Nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen giàu gama-aminobutyric axit (GABA) bằng kỹ thuật lên men từ một số giống chè Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

NGUYỄN VIỆT TẤN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHÈ ĐEN
GIÀU GAMA AMINOBUTYRIC ACID BẰNG KỸ THUẬT
LÊN MEN TỪ MỘT SỐ GIỐNG CHÈ VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 10/2022


MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan ................................................................................................. i
Lời cảm ơn ................................................................................................... ii
Mục lục ........................................................................................................ iii
Danh mục chữ viết tắt ............................................................................... viii
Danh mục các bảng .................................................................................... xii
Danh mục các hình ..................................................................................... xv
MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...................................................... 7
1.1. Tổng quan về cây chè, thành phần, hoạt tính sinh học và sản phẩm .... 7
1.1.1. Giới thiệu chung về cây chè ........................................................... 7
1.1.2. Thành phần hóa học của chè tươi .................................................. 8
1.1.3. Hoạt tính sinh học và tác dụng của chè đối với sức khỏe ............ 11

1.1.4. Các sản phẩm chè và sự khác biệt về cơng nghệ và tính chất ..... 13
1.2. Tổng quan về gama-aminobutyric axit (GABA) ................................ 15
1.2.1. Giới thiệu chung về GABA.......................................................... 15
1.2.2. Hóa học, phân bố trong tự nhiên và sự chuyển hóa của GABA .. 16
1.2.3. Vai trò và ứng dụng của GABA................................................... 18
1.2.4. Sản xuất và sản phẩm GABA thương mại ................................... 21
1.2.5. Tình trạng pháp lý của GABA và liều lượng sử dụng ................. 22
1.3. Chế biến chè giàu GABA bằng lên men vi sinh vật ........................... 24
1.3.1. Thực phẩm giàu GABA bằng lên men vi sinh vật ....................... 24
1.3.2. Chè lên men bằng vi sinh vật ....................................................... 27
1.3.3. Chè giàu GABA bằng lên men vi sinh vật................................... 30
1.4. Chế biến chè giàu GABA bằng lên men yếm khí ............................... 32
1.4.1. Sự chuyển hóa GABA trong thực vật và trong lá chè ................. 32
1.4.2. Cơng nghệ lên men yếm khí và đặc điểm chè giàu GABA ......... 33
iii


1.4.3. Lợi ích của chè giàu GABA ......................................................... 37
1.5. Một số nghiên cứu thực phẩm và chè giàu GABA ở Việt Nam ......... 38
1.5.1. Thực phẩm giàu GABA bằng lên men vi sinh vật ....................... 38
1.5.2. Thực phẩm giàu GABA từ hạt nảy mầm ..................................... 39
1.5.3. Chế biến chè lên men và chè giàu GABA ở Việt Nam ............... 40
1.6. Kết luận từ tổng quan và giả thuyết nghiên cứu ................................. 41
1.6.1. Những kết luận rút ra từ tổng quan .............................................. 41
1.6.2. Những định hướng và giả thuyết nghiên cứu của luận án ........... 43
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............ 45
2.1. Nguyên vật liệu và thiết bị nghiên cứu ............................................... 45
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................. 45
2.1.2. Hóa chất và mơi trường ni cấy vi sinh vật ............................... 45
2.1.3. Thiết bị phân tích và thiết bị công nghệ....................................... 47

2.2. Kỹ thuật công nghệ để nghiên cứu chế biến chè ................................ 47
2.2.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ để nghiên cứu lên men chè ............... 47
2.2.2. Kỹ thuật làm héo, vò và sấy chè .................................................. 47
2.2.3. Kỹ thuật tạo mơi trường yếm khí ................................................. 48
2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm............................................................ 49
2.3.1. Các thí nghiệm lựa chọn chủng giống vi sinh vật và chè thích
hợp .......................................................................................................... 49
2.3.2. Các thí nghiệm xác định tác dụng của lên men yếm khí ............. 51
2.3.3. Các thí nghiệm xác định tác dụng của lên men yếm khí kết hợp lên
men bằng lactic ...................................................................................... 53
2.3.4. Các thử nghiệm hồn thiện cơng nghệ và sản xuất quy mơ pilot 53
2.3.5. Thí nghiệm bảo quản chè đen giàu GABA .................................. 53
2.4. Phương pháp phân tích ........................................................................ 53
2.4.1. Phương pháp phân tích hàm lượng GABA .................................. 53
2.4.2. Phương pháp xác định enzym glutamate decarboxylase ............. 55
iv


2.4.3. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng chè..................... 55
2.5. Phương pháp xử lý số liệu................................................................... 55
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................ 57
3.1. Nghiên cứu lựa chọn vi khuẩn lactic và nguyên liệu chè thích hợp cho
sản xuất chè giàu GABA bằng phương pháp lên men ............................... 57
3.1.1. Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp enzym
glutamate decarboxylase cao ................................................................. 57
3.1.2. Thẩm định đặc điểm hình thái và phân loại 4 chủng vi khuẩn
lactic........................................................................................................ 58
3.1.3. Thử nghiệm khả năng lên men tạo GABA trên lá chè................. 63
3.1.4. Xác định chế độ công nghệ sản xuất sinh khối vi khuẩn lactic để
lên men chè giàu GABA ........................................................................ 64

3.1.5. Tối ưu hóa q trình ni cấy vi khuẩn lactic ............................. 72
3.1.6. Phân tích các chỉ số chất lượng một số giống chè ở Việt Nam ... 77
3.1.8. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3.1 ............................. 83
3.2. Tác dụng của lên men yếm khí tới hiệu quả tích lũy GABA và chất
lượng chè đen giàu GABA ......................................................................... 83
3.2.1. Thăm dò khả năng tích lũy GABA do q trình lên men yếm
khí ........................................................................................................... 83
3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng q trình lên men yếm
khí ........................................................................................................... 84
3.2.3. Tối ưu hóa q trình lên men yếm khí ......................................... 86
3.2.4. So sánh chất lượng của chè đen lên men yếm khí với chè đen được
sản xuất theo quy trình truyền thống...................................................... 89
3.2.5. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3.2 ............................. 90
3.3. Tác dụng của lên men yếm khí kết hợp lên men bằng vi khuẩn lactic tới
hiệu quả tích lũy GABA và chất lượng chè đen giàu GABA .................... 91

v


3.3.1. Xác định khoảng thay đổi có ý nghĩa cơng nghệ của các yếu tố ảnh
hưởng đến lên men yếm khí có sử dụng chế phẩm vi khuẩn lactic ....... 91
3.3.2. Tối ưu hóa q trình lên men yếm khí kết hợp lên men lactic .... 95
3.3.3. So sánh chất lượng chè đen bán thành phẩm từ 2 phương án lên
men yếm khí khơng và có sử dụng chế phẩm vi khuẩn ......................... 97
3.3.4. Tối ưu hóa lên men yếm khí chè đen bằng phương pháp thang điểm
có sử dụng hệ số quan trọng cho các chỉ tiêu chất lượng ...................... 99
3.3.5. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3.3 ........................... 106
3.4. Thực nghiệm sản xuất chè giàu GABA quy mô Pilot ...................... 106
3.4.1. Sản xuất chè ở quy mô pilot 10 kg nguyên liệu/mẻ ................... 106
3.4.2. Hồn thiện quy trình cơng nghệ sản xuất chè đen giàu GABA quy

mô pilot 10 kg nguyên liệu/mẻ ............................................................ 111
3.4.3. Áp dụng quy trình đã hồn thiện để sản xuất chè đen giàu GABA
quy mô pilot với một số giống chè Việt Nam ...................................... 119
3.4.4. Sự biến đổi chất lượng cảm quan của chè đen giàu GABA giống
Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên trong quá trình bảo quản ..................... 121
3.4.5. Tóm tắt kết quả và kết luận nội dung mục 3.4 ........................... 124
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................. 125
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO CỦA LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ ........... 127
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 128
PHỤ LỤC ................................................................................................. 145
PHỤ LỤC 1. ĐỊNH DANH VÀ PHÂN LOẠI CHỦNG VI KHUẨN
LACTIC .................................................................................................... 146
PHỤ LỤC 2. THU HỒI, LÀM KHÔ VÀ BẢO QUẢN SINH KHỐI
CHỦNG GIỐNG ...................................................................................... 150
PHỤ LỤC 3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT SINH KHỐI CHỦNG GIỐNG VI
KHUẨN ................................................................................................... 154
PHỤ LỤC 4. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM VÀ SẢN PHẨM ... 158
vi


vii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AABA

alpha-aminobutyric acid

alpha-aminobutyric axit

ABALDH

4-aminobutyraldehyde

enzy 4-

dehydrogenase

aminobutyraldehyde
dehydrogenaza

BABA

beta-aminobutyric acid

beta-aminobutyric axit

CACA

cis-aminocrotonic acid

cis-aminocrotonic axit

CFSAN

center for food safety and

trung tâm an toàn thực

applied nutrition

phẩm và dinh dưỡng ứng
dụng

CAS

chemical abstract services

dịch vụ tóm tắt hóa chất

CNS

central nervous system

hệ thần kinh trung ương

CFU

colony forming unit

đơn vị hình thành khuẩn lạc

CTC

crushing tearing and curling -

chè đen công nghệ CTC

black tea
OTD

orthodox -black tea

chè đen công nghệ OTD

DAO

diamineoxidase

enzym diamineoxidase

DPPH

1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl

1,1-diphenyl-2picrylhydrazyl

DS

dietary supplements

chất bổ sung dinh dưỡng

DSHEA

dietary supplement health and

đạo luật giáo dục và sức

education act

khỏe bổ sung chế độ dinh
dưỡng

ETC

electron transport chain

chuỗi vận chuyển điện tử

DNA

deoxynucleic acid

deoxynucleic axit

DPPH

1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl

1,1-diphenyl-2picrylhydrazyl

EC

epicatechin

epicatechin

ECG

epicatechin gallate

epicatechin gallat
viii


EGC

epigallocatechin

epigallocatechin

EGCG

epigallocatechin gallate

epigallocatechin gallat

EFSA

european food safety authority

cục an toàn thực phẩm
châu âu

EMA

european medicines agency

cục quản lý thuốc châu âu

EPA

U.S. environmental protection

cục bảo vệ môi trường Mỹ

agency
FDA
FMG

U.S. food and drug

cục quản lý thực phẩm và

administration

dược phẩm Mỹ

fermented milk containing

sữa lên men chứa GABA

GABA
GC

gallocatechin

gallocatechin

GH

immunofunctional growth

hocmon tăng trưởng có

hormone

chức năng miễn dịch

immunoreactive growth

hocmon tăng trưởng có

hormone

hoạt tính miễn dịch

GABA

gamma-aminobutyric acid

gamma-aminobutyric axit

GABA-T

GABA transaminase

enzym GABA

irGH

transaminaza
GAD

glutamate decarboxylase

enzym glutamat
decacboxylaza

GBR

germinated brown rice

gạo lứt nảy mầm

GHB

gamma-hydroxybutyrate

gamma-hydroxybutyrat

GHBDH

GHB dehydrogenase

enzym GHB
dehydrogenaza

GLRs

glutamate receptor-like proteins

protein giống như chất
nhận glutamat

GC

gas chromatography

sắc kí khí

GTE

green tea extract

dịch chiết chè xanh
ix


SSF

solid state fermentation

lên men môi trường rắn

HDL

high-density lipoprotein

lipoprotein tỷ trọng cao

HGH

human growth hormone

hocmon tăng trưởng ở người

HPLC

high performance liquid

sắc kí lỏng hiệu năng cao

chromatography
JECFA

joint FAO/WHO expert

ủy ban chuyên gia

committee on food additives

FAO/WHO hỗn hợp về
phụ gia thực phẩm

LAB

lactic acid bacteria

vi khuẩn lên men axit
lactic

LDH

lactate dehydrogenase

enzym lactat
dehydrogenaza

NIH

national institutes of health

viện sức khỏe quốc gia Mỹ

NHPD

natural and non-prescription

tổng cục quản lý các sản

health products directorate

phẩm sức khỏe tự nhiên
Canada

PCR

polymerase Chaine Reaction

phản ứng chuỗi
polymeraza

PSP

pyridoxal phosphate

pyridoxal phosphat

ppm

part per million

đơn vị một phần triệu

SCN

suprachiasmatic nuclei

tế bào não có nhiệm vụ
phản ứng với các tín hiệu
sáng - tối

SSA

succinic semialdehyde

succinic semialdehid

SSADH

succinic semialdehyde

enzym succinic

dehydrogenase

semialdehyd
dehydrogenaza

TCA

tricarboxylic acid cycle

chu trình axit tricacboxylic
hay chu trình Krebs

x


TCVN

tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam

TGA

therapeutic goods administration cục quản lý hàng hóa trị liệu

TLC

thin layer chromatography

TSTBNM-M

tổng số tế bào nấm mốc - men

TSVKHK

tổng số vi khuẩn hiếu khí

TSVKYK

tổng số vi khuẩn yếm khí

VTCC-B-439

Chủng vi khuẩn Lactobacillus plantarium VTCC-B-439

VTCC-B-411

Chủng vi khuẩn Lactobacillus casei VTCC-B-411

66

Chủng vi khuẩn Lactobacillus brevis 66

67

Chủng vi khuẩn Lactobacillus brevis 67

xi

sắc kí bản mỏng


DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1. Hàm lượng GABA (mg/l00g) của các loại chè khác nhau ........ 34
Bảng 3.1. Các chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh enzym
glutamatedecarboxylase được sàng lọc sơ bộ .......................... 57
Bảng 3.2. Khả năng lên men tạo GABA trên chè của 4 chủng vi khuẩn .. 64
Bảng 3.3. Khả năng sinh trưởng và hàm lượng GABA trong 8 môi trường
nuôi cấy chủng vi khuẩn VTCC-B-439 ................................... 65
Bảng 3.4. Khả năng sinh trưởng và hàm lượng GABA trong 8 môi trường
nuôi cấy chủng vi khuẩn VTCC-B-411 khác nhau.................. 66
Bảng 3.5. Mức độ sinh trưởng và pH môi trường sau nuôi cấy của hai chủng
nghiên cứu ở pH khác nhau ..................................................... 67
Bảng 3.6. Kết quả thực nghiệm theo ma trận............................................. 73
Bảng 3.7. Lược đồ tối ưu hóa thực nghiệm ............................................... 76
Bảng 3.8. Hàm lượng GABA và các chỉ số cảm quan của các mẫu sản phẩm
chè lên men (*)......................................................................... 77
Bảng 3.9. Độ ẩm nguyên liệu các giống chè theo thời gian trong năm
(%)............................................................................................ 78
Bảng 3.10. Hàm lượng chất hòa tan trong nguyên liệu của các giống chè

theo thời gian trong năm (% chất khô) .................................... 79
Bảng 3.11. Hàm lượng tanin trong nguyên liệu của các giống chè theo thời
gian trong năm (% chất khô).................................................... 79
Bảng 3.12. Hàm lượng tổng axit amin trong nguyên liệu của các giống chè
theo thời gian trong năm (%) ................................................... 80
Bảng 3.13. Hàm lượng các axit amin thành phần trong nguyên liệu thu hoạch
vào tháng 6 của các giống chè (% chất khô) ........................... 80
Bảng 3.14. So sánh hàm lượng thành phần trong nguyên liệu của các giống
chè (% chất khô) ...................................................................... 82
xii


Bảng 3.15. Tiêu chuẩn chè nguyên liệu dùng cho sản xuất chè giàu
GABA ...................................................................................... 82
Bảng 3.16. Hàm lượng GABA và các chỉ số chất lượng của bán thành phẩm
chè đen lên men theo 2 phương án .......................................... 84
Bảng 3.17. Ảnh hưởng nhiệt độ lên men yếm khí đến hàm lượng GABA 85
Bảng 3.18. Ảnh hưởng của thời gian lên men yếm khí đến hàm lượng GABA
trong chè................................................................................... 85
Bảng 3.19. Hàm lượng GABA và các chỉ số chất lượng cảm quan của các
mẫu thí nghiệm theo ma trận ................................................... 87
Bảng 3.21. Hàm lượng GABA của 9 mẫu thí nghiệm kiểm định .............. 88
Bảng 3.22. Các chỉ tiêu chất lượng của 2 mẫu chè lên men và kiểm
chứng ........................................................................................ 90
Bảng 3.23. Hàm lượng GABA trong chè đen giống Phúc Vân Tiên lên men
ở những thời gian và nhiệt độ khác nhau ................................. 95
Bảng 3.24. Hàm lượng GABA (mg/100g chè) theo ma trận khuyết 1/2 ... 96
Bảng 3.25. Kết quả thực nghiệm theo ma trận tối ưu hóa ......................... 97
Bảng 3.26. Các chỉ số cảm quan của 2 mẫu chè có chế độ lên men yếm khí
có và khơng sử dụng chế phẩm vi khuẩn lactic ....................... 98

Bảng 3.27. Kết quả phân tích hàm lượng GABA (mg/100g) của 27 mẫu thí
nghiệm.................................................................................... 102
Bảng 3.28. Kết quả phân tích các chỉ số cuối 12 mẫu ............................. 102
Bảng 3.29. Điểm tổng hợp của 3 chỉ tiêu chất lượng chè ........................ 105
Bảng 3.30. Các chỉ số chất lượng của chè đen sản xuất theo QT1, QT2 và
QT3 ........................................................................................ 110
Bảng 3.31. Ảnh hưởng của thời gian héo đến sự biến đổi tính chất của lá
chè .......................................................................................... 113
Bảng 3.32. Ảnh hưởng của thời gian héo nhẹ đến chất lượng của chè GABA
bán thành phẩm ...................................................................... 114

xiii


Bảng 3.34. Ảnh hưởng của thời gian lên men yếm khí đến các chỉ tiêu hóa
lý của chè đen giàu GABA .................................................... 116
Bảng 3.35. Ảnh hưởng của thời gian lên men yếm khí đến các chỉ tiêu cảm
quan của chè đen GABA ....................................................... 118
Bảng 3.36. Các chỉ số cảm quan và hàm lượng GABA (mg/100g) của các
mẫu chè .................................................................................. 120
Bảng 3.37. Sự biến đổi độ ẩm theo thời gian của các mẫu chè được bảo quản
trong bao bì túi chất dẻo PE (B1) .......................................... 121
Bảng 3.38. Sự biến đổi độ ẩm theo thời gian của các mẫu chè được

bảo

quản trong bao bì màng giấy (B2) ......................................... 121
Bảng 3.39. Sự biến đổi độ ẩm theo thời gian của các mẫu chè được

bảo

quản trong bao bì túi phức hợp hút chân khơng (B3) ............ 122
Bảng 3.40. Sự biến đổi chất lượng cảm quan theo thời gian của các mẫu chè
được bảo quản trong bao bì túi chất dẻo PE (B1).................. 123
Bảng 3.41. Sự biến đổi chất lượng cảm quan theo thời gian của các mẫu chè
được bảo quản trong bao bì màng giấy (B2) ......................... 123
Bảng 3.42. Sự biến đổi chất lượng cảm quan theo thời gian của các mẫu chè
được bảo quản trong bao bì túi phức hợp (B3) ...................... 124

xiv


DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

Hình 1.1. Gamma‐aminobutyric axit (GABA, 4‐aminobutyric axit) ........ 16
Hình 1.2. Chu trình chuyển hóa GABA (tổng hợp và phân giải) .............. 17
Hình 1.3. Vai trị của GABA trong động vật, vi sinh vật và thực vật........ 18
Hình 1.4. Các quy trình cơ bản để sản xuất chè GABA bằng lên men yếm
khí............................................................................................. 35
Hình 1.5. Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ sản xuất chè đen GABA dự
kiến ........................................................................................... 44
Hình 2.1. Hai phương án lên men yếm khí sản xuất chè đen giàu GABA 48
Hình 3.1. Hình thái khuẩn lạc (bên trái) và hình thái tế bào (bên phải) của
chủng vi khuẩn lactic VTCC-B-439 (bar 5µm) ....................... 59
Hình 3.2. Hình ảnh khuẩn lạc (bên trái) và hình ảnh tế bào (bên phải) chủng

vi khuẩn lactic VTCC-B-411 (bar 5 µm)................................. 59
Hình 3.3. Hình ảnh khuẩn lạc và hình ảnh tế bào (bên phải) của chủng vi
khuẩn lactic 66 (bar 5µm) ........................................................ 60
Hình 3.4. Hình ảnh khuẩn lạc (trái) và hình ảnh tế bào (phải) của chủng vi
khuẩn lactic 67 (bar 5µm) ........................................................ 60
Hình 3.5. Cây phát sinh chủng loại của 4 chủng nghiên cứu và một số lồi
có quan hệ họ hàng gần thuộc chi Lactobacillus dựa vào trình tự
rRNA 16S................................................................................. 62
Hình 3.6. Mức độ sinh trưởng của vi khuẩn lactic VTCC-B-439 và VTCCB-411 ở các nhiệt độ khác nhau............................................... 67
Hình 3.7. Mức độ sinh trưởng của hai chủng nghiên cứu VTCC-B-439 và
VTCC-B-411 ở các điều kiện cung cấp khí khác nhau ........... 68
Hình 3.8. Mức độ sinh trưởng của 2 chủng nghiên cứu VTCC-B-439 và
VTCC-B-411 ở các tỷ lệ giống khác nhau .............................. 69

xv


Hình 3.9. Mức độ sinh trưởng của hai chủng nghiên cứu VTCC-B-439 và
VTCC-B-411 trên các nguồn nitơ khác nhau .......................... 70
Hình 3.10. Mức độ sinh trưởng của hai chủng nghiên cứu VTCC-B-439 và
VTCC-B-411 trên các nguồn cacbon khác nhau ..................... 71
Hình 3.11. Mật độ tế bào của các chủng nghiên cứu ni cấy trên mơi trường
có tỷ lệ glutamate khác nhau.................................................... 71
Hình 3.12. Hàm lượng GABA ở chè lên men bởi vi khuẩn lactic với các tỷ
lệ giống khác nhau ................................................................... 93
Hình 3.13. Hàm lượng GABA ở chè lên men bởi vi khuẩn lactic với độ ẩm
lên men khác nhau ................................................................... 94
Hình 3.14. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất 3 loại chè đen ............... 107
Hình 3.15. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất chè đen giàu GABA ..... 117

xvi


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu và sản xuất thực phẩm bảo vệ
sức khỏe đã trở thành một lĩnh vực rất triển vọng và nhận được sự quan tâm
đặc biệt từ nhiều doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu. Nhiều hoạt chất sinh học
từ nguồn thực vật, động vật và vi sinh vật đã được tìm hiểu, khai thác để tạo ra
các sản phẩm khơng chỉ có giá trị dinh dưỡng mà cịn có tác dụng hỗ trợ phòng
chống bệnh tật.
Gama-Aminobutyric Axit (GABA) là một trong những hoạt chất sinh học
nói trên. Các nhà khoa học đã phát hiện được vai trò và chức năng sinh lý của
chất này trong điều tiết các chức năng tim mạch và tuần hoàn mạch máu não,
ức chế dẫn truyền thần kinh, tăng cường trí nhớ, làm giảm các rối loạn tâm
trạng và chống mất ngủ [14,22,23,30,39,107].
GABA tồn tại khá phổ biến trong tự nhiên kể cả thực vật, động vật và vi
sinh vật, nhưng phong phú và đáng kể nhất là trong các thực phẩm lên men và
trong một số loại cây trồng, bao gồm cả lá chè xanh [19,21,23,24,28,32]. Cơ
chế hình thành GABA trong thực vật và vi sinh vật lên men đã được phát hiện
và điều kiện môi trường là nguyên nhân làm cho sinh vật tăng cường sinh tổng
hợp GABA [79,83,105]. Đây chính là ý tưởng để nghiên cứu sản xuất ra các
loại sản phẩm giàu GABA từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn thiếu ơ xy
trong q trình ngâm hạt nảy mầm, lên men chìm vi sinh vật trong mơi trường
yếm khí.
Mặc dù GABA đã được tổng hợp bằng con đường hóa học, nhưng có nhiều
hạn chế đáng kể, cho nên những sản phẩm GABA thương mại trên Thế giới
hiện nay chỉ là những sản phẩm của công nghệ lên men vi sinh vật sau khi được
tinh chế để có độ tinh khiết cao [143]. Các sản phẩm GABA thương mại phổ
biến nhất chính là các thực phẩm và đồ uống giàu GABA được con người tạo

1


ra do tác dụng của enzym có mặt trong vi sinh vật lên men hay hệ enzym có
sẵn trong nơng sản thực phẩm [144].
Các sản phẩm chè như chè xanh, chè đen, chè ô long, v.v đều được chế
biến từ lá và búp của cây chè Camellia sinensis. Cây chè được trồng ở nhiều
nước trong đó có Việt Nam và người Việt rất ưa chuộng thưởng thức chè. Hiện
nay Việt Nam chế biến và xuất khẩu chủ yếu là chè đen, trong khi ở trong nước
người dân thích dùng chè xanh hơn. Chè chứa nhiều hợp chất hóa học chẳng
hạn catechin, alkaloid, polysaccharid, axit amin, vitamin, khoáng, tinh dầu.
Trong số đó, axit amin có vai trị đặc biệt quan trọng vì khơng những tạo ra
hương vị của nước chè mà cịn có rất nhiều lợi ích cho sức khỏe
[1,5,9,17,22,23,34,35]. GABA chính là một axit amin tự do 4 carbon được tìm
thấy đáng kể trong lá chè tươi và tất cả các sản phẩm chè [107].
GABA được tạo ra bởi quá trình decarboxy hóa axit L-glutamic được xúc
tác bởi enzym glutamate decarboxylase (GAD). Tất cả các loại chè đều có chứa
GABA với hàm lượng khác nhau và thường ở mức cao hơn một số nông sản
thực phẩm khác, nhưng GABA cao hơn nhiều ở sản phẩm gọi là chè GABA
hay chè Gabaron [107,121,127]. Sản phẩm này do Nhật Bản sản xuất bằng một
kỹ thuật đặc biệt là lên men lá chè tươi trong khí nitơ. Sản phẩm chè này rất dễ
uống như tất cả những sản phẩm chè truyền thống khác, rất có lợi cho sức khỏe
và hồn tồn khơng có tác dụng phụ [121].
Rất gần đây, các nhà khoa học chủ yếu ở Trung Quốc đã phát triển kỹ thuật
tạo chè GABA bằng phương pháp lên men vi sinh vật. Nếu như các chủng nấm
mốc Aspergillus là chủ đạo trong lên men sản xuất chè lên men Phổ Nhĩ thì các
nhà khoa học Trung Quốc cho biết các chủng vi khuẩn Lactobacillus lên men
lactic có khả năng sinh trưởng, sinh tổng hợp GABA trên chè
[92,93,94,100,106,141]. Nhiều nghiên cứu sản xuất chè và nước chè giàu

GABA theo hướng này với cơ chất bổ sung natri glutamat (SMG) đã được tiến

2


hành, tạo ra một xu hướng rất mới để làm tăng hàm lượng GABA trong chè
[78,79,80,100].
Tại Việt Nam, trong thời gian qua đã có một số nghiên cứu và sản xuất
thực phẩm giàu GABA như hạt nảy mầm, thực phẩm lên men giàu GABA
[4,10,13,102]. Nghiên cứu sản xuất chế phẩm GABA tinh khiết cao bằng
phương pháp lên men cũng đã được tiến hành thăm dò [3]. Tuy nhiên, các
nghiên cứu và sản xuất chè lên men và chè giàu GABA còn rất hạn chế, nhất là
nghiên cứu về chè giàu GABA [5,6]. Nghiên cứu duy nhất do chính tác giả luận
án chủ trì cũng mang tính chất thăm dị và chủ yếu có kết quả về chủng giống
vi khuẩn và nguyên liệu chè [12].
Nhiệm vụ nghiên cứu sản xuất chè giàu GABA ở Việt Nam là vấn đề rất
mới, còn nhiều lý luận và thực tiễn cần tìm tịi và thực hiện, nhưng sẽ có giá trị
rất đáng kể vì khai thác được tiềm năng nguyên liệu, sở thích tiêu dùng, trong
khi tạo ra được sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu ẩm thực và bảo vệ sức khỏe
cộng đồng.
Trên cơ sở những dẫn liệu đã nêu ở trên, nghiên cứu sinh đã xác định
nhiệm vụ của luận án là “Nghiên cứu công nghệ sản xuất chè đen giàu gamaaminobutyric axit (GABA) bằng kỹ thuật lên men từ một số giống chè Việt Nam”.

2. Mục tiêu luận án
Xác định và thiết lập được một số thơng số của q trình cải tiến hệ thống
chế biến chè đen Việt Nam thành chè đen giàu GABA, bao gồm các chủng
giống vi khuẩn Lactobacillus thúc đẩy sinh tổng hợp GABA, các giống chè
thích hợp, xác định và tối ưu hóa các thơng số về qui trình lên men yếm khí có
và khơng có bổ sung vi khuẩn, sản xuất thử thành công ở quy mơ thực nghiệm
tạo chè đen giàu GABA có chất lượng cảm quan tốt và thương mại hóa được.

3. Nội dung luận án
Để thực hiện được mục tiêu, đề tài luận án đã thực hiện những nội dung
nghiên cứu sau:
3


- Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic phù hợp cho q trình lên men yếm
khí để sản xuất chè đen giàu GABA;
- Kiểm định hình thái, một số tính chất sinh lý, sinh hóa, và định danh
chính xác, tối ưu hóa q trình ni cấy chủng vi khuẩn lựa chọn được;
- Nghiên cứu lựa chọn giống chè Việt Nam phù hợp làm nguyên liệu cho
sản xuất chè đen giàu GABA;
- Khảo sát khả năng tích lũy GABA trong chè đen khi bổ sung cơng đoạn
lên men yếm khí (khơng bổ sung vi sinh vật);
- Khảo sát khả năng tích lũy GABA trong chè đen khi bổ sung công đoạn
lên men yếm khí có bổ sung vi sinh vật lên men;
- Phân tích, so sánh, đánh giá chất lượng tồn diện sản phẩm chè đen giàu
GABA;
- Nghiên cứu xây dựng và hồn thiện quy trình cơng nghệ sản xuất thực
nghiệm chè đen giàu GABA và xây dựng tiêu chuẩn cơ sở chè đen giàu GABA.
4. Những đóng góp mới của luận án
a) Đề xuất đưa thêm công đoạn lên men yếm khí trong quy trình sản xuất
chè đen truyền thống tạo ra các sản phẩm chè đen có hàm lượng GABA cao.
b) Lựa chọn và xác định được các thông số quan trọng để xây dựng quy
trình sản xuất chè đen có GABA cao và chất lượng cảm quan tốt. Cụ thể: (1)
Chọn được 2 chủng vi khuẩn Lactobcillus là L. casei VTCC-B-411 và L.
plantarum VTCC-B-439 có khả năng sinh tổng hợp GABA cao đưa vào quy
trình sản xuất chè đen; (2) Lựa chọn và đề xuất hai giống chè Phúc Vân Tiên
và Kim Tuyên làm nguyên liệu để sản xuất chè đen vừa cho GABA cao vừa có
giá trị cảm quan tốt; (3) Từ khảo sát đơn yếu tố và tối ưu hóa đa yếu tố, đã xác

định được các thơng số thích hợp và tối ưu cho q trình lên men kép (yếm khí
+ vi khuẩn lactic). Theo đó, tỷ lệ giống vi khuẩn 2,5%, độ ẩm chè vò 68%, nhiệt
độ lên men 27oC, thời gian lên men 11,5 h. Trong điều kiện này, hàm lượng

4


GABA của sản phẩm đạt 275 mg/100g và các chỉ tiêu chất lượng ở mức hài
hòa nhất.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học
Những kết quả nghiên cứu trong luận án có thể tạo ra những đóng góp về
mặt khoa học như sau:
a) Đã cung cấp những dẫn liệu khoa học về vai trò của lên men yếm khí
và vi sinh vật chi Lactobacillus trong sự tăng cường hàm lượng GABA trong
quá trình chế biến chè đen của Việt Nam. Những dẫn liệu này là cơ sở khoa học
cho việc đề xuất bổ sung hai cơng đoạn lên mên yếm khí và lên men yếm khí
có bổ sung vi khuẩn Lactobacillus trong q trình chế biến chè, tạo chè đen
giàu GABA thành công.
b) Đã cung cấp những thơng số thích hợp và tối ưu cho q trình lên men
kép (yếm khí + vi khuẩn lactic). Theo đó, tỷ lệ giống vi khuẩn 2,5%, độ ẩm chè
vò 68%, nhiệt độ lên men 27oC, thời gian lên men 11,5 h. Trong điều kiện này,
hàm lượng GABA của sản phẩm đạt 275 mg/100g và các chỉ tiêu chất lượng ở
mức hài hịa nhất có thể. Những thơng số này là những tài liệu khoa học quí
phục vụ giảng dạy và nghiên cứu quy trình sản xuất chè đen giàu GABA có
chất lượng cảm quan tốt.
Ý nghĩa thực tiễn:
a) Đã xây dựng được quy trình cơng nghệ có tính khả thi cao, được hồn
thiện và kiểm định quy mô pilot để sản xuất chè giàu GABA bằng công nghệ
lên men nhằm nâng cao giá trị gia tăng và đa dạng hóa sản phẩm từ một số

giống chè Việt Nam;
b) Đã đưa ra được một số sản phẩm chè đen giàu GABA thích hợp như là
một dạng thực phẩm bảo vệ sức khỏe có thể thương mại hố;
c) Đã tạo ra quy trình cơng nghệ sản xuất chè đen giàu GABA quy mô
pilot và bước đầu ứng dụng thực tiễn có kết quả quy trình cơng nghệ này tại
Cơng ty CP Chè Sông Lô và Công ty CP Chè Tân Trào tại tỉnh Tuyên Quang.
5


6. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 126 trang (khơng kể danh mục các cơng trình nghiên cứu,
tài liệu tham khảo và phụ lục), 42 bảng số liệu, 15 hình. Kết cấu của luận án
gồm 8 phần chính: Mở đầu (6 trang), tổng quan tài liệu (38 trang), vật liệu và
phương pháp nghiên cứu (12 trang), kết quả và thảo luận (68 trang), kết luận
và kiến nghị (2 trang), danh mục các cơng trình đã cơng bố của luận án (1
trang), danh mục tài liệu tham khảo (152 tài liệu) và phần phụ lục (4 phụ lục).
********

6


Chương 1:
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về cây chè, thành phần, hoạt tính sinh học và sản phẩm
1.1.1. Giới thiệu chung về cây chè
Cây chè xanh nằm trong hệ thống phân loại thực vật như 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 (Tea, Wikipedia). Ngày nay, cây chè được trồng
ở nhiều nơi trên thế giới trong vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, trải dài từ 30 vĩ
độ nam đến 45 vĩ độ bắc, tập trung chủ yếu ở các nước Châu Á chiếm 80 - 90%

tổng diện tích chè thế giới. Trong đó nổi tiếng là Ấn Độ, Trung Quốc, Kenya,
Sri Lanka, Thổ Nhĩ Kỳ và Việt Nam (Theo: Tea, Wikipedia).
Dựa theo đặc điểm thực vật học, đặc điểm sinh hoá, nguồn gốc phát sinh mà
cây chè Camellia Sinensis (L.) Kuntze được chia thành thành 4 loại (Liu, 2005):
- Chè Trung Quốc lá to (Camellia sinensis var.Macrophylla):
- Chè Trung Quốc lá nhỏ (Camellia sinensis var.Bohea)
- Chè Shan (Camellia sinensis var.Shan)
- Chè Ấn Độ (Camellia sinensis var. Assamica)
Tại Việt Nam, chè được trồng nhiều ở vùng Tây Bắc, vùng Việt Bắc Hoàng Liên Sơn, vùng Trung du - Bắc bộ, vùng Bắc Trung bộ và Tây Ngun.
Năm 2019, Việt Nam là nước có diện tích và sản lượng chè đứng thứ 5 và xuất
khẩu chè lớn thứ 3 trên thế giới với 123.400 ha diện tích trồng và hơn 500 cơ
sở sản xuất chế biến, công suất đạt trên 500.000 tấn chè khô mỗi năm, sản lượng
1025,2 ngàn tấn (Tổng cục Thống kê, 2019).

7


1.1.2. Thành phần hóa học của chè tươi
1.1.2.1. Nước
Thành phần chủ yếu trong búp chè tươi là nước, cụ thể trong búp chè (1
tôm + 3 lá) hàm lượng nước thường có từ 75-82%. Hàm lượng nước trong búp
chè thay đổi tùy theo giống, tuổi cây, thổ nhưỡng, kỹ thuật canh tác, thời gian
hái và tiêu chuẩn hái, v.v. Nước trong nguyên liệu chè là môi trường xảy ra
tương tác giữa các chất có trong nguyên liệu chè khi chế biến. Nước tham gia
trực tiếp vào nhiều phản ứng thủy phân, ơ xy hóa khử. Hàm lượng nước có
quan hệ mật thiết đối với quá trình chế biến chè. Trong quá trình chế biến chè
cần khống chế sự bay hơi nước, đặc biệt trong sản xuất chè đen [7,9,78].
1.1.2.2. Hợp chất phenol và polyphenol
Hợp chất phenol giữ vai trò chủ yếu trong quá trình tạo màu sắc, hương vị
của chè đặc biệt là chè đen. Tiêu biểu là tanin có đặc tính dễ bị ơ xy hóa dưới

tác dụng của enzym và khi được cung cấp ô xy đầy đủ. Vì vậy, chè nguyên
liệu chứa càng nhiều tanin, đặc biệt là tanin hịa tan thì sản phẩm chè đen có
chất lượng càng cao. Flavanoid là thành phần quan trọng của tanin, trong đó
catechin và flavonol chiếm tỉ lệ lớn [7,9,78].
Nhóm các hợp chất polyphenol là thành phần được quan tâm nhiều nhất
trong lá chè. Các hợp chất polyphenol của lá chè rất khác với các hợp chất
polyphenol trong các loại cây khác, đó là các cấu tử chính chiếm đa số là các
catechin (C, EC, EGCG, EGC, ECG,...). Trong sản xuất chè đen, catechin có
vị trí quan trọng trong việc tạo màu sắc, mùi, vị cho chè thành phẩm. Có 6 loại
catechin chiếm khoảng 20 - 30 % tổng lượng chất khô trong lá chè tươi. Về cấu
trúc, catechin là là hợp chất flavanol, được đặc trưng bởi cấu trúc C6-C3-C6,
tương ứng với sự thay thế 2- phenyl bằng benzopyran và pyron [7,9,78].
1.1.2.3. Hợp chất alcaloid và caffein
Alcaloid là nhóm hợp chất vịng hữu cơ có chứa nitơ trong phân tử. Phần
lớn các alcaloid là những chất khơng màu, có vị đắng và ít hịa tan trong nước.
8


Trong lá chè tươi người ta tìm thấy các alcaloid chủ yếu là caffein, theobromin
và theophylin. Trong đó, caffein chiếm khoảng 2 - 5% lượng chất khô,
theobromin và theophyllin với hàm lượng nhỏ hơn rất nhiều, chỉ khoảng
0,33% khối lượng chất khơ. Tuy vậy, vai trị dược lý của theobromin và
theophyllin của cây chè quan trọng hơn so với caffein [7,27]. Caffein có khả
năng liên kết với tanin và các sản phẩm ơ xy hóa của tanin để tạo nên các
muối tanat caffein. Các muối này tan trong nước nóng, không tan trong nước
lạnh và tạo nên hương thơm và sắc nước chè xanh, giảm vị đắng và nâng cao
chất lượng thành phẩm [7,27].
1.1.2.4. Protein và axit amin
Protein trong búp chè phân bố không đồng đều, chiếm khoảng 15% tổng
lượng chất khơ của lá chè tươi. Protein có thể kết hợp với trực tiếp với tanin,

polyphenol tạo ra những hợp chất không tan làm đục nước chè đen. Nhưng
trong chế biến chè xanh, protein kết hợp với một phần tanin làm cho vị đắng và
chát giảm đi. Người ta đã tìm thấy 17 axit amin có trong chè, trong đó 10 loại
amin cơ bản là theanine, phenylalanine, leucine, isoleucine, valine, tyrosine,
glutamine, serine, glutamic, aspartic. Theanin chiếm hàm lượng cao nhất,
khoảng 50-60% tổng hàm lượng axit amin tự do và là axit amin đặc trưng của
cây chè [118]. Các axit amin có thể kết hợp với đường, tanin tạo ra các hợp
chất aldehyd, alcol có mùi thơm cho chè đen và chúng cũng góp phần điều vị
cho chè xanh. Axit amin trong chè khơng chỉ ở trong thành phần protein, mà
cịn ở dạng tự do, có ý nghĩa lớn đối với chất lượng chè. Hàm lượng axit amin
trong lá chè phụ thuộc nhiều vào giống và điều kiện canh tác cây chè [78].
1.1.2.5. Gluxit và pectin
Trong lá chè chứa ít gluxit hịa tan, các gluxit khơng hịa tan chiếm tỉ lệ
lớn. Pectin làm cho chè có mùi táo chín trong q trình làm héo, làm chè dễ
xoăn khi chế biến nhưng dễ hút ẩm nên có ảnh hưởng xấu tới quá trình bảo
quản chè [78].
9


1.1.2.6. Các chất màu, vitamin và khoáng
Các chất màu trong lá chè gồm có anthocyanidin (cyanidin, delphenidin),
carotenoid, chlorophyll. Các hợp chất màu có vai trị quan trọng trong tạo màu
cho thành phẩm. Búp chè chứa hầu hết các loại vitamin như vitamin A, B1, B2,
PP, đặc biệt vitaminn C có rất nhiều trong chè, cao gấp 3-4 lần so với quả cam,
chanh. Trong quá trình chế biến chè đen hàm lượng vitamin C giảm nhiều, còn
trong chế biến chè xanh thì giảm khơng đáng kể. Trong chè, thành phần khống
chủ yếu là kali chiếm gần 50 % tổng lượng khoáng [78].
1.1.2.7. Enzym
Enzym là nhân tố quan trọng trong quá trình sinh trưởng và chế biến chè,
đặc biệt trong chế biến chè đen. Enzym có vai trị quyết định chiều hướng biến

đổi các phản ứng sinh hóa trong giai đoạn làm héo, vị, lên men. Trong búp chè
có 2 loại enzym chủ yếu là nhóm enzym thủy phân (amilase, protease,
glucosidase) và nhóm enzym ơ xy hóa - khử (peroxidase, polyphenoloxidase).
Peroxidase và polyphenoloxidase đóng vai trị quan trọng nhất và có tác dụng
khác nhau trong quá trình lên men chè đen. Các enzym này đều hoạt động mạnh
ở 45°C, nhưng đến 70°C thì hoạt động yếu hẳn đi và ở nhiệt độ cao hơn sẽ bị
bất hoạt hoàn toàn. Trong chế biến chè xanh, khơng cần tạo nên những biến đổi
sinh hóa cho tanin, nên enzym khơng có ích cho q trình chế biến. Vì vậy,
ngay từ giai đoạn đầu của quá trình chế biến chè xanh người ta phải dùng nhiệt
độ cao để vô hoạt enzym bằng cách chần hoặc sao [9,78].
1.1.2.8. Các hợp chất khác
Các hợp chất lipid, phospholipid và các axit béo chiếm khoảng 5-6% trong
lá chè, hàm lượng này thay đổi khá nhiều tùy theo từng giống chè khác nhau.
Các axit béo tự do tìm thấy trong lá chè có linolenic, oleic và palmitic.... Các
hợp chất carotenoid gồm có caroten, lutein, violaxanthin và neoxanthin. Các
axit như citric, tartaric, malic, oxalic, fumaric, caffeic, quinic, gallic,
succinic, chlorogenic, neo-chlorohenic, p-coumarylquinic, ellagic axit, v.v
10