Đặt vấn đề: Pectin là một chất phụ gia được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm. Việc tìm kiếm những nguyên liệu mới giá rẻ để sản xuất pectin rất có ý nghĩa về mặt kinh tế, khoa học và môi trường. Sản xuất pectin trong nước với quy mô công nghiệp làm giảm giá thành cho pectin và chủ động trong sản xuất thực phẩm do không phải lệ thuộc vào sự cung cấp của nước ngoài. Ý nghĩa khoa học ở chỗ tận dụng được phế phẩm của các ngành sản xuất thức uống từ trái cây, giúp giảm chi phí sử lý rác thải hữu cơ đang và mối đe dọa đến môi trường sống và làm hạ giá thành sản phẩm.
Vì thời gian thực hiện đề tài tương đối ngắn nên khó tránh khỏi sai sót, mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để hoàn thiện hơn.2 Mục tiêu nghiên cứu: Qua bước đầu khảo sát, chúng tôi nhận thấy vỏ chanh dây có chứa nhiều pectin (gần 21%) nên chúng tôi quyết định sử dụng vỏ chanh dây để khảo sát quy trình sản xuất pectin. Vấn đề là phương pháp tách chiết, tinh sạch để có chế phẩm pectin tinh khiết và có giá trị sử dụng cao. Do đó, chúng tôi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly như: tỉ lệ dung môi/vỏ, thời gian, nhiệt độ, pH… và so sánh hiệu suất trích ly ở cả hai loại nguyên liệu là vỏ chanh dây tươi và vỏ chanh dây khô. Mục tiêu của đề tài này là tìm ra quy trình sản xuất pectin từ nguyên liệu mới – vỏ chanh dây.
Trong đề tài, chúng tôi nghiên cứu các vấn đề sau: 1. Khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu. Trích ly pectin, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như: thời gian, nhiệt độ, pH, tỉ lệ dung môi/vỏ… đến hiệu suất trích ly. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ cồn lên sự kết tủa pectin trong dịch trích ly.
Sản xuất pectin dạng bột. Ứng dụng khả năng tạo gel của sản phẩm cho mứt chanh dây. Sau khi khảo sát các thông số và đưa ra được quy trình tối ưu, chúng tôi sử dụng pectin trích ly được ứng dụng vào tạo gel cho mứt chanh dây để so sánh chất lượng pectin tạo ra với sản phẩm pectin trên thị trường. -2- CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu về Pectin: [6][7][8] 2.1 Nguồn gốc: - Pectin là một polysaccharide tồn tại phổ biến trong thực vật, là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật.
Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng là pectin hòa tan và protopectin không hòa tan. - Pectin như một loại keo gắn chặt các tế bào thực vật, vì thế người ta gọi chúng là chất ciment trong cấu trúc tế bào thực vật. - Khi quả còn xanh, ciment là protopectin, chiếm tỉ lệ khá cao, protopectin không hòa tan trong nước giúp quả có độ cứng. - Khi quả chín dần, dưới tác dụng của enzim protopectinase, protopectin sẽ chuyển sang dạng pectin hòa tan và araban, làm giảm sự liên kết giữa các tế bào, quả trở nên mềm hơn.
Quá trình này cũng xảy ra dưới tác dụng của acid và nhiệt độ trong quá trình chần ở 60 – 850C. - Trong thực vật các pectin thường liên kết với cellulose ở vách tế bào dưới dạng phức hợp.1: Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật [6] - Pectin tồn tại với những hàm lượng khác nhau trong quả, củ hoặc thân của một số loài thực vật: táo 10 – 15%, quả citrus 20 – 50%, củ cải đường -3- 10 – 20%, đài hoa hướng dương 15 – 25 %. Trong cùng một loại quả nhưng ở các bộ phận khác nhau thì hàm lượng pectin cũng khác nhau. Chẳng hạn như ở quả bưởi.1: Phần trăm Pectin trong các phần phế liệu của bưởi.
[7] Hiệu suất thu hồi Hàm lượng Các phế liệu Khối lượng (%) (%pectin/%chất pectin (%) khô) Vỏ xanh 8 – 11 - - Cùi trắng 15 – 30 3,1 15,6 Vỏ múi 8 – 12 5,8 25,2 Vỏ hạt 3–5 5,3 12,4 Bã tép 10 – 16 5,2 - - Pectin là một loại chất nhầy, bản chất của nó là chất xơ hòa tan trong nước, làm tăng độ nhớt.2 Cấu tạo phân tử - Pectin là hợp chất cao phân tử polygalacturonic có đơn phân tử là galacturonic và rượu metylic. Hàm lượng pectin 1% trong dung dịch có độ nhớt cao, nếu bổ sung 60% đường và điều chỉnh pH môi trường từ 3.4 sản phẩm sẽ tạo đông. - Cấu tạo phân tử pectin là một dẫn suất của acid pectic, acid pectic là một polymer của acid D-galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết 1-4- glycozide. Chiều dài của chuỗi acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị acid galacturonic.
-4- - Cấu tạo 1 đơn vị của chuỗi pectic: Hình 2.2: Cấu tạo một đơn vị chuỗi pectin [6] - Phân tử lượng của các loại pectin tách từ các nguồn quả khác nhau thay đổi trong giới hạn rộng tùy theo số phân tử acid galacturonic và thường thay đổi trong phạm vi từ 10000 – 100000. Trong các hợp chất dạng glucid so về chiều dài phân tử thì pectin cao hơn tinh bột nhưng thấp hơn cellulose. Ví dụ từ nguồn táo, mận thu được pectin có phân tử lượng từ 25000 – 35000, trong khi đó pectin lấy từ cam lại có trọng lượng đạt tới 50000. - Tên gọi pectin dùng để chỉ các chuỗi polygalacturonic methyl hóa 100%.
Tên gọi acid pectinic để chỉ chất được methyl hóa thấp hơn 100%. Còn tên gọi acid pectic để chỉ acid polygalacturonic hoàn toàn không chứa nhóm methoxyl. - Trong thực tiễn thì tên pectin dùng để chỉ cả acid pectinic và pectin.3 Tính chất của pectin 2.1 Tính chất vật lý - Mã hiệu quốc tế của pectin là E440. - Dạng bột màu trắng hoặc hơi vàng, hơi xám, hơi nâu.
- Tan trong nước, không tan trong ethanol. - Là một chất keo hút nước, có khả năng tạo gel bền. - Dung dịch pectin có độ nhớt cao.2 Các chỉ số đặc trưng - Chỉ số methoxyl (MI): biểu hiện tỉ lệ methyl hoá, là phần trăm khối lượng nhóm methoxyl (-OCH3) trên tổng khối lượng phân tử. MI max = 16,3% (sự methoxyl hóa hoàn toàn) MI của pectin thực vật = 10 – 12% - Chỉ số ester hóa (DE): thể hiện mức độ ester hóa của pectin, là phần trăm về số lượng của các gốc acid galacturonic được ester hoá trên tổng số lượng gốc acid galacturonic có trong phân tử.3 Phân loại: Theo % nhóm methoxyl có trong phân tử HMP (High Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl cao: MI >7%, trong phân tử pectin có trên 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE > 50%).3: Công thức HM pectin [6] LMP (Low Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl hóa thấp:MI ≤ 7%, khoảng từ 3 – 5%, trong phân tử pectin có dưới 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE ≤ 50%).4: Công thức LM pectin [6] -6- Theo khả năng hòa tan trong nước Pectin hòa tan (methoxyl polygalacturonic): pectin hòa tan là polysaccharide cấu tạo bởi các gốc acid galacturonic trong đó một số gốc acid có chứa nhóm thế methoxyl.
Pectin không hòa tan (protopectin): là dạng kết hợp của pectin với araban (polysaccharide ở thành tế bào).4 Tác dụng dược lý Pectin là một loại chất xơ hòa tan trong nước. Nó không cung cấp năng lượng nhưng có nhiều giá trị phòng, chữa bệnh như: - Kéo dài thời gian tiêu hóa thức ăn trong ruột, có tác dụng tăng hấp thu dưỡng chất trong thức ăn. - Giảm hấp thu lipid. - Giảm cholesterol toàn phần trong máu (đặc biệt là giảm cholesterol xấu) ở người rối loạn lipid máu.
- Khống chế tăng đường huyết trước và sau bữa ăn ở người có bệnh tiểu đường.5 Khả năng tạo gel của pectin: - Các pectin và acid pectinic có các nhóm hydroxyl (-OH) nên có khả năng hydrat hóa cao. - Các phân tử pectin mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau, do đó làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch. - Vì vậy khi làm giảm độ tích điện và độ hydrat hóa sẽ làm cho các phân tử pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới 3 chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong. -7- - Khả năng tạo gel phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố: chiều dài của chuỗi pectin và mức độ methoxyl hóa.1 Chiều dài của phân tử quyết định độ cứng của gel Nếu phân tử pectin quá ngắn thì nó sẽ không tạo được gel mặc dù sử dụng với liều lượng cao.
Nếu phân tử pectin quá dài thì gel tạo thành rất cứng.2 Mức độ methoxyl hoá quy định cơ chế tạo gel HMP: tạo gel bằng liên kết hydro. Điều kiện tạo gel: [Đường] >50%, pH = 3 – 3,5; [Pectin] = 0,5 – 1%. Đường có khả năng hút ẩm, vì vậy nó làm giảm mức độ hydrat hóa của phân tử pectin trong dung dịch. pH acid trung hòa bớt các gốc COO-, làm giảm độ tích điện của các phân tử.
Vì vậy các phân tử có thể tiến lại gần nhau để tạo thành liên kết nội phân tử và tạo gel. Liên kết hydro được hình thành giữa các phân tử pectin có thể hydroxyl – hydroxyl, carboxyl – carboxyl, hoặc hydroxyl – carboxyl. Kiểu liên kết này không bền do đó các gel tạo thành sẽ mềm dẻo bởi tính linh động của các phân tử trong khối gel. Cấu trúc của gel phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm lượng pectin, loại pectin và nhiệt độ.
Khi dùng lượng pectin vượt quá lượng thích hợp sẽ gây ra gel quá cứng do đó khi dùng một nguyên liệu có chứa nhiều pectin cần tiến hành phân giải bớt chúng bằng cách đun lâu hơn. Khi sử dụng một lượng cố định bất cứ một loại pectin nào pH, nhiệt độ càng giảm và hàm lượng đường càng cao thì gel tạo thành càng nhanh. LMP: tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+. Điều kiện tạo gel: khi có mặt Ca2+, ngay cả ở nồng độ < 0,1%, không cần đường và acid.
-8- Ở LMP, tỉ lệ các nhóm COO- cao, do đó các liên kết giữa những phân tử pectin sẽ được tạo thành qua cầu nối là các ion hóa trị (II), đặc biệt là Ca2+. Cấu trúc của gel phụ thuộc vào nồng độ Ca2+.6 Cơ chế tạo gel và các yếu tố ảnh hưởng: 2.1 Cơ chế tạo gel của pectin: Tùy loại pectin có mức độ methoxyl hóa khác nhau mà có cơ chế tạo gel khác nhau: HMP: Tạo gel bằng liên kết hydro.5: Cơ chế tạo gel bằng liên kết hyđrô [6] - Ion H+ được thêm vào hoặc đôi khi chính nhờ độ acid của quả chế biến trung hòa bớt các gốc COO-, làm giảm độ tích điện của các phân tử.