Nghiên cứu công nghệ trích ly bằng hơi nước ở áp suất và nhiệt độ cao nhằm sản xuất tinh chè từ lá chè xanh phế liệu báo cáo tổng kết kết quả đề tài khcn cấp trường msđt t kthh 2012 86

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài:
Nghiên cứu cơng nghệ trích ly bằng hơi nước ở áp
suất và nhiệt độ cao nhằm sản xuất tinh chè từ là chè
xanh phế liệu

Mã số đề tài: T-KTHH-2012-86
Thời gian thực hiện đề tài: 1 năm (10/2012 – 10/2013)
Chủ nhiệm đề tài: TS. Phan Đình Tuấn
Cán bộ tham gia đề tài:
1. KS. Nguyễn Văn Quyết
2. KS. Nguyễn Văn Khanh
3. KS. Phan Đình Đơng

Tp.HCM, 10 / 2013


Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài
(Ghi rõ học hàm, học vị, đơn vị công tác gồm bộ mơn, Khoa/Trung tâm)

1.
2.
3.
4.

PGS.TS. Phan Đình Tuấn, PTN Năng Lượng Sinh học và Biomass
Bộ môn Máy Thiết Bị - Khoa KTHH
KS. Nguyễn Văn Quyết, Bộ môn Máy Thiết Bị - Khoa KTHH...
KS. Nguyễn Văn Khanh, PTN Năng Lượng Sinh học và Biomass
KS. Phan Đình Đơng, PTN Năng Lượng Sinh học và Biomass

1


MỤC LỤC 
Trang
TÓM TẮT

3

1. TỔNG QUAN

4

1.1. Giới thiệu cây chè xanh.

4

1.2. Phương pháp trích ly bằng hơi nước bão hịa ở nhiệt độ cao

8

2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

11

2.1. Quy trình thí nghiệm.

11

2.2. Thiết bị

14

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

16

3.1. Trình tự thí nghiệm

16

3.2. Kết quả thí nghiệm.

17

3.2.1.Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả trích ly chất tan trong lá chè.

17

3.2.2. Đặc trưng qúa trình trích ly cafein và polyphenol

20

4. KẾT LUẬN

22

TÀI LIỆU THAM KHẢO

23

PHỤ LỤC

25

2


TÓM TẮT
Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu và khảo sát khả năng trích ly của hơi nước
bão hịa ở nhiệt độ / áp suất cao để trích ly tinh chè xanh từ lá chè già thải. Hiệu quả
của q trình trích ly phụ thuộc vào thơng số của q trình cơng nghệ là nhiệt độ /
áp suất và thời gian trích ly đã được khảo sát. Các kết quả thu được đã chỉ ra rằng
khi để nguyên lá chè, hiệu suất q trình trích ly nhanh các cấu tử cafein và
polyphenol từ lá chè thay đổi đáng kể khi tiến hành ở nhiệt độ từ 1200C đến 1500C,
theo đó, hiệu suất đạt đến 70% chỉ trong khoảng thời gian khi trích ly 80 phút ở
nhiệt độ 1400C. Hiệu suất này cao hơn hẳn so với quá trình chiết bằng nước sôi ở áp
suất thường và tương đương với q trình chiết nhờ dung mơi ethanol khi có và
khơng có sự hỗ trợ của sóng diêu âm, vi sóng. Ngồi ra, tốc độ hịa tan cafein và
polyphenol cũng khác nhau, dẫn đến tỷ lệ cafein / polyphenol thu được trong dịch
trích ly thay đổi theo chế độ nhiệt độ. Tỷ lệ này có thể đạt 2,56 tại 1400C. Kết quả
này rất có ý nghĩa khi định hướng sản xuất các cấu tử cafein và polyphenol riêng
biệt phục vụ cho các lĩnh vực khác nhau trong đời sống.

3


1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu cây chè xanh.
Tên khoa học: Camellia sinensis

Hình 0-1: Lá chè xanh
Đặc tính thực vật.
Hoa trà: Màu trắng với nhiều nhị vàng. Mỗi hoa gồm 7 cánh và hàng tá nhị dài.
Quả trà: thường mọc thành từng chùm 3. Ban đầu có màu xanh của chồi, sau đó
tăng trưởng và cứng dần thành quả màu nâu chứa hạt bên trong. Khi quả chín, vết
rãnh mở ra. Hạt bên trong có thể được dùng để gieo trồng.
Thân cây: đơn trục; 3 loại: thân gỗ, thân bụi và thân nhỡ (bán gỗ).
Lá trà: mọc cách trên cành, mỗi đốt có một lá, hình dạng và kích thước thay đổi tùy
giống. Lá trà có rõ gân, rìa có răng cưa.
Búp trà: là giai đoạn non của một cành trà, được hình thành từ các mầm dinh
dưỡng, gồm có tơm (phần lá non trên đỉnh chưa xòe) và 2 – 3 lá non. Có hai loại
búp: búp bình thường và búp mù.
Trên 1 cành trà: 1 năm có 4 – 5 đợt sinh trưởng của búp.[7, 11-13]
Thành phần hóa học và khả năng chữa bệnh.
Trong thành phần hóa học của lá chè có nước, tinh dầu, các dẫn xuất polyphenolic
(flavonoid, catechol, tannin), alkaloid là cafein, theophyllin, theobromin, xanthin,
và các vitamin C, B1, B2, B3.
Nước:
Nước trong nguyên liệu chè là môi trường xảy ra tương tác giữa các chất có trong
nguyên liệu chè khi đem chế biến. Nước tham gia trực tiếp vào nhiều phản ứng thủy
phân, oxi hóa khử. Hàm lượng nước có quan hệ mật thiết đối với quá trình chế biến
chè. Nếu nguyên liệu chè bị mất nước q nhanh thì biến đổi sinh hóa diễn ra nhanh
và không triệt để, đôi khi enzyme bị ức chế nếu hàm lượng nước quá thấp (<10%).

Nước trong nguyên liệu chè nhiều hoặc ít đều làm cho lá chè bị nát khi vị. Trong
q trình chế biến chè cần khống chế sự bay hơi nước, đặc biệt trong sản xuất chè
đen.
Hợp chất phenol (tanin hay Tannin) :

4


Hợp chất phenol giữ vai trò chủ yếu trong quá trình tạo màu sắc, hương vị của chè.
Tanin có đặc tính dễ bị oxi hóa dưới tác dụng của enzym và được cung cấp oxi đầy
đủ. Vì vậy, chè nguyên liệu chứa càng nhiều tanin, đặc biệt là tanin hòa tan thì sản
phẩm chè có chất lượng càng cao. Flavanoids là thành phần quan trọng của Tanin,
trong đó Catechin và Flavonol chiếm tỉ lệ lớn.
Trong sản xuất chè, 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 mặt 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.Catechin là hợp chất không màu, tan trong nước, có vị đắng,
chát. Catechin khơng chỉ có trong trong chè mà cịn được tìm thấy trong rượu vang
đỏ, táo, nho, và chocolate. Nhưng chè là thức uống duy nhất có chứa GC, EGC,
ECG, EGCG.
Một số loại catechin trong lá chè xanh.

D,L – catechin

L – Epicatechin

D,L – Gallocatechin

L – EpiGallocatechin

L – Epicatechin Ga

L – EpiGallocatechin Gallate

5


L – Gallocatechin Gallate
Trong những năm gần đây, nhờ áp dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học
hiện đại, đã tìm thấy tác dụng sinh học của nước chiết lá chè chủ yếu !à do các
polyphenol, trong đó, quan trọng là các dẫn xuất của catechin , có cơng thức như
sau:

trong đó, khi R1 =R2 = H ta có epicatechin (EC); khi R1 =OH, R2 = H ta có
epigallocatechin (EGC). Khi R2 là gốc gallat:

Nếu R1 = H ta có epicatechingallat (ECG), cịn khi R1 =OH ta có epigallocatechin
gallat (EGCG).
Tác dụng sinh học của các polyphenol chè hay của dịch chiết lá chè xanh được giải
thích là do chúng có tác dụng khử các gốc tự do, giống như tác dụng của các chất
antioxidant. Các gốc tự do được sinh ra và tích luỹ trong q trình sống, chính là
ngun nhân dẫn đến bệnh tật và làm tăng tốc độ q trình lão hố cơ thể con
người.
Ngày nay, đã tìm thấy tác dụng của polyphenol chè ở mức độ khác nhau đối với
bệnh ung thư, bệnh tim mạch, bệnh cao huyết áp, bệnh đường ruột, bệnh răng và có
tác dụng làm chậm q trình lão hố, tăng tuổi thọ. Polyphenol chè cịn được sử
dụng có hiệu quả và an tồn trong công nghiệp thực phẩm để thay thế các chất
antioxidant tổng hợp ,như BHA, BHT dễ gây tác dụng phụ có hại. Nhờ những tác
dụng quý giá như nói trên của các polyphenol chè, nên chúng có giá trị cao trên thị

trường hiện nay.
Ankaloid
Trong chè có nhiều loại ancaloit nhưng nhiều nhất là cafein.
6


Caffeine (C8H10N4O2) là tên phổ biến của trimetilxantin ( tên đầy đủ là 1,3,7trimethylxanthine hoặc 3,7-dihydro-1,3,7-trimethyl-1H-purine-2,6-dione). Là dẫn
xuất tạo thành từ purine
Công thức cấu tạo của Cafein

Hàm lượng cafein ở trong chè có từ 3 - 5% thường nhiều hơn cafein ở trong lá cà
phê từ 2 - 3 lần. Nó khơng có khả năng phân ly ion H+ tức là khơng có tính axít mà
chỉ là một kiềm yếu. Cafein chỉ hòa tan trong nước với tỷ lệ 1/46, rất dễ hịa tan
trong dung mơi cloroform. Cafein có tác dụng kích thích hệ thần kinh trung ương,
kích thích cơ năng hoạt động của tim, có tác dụng lợi tiểu. Cafein rất bền vững
trong chế biến. Nó có khả năng kết hợp cới tanin để tạo thành hợp chất tanat cafein
có hương vị dễ chịu. Theo tài liệu của Roberto, hợp chất tanat cafein được tạo thành
chủ yếu từ cafein, teaflavin, tearubigin, teaflavingalat. Ngồi ra cịn có sự tham gia
của ECG và EGCG.
Sự thay đổi hàm lượng cafein trong chè nguyên liệu phụ thuộc vào giống, ví dụ:
- Giống chè Trung Quốc: 2,29 - 2,31%
- Chè ấn Độ: 4,05 - 4,30%
- Chè Gruzia : 2,47 - 2,66%
Hàm lượng cafein còn phụ thuộc vào tuổi của lá:
- lá thứ nhất: 3,39%
- lá thứ tư: 2,10%
- lá thứ hai: 4,20%
- lá già: 0,79%
- lá thứ ba: 3,40%
- cọng chè: 0,36%

Thời vụ thu hoạch khác nhau, điều kiện canh tác khác nhau, đều ảnh hưởng đến
hàm lượng cafein trong búp chè.
Caffein có khả năng liên kết với tanin và các sản phẩm oxi hóa của tanin để tạo nên
các muối Tanat caffein. Các muối này tan trong nước nóng, khơng tan trong nước
lạnh và tạo nên hương thơm, và sắc nước chè xanh, giảm vị đắng và nâng cao chất
lượng thành phẩm.
Protein và acid amin:
Protein trong búp chè phân bố không đồng đều, chiếm khoảng 15% tổng lượng chất
khô 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, vì thế ở chừng
mực nào đó Protein có lợi cho phẩm chất chè xanh.
Ngày nay, người ta đã tìm thấy 17 acid amin có trong chè. Trong đó 10 acid amin
cơ bản là: Theanine, phenylalanine, leucine, isoleucine, valine, Tyrosine, glutamine,
serine, glutamic, aspartic. Các acid amin này có thể kết hợp với đường, tanin tạo ra
các hợp chất aldehyde, alcol có mùi thơm cho chè đen, và chúng cũng góp phần
điều vị cho chè xanh.
Carbohydrates:
Trong thành phần Carbohydrate của chè, đáng quan tâm nhất là là loại đường tan.
Dưới tác dụng của nhiệt và các yếu tố khác, các loại đường sẽ biến đổi tạo nên
7


hương vị đặc trưng cho thành phẩm. Ngoài ra, các loại đường còn tác dụng với
Protein, acid amin tạo nên hương thơm cho chè.
Cácchấtmàu:Các chất màu trong lá chè gồm có: Anthocyanidin (Cyanidin,
Delphenidin), Carotenoid, Chlorophyll. Các hợp chất màu có vai trò quan trọng
trong tạo màu cho thành phẩm.
Vitamin và khoáng:
Trong búp chè chứa hầu hết các loại vitamin như vit A, B1, B2, PP, đặc biệt Vit C

có rất nhiều trong chè, cao gấp 3- 4 lần so với cam, chanh. Trong quá trình chế biến
chè đen hàm lượng vit C giảm nhiều, cịn trong chè xanh thì giảm khơng đáng kể.
Vì vậy hàm lượng Vit C trong chè xanh thường cao gấp 10 lần so với chè đen.
Trong chè thành phần khoáng chủ yếu là K, chiếm gần 50 % tổng lượng khoáng.
Enzyme:
Là nhân tố quan trọng trong q trình sinh trưởng và chế biến chè. Enzyme có vai
trò 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 enzyme chủ yếu là:
Nhóm enzyme thủy phân : amilase, protease, glucosidase, …
Nhóm enzyme oxi hóa – khử : peroxidase, polyphenoloxidase, …, Enzyme
peroxidase, polyphenoloxidase đóng vai trị quan trọng nhất và có tác dụng khác
nhau trong quá trình lên men chè đen. Các enzyme này đều hoạt động mạnh ở
45°C, đến 70°C thì hoạt động yếu hẳn đi và ở nhiệt độ cao hơn sẽ bị vơ hoạt hồn
tồn. Trong chế biến chè xanh, khơng cần tạo nên những biến đổi sinh hóa cho
tanin, nên enzyme 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
enzyme bằng cách chần hoặc sao.[7-9]

1.2. Phương pháp trích ly bằng hơi nước bão hòa ở nhiệt độ cao
Giới thiệu.
Để giảm thiểu việc sử dụng các dung môi hữu cơ , phương pháp trích ly bằng
nước/hơi nước ở nhiệt độ và áp suất cao ( pressurized hot water extraction ) được
xem như là một phương pháp thân thiện với môi trường và có tính khả thi cao.
Nhiều nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng ở một nhiệt độ dưới một áp suất nhất
định, độ phân cực của nước có thể khác nhau và gần giống các loại rựu. Vì vậy, nó
có thể hịa tan nhiều loại chất có độ phân cực trung bình và yếu. Thuận lợi lớn nhất
của phương pháp PHWE là hạn chế trong việc sử dụng các dung môi hữu cơ độc
hại. Hơn nữa nước là một dung mơi dễ kiếm, có thể tìm thấy ở khắp mọi nơi, giá
thành thấp, có thể tái chế và sử dụng hoặc sử lý với sự ảnh hưởng đến môi trường là
thấp nhất. Nên phương pháp PHWE gần đây đã dần trở thành một phương pháp

hiệu quả trong công nghệ trích là với chi phí thấp, được sử dụng để trích ly các
thành phần từ đất, trầm tích, nguyên liệu thực vật.
Việc áp dụng nước ở áp suất cao như một chất trích ly tại nhiệt độ cao lần đầu tiên
được báo cáo bởi Hawthorne và các đồng nghiệp về trích ly các cấu tử phân cực và
khơng phân cực từ mẫu đất năm 1994. Cơng trình nghiên cứu của họ đã làm thay
8


đổi quan niện đó là nước có độ phân cực cao có thể chuyển thành dung mơi trích ly
phù hợp cho cả các hợp chất hữu cơ có độ phân cực kém ở nhiệt độ cao và áp suất
kiểm soát.
Thuật ngữ “ nước nóng cao áp” được dùng để biểu thị vùng làm việc của nước ở
nhiệt độ từ 1000C ( nhiệt độ sôi ) đến 3740C ( điểm tới hạn) . Các thuật ngữ khác
như nước quá nhiêt, nước gần tới hạn, nước dưới tới hạn cũng được sử dụng. Trong
trường hợp của PHWE , mật độ của nước hầu như không đổi nên ảnh hưởng của áp
suất lên tính chất của nước là tối thiểu.
Trong q trình trích ly , áp lực vừa phải để vận hành quá trình là khoảng 15 bar tại
2000C và 85 bar tại 3000C. Nếu áp suất giảm xuống dưới điểm sôi tại áp suất bất kỳ,
hơi nước quá nhiệt sẽ hình thành. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp PHWE và
khả năng sử dụng như là một dung mơi xanh để trích ly các hợp chất hữu cơ và các
hợp chất khác từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau được được mô tả ở rất nhiều
nghiên cứu trước đây.[7, 22-24]
Các nguyên tắc cơ bản trong PHWE.
Thay đổi tính chất vật lý của nước.
Nước có độ phân cực cao với hằng số điện mơi ( ε) cao ở nhiệt độ phịng và áp suất
khí quyển do sự hiện diện của liên kết hydro. Do dó , nước khơng phải là một dung
mơi phù hợp dùng dùng để trích ly các hợp chất khơng phân cực và các hợp chất
hữu cơ tại nhiệt độ phòng.
Khi nhiệt độ của nước được nâng lên, một số tính chất của nước như độ nhớt, sức
căng bề mặt giảm đáng kể , trong khi đó đặc tính khuếch tán lại tăng rất nhanh. Nếu

áp suất duy trì đủ để giữ nước ở giai đoạn nhiệt độ cao, giá trị ban cầu của hằng số
điện môi giảm từ ε=80 (ở 250C) xuống còn 27 ( ở 2500 C, 50bar) nằm ở khoảng
giữa của methanol (ε=33) và ethanol (ε= 24) ở 250C. Dưới những điều kiện này ,
nước hoạt động như một số dung mơi hữu cơ có thể hịa tan được phạm vi lớn các
chất có độ phân cực trung bình và yếu.[6, 18].
Sự thay đổi hằng số điện môi (ε) của nước theo sự thay đổi của nhiệt độ
Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly PHWE
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chọn lọc, hiệu quả trích ly của HPWE bao gồm:
nhiệt độ, áp suất, thời gian trích ly, tốc độ chảy của dịng lưu chất, chất phụ gia.
Cấu trúc của tế bào dược phẩm cần trích và chiều của dịng lưu chất ít ảnh hưởng
tới q trình trích ly. Để đánh giá hiệu quả của q trình trích ly bằng phương pháp
PHWE ta thường so sánh với các phương pháp trích ly khác như đun nóng hồn
lưu, Soxhlet , trích ly dưới sự hỗ trợ của sóng âm, hoặc một số phương pháp sử
dụng dung môi tinh khiết hay hỗn hợp các dung mơi hữu cơ.
Nhiệt độ.
Nhiệt độ là nhân tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả của q trình trích ly và độ chọn
lọc của phương pháp HPWE. Nó ảnh hưởng lớn tới tính chất vật lý của nước làm
phân hủy hoặc thủy phân các cấu tử cần trích ly. Trong phương pháp HPWE , nhiệt
độ trích ly thường cao hơn so với nhiệt độ sơi thơng thường. Những tính chất vật lý
thuận lợi cho q trình trích ly ở nhiệt độ cao là khả năng khuếch tán cao, độ nhớt
thấp, giảm sức căng bề mặt.

9


Nhiệt độ tăng cũng làm thay đổi tính chất của nước từ một chất có độ phân cực cao
trở thành chất có độ phân cực trung bình hoặc yếu.Từ đó dễ dàng hịa tan được
nhiều hợp chất có độ phân cực thấp.

Hình 1.0: Sự thay đổi hằng số điện mơi (ε) của nước theo sự thay đổi của nhiệt độ

Áp suất.
Áp suất có tác dụng duy trì cho nhiệt độ của nước (ví dụ: cần áp suất 15 bar để duy
trì cho nước ở nhiệt độ 2000C, áp suất 80 bar để duy trì cho nhiệt độ ở 3000C)
Ở cùng một nhiệt độ và thay đổi áp suất thì khơng ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất
thu hồi dược liệu.[16-18]
Chế độ dịng chảy
PHWE có thể sử dụng cả mơ hình động (dịng chảy) và tĩnh để trích ly.
Hiệu quả trích ly phụ thuộc vào thời gian trích ly và chế độ dịng chảy. Thời gian
phụ thuộc vào nhiệt độ trích ly, nhiệt độ càng cao, thời gian trích ly càng ngắn.Bên
cạnh đó tốc độ dịng chảy cao thì cũng làm tăng hiệu suất thu hồi cấu tử.
Bên cạnh đó so sánh với quá trình tĩnh, quá trình tĩnh cần một thể tích lớn hơn rất
nhiều để chứa lỏng hoặc hơi và khi nồng độ cấu tử cần trích ly trong dung dịch tăng
dần, hiệu quả trích ly sẽ giảm dần do ko được cung cấp thêm dung môi.
Chất điều chỉnh và phụ gia.
Cho thêm một số chất phụ gia vô cơ hoặc hữu cơ có thể làm tăng khả năng hịa tan
của dung mơi, cho hiệu quả trích ly cao hơn. Người ta cũng có thể điều chỉnh tính
chất hóa lý của nước tại nhiệt độ bốc hơi do đó có thể giảm được nhiệt độ trích ly ,
hạn chế sự phân hủy cấu tử cần trích ly.

10


2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1. Quy trình thí nghiệm.
Ngun liệu tươi

Bơm nước

Rửa sạch để ráo trong 2
giờ

Gia nhiệt, nước hóa
hơi

Trích ly ở nhiệt độ cao
áp suất cao

Dịch chiết ngưng tụ

Sấy khơ

Phân tích chất
khơ

11


Hình 2.1. Quy trình thí nghiệm chiết xuất chè xanh từ lá chè giá Bảo Lộc – Lâm
Đồng
Lá chè xanh già được lấy từ khu vực đồi chè ở Bảo Lộc, Lâm Đồng. Sau khi hái, lá
chè được đưa ngay trong ngày về phịng thí nghiệm, giữ trong tủ lạnh ở 50C trong
bao polyetylen [6], phục vụ cho các nghiên cứu thực nghiệm trong vịng 3 ngày sau
đó.
Để xác định khối lượng chất khô, lá chè được rửa sạch để ráo nước, cân và đem sấy
ở 1050C đến khối lượng không đổi. Khối lượng trước và sau khi sấy được sử dụng
để tính tốn khối lượng chất khơ của lá chè.
Thiết bị trích ly được thiết kế và chế tạo để có thể vận hành ở nhiệt độ đến 2000C,
làm việc theo mẻ. Sơ đồ hệ thống thiết bị được chỉ ra trên hình 2.2, trong đó, bơm 2
có nhiệm vụ bơm nước trong bồn chứa 1 đi qua bộ phận hóa hơi 3 đun nóng bằng
điện trở để dẫn vào thiết bị trích ly 4. Tại đây, nhiệt độ được điều khiển ổn định

theo chế độ đặt trước nhờ hệ thống đun nóng bằng điện trở, có đồng hồ đo áp suất,
có van an tồn, có đầu dị nhiệt độ và bộ phận điều khiển tự động. Hơi nước bão
hòa khi đi qua lớp nguyên liệu bên trong thiết bị sẽ thực hiện q trình trích ly,
ngưng tụ thành dung dịch và đi qua lớp lưới lọc để qua van 5, qua bộ phận làm
nguôi 6 để vào thùng chứa sản phẩm 7.
Để thực hiện q trình trích ly, nguyên liệu được rửa sạch, để ráo nước, sau đó đem
bỏ vào buồng trích ly, đậy kín nắp. Nhiệt độ bên trong thiết bị được đo và điều
khiển tự động theo giá trị đặt trước. Nước sạch từ bồn chứa được bơm cao áp bơm
qua thiết bị gia nhiệt để hóa hơi hồn tồn và đưa vào buồng trích ly đã đạt nhiệt độ
đặt trước. Dịch trích ly được tháo liên tục qua van, đi qua thiết bị làm lạnh để được
làm nguội xuống nhiệt độ thường trước khi lấy mẫu và chứa vào thùng chứa.
Q trình trích ly chất tan từ lá chè xanh phế thải được thực hiện theo mẻ, mỗi mẻ
2kg ở các nhiệt độ 1200C, 1300C , 1400C , 1500C (áp suất tương ứng 2,02 kg/cm2,
2,75 kg/cm2, 3,69 kg/cm2 , 4,85 kg/cm2). Trong q trình trích ly, dung dịch được
lấy và phân tích thành phần chất tan, thành phần cafein và polyphenol theo từng
phân đoạn. Hiệu suất trích ly tương đối (các mẫu 1A, 2A, 3A, 4A) được tính tốn
trên cơ sở tỷ lệ giữa lượng chất tan thu được tại các phân đoạn và tổng lượng chất
tan trích ly được tại mỗi nhiệt độ, được ký hiệu theo giá trị nhiệt độ trích ly tương
ứng. Hiệu suất trích ly tuyệt đối (các mẫu 1B, 2B, 3B, 4B) được tính trên cơ sở so
sánh với tổng lượng chất tan gồm cafein và polyphenol có trong mẫu lá chè đem
trích ly, cũng được ký hiệu theo giá trị nhiệt độ trích ly tương ứng.

12


Hình 2.2. Sơ đồ dây chuyền thiết bị thí nghiệm q trình trích ly chè xanh bằng hơi
nước ở nhiệt độ cao. (1- Bồn chứa nước, 2-Bơm, 3- Bộ phận hóa hơi, 4- Thiết bị
trích ly, 5- Van tháo dịch trích ly, 6- Bộ phận làm nguội, 7- Bồn chứa dịch trích
ly)

Dịch trích ly thu được được phân tích trọng lượng bằng cách cho bốc hơi dưới ánh
đền hồng ngoại để đánh giá thành phần chất tan. Thành phần cafein và pholyphenol
trong dịch trích ly được phân tích bằng phương pháp đã được giới thiệu [5] trên
máy HPLC 1100 Agilent với cột C18, đầu dò DAD [5], trên cơ sở so sánh các pic
đặc trưng của cafein và EGCG trên sắc ký đồ với mẫu chuẩn (được cung cấp bởi
Công ty cổ phần xuất nhập khẩu y tế DOMESCO, Đồng Tháp).

13


2.2.Thiết bị.

Hình 2.3. Thiết bị chiết chè xanh từ lá chè già.
Thiết bị phân tích.
Đèn hồng ngoại.

Hình 2-4: Đèn hồng ngoại.
Thông số 220W -220V
14


Chức năng : Sấy khơ dung dịch để phân tích khối lượng chất rắn.
Thiết bị phân tích HPLC.

Hình 2.5. Thiết bị phân tích HPLC

Hình 2.6. Sơ đồ thiết bị phân tích HPLC

15

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.
3.1. Trình tự thí nghiệm
Chuẩn bị 2kg lá chè xanh cho mỗi lần thí nghiệm.
Bước 1 : Cho cho nguyên liệu vào buồng trích ly đậy kín nắp lại.
Bước 2 : Đốt điện trở gia nhiệt đến khoảng 1800C.
Bước 3 : Bật bơm nước, chỉnh van sao cho nước qua buồng đốt bốc hơi hoàn toàn.
Bước 4 : Chờ cho đến khi nhiệt độ ở buồng trích ly đạt nhiệt độ cần thiết và tiến
hành lấy mẫu, sau đó khoảng 10 đến 20 phút lấy mẫu lần kế tiếp cho đến khi dịch
chiết từ buồng trích ly trong suốt thì kết thúc q trình thí nghiệm.
Bước 5 : Dùng pipet lấy lần lượt ở các mẫu 20ml đem sấy bằng đèn hồng ngoại cho
đến khi lượng nước bay hơi hồn tồn. Đem chất khơ đi cân bằng cân phân tích.

Hình 3.1. Dịch chiết được đem sấy dưới đèn hồng ngoại.

Hình 3.2: Dịch chiết được sấy khô
16


Tiến hành thực hiện trích ly ở nhiệt độ 1200C, 1300C , 1400C , 1500C áp suất tương
ứng 2,02 kg/cm2, 2,75 kg/cm2 , 3,69 kg/cm2 , 4,85 kg/cm2 với lá chè xanh.
3.2. Kết quả thí nghiệm.
3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả trích ly chất tan trong lá chè.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả trích ly chất tan trong lá chè được thể hiện
trên bảng 1 và được mơ tả bằng đồ thị trên hình 3.3.
Có thể thấy rõ ràng rằng ở nhiệt độ và áp suất cao, các chất tan được trích ly từ lá
chè tương đối nhanh, từ 150 phút ở 1200C đến 60 phút ở 1500C. Đồng thời, thời
gian trích ly hồn tồn giảm khi tăng nhiệt độ. Điều đó chứng tỏ động lực quá trình
rất lớn, giúp làm tăng tốc độ của tồn q trình khi được thực hiện ở nhiệt độ và áp
suất cao.

Khi tăng nhiệt độ từ 1200C lên 1400C, hiệu suất trích ly tuyệt đối của q trình trích
ly tăng. Điều này chứng tỏ tốc độ tan của nhiều cấu tử cũng tăng theo nhiệt độ. Khi
nhiệt độ tăng lên 1500C, hiệu suất tuyệt đối của quá trình giảm mạnh, chứng tỏ khả
năng bị phân hủy của một số cấu tử ở nhiệt độ cao.
Bảng 3.1: Q trình trích ly chè xanh ở các nhiệt độ và thời gian lưu khác nhau
a) Nhiệt độ 1200C
Thể tích Hàm
Lượng
Hiệu suất
Hiệu suất
dịch trích lượng
trích ly
chất khơ
trích ly
Thời gian
ly tại mỗi chất tan thu được
chất tan
Nhiệt độ
chất tan
trích ly 0
tại mỗi ở
tuyệt đối
phân
từng
( C)
tương đối
(phút)
đoạn (ml) phân
theo thời
phân

theo thời
gian (%
đoạn
đoạn
gian (%)
(mg/ml) (mg)
0

50

600

0,00

0

0.00

0.00

30

120

500

1,70

850

16.31

1.66

50

120

500

2,02

1.010

35.70

3.63

70

120

500

2,32

1.160

57.88

5.90

90

120

500

1,90

950

76.05

7.75

110

120

500

1,48

740

90.20

9.20

130

120

500

0,78

390

97.68

9.96

150

120

500

0,24

120

99.99

10.20

17

b) Nhiệt độ 1300C
Thể tích Hàm
Lượng
Hiệu suất
Hiệu suất
dịch trích lượng
trích ly
chất khơ
trích ly
Thời gian
ly tại mỗi chất tan thu được
chất tan
Nhiệt độ
chất tan
tại mỗi ở
tuyệt đối
trích ly 0
phân
từng
( C)
tương đối
(phút)
đoạn (ml) phân
theo thời
phân
theo thời
gian (%
đoạn
đoạn

gian (%)
(mg/ml) (mg)
0

50

450

1,50

675

2.73

1.32

30

130

300

12,39

3.717

17.73

8.58

50

130

300

18,44

5.532

40.07

19.38

70

130

300

18,90

5.670

62.96

30.46

90

130

300

17,60

5.280

84.28

40.77

110

130

300

10,55

3.165

97.06

46.95

130

130

300

2,43

729

100.00

48.38

c) Nhiệt độ 1400C
Thể tích Hàm
Lượng
Hiệu suất
Hiệu suất
dịch trích lượng
trích ly
chất khơ
trích ly
Thời gian
ly tại mỗi chất tan thu được
chất tan
Nhiệt độ
chất tan
tại mỗi ở
tuyệt đối
trích ly 0
phân
từng
( C)

tương đối
(phút)
đoạn (ml) phân
theo thời
phân
theo thời
gian (%
đoạn
đoạn
gian (%)
(mg/ml) (mg)
0

50

500

0

0

0.00

0.00

30

140

400

12,26

4.904

13.57

15.01

40

140

400

19,21

7.684

34.83

30.02

50

140

400

20,68

8.272

57.71

46.18

60

140

400

19,27

7.708

79.04

61.24

70

140

400

13,91

5.564

94.43

72.11

80

140

400

4,34

1.736

99.24

75.51

90

140

400

0,68

272

100.00

76.04

18


d) Nhiệt độ 1500C
Thể tích Hàm
Lượng
Hiệu suất
Hiệu suất
dịch trích lượng
trích ly
chất khơ
trích ly
Thời gian
ly tại mỗi chất tan thu được
chất tan
Nhiệt độ
chất tan
tại mỗi ở
tuyệt đối
trích ly 0
phân
từng
( C)
tương đối
(phút)
đoạn (ml) phân
theo thời

phân
theo thời
gian (%
đoạn
đoạn
gian (%)
(mg/ml) (mg)
0

50

250

0,00

0

0.00

0.00

30

150

500

3,53

1.765

15.52

3.45

35

150

500

4,72

2.360

36.08

8.07

40

150

500

4,68

2.340

56.65

12.64

45

150

500

4,42

2.210

76.09

16.96

50

150

500

4,22

2.110

94.64

21.09

55

150

500

0,92

460

98.69

21.99

60

150

500

0,25

125

99.81

22.24

Hình 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả trích ly chất tan từ lá chè xanh.

(1A-120, 2A-130, 3A-140, 4A-150 là hiệu suất trích ly tương đối tại 1200C, 1300C,
19


1400C và 1500C tương ứng. Tương tự, 1B-120, 2B-130, 3B-140, 4B-150 là hiệu
suất trích ly tuyệt đối tại 1200C, 1300C, 1400C và 1500C tương ứng)
3.2.2. Đặc trưng qúa trình trích ly cafein và polyphenol
Để đánh giá q trình trích ly cafein và polyphenol, dung dịch trích ly được phân
tích thành phần bằng HPLC. Kết quả được mô tả bằng các biểu đồ sắc ký trên hình
3.4 và bảng 3.2.

a)

b)

20


c)

d)
Hình 3.4. Sắc ký đồ phân tích HPLC đối với polyphenol (đặc trưng bởi EGCG) và
cafein khi trích ly chè xanh ở nhiệt độ cao. a) 1200C, b) 1300C, c) 1400C, d) 1500C.
21


Có thể thấy rằng tỷ lệ cafein và polyphnol trích ly được tại các nhiệt độ khác nhau
là khác nhau. Từ 1200C đến 1400C, khả năng trích ly cả cafein và polyphnol đều
tăng theo nhiệt độ. Tuy nhiên polyphenol dễ trích lý hơn, do đó, tỷ lệ
polyphenol/cafein trong dịch trích ly cao hơn ở nhiệt độ cao. Khi tăng nhiệt độ lên

1500C, tỷ lệ này giảm đáng kể. Khi đó, trong dịch trích ly giàu cafein hơn nhiều so
với polyphenol. Do đó, nhằm đạt được hiệu quả tách polyphenol tốt nhất, quá trình
nên được tiến hành ở nhiệt độ 1400C.
Bảng 3.2. Thành phần dung dịch trích ly chè xanh ở nhiệt độ cao
lệKhối
Hiệu suất
Lượn
Tỷ
Th Hàm Hàm
Hiệu
Lượng polyphen lượng
trích
ly
g
Nhiệ ể lượng lượng
suất
polyphen
ol
/
cafein
chất
cafein
polyphen
t độ, tíc cafein polyphen
trích ly
ol (%)
tan thu
hịa ol hịa tantrong
h (mg/ml ol
0

cafein
C
dịch tríchđược
tan (g)
(%)
(mg/ml)
(l) )
ly
(g)
(g)
120

4,1
0,57
0

0,70

2.36 2,87

0,82

5,23

130

2,2
1,90
5

3,92

8.10 16,66

1,09

24,76

140

3,3
3,08
0

7,87

10.16 25,99

2,56

36,15

150

3,7
2,08
5

0,96

7.80 3,60

0,46

11,40

22

20.36

7.25

69.83

42.07

87.62

65.62

67.24

9.09


4. KẾT LUẬN
Cafein và polyphenol trong lá chè xanh có thể dễ dàng trích ly bằng hơi nước bão
hịa ở áp suất và nhiệt độ cao. Khi tăng nhiệt độ q trình đến 1400C, hiệu suất trích
ly tăng, đồng thời thời gian trích ly giảm đáng kể. Hiệu suất này cao hơn hẳn so với
q trình chiết bằng nước sơi ở áp suất thường và tương đương với quá trình chiết

nhờ dung mơi ethanol khi có và khơng có sự hỗ trợ của sóng diêu âm, vi sóng [5].
Ở dưới 1400C, polyphenol dễ trích ly hơn, thể hiện ở độ giàu polyphenol tương đối
so với cafein trong dịch trích ly. Khi nhiệt độ tăng đến 1500C, hiệu suất trích ly
giảm đáng kể. Điều này có thể có nguyên nhân từ việc phân hủy một số hợp chất ở
nhiệt độ cao. Vấn đề này cần được nghiên cứu tiếp tục, đặc biệt khi thực hiện q
trình liên tục cũng như trích ly lá chè đã được băm nhỏ hoặc vò nát.

Tp.HCM, ngày 31 tháng 10 năm 2013

Tp.HCM, ngày 31 tháng 10 năm 2013

Chủ nhiệm đề tài

TL. HIỆU TRƯỞNG

(Ký và ghi rõ họ tên)

23


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Abdul G Dulloo, Claudette Duret et al., Efficacy of a green tea extract rich in
catechin polyphenols and caffeine in increasing 24-h energy expenditure and fat
oxidation in humans, The American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 70, No.
6, p. 1040-1045 (1999).
2. Anna Gramza-Michałowska, Józef Korczak, Marzanna Hęś, Purification process
influence on green tea extracts’ polyphenol content and antioxidant activity, J.
Acta Sci. Pol., Technol. Aliment. No. 6(2), p. 41-48 (2007).
3. Wei-Qiang Tang, Di-Cai Li, Yang-Xiao Lv & Jian-Guo, Concentration and
Drying of Tea Polyphenols Extracted from Green Tea Using Molecular

Distillation and Spray Drying, J. Drying Technology, Volume 29, Issue 5, p.
584-590 (2011).
4. Ezzohra Nkhili, Valerie Tomao, Hakima El Hajji, Es-Seddik El Boustani, Farid
Chemat and Olivier Dangles, Microwave-assisted Water Extraction of Green
Tea Polyphenols, J. Phytochemical Analysis, No.20, p. 408–415 (2009).
5. Pham Thanh Quan, Tong Van Hang, Nguyen Hai Ha, Nguyen Xuan De, Truong
Ngoc Tuyen, Microwave-assisted extraction of polyphenols from fresh tea
shoot, Tạp chí Phát triển khoa học và cơng nghệ, Tập 9, Số 8, Tr.69-75 (2006)
6. Tống Văn Hằng, Cơ sở sinh hóa và kỹ thuật chế biến trà, NXB Đại học kỹ thuật,
Tp. Hồ Chí Minh, (1985).
7. Andre Loupy, Tran Kim Quy, Le Ngoc Thach, Phương phap hoc moi ve tong
hop huu co, HCM City University of Natural Science, Viet Nam, 1995.
8. Lawrance Peter Wright, Biochemical analysis for identification of quality in
black tea(Camellia sinensis), Doctoral Thesis, University of Pretoria, South
Africa, 2005.
9. Zohar Kerem, Hilla German-Shashoua, Oded Yarden, Microwave-assisted
extraction of bioactive saponins from chickpea (Cicer arietnum L.), J. Sci. Food
Agric. 85, 406 – 412, 2005.
10. Joung Ho Ko, Gyoung Won Kang, You Jin Seo, Won Jo Cheong, C18 attached
silicamonolith microcolumns made in stainless steel tubing and their
application in analysisof flavonoids in green tea extracts, Bull. Korean Chem.
Soc. 25 (10), 2004.
11. Jan Wollgast, The contents and effects of polyphenols in chocolate, qualitative
andquantitative analys of polyphenols in chocolate and chocolate raw products
as well asevaluation of potential implications of chocolate consumption in
human health, Doctoral thesis, Jutus Liebig University of Giessen, Germany,
2004.
12. Kai On Chu, Chi Chiu Wang, Micheal Scott Rogers, Kwong Wai Choy, Chi Pui
Pang, Determination of catechins and catechin gallates in biological fluids by
HPLC withcolormetric array detection and solid phase extraction, Analytica

Chimica Acta 510, 69– 76, 2004.

24