Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ trích ly thu nhận dầu hạt chè (Camellia sinensis) nhằm ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:203

Thêm vào BST

Báo xấu

49
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xác định được hàm lượng, thành phần và hoạt tính sinh học của dầu hạt chè của một số giống chè tại một số địa phương khác nhau. Xây dựng được quy trình công nghệ thu nhận dầu từ hạt chè cho hiệu suất thu nhận dầu cao, đảm bảo chất lượng dùng cho thực phẩm, đồng thời có hoạt tính kháng oxy hoá cao. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ trích ly thu nhận dầu hạt chè (Camellia sinensis) nhằm ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHAN THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TRÍCH LY THU NHẬN DẦU HẠT CHÈ (Camellia sinensis) NHẰM ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hà Nội – 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHAN THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TRÍCH LY THU NHẬN DẦU HẠT CHÈ (Camellia sinensis) NHẰM ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Ngành : Công nghệ thực phẩm Mã số : 9540101 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. VŨ HỒNG SƠN 2. GS.TS. HOÀNG ĐÌNH HOÀ Hà Nội – 2021
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Vũ Hồng Sơn và GS.TS. Hoàng Đình Hoà. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc các tác giả khác công bố. TM. Tập thể giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận án TS. Vũ Hồng Sơn Phan Thị Phƣơng Thảo i
LỜI CẢM ƠN Bốn năm đƣợc nghiên cứu, học tập tại Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội là một khoảng thời gian đầy thử thách, khó khăn nhƣng cũng thật nhiều trải nghiệm đáng giá, thú vị, giúp tôi trƣởng thành hơn rất nhiều cả về mặt học thuật lẫn những kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu khoa học. Tôi tin rằng nếu nhƣ không có sự hỗ trợ của một số tổ chức và cá nhân, tôi sẽ không thể hoàn thành nghiên cứu này. Tôi biết ơn tất cả những ngƣời đã luôn giúp đỡ tôi hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, các nhà khoa học, cán bộ, chuyên viên của Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã rất nhiệt tình hỗ trợ, hƣớng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt 4 năm thực hiện luận án. Tôi xin đặc biệt cảm ơn tập thể Ban Lãnh đạo Viện Công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm, các thầy cô giáo đã giảng dạy, hƣớng dẫn, giúp đỡ, động viên khuyến khích tôi trong từng bƣớc của quá trình học tập, nghiên cứu; đặc biệt cảm ơn các anh chị trong Phòng Đào tạo đã hƣớng dẫn tận tình, chi tiết, hỗ trợ có hiệu quả cho tôi trong các thủ tục trong toàn bộ quá trình học tập, nghiên cứu tại trƣờng. Tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn vô cùng sâu sắc đến tập thế thầy hƣớng dẫn, TS. Vũ Hồng Sơn, GS.TS. Hoàng Đình Hoà, những ngƣời Thầy tâm huyết đã tận tình hƣớng dẫn, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian trao đổi và định hƣớng cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Xin đƣợc cảm ơn chị Đỗ Thị Kim Ngọc và các anh chị công tác tại Bộ môn Công nghệ sau thu hoạch, Viện Khoa học kỹ thuật Nông Lâm Nghiệp miền núi phía Bắc, những ngƣời đã giúp tôi nhiều thông tin tổng quan đáng quý và hỗ trợ trong việc thu thập nguyên liệu cho đề tài. Tôi đã may mắn nhận đƣợc sự định hƣớng, đƣợc chia sẻ các ý tƣởng đáng giá trong nghiên cứu và đƣợc tạo điều kiện trong việc phân tích một số kết quả của đề tài từ GS.TS. Yvan Larondell, Trƣởng Khoa Kỹ thuật khoa học sinh học, Viện Khoa học đời sống, Trƣờng Đại học Louvain-la-Neuve, Vƣơng quốc Bỉ; GS.TS. Marie-Louis Scippo, Trƣởng Phòng thí nghiệm phân tích thực phẩm, Trƣởng khoa Công nghệ thực phẩm, Trƣờng Đại học Liege, Vƣơng quốc Bỉ; PGS.TS. Utai Klingkesorn, Khoa Công nghệ thực phẩm, Trƣờng Đại học Kasetsart, Thái Lan... Xin đƣợc tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. Trần Thị Thu Hằng, TS. Giang Trung Khoa, các thầy cô giáo và các em sinh viên của Khoa Công nghệ thực phẩm, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, những ngƣời đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho tôi rất nhiều trong việc xây dựng kế hoạch và triển khai nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Hội đồng xét duyệt đề cƣơng, Hội đồng chuyên đề, Hội đồng Seminar bộ môn, Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp cơ sở về những nhận xét và ý kiến đóng góp quí báu, có giá trị để giúp tôi hoàn thiện luận án của mình. ii
Cuối cùng, xin đƣợc gửi lời cảm ơn ấm áp đến Ba Mẹ, gia đình, ngƣời thân, những ngƣời đã luôn luôn ở bên cạnh, ủng hộ và hỗ trợ tôi cả về vật chất, tinh thần, thời gian, sức khoẻ… để tôi có thể hoàn thành đƣợc luận án này. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2021 Nghiên cứu sinh Phan Thị Phƣơng Thảo iii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ii MỤC LỤC ............................................................................................................................ iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................................vii DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................ ix DANH MỤC HÌNH .............................................................................................................. xi MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................... 1 2. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................................... 3 3. Mục tiêu của luận án ..................................................................................................... 3 4. Nội dung của luận án..................................................................................................... 3 5. Những đóng góp mới của luận án ................................................................................. 4 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ................................................................... 4 6.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................... 5 6.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................... 5 7. Cấu trúc của luận án ...................................................................................................... 5 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN................................................................................................ 6 1.1. Tổng quan về cây chè................................................................................................. 6 1.1.1. Giới thiệu chung về cây chè ............................................................................... 6 1.1.2. Một số vùng trồng chè ở Việt Nam .................................................................... 6 1.1.3. Các giống chè ở nƣớc ta ..................................................................................... 7 1.2. Tổng quan về hạt chè ............................................................................................... 10 1.2.1. Đặc điểm hình thái của hạt chè ........................................................................ 10 1.2.2. Thành phần hóa học hạt chè ............................................................................. 11 1.3. Giới thiệu về dầu hạt chè ......................................................................................... 11 1.3.1. Giới thiệu dầu hạt chè....................................................................................... 11 1.3.2. Thành phần axít béo và chống oxy hóa của dầu hạt chè .................................. 12 1.4. Một số phƣơng pháp thu nhận dầu từ hạt ................................................................. 16 1.4.1. Tách chiết dầu bằng phƣơng pháp ép ............................................................... 16 1.4.2. Tách chiết dầu bằng phƣơng pháp trích ly ....................................................... 16 1.5. Quá trình oxy hóa dầu .............................................................................................. 23 1.5.1. Cơ chế oxy hóa dầu .......................................................................................... 23 1.5.2. Các yếu tố ảnh hƣởng tới sự oxy hóa dầu ....................................................... 25 1.5.3. Một số chỉ tiêu chất lƣợng dầu thực vật ........................................................... 27 iv
1.6. Các chất chống oxy hoá sử dụng trong bảo quản dầu .............................................. 28 1.6.1. BHA.................................................................................................................. 28 1.6.2. BHT .................................................................................................................. 30 1.6.3. D-α-tocopherol (vitamin E) .............................................................................. 31 1.6.4. Hợp chất polyphenol ........................................................................................ 32 1.6.5. Hàm lƣợng quy định một số chất bảo quản ...................................................... 33 1.7. Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về dầu hạt chè .......................................... 33 1.7.1. Một số nghiên cứu về phƣơng pháp tách chiết dầu hạt chè ............................. 33 1.7.2. Các nghiên cứu về thành phần của dầu hạt chè. ............................................... 35 1.7.3. Ứng dụng của dầu hạt chè ................................................................................ 39 Tổng kết chƣơng 1 ............................................................................................................. 41 CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 42 2.1. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị .............................................................................. 42 2.1.1. Nguyên liệu ...................................................................................................... 42 2.1.2. Hóa chất ............................................................................................................ 42 2.1.3. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ......................................................................... 42 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 43 2.2.1. Phƣơng pháp công nghệ ................................................................................... 43 2.2.2. Phƣơng pháp bố trí thí ngiệm ........................................................................... 45 2.2.3. Phƣơng pháp phân tích ..................................................................................... 52 2.2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu ................................................................................ 64 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................... 66 3.1. Khảo sát nguyên liệu hạt chè ................................................................................... 66 3.1.1. Đánh giá chất lƣợng hạt chè ............................................................................. 66 3.1.2. Đánh giá chất lƣợng dầu hạt chè ở các giống, địa phƣơng .............................. 71 3.2. Đánh giá ảnh hƣởng của dung môi trích ly đến chất lƣợng dầu .............................. 77 3.2.1. Ảnh hƣởng của dung môi trích ly tới hàm lƣợng dầu và một số chỉ tiêu hóa học của dầu hạt chè ............................................................................... 77 3.2.2. Ảnh hƣởng của dung môi tới khả năng kháng oxy hóa của dầu hạt chè .......... 79 3.2.3. Ảnh hƣởng của dung môi tới hàm lƣợng axít béo trong dầu hạt chè ............... 82 3.3. Nghiên cứu công nghệ khai thác dầu từ hạt chè ...................................................... 84 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ tới quá trình trích ly dầu hạt chè.................................................................................................... 84 3.3.2. Tối ƣu hóa quá trình thu nhận dầu hạt chè cho hiệu suất và hoạt tính chống oxy hóa cao ...................................................................................... 101 3.3.3. Kiểm định chất lƣợng dầu hạt chè thu đƣợc ở điều kiện trích ly tối ƣu ......... 117 Dầu hạt chè sản phẩm của đề tài .............................................................................. 117 v
3.4. Nghiên cứu khả năng ứng dụng dầu hạt chè trong công nghệ thực phẩm ............. 119 3.4.1. Nghiên cứu độ bền oxy hóa của dầu hạt chè .................................................. 119 3.4.2. Kết quả đánh giá tác dụng bảo quản của dầu hạt chè đối với một số dầu có giá trị...................................................................................................... 122 3.4.3. Kết quả đánh giá khả năng bảo quản dầu hạt lanh khi phối trộn với dầu hạt chè so sánh với một số chất bảo quản tự nhiên .................................... 137 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .............................................................................................. 139 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................ 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 142 vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ Chú giải cái viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AOAC Association of Official Hiệp hội các nhà hoá phân tích chính Analytical Chemists thống AOCS American Oil Chemists' Hiệp hội hóa dầu Mỹ Society AV Acid value Trị số axít BHA Butylated Hydroxyanisole Butylated Hydroxyanisole BHT Butylated Hydroxy Toluene Butylated Hydroxy Toluene ck Chất khô CFU Colony Forming Unit Đơn vị hình thành khuẩn lạc DCM Diclometan Diclometan DPPH 1,1-diphenyl-2- 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl picrylhydrazyl DM/NL Trích ly có hỗ trợ của siêu âm EtOAC Etyl acetat Etyl acetat EtOH Ethanol FAME Fatty Axít Methyl Ester Metyl este của axít béo FID Flame Ioniation Detector Đầu dò ion hóa ngọn lửa GAE Gallic axit equivalents Tƣơng đƣơng axít Galic GC Gas Chromatography Hệ thống sắc kí khí GTE Green Tea Extract Chất chiết từ chè xanh HCA Hierarchical cluser analysis Phân tích theo nhóm HDL High density lipoprotein Lipoprotein tỷ trọng cao HPLC High Performance Liquid Sắc ký lỏng hiệu năng cao Chromatography Hx Hexan Hexan IC50 Nồng độ mẫu ức chế đƣợc 50% gốc tự do DPPH IV Iod value Trị số iốt LSO Linseed oil Dầu hạt lanh LDL Low density lipoprotein Dung môi/nguyên liệu Lipoprotein tỷ trọng thấp KPH Không phát hiện Meq Miliequivalent Mili đƣơng lƣợng Most probable number Chỉ số ƣớc tính nồng độ vi sinh vật khả MPN thi MUFA Mono Unsaturated Fatty Axit Axít béo không bão hòa một nối đôi PNO Peanut oil Dầu lạc vii
ppm part per million Đơn vị đo phần triệu PUFA Poly Unsaturated Fatty Axit Axít béo chƣa bão hòa đa nối đôi PV Peroxit value Trị số peroxit RSO Rape seed oil Dầu hạt cải SBO Soy Bean oil Dầu đậu nành SFA Saturated Fatty Axit Axít béo bão hòa SFO Sunflower oil Dầu hƣớng dƣơng SV Saponificaton value Trị số xà phòng hoá TBHQ Supercritical fluid extraction TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TE Trolox equivalent Tƣơng đƣơng Trolox TPC Total Polyphenol Content Hàm lƣợng polyphenol tổng số TSO Tea Seed Oil Dầu hạt chè TSTBNM-M Tổng số bào tử nấm men, nấm mốc UFA Unsaturated Fatty Axit Axít béo không bão hòa Principal Component PCA Phân tích theo thành phần chính Analysis SFE Tertiary butylhydroquinone Phân tích thành phần chính UE Ultrasonic extraction Chiết xuất siêu tới hạn WNO Walnut oil Dầu óc chó viii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học của hạt chè ......................................................................11 Bảng 1.2. Một số thành phần axít béo của dầu hạt chè ở Lâm Đồng thu nhận bằng phƣơng pháp trích ly và ép nguội ....................................................................12 Bảng 1.3. Hàm lƣợng các thành phần trong vitamin E của dầu hạt chè ..........................14 Bảng 1.4. Hàm lƣợng các thành phần trong hợp chất phenolic của dầu hạt chè..............15 Bảng 1.5. Giới hạn trị số axit và peroxit của dầu thực vật ...............................................27 Bảng 1.6. Chỉ tiêu hóa lý của một số dầu thực vật ...........................................................28 Bảng 1.7. Hàm lƣợng quy định các chất bảo quản ...........................................................33 Bảng 1.8. Thành phần axít béo của dầu hạt chè, dầu hƣớng dƣơng và dầu ôliu ..............35 Bảng 1.9. Các thành phần của dầu thu đƣợc từ một số phƣơng pháp tách chiết..............36 Bảng 1.10. Thành phần axít béo khi trích ly bằng phƣơng pháp soxhlet và siêu tới hạn ..............................................................................................................36 Bảng 1.11. Một số chỉ tiêu của dầu hạt chè tại Kenya từ các giống chè khác nhau và so với một số loại dầu khác..............................................................................37 Bảng 1.12. Thành phần axít béo trong dầu từ hạt chè của một số giống chè tại Kenya ...............................................................................................................38 Bảng 2.1. Địa điểm/giống thu thập nguyên liệu hạt chè ..................................................47 Bảng 2.2. Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của một số yếu tố công nghệ đến hiệu suất và chất lƣợng dầu hạt chè .................................................................48 Bảng 2.3. Bố trí thí nghiệm đánh giá khả khả năng ứng dụng dầu hạt chè làm chất bảo quản tự nhiên trong bảo quản một số loại dầu chất lƣợng cao..................51 Bảng 2.4. Bố trí thí nghiệm đánh giá khả khả năng bảo quản dầu hạt lanh (LSO) khi phối trộn với dầu hạt chè và so sánh với một số chất bảo quản tự nhiên ............................................................................................................52 Bảng 2.5. Dãy điểm chuẩn axit gallic ..............................................................................59 Bảng 3.1. Thành phần cơ lý của hạt chè ở một số giống, địa phƣơng .............................67 Bảng 3.2. Thành phần hóa học trong hạt chè ở một số giống, địa phƣơng ......................68 Bảng 3.3. Chất lƣợng của dầu hạt chè ở một số giống, địa phƣơng.................................72 Bảng 3.4. Thành phần axít béo trong dầu hạt chè tại một số địa phƣơng (% tổng hàm lƣợng axít béo) .........................................................................................74 Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của các loại dung môi tới hàm lƣợng dầu và chất lƣợng hóa lý của dầu hạt chè............................................................................................78 Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của dung môi tới khả năng kháng oxy hóa của dầu hạt chè .........80 Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của kích thƣớc nguyên liệu đến hiệu suất trích ly và chất lƣợng dầu hạt chè .............................................................................................85 Bảng 3.8. Ảnh hƣởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu suất trích ly và chất lƣợng dầu hạt chè ..............................................................................................................88 ix
Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hiệu suất trích ly và chất lƣợng dầu hạt chè .............................................................................................91 Bảng 3.10. Ảnh hƣởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly và chất lƣợng dầu hạt chè ..............................................................................................................94 Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của tốc độ lắc đến hiệu suất trích ly và chất lƣợng dầu hạt chè ..............................................................................................................97 Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của số lần trích ly đến hiệu suất trích ly và chất lƣợng dầu hạt chè ..............................................................................................................99 Bảng 3.13. Nhân tố và các mức độ bố trí theo mô hình Box Behken ..............................101 Bảng 3.14. Ma trận yếu tố mã hóa thí nghiệm Box-Behnken 3 yếu tố ............................102 Bảng 3.15. Mô hình thí nghiệm quá trình trích ly dầu hạt chè.........................................102 Bảng 3.16. Kết quả phân tích hồi quy của hiệu suất trích ly dầu hạt chè ........................103 Bảng 3.17. Kết quả phân tích hồi quy của chỉ số IC50 ....................................................105 Bảng 3.18. Kết quả phân tích hồi quy của hàm lƣợng polyphenol tổng số .....................108 Bảng 3.19. Kết quả phân tích hồi quy của hàm lƣợng carotenoit ....................................111 Bảng 3.20. Kết quả các chỉ tiêu kháng oxy hóa của dầu theo điều kiện tối ƣu ................115 Bảng 3.21. Một số chỉ tiêu chất lƣợng của dầu hạt chè....................................................118 Bảng 3.22. Thành phần axít béo của dầu hạt chè .............................................................119 Bảng 3.23. Sự thay đổi các chỉ tiêu của TSO trong quá trình bảo quản ..........................120 Bảng 3.24. Sự thay đổi mùi, độ trong dầu qua quá trình bảo quản ..................................125 Bảng 3.25. Sự biến động PV qua các ngày bảo quản của một số dầu..............................127 Bảng 3.26. Sự biến động p-AV của một số dầu qua các ngày bảo quản .........................133 x
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Công thức cấu tạo của catechin .........................................................................14 Hình 1.2. Công thức cấu tạo BHA ....................................................................................29 Hình 1.3. Công thức cấu tạo của BHT ..............................................................................30 Hình 1.4. Công thức cấu tạo của D-α-tocopherol .............................................................31 Hình 2.1. Hệ thống cô quay 20L .......................................................................................43 Hình 2.2. Hệ thống cô quay bình 2L .................................................................................43 Hình 2.3. Sơ đồ chung quy trình trích ly dầu của luận án .................................................44 Hình 2.4. Sơ đồ nghiên cứu ...............................................................................................46 Hình 2.5. Đƣờng chuẩn axit galic .....................................................................................60 Hình 3.1. Hình chiếu các mẫu hạt chè và thành phần cơ lý trên mặt phẳng chiếu thứ nhất ....................................................................................................................70 Hình 3.2. Phân nhóm hạt chè dựa trên thành phần cơ lý...................................................70 Hình 3.3. Kết quả đánh giá chất lƣợng dầu hạt chè ở các giống địa phƣơng theo phƣơng pháp PCA trên mặt phẳng chiếu thứ nhất ............................................75 Hình 3.4. Phân nhóm dầu hạt chè dựa trên các tính chất hoá học .....................................76 Hình 3.5. Kết quả đánh giá ảnh hƣởng của các dung môi tới chất lƣợng TSO theo phƣơng pháp PCA .............................................................................................81 Hình 3.6. Phân nhóm TSO trích ly từ các dung môi khác nhau theo tính chất hoá lý .....82 Hình 3.7. Ảnh hƣởng của các dung môi tới hàm lƣợng axít béo trong dầu hạt chè.........83 Hình 3.8. Ảnh hƣởng của các yếu tố nghiên cứu đến hiệu suất trích ly TSO .................104 Hình 3.9. Bề mặt đáp ứng của hàm mục tiêu hiệu suất trích ly TSO ..............................104 Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của các yếu tố nghiên cứu đến chỉ số IC50 ..106 Hình 3.11. Bề mặt đáp ứng của hàm mục tiêu chỉ số IC50 ...............................................107 Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của các yếu tố nghiên cứu đến hàm lƣợng TPC..................................................................................................................109 Hình 3.13. Bề mặt đáp ứng của hàm mục tiêu hàm lƣợng TPC........................................110 Hình 3.14. Ảnh hƣởng của các yếu tố nghiên cứu đến hàm lƣợng carotenoit ..................112 Hình 3.15. Bề mặt đáp ứng của hàm mục tiêu hàm lƣợng carotenoit ...............................113 Hình 3.16. Mức độ đáp ứng sự mong đợi của các thông số công nghệ và các hàm mục tiêu ...........................................................................................................113 Hình 3.17. Kết quả tối ƣu hóa của mô hình ......................................................................114 Hình 3.18. Bề mặt đáp ứng của hàm mong đợi D .............................................................115 Hình 3.19. Sơ đồ quy trình tối ƣu trích ly dầu hạt chè ......................................................116 Hình 3.20. Một số hình ảnh dầu hạt chè sản phẩm của đề tài ...........................................117 Hình 3.21. Dầu hạt chè qua 3, 6, 9, 12 ngày bảo quản ở 60ºC ..........................................120 Hình 3.22. Sự thay đổi màu sắc dầu hạt chè qua quá trình bảo quản ................................123 Hình 3.23. Sự biến đổi của giá trị Dienes ở các dầu qua 12 ngày bảo quản .....................130 Hình 3.24. Sự biến đổi của trị số Triens ở các dầu qua 12 ngày bảo quản .......................131 xi
Hình 3.25. Sự biến đổi của giá trị totox ở các dầu qua 12 ngày bảo quản ........................136 Hình 3.26. Biến đổi trị số PV của dầu hạt lanh khi phối trộn với một số chất kháng oxy hoá tự nhiên trong quá trình bảo quản ......................................................137 Hình 3.27. Biến đổi trị số p-AV của dầu hạt lanh khi phối trộn với một số chất kháng oxy hoá tự nhiên và dầu hạt chè trong quá trình bảo quản ..............................138 xii
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ở nƣớc ta, chè đƣợc trồng với diện tích và sản lƣợng lớn. Theo Tổng cục thống kê, tính đến hết năm 2019, Việt Nam có diện tích và sản lƣợng chè đứng thứ 5 nhƣng năng suất lại đứng hàng thứ 3 trong tổng số 50 quốc gia sản xuất chè trên thế giới. Đến nay, nƣớc ta có 34 tỉnh, thành phố trồng chè với tổng diện tích 123 nghìn ha chè, năng suất đạt gần 95 tạ/ha, cao hơn năm 2018 là 4,4 tạ/ha, sản lƣợng đạt 1,02 triệu tấn chè búp tƣơi. Khối lƣợng xuất khẩu đạt 136 nghìn tấn, giá trị đạt 235 triệu USD. Những năm qua, chè là cây đƣợc sản xuất khá bền vững, góp phần tích cực giảm nghèo cho nhân dân miền núi, đặc biệt ở một số vùng sản xuất chè đặc sản, là cây làm giàu cho nhân dân [2]. Tuy nhiên, ngoài sản phẩm chính của cây chè đƣợc chế biến từ lá chè và chồi, còn một lƣợng không nhỏ hạt chè, phụ phẩm có giá trị của cây chè chƣa đƣợc quan tâm nghiên cứu khai thác và tận dụng. Hạt chè chứa một lƣợng đáng kể dầu thực vật (khoảng 14 – 32%). Thành phần của dầu hạt chè gồm các axít béo: oleic 71,82%; palmitic 11,85%; linoleic 9,58%; stearic 4,08%; linolenic 0,62%... [4]. Với thành phần chủ yếu là các axit không no omega 3, 6 và 9 nên dầu hạt chè có chất lƣợng tốt và đƣợc đánh giá tƣơng đƣơng với chất lƣợng dầu ô liu. Hiện tại, ở nƣớc ta hạt chè mới đƣợc sử dụng với lƣợng nhỏ để sản xuất cây giống, lƣợng lớn hạt còn lại hầu nhƣ chƣa đƣợc sử dụng. Trong khi đó, hạt chè và dầu hạt chè có nhiều công dụng vì có chứa các chất kháng oxy hóa, chất kháng khuẩn, cho nên dầu hạt chè ngoài công dụng làm dầu ăn còn dùng là nguyên liệu trong chế biến dƣợc phẩm và mỹ phẩm [5, 6, 7, 8]. Vì vậy, việc đánh giá chất lƣợng cũng nhƣ hoạt tính sinh học trong hạt và trong dầu hạt chè sẽ làm cơ sở khai thác ứng dụng loại hạt và dầu này trong y học và đời sống nhằm tận dụng nguồn phụ phẩm của ngành sản xuất chè để tạo ra sản phẩm hữu ích, tạo thêm việc làm, tăng thu nhập cho hộ nông dân trồng chè đồng thời nâng cao giá trị kinh tế của cây chè. Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu tập trung khảo sát về khả năng kháng oxy hoá trong dầu hạt chè ở các giống chè khác nhau. Những nghiên cứu này chỉ ra rằng, cũng giống nhƣ lá chè xanh (Camellia sinensis), trong dầu hạt chè có chứa thành 1
phần nhóm chất có hoạt tính sinh học thuộc về nhóm phenolic, trong đó chủ yếu là các hợp chất catechine, β- caroten và vitamin E [9]. Dầu hạt chè có màu vàng, lỏng và trong suốt có thể là do sự hiện diện của nhóm chất màu carotenoit [11]. β- Caroten đƣợc coi là một thành phần dinh dƣỡng quan trọng và sự có mặt của nó trong các thực phẩm khác nhau về nguồn gốc thực vật, các mô sinh học và các loại thực phẩm là cần thiết, đặc biệt là do vai trò của nó nhƣ một chất kháng oxy hoá mạnh mẽ, chất bảo vệ chống lại bệnh ung thƣ và là tiền thân của vitamin A [12]. Ngoài ra, một số nghiên cứu mới cho thấy dầu hạt chè có độ bền oxy hoá cao do có hàm lƣợng axít béo đa nối đôi linolenic và linoleic thấp, đặc biệt nhờ sự có mặt của polyphenol và vitamin E (các chất kháng oxy hoá) có tác dụng lớn trong việc giúp dầu hạt chè ít bị oxy hóa [10]. Ngày nay, dầu thực vật là thực phẩm không thể thiếu trong các bữa ăn hàng ngày ở Việt Nam cũng nhƣ trên thế giới. Dầu thực vật có thể đƣợc chiết xuất từ hạt hay các bộ phận chứa dầu của thực vật, nhƣng hạt là nguyên liệu chứa dầu nhiều hơn cả. Từ tiềm năng phát triển đó, rất nhiều hạt chứa dầu đƣợc nghiên cứu trên thế giới và sử dụng nhƣ: hạt hƣớng dƣơng, hạt sacha inchi, đậu nành… Điểm chung của các loại hạt này là đều có hàm lƣợng dầu, hàm lƣợng các axít béo không bão hoà cao, tốt cho sức khoẻ ngƣời tiêu dùng [13]. Đặc biệt là hạt sacha inchi, hạt hƣớng dƣơng không chỉ có hàm lƣợng lipit cao trong đó chủ yếu là các axít béo không bão hòa nhƣ omega 3, omega 6 và omega 9 mà còn chứa một hàm lƣợng protein không nhỏ với nhiều loại axít amin cần thiết cho cơ thể [14]. Tuy nhiên, độ bền của các loại dầu này rất thấp, dễ bị oxy hóa. Để ổn định chất lƣợng dầu, ngƣời sản xuất cần phải sử dụng các chất bảo quản tổng hợp nhƣ BHT, BHA…, có thể gây hại sức khỏe ngƣời tiêu dùng nếu dùng liên tục trong thời gian dài [15]. Việc sử dụng chất bảo quản không an toàn đã và đang là vấn đề mà cả nhân loại cần giải quyết vì trong một số trƣờng hợp có thể ảnh hƣởng lớn đến sức khỏe con ngƣời và giá trị kinh tế sản phẩm bị giảm đi đáng kể. Do vậy, những thực phẩm không sử sụng chất bảo quản hoặc chất bảo quản có nguồn gốc tự nhiên luôn là lựa chọn ƣu tiên. Từ đó, chúng tôi đã có ý tƣởng nghiên cứu phối trộn thêm một lƣợng nhỏ dầu hạt chè vào một số loại dầu thực vật có chất lƣợng tốt nhƣng lại dễ bị oxy hoá nhằm kéo dài thời gian bảo quản dầu và bảo vệ sức khỏe ngƣời tiêu dùng. Hiện nay, trên 2
thế giới đã có một số nghiên cứu về lĩnh vực này. Năm 2004, Sahari và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu thử nghiệm sử dụng dầu hạt chè để tăng thời gian bảo quản dầu hƣớng dƣơng và dầu ô liu bằng cách phối trộn 5% và 10% dầu hạt chè vào hai loại dầu này rồi bảo quản ở điều kiện nhiệt độ cao (60°C) trong khoảng thời gian 10-15 ngày. Kết quả cho thấy việc bổ sung 5 - 10% dầu hạt chè đã có thể kéo dài đáng kể thời gian bảo quản của dầu hƣớng dƣơng. Trên cơ sở đánh giá tổng quan các nghiên cứu về thành phần hóa học, giá trị sinh học của dầu hạt chè và sản lƣợng hạt chè tại Việt Nam nhƣ nêu trên, chúng tôi thấy việc nghiên cứu khai thác dầu từ hạt chè là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Do đó, chúng tôi đề xuất đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ trích ly thu nhận dầu hạt chè (Camellia sinensis) nhằm ứng dụng trong công nghệ thực phẩm”. 2. Đối tƣợng nghiên cứu Hạt chè của các giống Trung du, Shan, PH1, LDP1 đƣợc thu hái từ các vùng trồng: Phú Thọ, Tuyên Quang, Thái Nguyên, Yên Bái, Lào Cai, Nghệ An, Quảng Trị từ tháng 10-12 năm 2017, 2018. 3. Mục tiêu của luận án - Xác định đƣợc hàm lƣợng, thành phần và hoạt tính sinh học của dầu hạt chè của một số giống chè tại một số địa phƣơng khác nhau. - Xây dựng đƣợc quy trình công nghệ thu nhận dầu từ hạt chè cho hiệu suất thu nhận dầu cao, đảm bảo chất lƣợng dùng cho thực phẩm, đồng thời có hoạt tính kháng oxy hoá cao. - Đánh giá đƣợc khả năng ứng dụng dầu hạt chè trong công nghệ thực phẩm. 4. Nội dung của luận án Nội dung 1. Khảo sát đặc tính nguyên liệu hạt và dầu hạt chè ở một số giống và vùng trồng chè - Thu thập hạt chè của 4 giống phổ biến: Trung du, Shan, PH1, LDP1 ở các địa phƣơng; - Nghiên cứu đặc tính cơ lý và thành phần hóa học của hạt chè; - Xác định hàm lƣợng và chất lƣợng hóa học của dầu hạt chè của một số giống chè và vùng trồng chè; 3
- Đánh giá khả năng kháng oxy hóa thông qua một số chỉ tiêu: polyphenol tổng số, tổng hàm lƣợng tocopherol, carotenoit và khả năng bắt gốc tự do DPPH có trong các mẫu dầu hạt chè; - Nghiên cứu thành phần axít béo có trong dầu hạt chè của một số mẫu dầu hạt chè. Kết quả cần đạt được ở nội dung 1: - Thông tin về sản lƣợng, khả năng thu hái và tính kinh tế của hạt chè nguyên liệu. - Số liệu về hàm lƣợng, chất lƣợng (cảm quan, hóa lý) và khả năng kháng oxy hóa của các mẫu dầu hạt chè. Nội dung 2. Nghiên cứu quy trình công nghệ trích ly thu nhận dầu hạt chè - Nghiên cứu lựa chọn dung môi trích ly; - Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của các tham số công nghệ quy trình trích ly dầu hạt chè; - Tối ƣu hóa quá trình thu nhận dầu hạt chè. Kết quả cần đạt được ở nội dung 2: đề xuất đƣợc quy trình công nghệ tối ƣu thu nhận dầu từ hạt chè cho hiệu suất thu nhận và chất lƣợng dầu tốt. Nội dung 3. Nghiên cứu khả năng ứng dụng dầu hạt chè trong công nghệ thực phẩm - Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng dầu hạt chè nhƣ một chất bảo quản dầu thực vật. - Nghiên cứu phát triển sản phẩm dầu thực vật có giá trị dinh dƣỡng và độ bền oxy hóa cao trên nền dầu hạt chè. Kết quả cần đạt được ở nội dung 3: Đánh giá tiềm năng sử dụng dầu hạt chè nhƣ một chất bảo quản tự nhiên cho dầu thực vật. 5. Những đóng góp mới của luận án Các đóng góp mới của luận án nhƣ sau: - Luận án là công trình đầu tiên của Việt Nam nghiên cứu đầy đủ về hàm lƣợng và thành phần các axít béo, các thành phần kháng oxi hoá (catechine, tocopherol, carotenoit…) trong dầu hạt chè của một số giống chè và vùng trồng chè ở Việt Nam. - Luận án đã xây dựng đƣợc quy trình công nghệ trích ly dầu từ hạt chè cho hiệu suất thu nhận dầu cao, sản phẩm dầu có chất lƣợng đảm bảo dùng trong thực phẩm và có hàm lƣợng các chất kháng oxy hoá cao. 4
- Luận án đã đánh giá đƣợc khả năng kháng oxy hoá tự nhiên của dầu hạt chè khi bổ sung dầu hạt chè vào một số loại dầu thực vật, nhằm hạn chế sự oxy hoá dầu trong quá trình bảo quản, thay thế các sản phẩm chất bảo quản tổng hợp. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 6.1. Ý nghĩa khoa học - Các phân tích đánh giá góp phần xây dựng đƣợc bộ dữ liệu khoa học tƣơng đối toàn diện về hàm lƣợng chất béo và thành phần axít béo trong hạt chè của 4 giống chè (Shan, Trung du, PH1, LDP1) đƣợc trồng ở các vùng chè lớn ở Việt Nam. Kết quả nghiên cứu là nguồn tƣ liệu hữu ích cho công tác đào tạo, nghiên cứu và khai thác hạt chè tại các vùng nguyên liệu. - Quy trình công nghệ trích ly dầu hạt chè là cơ sở khoa học cho lĩnh vực khai thác và phát triển cây chè ở Việt Nam. - Các đánh giá về khả năng bổ sung dầu hạt chè để bảo quản dầu giá trị cao là nguồn tƣ liệu hữu ích cho công tác đào tạo, nghiên cứu bảo quản dầu thực vật. - Tổng quan tài liệu, phƣơng pháp nghiên cứu và kết quả nghiên cứu của luận án là nguồn tƣ liệu có giá trị cho các nhà khoa học và sinh viên tham khảo. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn - Các kết quả của luận án về công nghệ thu nhận, chất lƣợng sản phẩm dầu và khả năng kháng oxy hoá tự nhiên của dầu hạt chè đã chứng minh đƣợc giá trị dinh dƣỡng và sinh học của dầu hạt chè. Đây là cơ sở cần thiết cho việc xây dựng kế hoạch, chiến lƣợc tận dụng nguồn phụ phẩm của ngành sản xuất chè để tạo ra sản phẩm hữu ích nhằm tăng thêm nguồn thu nhập cho các hộ trồng chè, mang lại lợi ích về kinh tế, xã hội cho đất nƣớc nói chung và đặc biệt cho sự phát triển kinh tế ở vùng núi phía Bắc nói riêng. - Sản phẩm dầu hạt chè là một loại dầu ăn chất lƣợng cao, góp phần làm phong phú thị trƣờng dầu hạt và phát triển ngành dầu thực vật tại Việt Nam. 7. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 140 trang với 42 bảng số liệu, 37 hình sơ đồ với 112 tài liệu tham khảo. Kết cấu của luận án gồm: mở đầu 5 trang, tổng quan 35 trang, nguyên vật liệu và phƣơng pháp nghiên cứu 23 trang, kết quả và thảo luận 70 trang, kết luận 2 trang, danh mục công trình công bố 1 trang, tài liệu tham khảo 8 trang, phụ lục 53 trang. 5
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về cây chè 1.1.1. Giới thiệu chung về cây chè Cây chè xanh nằm trong hệ thống phân loại thực vật nhƣ sau: Phân giới thực vật - Tracheobionta; Liên ngành hạt - Spermatophyta; Ngành - Magnoliophyta; Lớp song tử diệp – Dicotyledonae - Magnoliopsida; Bộ chè Theales - Dilleniide; Họ chè - Theaceae; Chi chè - Camellia L (Thea); Loài - Camellia sinensis (L.) Kuntze [18]. Cây chè đƣợc trồng ở khoảng 30 quốc gia trên toàn thế giới [16], phát triển tốt nhất ở các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới với lƣợng mƣa đầy đủ, thoát nƣớc tốt và đất hơi chua [17]. Cây chè đƣợc trồng rải rác ở hầu hết các tỉnh trung du và miền núi của Việt Nam, cung cấp việc làm cho hơn 400.000 nông dân, đóng góp lớn vào quá trình phát triển nông thôn và giảm bớt đói nghèo [2]. Năm 2019, Việt Nam là nƣớc có diện tích và sản lƣợng chè đứng thứ 5 và xuất khẩu chè lớn thứ 3 trên thế giới với 123.400 ha diện tích trồng chè và hơn 500 cơ sở sản xuất chế biến, công suất đạt trên 500.000 tấn chè khô mỗi năm, sản lƣợng 1025.2 nghìn tấn [1]. Số liệu của Cục Chế biến và phát triển thị trƣờng nông sản (Bộ NN&PTNT) cho biết khối lƣợng xuất khẩu chè tháng 9 năm 2020 ƣớc đạt 13.000 tấn với giá trị đạt 22 triệu USD, đƣa khối lƣợng và giá trị xuất khẩu chè 9 tháng đầu năm 2020 đạt 98.000 tấn và 157 triệu USD, tăng 3,5% về khối lƣợng nhƣng giảm 5% về giá trị so với cùng kì năm 2019 [2]. 1.1.2. Một số vùng trồng chè ở Việt Nam 1.1.2.1. Vùng chè Tây Bắc Chè trồng tập trung ở Sơn La, Lai Châu. Các tỉnh ở vùng chè Tây Bắc có địa hình vùng sâu, vùng xa. Giống chè chủ yếu là giống Shan. Tại Sơn La: gồm 3 tiểu vùng Mai Sơn, Mộc Châu, Phù Yên với diện tích là 4471 ha. Vùng chè Shan của Công ty chè Mộc Châu có năng suất cao nhất Việt Nam, đạt từ 18 - 20 tấn/ha. Tại tỉnh Lai Châu với 2 tiểu vùng Phong Thổ, Tam Đƣờng: diện tích khoảng 4270 ha. Trồng chủ yếu ở độ cao từ 500 - 1000m, có năng suất 16 tấn/ha. 1.1.2.2. Vùng chè Việt Bắc - Hoàng Liên Sơn Gồm các tỉnh Tuyên Quang, Hà Giang, Lào Cai, Cao Bằng, Bắc Cạn và phía 6