Trà túi lọc là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Khái niệm và bối cảnh lịch sử

Trà túi lọc là sản phẩm đóng gói sẵn, chứa 1,5 – 2,5 g lá trà cắt nhỏ, bọc trong bao bán thấm thường bằng giấy lọc hoặc sợi polymer. Thiết kế này cho phép bột trà tiếp xúc trực tiếp với nước nóng, rút ngắn thời gian ủ xuống dưới 3 phút, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nhanh tại đô thị và môi trường văn phòng.

Năm 1904, thương nhân Mỹ Thomas Sullivan gửi mẫu trà bằng túi lụa để tiết kiệm chi phí đóng hộp; khách hàng vô tình nhúng cả túi vào nước, khai sinh hình thức ủ tiện lợi. Đến thập niên 1920, công ty Salada Tea (Hoa Kỳ) chuyển sang giấy lọc môi trường, mở đường công nghiệp hoá. Sau Thế chiến II, ngành bao bì cellulose bùng nổ, sản lượng trà túi lọc thế giới tăng gấp bốn chỉ trong 15 năm, theo FAO Intergovernmental Group on Tea. Năm 2024, 64 % tổng trà bán lẻ Hoa Kỳ được tiêu thụ dưới dạng túi.

• 1904 – Sullivan giới thiệu mẫu lụa
• 1920 – Giấy lọc nhiệt hàn ra đời
• 1950 – Máy đóng “double-chamber” kiểu Đức
• 1997 – Túi tam giác PET/PLA đầu tiên
• 2019 – Tăng cường kiểm soát vi nhựa

Cấu trúc và vật liệu túi lọc

Túi lọc hai ngăn (double-chamber) chiếm 70 % thị phần do tăng diện tích bề mặt tiếp xúc nước so với dạng gối (pillow). Cấu tạo gồm lớp sợi chính, lớp hàn nhiệt và đường chỉ bông (cotton) hoặc sợi giấy xoắn. Dạng tam giác dùng lưới không dệt để cải thiện đối lưu, thích hợp hạt trà lớn hơn 1 mm.

Bảng dưới tổng hợp thông số vật liệu phổ biến theo báo cáo Food Packaging & Shelf Life 2019:

Tính thấm nước được xác định qua đường kính lỗ trung bình 20 – 30 µm; lỗ quá nhỏ làm giảm tốc độ khuếch tán polyphenol, lỗ quá lớn gây thất thoát hạt trà mịn vào nước ủ.

Quy trình sản xuất

Chuỗi công nghệ hiện đại triển khai theo tiêu chuẩn ISO 3720:2015 và HACCP. Lá trà sau lên men oxy hoá (đối với hồng trà) hoặc diệt men (đối với lục trà) được cắt bằng dao quay tốc độ 6 000 rpm, đưa về kích thước 0,2 – 1,5 mm. Công nghệ cắt cưỡng bức giảm độ ẩm xuống 3 – 4 % nhằm hạn chế kết khối trong phễu.

1. Trộn: bồn ribbon mixer phối cà rốt sấy, vỏ cam hoặc hương liệu tự nhiên với hệ số biến thiên ≤ 5 %.
2. Định lượng: máy FUSO-NX loại trục vít kép, sai số ± 0,05 g.
3. Hàn nhiệt & gắn chỉ: dao siêu âm 20 kHz giảm điểm cháy sợi cellulose.
4. Đóng gói cuối: giấy nhôm ghép PET/LDPE dày 70 µm, O2 < 2 ppm.

Thời gian lưu tổng dưới 45 phút đảm bảo hoạt tính enzyme polyphenol oxidase không tái hoạt. Quá trình hoàn thiện vô trùng dưới cấp độ không khí ISO Class 8, nhiệt độ phòng 20 ± 2 °C, độ ẩm tương đối 50 ± 5 %.

Thành phần hóa học của trà trong túi lọc

Trà túi lọc sử dụng mảnh lá kích thước nhỏ nên diện tích bề mặt/khối lượng tăng gấp 2 – 3 lần so với lá nguyên. Kết quả là tốc độ hoà tan flavanol EGCG và caffeine nhanh hơn, nhưng đồng thời tăng tỷ lệ oxi hóa polyphenol không enzyme, làm giảm độ tươi vị trà lục. Hàm lượng polyphenol tổng trung bình 26 % kl/kl; caffeine 2,8 % kl/kl; L-theanine 1,7 % kl/kl.

Nghiên cứu mô hình khuếch tán – đối lưu tại LWT 2020 báo cáo 80 % caffeine giải phóng sau 120 s ở 95 °C, trong khi lá rời mất 240 s để đạt ngưỡng tương tự. Tỷ số Catechin/Caffeine là chỉ số đánh giá sự cân bằng vị ngọt-đắng; giá trị 3 – 4 lý tưởng cho trà lục, 1 – 2 cho hồng trà.

• Polyphenol chính: EGCG, ECG, EGC
• Alkaloid: Caffeine, theobromine
• Amino acid tự do: L-theanine, glutamine
• Khoáng: K, Mg, Mn trong khoảng 3 – 5 mg g−1

Phép đo sắc ký lỏng (HPLC-DAD) cho thấy nghiền nhỏ không phá vỡ cấu trúc galloyl nhưng làm gia tăng oxi hóa tự sinh, biểu hiện bằng tăng chỉ số màu hấp thụ tại 460 nm. Tỷ lệ hạt mịn < 500 µm vượt 40 % có nguy cơ làm trà đục sau 2 phút ủ.

Ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan

Cảm quan của trà túi lọc chịu chi phối bởi ba yếu tố: kích thước hạt, cấu trúc túi và thông số ủ. Hạt nhỏ tăng diện tích tiếp xúc, cho chiết xuất màu nhanh nhưng đồng thời làm tan nhiều caffeine và tanin, sinh vị đắng rõ rệt. Điểm xếp hạng cảm quan (cupping score) trung bình của trà lục túi lọc thương mại tại Anh chỉ đạt 69/100, thấp hơn 10 điểm so với lá rời theo thử nghiệm mù của Journal of Food Science 2019.

Dạng túi tam giác lưới PET hoặc PLA cải thiện đối lưu, nâng giá trị sắc độ L* của nước trà thêm 3–4 đơn vị sau 90 s ủ ở 95 °C so với túi gối giấy truyền thống. Tuy nhiên, vi lưới polymer liên kết nhiệt dễ đóng cặn khi gặp nước khoáng cứng (>120 ppm CaCO3), gây màng nổi trên bề mặt.

• Độ đục mục tiêu: < 0,5 NTU cho trà lục, < 1,2 NTU cho hồng trà
• Chỉ số mùi β-ionone: 2,4 ± 0,3 μg L−1 là ngưỡng chấp nhận cảm quan
• Hằng số truyền hương: 1,8 × 10−3 cm s−1 cho túi double-chamber

Bảng dưới tổng hợp sai lệch cảm quan giữa túi lọc và lá rời đối với trà Assam OP:

Động học chiết xuất và mô hình hóa

Quá trình giải phóng hoạt chất được mô tả bởi mô hình đối lưu–khuếch tán hai pha. Trong giai đoạn đầu (<60 s) chuyển khối chi phối bởi độ chênh nồng độ lớn, trong khi giai đoạn sau chịu hạn chế bởi khuếch tán trong vi mao quản của lá. Phương trình giải tích cho nồng độ C(t):

$C(t)=C_{\infty}\left[1-\exp\!\left(-\dfrac{k_{c}a}{V}t\right)\right]$

kc là hằng số truyền khối cụm (cm s−1), a diện tích bề mặt trao đổi (cm2), V thể tích nước ủ (cm3). Giá trị kc của caffeine trong túi double-chamber 25 °C là 2,1 × 10−5 cm s−1, cao hơn 45 % so với lá cắt lớn 2 mm theo dữ liệu LWT 2020.

Thí nghiệm mô phỏng CFD (COMSOL Multiphysics) cho thấy túi tam giác sinh hai dòng xoáy đối lưu cỡ 5 mm s−1 ở mép, rút ngắn thời gian đạt 90 % C∞ xuống 75 s. Khi khuấy (stirring rate 200 rpm) hằng số kc tăng tuyến tính theo hệ số 1,8×, tuy nhiên vượt 400 rpm xuất hiện vỡ túi ở mối hàn PP.

An toàn thực phẩm và lo ngại vi nhựa

Nghiên cứu tại Trường McGill (Canada) đo được 11,6 ± 3,0 tỉ hạt vi nhựa L−1 khi ủ túi nylon/PP ở 95 °C 5 phút, đa phần có kích thước 1–150 µm. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) chưa ban hành giới hạn chính thức, song Environmental Science & Technology 2019 khuyến nghị giữ dưới 0,49 tỉ hạt L−1 để an tâm.

Cơ chế phát sinh vi nhựa gồm giãn nở nhiệt phá vỡ mối hàn và thủy phân liên kết amid (nylon). PLA tuy thuộc nhóm polyester sinh học nhưng ở 90–100 °C vẫn phân cắt ester, tạo oligomer lactic acid. EU Regulation (EU) 10/2011 quy định giới hạn di cư tổng (OML) ≤ 10 mg dm−2, và giới hạn đặc biệt với caprolactam ≤ 15 mg kg−1 thực phẩm.

• Chỉ số Chroma tăng 12 % khi mật độ vi nhựa >2 tỉ hạt L−1
• Phaĝo-cytosis in vitro tăng 30 % khi kích thước hạt <10 µm
• Nylon giải phóng 6-ACA, tiềm ẩn nguy cơ dị ứng da

Nhiều nhà sản xuất (Twinings, Lipton, Dilmah) đã chuyển sang PLA phân hủy sinh học hoặc giấy khâu không dùng PP. Thử nghiệm của phòng thí nghiệm TÜV Rheinland 2024 cho thấy túi PLA mới chỉ phát hiện 0,05 tỉ hạt L−1.

Tiêu chuẩn và quy định quốc tế

Các tiêu chuẩn chính chi phối trà túi lọc:

ISO 3720 yêu cầu d ≤ 250 µm cho hàm lượng bụi < 20 % khối lượng. Codex CAC/RCP 88-2017 bổ sung ngưỡng aflatoxin B1 5 µg kg−1. EN 13432 thúc đẩy bao bì compost hóa trong 12 tuần, là động lực cho vật liệu PLA. Hoa Kỳ áp dụng đạo luật Tea Importation Act sửa đổi 2022, yêu cầu khai báo nguồn gốc và kiểm dư thuốc bảo vệ thực vật theo US EPA.

Đổi mới bền vững và xu hướng tương lai

Công nghệ vật liệu cấu trúc nano-cellulose (CNF) đang được Viện Fraunhofer (Đức) thương mại hóa, tạo túi lọc phân rã hoàn toàn trong 42 ngày môi trường gia đình. CNF cho độ bền kéo 120 MPa, vượt giấy truyền thống 65 MPa, hàn được ở 120 °C bằng siêu âm.

Năm 2024, startup TASTE ID (Hoa Kỳ) giới thiệu túi lọc tích hợp cảm biến pH siêu mỏng in mực graphene, hiển thị mã màu khi đạt nồng độ catechin mong muốn, giúp người dùng dừng ủ đúng lúc. Đồng thời, blockchain được áp dụng để truy xuất lô trà từ nông trại tới kệ siêu thị, tương thích chuẩn Rainforest Alliance 2023.

• Túi lọc in 3D “adaptive pore” thay đổi đường kính lỗ theo nhiệt độ
• Vi sinh phân hủy PLA (Bacillus sp.) rút ngắn thời gian compost xuống 30 ngày
• Dự báo thị phần túi lọc sinh học đạt 35 % toàn cầu năm 2030 (Euromonitor)

Cuộc đua giảm dấu chân carbon cũng thúc đẩy tính toán vòng đời (LCA). Báo cáo Carbon Trust 2024 cho thấy chuyển từ nylon sang PLA giảm 52 % CO2-eq mỗi 1 000 túi. Khi kết hợp bao bì giấy tái chế, giảm thêm 16 %.

Tài liệu tham khảo

1. ISO 3720:2015. Black tea — Definition and basic requirements. International Organization for Standardization. Link
2. Hernandez R. J. et al. “Biodegradable polymers for tea bag applications.” Food Packaging & Shelf Life 23 (2019): 100454. Link
3. Li J.-M. & Wu L.-Y. “Kinetic modeling of caffeine release from broken tea.” LWT – Food Science and Technology 133 (2020): 109960. Link
4. Rao S. C. et al. “Sensory attributes of bagged vs. loose-leaf green tea.” Journal of Food Science 84 (2019): 3570-3579. Link
5. Hernandez L. M. et al. “Plastic teabags release billions of microparticles and nanoparticles into tea.” Environmental Science & Technology 53 (2019): 12300-12310. Link
6. Codex Alimentarius Commission. CAC/RCP 88-2017. Code of Practice for the Prevention and Reduction of Mycotoxin Contamination in Teas. Link
7. European Commission. Regulation (EU) No 10/2011 on plastic materials and articles intended to come into contact with food. Link
8. Rainforest Alliance. “Tea Certification Program.” 2023. Link
9. Carbon Trust. Life Cycle Assessment of Tea Bag Packaging. Technical Report, 2024.
10. TÜV Rheinland. Microplastic Release from PLA Tea Bags. Test Report TR-PLA-0324, 2024.