NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH KHỬ CAFFEINE TRÊN LÁ CHÈ TƯƠI NGUYÊN LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHÈ XANH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH KHỬ
CAFFEINE TRÊN LÁ CHÈ TƯƠI
NGUYÊN LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT CHÈ XANH
SVTH : NHÂM MINH
MSSV : 60301674
CBHD : ThS. LẠI QUỐC ĐẠT
BỘ MÔN : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
TP Hồ Chí Minh, 01/2008
- i -
NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
LỜI CẢM ƠN
- ii -
Con xin cảm ơn cha mẹ đã nuôi nấng, dạy dỗ con nên
người. Cha mẹ đã luôn ủng hộ, động viên con trong suốt
thời gian qua.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Lại Quốc Đạt. Thầy đã
tận tình hướng dẫn để em hoàn thành tốt luận văn.
Em cũng xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy Cô của
trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt
là các Thầy Cô trong bộ môn Công nghệ Thực phẩm. Thầy
Cô đã truyền dạy cho em những kiến thức vô cùng quý báu,
cũng như đã hỗ trợ em rất nhiều để em thực hiện bài luận
này thành công.
Cuối cùng, tôi xin cám ơn các bạn trong lớp đã luôn động
viên, giúp đỡ tôi vượt qua mọi khó khăn.
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Hiện nay, chè xanh được tiêu thụ rộng rãi trên thế giới bởi vì chè là một nguồn thực phẩm

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


- iii -
MỤC LỤC
Đề mục Trang
Trang bìa...........................................................................................................................i
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN..........................................................................................................ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN......................................................................iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.........................................................................iv
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................ii
tóm tắt luận văn.......................................................................................................................iii
MỤC LỤC iv

DANH MỤC BẢNG...............................................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH..................................................................................................................ix
danh mục các từ viết tắt............................................................................................................x
Lời mở đầuxi
CHƯƠNG 1. Tổng quan.............................................................................................................1
1.1. Giới thiệu chung về cây chè...........................................................................................1
1.1.1 Đặc tính thực vật của cây chè [3].............................................................................1
1.1.2 Thành phần hóa học của lá chè ...............................................................................2
1.2. Caffeine...........................................................................................................................9
1.2.1 Giới thiệu chung về caffeine.....................................................................................9
1.2.2 Những tác động sinh lí của caffeine đối với cơ thể................................................10
1.3. Catechin.........................................................................................................................14
1.3.1 Giới thiệu chung về catechin..................................................................................14
1.3.2 Những tác động sinh lí của catechin đối với cơ thể................................................16
1.4. Dược tính của cây chè...................................................................................................17
1.5. Mục đích của việc khử caffeine trong lá chè...............................................................17
1.6. Công nghệ khử caffeine [45]........................................................................................18
1.6.1 Phương pháp khử caffeine bằng dung môi.............................................................18
1.6.2 Phương pháp khử caffeine bằng nước.....................................................................20
1.6.3 Phương pháp Swiss water........................................................................................23
1.6.4 Phương pháp khử caffeine bằng CO2 siêu tới hạn................................................27
CHƯƠNG 2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu..........................................................35
2.1. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................................35
2.1.1 Mục đích nghiên cứu...............................................................................................35
2.1.2 Nội dung nghiên cứu...............................................................................................35
2.2. Nguyên liệu...................................................................................................................37
2.2.1 Lá chè nguyên liệu .................................................................................................37
2.2.2 Than hoạt tính..........................................................................................................37
2.2.3 Hóa chất sử dụng.....................................................................................................37
2.3. Các thiết bò dùng trong nghiên cứu...............................................................................37

2.4. Quy trình công nghệ khử caffeine.................................................................................38
2.4.1 Quy trình chuẩn bò dòch trích cân bằng các chất khô hòa tan trong lá chè............38
2.4.2 Quy trình chuẩn bò than hoạt tính bão hòa không chứa caffeine...........................40
- iv -
2.4.3 Quy trình chuẩn bò dòch trích cân bằng chứa ít caffeine.........................................41
2.5. Các phương pháp phân tích...........................................................................................41
2.6. Phương pháp tính toán...................................................................................................41
2.6.1 Quá trình khử caffeine............................................................................................41
2.6.2 Quá trình hấp phụ caffeine từ dòch trích cân bằng bằng than hoạt tính bão hòa...42
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN..............................................................................44
3.1. Khảo sát nguyên liệu lá chè tươi..................................................................................44
3.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chè:nước đến quá trình khử caffeine...........................45
3.2.1 Hiệu suất khử caffeine............................................................................................45
3.2.2 Tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine...................................................................47
3.2.3 Hàm lượng polyphenol tổng của lá chè sau khử caffeine......................................49
3.2.4 Kết luận...................................................................................................................51
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình khử caffeine.....................................51
3.3.1 Hiệu suất khử caffeine............................................................................................51
3.3.2 Tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine...................................................................53
3.3.3 Hàm lượng polyphenol tổng....................................................................................54
3.3.4 Kết luận...................................................................................................................56
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình khử caffeine..........................................56
3.3.5 Hiệu suất khử caffeine............................................................................................56
3.3.6 Tổn thất chất khô hòa tan........................................................................................57
3.3.7 Hàm lượng polyphenol tổng....................................................................................60
3.3.8 Kết luận...................................................................................................................61
3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dòch qua than hoạt tính đến quá trình hấp phụ
caffeine.................................................................................................................................63
3.5. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ than:nước đến quá trình hấp phụ caffeine của than hoạt
tính 65

3.5.1 Hiệu suất hấp phụ caffeine.....................................................................................65
3.5.2 Tổn thất chất khô hòa tan........................................................................................66
3.5.3 Hàm lượng polyphenol tổng....................................................................................67
3.5.4 Kết luận...................................................................................................................68
3.6. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến quá trình hấp phụ caffeine của than
hoạt tính................................................................................................................................69
3.6.1 Hiệu suất hấp phụ caffeine.....................................................................................69
3.6.2 Tổn thất chất khô hòa tan........................................................................................70
3.6.3 Tổn thất hàm lượng polyphenol tổng......................................................................72
3.6.4 Kết luận...................................................................................................................73
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................77
PHỤ LỤC 82
Phụ lục 1: Các phương pháp phân tích................................................................................82
Phụ lục 2: Xây dựng đường chuẩn caffeine:.......................................................................92
Phụ lục 3: Xây dựng đường chuẩn xác đònh hàm lượng polyphenol tổng theo phương
pháp Prussian Blue: tính theo mg acid gallic/ 100g chất khô..............................................95
- v -
Phụ lục 4: Xây dựng đường chuẩn xác đònh hàm lượng đường khử có trong nguyên liệu
(tính theo glucose)................................................................................................................96
- vi -
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1: Hàm lượng các chất trong lá chè tươi [46]...............................................................2
Bảng 1-2: Thành phần hóa học của tôm chè tươi và các lá chè non [52]................................3
Bảng 1-3: Sự phân bố nước trong búp chè [52].........................................................................4
Bảng 1-4: Lượng đường hòa tan trong búp chè (tính theo phần trăm chất khô) [1].................5
Bảng 1-5: Sự phân bố proteine trong búp chè [6].....................................................................6
Bảng 1-6: Thành phần catechin của búp chè (tính bằng mg/g tannin trong búp chè) [6]:.......9
Bảng 1-7: Tính chất vật lí của caffeine [10]:...........................................................................10
Bảng 1-8: Hàm lượng caffeine trong búp chè [3]....................................................................10

Bảng 1-9: Sự dò hóa caffeine ở người tiêu thụ 5mg caffeine/kg thể trọng [22].....................12
Bảng 1-10: Thành phần tổ hợp các chất tanin trong lá chè tươi [1]:......................................15
Bảng 1-11: Ảnh hưởng của cấu trúc lá đến quá trình khử caffeine [35]:...............................22
Bảng 1-12: So sánh tốc độ khử caffeine ở những loài vi sinh vật khác nhau [25].................26
Bảng 1-13: Tính chất của CO2 siêu tới hạn:...........................................................................27
Bảng 1-14: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến quá trình khử caffeine:...................29
Bảng 1-15: Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến quá trình khử caffeine [28]..................30
Bảng 1-16: Ảnh hưởng của chất đồng dung môi đến quá trình khử caffeine [27]:................32
Bảng 1-17: Ảnh hưởng của tốc độ dòng CO2 đến quá trình khử caffeine [27]:.....................33
Bảng 3-18: Kết quả khảo sát nguyên liệu giữa hai lần mua khác nhau:................................44
Bảng 3-19: Hiệu suất khử caffeine ở các tỷ lệ chè/ nước khác nhau.....................................45
Bảng 3-20: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè/nước đến tiêu hao chất khô hòa tan tổng....................47
Bảng 3-21: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè/ nước đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine........47
Bảng 3-22: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè/ nước đến hàm lượng polyphenol tổng của lá chè sau
khử caffeine.49
Bảng 3-23: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè/nước đến sự thay đổi hàm lượng polyphenol tổng của
lá chè sau khử...........................................................................................................................50
Bảng 3-24: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất khử caffeine...........................................52
Bảng 3-25: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tiêu hao chất khô hòa tan tổng..............................53
Bảng 3-26: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine...................53
Bảng 3-27: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng polyphenol trong lá chè sau khử.........54
Bảng 3-28: Ảnh hưởng đến nhiệt độ đến sự thay đổi polyphenol tổng..................................54
Bảng 3-29: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất khử caffeine..........................................57
Bảng 3-30: Ảnh hưởng của thời gian đến sự tiêu hao chất khô hòa tan tổng của lá chè. .....58
Bảng 3-31: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine của lá chè.
58
Bảng 3-32: Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng polyphenol tổng của lá chè sau khử
caffeine. 60
Bảng 3-33: Ảnh hưởng của thời gian đến sự thay đổi lượng polyphenol tổng của lá chè sau
khử 60

Bảng 3-34: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ caffeine của than hoạt tính......63
Bảng 3-35: Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến hiệu suất hấp phụ caffeine...................65
Bảng 3-36: Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến tổn thất chất khô hòa tan tổng .............66
Bảng 3-37: Ảnh hưởng của tỷ lệ than đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine. ...............66
- vii -
Bảng 3-38: Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến tổn thất polyphenol tổng của quá trình .
67
Bảng 3-39: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ caffeine...................................69
Bảng 3-40: Ảnh hưởng của thời gian đến sự tiêu hao chất khô hòa tan tổng.........................70
Bảng 3-41: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine. ................70
Bảng 3-42: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất polyphenol tổng.......................................72
Bảng 0-43: Cách lấy hóa chất trong phân tích đường khử .....................................................87
Bảng 0-44: Thời gian lưu và diện tích peak của các mẫu chuẩn caffeine:.............................92
Bảng 0-45: Độ hấp thu của các mẫu chuẩn ở các nồng độ khác nhau...................................95
Bảng 0-46: Độ hấp thu của các mẫu chuẩn glucose ở các lượng khác nhau..........................96
- viii -
DANH MỤC HÌNH
Hình 1-1: Búp chè 1 tôm và 2 lá non.........................................................................................2
Hình 1-2: Cấu trúc của caffeine ................................................................................................9
Hình 1-3: Công thức cấu tạo của các catechin: (a) EGCG; (b) ECG; (c) EC; (d) catchin......15
Hình 1-4: Quy trình khử caffeine bằng dung môi....................................................................19
Hình 1-5: Quy trình khử caffeine bằng nước...........................................................................20
Hình 1-6: Mô hình tổng thể của quá trình khử caffeine bằng vi sinh vật [25].......................24
Hình 1-7: Mô hình khử caffeine bằng SCF: 1, bình chứa CO2; 2, thiết tăng cường điện; 3,
thiết bi gia nhiệt ;4, bơm CO2; 5, thiết bò điều khiển; 6, bình chứa đồng dung môi; 7,bơm
đồng dung môi; 8, thiết bò gia nhiệt; 9, bơm tuần hoàn; 10, thiết bò trích ly; 11, thiết bò tách;
12, thiết bò tách 2; V1, van 1; V2, van 2; BPR.........................................................................28
Hình 1-8: Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến quá trình khử caffeine.................................31
Hình 2-9: Quy trình công nghệ khử caffeine. .......................................................................38
Hình 2-10: Quy trình tạo dòch trích cân bằng chất khô hòa tan tổng (so với thành phần của

chúng trong lá chè tươi.............................................................................................................38
Hình 2-11: Quy trình tạo than hoạt tính phi caffeine bão hòa chất khô hòa tan.....................40
Hình 2-12: Quy trình tạo dòch trích phi caffeine có nồng độ các chất khô hòa tan cân bằng
với thành phần của chúng trong lá chè tươi.............................................................................41
Hình 3-13: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè:nước đến hiệu suất khử caffeine..................................46
Hình 3-14: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè:nước đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine.........47
Hình 3-15: Ảnh hưởng của tỷ lệ chè:nước đến hàm lượng polyphenol tổng của lá chè. ......49
Hình 3-16: Ảnh hường của tỷ lệ chè/nước đến sự thay đổi polyphenol tổng của lá chè. ......50
Hình 3-17: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất khử caffeine............................................52
Hình 3-18: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine...................53
Hình 3-19: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng polyphenol tổng của lá chè sau khử....55
Hình 3-20: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất khử caffeine...........................................57
Hình 3-21: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất chất khô hòa tan phi caffeine...................59
Hình 3-22: Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng polyphenol trong lá chè sau khử. .......60
Hình 3-23: Ảnh hưởng của nhiệt độ dòch ban đầu đến hiệu suất hấp phụ caffeine của than
64
Hình 3-24: Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến hiệu suất hấp phụ của quá trình............66
Hình 3-25: Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến tổn thất chất khô hòa tan của quá trình.
67
Hình 3-26: Ảnh hưởng của tỷ lệ than đến tổn thất polyphenol tổng của quá trình. ..............68
Hình 3-27: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ caffeine của than hoạt tính. ....69
Hình 3-28: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất chất khô hòa tan của quá trình. ...............71
Hình 3-29: Ảnh hưởng của thời gian đến tổn thất polyphenol tổng của quá trình. ...............73
Hình 0-30: Diện tích peak của các chuẩn caffeine ở các nồng độ khác nhau........................93
Hình 0-31: Đường chuẩn caffeine............................................................................................93
Hình 0-32: Đường chuẩn polyphenol tổng bằng phương pháp Prussian blue.........................95
Hình 0-33: Đường chuẩn phân tích đường khử tính theo glucose...........................................96
- ix -