Đề tài Công nghệ sản xuất tannin

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Hàm lượng tannin trong một số trái cây 4 Bảng 2: Số liệu thực nghiệm về sự biến đổi tannin trong một số loại trái cây 17 Bảng 3: Thành phần hóa học của lá trà tươi 21 Bảng 4: Tiêu chuẩn của tannin thương mại 25 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Một số loại trái cây có nhiều tannin 5 Hình 2: Chè có hàm lượng tannin lớn 5 Hình 3: Ellagic acid 6 Hình 4: Sơ đồ phân loại tannin 7 Hình 5: Một số dạng của pyogallic tannin 8 Hình 6: Một số monomer đơn phân tử 9 Hình 7: Phản ứng oxi hóa-khử của catechin 13 Hình 8: Sự ngưng tụ của catechin 14 Hình 9: Sự biến đổi tannin trong quá trình chín của trái 18 Hình 10: Rượu vang 18 Hình 11: Sự trùng hợp giữa anthocyanin và tannin ngưng tụ 19 Hình 12: Chất lượng rượu vang biến đổi theo thời gian ủ rượu 19 Hình 13: Nước ép trái cây 20 Hình 14: Bia 20 Hình 15: Trà xanh 21 Hình 16: Hàm lượng polyphenols và catechins ngưng tụ trong các sản phẩm trà 22 Hình 17: Sản phẩm của công nghiệp thuộc da 23 Hình 18: Sơ đồ quy trình sản xuất tannin 24 Hình 19: Bột tannin 25 TỔNG QUÁT Giới thiệu Tannin đã được biết đến từ nhiều thế kỷ trước. Ban đầu, thuật ngữ “tannin là của người Tây Âu cổ đại dành cho cây sồi, đây là nguồn khai thác tannin tiêu biểu cho ngành thuộc da. Tannin dùng trong ngành thuộc da là một bằng chứng rõ ràng nhất về tính hoạt động của tannin, có nghĩa là tannin có khả năng tác động qua lại và làm kết tủa protein. Do đó, người ta có thể nói rằng tính thuộc da là một tiêu chuẩn cơ bản để xếp các hợp chất vào nhóm tannin. Khoảng cuối thế kỷ 18, con người bắt đầu thực hiện công việc phân lập các hoạt chất ra khỏi dung dịch trích ly từ thực vật dùng cho ngành thuộc da. Các dung dịch này, lúc đầu người ta gọi là dung dịch thuộc da, sau đó đổi thành dung dịch tannin. Khoảng 20 năm trở lại đây, những thông tin về các hợp chất thuộc nhóm tannin ngày càng nhiều. Cho đến bây giờ tannin được coi là hợp chất phenol đa nguyên tử với nhóm chức quan trọng nhất là nhóm phenolic hydroxyl và tính thuộc da được xem như một tiêu chuẩn cơ bản để xếp các nhóm hợp chất khác vào tannin. Một số trái cây giàu tannin Tannin là nhóm các hợp chất phân bố phổ biến trong thực vật với hàm lượng khác nhau. Thường thì tannin tập trung chủ yếu ở vỏ. Một số loại trái chứa nhiều tannin như: trái hồng, lựu, điều, măng cụt,… và trái xanh có hàm lượng tannin nhiều hơn trái chín. Bảng 1: Hàm lượng tannin trong một số trái cây Trái cây Hàm lượng tannin (%) Hồng xiêm 3,16-6,45 Điều đỏ - điều vàng 2,98-3,52 Lựu 0,65-1,1 Lá trà 0,48 Táo 0,1-0,43 Đào 0,12 Lê 0,16-0,25 Hình 1: Một số loại trái cây có nhiều tannin Đặc biệt chè là loại cây có hàm lượng tannin lớn và được ứng dụng phổ biến. Hình 2: Chè có hàm lượng tannin lớn Một số định nghĩa Bate-Smith đã định nghĩa tannin là hợp chất polyphenol có thể hòa tan trong nước, có khối lượng phân tử 500-3000, cho các phản ứng thông thường của phenol và có những tính chất đặc biệt như khả năng tạo kết tủa với các alkaloid, gelatin và các protein khác. Haslam đã thay thế thuật ngữ “polyphenol” bằng “tannin” nhằm mục đích nhấn mạnh những đặc tính của các nhóm phenolic trong nhũng hợp chất đó. Ông lưu ý rằng khối lượng phân tử của tannin có thể lên đến 20.000 và tannin không chỉ tạo phức với protein và alkaloid mà ngay cả các polysaccharide. Hagerman 1998 cũng ủng hộ việc dùng thuật ngữ tannin vì nó nhấn mạnh được đặc tính để phân biệt tannin với các hợp chất polyphenol khác là khả năng kết tủa protein. Ngoài ra, năm 1913 Dekker định nghĩa tannin như sau: tannin là các polyphenol đa nguyên tử có vị chát, có tính thuộc da và bị kết tủa khỏi dung dịch bằng protein hoặc các alkaloid. Mặc dù định nghĩa này chưa nêu bật được cấu tạo phân tử của tannin nhưng do tính khái quát hóa mà nó vẫn được dùng cho đến bây giờ. Trong tự nhiên tannin thường kết hợp với nhiều nhóm hợp chất khác và được gọi là tannoid. Phân loại Những cách phân loại cũ Thông thường tannin thực vật bao gồm rất nhiều nhóm phenol khác nhau nhưng có nhiều đặc tính lý hóa rất gần nhau. Để tiện việc nghiên cứu và khai thác chúng cũng như ứng dụng vào công nghiệp, từ lâu người ta đã cố gắng phân chúng thành các nhóm nhỏ hơn. Các phân loại này chủ yếu dựa trên phản ứng màu của tannin với các muối sắt và các sản phẩm của sự thủy phân và nhiệt phân tannin. Berxelus phân loại dựa vào phản ứng màu của tannin với FeCl3. Theo màu sắc phân loại tannin thành 2 nhóm: nhóm cho màu xanh dương và nhóm cho màu xanh lá cây. Tuy nhiên, phản ứng này cho thấy ít có tính đặc hiệu với tannin vì ngay cả các phenol đơn giản cũng cho màu như vậy với FeCl3. Năm 1935 Perkin và Evetest chia tannin thành 3 nhóm: Nhóm tannin kiểu depside gọi là tannin gallic. Nhóm thứ 2 là các dẫn xuất của diphenyl metylonic và được gọi là tannin ellagic, sản phẩm phân hủy của nhóm này là acid ellagic. Hình 3: Ellagic acid Nhóm thứ 3 là tannin 3-pirocatechin, sản phẩm thủy phân của chúng là catechin. Vào năm 1984 Proker, dựa trên các phản ứng màu và các sản phẩm nhiệt phân của tannin ở nhiệt độ cao từ 180-200oC đã chia tannin thành 2 nhóm: Nhóm tannin pirogallon khi phân hủy cho pirogallon. Nhóm tannin pirocatechin khi phân hủy cho catechin. Cách phân loại mới Dựa vào cách phân loại của Proker và các kết quả nghiên cứu của mình Freukebberg đã đề nghị chia tannin thành 2 nhóm: tannin thủy phân và tannin ngưng tụ. Năm 1997 hai tác giả người Tiệp Khắc là Blazej và Suty thừa nhận cách phân loại của Freukbberg là đúng đắn. Cấu tử cơ bản acid gallic flavon Lớp/polymer Tannin thủy phân Tannin ngưng tụ Nguồn gốc Thực vật Thực vật Hình 4: Sơ đồ phân loại tannin Tannin thủy phân Là loại tannin sẽ bị thủy phân dưới tác dụng của acid nóng, kiềm nóng hay enzyme Tannase cho một phần là đường và một phần là các acid phenolic. Nhóm tannin này dễ tan trong nước, thường cho phức màu xanh đen với dung dịch FeCl3. Khi cất khô ở 180-2000C cho Pyrolallol là chủ yếu. Cho tủa bông bởi Acetat chì 10%. Người ta chia tannin thủy phân thành hai loại nhỏ: Pyrogallic Tannin (Gallo – Tannin) Đây là Tanosid khi thủy phân sẽ cho: Phần đường là glucose, một glucose thường nối với nhiều nhóm genin khác nhau. 1,2,3,4,6-penta-O-galloyl-β-D-glucopyranose 2-O-digalloyl-1,3,4,6-tetra-O-galloyl-β-D-glucopyranose Hình 5: Một số dạng của pyogallic tannin Phần genin là các monomer hay oligomer của các acid gallic. Các oligomer của các acid gallic này được tạo thành nhờ dây nối depside (là một loại liên kết ester đặc biệt: –COOH của acid gallic này sẽ nối với chức –OH (thường ở vị trí meta so với nhóm –COOH) của một acid Gallic kế cận. Nhóm này có trong vỏ lựu, cánh hoa hồng, lá bạch đàn. Các monomer đơn phân tử: Pyrocatechin Acid pyrocatechin Pyrogalliol Acid galic Hình 6: Một số monomer đơn phân tử Các oligomer của acid gallic: Acid meta-digallic được hình thành từ hai phân tử acid gallic, chất này giữ vai trò quan trọng trong sự hình thành tanin có tính thuộc da VD: acid meta-digallic Các acid gallic và meta-digallic có trong thành phần tannin thủy phân và kết hợp với đường glucose theo kiểu ester phức tạp. VD: tannin tìm thấy trong cây hồ đào Trung Quốc là hợp chất ester phức tạp của các acid gallic với đường glucose, trong đó tất cả các nguyên tử H của nhóm –OH trong phân tử glucose đều được thay thế bằng các gốc của acid meta-digallic Acid meta-trigallic: Tannin Ellagic (Ellagi – Tannin) Là một Tanosid khi thủy phân sẽ cho: Một phần là đường, một phần là acid ellagic. Dây nối giữa đường và genin thường là liên kết ester nhưng có khi cũng là liên kết glycoside. Acid Egallic tồn tại ở hai dạng: Dạng Depsidon (lacton của acid Phenolic) Dạng mở rộng: ở dạng này Tannin không bị thủy phân bằng enzyme mà bằng acid mạnh. Các Ellagi-Tannin dễ kết tinh, khả năng tạo tủa với protein kém. Ngoài Ellagic acid, phần genin của Ellagic Tannin còn là acid Chebulic, acid Hexahydroxydiphenic. Acid chebulic Acid hexahydroxydiphenic Tannin ngưng tụ Là loại tannin không bị thủy phân dưới tác dụng của acid hay kiềm, enzyme mà ngưng tụ thành Tannin có phân tử lớn hơn (Phlobaphenee) hay Phloba-Tannin. Phlobaphene rất ít tan trong nước, là sản phầm của sự trùng hợp kèm oxi hóa. Nhưng trong cồn nóng nó rất dễ bị oxi hóa sinh ra Anthocyanidin. Về mặt cấu trúc: đây là polymer của các dẫn xuất Flavan (thường là Flavan-3-ol (Catechin) hay Flavan-3,4-diol (Leicocanthocyanidin) nên còn được gọi là Tannin Pyrocatechin hay Proanthocyanidin. Các monomer Flavanoid này nối với nhau (thường ở vị trí 4-8 hay 6-8) bằng nối đôi C-C rất bền, do đó nó còn có Tannin không thủy phân được. Về đặc điểm của Tannin ngưng tụ Tan trong cồn, trong Acetat. Khó tan trong nước, khó kết tinh. Cho tủa bông với nước Brom. Tạo phức màu xanh rêu với dung dịch FeCl3. Chỉ các trimer (n ≥ 3) mới có tính thuộc da và tính thuộc da của nó mạnh hơn tính thuộc da của Tannin thủy phân. Trong thực tế, nhiều loại thực vật chứa cả Tannin thủy phân và Tannin ngưng tụ. Đôi khi ta còn gặp cả cấu trúc hỗn hợp giữa Tannin thủy phân và Tannin ngưng tụ. TÍNH CHẤT CỦA TANNIN Lý tính Tannin thường là bột vô định hình từ màu ngà vàng cho đến màu nâu sáng, không mùi hoặc mùi rất nhẹ, vị rất chát, gây săn se niêm mạc. Khối lượng phân tử từ 500-20.000, điểm chảy không cố định mà thay đổi tùy cách chiết xuất và phân lập. Tannin thường là những chất rất phân cực, dễ tan trong các dung môi phân cực như cồn, aceton, propylene glycol, methanol,glycerin etylacetat…không tan trong các dung môi kém phân cực như hexan, benzene, dầu hỏa, diethyl ete… Tannin thủy phân dễ tan trong nước, cho kết tủa bông với acetat chì 10%, cho phức màu xanh đen với dung dịch FeCl3. Tannin ngưng tụ khó tan trong nước, khó kết tinh, cho kết tủa bông với nước brom, tạo phức màu xanh rêu với dung dịch FeCl3. Các tannin có trọng lượng phân tử thấp (catechin, epicatechin, proanthocyanidin-dimer) rất dễ tan trong etylacetat trong khi các proanthocyanidin-oligomer và proanthocyanidin-polymer rất kém trong dung môi này. Tạo phức tủa bền với các dung dịch của protein (Albumin, Gelatin…) nên có tính thuộc da, làm cho da bền, ít thầm nước, không bị trương phồng hay thối rữa. Hấp thụ bước sóng trong vùng tử ngoại từ 280 ÷ 320nm. Hóa tính Phản ứng oxi hóa khử Tannin có tính khử mạnh nên rất nhạy cảm với tác nhân oxi hóa. Dưới tác dụng của các tác nhân oxy hóa yếu (như không khí, dung dịch Fehling…), nó cũng dễ dàng bị oxy hóa. Sự oxi hóa luôn kèm theo sự trùng hợp tạo ra phân tử lớn không tan trong nước đối với tác nhân oxy hóa mạnh (như KMnO4, K2Cr2O7, …) sự oxy hóa luôn kèm theo sự phá vỡ cấu trúc, tạo ra các phân tử có phân tử lượng nhỏ hơn. Trong không khí nó dễ dàng bị oxi hóa, trong môi trường kiềm nó bị oxi hóa rất mạnh. Tannin bị oxi hóa sâu sắc và triệt để khi tác dụng với KMnO4 trong môi trường acid hoặc với dung dịch iot trong môi trường kiềm. Đặc biệt trong điều kiện có mặt các chất enzyme oxi hóa như polyphenoloxydase và peroxydase kèm theo sự có mặt của oxi để quá trình oxy hóa xảy ra mãnh liệt và ngưng tụ thành các hợp chất có phân tử lượng lớn. Sản phẩm có màu đỏ sau đó chuyển thành màu xám đen hoặc nâu thẫm. Quá trình oxi hóa catechin trong lá chè dưới tác dụng của enzyme được biểu diễn như sau: -2H +2H -2H catechin othorquinon ½ O2 H2O A AH2 Enzyme oxy hóa A: là chất oxi hóa, AH2: là chất khử Ví dụ: A là acid dehydroasorbic, AH2 là acid ascorbic Hình 7: Phản ứng oxi hóa-khử của catechin Phản ứng cộng Trong quá trình oxi hóa nếu có mặt các acid amin thì các octoquinon mới được tạo thành sẽ kết hợp với các acid amin này để tạo các sản phẩm của phản ứng cộng. Tuy nhiên các sản phẩm này có thể bị oxi hóa trở về các octoquinon tương ứng. Phản ứng ngưng tụ Song song với quá trình oxi hóa các polyphenol thành octoquinon và sự khử octoquinon trở lại polyphenol nhờ nguyên liệu hô hấp là glucose. Khi quá trình oxi hóa trội hơn quá trình khử thì có sự tích tụ các octoquinon thành tannin ngưng tụ hay sản phẩm có màu gọi là phlobaphene. polyphenoloxydase Polyphenol +O2 Othorquinon (1) Othorquinon + Glucose Polyphenol + O2 + H2O (2) n (Othorquinon) Phlobaphene (3) Trong điều kiện hô hấp bình thường thì phản ứng (1) và (2) chiếm ưu thế. Trái lại trong điều kiện sản xuất khi các mô và tế bào thực vật bị phá vỡ thì phản ứng (2) và (3) chiếm ưu thế (quá trình phi enzyme). Hình 8: Sự ngưng tụ của catechin Phản ứng với protein Tạo kết tủa bền với các dung dịch chứa protein nên có tính thuộc da, làm cho da bền, ít thấm nước, không bị trương phồng hay thối rữa. Chính phản ứng tạo tủa tannin-protein làm cho tannin có tính thuộc da và đem lại giá trị thương mại cho tannin trong công nghệ thuộc da. Đây chính là cơ sở cho các phương pháp nghiên cứu cấu trúc tannin. Phản ứng giữa tannin với protein phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: đặc điểm của tannin, đặc điểm của protein và điều kiện phản ứng. Phức tannin-protein có thể tan hoặc không tan tùy vào điều kiện phản ứng. Có bốn loại tương tác có thể xảy ra giữa tannin và protein: liên kết hydro, liên kết kị nước, liên kết cộng hóa trị và liên kết ion. Hầu hết các điều kiện chỉ có hai loại liên kết hydroxyl bền với nhôm carbonyl của mạch peptid của protein. Ảnh hưởng của đặc điểm tannin (độ lớn, tính đồng nhất của chế phẩm): tương tác giữa tannin-protein chịu ảnh hưởng bởi số lượng nhóm phenol và sự sắp xếp của các nhóm sẵn có. Sự ester hóa tăng ái lực của protein với nhóm flavonoid, acid gallic liên kết với protein hiệu quả hơn flavonoid. Ảnh hưởng của đặc điểm protein (độ lớn, cấu trúc, thành phần amino acid, điểm đẳng điện,...): ái lực của protein đối với tannin là một đặc tính của các thành phần amino acid và tính linh động của protein. Các protein và mạch polypeptid giàu proline có ái lực lớn bất thường đối với tannin. Cấu trúc bậc hai và bậc ba của protein cũng ảnh hưởng đến phản ứng với tannin. Proline cản trở sự tạo thành cấu trúc bậc hai như cấu trúc xoắn alpha. Kết quả của cấu trúc cuộn ngẫu nhiên là tạo mạch chính peptid có khả năng tương tác với tannin. Cấu trúc cầu đặc bao gồm ribonuclease, lysozyme, và sytochrome C có ái lực thấp đối với tannin bởi vì mạch chính peptid không có đủ khả năng tác dụng với tannin. Ảnh hưởng của điều kiện phản ứng (pH, nhiệt độ, thành phần dung dịch, thời gian), cụ thể như: pH >10, nhóm phenolic, hydroxyl bị oxi hóa nên tannin không phản ứng với protein. Ở nhiệt độ thấp, phức tannin – protein bền hơn. Haslam cho rằng nhiệt độ làm thay đổi entropy có liên quan đến sự loại trừ dung môi trên bề mặt trong suốt giai đoạn đầu hình thành liên kết kị nước. Và dung môi tạo thành liên kết hydro như aceton formamit ức chế tương tác tannin – protein. Phản ứng kiềm phân Tannin bị kiềm phân bởi kiềm đậm đặc, nóng tạo thành các mảnh nhỏ và đơn giản, phản ứng thường được dùng để nghiên cứu cấu trúc tannin. Phản ứng thủy phân Dưới tác dụng của tác nhân thủy phân và enzyme tannase (thu nhận từ việc nuôi cấy nấm mốc Aspergillus Niger trên acid tannic – theo Haslam 1982) tấn công vào mối liên kết ester của tannin tạo ra sản phẩm là acid gallic và polyol nhưng enzyme này không thể tách liên kết eater của acid hexahydroxydiphenic (HHDP) và dạng mở vòng của ellagi tannin. Ngoài ra, dưới tác dụng của acid nóng (H2SO4 5% nóng) có thể tách hoàn toàn tannin thủy phân thành polyol và acid phenolic còn tannin ngưng tụ lại bị trùng ngưng thành phlobaphene màu đỏ (đỏ tannin). Phản ứng trên nhân thơm Tannin ngưng tụ (tannin pyrocatechin) cho phản ứng thế với các halogen (brom lỏng nguyên chất…) tạo sản phẩm khó tan. Phản ứng tạo phức với muối kim loại Các nhóm phenol –OH của tannin có thể tạo phức màu khó tan với các muối kim loại như Pb2+, Fe3+, Al3+. Càng nhiều nhóm –OH, phản ứng tạo phức màu càng đậm. Màu của phức thay đổi tùy theo kim loại ví dụ như: muối sắt cho phức màu xanh, muối chì cho phức màu trắng ngà đến vàng. Phản ứng với dung dịch ankaloid Dung dịch tannin loãng cho phản ứng với dung dịch muối ankaloid (thường dùng quinin) cho kết tủa bông trắng. Phản ứng với Vanilin Tác dụng với vanillin sẽ tạo thành phức vanillin-tannin có màu nâu đỏ trong môi trường acid. Phức này có khả năng hấp thu cực mạnh ở bước sóng 500nm. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của tannin So với các hợp chất thiên nhiên, tannin là chất có độ bền kém. Nó chỉ thể hiện tính bền trong môi trường acid. Với tác dụng của nhiệt trong môi trường pH acid, nó dễ bị phân hủy và sau đó ngưng tụ lại với nhau thành các hợp chất có màu nâu. Ngoài ra, sự phân hủy của tannin còn có thể xảy ra trong quá trình chiết, trích cũng như tinh chế chúng. Độ bền của tannin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc hóa học của tannin, pH, nhiệt độ,thời gian, oxy, enzyme,. Nếu pH nhiệt độ càng cao, thời gian càng dài, khả năng tiếp xúc với các tác nhân oxi hóa càng nhiều thì tannin càng bị phân hủy nhanh. Biến đổi của tannin trong trái cây Cảm giác chát khô trong miệng phát sinh từ liên kết chéo của protein và glycoprotein với tannin gây ra sự giảm chất bôi trơn. Liên kết chéo này là những liên kết hydro hoặc một số liên kết khác mà chúng là những liên kết yếu. Kích thước phân tử của tannin lớn thì các liên kết hình thành sẽ bền hơn. Nếu phân tử lượng của các hợp chất phenolic quá nhỏ (3000 Da), cấu trúc phân tử cồng kềnh thì sẽ khó hoặc không thể liên kết được với protein và glycoprotein. Khi trái chín thì đồng thời xảy ra hai quá trình là: Tannin liên kết với nhau và các chất khác (protein, pectin,…) tạo hợp chất có phân tử lượng lớn làm giảm hoặc mất vị chát. Tannin bị thủy phân bởi enzyme tạo các chất có phân tử lượng nhỏ không đủ khả năng để gây chát. Tannin được cấu tạo từ các monomer flavan-3-ol, flavan-3,4-diol: Khi trái chin, tannin có thể kết hợp thêm các chất khác ở các vị trí như hình: Tùy vào từng loại trái mà quá trình ngưng tụ hay thủy phân sẽ chiếm ưu thế. Số liệu thực nghiệm về một loại trái cây như sau: Bảng 2: Số liệu thực nghiệm về sự biến đổi tannin trong một số loại trái cây Trái Trạng thái Dung môi (% methanol) % Tannin Chuối Chưa chín 100 86 50 14 Chín 100 11 50 89 Hồng giòn Chưa chín 100 91,4 50 8,6 Chín 100 50 50 50 Đào Chưa chín 100 90 50 10 Chín 100 81 50 19 Mận bắc Chưa chín 100 75 50 25 Chín 100 50 50 50 Như vậy: khi chuối chín, quá trinh thủy phân tannin xảy ra mạnh hơn so với quá trình polymer hóa. Còn trái đào thì quá trình xảy ra ngược lại, trái mận thì hai quá trình xảy ra tương đương. Hình 9: Sự biến đổi tannin trong quá trình chín của trái VAI TRÒ VÀ ỨNG DỤNG CỦA TANNIN Trong thực phẩm Sản xuất rượu vang Hình 10: Rượu vang Trong rượu vang tannin được trích ly từ nho trong quá trình lên men. Tannin được chiết xuất từ hạt, vỏ và cuống nho. Vỏ nho là nguồn chính để trích ly, trong khi chỉ có một phần tannin trong hạt được tách ra. Tannin tạo các giá trị cảm quan cho rượu vang tạo vị chát và bảo vệ màu. Màu đỏ rượu vang trở nên càng đậm khi có sự kết hợp các chất cao phân tử trong rượu. Điều này là do sự trùng hợp giữa anthocyanins và tannin ngưng tụ tăng cường các màu sắc của rượu vang và bảo vệ nó khỏi quá trình oxy hóa. Hình 11: Sự trùng hợp giữa anthocyanin và tannin ngưng tụ Như vậy tannin là chất bảo quản tự nhiên có tác dụng giữ cho rượu vang khỏi oxy hóa. Nói chung, rượu càng có nhiều tannin, càng có thể ủ lâu. Và thông thường thì rượu đỏ mới có tannin. Loại nho Cabernet Sauvignon cho ra đời những loại rượu nhiều chất tannin nhất. Một chai rượu chứa nhiều tannin quá mức có thể gây ra hiệu ứng khô và có vị hơi đắng. Những loại rượu này đòi hỏi ủ lâu hơn, vì tannin bị giảm dần theo thời gian. Gỗ sồi được sử dụng để tạo ra những chiếc thùng đựng rượu bởi nó chứa đựng những hợp chất mà rượu sẽ thẩm thấu trong quá trình ủ. Rượu vang được giữ trong thùng gỗ sồi sẽ làm cho vị rượu dịu hơn, tạo ra hương vị ngon hơn. Chất phenol trong gỗ sồi khi được trích ly vào rượu vang sẽ tạo ra mùi vanilla và vị ngọt chát hay vị ngọt của hoa quả. Gỗ sồi cũng tác động lên màu sắc của rượu. Do thùng gỗ sồi được ghép bằng các thanh gỗ với nhau, nên khoảng hở giữa các thanh gỗ sẽ cho phép một lượng nhỏ nước và cồn của rượu bay hơi ra ngoài và một lượng ôxy nhỏ lọt vào trong. Lượng ôxy nhỏ lọt vào trong thùng cũng sẽ là chất xúc tác làm cho độ chát (tannin) của rượu dịu hơn. Khi mức độ tannin đạt tới độ cân bằng, không lấn át các vị khác, lúc đó là thời điểm lý tưởng nhất để uống và không nhất thiết phải ủ rượu đỏ thêm nữa.  Hình 12: Chất lượng rượu vang biến đổi theo thời gian ủ rượu Làm trong dịch ép Nước quả đã lọc trong suốt khi bảo quản có thể bị đục trở lại và có khi kết tủa. Nước quả bị đục là do những phần tử keo còn lại trong nước quả kết tụ với nhau. Vi sinh vật cũng có thể làm đục nước quả. Hiện tượng đục do các hạt keo lúc đầu thì hòa tan nhưng sau một thời gian bảo quản sẽ xuất hiện các cặn. Thành phần protein trong nước quả là một trong những nguyên nhân chính gây hiện tượng này. Hình 13: Nước ép trái cây Vì vậy để tăng thời gian bảo quản nước quả ta cần loại protein trong dịch trước khi vô bao bì bằng cách sử dụng tannin. Tannin sẽ tạo kết tủa tannat với protein và các chất keo tự nhiên khác. Chúng kết lắng xuống và ta có thể loại bỏ các thành phần này dễ dàng bằng cách lọc. Tannin được sử dụng kết hợp với gelatin để làm trong dịch ép trái cây và rượu vang. Hiện nay, tannin được ứng dụng để làm trong các loại nước ép như táo, đào, mận, lê… Lượng tannin sử dụng: Vang đỏ: 2-20g/100 lít Vang trắng: 1-10g/100 lít Loại khó làm trong: 3-5g/100 lít, bổ sung tannin trước, sau đó xử lý với bột gelatin. Sản xuất bia Tannin trong hoa houblon kết hợp với protein tạo kết tủa. Tannin trong hoa houblon khô: 2-5% tổng chất khô. Hình 14: Bia Trà xanh Hợp chất phenol giữ vai trò chủ yếu trong quá trình tạo màu sắc, hương vị của trà đặc biệt là trà đen. Tannin có đặc tính dễ bị oxi hóa dưới tác dụng của enzyme và oxi. Vì vậy, trà chứa càng nhiều tanin, đặc biệt là tannin hòa tan thì sản phẩm trà đen có chất lượng càng cao. Do tannin tạo sản phẩm phlobaphene màu nâu hay đỏ khi bị oxi hóa bởi enzym polyphenoloxidase tạo màu đặc trưng của nước trà, tannin còn làm tăng mùi vị của trà. Flavanoids là thành phần quan trọng của Tanin, trong đó Catechin và Flavonol chiếm tỉ lệ lớn. Có 6 loại Catechin chiếm khoảng 20 – 30 % tổng lượng chất khô trong lá trà 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. Hàm lượng tanin cao nhất ở búp, giảm dần ở lá non, lá già ít tanin nhất. Búp lá có 12% tanin, 4 - 5 lá non gần ngọn có 5% tanin, lá già chỉ còn 3,5% tanin. Quá trình sấy khô trà xanh và ủ sấy trà đen làm giảm rất nhiều tanin. Catechin là hợp chất không màu, tan trong nước, có vị đắng, chát. Trà là thức uống duy nhất có chứa GC, EGC, ECG, EGCG. Hình 15: Trà xanh Bảng 3: Thành phần hóa học của lá trà tươi Thành phần Hàm lượng (%) Nước 75 – 80 Flavanol: (-) Epigallocatechin gallate (EGCG) (-) Epicatechin gallate (ECG) (-) Epigallo catechin (EGC) (-) Epicatechin (EC) (+) Catechin (C) (-) Gallocatechin (GC) 8 – 12 3 – 6 3 – 6 1 – 3 1 – 2 3 – 4 Caffein 3 – 4 Acid hữu cơ (citric, malic, oxalic…) 0,5 – 0,6 Đường (glucose, fructose, saccharose raffinose, stachyose) 4 – 5 Xơ (cellulose, hemicelluloses, lignin) 4 – 7 Protein và acid amin 14 – 17 Lipid 3 – 5 Khoáng 5 – 6 Chất màu (carotenoid, chlorophyl) 0,5 – 0,6 Enzyme Hình 16: Hàm lượng polyphenols và catechins ngưng tụ trong các sản phẩm trà Loại trà Tổng polyphenol Tổng catechin Trà xanh 15,06 ± 2,12 7,33 ± 1,71 Trà Oolong 13,12 ± 0,53 5,29 ± 0,55 Trà đen 12,4 ± 0,18 1,7 ± 0,14 Trong công nghiệp Ứng dụng quan trọng của tannin trong công nghiệp thuộc da là ứng dụng cổ điển nhất trong lịch sử phát triển của tannin (biến đổi da sống thành da thuộc). Tannin còn được sử dụng khá rộng rãi trong kĩ thuật khai thác dầu hỏa, sản xuất xi măng, đồ gốm, làm nguyên liệu để sản xuất một số loại nhựa hóa học, chất chống gỉ cho các nồi hơi cao áp, nồi hơi dùng nước nặng, làm thuốc nhộm, làm chất cố định màu trong quá trình nhuộm hay sản xuất mực in... Hiện tannin đang được nghiên cứu làm nguyên liệu sản xuất một số loại sơn chống thấm, sơn chống gỉ cho kim loại… Hình 17: Sản phẩm của công nghiệp thuộc da Trong dược liệu Những năm gần đây, các nhà nghiên cứu khoa học về tannin đã quan tâm nhiều đến hoạt tính sinh học của tannin do những tác động lên hệ sinh học của nó (như phản ứng với protein, tạo phức vòng càng với ion kim loại, kháng oxi hóa sinh học…) để rồi từ đó tannin đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành dược: Làm thuốc săn da (do tannin kết hợp với protein tạo thành màng trên niêm mạc), bôi ngoài da hoặc bôi liên kết vết thương do rắn và côn trùng cắn. Điều trị loét (miệng, họng, da…) do có tính kháng khuẩn. Giải độc (độc do nhiễm kim loại nặng hoặc uống phải alkaloid). Cầm máu. Trị viêm ruột, lị, tiêu chảy. Lợi ích của tannin đối với sức khỏe Phòng ngừa ung thư Phòng chống bệnh tim mạch và đột quỵ Phòng chống lão hóa, kéo dài tuổi thọ Ngăn ngừa sự hình thành các hợp chất gây độc Chống hư răng Tannin có tính kháng oxy hóa sinh học. Chất chống oxy hóa này nếu đem sử dụng sẽ ngăn ngừa một loạt các bệnh như: ung thư, tim mạch, viêm khớp, sự lão hóa… Theo nghiên cứu, tác dụng kháng oxy hóa của tannin là do chúng có tác dụng khử các gốc tự do (các gốc tự do này được sinh ra và tích lũy trong quá trình sống, là nguyên nhân gây bệnh và dẫn đến quá trình lão hóa của cơ thể con người). Tannin khử được các gốc tự do nhờ khả năng dễ tham gia vào phản ứng oxy hóa khử và khả năng ổn định gốc aryloxyl. Những thí nghiệm gần đây cho thấy phức protein-tannin có phân tử lượng nhỏ hơn. Khả năng giữ gốc tự do của tannin cũng hiệu quả như các vitamine A,E. Tannin còn ngăn chặn sự tạo thành mỡ trên thành mạch máu bằng cách tham gia vào quá trình vận chuyển cholesterol. QUY TRÌNH SẢN XUẤT TANNIN Hiện nay tannin được sản xuất chủ yếu từ vỏ nho. Nguyên liệu Nghiền Rây Trích ly Lọc chân không Bốc hơi dung môi Bột tannin Dung môi Bã Sấy phun Sắc kí Hình 18: Sơ đồ quy trình sản xuất tannin Tiêu chuẩn của tannin thương mại Bảng 4: Tiêu chuẩn của tannin thương mại Tiêu chuẩn Trong công nghiệp Trong ngành thuộc da Trong thực phẩm Độ tinh khiết 81% 82% 92%-94%-97% Chất không hòa tan 0,6% 0,15% 0,1% Độ ẩm 5% 5% 5% Độ màu 2% 1,2% 1,2% As 3 ppm Pb 10 ppm Kim loại nặng 20 ppm Gum/dextrin Không có Hình 19: Bột tannin TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Wilfred Vermerris and Ralph Nicholson, 2006, Phenolic compound biochemistry, Published by Springer, Netherlands. [2] Daniel B Keulder, 2006, The influence of commercial tannin additions on wine composition and quality, Stellenbosch University. [3] Ann E. Hagerman, 1998, Tannin handbook, Oxford, USA. [4] Ton Nu Minh Nguyet, Nguyen Thi Hien Luong, Le Ngoc Lieu, Le Van Viet Man, (2008), “Influence of initial tannin concentration in must on the kinetics of wine fermentation using yeast immobilized in calcium alginate gel”, Science & Technology Development, Vol 11, No.12 – 2008. [5] Pham Thanh Quan, Tong Van Hang, Nguyen Hai Ha, Bach Long Giang, (2007), “Total polyphenols total catechins content and DPPH free radical scavenger activity of several types of Viet Nam commercial green tea”, Science & Technology Development, Vol 10, No.10 – 2007. [6] Darko Obradovic, (2006), “Grape-derived tannins and their application”, Tarac Technologies, Australia.