,5-trimethylcayhine vaø coù coâng thöùc caáu taïo laø: Hình 12: Caáu truùc cuûa caffeine Baûng 17: Tính chaát vaät lí cuûa caffeine [10]: Tính chaát vaät lyù Tính chaát Traïng thaùi Khoâng muøi, maøu traéng, xoáp vaø laø daïng boät Khoái löôïng phaân töû (g) 194.19 Nhieät ñoä noùng chaûy (oC) 236 Troïng löôïng rieâng (g/cm3) 1.2 Söï bay hôi (%) 0,5 Khaû naêng hoøa tan trong nöôùc (%) 2.17 Tyû troïng cuûa hôi 6.7 Caffeine laø moät chaát coù tính kieàm yeáu, khoâng coù tính acid. Khi taùc duïng vôùi acid taïo thaønh caùc muoái beàn. Cheø laø moät trong nhöõng nguyeân lieäu chöùa nhieàu caffeine. Theo nhieàu nghieân cöùu, caùc chaát dinh döôõng trong ñaát coù theå laøm thay ñoåi thaønh phaàn caffeine trong laù cheø. Khi trong moâi tröôøng ñaát thieáu phosphorus thì haøm löôïng caffeine coù theå giaûm 20%, coøn khi trong ñaát thieáu potassium thì laïi coù theå laøm taêng 12% löôïng caffeine. Vieäc theâm nitrogen trong phaân boùn laøm taêng caffeine leân ñeán 40%. Beân caïnh ñoù, haøm löôïng caffeine trong laù cheø phaân boá cuõng khoâng ñoàng ñeàu trong caùc boä phaän cuûa buùp. Baûng 18: Haøm löôïng caffeine trong buùp cheø [3] Vò trí cuûa buùp Löôïng caffeine (% khoái löôïng chaát khoâ) Vò trí cuûa buùp Löôïng caffeine (% khoái löôïng chaát khoâ) Laù thöù I 3.39 Laù thöù V 1.70 Laù thöù II 4.20 Laù giaø 0.76 Laù thöù III 3.40 Cuoáng cheø 0.36 Laù thöù IV 2.10 Nhöõng taùc ñoäng sinh lí cuûa caffeine ñoái vôùi cô theå Trong soá caùc chaát alkaloide coù trong laù cheø töôi, tröø caffeine, theobromine vaø thyophyline ra, caùc chaát coøn laïi coù haøm löôïng khoâng ñaùng keå. Taùc duïng cuûa caffeine, theobromine vaø thyophyline ñoái vôùi cô theå con ngöôøi ñöôïc theå hieän chuû yeáu ôû ba ñieåm: Thöù nhaát, caffeine kích thích heä thaàn kinh trung öông, laøm cho tinh thaàn minh maãn, taêng cöôøng söï nhaän bieát cuûa boä oùc [1]. Moät soá giaû thieát cho raèng caffeine noùi rieâng vaø caùc methylxanthine noùi chung ôû haøm löôïng trung bình seõ phaûn öùng leân heä thaàn kinh baèng vieäc ngaên chaën söï tieáp nhaän adenosine cuûa teá baøo thaàn kinh. Ñeå phaûn öùng laïi, caùc teá baøo thaàn kinh seõ taêng veà soá löôïng. Vieäc taêng naøy laøm taêng khaû naêng tieáp nhaän caùc adenosine cho teá baøo thaàn kinh, do ñoù, taïo caûm giaùc kích thích cho heä thaàn kinh trung öông. Veà laâu daøi, vieäc toàn taïi maõn tính cuûa caffeine trong cô theå laøm taêng soá löôïng cuûa caùc vò trí cô quan tieáp nhaän adenosine vaø laøm cho khaû naêng chòu ñöïng cuûa cô theå vôùi caffeine taêng leân [22]. Khi ñoù, khaû naêng kích thích cuûa caffeine ñoái vôùi cô theå seõ giaûm. Beân caïnh ñoù, caffeine kích thích quaù trình tieát ra seroronine ôû voû naõo, goùp phaàn laøm taêng söï minh maãn cuûa boä oùc [22]. Moät aûnh höôûng khaùc cuûa caffeine ñoái vôùi heä thaàn kinh trung öông laø laøm giaûm nhöõng côn ñau ñaàu. Nhöõng côn ñau ñaàu thöôøng xuyeân xuaát hieän chuû yeáu laø do söï giaõn maïch cuûa caùc maïch maùu thaàn kinh. Ñieàu naøy ñöôïc haïn cheá bôûi phaûn öùng cuûa methylxanthine treân caùc cô quan tieáp nhaän adenosine khi caffeine ñöôïc söû duïng [22]. Taùc duïng thöù hai cuûa caffeine laø vieäc kích thích cô naêng vaø taêng cöôøng hoaït ñoäng cuûa tim. Nhôø taùc duïng naøy maø cô theå choáng ñöôïc söï meät moûi, taêng cöôøng hieäu suaát laøm vieäc vaø söùc deûo dai [1]. Caffeine vaø caùc methylxanthine aûnh höôûng leân chöùc naêng cuûa tim baèng hai caùch: thöù nhaát laø laøm bieán ñoåi tröïc tieáp nhöõng söï ñoái laäp cuûa tim vaø maïch maùu, thöù hai laø aûnh höôûng ñeán heä thoáng daãn truyeàn thaàn kinh vaø caùc heä thoáng trung öông thöù yeáu [22]. ÔÛ ngöôøi söû duïng caùc saûn phaåm chöùa caffeine, aùp suaát maùu di chuyeån trong cô theå taêng nheï vaø chæ trôû veà haøm löôïng ban ñaàu sau 3 – 4h [22]. Vieäc taêng aùp suaát maùu ñaõ kích thích hoaït ñoäng cuûa cô tim, taêng khaû naêng hoaït ñoäng cuûa taát caû caùc cô quan, taêng khaû naêng haáp thuï vaø daãn truyeàn oxy cuûa maùu [22]. Beân caïnh ñoù, caffeine gaây ra söï taêng epinephrine vaø norepinephrine trong huyeát töông, aûnh höôûng ñeán haøm löôïng cuûa ion Ca2+ cuûa teá baøo vaø söï phaân boá cuûa noù trong teá baøo, laøm thay ñoåi nhòp tim, thay ñoåi ñieän lyù cuûa tim, taêng toác ñoä daãn truyeàn maùu. Keát quaû cuûa nhöõng taùc ñoäng sinh lí treân laø laøm taêng hoaït ñoäng cuûa cô tim, giuùp cô theå choáng laïi söï meät moûi. Ñieàu naøy laø hoaøn toaøn khoâng toát ñoái vôùi nhöõng ngöôøi coù beänh veà tim maïch. Vieäc taêng hoaït ñoäng cuûa cô tim vaø toác ñoä daãn truyeàn maùu laøm taêng huyeát aùp vaø nguy cô vôõ ñoäng maïch. Beân caïnh ñoù, vieäc söû duïng caùc thöùc uoáng chöùa haøm löôïng caffeine cao seõ laøm taêng haøm löôïng homocysteine trong huyeát töông vaø ñaây laø moät nguy cô cho tim maïch. Theo nhieàu nghieân cöùu y khoa, lieàu löôïng cuûa homocysteine trong huyeát töông taêng seõ taùc ñoäng maïnh hôn ñeán tim maïch vaø deã daøng keát hôïp vôùi haøm löôïng cholesterol trong huyeát thanh [22]. Taùc duïng thöù ba cuûa caffeine ñoái vôùi cô theå laø kích thích hoaït ñoäng cuûa thaän. Nhôø ñoù giuùp cô theå nhanh choùng thaûi ra ngoaøi nhöõng saûn phaåm thöøa cuûa quaù trình trao ñoåi chaát [1]. Caffeine laøm taêng cöôøng toác ñoä maùu ñeán thaän, taêng toác ñoä loïc cuûa thaän vaø taêng cöôøng söï tieát renin ôû thaän [22]. Beân caïnh ñoù, caffeine giuùp taêng cöôøng söï trao ñoåi chaát, söï haáp thuï oxy trong cô theå. Beân caïnh nhöõng taùc ñoäng treân cuûa caffeine ñoái vôùi thaän thì taùc duïng quan troïng nhaát cuûa caffeine ñoái vôùi cô theå laø lôïi nieäu [1]. Ngoaøi ra, theo nhöõng nghieân cöùu môùi ñaây cuûa caùc nhaø khoa hoïc, caffeine coù aûnh höôûng ñeán heä thoáng daï daøy, hoâ haáp vaø cô baép. Ñoái vôùi heä thoáng daï daøy, caffeine kích thích söï tieát ra caùc chaát cuûa caùc tuyeán, kích thích söï tieát hormone ôû laù laùch, aûnh höôûng ñeán tính linh ñoäng cuûa daï daøy vaø ruoät. Chính ñieàu naøy, maø theo khaûo saùt thì coù khoaûng treân 60% ngöôøi söû duïng caffeine coù caùc trieäu chöùng nhö khoù tieâu, chöùng ôï noùng, ñau daï daøy vaø nhöõng trieäu chöùng gaây ra bôûi söï ñaày hôi vaø taùo boùn [22]. Coøn ñoái vôùi heä thoáng hoâ haáp, caffeine kích thích heä hoâ haáp, taïo söï thoaûi maùi cho cô vaø khí quaûn. Do ñoù, caffeine thöôøng ñöôïc söû duïng trong y khoa nhö moät chaát trôï hoâ haáp hay moät thöù thuoác ñeå chöõa beänh suyeãn [22]. Beân caïnh ñoù, caffeine cuõng aûnh höôûng ñeán quaù trình trao ñoåi chaát cô baûn. Caffeine laøm taêng toác ñoä trao ñoåi chaát vaø thöôøng ñöôïc söû duïng ôû caùc vuøng laïnh. Chính vì taùc duïng naøy cuûa caffeine maø trong moät thôøi gian daøi, noù ñöôïc coi nhö laø moät chaát gaây beùo phì. Caffeine haàu nhö khoâng bò oxi hoùa hay bieán ñoåi döôùi nhöõng taùc ñoäng vaät lí, chuùng deã daøng vöôït qua caùc maøng teá baøo chaát. Vieäc haáp thuï caffeine cuûa cô theå tuyø theo pH cuûa dung dòch chöùa caffeine hay pH cuûa caùc cô quan trong cô theå. Theo nghieân cöùu, thì sau 20 phuùt, phaàn traêm caffeine ñöôïc haáp thuï ôû daï daøy laø 9% ôû pH = 2.1; 14% ôû pH = 3.5 vaø 22% ôû pH = 7. Qua ñoù coù theå thaáy, vieäc taêng pH laøm taêng khaû naêng haáp thuï caffeine trong cô theå [22]. Do nhöõng taùc ñoäng coù lôïi laãn coù haïi cuûa caffeine ñoái vôùi cô theå con ngöôøi, neân ngöôøi tieâu duøng quan taâm ñeán tính chaát kích thích cuûa caffeine, ñeán quaù trình dò hoùa vaø baøi tieát cuûa cô theå ñoái vôùi caffeine. Baûng 19: Söï dò hoùa caffeine ôû ngöôøi tieâu thuï 5mg caffeine/kg theå troïng [22] Thôøi gian nhaän xeùt (giôø) Toác ñoä dò hoùa (mg/phuùt/kg) Toång löôïng ñöôïc dò hoùa (mg/kg) Toång löôïng chaát tích luyõ ñöôïc dò hoùa (mg/kg) Toång löôïng chaát ñöôïc giöõ laïi trong cô theå (mg/kg) Ñaøn oâng 0 – 1 1 – 3 3 – 5 5 – 8 8 – 12 12 – 24 11.1 7.2 6.9 4.8 3.8 1.1 645 867 829 860 922 744 645 1512 2341 3201 4123 4867 4294 3427 2598 1738 816 42 Phuï nöõ 0 – 1 1 – 3 3 – 5 5 – 8 8 – 12 12 – 24 17.3 6.7 6.1 4.6 3.1 1.0 1021 806 727 828 732 736 1021 1827 2554 3382 4114 4850 3979 3173 2446 1618 886 150 Phuï nöõ luùc ngöøa thai 0 – 1 1 – 3 3 – 5 5 – 8 8 – 12 12 – 24 7.2 3.4 4.6 3.5 3.5 1.6 434 391 541 611 812 1144 434 825 1366 1977 2789 3933 4497 4106 3687 3076 2264 1120 So vôùi caffeine thì theobromine kích thích heä thaàn kinh trung öông coù yeáu hôn nhöng taùc duïng lôïi nieäu thì toát hôn raát nhieàu. Chính vì vaäy, trong thöïc teá ngöôøi ta söû duïng caùc cheá phaåm cuûa theobromine vaø caùc daïng thöïc phaåm chöùa theobromine nhö moät chaát chöõa moät soá beänh. Ví duï nhö muoái cuûa theobromine-sodiumsalicilate ñöôïc duøng ñeå taêng cöôøng taùc duïng co boùp cuûa maïch maùu trong tim vaø kích thích thaän nhaèm laøm lôïi tieåu tieän [1]. Vieäc tieâu thuï trung bình caffeine ôû ngöôøi dao ñoäng töø 80 – 400mg/ngaøy. Vôùi löôïng tieâu thuï nhö vaäy ñaõ laøm cho haøm löôïng caffeine trong huyeát töông dao ñoäng töø 5 - 20mM. Theo S. Gokulakrishnan, chæ vôùi lieàu löôïng cuûa caffeine nhö treân cuõng ñaõ aûnh höôûng ñeán giaác nguû (caû veà chaát löôïng vaø soá löôïng) [25]. Theo moät vaøi nghieân cöùu môùi, caffeine coù theå gaây ra söï ñoät bieán, söï öùc cheá vieäc söûa chöõa ADN vaø öùc cheá enzyme adenosine monophosphodiesterase. Ngoaøi ra, trong quaù trình mang thai noù gaây ra caùc dò taät cuûa baøo thai. Caffeine cuõng gaây ra caùc chöùng loaõng xöông, laøm giaûm söï ñaäm ñaëc cuûa nguyeân lieäu [48]. Catechin Giôùi thieäu chung veà catechin Catechin trong cheø laø moät hoãn hôïp goàm nhieàu loaïi khaùc nhau nhö: catechin, epicatechin, epigallo catechin, gallocatechin, epicatechin gallate, epigallocatechin gallate, gallocatechin gallate. ÔÛ theå raén, caùc catechin laø chaát keát tinh hoaëc voâ ñònh hình, tan trong nöôùc, khoâng maøu, vaø coù vò chaùt ñaéng ôû möùc ñoä khaùc nhau. Chuùng deã daøng bò oxi hoùa vaø taïo hôïp chaát phöùc taïp vôùi nhieàu chaát khaùc nhau nhö methylxanthine. Epigallocatechin gallate laø thaønh phaàn polyphenol chuû yeáu trong cheø, chieám khoaûng 12% khoái löôïng chaát khoâ cuûa laù cheø [1]. Baûng 110: Thaønh phaàn toå hôïp caùc chaát tanin trong laù cheø töôi [1]: Teân chaát Haøm löôïng (% toång löôïng polyphenol) (% toång löôïng catechin) Buùp ba laù (Lieân Xoâ) Cheø xanh Buùp ba laù (Vieät Nam) L-epicatechin D,L-catechin L-epigallo catechin D,L-gallocatechin L-epicatechin gallate L-epigallocatechin gallate L-gallocatechin gallate Caùc chaát maøu vaøng hoïc Flavonols vaø caùc chaát maøu khaùc 1.33 0.40 12.00 2.00 18.10 58.10 1.40 4.4 1.7 16.0 7.9 10.3 49.1 6.5 5.54 - 16.09 9.98 12.73 55.64 - Toång soá 98.60 95.9 99.98 Coâng thöùc caáu taïo cuûa caùc loaïi catechin quan troïng trong cheø: (a) (b) (c) (d) Hình 13: Coâng thöùc caáu taïo cuûa caùc catechin: (a) EGCG; (b) ECG; (c) EC; (d) catchin Catechin laø thaønh phaàn hoùa hoïc quan troïng nhaát trong laù cheø töôi cuõng nhö trong caùc loaïi cheø thaønh phaåm. Noù quyeát ñònh ñeán chaát löôïng cuûa cheø. Catechin khoâng nhöõng taïo neân vò vaø döôïc tính cuûa cheø maø coøn tham gia vaøo caùc quaù trình bieán ñoåi hoùa hoïc döôùi taùc duïng cuûa caùc enzyme oxi hoùa khöû ñeå taïo ra höông vò vaø maøu saéc nöôùc pha ñaëc tröng cho moãi loaïi cheø. Trong coâng ngheä saûn xuaát cheø xanh, ngay taïi quaù trình ñaàu tieân cuûa coâng ngheä coù quaù trình dieät men. Taïi giai ñoaïn naøy ta tieán haønh voâ hoaït hoaøn toaøn enzyme polyphenoloxydase, neân catechin trong cheø haàu nhö khoâng bò bieán ñoåi ñaùng keå trong suoát caùc quaù trình cheá bieán coøn laïi. Chính nhôø caùc enzyme bò voâ hoaït hoaøn toaøn trong quaù trình dieät men, neân trong giai ñoaïn voø cheø vaø sao cheø, caùc catechin bò oxi hoùa vaø bieán ñoåi chuû yeáu döôùi taùc duïng cuûa nhieät vaø aåm. Do ñoù, saûn phaåm thu ñöôïc laø cheø xanh coù vò chaùt maïnh, coù haäu vò ngoït, coù maøu nöôùc xanh töôi hoaëc xanh vaøng vaø coù höông thôm ñaëc tröng. Noùi chung, haøm löôïng polyphenol trong laù cheø töôi hoaëc trong cheø xanh thaønh phaåm caøng cao thì chaát löôïng cuûa cheø xanh caøng toát. Beân caïnh ñoù, chuùng ta cuõng caàn chuù yù ñeán haøm löôïng cuûa caùc hôïp chaát vôùi tæ leä thích ñaùng môùi coù lôïi vaø taïo neân ñöôïc chaát löôïng toaøn dieän cuûa cheø [1]. Nhöõng taùc ñoäng sinh lí cuûa catechin ñoái vôùi cô theå Ñoái vôùi cô theå con ngöôøi, catechin coù aûnh höôûng toát ñeán cô theå. Tröôùc heát, catechin coù taùc duïng giaûi khaùt, chöõa moät soá beänh ñöôøng ruoät vaø coù taùc duïng caàm maùu. Nhoùm chaát catechin trong thaønh phaàn polyphenol cuûa cheø coøn coù khaû naêng laøm taêng tính co daõn, naâng cao naêng löïc ñeà khaùng cuûa thaønh vi huyeát cuûa cô theå ñoäng vaät, nhôø ñoù laøm giaûm nhanh hieän töôïng sung huyeát cuûa cô theå. Hôn nöõa, catechin coù taùc duïng taêng cöôøng söï tích luõy vaø ñoàng hoùa vitamin C trong cô theå, giuùp phoøng ngöøa beänh hoaïi huyeát. Do ñoù, catechin coù hoaït tính cuûa moät vitamin P vaø hoaït tính cuûa noù cao hôn caû hoaït tính cuûa vitamin P laáy töø luùa maïch. Cheá phaåm catechin cheø ñöôïc duøng nhö moät nguoàn cung caáp vitamin P cho cô theå ngöôøi. Theo taøi lieäu cuûa Lieân Xoâ thì ngöôøi lôùn caàn 200mg vaø treû em caàn 100mg trong moät ngaøy. Hieän nay, ngöôøi ta ñaõ thieát laäp ñöôïc phöông phaùp thu nhaän cheá phaåm catechin töø laù cheø giaø vaø ñöôïc duøng ñeå chöõa caùc beänh coù hieän töôïng chaûy maùu trong cô theå do nhieãm ñoäc caùc mao quaûn, chöõa beänh huyeát aùp cao vaø teâ thaáp tim. Ñaëc bieät, theo keát quaû nghieân cöùu cuûa Lieân Xoâ, cheá phaåm catechin coù ñoä tinh khieát cao (82%) coù taùc duïng chöõa beänh nhieãm phoùng xaï vaø coù hoaït tính cao chæ thua keùm natri gallate. Caùc thí nghieäm tieán haønh treân chuoät baïch cho thaáy raèng, catechin cheø coù theå taêng cöôøng maïnh meõ söùc ñeà khaùng cuûa vi huyeát quaûn cuûa chuoät baïch, hôn nöõa coøn naâng cao ñöôïc naêng löïc cuûa caùc moâ taøng tröõ vitamin C. Caùc keát quaû thí nghieäm ñoái vôùi beänh nhaân laâm saøng cuõng cho thaáy, khi naêng löïc ñeà khaùng cuûa vi huyeát quaûn giaûm xuoáng, chæ caàn cho beänh nhaân moãi ngaøy uoáng 100 – 200 mg catechin thì seõ nhanh choùng laøm cho tính thaåm thaáu cuûa thaønh vi huyeát quaûn cuûa beänh nhaân ñaït ñeán traïng thaùi bình thöôøng [1]. Döôïc tính cuûa caây cheø Coù theå noùi, cheø laø moät thöùc uoáng truyeàn thoáng cuûa ngöôøi Trung Hoa vaø Nhaät Baûn. Noù ñöôïc söû duïng roäng raõi bôûi nhöõng döôïc tính cuûa noù. Vaø ngaøy nay, cheø ñöôïc tieâu thuï phoå bieán treân theá giôùi. Trong thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa cheø chöùa nhieàu catechin vaø caffeine. Do ñoù, theo caùc muïc 1.3 vaø 1.4 (ñöôïc trình baøy ôû trình baøy ôû treân) thì cheø laø moät thöïc phaåm raát coù lôïi cho söùc khoeû. Theo nhieàu nghieân cöùu cuûa caùc nhaø khoa hoïc vaø y khoa, cheø coù taùc duïng chöõa khaù nhieàu beänh: chöõa ung thö vaø choáng tia cöïc tím, beänh tieâu chaûy vaø kieát lò, chöùng khoâng tieâu, caûm nhieãm ôû heä tieát nieäu, chöõa trò vieâm gan daïng hoaûng ñaûm caáp tính, chöõa ñau buïng do giun ñuõa vaø ñau raêng, chöõa chöùng cao cholesterol trong maùu, chöõa chöùng beùo phì, chöõa chöùng suyeãn, chöõa phong nhieät ñau ñaàu, chöõa cho ngöôøi ñang bò beänh lao, chöõa caûm, khaùng khuaån, baûo veä raêng, giaûm nguy cô tieåu ñöôøng. Muïc ñích cuûa vieäc khöû caffeine trong laù cheø Nhö ñaõ trình baøy ôû muïc 1.2, 1.3 vaø 1.4, roõ raøng cheø laø moät saûn phaåm raát toát cho söùc khoeû chuùng ta. Cheø coù nhieàu taùc duïng giuùp giaûm caùc nguy cô beänh taät. Tuy nhieân, cheø coù chöùa caffeine, laø chaát taùc duïng leân cô theå chuùng ta theo hai höôùng. Caffeine coù nhöõng taùc duïng coù lôïi, giuùp taêng cöôøng söï tænh taùo vaø minh maãn cuûa boä oùc, choáng laïi söï meät moûi... Tuy nhieân, vôùi moät soá ngöôøi, caffeine laïi gaây ra nhöõng taùc duïng khoâng toát. Caffeine gaây ra nhöõng côn ñau ñaàu, nhöõng chöùng maát nguû, taêng khaû naêng hoaït ñoäng cuûa cô vaø taêng löôïng hoaït ñoäng cuûa tim, gaây ra chöùng cao huyeát aùp... Do ñoù, vôùi moät soá ngöôøi thì nhu caàu veà moät saûn phaåm khoâng chöùa hoaëc chöùa moät löôïng raát nhoû caffeine laø raát cao. Ñaây laø nhoùm ngöôøi coù nhu caàu söû duïng saûn phaåm cheø nhö moät döôïc lieäu, moät thöùc uoáng giaûi khaùt do nhöõng ñaëc tính sinh hoïc quan troïng cuûa chuùng, nhöng khoâng muoán nhöõng taùc ñoäng coù haïi ñoái vôùi söùc khoeû, ñaëc bieät laø nhöõng ngöôøi coù beänh cao huyeát aùp, coù chöùng maát nguû. Coâng ngheä khöû caffeine [45] Nguyeân taéc cuûa caùc phöông phaùp khöû caffeine laø döïa treân söï hoøa tan choïn loïc cuûa caffeine trong caùc loaïi dung moâi khaùc nhau, töø ñoù trích ly caffeine khoûi nguyeân lieäu. Hieän nay, treân theá giôùi coù boán phöông phaùp khöû caffeine trong cheø xanh noùi rieâng vaø trong caùc loaïi thöïc phaåm daïng raén chöùa caffeine noùi chung. Caùc phöông phaùp naøy ñöôïc phaân loaïi döïa treân vieäc löïa choïn dung moâi hay taùc nhaân cho quaù trình khöû caffeine. Nhö chuùng ta ñaõ bieát, caffeine laø chaát phaân cöïc yeáu, neân caàn choïn moät dung moâi hay taùc nhaân thích hôïp cho quaù trình taùch caffeine khoûi laù cheø. Hieän nay, caùc phöông phaùp ñöôïc söû duïng laø: phöông phaùp söû duïng dung moâi höõu cô, phöông phaùp duøng nöôùc, phöông phaùp Swiss water, phöông phaùp duøng CO2 sieâu tôùi haïn. Phöông phaùp khöû caffeine baèng dung moâi Nguyeân taéc Phöông phaùp naøy döïa treân nguyeân taéc söû duïng moät dung moâi höõu cô cho quaù trình khöû caffeine. Theo Katx (1987), nhöõng yeâu caàu khi choïn moät dung moâi cho quaù trình khöû caffeine laø khaû naêng hoøa tan choïn loïc vôùi caffeine, tính an toaøn, giaù caû, deã daøng taùch dung moâi ra khoûi nguyeân lieäu, deã thu hoài dung moâi, khoâng ñoäc vaø an toaøn vôùi moâi tröôøng. Vôùi nhöõng yeâu caàu nhö vaäy thì nhöõng dung moâi thöôøng ñöôïc duøng laø Methylene chloride vaø ethyl acetate. Trong ñoù, hieän nay, methylene chloride ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát do coù tính choïn loïc cao ñeå taùch caffeine maø khoâng taùch caùc caáu töû höông vaø caùc chaát taïo vò trong laù cheø [45]. Beân caïnh ñoù, methylene chloride boác hôi ôû nhieät ñoä 40oC trong khi laù cheø töôi thöôøng ñöôïc saáy khoâ ôû caùc giai ñoaïn cheá bieán veà sau ôû nhieät ñoä töø 80 – 90oC. Ñieàu naøy laøm cho trong saûn phaåm chæ coøn laïi moät löôïng nhoû caffeine. Theo FDA (hieäp hoäi Thöïc phaåm vaø Döôïc phaåm cuûa Myõ), quaù trình khöû caffeine baèng methylene chloride cho keát quaû khaù toát. Haàu heát caùc saûn phaåm ñaõ khöû caffeine thì coù haøm löôïng methylene chloride coøn laïi thaáp hôn 0.1ppm. Phöông phaùp thöïc hieän Quy trình khöû caffeine trong cheø baèng dung moâi ñöôïc baét ñaàu baèng quaù trình dieät men, laøm saïch vaø laøm aåm laù cheø. Caùc quaù trình naøy ñöôïc thöïc hieän baèng caùch xoâng hôi vaøo laù cheø. Laù cheø töôi ñöôïc laøm heùo vaø chuyeån vaøo thieát bò trích ly. Doøng hôi ôû nhieät ñoä 110oC ñöôïc daãn truyeàn vaøo thieát bò trích ly töø phía döôùi cuûa thieát bò. Laù cheø sau khi ñöôïc laøm aåm vôùi doøng hôi seõ coù beà maët laù deã thaåm thaáu hôn vaø caffeine ñöôïc trích ly deã daøng khi dung moâi tieáp xuùc vôùi caffeine. Doøng hôi ñi qua thieát bò trích ly trong khoaûng 0.5 giôø. Doøng hôi ra khoûi thieát bò ñöôïc thu hoài, ngöng tuï vaø chöùa trong caùc thieát bò chöùa. Sau quaù trình xoâng hôi, dung moâi saïch ñöôïc bôm vaøo thieát bò trích ly vôùi tæ leä 4:1. Quaù trình khöû caffeine ñöôïc thöïc hieän trong khoaûng thôøi gian 10 phuùt. Sau quaù trình khöû caffeine, dung moâi ñöôïc thaùo ra khoûi thieát bò, coøn laù cheø sau ñoù ñöôïc ñem loaïi dung moâi vaø ta ñöôïc saûn phaåm laø laù cheø töôi ñaõ khöû caffeine [45]. Hình 14: Quy trình khöû caffeine baèng dung moâi So vôùi caùc dung moâi khaùc, methylene chloride coù hieäu quaû cao trong quaù trình khöû caffeine. Nhöng methylene chloride tieàm aån nhieàu nguy cô khi coù söï coá xaûy ra nhö: gaây ra söï choùng maët, ñau ñaàu neáu hít vaøo ôû noàng ñoä cao. Do ñoù, beân caïnh methylene chloride, ta coù theå söû duïng moät soá dung moâi khaùc nhö ethyl acetate. Ethyl acetate coù theå taùch caffeine töø laù cheø moät caùch hieäu quaû, nhöng coù nhöôïc ñieåm laø noù trích ly caû nhöõng thaønh phaàn hoùa hoïc coù lôïi trong cheø. Theo caùc nghieân cöùu quaù trình khöû caffeine ôû cheø xanh vôùi ethyl acetate thì moät löôïng khoaûng 30% EGCG vaø nhöõng hôïp chaát choáng oxi hoùa khaùc bò trích ly cuøng vôùi caffeine [10]. Hôn nöõa, ethyl acetate cuõng laø moät chaát ñoäc tuy möùc ñoä gaây ñoäc thaáp hôn methylene chloride. Beân caïnh ñoù, maëc duø chloroform laø moät chaát ñoäc, nhöng trong muïc ñích cuûa phoøng thí nghieäm, choloroform vaãn ñöôïc söû duïng nhö laø moät dung moâi toát nhaát ñeå trích ly caffeine [10]. Phöông phaùp khöû caffeine baèng dung moâi höõu cô cho thaáy nhöõng öu ñieåm nhö reû tieàn, thieát bò ñôn giaûn, deã thöïc hieän, tính hoøa tan choïn loïc cao vôùi caffeine. Chính nhöõng öu ñieåm naøy maø trong nhöõng naêm tröôùc ñaây, phöông phaùp khöû caffeine baèng dung moâi höõu cô ñöôïc aùp duïng roäng raõi vaø phuø hôïp vôùi nhöõng cô sôû saûn xuaát nhoû. Tuy nhieân, ngaøy nay do nhöõng nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp nhö aûnh höôûng ñeán tính an toaøn cuûa nguyeân lieäu, aûnh höôûng ñeán moâi tröôøng vaø khoù thu hoài dung moâi neân phöông phaùp naøy ngaøy caøng ít ñöôïc söû duïng vaø ñöôïc thay theá baèng caùc phöông phaùp khaùc hieäu quaû hôn. Phöông phaùp khöû caffeine baèng nöôùc Nguyeân taéc Phöông phaùp naøy duøng nöôùc noùng ñeå trích ly caffeine töø laù cheø. Ñaây laø phöông phaùp ñöôïc söû duïng roäng raõi vì khoâng söû duïng baát kì moät dung moâi naøo gaây ñoäc ñeán chaát löôïng cuûa saûn phaåm cuõng nhö aûnh höôûng ñeán moâi tröôøng. Phöông phaùp naøy döïa treân khaû naêng hoøa tan caffeine trong nöôùc ñeå trích ly caffeine khoûi laù cheø vaø taïo ra saûn phaåm cheø xanh ít chöùa caffeine. Tuy nhieân, phöông phaùp naøy khoâng coù tính choïn loïc cao ñoái vôùi caffeine, möùc ñoä toån thaát cuûa nhöõng thaønh phaàn hoøa tan, caùc chaát thôm vaø höông vò trong laù cheø cao [45]. Phöông phaùp thöïc hieän Hình 15: Quy trình khöû caffeine baèng nöôùc. Quaù trình khöû caffeine baèng nöôùc noùng ñöôïc thöïc hieän theo qui trình nhö sau: tröôùc heát laù cheø töôi ñöôïc laøm saïch nhaèm taùch heát caùc taïp chaát, loaïi boû caùc laù cheø hö hoûng, khoâng ñaït yeâu caàu ra khoûi nguyeân lieäu ban ñaàu. Sau ñoù, laù cheø ñöôïc ngaâm trong nöôùc noùng trong moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh ñeå thöïc hieän quaù trình taùch khöû caffeine khoûi laù cheø. Quaù trình ngaâm trong nöôùc noùng ôû ñaây ñöôïc thöïc hieän nhaèm hai muïc ñích: dieät men vaø khöû caffeine. Sau moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh, laù cheø ñöôïc laáy ra khoûi thieát bò trích ly. Hoãn hôïp nöôùc bao goàm raát nhieàu chaát khoâ hoøa tan, trong ñoù coù caû caffeine ñöôïc ñem taùch caffeine baèng phöông phaùp trích ly loûng-loûng vôùi moät dung moâi khaùc. Dòch nöôùc coøn laïi chöùa caùc chaát khoâ hoøa tan, caùc polyphenol vaø caùc chaát thôm ñöôïc cho taùi haáp thuï vaøo trong laù cheø. Caùc yeáu toá aûnh höôûng Quaù trình khöû caffeine baèng nöôùc chòu aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá nhö: nguyeân lieäu (kích thöôùc, caáu truùc nguyeân lieäu, thaønh phaàn hoùa hoïc), caùc thoâng soá coâng ngheä cuûa quaù trình (nhieät ñoä, thôøi gian, tæ leä dung moâi/ cô chaát), thieát bò vaø phöông phaùp thöïc hieän. AÛnh höôûng cuûa nguyeân lieäu ñeán quaù trình khöû caffeine: Kích thöôùc cuûa laù cheø: khi laù cheø ñöôïc caét, nghieàn nhoû thì hieäu suaát khöû caffeine taêng leân do caáu truùc teá baøo bò phaù vôõ, laøm taêng dieän tích tieáp xuùc cuûa laù vôùi nöôùc. Ñoä aåm cuûa nguyeân lieäu: nguyeân lieäu caøng aåm thì teá baøo laù caøng gioøn vaø hieäu suaát khöû caøng cao. AÛnh höôûng cuûa caáu truùc laù cheø leân quaù trình khöû caffeine: khi tieán haønh khöû caffeine treân laù cheø ñaõ voø vaø cheø khoâ thì toån thaát catechin cuûa quaù trình khöû laø raát lôùn [35]â. Ñieàu naøy ñöôïc giaûi thích nhö sau: quaù trình voø vaø saáy coù laøm phaù huûy teá baøo laù, laøm thaát thoaùt löôïng catechin. Khi laù cheø ñöôïc voø, teá baøo laù vaø maøng teá baøo bò toån thöông vaø phaù huyû, laøm cho catechin vaø caffeine thoaùt ra beà maët laù. Trong tröôøng hôïp naøy, catechin vaø caffeine deã daøng hoøa tan vaøo trong nöôùc. Maøng teá baøo laù cuõng bò phaù huûy khi saáy khoâ sau ñoù vaø do ñoù, laøm taêng khaû naêng khueách taùn cuûa catechin vaøo trong nöôùc. Do ñoù, möùc ñoä toån thaát catechin toång taêng daàn theo thöù töï laù cheø nguyeân veïn < laù cheø ñaõ voø < cheø khoâ. Nhö vaäy, söï hö hoûng cuûa laù laø moät yeáu toá quan troïng aûnh höôûng ñeán khaû naêng trích ly cuûa catechin toång [35]. Baûng 111: AÛnh höôûng cuûa caáu truùc laù ñeán quaù trình khöû caffeine [35]: Maãu cheø Caffeine (mg/g chaát khoâ) EGCG (mg/g chaát khoâ) Catechin toång (mg/g chaát khoâ) Laù cheø bình thöôøng Laù cheø ñaõ voø Cheø khoâ 3.4 1.2 2.3 50.2 31.7 17.0 113.6 69.1 43.5 AÛnh höôûng cuûa caùc thoâng soá kyõ thuaät: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán quaù trình khöû caffeine: khi nhieät ñoä taêng thì hieäu suaát cuûa quaù trình khöû caffeine ôû laù cheø cuõng taêng theo. Coù theå noùi, nhieät ñoä laø thoâng soá quan troïng nhaát aûnh höôûng ñeán phöông phaùp khöû caffeine baèng nöôùc noùng cuûa laù cheø. Theo H Liang et al, nhieät ñoä cuûa quaù trình khöû khoâng neân nhoû hôn 100oC [35]. AÛnh höôûng cuûa thôøi gian trích ly vaø tyû leä cheø/nöùôc: khi taêng thôøi gian trích ly thì hieäu suaát khöû caffeine taêng theo. Theo H Liang et al, thôøi gian trích ly vaø tyû leä cheø/nöôùc thì ít aûnh höôûng ñeán quaù trình khöû caffeine [35]. Hieäu suaát khöû caffeine trong thôøi gian 3 – 5 phuùt gaàn nhö töông ñoàng vôùi nhau, vaø cao hôn roõ reät trong tröôøng hôïp khöû caffeine trong thôøi gian 1 phuùt. Do ñoù, theo H Liang et al, thôøi gian khöû caffeine khoâng neân thaáp hôn 3 phuùt vaø tyû leä cheø:nöôùc khoâng neân thaáp hôn 1:20 ( w/w) [35]. AÛnh höôûng cuûa quaù trình khöû caffeine ñeán haøm löôïng catechin toång: haøm löôïng catechin toång cuûa laù cheø ñaõ khöû caffeine vaø nguyeân lieäu ban ñaàu thì khaùc nhau khoâng lôùn. Keát quaû cho thaáy: hôn 95% catechin toång ñöôïc giöõ laïi sau quaù trình xöû lyù. Hôn nöõa, hai thaønh phaàn chính cuûa catechin trong laù cheø laø EGCG vaø EGC thì khoâng thay ñoåi trong suoát quaù trình khöû caffeine baèng nöôùc noùng. So vôùi phöông phaùp khöû caffeine baèng dung moâi höõu cô thì phöông phaùp khöû caffeine baèng nöôùc noùng coù moät soá öu, nhöôïc ñieåm sau: Veà öu ñieåm, roõ raøng phöông phaùp naøy cho saûn phaåm coù ñoä an toaøn cao, hieäu suaát khöû caffeine cao, ít toån thaát chaát khoâ do coù quaù trình taùi haáp thu, ít toån thaát nhieät do khoâng coù quaù trình xoâng hôi. Do ít söû duïng nhieät trong suoát quaù trình khöû caffeine neân saûn phaåm ít coù söï bieán ñoåi vaø saûn phaåm coù chaát löôïng cao hôn [45]. Tuy vaäy, phöông phaùp khöû caffeine baèng nöôùc noùng cuõng cho thaáy nhöõng nhöôïc ñieåm nhö söï thaát thoaùt caùc hôïp chaát catechin, caùc chaát hoøa tan vaø moät soá chaát thôm trong cheø. Phöông phaùp Swiss water Nguyeân taéc Phöông phaùp Swiss water ñöôïc thöïc hieän döïa treân nguyeân taéc laø duøng than hoaït tính khöû caffeine trong dòch trích ñeå taïo ra dòch trích caân baèng, töø ñoù, taïo ra ñöôïc moät dòch trích ñaõ baõo hoøa chaát khoâ nhöng khoâng chöùa hoaëc chöùa raát ít caffeine. Sau ñoù, dòch trích naøy seõ ñöôïc duøng ñeå khöû caffeine thay vì duøng nöôùc thöôøng [45]. Phöông phaùp thöïc hieän Phöông phaùp Swiss water laø moät daïng cuûa phöông phaùp khöû caffeine baèng nöôùc. Phöông phaùp naøy döïa treân lí thuyeát veà söï hoøa tan cuûa caffeine trong nöôùc ñaõ baõo hoøa chaát khoâ. Vôùi dòch nöôùc ñaõ baõo hoøa chaát khoâ hoøa tan (khoâng tính caffeine), thì dòch nöôùc seõ khoâng hoøa tan theâm caùc thaønh phaàn khaùc trong laù cheø, ñaëc bieät laø catechin vaø caùc chaát hoøa tan maø chæ hoøa tan caffeine. Laù cheø luùc ñaàu ñöôïc trích ly baèng nöôùc noùng. Khi ñoù, caùc thaønh phaàn chaát hoøa tan vaø caffeine hoøa vaøo trong nöôùc vaø taïo ra moät dòch trích caân baèng veà caùc chaát hoøa tan, caùc catechin, caffeine. Tieáp theo, caffeine ñöôïc laáy ra khoûi dòch trích baèng caùch cho qua coät than hoaït tính. Doøng nöôùc ra khoûi coät haáp phuï laø doøng nöôùc ñaõ baõo hoøa caùc chaát hoøa tan nhöng khoâng chöùa caffeine. Doøng nöôùc naøy coù ñaëc tính laø khoâng theå trích ly theâm caùc chaát hoøa tan vaø caùc catechin nöõa nhöng vaãn coøn khaû naêng trích ly caffeine. Ñieàu naøy cho pheùp caùc meû tieáp theo coù hieäu suaát khöû raát cao maø vaãn duy trì ñöôïc caùc chaát hoøa tan trong laù cheø nguyeân lieäu. Doøng nöôùc trích ly sau ñoù laïi ñöôïc cho qua coät than hoaït tính ñaõ baõo hoøa chaát khoâ nhaèm loaïi caffeine ra khoûi dòch trích. Quaù trình cöù theá tieáp tuïc cho caùc laàn trích tieáp theo [45]. So vôùi phöông phaùp khöû caffeine baèng nöôùc noùng bình thöôøng thì phöông phaùp Swiss water phaùt huy nhöõng öu ñieåm cuûa phöông phaùp treân. Beân caïnh ñoù, noù khaéc phuïc nhöõng nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp duøng nöôùc noùng nhö: phöông phaùp naøy traùnh ñöôïc vieäc toån thaát caùc chaát khoâ hoøa tan, caùc catechin coù trong nguyeân lieäu laù cheø vaø taïo ra saûn phaåm coù höông vò toát hôn. Phöông phaùp naøy ñöôïc xem laø khaù hieäu quaû cho quaù trình khöû caffeine trong laù cheø töôi. Ngaøy nay, vieäc söû duïng maøng loïc membrane hay loïc than hoaït tính trong vieäc taùch caffeine ra khoûi dòch trích trôû neân khoâng coøn hieäu quaû kinh teá vaø thaân thieän vôùi moâi tröôøng [48]. Moät höùông phaùt trieån môùi trong vieäc taùch caffeine ra khoûi dòch trích laø vieäc söû duïng coâng ngheä enzyme vaø vi sinh vaät [48]. Vi sinh vaät ñöôïc cho vaøo dòch ñeå khöû caffeine trong dòch trích Swiss water vaø taïo ra moät dòch trích ñaõ baõo hoøa chaát khoâ hoøa tan nhöng vaãn khoâng chöùa hoaëc chöùa raát ít caffeine. Moät soá gioáng vi sinh vaät ñaõ ñöôïc nghieân cöùu cho quaù trình naøy nhö peudomonas, aspergillus, penicillium.... Quaù trình khöû caffeine ôû sinh vaät nhaân nguyeân thuûy vaø sinh vaät nhaân thaät ñaõ vaø ñang ñöôïc nghieân cöùu. Con ñöôøng toång theå khöû caffeine ôû vi sinh vaät ñöôïc theå hieän nhö sau: [25] Con ñöôøng trao ñoåi Purine Thöïc vaät vaø naám Vi khuaån Ñoäng vaät Con ñöôøng demethyl hoùa [Demethylase enzymes (in mammals CYP450 enzymes)] Con ñöôøng oxi hoùa [Xanthine oxidase enzyme] Hình 16: Moâ hình toång theå cuûa quaù trình khöû caffeine baèng vi sinh vaät [25]. ÔÛ sinh vaät nhaân thaät: ñoái vôùi nhieàu gioáng caây troàng, vieäc khöû caffeine xaûy ra trong suoát quaù trình demethyl vaø saûn phaåm cuoái cuøng taïo thaønh laø xanthine. Phaûn öùng demethyl ñöôïc xuùc taùc bôûi nhöõng enzyme demethylase nhö N-1 demethylase, N-7 demethylase vaø N-3 demethylase. Sau ñoù, xanthine ñöôïc chuyeån thaønh CO2 vaø NH3 bôûi söï phaù huûy voøng purine. Traùi laïi, ôû moät soá gioáng, con ñöôøng khöû caffeine ôû ñoäng vaät laø keát quaû cuûa söï hình thaønh methyl xanthines vaø methyl uric acids bôûi nhöõng enzyme ôû cytochrome P450 nhö CYP1A2, CYP3A4, CYP2E1 xanthine oxidase vaø N-acetyl transferase. Nhöõng xanthine naøy ñöôïc methyl hoùa vaø nhöõng acid uric hình thaønh trong quaù trình khöû caffeine ñöôïc baøi tieát ra ngoaøi cô theå [25]. Coøn ñoái vôùi naám, saûn phaåm ñaàu tieân cuûa quaù trình khöû caffeine ñöôïc tìm thaáy laø theophyline. Nhöõng xanthine dimethyl vaø monomethyl khaùc ñöôïc taïo thaønh nhö moät saûn phaåm cuûa quaù trình khöû caffeine. Tuy nhieân, con ñöôøng phaân giaûi cuûa caùc xanthine ôû naám chöa ñöôïc bieát moät caùch roõ raøng [25]. ÔÛ sinh vaät nhaân nguyeân thuûy, con ñöôøng khöû caffeine cuõng chöa ñöôïc tìm hieåu ñaày ñuû. ÔÛ vi khuaån (tieâu bieåu laø gioáng Pseudomononas), caffeine ñöôïc chuyeån thaønh theobromine vaø paraxanthine bôûi enzyme demethylase. Vieäc demethyl taïo ra caùc xanthine vôùi 7-methylxanthine nhö laø moät saûn phaåm trung gian. Sau ñoù, caùc xanthine, mono vaø dimethyl xanthine bò oxi hoùa thaønh acid uric vaø ñi vaøo con ñöôøng phaân huûy purin. ÔÛ Serratia marcescens, con ñöôøng phaân huûy thì töông töï nhö ôû Pseudomonas sp, ngoaïi tröø söï hình thaønh saûn phaåm trung gian methyl uric acid [25]. Tröôùc ñaây, vieäc khöû caffeine baèng vi sinh vaät chöa ñöôïc nghieân cöùu nhieàu vì caffeine vaãn ñöôïc bieát ñeán nhö moät chaát ñoäc vôùi vi khuaån. Trong moâi tröôøng sinh soáng cuûa vi sinh vaät, noàng ñoä caffeine lôùn hôn 2.5mg/ml seõ öùc cheá söï phaùt trieån cuûa moät soá loaøi vi khuaån. Vì vaäy, khi ñoù caffeine thöôøng ñöôïc söû duïng nhö moät chaát choáng vi sinh vaät gioáng nhö chloramphenicol. Nhöõng nghieân cöùu veà vieäc khöû caffeine trong caùc daïng thöïc phaåm khaùc nhau baèng vi sinh vaät chæ thöïc söï ñöôïc nghieân cöùu keå töø naêm 1970. Vaø keå töø ñoù ñeán nay, moät vaøi thaønh töïu ñaõ ñaït ñöôïc trong vieäc söû duïng caffeine nhö laø moät cô chaát cho söï phaùt trieån cuûa vi sinh vaät. Ñoái vôùi vi khuaån, nhöõng loaøi coù khaû naêng khöû caffeine ñöôïc bieát ñeán laø Pseudomonas vaø Serratia genus. Fe2+ ñöôïc xem laø co-factor, noù xuùc taùc cho söï taïo thaønh enzyme demethylase. Chính vì vaäy, söï coù maët cuûa Fe2+ (0.04%) trong moâi tröôøng laøm cho vieäc khöû theobromine cuûa Pseudomonas taêng gaáp 10 laàn [25]. Coøn ñoái vôùi caùc loaïi naám moác, khaû naêng söû duïng caffeine nhö moät cô chaát cuûa quaù trình trao ñoåi chaát cuõng ñöôïc ghi nhaän. Vieäc khöû caffeine ñöôïc thöïc hieän ôû moät vaøi loaøi naám nhö Stemphylium sp, Penicillium sp vaø aspergillus sp. A tamari, A niger, A fumigatus vaø P commune vaø keát quaû cho thaáy söï phaùt trieån cuûa caùc loaøi khi söû duïng caffeine nhö laø nguoàn cung caáp nitrogen. A tamari vaø P commune thì cho thaáy coù khaû naêng khöû caffeine toát (60%) trong khi moät vaøi loaøi khaùc laø thaáp hôn 20% [25]. Toác ñoä khöû caffeine ôû moät soá loaøi vi sinh vaät quan troïng ñöôïc cho ôû baûng 1-12. Baûng 112: So saùnh toác ñoä khöû caffeine ôû nhöõng loaøi vi sinh vaät khaùc nhau [25] Vi sinh vaät Noàng ñoä caffeine ban ñaàu (g/l) Nguoàn C (g/l) Quaù trình khöû caffeine (%) Toác ñoä khöû caffeine (g/giôø) Klebsiella vaø Rhodococcus Serratia marcescens Stemphyllium sp. Pseudomonas putida Aspergillus tamarii Penicillium commune 0.5 0.6 0.19 5 1.2 1.2 Glucose (1) - Sucrose (30.1) - Sucrose (28.4) Sucrose (28.4) 100% trong 10h 100% trong 72h 100% trong 29h 95% trong 50h 67% trong 48h 61% trong 48h 0.05 0.008 0.0053 0.095 0.0536 0.0521 Nhö baûng treân ta thaáy, vieäc khöû caffeine ôû vi khuaån thì toát hôn ôû naám moác. Vì caffeine cuõng laø chaát ñoäc ñoái vôùi vi sinh vaät neân noàng ñoä caffeine ban ñaàu trong quaù trình leân men coù yù nghóa quyeát ñònh. ÔÛ naám moác, söï toàn taïi cuûa caùc nguoàn nitrogen beân ngoaøi seõ öùc cheá hoaøn toaøn quaù trình khöû caffeine. Söï toàn taïi cuûa urea vaø ammonium sulphate thì ngaên caûn quaù trình khöû caffeine cuûa A. niger vaø Penicillium verrucosum. Tuy nhieân, traùi vôùi naám moác, söï toàn taïi cuûa caùc nguoàn nitrogen höõu cô beân ngoaøi thì khoâng ngaên caûn quaù trình khöû caffeine ôû vi khuaån. pH ban ñaàu cuûa moâi tröôøng cuõng laø moät thoâng soá quan troïng aûnh höôûng ñeán quaù trình khöû caffeine. pH cuûa moâi tröôøng neân coù tính axit (4 – 3.2) ñoái vôùi Penicillium roqueforti vaø laø bazô ñoái vôùi Aspergillus sp. So vôùi phöông phaùp Swiss water keát hôïp vôùi than hoaït tính trong vieäc khöû caffeine thì phöông phaùp Swiss water keát hôïp vôùi vi sinh vaät cho keát quaû khöû caffeine cao hôn vaø hoaøn toaøn saïch vôùi moâi tröôøng do khoâng duøng baát cöù dung moâi naøo [48]. Trong phöông phaùp duøng than hoaït tính thì ta phaûi söû duïng dung moâi trong vieäc röûa giaûi caffeine khoûi than hoaït tính coøn phöông phaùp naøy thì hoaøn toaøn khoâng duøng baát cöù moät dung moâi naøo. Phöông phaùp khöû caffeine baèng CO2 sieâu tôùi haïn Nguyeân taéc Phöông phaùp naøy döïa treân nguyeân taéc: duøng CO2 ôû traïng thaùi sieâu tôùi haïn, moät traïng thaùi trung gian giöõa traïng thaùi loûng vaø traïng thaùi khí, ñeå khöû caffeine trong laù cheø töôi. Phöông phaùp khöû caffeine baèng CO2 sieâu tôùi haïn ñöôïc xem laø moät phöông phaùp raát thaân thieän vôùi moâi tröôøng. Phöông phaùp thöïc hieän Phöông phaùp khöû caffeine baèng CO2 ñöôïc thöïc hieän nhö sau: khí CO2 ñöôïc neùn ôû aùp suaát cao vaø gia nhieät leân nhieät ñoä cao. Khi ñoù, CO2 chuyeån sang traïng thaùi sieâu tôùi haïn. ÔÛ traïng thaùi sieâu tôùi haïn, CO2 trôû thaønh moät dung moâi coù khaû naêng hoøa tan choïn loïc moät soá chaát, ñaëc bieät laø caffeine. Ñoái vôùi CO2, giaù trò nhieät ñoä tôùi haïn laø 31.3oC vaø aùp suaát tôùi haïn laø 80atm. ÔÛ traïng thaùi sieâu tôùi haïn, CO2 vöøa coù nhöõng tính chaát nhö moät chaát loûng vöøa coù nhöõng tính chaát cuûa moät chaát khí [45]. Baûng 113: Tính chaát cuûa CO2 sieâu tôùi haïn: Traïng thaùi cuûa CO2 Tæ troïng (g/cm3) Khaû naêng khueách taùn (cm2/s) Ñoä nhôùt ñoäng hoïc (g/cm.s) Khí 1 x 10-3 1 x 10-1 1 x 10-4 Loûng 1.0 5 x 10-6 1 x 10-2 Loûng sieâu tôùi haïn 3 x 10-1 1 x 10-3 1 x 10-4 Moâ hình khöû caffeine baèng CO2 sieâu tôùi haïn (SCF): [27] Hình 17: Moâ hình khöû caffeine baèng SCF: 1, bình chöùa CO2; 2, thieát taêng cöôøng ñieän; 3, thieát bi gia nhieät ;4, bôm CO2; 5, thieát bò ñieàu khieån; 6, bình chöùa ñoàng dung moâi; 7,bôm ñoàng dung moâi; 8, thieát bò gia nhieät; 9, bôm tuaàn hoaøn; 10, thieát bò trích ly; 11, thieát bò taùch; 12, thieát bò taùch 2; V1, van 1; V2, van 2; BPR Quaù trình baét ñaàu vôùi vieäc chuaån bò laù cheø, taùch taïp chaát vaø taùch aåm. Ñoä aåm cuûa nguyeân lieäu chuaån bò cho quaù trình khöû caffeine neân laø 30 – 35%. Nguyeân lieäu ñöôïc ñaët vaøo moät thieát bò trích ly. Moät heä thoáng bôm bôm khí CO2 qua thieát bò gia nhieät ñeán nhieät ñoä 40 – 80oC vaø taêng aùp suaát leân khoaûng 120 – 180bar. Doøng CO2 sieâu tôùi haïn khi ñoù seõ di chuyeån vaøo trong thieát bò trích ly. Taïi thieát bò trích ly, caffeine ñöôïc trích ly bôûi CO2 sieâu tôùi haïn vaø doøng CO2 giaøu caffeine ra khoûi thieát bò trích ly [45]. Sau ñoù, caffeine ñöôïc taùch khoûi CO2 sieâu tôùi haïn vaø thu gom laïi ôû daïng tinh khieát. Hieän nay, coù hai caùch ñeå taùch caffeine töø CO2 sieâu tôùi haïn. Caùch thöù nhaát laø hoùa loûng CO2 baèng vieäc haï nhieät ñoä cuûa CO2 sieâu tôùi haïn ñeán khoaûng 20 – 25oC. Khi ñoù CO2 chuyeån töø traïng thaùi sieâu tôùi haïn sang traïng thaùi loûng vaø khoâng coøn khaû naêng hoøa tan caffeine. Nhö vaäy, caffeine ñöôïc taùch ra khoûi doøng CO2 vaø thu nhaän. Caùch thöù hai ñeå taùch caffeine töø CO2 sieâu tôùi haïn laø: baèng vieäc haï thaáp aùp suaát. AÙp suaát ñöôïc haï thaáp ñeán khoaûng 58 – 65at. ÔÛ aùp suaát thaáp, caffeine cuõng ñöôïc taùch ra khoûi CO2 do luùc naøy CO2 chuyeån töø traïng thaùi sieâu tôùi haïn sang traïng thaùi khí bình thöôøng [45]. Caùc yeáu toá aûnh höôûng Quaù trình khöû caffeine baèng CO2 sieâu tôùi haïn chòu aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá nhö: nguyeân lieäu (kích thöôùc, caáu truùc nguyeân lieäu, thaønh phaàn hoùa hoïc), caùc thoâng soá coâng ngheä cuûa quaù trình (nhieät ñoä, aùp suaát, löu löôïng CO2 sieâu tôùi haïn, thôøi gian löu, tæ leä CO2/ laù cheø), chaát ñoàng dung moâi, thieát bò vaø phöông phaùp thöïc hieän. AÛnh höôûng cuûa nguyeân lieäu: Kích thöôùc nguyeân lieäu: Kích thöôùc laù cheø laø moät thoâng soá quan troïng trong quaù trình trích ly. Kích thöôùc cuûa laù cheø aûnh höôûng ñeán söï khueách taùn cuûa caùc chaát tan vaøo dung moâi vaø ngöôïc laïi. Noù quyeát ñònh ñeán dieän tích beà maët tieáp xuùc cuûa maãu vaø dung moâi. So vôùi maãu khoâng ñöôïc caét nhoû thì laù cheø xanh trong nghieân cöùu cuûa Hyong Seok Park [27] ñöôïc caét ñeán kích thöôùc 235.5mm cho keát quaû khöû caffeine nhieàu hôn 15 – 17% döïa treân thaønh phaàn ban ñaàu cuûa caffeine trong laù cheø töôi [27]. Ñieàu naøy ñöôïc giaûi thích laø do khi kích thöôùc cuûa caùc phaàn töû laù cheø taêng leân thì khoaûng caùch maø caùc phaàn töû chaát chieát phaûi di chuyeån töø beân trong ñeán beà maët tieáp xuùc taêng. Ñieàu naøy laøm cho khaû naêng trích ly thaáp hôn. Hôn nöõa, khi kích thöôùc cuûa caùc phaàn töû laù cheø nhoû thì dieän tích beà maët tieáp xuùc lôùn vaø cho pheùp caùc chaát tan deã daøng tieáp xuùc vôùi dung moâi. Tuy nhieân, khi ta caét laù cheø thaønh nhöõng phaàn coù kích thöùôc nhoû hôn thì chính caùc phaàn töû catechin cuõng deã daøng bò trích ly vaø ñieàu naøy seõ aûnh höôûng ñeán haøm löôïng catechin coøn soùt laïi trong cheø xanh thaønh phaåm [27]. Baûng 114: AÛnh höôûng cuûa kích thöôùc nguyeân lieäu ñeán quaù trình khöû caffeine: Kích thöôùc nguyeân lieäu % chaát chieát ñöôïc taùch döïa treân thaønh phaàn ban ñaàu (%, w/w) Caffeine EGCG EGC ECG EC 236.5mm 543.7mm 5.5 – 17.4 mm 97.3 95.6 80.6 70.8 73.6 47.5 81.3 80.8 64.2 76.6 79.0 50.9 47.8 38.1 31.7 (Quaù trình ñöôïc thöïc hieän ôû 300bar vaø 70oC, toác ñoä doøng CO2 laø 11.5g/phuùt trong 120 phuùt, ethanol 95% ñöôïc söû duïng nhö moät chaát ñoàng dung moâi vôùi löôïng 4.6g/100g CO2). Caáu truùc nguyeân lieäu. Thaønh phaàn hoùa hoïc: ñoä aåm, thaønh phaàn caùc chaát hoøa tan... AÛnh höôûng cuûa caùc thoâng soá coâng ngheä: Baûng 115: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø aùp suaát ñeán quaù trình khöû caffeine [28] Ñieàu kieän trích ly Phaàn traêm chaát ñaõ taùch so vôùi thaønh phaàn ban ñaàu (%, w/w) Nhieät ñoä (oC) AÙp suaát (bar) Caffeine EGCG EGC ECG EC 50 60 70 80 70 70 70 300 300 300 300 150 200 250 62.6 81.6 92.8 92.8 77.7 90.5 92.1 53.2 57.4 64.2 69.5 50.5 66.7 69.0 82.4 82.6 78.2 82.3 62.0 72.3 75.6 60.6 66.7 72.5 71.2 54.6 72.6 78.0 33.3 38.5 24.0 50.0 20.0 35.5 37.6 (Quaù trình khöû caffeine ñöôïc tieán haønh vôùi laù cheø xanh vôùi kích thöùôc 543.7mm, toác ñoä doøng CO2 laø 8.5g/phuùt, thôøi gian 120 phuùt, ethanol 95% (v/v) ñöôïc söû duïng nhö chaát ñoàng dung moâi ôû 4.6g/100g CO2). AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán quaù trình khöû caffeine: khi aùp suaát trích ly ñöôïc giöõ ôû 300bar, hieäu quaû khöû caffeine taêng khi nhieät ñoä taêng. Hieäu suaát khöû caffeine laø cao nhaát ôû nhieät ñoä 80oC (92.8%). Tuy nhieân söï thaát thoaùt caùc catechin laø raát lôùn (khoaûng treân 70%). Ñieàu naøy ñöôïc giaûi thích: khi nhieät ñoä taêng thì toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa caùc phaân töû taêng. Caùc phaân töû chuyeån ñoäng nhanh hôn vaø deã daøng di chuyeån vaøo trong dung moâi [28]. AÛnh höôûng cuûa aùp suaát ñeán hieäu suaát khöû caffeine: khi nhieät ñoä khoâng ñoåi, aùp suaát taêng laøm cho khaû naêng taùch caffeine cuõng taêng theo. Ñieàu naøy ñöôïc cho laø do söï taêng khaû naêng hoøa tan cuûa SC-CO2 bôûi vieäc taêng maät ñoä phaân töû trong doøng dung moâi CO2 sieâu tôùi haïn. Khi aùp suaát trích ly treân 200bar ôû nhieät ñoä 70oC, hôn 90% caffeine vaø treân 60% EGCG ñöôïc taùch [28]. AÛnh höôûng cuûa thôøi gian trích ly ñeán quaù trình khöû caffeine: thôøi gian trích ly taêng thì hieäu suaát khöû caffeine cuõng taêng theo. Nhöng ñi chung vôùi vaán ñeà ñoù laø tyû leä catechin bò trích ly khoûi laù cheø cuõng taêng theo. Hình 18: AÛnh höôûng cuûa thôøi gian trích ly ñeán quaù trình khöû caffeine. AÛnh höôûng cuûa chaát ñoàng dung moâi: AÛnh höôûng cuûa nöôùc nhö moät chaát ñoàng dung moâi ñeán hoaït tính hoøa tan cuûa CO2 sieâu tôùi haïn ñaõ ñöôïc nghieân cöùu. ÔÛ ñaây, chaát ñoàng dung moâi ñöôïc hieåu laø chaát theâm vaøo dung moâi chính (CO2 sieâu tôùi haïn) ñeå taïo thaønh moät heä dung moâi nhaèm taêng cöôøng khaû naêng hoøa tan caffeine cuûa CO2 sieâu tôùi haïn. Nhö chuùng ta ñeàu bieát, SCF laø moät chaát khoâng phaân cöïc hay phaân cöïc yeáu neân SCF thöôøng ñöôïc söû duïng trong vieäc trích ly caùc chaát ít hoaëc khoâng phaân cöïc. Do ñoù, khaû naêng hoøa tan cuûa caffeine trong CO2 sieâu tôùi haïn laø raát thaáp. Chính vì vaäy, vieäc boå sung theâm chaát phaân cöïc vaøo SC-CO2 nhö moät chaát ñoàng dung moâi ñeå taêng ñoä phaân cöïc cuûa SC-CO2 vaø taïo thaønh moät hoãn hôïp goàm SC-CO2 vaø chaát ñoàng dung moâi. Hoãn hôïp naøy ñöôïc söû duïng ñeå trích caffeine töø laù cheø. Trong ñoù, nöôùc vaø ethanol (95% v/v) ñöôïc ñaùnh giaù laø caùc ñoàng dung moâi toát maø khoâng aûnh höôûng ñeán ñoä an toaøn thöïc phaåm [27]. Khi taêng haøm löôïng nöôùc trong heä dung moâi thì caû thaønh phaàn caffeine vaø catechin trong laù cheø cuoái cuøng ñeàu giaûm. Keát quaû naøy cho thaáy raèng: vieäc taêng ñoä phaân cöïc cuûa SC-CO2 ñaõ thuùc ñaåy quaù trình trích ly caffeine vaø catechin khoûi laù cheø [27]. Baûng 116: AÛnh höôûng cuûa chaát ñoàng dung moâi ñeán quaù trình khöû caffeine [27]: Chaát ñoàng dung moâi (g/100g CO2) Thaønh phaàn dòch trích mg/g laù cheø xanh khoâ mg/kg toång löôïng CO2 söû duïng Caffeine EGCG EGC ECG EC Caffeine EGCG EGC ECG EC 1 2 3 4 5 6 7 8 40.2 3.7 6.2 16.9 31.1 28.7 35.0 40.3 143 19.2 46.2 72.1 100 63.1 77.6 90.4 85.6 11.9 37.9 54.1 74.6 55.0 55.4 65.0 26.3 3.4 6.1 11.9 15.7 12.0 15.5 19.1 4.89 1.0 0.6 3.5 5.4 1.7 1.0 2.6 34.8 57.5 157 289 267 326 374 178.3 429.1 669.4 930.6 585.7 720.8 838.8 111 352 502 693 511 514 604 32 57.3 111 146 112 144 177 9.9 5.5 32.5 50.1 16.3 9.3 24.8 AÛnh höôûng cuûa ethanol nhö moät chaát ñoàng dung moâi: cuõng töông töï nhö nöôùc, ethanol laøm taêng ñoä phaân cöïc cuûa SC-CO2 vaø khaû naêng trích ly caffeine cuûa SC-CO2. Tuy nhieân, so vôùi nöôùc thì ethanol cho hieäu quaû trích ly caffeine cao hôn vaø söï toån thaát catechin thì thaáp hôn. Ñieàu naøy ñöôïc cho laø: do ethanol ít phaân cöïc hôn nöôùc neân hoãn hôïp goàm SC-CO2 vaø ethanol thì ít phaân cöïc hôn hoãn hôïp SC-CO2 vaø nöôùc. Vì caffeine ít phaân cöïc hôn catechin neân vôùi hoãn hôïp SC-CO2 vaø ethanol thì coù hieäu quaû trích ly caffeine toát hôn vaø toån thaát catechin thaáp hôn [27]. Beân caïnh ñoù, ñoä hoøa tan cuûa ethanol trong SC-CO2 thì cao hôn so vôùi nöôùc, cho neân ñaõ taêng cöôøng khaû naêng trích ly caffeine cuûa hoãn hôïp SC-CO2 vaø chaát ñoàng dung moâi. Vì vaäy, hoãn hôïp CO2/ethanol ñöôïc xem laø moät heä dung moâi toát cho quaù trình khöû caffeine trong laù cheø xanh [27]. AÛnh höôûng cuûa toác ñoä doøng CO2 ñeán khaû naêng khöû caffeine cuûa CO2 sieâu tôùi haïn: theo caùc keát quaû nghieân cöùu, toång löôïng caffeine vaø catechin ñöôïc taùch khoûi laù cheø taêng khi taêng toác ñoä doøng CO2. Khi taêng toác ñoä doøng laøm cho thôøi gian löu cuûa CO2 trong thieát bò trích ly ngaén vaø deã daøng loâi keùo caùc phaân töû chaát tan theo doøng SC-CO2 [27]. Hôn nöõa, ñeå taêng cöôøng söï trích ly caùc chaát chieát, vieäc söû duïng toác ñoä doøng CO2 quaù nhanh trong thieát bò trích ly laø khoâng theå bôûi söï toàn taïi cuûa lôùp maøng ngoaøi bao quanh laù cheø [27]. Baûng 117: AÛnh höôûng cuûa toác ñoä doøng CO2 ñeán quaù trình khöû caffeine [27]: Ñieàu kieän trích ly Phaàn traêm chaát ñaõ taùch so vôùi thaønh phaàn ban ñaàu (%, w/w) Khaû naêng trích ly cuûa CO2 sieâu tôùi haïn (mg/kg CO2) Toác ñoä doøng CO2 (g/ph) Thôøi gian löu cuûa CO2 (phuùt) Caffeine EGCG EGC ECG EC Caffeine EGCG EGC ECG EC 5.5 8.5 11.5 14.5 12.90 8.34 6.17 4.89 80.1 92.8 95.6 93.2 46.0 64.2 73.6 77.0 67.7 78.2 80.8 86.5 46.0 72.5 79.0 80.9 8.9 24.0 38.1 51.2 475.1 356.4 271.3 209.8 958.4 865.0 732.8 608.1 791.9 591.5 451.7 383.6 179.8 183.4 147.7 119.9 7.7 13.4 15.7 16.8 So vôùi phöông phaùp khöû caffeine baèng dung moâi vaø nöôùc noùng thì phöông phaùp khöû caffeine baèng CO2 sieâu tôùi haïn coù nhöõng öu ñieåm sau: ta coù theå ñieàu khieån ñöôïc khaû naêng hoøa tan cuûa caffeine trong CO2 sieâu tôùi haïn (SCF) baèng caùch ñieàu chænh nhieät ñoä vaø aùp suaát; tính trô cuûa CO2; tính choïn loïc cuûa CO2 ñoái vôùi caffeine cao; ñaûm baûo ñöôïc höông vò cuûa saûn phaåm; taùch dung moâi deã daøng; deã thu hoài caffeine; saûn phaåm coù ñoä tinh khieát cao vaø khoâng gaây ñoäc nhö phöông phaùp duøng dung moâi. Tuy nhieân phöông phaùp naøy toàn taïi khaù nhieàu nhöôïc ñieåm so vôùi caùc phöông phaùp khaùc: aùp suaát vaän haønh khaù cao, giaù thaønh thieát bò cao; ñoä hoøa tan cuûa caffeine trong SCF thaáp vaø löôïng catechin bò toån thaát khaù nhieàu laøm cho phöông phaùp naøy ít ñöôïc söû duïng trong vieäc khöû caffeine trong laù cheø. Vì vaäy caàn phaûi coù nhöõng nghieân cöùu theâm trong töông lai ñeå caûi thieän tính choïn loïc caffeine cuûa quaù trình khöû tröôùc khi phöông phaùp naøy ñöôïc aùp duïng ñoái vôùi laù cheø töôi [28]. Nguyeân lieäu vaø phöông phaùp nghieân cöùu Phöông phaùp nghieân cöùu Muïc ñích nghieân cöùu Nghieân cöùu vieäc khöû caffeine treân laù cheø töôi nguyeân lieäu baèng phöông phaùp Swiss water, trong ñoù, chuùng toâi khaûo saùt 2 quaù trình: Quaù trình khöû caffeine baèng nöôùc baõo hoøa phi caffeine. Quaù trình haáp phuï caffeine töø dòch trích baèng than hoaït tính baõo hoøa chaát khoâ hoøa tan phi caffeine. Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa caùc thoâng soá coâng ngheä ñeán quaù trình khöû caffeine nhö: nhieät ñoä, tyû leä caùi:nöôùc, thôøi gian. Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa caùc thoâng soá coâng ngheä ñeán quaù trình haáp phuï caffeine cuûa than hoaït tính baõo hoøa caùc chaát khoâ hoøa tan phi caffeine. Noäi dung nghieân cöùu Khaûo saùt nguyeân lieäu Muïc ñích: Ñaùnh giaù chaát löôïng cuûa laù cheø töôi vaø möùc ñoä ñoàng nhaát cuûa nguyeân lieäu giöõa caùc laàn mua khaùc nhau. Caùc ñaïi löôïng xaùc ñònh: Xaùc ñònh ñoä aåm, haøm löôïng chaát khoâ hoøa tan, caffeine, haøm löôïng tro, löôïng tro hoøa tan trong nöôùc vaø löôïng tro khoâng hoøa tan trong nöôùc, haøm löôïng polyphenol toång, ñöôøng khöû. Khaûo saùt quaù trình trích ly caffeine baèng phöông phaùp Swiss water Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán quaù trình khöû caffeine: Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa tyû leä cheø:caùi ñeán quaù trình khöû caffeine. Trong ñoù, chuùng toâi theo doõi caùc thoâng soá sau: hieäu suaát khöû caffeine, toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine vaø söï thay ñoåi löôïng polyphenol toång trong laù cheø. Soá nghieäm thöùc: 3 nghieäm thöùc x 3 laàn laëp = 9 thí nghieäm. Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán quaù trình khöû caffeine: Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán quaù trình khöû caffeine. Trong ñoù, chuùng toâi theo doõi caùc thoâng soá sau: hieäu suaát khöû caffeine, toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine vaø söï thay ñoåi löôïng polyphenol toång trong laù cheø. Soá nghieäm thöùc: 3 nghieäm thöùc x 3 laàn laëp = 9 thí nghieäm. Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán quaù trình khöû caffeine: Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa thôøi gian trích ly ñeán quaù trình khöû caffeine. Trong ñoù, chuùng toâi theo doõi caùc thoâng soá sau: hieäu suaát khöû caffeine, toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine vaø söï thay ñoåi löôïng polyphenol toång trong laù cheø. Soá nghieäm thöùc: 6 nghieäm thöùc x 3 laàn laëp = 18 thí nghieäm. Khaûo saùt quaù trình haáp phuï caffeine töø dòch trích caân baèng baèng than hoaït tính baõo hoøa chaát khoâ hoøa tan phi caffeine Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán quaù trình haáp phuï cuûa than hoaït tính: Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä dòch nöôùc ban ñaàu ñeán quaù trình haáp phuï cuûa than hoaït tính baõo hoøa. Trong ñoù, chuùng toâi theo doõi caùc thoâng soá sau: hieäu suaát haáp phuï caffeine cuûa than hoaït tính baõo hoøa, toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine vaø toån thaát löôïng polyphenol toång. Soá nghieäm thöùc: 6 nghieäm thöùc x 3 laàn laëp = 18 thí nghieäm. Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa tyû leä than hoaït tính: Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa tyû leä than hoaït tính ñeán quaù trình haáp phuï cuûa than hoaït tính baõo hoøa. Trong ñoù, chuùng toâi theo doõi caùc thoâng soá sau: hieäu suaát haáp phuï caffeine cuûa quaù trình, toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine vaø toån thaát löôïng polyphenol toång trong dòch cheø sau haáp phuï. Soá nghieäm thöùc: 3 nghieäm thöùc x 3 laàn laëp = 9 thí nghieäm. Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa tyû leä than hoaït tính: Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa thôøi gian ñeán quaù trình haáp phuï cuûa than hoaït tính baõo hoøa. Trong ñoù, chuùng toâi theo doõi caùc thoâng soá sau: hieäu suaát haáp phuï caffeine cuûa quaù trình, toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine vaø toån thaát löôïng polyphenol toång trong dòch cheø sau haáp phuï. Soá nghieäm thöùc: 6 nghieäm thöùc x 3 laàn laëp = 18 thí nghieäm. Nguyeân lieäu Laù cheø nguyeân lieäu Loaïi cheø buùp ñöôïc thu mua töø Laâm Ñoàng. Than hoaït tính Loaïi boät mòn, xuaát xöù Trung Quoác. Hoùa chaát söû duïng Dung dòch acid acetic 99.5%, xuaát xöù: Trung Quoác. FeCl3, daïng boät, xuaát xöù: Trung Quoác. K3Fe(CN)6, daïng boät, xuaát xöù: Trung Quoác. HCl ñaäm ñaëc, xuaát xöù: Trung Quoác. Acid gallic, daïng boät, xuaát xöù: Nhaät. Acid Phosphoric 85%, xuaát xöù: Trung Quoác. NaOH, daïng boät, xuaát xöù: Trung Quoác. Bromothymol blue, daïng boät, xuaát xöù: Trung Quoác. DNS, daïng boät, xuaát xöù: Merck. Formalin, daïng loûng, xuaát xöù: Vieät Nam. Gum arabic, daïng boät, xuaát xöù: Trung Quoác. KNa Tartrat, daïng boät, xuaát xöù: Trung Quoác. Methanol (HPLC), daïng loûng, xuaát xöù: Merck. Phenolphtalein, daïng boät, xuaát xöù: Trung Quoác. Acetonitrile (HPLC), daïng loûng, xuaát xöù: Merck. Acetonitrile, daïng loûng, xuaát xöù: Trung Quoác. KH2PO4, daïng boät, xuaát xöù: Trung Quoác. Caffeine, daïng boät, xuaát xöù: Trung Quoác. Caùc thieát bò duøng trong nghieân cöùu Thieát bò saáy aåm hoàng ngoaïi SCALTEC_Ñöùc. Caân phaân tích 4 soá leû SARTORIUS_Ñöùc, caân phaân tích 1 soá leû. Loø nung LENTON_Anh, boàn ñaùnh sieâu aâm. Maùy phaân tích HPLC, maùy quang phoå so maøu hoàng ngoaïi. Heä thoáng caát nöôùc, heä thoáng loïc nöôùc RO, maùy khuaáy töø khoâng gia nhieät. Quy trình coâng ngheä khöû caffeine Hình 21: Quy trình coâng ngheä khöû caffeine. Quy trình chuaån bò dòch trích caân baèng caùc chaát khoâ hoøa tan trong laù cheø Laù cheø töôi Löïa choïn Naáu Loïc Dòch trích caân baèng SW1 Löôïng cheø/ 100ml nöôùc: 75g/100ml Nhieät ñoä: 90oC Thôøi gian: 20 phuùt Hình 22: Quy trình taïo dòch trích caân baèng chaát khoâ hoøa tan toång (so vôùi thaønh phaàn cuûa chuùng trong laù cheø töôi. Quy trình chuaån bò than hoaït tính baõo hoøa khoâng chöùa caffeine Hình 23: Quy trình taïo than hoaït tính phi caffeine baõo hoøa chaát khoâ hoøa tan. Quy trình chuaån bò dòch trích caân baèng chöùa ít caffeine Hình 24: Quy trình taïo dòch trích phi caffeine coù noàng ñoä caùc chaát khoâ hoøa tan caân baèng vôùi thaønh phaàn cuûa chuùng trong laù cheø töôi. Caùc phöông phaùp phaân tích Xaùc ñònh haøm aåm (xem phuï luïc 1, muïc 1). Xaùc ñònh haøm löôïng tro toång (xem phuï luïc 1, muïc 2). Xaùc ñònh haøm löôïng tro tan vaø khoâng tan trong nöôùc (xem phuï luïc 1, muïc 3). Xaùc ñònh haøm löôïng chaát khoâ hoøa tan (xem phuï luïc 1, muïc 4). Xaùc ñònh haøm löôïng ñöôøng khöû (xem phuï luïc 1, muïc 5). Xaùc ñònh haøm löôïng caffeine (xem phuï luïc 1, muïc 6). Xaùc ñònh haøm löôïng polyphenol toång (xem phuï luïc 1, muïc 7). Phöông phaùp tính toaùn Quaù trình khöû caffeine Hieäu suaát khöû caffeine: Tieán haønh xaùc ñònh löôïng caffeine coù trong nguyeân lieäu laù cheø ban ñaàu ñem khöû; xaùc ñònh löôïng caffeine coù trong nöôùc tröôùc vaø sau khi khöû caffeine. Töø ñoù, ñaùnh giaù hieäu suaát khöû caffeine theo coâng thöùc: Trong ñoù: m2: löôïng caffeine coù trong nöôùc sau quaù trình khöû caffeine (g). m1: löôïng caffeine coù trong nöôùc tröôùc quaù trình khöû caffeine (g). m0: löôïng caffeine coù trong laù cheø töôi ban ñaàu (g). Hk: hieäu suaát khöû caffeine (%). Toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine: Tieán haønh xaùc ñònh löôïng chaát khoâ hoøa tan phi caffeine coù trong nöôùc tröôùc vaø sau quaù trình khöû caffeine (g); xaùc ñònh toång löôïng chaát khoâ hoøa tan phi caffeine coù trong cheø tröôùc khi ñem khöû caffeine (g). Töø ñoù, xaùc ñònh toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine cuûa nguyeân lieäu theo coâng thöùc: Trong ñoù: m2: löôïng chaát khoâ hoøa tan phi caffeine coù trong nöôùc sau quaù trình khöû caffeine (g). m1: löôïng chaát khoâ hoøa tan phi caffeine coù trong nöôùc tröôùc quaù trình khöû caffeine (g). m0: löôïng chaát khoâ hoøa tan phi caffeine coù trong laù cheø töôi ban ñaàu (g). Hck: phaàn traêm toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine (%). Löôïng polyphenol toång bò toån thaát trong quaù trình khöû caffeine: Tieán haønh xaùc ñònh löôïng polyphenol toång coù trong laù cheø tröôùc vaø sau quaù trình khöû. Töø ñoù, xaùc ñònh söï thay ñoåi löôïng polyphenol toång nhö sau: Trong ñoù: m1: löôïng polyphenol toång tính theo acid gallic trong laù cheø tröôùc quaù trình khöû caffeine (g). m2: löôïng polyphenol toång tính theo acid gallic trong laù cheø sau quaù trình khöû caffeine (g). Hp: söï thay ñoåi löôïng polyphenol toång (%). Quaù trình haáp phuï caffeine töø dòch trích caân baèng baèng than hoaït tính baõo hoøa Hieäu suaát haáp phuï caffeine Hhp: tieán haønh xaùc ñònh löôïng caffeine coù trong nöôùc tröôùc vaø sau khi qua than hoaït tính. Töø ñoù, xaùc ñònh hieäu suaát haáp phuï caffeine theo coâng thöùc: Trong ñoù md: löôïng caffeine trong dung dòch tröôùc haáp phuï (g). ms: löôïng caffeine trong dung dòch sau haáp phuï, (g). Hhp: hieäu suaát haáp phuï caffeine cuûa quaù trình (%). Möùc ñoä toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine Httck: Tieán haønh xaùc ñònh löôïng chaát khoâ hoøa tan phi caffeine coù trong nöôùc tröôùc vaø sau qua than hoaït tính. Töø ñoù, xaùc ñònh ñöôïc toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine cuûa quaù trình: Trong ñoù m1: löôïng chaát khoâ hoøa tan phi caffeine trong dung dòch tröôùc haáp phuï (g). m2: löôïng chaát khoâ hoøa tan phi caffeine trong dung dòch sau haáp phuï, (g). Httck: toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine cuûa quaù trình (%). Möùc ñoä toån thaát haøm löôïng polyphenol toång Http: Tieán haønh xaùc ñònh löôïng polyphenol toång coù trong nöôùc tröôùc vaø sau khi qua than hoaït tính. Töø ñoù, xaùc ñònh ñöôïc toån thaát löôïng polyphenol toång cuûa quaù trình: Trong ñoù m1: löôïng polyphenol toång tính theo acid gallic coù trong dung dòch tröôùc haáp phuï, (g). m2: löôïng polyphenol toång tính theo acid gallic coù trong dung dòch sau haáp phuï, (g). Http: möùc ñoä toån thaát haøm löôïng polyphenol toång (%). KEÁT QUAÛ VAØ BAØN LUAÄN Khaûo saùt nguyeân lieäu laù cheø töôi Tieán haønh xaùc ñònh thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa laù cheø töôi ñöôïc thu nhaän ôû hai thôøi ñieåm khaùc nhau. Keát quaû khaûo saùt nhö sau: Baûng 31: Keát quaû khaûo saùt nguyeân lieäu giöõa hai laàn mua khaùc nhau: Chæ tieâu Maãu 1 (ngaøy 14/9/2007) Maãu 2 (ngaøy 23/9/2007) Ñoä aåm (%) 68.55 72.40 Löôïng laù non/cheø nguyeân lieäu (%) 59.28 58.41 Chaát khoâ hoøa tan (tính treân khoái löôïng chaát khoâ) (%) 23.85 39.02 Haøm löôïng tro (tính treân khoái löôïng chaát khoâ) (%) 5.5 5.13 Haøm löôïng tro tan trong nöôùc (tính treân khoái löôïng chaát khoâ) (%) 2.38 2.46 Haøm löôïng tro khoâng tan trong nöôùc (tính treân khoái löôïng chaát khoâ) (%) 3.12 2.67 Haøm löôïng ñöôøng khöû tính theo glucose (tính treân khoái löôïng chaát khoâ) (%) 4.1805 6.419 Haøm löôïng polyphenol toång tính theo acid gallic (tính treân khoái löôïng chaát khoâ) (%) 16.5 19.99 Haøm löôïng caffeine (tính treân chaát khoâ) (%) 2.54 2.935 Döïa vaøo baûng 3.1, ta thaáy: Thaønh phaàn caùc chaát trong laù cheø töôi naèm trong caùc giaù trò cuûa lí thuyeát. Tuy nhieân, nguyeân lieäu cung caáp cho thí nghieäm laø khoâng oån ñònh vaø tyû leä caùc thaønh phaàn hoùa hoïc trong nguyeân lieäu dao ñoäng khaù cao. Nguyeân nhaân laø do: Thöù nhaát: thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa laù cheø phuï thuoäc vaøo khaù nhieàu yeáu toá nhö: gioáng, thôøi tieát, ñieàu kieän canh taùc, vò trí laù..... Maø ôû Vieät Nam, ñieàu kieän canh taùc, gioáng vaø thôøi tieát laø khoâng oån ñònh, ñaëc bieät laø trong thôøi ñieåm möa baõo. Thöù hai: do vaán ñeà vaän chuyeån keùo daøi laøm toån thaát aåm, söï phaùt trieån cuûa vi sinh vaät vaø saâu haïi laøm cho thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa cheø noùi chung vaø haøm löôïng polyphenol toång noùi rieâng thay ñoåi. Nhö vaäy, vôùi nguoàn nguyeân lieäu khoâng oån ñònh nhö vaäy, chuùng toâi tieán haønh xaùc ñònh laïi haøm löôïng caùc thaønh phaàn trong nguyeân lieäu sau moãi laàn thí nghieäm. Thöïc hieän thí nghieäm theo töøng meû vaø laáy maãu theo nguyeân taéc chung cuûa TCVN nhaèm taïo ra moät maãu chung ñoàng nhaát taïi moät thôøi ñieåm nhaát ñònh. Töø maãu chung ñoù, ta xem thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa caùc laù cheø laø nhö nhau. Laáy maãu theo nguyeân taéc ngaãu nhieân trong maãu chung ñoù cho caùc phaân tích cuûa thí nghieäm. Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán quaù trình khöû caffeine Trong thí nghieäm naøy, chuùng toâi tieán haønh quaù trình khöû caffeine ôû 90oC, trong thôøi gian 5 phuùt vaø thay ñoåi tyû leä cheø:nöôùc ôû caùc tyû leä khaùc nhau ñeå ñaùnh giaù aûnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán hieäu suaát khöû caffeine, ñoä toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine, söï thay ñoåi löôïng polyphenol trong nguyeân lieäu sau khöû caffeine. Chuùng toâi tieán haønh thí nghieäm vôùi caùc tyû leä cheø:nöôùc laø: 3.75, 5.0, 6.25g treân 100ml nöôùc. Keát quaû thu ñöôïc nhö sau: Hieäu suaát khöû caffeine Keát quaû thu ñöôïc veà aûnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán hieäu suaát khöû caffeine ñöôïc theå hieän ôû baûng 3-2 Baûng 32: Hieäu suaát khöû caffeine ôû caùc tyû leä cheø/ nöôùc khaùc nhau. Maãu Khoái löôïng maãu Tæ leä caùi:nöôùc Hieäu suaát khöû caffeine (%) 1 3.75 1:26 72.3568 ± 1.8107 2 5.00 1:20 73.3226 ± 3.9742 3 6.25 1:16 63.7010 ± 3.6948 Hình 31: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán hieäu suaát khöû caffeine. Theo keát quaû treân, ta thaáy aûnh höôûng cuûa tyû leä cô chaát:dung moâi (trong khoaûng 3.75 ñeán 6.25g/100ml nöôùc) ñeán hieäu suaát khöû caffeine laø khoâng lôùn. Hieäu suaát khöû caffeine dao ñoäng trong khoaûng 63 – 73% khi tyû leä cheø: nöôùc dao ñoäng töø 3.75 ñeán 6.25g cheø/100ml nöôùc. Khi löôïng cheø/100ml nöôùc taêng thì hieäu suaát khöû caffeine coù xu höôùng giaûm. Ñieàu naøy ñöôïc giaûi thích nhö sau: khi löôïng cheø nguyeân lieäu/100ml nöôùc taêng thì vôùi cuøng moät löôïng nöôùc coù noàng ñoä caùc chaát khoâ ban ñaàu nhö nhau, noàng ñoä caân baèng cuûa caùc chaát khoâ hoøa tan laø nhö nhau thì trong thôøi gian ñaàu cuûa quaù trình khöû caffeine vieäc trích ly caffeine trong caùc maãu laø nhö nhau. Khi caffeine ñöôïc trích ly khoûi laù cheø vaø tan vaøo nöôùc laøm cho noàng ñoä caffeine trong nöôùc taêng. Vôùi löôïng cheø/100ml nöôùc cao thì noàng ñoä caffeine trong nöôùc taêng nhanh hôn vaø nhanh ñaït ñeán noàng ñoä caân baèng vôùi noàng ñoä caffeine trong laù cheø, do cuøng moät thôøi ñieåm caffeine ñöôïc trích ly nhieàu hôn. Do ñoù, vieäc trích ly caffeine vôùi löôïng cheø lôùn hôn bò ngaên caûn ôû nhöõng thôøi gian sau. Ñieàu naøy laøm cho toác ñoä trích ly caffeine töø laù cheø giaûm vaø laøm cho hieäu suaát trích ly thaáp hôn. Hay noùi khaùc ñi, khi tyû leä cheø:dung moâi taêng thì löôïng caffeine trong nguyeân lieäu taêng, toác ñoä trích ly taêng vaø heä nhanh ñi vaøo traïng thaùi caân baèng. Do ñoù, hieäu suaát khöû caffeine giaûm. Theo ñoà thò ta thaáy, hieäu suaát khöû caffeine trong laù cheø töôi ñaït giaù trò cao nhaát khi löôïng cheø/100ml nöôùc dao ñoäng trong khoaûng 3.75 – 5.0g/100ml nöôùc. Toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine Keát quaû thu ñöôïc veà aûnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan ñöôïc theå hieän ôû baûng 3-3, 3-4. Baûng 33: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø/nöôùc ñeán tieâu hao chaát khoâ hoøa tan toång. Maãu Khoái löôïng cheø/ 100ml nöôùc (g) Tæ leä caùi:nöôùc Tieâu hao chaát khoâ hoøa tan (%) (chöa tröø caffeine) 1 3.7607 1:26 4.7957 ± 2.0071 2 4.9767 1:20 4.8501 ± 1.4161 3 6.2529 1:16 4.6883 ± 0.8897 Baûng 34: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø/ nöôùc ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine. Maãu Khoái löôïng cheø/ 100ml nöôùc (g) Tæ leä caùi:nöôùc Toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine (%) 1 3.7607 1:26 2.0040 ± 1.9798 2 4.9767 1:20 2.0030 ± 1.5671 3 6.2529 1:16 2.2346 ± 1.0534 Hình 32: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine. Theo keát quaû baûng 3.3, 3.4 vaø hình 3.2, ta thaáy toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine cuûa quaù trình laø thaáp, dao ñoäng khoaûng 2%. So vôùi phöông phaùp khöû caffeine baèng nöôùc noùng thì ñaây laø moät öu ñieåm cuûa phöông phaùp Swiss water. Nguyeân nhaân laø do dòch nöôùc khöû caffeine baèng phöông phaùp Swiss water laø nöôùc coù noàng ñoä caùc chaát khoâ hoøa tan phi caffeine caân baèng vôùi dòch trong laù cheø. Ñieàu naøy laøm cho ñoäng löïc cuûa quaù trình trích ly thaáp vaø khoâng coøn khaû naêng trích ly theâm caùc chaát khoâ hoøa tan nöõa. Theo lyù thuyeát thì toån thaát caùc chaát khoâ hoøa tan phi caffeine phaûi gaàn nhö baèng 0. Tuy nhieân, keát quaû vaãn cho thaáy coù moät löôïng nhoû caùc chaát khoâ hoøa tan bò toån thaát trong quaù trình khöû caffeine. Nguyeân nhaân cuûa ñieàu naøy laø do trong quaù trình chuaån bò dòch trích caân baèng theo hình 2.2, 2.3, 2.4, vieäc röûa giaûi than hoaït tính ñaõ baõo hoøa chaát khoâ hoøa tan baèng acid acetic 1% tuy cho hieäu suaát röûa giaûi caffeine cao vaø ñoä tinh khieát cuûa doøng röûa cao (khoaûng 80 – 90% caffeine) nhöng vaãn röûa giaûi moät phaàn caùc chaát khoâ hoøa tan. Ñaây laø moät sai soá baét buoäc cuûa quaù trình. Do ñoù, doøng trích caân baèng taát caû caùc chaát khoâ hoøa tan ban ñaàu khi cho qua than hoaït tính baõo hoøa chaát khoâ hoøa tan phi caffeine vaãn bò haáp phuï moät phaàn caùc chaát khoâ hoøa tan phi caffeine. Neân doøng nöôùc cheø thu ñöôïc khoâng coù noàng ñoä caùc chaát khoâ hoøa tan phi caffeine caân baèng vôùi dòch trong laù cheø. Do ñoù, trong quaù trình khöû caffeine vaãn coù moät phaàn caùc chaát khoâ hoøa tan phi caffeine töø laù cheø hoøa tan vaøo nöôùc. Moät nguyeân nhaân khaùc coù theå aûnh höôûng ñeán söï toån thaát naøy laø do trong quaù trình khöû caffeine, döôùi taùc duïng cuûa nhieät caùc phaân töû chaát tan bò thuûy phaân vaø oxi hoùa taïo thaønh caùc phaân töû chaát tan khaùc laøm cho noàng ñoä caân baèng cuûa caùc chaát tan giaûm. Ñieàu naøy coù theå laøm cho söï caân baèng noàng ñoä chaát tan giöõa dòch nöôùc vaø dòch baøo thay ñoåi, vaø caùc chaát chieát trong laù cheø ñöôïc hoøa tan theâm vaøo trong dòch nöôùc . Theo hình 3-2 ta thaáy, toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine haàu nhö khoâng thay ñoåi khi löôïng cheø/100ml nöôùc ñem khöû taêng töø 3.75g leân 6.25g. Haøm löôïng polyphenol toång cuûa laù cheø sau khöû caffeine Keát quaû thu ñöôïc veà aûnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán haøm löôïng polyphenol toång cuûa laù cheø sau khöû caffeine ñöôïc theå hieän ôû baûng 3-5. Baûng 35: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø/ nöôùc ñeán haøm löôïng polyphenol toång cuûa laù cheø sau khöû caffeine. Maãu Löôïng cheø/100ml nöôùc (g/ml nöôùc) Tæ leä caùi:nöôùc Haøm löôïng polyphenol trong maãu (tính theo g acid gallic treân 100g chaát khoâ) Nguyeân lieäu ban ñaàu 14.305 1 3.75 1:26 15.7361 ± 0.058 2 5.00 1:20 16.1590 ± 0.285 3 6.25 1:16 17.6150 ± 0.348 Hình 33: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø:nöôùc ñeán haøm löôïng polyphenol toång cuûa laù cheø. Baûng 36: AÛnh höôûng cuûa tyû leä cheø/nöôùc ñeán söï thay ñoåi haøm löôïng polyphenol toång cuûa laù cheø sau khöû. Maãu Löôïng cheø/100ml nöôùc (g/ml nöôùc) Tæ leä caùi:nöôùc Söï thay ñoåi polyphenol toång (%) 1 3.75 1:26 10.0003 ± 0.405 2 5.00 1:20 9.6207 ± 1.99 3 6.25 1:16 19.9093 ± 2.435 Hình 34: AÛnh höôøng cuûa tyû leä cheø/nöôùc ñeán söï thay ñoåi polyphenol toång cuûa laù cheø. Theo hình 3-3, 3-4 ta thaáy, sau thôøi gian khöû 5 phuùt thì haøm löôïng polyphenol toång trong laù cheø ñeàu taêng so vôùi nguyeân lieäu ban ñaàu. Haøm löôïng polyphenol toång trong laù cheø taêng khoaûng 10 ñeán 20% so vôùi nguyeân lieäu ban ñaàu. Ñieàu naøy coù theå giaûi thích do hai nguyeân nhaân. Thöù nhaát laø do quaù trình khöû caffeine ôû ñaây baèng phöông phaùp Swiss water, dòch nöôùc ñem khöû caffeine laø dòch nöôùc caân baèng polyphenol toång. Luùc ñaàu khi môùi cho laù vaøo dòch nöôùc, ñoä aåm cuûa laù cheø taêng leân. Do nöôùc baùm vaøo beà maët laù laø nöôùc chöùa nhieàu polyphenol neân haøm löôïng polyphenol toång tính theo khoái löôïng chaát khoâ cuûa laù taêng leân (theo soá lieäu, ta thaáy sau quaù trình khöû caffeine, ñoä aåm cuûa nguyeân lieäu taêng leân khoaûng 8 – 10%). Nguyeân nhaân thöù hai cuûa vieäc taêng leân naøy coù theå laø do quaù trình ñaõ trích ly moät löôïng lôùn caffeine coù trong laù cheø vaø laøm tieâu hao moät löôïng chaát khoâ hoøa tan phi caffeine, trong khi ñoù, do caáu truùc phaân töû cuûa caùc polyphenol noùi chung vaø caùc catechin noùi rieâng lôùn hôn so vôùi caffeine vaø ñoä hoøa tan trong nöôùc cuûa catechin thaáp hôn caffeine neân haàu nhö polyphenol trong laù cheø ít bò trích ly. Do ñoù, khi tính treân khoái löôïng chaát khoâ thì haøm löôïng cuûa polyphenol toång trong laù cheø sau khi caffeine taêng nheï. Theo hình 3-3 ta thaáy, haøm löôïng polyphenol toång tính theo acid gallic treân khoái löôïng chaát khoâ trong laù cheø sau khöû taêng khi löôïng cheø/100ml taêng töø 3.75 - 5g leân 6.25g. Ñieàu naøy coù theå ñöôïc giaûi thích nhö sau: khi löôïng cheø ñem khöû taêng (tyû leä cheø/100ml nöôùc taêng leân) thì haøm löôïng polyphenol toång trong nguyeân lieäu taêng. Polyphenol ñöôïc trích ly nhieàu hôn vaø heä nhanh ñaït traïng thaùi caân baèng. Do ñoù, tính treân moät ñôn vò khoái löôïng cheø thì löôïng polyphenol bò trích ly thaáp hôn. Nhö vaäy, haøm löôïng polyphenol toång trong laù cheø sau khöû seõ taêng khi tyû leä cheø:nöôùc taêng. Keát luaän Theo caùc ñoà thò treân ta thaáy, khi löôïng cheø/100ml nöôùc trong quaù trình khöû dao ñoäng töø 3.75 – 5g thì hieäu suaát khöû caffeine ñaït cao nhaát laø 72 – 73%, toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine laø 2% vaø haøm löôïng polyphenol toång tính theo khoái löôïng chaát khoâ trong laù cheø sau khöû taêng khoaûng 9.3 – 9.6%. Quaù trình khöû caffeine coù muïc ñích laø ñaït hieäu suaát khöû caffeine laø cao nhaát, toån thaát caùc chaát khoâ hoøa tan vaø polyphenol toång laø thaáp nhaát. Neân, chuùng toâi choïn löôïng cheø/100ml nöôùc laø 3.75g cho caùc khaûo saùt tieáp theo. Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán quaù trình khöû caffeine Trong thí nghieäm naøy chuùng toâi tieán haønh quaù trình khöû caffeine vôùi tyû leä cheø:nöôùc laø 3.75g/100ml nöôùc, trong thôøi gian 5 phuùt vaø thay ñoåi nhieät ñoä ôû caùc giaù trò khaùc nhau ñeå ñaùnh giaù aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán hieäu suaát khöû caffeine, ñoä toån thaát chaát khoâ hoøa tan phi caffeine, söï thay ñoåi löôïng polyphenol trong nguyeân lieäu sau khöû caffeine. Trong thí nghieäm naøy, chuùng toâi tieán haønh ôû caùc nhieät ñoä: 80oC, 90oC, 100oC. Keát quaû thu ñöôïc nhö sau: Hieäu suaát khöû caffeine Keát quaû thu ñöôïc veà aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán hieäu suaát khöû caffeine ñöôïc theå hieän ôû baûng 3-7. Baûng 37: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán hieäu suaát khöû caffeine. Maãu Nhieät ñoä khöû (oC) Hieäu suaát khöû caffeine (%) 1 80 66.5530 ± 6.22 2 90 75.5793 ± 4.023 3 100 69.8910 ± 3.13 Hình 35: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán hieäu suaát khöû caffeine. Theo soá lieäu treân, ta thaáy aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán khöû caffeine laø khoâng lôùn: hieäu suaát khöû caffeine dao ñ