Luận án Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột chè xanh dạng matcha và ứng dụng trong một số thực phẩm

i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện bản luận án này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể. Đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến PGS.TS Nguyễn Duy Thịnh, PGS.TS. Đỗ Văn Chương là những người thầy tâm huyết đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian định hướng và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô Trung tâm Công nghệ sinh học và Vệ sinh an toàn thực phẩm đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Anh Tuấn –Viện trưởng Viện Cơ điện NN & Công nghệ sau thu hoạch cùng Ban Lãnh đạo Viện, Phòng Đào tạo & Hợp tác quốc tế và các cán bộ của Bộ môn Bảo quản của Viện đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ Phòng phân tích đất và chất lượng nông sản, cán bộ Trung tâm nghiên cứu và phát triển chè thuộc Viện Khoa học Nông lâm nghiệp miền núi phía Bắc; các cán bộ Khoa Hóa thực phẩm - Viện Dinh dưỡng Quốc Gia; các cán bộ Khoa Hóa phân tích – Viện Dược liệu; các thầy cô Bộ môn Quản lý chất lượng – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi được thực hiện triển khai thí nghiệm, phân tích để hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần bánh kẹo Hữu Nghị; Công ty cổ phần Tràng An đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi được ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, ạn những người đã giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện hết sức có thể để tôi hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận án ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là hoàn toàn trung thực và không vi phạm bản quyền của bất kỳ tác giả nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận án iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................................. vii DA ỤC C C ............................................................................................................... ix MỞ ĐẦU ......................................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết ............................................................................................................................. 1 2. ục tiêu nghiên cứu ................................................................................................................. 3 2. 1. ục tiêu tổng quát ............................................................................................................. 3 2.2. ục tiêu cụ thể ................................................................................................................... 3 3. ội dung nghiên cứu ................................................................................................................. 3 4. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của luận án ....................................................................... 3 4.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................................ 3 4.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................................. 4 5. Điểm mới của luận án ............................................................................................................... 4 PHẦN 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU......................................................................... 5 1.1. Tổng quan chung về atcha ................................................................................................ 5 1.1.1. Lịch sử hình thành matcha ................................................................................................ 5 1.1.2. Tình hình sử dụng matcha trên thế giới ............................................................................. 6 1.1.3. Tình hình sử dụng matcha ở Việt Nam .............................................................................. 7 1.1.4. Thành phần hóa học của matcha và vai trò của nó ............................................................. 7 1.1.5. Quy trình công nghệ sản xuất matcha của một số nước trên thế giới ................................ 13 1.1.6. Tình hình nghiên cứu và sản xuất bột chè xanh dạng matcha ở Việt Nam ........................ 20 1.2. Cơ sở khoa học về sự hình thành các hợp chất hóa học trong nguyên liệu ch .................... 21 1.2.1. Cơ chế sinh tổng hợp L- theanine ................................................................................ 21 1.2.2. Cơ chế sinh tổng hợp catechin......................................................................................... 23 1.2.3. Cơ chế sinh tổng hợp chlorophyll .................................................................................... 26 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy một số hợp chất hóa học trong ch ........................... 28 1.3.1. Ánh sáng ........................................................................................................................ 28 1.3.2. Thời gian che phủ ........................................................................................................... 32 1.3.3. Mùa vụ ........................................................................................................................... 33 1.3.4. Giống chè ....................................................................................................................... 34 1.3.5. Các yếu tố canh tác khác ................................................................................................. 37 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi các hợp chất hóa học của chè trong quá trình chế biến38 1.4.1. Phương pháp diệt men .................................................................................................... 38 1.4.2. Làm khô ......................................................................................................................... 39 1.4.3. Phương pháp nghiền ....................................................................................................... 41 PHẦN 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ P ƯƠ G P P G IÊ CỨU ......................................... 42 2.1. guyên vật liệu, địa điểm nghiên cứu ................................................................................... 42 2.1.1. Nguyên liệu nghiên cứu.................................................................................................. 42 2.1.2. Vật liệu nghiên cứu ........................................................................................................ 42 iv 2.1.3. Địa điểm nghiên cứu ...................................................................................................... 42 2.3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................................... 42 2.3.1. Phương pháp công nghệ ................................................................................................. 42 2.3.2. Phương pháp ố trí thí nghiệm ....................................................................................... 44 2.3.3. Phương pháp phân tích ................................................................................................... 54 2.3.4. Phương pháp đánh giá cảm quan .................................................................................... 61 2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu .............................................................................................. 63 PHẦN 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 65 3.1. ghiên cứu sản xuất nguyên liệu để chế iến ột ch xanh dạng matcha ............................... 65 3.1.1. Xác định một số tính chất vật lý và thành phần hóa học của đọt ch trước khi che phủ. ... 65 3.1.2. Xác định mức độ giảm cường độ chiếu sáng của vật liệu che phủ ................................... 70 3.1.3. Xác định cường độ ánh sáng trung bình tại các tháng trong vụ hè ................................... 71 3.1.4. Ảnh hưởng của điều kiện che phủ đến sự thay đổi hàm lượng chlorophyll trong đọt chè . 71 3.1.5. Ảnh hưởng mức độ che phủ đến sự thay đổi hàm lượng L - theanine trong đọt chè ......... 81 3.1.6. Ảnh hưởng mức độ che phủ đến sự thay đổi EGCG trong đọt chè ................................. 87 3.1.7. Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ L - theanine/EGCG đến chất lượng cảm quan của bột chè xanh dạng matcha. .............................................................................................................. 92 3.1.8. Xác định một số thành phần hóa học theo từng vị trí của đọt chè 1 búp 3 lá ở mức độ che phủ tối ưu ........................................................................................................................... 97 3.1.9. Đề xuất quy trình che phủ để tạo nguyên liệu chế biến ột ch xanh dạng matcha ........... 99 3.2. ghiên cứu công nghệ chế iến ột ch xanh dạng matcha ................................................. 100 3.2.1. Sơ đồ công nghệ chế biến matcha của Nhật Bản ........................................................... 100 3.2.2. Ảnh hưởng của một số phương pháp diệt men đến chất lượng của bột chè xanh dạng matcha .............................................................................................................................. 100 3.2.3. Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng của sản phẩm ........................................... 108 3.2.4. Ảnh hưởng của quá trình nghiền đến chất lượng cảm quan của bột chè ......................... 123 3.2.5. Đánh giá chất lượng của bột chè xanh dạng matcha và so sánh với matcha Nhật Bản .... 125 3.2.6. Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất bột chè xanh dạng matcha .................................. 127 3.3. Ứng dụng ột ch xanh dạng matcha trong một số sản phẩm thực phẩm ............................. 128 3.3.1. Ứng dụng bột chè xanh dạng matcha trong sản phẩm bánh quy pháp ............................ 128 3.3.2. Ứng dụng bột chè xanh dạng matcha vào sản phẩm kẹo cứng ....................................... 131 3.3.3. Ứng dụng bột chè xanh dạng Matcha vào nhân bánh custard ........................................ 134 KẾT LUẬN ................................................................................................................................. 137 KIẾN NGHỊ................................................................................................................................. 139 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................... 140 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Chú giải AOAC Association of Official Analytical Chemists Hiệp hội các nhà hoá phân tích chính thống. BTP Bán thành phẩm CĐASTB Cường độ ánh sáng trung bình C Catechin CFU/g Colony Forming Unit - Số đơn vị khuẩn lạc/g mẫu CK Chất khô CV Coeff Var - ệ số iến thiên CV% trong ảng A OVA ĐKCP Điều kiện che phủ ĐC Đối chứng EC Epicatechin EGC Epigallocatechin ECG Epicatechin gallate EGCG Epigallocatechin gallate FDA Food and Drug Administration - Cục Quản lý thuốc và dược phẩm Hoa Kỳ FAO Food and Agriculture Organization - Tổ chức lương thực và nông nghiệp FL Flavonoid GRAS Generally Recognized as Safe - Chứng nhận tuyệt đối an toàn GABA Axit gamma - aminobutyric HPLC High Pressure Liquid Chromatography - Sắc ký lỏng hiệu năng cao HPD Heat Pump Drying - Sấy ơm nhiệt KL Khối lượng KT Giống chè Kim Tuyên LSD Least Significant Difference – vi Sự khác iệt có ý nghĩa nhỏ nhất NADPH Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate PAL Phenylalanine ammonialyase PET Polyethylene Terephthalate ppm Parts per million - một phần triệu PVT Giống chè Phúc Vân Tiên TB Trung bình TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TP Thành phẩm TSVSVHK Tổng số vi sinh vật hiếu khí TSTBNM-NM Tổng số tế bào nấm men - nấm mốc VSV Vi sinh vật ATVSTP An toàn vệ sinh thực phẩm USD United States Dollar: tiền đô la ỹ WHO World Health Organization - Tổ chức Y tế thế giới. vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. 1. Ma trận bố trí thí nghiệm theo giống chè, số lớp lưới che phủ và thời gian ........ 47 Bảng 2. 2. Chương trình dung môi sắc ký phân tích L - theanine ....................................... 60 Bảng 2. 3. Chương trình dung môi sắc ký phân tích EGCG ............................................... 60 Bảng 2. 4. Mô tả các đặc tính của bột chè xanh dạng matcha ............................................. 61 Bảng 2. 5. Hệ số quan trọng của các chỉ tiêu ...................................................................... 62 Bảng 2. 6. Phân loại chất lượng bột chè xanh dạng matcha ................................................ 62 Bảng 3. 1.Thành phần cơ giới của đọt chè giống Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên................ 65 Bảng 3. 2. Thành phần hóa học của đọt ch giống PVT và KT ở các tháng trong năm ....... 66 Bảng 3. 3. Mức độ giảm cường độ ánh sáng của các lớp lưới khác nhau ............................ 70 Bảng 3. 4. Số lớp lưới che phủ tương đương với cường độ ánh sáng giảm ......................... 71 Bảng 3. 5. Cường độ ánh sáng trung ình còn lại ở các mức che phủ khác nhau ................ 71 Bảng 3. 6. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến sự ....... 72 Bảng 3. 7. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến ............ 75 Bảng 3. 8. Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll a và chlorophyll ở các mức che phủ tại các khoảng thời gian che phủ khác nhau của giống ch PVT và KT ......................................... 78 Bảng 3. 9. Sự thay đổi mầu sắc của lá chè ở các mức độ che phủ khác nhau ...................... 80 Bảng 3. 1 . Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến sự tích lũy hàm lượng L-theanine trong đọt ch của giống ch Phúc Vân Tiên ............................. 81 Bảng 3. 11. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến sự tích lũy hàm lượng L-theanine trong đọt ch của giống ch Kim Tuyên.................................... 83 Bảng 3. 12. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến sự iến đổi hàm lượng EGCG trong đọt ch của giống ch Phúc Vân Tiên .................................... 88 Bảng 3. 13. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và thời gian che phủ khác nhau đến sự iến đổi hàm lượng EGCG trong đọt ch của giống ch Kim Tuyên .......................................... 90 Bảng 3. 14. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng trung bình và thời gian che phủ đến tỷ lệ .. 93 Bảng 3. 15. Ảnh hưởng của tỷ lệ L - theanine/EGCG đến chất lượng cảm quản của bột chè xanh dạng matcha từ giống chè Phúc Vân Tiên .................................................................. 94 Bảng 3. 16. Ảnh hưởng của tỷ lệ L - theanine/EGCG đến chất lượng cảm quản của bột chè xanh dạng matcha từ giống chè Kim Tuyên ....................................................................... 95 Bảng 3. 17. Thành phần hóa học theo từng vị trí của đọt chè 1 búp 3 lá ............................. 97 Bảng 3. 18. Ảnh hưởng của thời gian hấp đến sự thay đổi chất lượng chè diệt men .......... 101 Bảng 3. 19. Ảnh hưởng của nhiệt độ xào diệt men đến sự thay đổi chất lượng chè diệt men ........................................................................................................................................ 102 Bảng 3. 20. Ảnh hưởng thời gian diệt men bằng vi sóng đến sự thay đổi chất lượng chè diệt men ................................................................................................................................. 104 viii Bảng 3. 21. So sánh chất lượng chè khi diệt men bằng các phương pháp khác nhau ......... 105 Bảng 3. 22. So sánh chất lượng cảm quan của bột chè xanh dạng matcha khi diệt men ... 106 Bảng 3.23. Tốc độ giảm ẩm của hai giống ch Phúc Vân Tiên và Kim Tuyên theo thời gian sấy khi sấy thường và sấy PD ....................................................................................... 108 Bảng 3. 24. So sánh chất lượng của chè PVT và KT sau khi sấy ...................................... 109 Bảng 3. 25. Ảnh hưởng của độ dầy lớp chè sấy đến cảm quan của chè sau sấy................ 110 Bảng 3. 26. Ảnh hưởng của tốc độ tác nhân sấy đến cảm quan của chè sau sấy ................ 111 Bảng 3. 27. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến tốc độ giảm ẩm .......................................... 112 Bảng 3. 28. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến chất lượng của hai giống chè PVT và KT ... 113 Bảng 3. 29. Bảng giá trị mã hóa và thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm ................... 115 Bảng 3. 30. Số liệu thí nghiệm và kết quả sấy chè Phúc Vân Tiên .................................... 117 Bảng 3. 31. Kết quả phân tích hồi quy – Y1 ..................................................................... 117 Bảng 3. 32. Kết quả phân tích hồi quy – Y2 .................................................................... 118 Bảng 3. 33. Ảnh hưởng của tốc độ nghiền đến năng suất và kích thước hạt bột chè.......... 124 Bảng 3. 34. Chỉ tiêu vi sinh vật của bột chè xanh dạng matcha từ hai giống chè PVT và KT ........................................................................................................................................ 125 Bảng 3. 35. So sánh chất lượng của bột chè xanh dạng matcha với matcha Nhật Bản ....... 125 Bảng 3. 36. Đánh giá chất lượng cảm quan của sản phẩm ............................................... 126 Bảng 3. 37. Kết quả đánh giá chất lượng bánh quy pháp kẹp kem có bổ sung bột chè xanh dạng matcha với tỷ lệ khác nhau ...................................................................................... 130 Bảng 3. 38. Kết quả đánh giá chất lượng kẹo cứng có bổ sung bột chè xanh dạng matcha với các tỷ lệ khác nhau .................................................................................................... 133 Bảng 3. 39. Kết quả đánh giá chất lượng bánh Custard có bổ sung bột chè xanh dạng matcha với tỷ lệ khác nhau .......................................................................................................... 136 ix DANH MỤC CÁC H NH Hình 1. 1. Công thức cấu tạo của L - theanine...................................................................... 9 Hình 1. 2. Cấu tạo phân tử của catechin ............................................................................. 10 Hình 1. 3. Công thức cấu tạo của Epigallocatechin gallat ................................................... 11 Hình 1. 4. Công thức cấu tạo của chlorophyll .................................................................... 12 ình 1. 5. Sơ đồ mô tả sự khác nhau giữa các sản phẩm chè của Nhật Bản ........................ 14 Hình 1. 6. Một số sản phẩm chè của Nhật Bản được chế biến từ nguyên liệu có che phủ trước thu hoạch.................................................................................................................. 15 Hình 1. 7. Quy trình công nghệ sản xuất matcha ở Nhật Bản ............................................. 15 Hình 1. 8. Các sản phẩm matcha khác nhau của Nhật Bản ................................................. 17 ình 1.9. àu nước của matcha Nhật Bản ......................................................................... 17 Hình 1. 10. Matcha Nhật Bản (a) và matcha Trung Quốc (b) ............................................ 19 ình 1. 11. uy trình c