- Luận văn tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Trường Đại Học Bách Khoa. - Khoa : Công nghệ hóa học Bộ Môn : quá trình và thiết bị NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên : NGUYỄN CAO MINH MSSV Ngành : MÁY VÀ THIẾT BỊ LỚP : HC06MB 1. - Đầu đề luận văn : NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH CAFFEINE TỪ LÁ TRÀ BẰNG CO2 LỎNG Ở TRẠNG THÁI SIÊU TỚI HẠN 2. - Nhiệm vụ (Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): Tổng quan về trà và các phương pháp chiết. - Tối ưu điều kiện chiết caffeine. - Ngày giao nhiệm vụ luận văn . - Ngày hoàn thành nhiệm vụ . - 1 Luận văn tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN. - 2 Luận văn tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN. - 3 Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong quá trình tìm hiểu học hỏi để hoàn thành luận văn được giao. - Tôi cũng đã gặp rất nhiều vướng mắc trong quá trình tìm hiểu, nhưng được sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn cô Lê Thị Kim Phụng , các thầy quản lý phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ hóa và dầu khí cùng một số anh chị cao học đã giúp tôi giải đáp những vướng mắc trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này. - Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các anh chị cao học đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. - 4 Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI. - 9 1.1 Giới thiệu về cây trà. - 10 1.1.1 Mô tả cây trà. - 11 1.2 Phân loại. - 16 1.2.1 Trà Camellia Sinesis Var Boheat. - 17 1.2.2 Trà camellia Sinesis Var Macrophulla Sieb. - 17 1.2.3 Trà camellia Sinesis Var Shan. - 18 1.2.4 Trà camellia Sinesis Var Assamica. - 18 1.3 Thành phần hóa lý tính. - 33 5 Luận văn tốt nghiệp 1.4.3 Tác dụng sinh học của caffeine. - 36 1.5 Các loại trà được chế biến. - 37 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - 40 2.1.1 quy trình chế biến trà dùng trong nghiên cứu. - 41 2.3 Các phương pháp chiết. - 41 2.3.3 Phương pháp trích ly bằng CO2 siêu tới hạn. - 47 2.4 Tối ưu hóa các điều kiện chiết bằng quy hoạch. - 48 CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM. - 55 CHƯƠNG4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN. - 59 6 Luận văn tốt nghiệp 4.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết. - 70 PHỤ LỤC 1. - 73 PHỤ LỤC 2. - 74 PHỤ LỤC 3. - 74 PHỤ LỤC 4. - 75 Kết quả thí nghiệm quy hoạch và kiểm tra điều kiện tối ưu. - 75 7 Luận văn tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Trà vốn là loại thức uống nổi tiếng thế giới. - Cây trà đã xuất hiện lâu đời trước Công Nguyên ở vùng gió mùa Đông Nam Á. - Do đó, nhiệm vụ trong đề tài luận văn này là tách caffeine để đáp ứng nhu cầu những người dùng trà không caffeine. - Và nhiệm vụ trong việc chiết tách là tìm ra điều kiện thích hợp để chiết tách sao cho đạt hiệu suất cao mà không loại bỏ qua nhiều chất có lợi. - 8 Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRÀ 9 Luận văn tốt nghiệp 1.1 Giới thiệu về cây trà Cây trà hay thường gọi là chè có nguồn gốc ở Đông Nam Á và có tên khoa học là Camellia sinensis là loài cây mà lá và chồi của chúng được sử dụng để sản xuất trà. - 1.1.1 Mô tả cây trà Cây trà là cây khỏe, mọc hoang, đôi khi mọc thành rừng gỗ trên núi đá cao. - đốt trà càng dài càng biểu hiện giống trà có năng suất cao. - Cây trà sau khi sinh trưởng 2-3 tuổi bắt đầu ra hoa, hoa cây trà to, có màu biến đổi từ trắng đến hồng hoặc đỏ, mọc ở kẽ lá, mùi rất thơm. - Búp trà Hoa trà 10 Luận văn tốt nghiệp Quả là một nang thường có ba ngăn, nhưng thường chỉ có một hạt do các hạt khác bị teo đi, hạt không có phôi nhũ, lá mầm lớn có chứa dầu. - Cành cây trà Trà là cây lâu năm, chu kỳ sống rất lâu, có thể đạt đến 60-100 năm hoặc lâu hơn nữa. - tuổi thọ kinh tế tối đa của một cay trà thương mại ào khoảng 50-65 năm tùy thuộc vào điều kiện môi trường và phương pháp trồng trọt. - Trà cho năng suất cao vào mùa mưa từ tháng 5-11, sau 10-15 ngày thì thu hoạch một lần. - Trà nguyên liệu sử dụng trong chế biến chủ yếu là 1 tôm và 2-3 lá. - 1.1.2 Phân bố, sản xuất và tiêu thụ 1.1.2.1 Trên thế giới Trà là cây trồng có lịch sử lâu đời (trên 4000 năm). - Ngày nay trà là thức uống phổ biến và chủ yếu với những sản phẩm chế biến đa dạng và phong phú. - 11 Luận văn tốt nghiệp Trà là cây có nguồn gốc từ Trung Quốc. - Cho đến nay trà đã được trồng ở 58 quốc gia, trong đó có 30 quốc gia trồng trà chủ yếu, phân bố từ 330 vĩ Bắc đến 490 vĩ Nam, trong đó vùng thích hợp nhất là 160 vĩ Nam đến 200 vĩ Bắc, ở vùng này cây trà sinh trưởng quanh năm còn trên 200 vĩ Bắc có thời gian ngủ nghỉ và tính chất mùa rõ rệt. - Trong vài thập niên gần đây, sản lượng trà ở các nước tăng cao. - Sản lượng đạt trên 200 nghìn tấn gồm 4 nước: Trung Quốc, Ấn Độ, kenia, Srilanka. - Sản lượng đạt trên 100 nghìn tấn gồm 2 nước: Indonesia và Thổ Nhĩ Kỳ, trên 20 nghìn tấn có 9 nước trong đó có Việt Nam. - Sau đây là một số thống kê về sản lượng, diện tích, năng suất qua các kỳ của các nước trên thế giới: Bảng 1.1: diện tích, năng suất, sản lượng trà thế giới qua các kì STT Diện Năng Sản Diện Năng tích suất lượng(1000 tích suất tấn. - 1000 (tạ ( 1000 (tạ ha) khô/ha) ha) khô/ha Nguồn: Theo số liệu của FAO Luận văn tốt nghiệp Bảng 1.2: diện tích, năng suất, sản lượng trà một số nước năm 2004 STT Quốc gia Diện tích Năng suất Sản lượng khô (1000 ha) (tạ khô/ha) (1000 tấn) 1 Thế giới Trung Quốc Ấn Độ Srilanka Kenia Việt Nam Indonesia Các nước khác Nguồn: Theo số liệu của FAO Đối với Việt Nam Từ lâu chè đã trở thành thứ nước uống thân thuộc của người dân Việt Nam. - ngược lại, chè đen được lên men hoàn toàn, 13 Luận văn tốt nghiệp enzyme được tạo điều kiện tối nhất đảm bảo quá trình lên men triệt để. - Chè có giá trị văn hóa cao, ở Việt Nam, trong gia đình nông thôn đến thành thị, chè chiếm một vị trí quan trọng trong giao tiếp, giáo dục, lễ nghi, cưới xin, ma chay, hội hè… Chè là một thứ nước uống tạo cho con người một thế giới tâm linh mênh mông, một nguồn cảm ứng trong văn thơ, hội họa, ca múa nhạc, điêu khắc… Từ trước năm 1892 nhân dân ta chủ yếu dùng chè dưới dạng chè tươi, chè nụ… Sau khi người Pháp chiếm đóng Đông Dương cây chè bắt đầu được chú ý và khai thác. - Hiện Việt Nam có 6 triệu người sống trong vùng trà, có thu nhập từ trồng, chế biến và kinh doanh trà. - Hiện có khoảng 650 nhà máy chế biến trà (công suất từ 2 đến 10 tấn nguyên liệu trà búp tươi/ngày) và hàng ngàn hộ dân lập xưởng để chế biến trà tại gia đình. - Bình quân năng suất đạt 6,5 tấn búptươi/ha, cung cấp nguyên liệu cho khoảng 700 cơ sở sản xuất chè khô và được hình thành tại các vùng tập trung: vùng thượng du: Hà Tuyên, Hoàng Liên Sơn, Lai Châu…. - vùng tây nguyên: Gia Lai, Kom Tum, Lâm Đồng… 14 Luận văn tốt nghiệp Bảng1.3: một số chỉ tiêu đạt được từ năm Nguồn: theo thống kê của hiệp hội chè Việt Nam năm 2009) Tuy nhiên, ngành trà Việt Nam vẫn tập trung vào các sản phẩm trà truyền thống như trà đen, trà Oolong, trà xanh, gần đây là các sản phẩm hòa tan. - Theo kế hoạch phát triển kinh tế của nhà nước năm 1996, thì mục tiêu phấn đấu của Ngành trà đến năm 2010 là 120.000 ha trà kinh doanh mật độ đông đặc, năng suất bình quân đạt 7-8 tấn búp/ha, tổng sản phẩm là 200 nghìn tấn chè . - Hiện nay, ngành trà đặt ra mục tiêu phát triển chung đến năm sẽ trồng mới và thay thế diện tích chè cũ đạt mức độ ổn định khoảng 150.000ha, năng suất bình quân đạt 8-9 tấn búp/ha, giá trị thu nhập bình quân đạt 35-40 triệu đồng/ha và kim ngạch xuất khẩu đạt 200 triệu USD, giải quyết việc làm cho khoảng 1,5 triệu lao động trên cả nước . - Đến năm 2020, diện tích trồng trà của Việt Nam sẽ là 140.000 ha, với năng suất bình quân đạt 9 tấn/ha. - Sản lượng chè thô dự kiến đạt 1.260.000 tấn và đạt mức Luận văn tốt nghiệp tấn đối với sản lượng trà khô . - Việt Nam tiếp tục củng cố giữ vững các thị trường chủ lực trong xuất Về thị trường sẽ phấn đấu xuất khẩu khoảng 70% tổng sản lượng trà, tiêu thụ nội địa 30%. - Về tình hình tiêu thụ, Việt Nam nằm trong vùng nguyên sản của cây chè thế giới, có điều kiện địa hình, đất đai, khí hậu phù hợp cho cây chè phát triển và cho chất lượng cao. - Hiện sản phẩm chè của Việt Nam đã có mặt trên 110 quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới, trong đó thương hiệu "CheViet" đã được đăng ký và bảo hộ tại 70 thị trường quốc gia và khu vực. - Việt Nam hiện đang là quốc gia đứng thứ 5 trên thế giới về sản lượng cũng như kim ngạch xuất khẩu chè . - Nhu cầu sử dụng trà trên thế giới thể hiện quá bảng 1.3. - Bảng 1.4: nhu cầu sử dụng chè một số nước trên thế giới năm 2000-2005 và dự báo năm 2010. - (đơn vị 1000 tấn) Năm Ấn Độ Trung Anh Pakistan Hoa Nga Thị Tổng Quốc Kỳ trường khác nguồn: Tạp chí thế giới chè thàng Phân loại Cây trà nằm trong hệ thống phân loại thực vật như sau. - Lớp: trà ( Dicotyledonae) 16 Luận văn tốt nghiệp - Bộ : trà ( Theales. - Chi : trà (Camellia. - Loài: Sinensis Theo các thực vật Trung Quốc chia làm 4 loại sau: 1.2.1 Trà Camellia Sinesis Var Boheat Trà vùng Dĩ An hay trà Trung Quốc lá nhỏ. - Búp nhỏ, hoa nhiều, năng suất thấp, phẩm chất bình thường. - 1.2.2 Trà camellia Sinesis Var Macrophulla Sieb Trà Trung Quốc lá to. - Thân gỗ, nhỏ, cao tới 5m trong điều kiện sinh trưởng tự nhiên. - Năng suất cao, phẩm chất tôt. - 17 Luận văn tốt nghiệp • Phân bố rộng rãi ở tất cả các vùng trà Trung Quốc như: Hà Bắc, Hồ Nam, Giang Tây, Phúc Kiến, Chiết Giang, Tứ Xuyên, Vân Nam. - 1.2.3 Trà camellia Sinesis Var Shan Trà Shan. - Có khả năng thích ứng trong điều kiện ấm, ẩm, địa hình cao. - Năng suất cao, phẩm chất tốt. - 1.2.4 Trà camellia Sinesis Var Assamica Mast – choisy (Atsam - Ấn Độ). - Năng suất cao và phẩm chất tốt. - Trung Quốc ( Vân Nam) và các vùng khác. - 18 Luận văn tốt nghiệp Cả 4 loại trà trên đều có trồng ở Việt Nam nhưng phổ biến nhất là 2 loại trà Trà camellia Sinesis Var Macrophy và Trà camellia Sinesis Var Shan đặc biệt là trà Shan được dùng để chế biến trà xanh tốt hơn trà đen. - Năng suất búp trong sản xuất đại trà khi chè 5 - 19 tuổi thường đạt 4 - 5 tấn/ha. - Chè Trung du thường để chế biến trà xanh. - Năng suất búp thường đạt 6 - 7 tấn/ha. - Búp chè có nhiều tuyết, dùng chế biến chè xanh, chè đen đều cho phẩm chất tốt nhưng thích hợp với chế biền chè xanh hơn. - 1.3 Thành phần hóa lý tính Thành phần hóa học của trà biến đổi rất phức tạp, nó phụ thuộc vào giống, điều kiện đất đai, địa hình, kĩ thuật canh tác,…để khảo sát đặc tính lý, hóa của trà, ta sẽ tìm hiểu thành phần các chất có trong lá trà, từ đó tìm hiểu vai trò và ý nghĩa của nó. - Hiện nay thành phần lá trà được mô tả khá đầy đủ thành phần lá trà được mô tả trong bảng sau: 19 Luận văn tốt nghiệp Bảng 1.5: thành phần hóa học chủ yếu lá trà tươi 1.3.1 Nước Nước trong nguyên liệu chè Là môi trường hoà tan các muối vô cơ, nước tham gia trong thành phần cấu trúc của các cơ quan khác nhau trong tế bào thực vật, nó có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất. - Hàm lượng nước có quan hệ mật thiết đối với quá trình chế biến trà. - 72 Luận văn tốt nghiệp PHỤ LỤC 1 Công thức quy hoạch trực giao cấp 2 hệ số phương trình hồi quy được xác định độc lập với nhau và tính theo công thức: Với j = 1: N Phương sai của các hệ số hồi qui được xác định theo hệ số: Phương sai tái hiện được xác định theo 4 thí nghiệm bổ sung ở tâm. - 73 Luận văn tốt nghiệp Giá trị ở bảng của tiêu chuẩn Fisher với mức ý nghĩa p = 0,05 và các bậc tự do f1 = N – l, f2 = n0 – 1 là F1-p(f1,f2) F < F1-p(f1,f2) do đó phương trình tương thích với thực nghiệm. - PHỤ LỤC 3 Thời gian chiết 74 Luận văn tốt nghiệp PHỤ LỤC 4 Kết quả thí nghiệm quy hoạch và kiểm tra điều kiện tối ưu 75