Tài liệu Nghiên cứu quy trình trích ly pectin từ vỏ bưởi và khảo sát khả năng ứng dụng làm màng bao bảo quản trái sơri

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TRÍCH LY PECTIN TỪ VỎ BƯỞI VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LÀM MÀNG BAO BẢO QUẢN TRÁI SƠRI Ngành: Công Nghệ Thực Phẩm Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm Giảng viên hướng dẫn: ThS Chu Thị Bích Phượng Sinh viên thực hiện: Lê Phúc Nguyên MSSV: 1191100066 Lớp: 11HTP02 TP. Hồ Chí Minh, 2013 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời biết ơn chân thành đến Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài một cách thuận lợi nhất. Cảm ơn phòng thí nghiệm trường đã cung cấp và phục vụ các hóa chất, dụng cụ trong suốt quá trình thực hiện đề tài.. Em vô cùng biết ơn sự hướng dẫn của cô Chu Thị Bích Phượng đã truyền đạt kiến thức cũng như cách hoàn thành một bài báo cáo có khoa học nhất. Cảm ơn cô đã luôn theo sát chúng em trong thời gian qua. Xin cảm ơn đến các quý thầy cô và các bạn đã đóng góp ý kiến để hoàn thành đề tài một cách thuận lợi. Do kiến thức và khả năng tìm hiểu có hạn, nên chỉ dừng lại những điểm cơ bản chưa đi sâu vào các vấn đề mà cô yêu cầu. Mong quý thầy cô và các bạn đóng góp thêm ý kiến để em hoàn thành bài báo cáo một cách khoa học nhất. Xin cảm ơn. Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 10, tháng 04, năm 2013 Sinh viên thực hiện: Lê Phúc Nguyên LỜI MỞ ĐẦU Trong nhiều thập kỷ qua, năng suất, diện tích và sản lượng bưởi trên thế giới không ngừng tăng. Trên thế giới, tính đến năm 2009, diện tích trồng cây bưởi đạt 253.971ha, năng suất bình quân đạt 20,85 tấn/ha và sản lượng đạt 6.565.351tấn. Theo FAOSTAT (2010), Việt Nam sản xuất 23.576 tấn bưởi trong năm 2009, sản lượng bưởi tiêu thụ chủ yếu của nước ta là ăn tươi và công nghiệp sản xuất nước ép. Vỏ bưởi phế thải là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất pectin. Pectin chiết xuất từ vỏ bưởi có thể được ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau như làm phụ gia thực phẩm (chất tạo đông, tạo gel,...). Bên cạnh đó, một vấn đề tồn tại trong nông nghiệp hiện nay là tỷ lệ tổn thất nông sản sau thu hoạch còn cao. Theo thống kê của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn (2010), tổn thất sau thu hoạch ở nước ta khoảng 25% đối với các loại quả và hơn 30% đối với rau. Cho đến nay, đã có nhiều phương pháp được sử dụng nhằm kéo dài thời gian bảo quản cũng như nâng cao chất lượng của nông sản sau thu hoạch như bảo quản lạnh, bảo quản trong khí quyển điều chỉnh, sử dụng tia phóng xạ, sử dụng màng bao sinh học,… Vì vậy, việc lựa chọn một phương pháp bảo quản phù hợp với từng đối tượng nông sản khác nhau là vấn đề khá phức tạp, đòi hỏi phải có các công trình nghiên cứu kỹ lưỡng. Sơ ri (tên khoa học: Malpighia glabra)là loại cây thân gỗ nhỏ cho quả mọng. Quả sơ ri chín có màu đỏ tươi, chứa nhiều vitamine C và chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch của trái sơ ri cao, thời gian bảo quản ngắn. Chính vì vậy, việc nghiên cứu các phương pháp khác nhau nhằm kéo dài thời gian cũng như chất lượng bảo quản trái sơ ri là điều cần thiết. Xuất phát từ các vấn đề đó, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình chiết tách pectin từ vỏ bưởi và khảo sát khả năng ứng dụng làm màng bao bảo quản trái sơ ri”. Đề tài thực hiện 2 nội dung chính: Nghiên cứu lựa chọn các thông số tối ưu cho quy trình trích ly pectin từ vỏ bưởi. Phân tích một số chỉ tiêu lý hóa của pectin thu được. Khảo sát khả năng sử dụng pectin từ vỏ bưởi làm màng bao bảo quản trái sơri. DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1 Thành phần hóa học của bưởi......................................................................4 Bảng 1.2 Tác dụng của DE lên việc tạo gel...............................................................14 Bảng 3a Phần trăm khối lượng từng thành phần trong bưởi.....................................36 Bảng 3b Định tính pectin và độ ẩm của vỏ trắng......................................................36 Bảng 3.1 Kết quả ảnh hưởng của mẫu/dung môi đến hàm lượng pectin thu được....37 Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng pectin ............38 Bảng 3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng pectin ..............39 Bảng 3.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hàm lượng pectin thu được........40 Bảng 3.5 Phần trăm của pectin thu được bằng phương pháp canxi pectat...............46 Bảng 3.6 Phần trăm độ ẩm trạng thái màu sắc.........................................................46 Bảng 3.7 Thay đổi phần trăm khối lượng sau 3 ngày bảo quản................................47 Bảng 3.8 Thay đổi phần trăm khối lượng sau 5 ngày bảo quản................................48 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Liên kết cellulose và pectin...........................................................................7 Hình 1.2 Cấu tạo đơn vị chuỗi pectin..........................................................................8 Hình 1.3 Công thức HM pectin..................................................................................10 Hình 1.4 Công thức LM pectin..................................................................................11 Hình 1.5 Cơ chế tạo gel bằng liên kết hidro..............................................................12 Hình 1.6 Cơ chế tạo gel bằng liên kết canxi..............................................................13 Hình 2.1 Lựa chọn sơri..............................................................................................34 Hình 3.1 Rửa vỏ qua nước ấm...................................................................................42 Hình 3.2 Công đoạn sấy ...........................................................................................43 Hình 3.3 Công đoạn thủy phân..................................................................................44 Hình 3.4 Công đoạn tủa............................................................................................45 Hình 3.5 Công đoạn lắng gạn...................................................................................45 Hình 3.6 Công đoạn chuẩn bị sấy pectin thu được....................................................45 Hình 3.7 Sản phẫm pectin thu được...........................................................................47 Hình 3.8 Sự thay đổi màu sắc của sơri trong quá trình bảo quản.............................49 Hình 3.9 Mẫu có bổ sung dịch chiết tỏi.....................................................................50 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN....................................................................................................3 QUAN 1.1 Tổng quan về cây bưởi 3 1.1.1 Giới thiệu về cây bưởi 3 1.1.2 Nguồn gốc xuất xứ 3 1.1.3 Đặc điểm thực vật của cây bưởi 3 1.1.4 Thành phần hóa học của bưởi 3 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................25 CỨU 2.1 Thời gian và địa điểm 25 2.2 Vật liệu nghiên cứu 25 2.2.1 Hóa chất 25 2.2.2 Dụng cụ 25 2.3 Nội dung thực hiện 25 2.4. Bố trí thí nghiệm 26 2.4.1. Nội dung 1: Nghiên cứu xác định các thông số tối ưu cho quy trình tách chiết pectin từ vỏ bưởi 27 2.4.1.1 Xác định tỷ lệ mẫu/dung môi thích hợp cho quy trình trích ly pectin từ vỏ bưởi27 2.4.1.2 Xác định thời gian gia nhiệt thích hợp cho quá trình trích ly pectin từ vỏ bưởi. 28 2.4.1.3 Xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình trích ly pectin từ vỏ bưởi...................29 2.4.1.4 Xác định pH thích hợp cho quá trình trích ly pectin từ vỏ bưởi...........................30 2.4.1.5. Xác định tính chất của pectin thu được..................................................................31 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................................36 LUẬN 3.1 Xác định tỷ lệ mẫu trên dung môi thích hợp cho quá trình tách chiết pectin từ vỏ bưởi 37 3.3 Xác định thời gian thích hợp cho quá trình trích ly pectin từ vỏ bưởi 38 3.4 Xác định pH thích hợp cho quá trình trích ly pectin từ vỏ bưởi 40 SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 1 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 3.5 Xác định các chỉ tiêu hóa lý của pectin thu được 46 3.6 Khả năng tạo màng bảo quản trái sơri 47 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................55 NGHỊ 4.1 Kết luận 55 4.2 Kiến Nghị 55 PHỤ LỤC................................................................................................................................56 LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................61 SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 2 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về cây bưởi 1.1.1 Giới thiệu về cây bưởi Bưởi là loại cây ăn quả thuộc họ quýt cam, có tên khoa học là Citrus maxima thuộc nhóm Citrus trong họ rutaceace. Có nguồn gốc tại các nước nhiệt đới hay bán nhiệt đới vùng Đông Nam Á và Nam Thái Bình Dương. Trên thế giới có các nhiều giống bưởi, ở Việt Nam có một số giống bưởi như bưởi Da xanh (Bến Tre), bưởi lông cổ cò (Vĩnh Long, Bến Tre), bưởi đường (Hương Sơn, Hà Tỉnh), bưởi Năm roi bưởi đường lá cam , bưởi Quế Đương … 1.1.2 Nguồn gốc xuất xứ Bưởi được trồng nhiều trên thế giới như : Trung Quốc, Ấn Độ, Tây Ban Nha, Việt Nam… Thu hoạch chủ yếu vào mùa thu, có nhiều ở những nơi có khí hậu ấm áp. Ở Việt Nam bưởi được trồng trên cả nước nhưng có một số vùng chuyên canh bưởi như khu vực ĐB sông Cửu Long, Đồng Nai… 1.1.3 Đặc điểm thực vật của cây bưởi Bưởi là loại cây gỗ cao khoảng 5÷6 m, có thể trồng từ hạt hay là chiết nhánh trồng. Cành có gai dài, nhọn. Lá hình trứng, dài 11÷12 cm, rộng 4.5÷5.5 cm, hai đầu tù, nguyên, dai, cuống có dìa cánh to. Hoa đều, mọc thành chùm 6÷10 bông. Quả hình cầu to, vỏ dày, màu sắc tùy theo giống. 1.1.4 Thành phần hóa học của bưởi Ngày nay bưởi được xem như là một trong các loại thuốc rất tốt cho sức khoẻ, sau đây là một số công dụng của bưởi trong việc chữa bệnh và phòng bệnh. Thịt bưởi có chứa các thành phần glucoxit, bưởi cũng như cam, quất (quả tắc), chứa nhiều carotin, nhiều loại vitamin, canxi phốtpho. Dịch quả chín có chứa nhiều chất bổ dưỡng. SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 3 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Bảng 1.1: Thành phần hóa học của bưởi Thành phần Nước Glucid Protein Lipid Calo Chất xơ Vitamin: B1 B2 Hàm lượng 80g 9g 0.6g 0.1g 30 – 40 calo 0.7g 0.04mg 0.02mg PP C Khoáng: Ca P Fe K Mg Na 0.3mg 95mg 23mg 19mg 0.5mg … … … (Nguồn: www.duoclieu.org) Công dụng của bưởi trong y học và sức khoẻ con người  Tác dụng giảm mỡ Vỏ ngoài của bưởi chứa nhiều tinh dầu. Các hoạt chất (tinh dầu) trong vỏ bưởi có tác dụng làm giảm mỡ trong máu, làm giảm gan nhiễm mỡ.  Làm đẹp tóc Tinh dầu còn có tác dụng trong việc làm đẹp tóc, có thể dùng vỏ bưởi đun nước gội đầu hoặc sau khi gội, bóp tinh dầu vỏ bưởi lên tóc sẽ giúp cho tóc trở nên bóng, chắc, mượt. Cách làm này đặc biệt có hiệu quả đối với các bà mẹ sau khi sinh. SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 4 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Một số người còn dùng vỏ ngoài quả bưởi xoa trên da đầu để kích thích lỗ chân lông phòng trị bệnh hói hay rụng tóc.  Chống lão hóa Tinh dầu vỏ bưởi có thể nuôi dưỡng làn da và kích thích hình thành collagen, giúp thay thế mô da đã lão hoá bằng mô mới khoẻ mạnh hơn, giúp da có bề mặt săn chắc hơn nếu sử dụng lâu dài.  Trị viêm da và làm đẹp da Đặc tính làm se của vỏ bưởi rất có ích trong việc chống cũng như ngăn ngừa tình trạng mẩn đỏ, ngứa ngáy. Do trong bưởi chứa hàm lượng cao vitamin A và vitamin C nên bưởi có tính chống oxy hoá mạnh, giúp duy trì đủ độ ẩm trong da, bảo vệ da khỏi bị khô, bệnh vẩy nến, mụn trứng cá và nếp nhăn.  Phòng chống ung thư Bưởi rất giàu chất chống oxy hoá như vitamin C, góp phần làm giảm nguy cơ stress có liên quan đến nhiều bệnh ung thư. Hợp chất naringenin trong quả bưởi được chứng minh là có hiệu quả chống lại ung thư tuyến tiền liệt, vì nó giúp sửa chữa hư hỏng DNA trong các tế bào tuyến tiền liệt của con người. Một số nghiên cứu đã chứng minh trong quả bưởi có chứa limonoids, hoạt chất này giúp ngăn ngừa khối u bằng cách hoạt hóa một loại enzyme tác động lên gan thúc đẩy quá trình bài thải chất độc ra ngoài cơ thể. Limonoids còn trợ giúp chống lại ung thư miệng, da, phổi, dạ dày. Phần ruột bên trong bưởi có chứa glucarates, một loại phytochemical đã được chứng minh hiệu quả chống lại bệnh ung thư vú.  Giảm cân Bản thân bưởi không có chất béo, có chứa một số enzyme đốt cháy chất béo cao. Các nghiên cứu cho thấy chúng góp phần thay đổi nồng độ insulin, do đó ảnh hưởng đến tỉ lệ trao đổi chất cao. Ngoài ra, các công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng, ăn bưởi giúp tiết nước bọt và dịch vị, vì thế có khả năng hỗ trợ hệ tiêu hoá. Ăn bưởi hay uống nước ép từ bưởi đều đem lại hiệu quả cao trong việc ngăn chặn hay chống lại nhiều căn bệnh khác có liên quan do việc dư thừa axit gây nên. SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 5 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Bưởi cung cấp một lượng lớn chất xơ, có tác dụng chống lại bệnh táo bón, và được xem như một loại “thực phẩm chức năng”. Bởi nó có thể ngăn ngừa bệnh lỵ, bệnh tiêu chảy, bệnh viêm ruột non. Bưởi có thể điều trị bệnh cúm. Ngoài ra bưởi còn dùng giải khát và có tác dụng hạ sốt. Trong bưởi có chứa “quinine”, rất hữu ích trong việc điều trị bệnh sốt rét và chứng cảm lạnh. Đặc biệt, có khả năng giảm căng thẳng và mệt mỏi. 1.1.5 Thị trường sản phẩm từ bưởi Bưởi là loại cây ăn quả mang lại thu nhập cao cho người nông dân, quả bưởi có giá trị dinh dưỡng cao và có tác dụng tốt đối với sức khỏe con người. Ngoài việc ăn tươi, bưởi còn dùng trong công nghiệp chế biến các sản phẩm khác như: rượu bưởi, nước ép, chiết xuất tinh dầu, làm dược liệu. Tổng sản lượng xuất khẩu bưởi của các nước trên thế giới đã đạt 3,52 triệu tấn vào năm 2004. Trong đó, Mỹ là nước xuất khẩu bưởi tươi lớn nhất thế giới (chiếm 40% sản lượng bưởi xuất khẩu trên thế giới), tiếp đến là Israel (Izham, 2007). Ở nước ta, quả bưởi được tiêu thụ chủ yếu ở thị trường nội địa. Người Việt Nam dùng bưởi để ăn tươi là chính. Ngoài ra, bưởi còn được dùng để chưng cúng, làm quà biếu. Bưởi Năm roi có mặt ở hầu hết các tỉnh thành trong cả nước nhưng tiêu thụ mạnh ở Tp. Hồ Chí Minh và Đông Nam bộ, một phần nhỏ ở các tỉnh miền Trung, Tây Nguyên và các tỉnh phía Bắc. Bưởi Năm roi cũng là giống được xuất khẩu với sản lượng lớn. Theo Đoàn Hữu Tiến (2008), Công ty Hoàng Gia xuất khẩu khoảng 80% sản lượng bưởi Năm roi sang thị trường châu Âu, chủ lực là thị trường Nga và Hà Lan; thị trường châu Á khoảng 20% sản lượng xuất khẩu (Hồng Kông, Trung Quốc). Ngoài sử dụng bưởi để ăn tươi, chưng cúng còn làm nem chả, làm nhiều sản phẩm khác như rượu, bánh kẹo … Từ các số liệu trên có thể nhận thấy sản lượng bưởi tiêu thụ hàng năm là rất lớn. Trong quá trình tiêu thụ, chỉ 50% khối lượng tươi của quả là phần ăn được, 50% khối lượng phế thải còn lại (bao gồm vỏ quả, cùi bưởi, hạt,…) được thải ra môi trường. Thống kê của Mark và ctv (2007) cho thấy trong giai đoạn 2003-2004, cứ một triệu tấn bưởi được sử dụng thì sau khi xử lý đã thải ra môi trường 500 nghìn tấn vỏ bưởi phế thải, đây là nguồn chưa được sử dụng có hiệu quả mà chỉ bán như thức ăn gia súc SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 6 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục có giá trị thấp. Như vậy, với hàng triệu tấn bưởi được tiêu thụ hằng năm thì lượng phế thải bưởi được thải ra là cực lớn, đây là nguồn nguyên liệu dồi dào cho tách chiết thu nhận pectin. 1.2 Tổng quan về Pectin 1.2.1 Nguồn gốc của pectin Pectin là polysaccharide có nhiều trong quả, củ, thân cây, cây có sợi như đay, gai. Trong thực vật pectin tồn tại ở hai dạng: protopectin là dạng không tan, vốn có mặt chủ yếu ở thành tế bào, pectin được xem là một chất gắn kết giữa các tế bào và pectin hòa tan tồn tại chủ yếu trong dịch tế bào. Khi quả đang phát triển, protopectin phân bố ở thành tế bào; khi quả bắt đầu chín, protopectin chuyển dần sang dạng pectin hòa tan dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme protopectinase có trong quả làm cho vỏ quả mềm khi chín. Trong quá trình bảo quản cũng nhận thấy sự giảm dần của lượng protopectin và tăng dần lượng pectin hòa tan trong dịch quả. Quá trình này cũng có thể xảy ra dưới tác dụng của acid và quá trình đun sôi. Đối với các loài thực vật có sợi như đay gai thì pectin có tác dụng gắn kết các sợi lại với nhau. Khi ngâm đay, gai trong điều kiện yếm khí, các vi sinh vật tiết enzyme phân giải pectin và làm cho các sợi rời ra (Lê Ngọc Tú, 2005). Tế bào thực vật gồm ba loại polysaccharide quan trọng được coi như bức tường vững chắc bảo vệ tế bào: Cellulose, hemicellulose và pectin. Trong thực vật, pectin thường liên kết với cellulose ở vách tế bào dưới dạng phức hợp mà cho đến nay vẫn chưa được biết rõ. Hình 1.1 Liên kết cellulose và pectin SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 7 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Pectin công nghiệp được sản xuất từ nguyên liệu là các phụ phẩm nông nghiệp như: bã táo, vỏ bưởi, cam, chanh. Pectin họ cam quýt chiếm tỉ lệ 20 – 50% trọng lượng khô, còn ở bã táo từ 10 – 20% (Lê Ngọc Tú, 2005). Trong cùng một loại quả nhưng các thành phần khác nhau thì hàm lượng pectin cũng không giống nhau. Đối với quả bưởi, pectin là chất nhớt bao quanh hạt, ở vỏ, trong cùi bưởi. Pectin là một chất có thể tan trong nước và có độ nhớt cao (Hoàng Kim Anh, 2006). Độ nhớt của pectin phụ thuộc vào kích thước của phân tử pectin, mức độ methyl hóa, pH, lượng đường và hàm lượng của một số ion. 1.2.2 Cấu tạo của pectin Pectin là một polysaccharide mạch thẳng, mạch pectin được hình thành từ các gốc α-D-galacturonide liên kết với nhau bởi các liên kết α-1,4-glycoside (trong đó có một phần các nhóm carboxyl bị oxi hóa) chính là cơ sở cấu tạo của chất pectin. Các liên kết trong mạch pectin bị phá hủy bởi enzyme pectinase và dưới tác dụng của acid. Ngoài ra, trong thành phần mạch chính của pectin còn có các gốc đường rhamnose nằm xen kẽ hay liền kề nhau. Pectin chứa một lượng nhỏ D-galactan, araban (trong những đoạn mạch mở rộng) và một lượng ít hơn là fucose và xylose ở những đoạn mạch ngắn (thường chỉ gồm từ 1 – 3 gốc đường). Những đoạn mạch ngắn này không được coi là thành phần mạch chính của pectin. Gốc carboxyl của acid galacturonide trong mạch pectin bị ester hóa (ở nhiều mức độ khác nhau) với methanol. Còn các gốc –OH ở vị trí C2 và C3 có thể bị acetyl hóa với tỉ lệ thấp (Hoàng Kim Anh, 2006). Hình 1.2 Cấu tạo đơn vị của chuỗi pectin http://www.epharmacognosy.com/2012/03/pectin.html SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 8 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Pectin từ các nguồn khác nhau có khối lượng phân tử không giống nhau, dao động trong phạm vi rộng từ 20.000 – 50.000 Da (Mai Xuân Lương, 2001). Nguồn táo, mận đã thu được pectin có khối lượng phân tử từ 25.000 – 35.000 Da, trong khi pectin lấy từ vỏ cam lại có khối lượng phân tử đạt tới 50.000 Da (Lê Ngọc Tú, 2005). 1.2.3 Tính chất của pectin Pectin thuộc nhóm chất đông tụ, được xem như là một chất phụ gia an toàn và được chấp nhận nhiều nhất trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Pectin công nghiệp là có dạng bột màu trắng, hút nước, dễ tan trong nước, không tan trong ethanol. Pectin có tính chất keo háo nước nên chúng có khả năng hydrate hóa cao nhờ sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydrôxyl của mỗi chuỗi polymethyl galacturonide. Ngoài ra, phân tử pectin mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau, làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch. Nên khi làm giảm độ tích điện và hydrate hóa sẽ làm cho các sợi pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau, tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng bên trong (Nguyễn Văn khôi, 2006). Cơ chế của quá trình thủy phân pectin rất phức tạp và được chia làm hai giai đoạn. Quá trình chuyển hóa pectin có thể xảy ra trong điều kiện yếm khí, cả hai quá trình này đều xảy ra rất mạnh trong điều kiện tự nhiên. Ta có thể xem quá trình xảy ra từng bước đó như sau: - Giai đoạn thứ nhất: Thủy phân pectin thành đường  C46H68O40 + 10H2O = 4CHO(CHOH)4COOH + C6H12O6 + C5H10O5 + C5H10O5 + 2CH3COOH + 2CH3OH - Giai đoạn thứ hai: Biến đường thành các sản phẩm lên men Khi lên men galactose sẽ tạo thành acid buthyric, khí carbonic, hydro và tỏa một ít năng lượng.  C6H12O6 = CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2 + Q Khi lên men arabinose sẽ tạo thành acid buthyric, khí carbonic, nước và tỏa một ít năng lượng.  C5H10O5 = CH3CH2CH2COOH + CO2 + H2O + Q Pectin hòa tan trong nước, amoniac, dung dịch kiềm, carbonate natri và trong glycerine nóng. Độ hòa tan của pectin trong nước tăng lên khi mức độ ester hóa trong SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 9 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục phân tử pectin tăng và khi khối lượng phân tử của pectin giảm. Pectin bị kết tủa bởi ethanol (Lê Ngọc Tú, 2005). -Mã hiệu quốc tế của pectin là E440 - Công thức phân tử C28H33O14 - Pectin tinh chế có dạng chất bột trắng, màu xám nhạt. - Là một chất keo hút nước và rất dễ tan trong nước, không tan trong ethanol. - Khả năng tạo gel và tạo đông, khi có mặt của acid và đường. - Pectin tự do, nó mất khả năng tạo đông khi có đường. Vì vậy để duy trì khả năng tạo gel của pectin hòa tan cần chú ý tránh môi trường kiềm hoặc tác dụng thủy phân của enzyme pectinase. - Dung dịch pectin có độ nhớt cao. Nếu muốn thu dịch quả ép thì dung dịch này bất lợi, người ta phải dùng enzyme pectinase để thủy phân pectin, giảm độ nhớt. -Còn đối với pectin tan thì dưới tác dụng của pectinase sẽ biến thành acid pectinic (thường dưới dạng muối Ca2+ và Mg2+) và các chất đơn giản khác như rượu methylic, acid acetic, arabinose, galactose. Pectin hòa tan khi bị tác dụng của chất kiềm loãng hoặc enzyme pectinase sẽ giải phóng nhóm methyl dưới dạng rượu methylic, polysaccharide còn lại khi đó gọi là acid pectin tự do, nghĩa là chứa acid polygalacturonic. Acid pectin có thể tạo nên dạng muối canxi pectat, chất này chuyển thành dạng kết tủa dễ dàng, do đó được dùng để định lượng pectin. 1.2.4 Phân loại và các chỉ số đặc trưng 1.2.4.1 Phân loại a. Theo % nhóm methoxyl có trong phân tử HMP (High Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl cao (HMP): MI > 7%, trong phân tử pectin có trên 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE > 50%). Hình 1.3 Công thức HM pectin SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 10 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục LMP (Low Methoxy/ Pectin): Nhóm có chi số methoxyl thấp: MI < 7%, khoảng từ 3 + 5%, trong phân tử pectin có dưới 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE <50%). Hình 1.4 Công thức LM pectin b. Theo khả năng hòa tan trong nước - Pectin hòa tan (methoxyl polygalacturonic): Pectin hòa tan là polysacharide 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). 1.2.4.2 Chỉ số đặc trưng Pectin được đặc trưng bởi các chỉ số sau - Chỉ số methoxyl (MI): biểu hiện methyl hóa, là phần trăm khối lượng nhóm methoxyl (-OCH3) trên tổng khối lượng phân tử. Sự methyl hóa hoàn toàn tương ứng với chi số methoxyl bằng 16,3% còn các pectin tách ra từ thực vật thường có chi số methoxyl từ 10% đến 12%. - Chỉ số ester hóa (DE): thể hiện mức dộ ester hóa của pectin, là ti lệ phần trăm về số lượng cùa các gốc acid galactoronic được ester hóa trên tồng số lượng gốc acid galacturonic có trong phân tử 1.2.5 Cơ chế tạo gel Tùy loại pectin có mức độ methoxyl hoá khác nhau mà cơ chế tạo gel cũng khác nhau. - HMP : Tạo gel bằng liên kết hydro SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 11 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Hình 1.5. Cơ chế tạo gel bằng liên kết hidro 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. + lon H+ được thêm vào hoặc đôi khi chính nhờ độ acid của quá trình chế biến 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. + Trong trường hợp này liên kết giữa các phân tử pectin với nhau chủ yếu nhờ các cầu hydro giữa các nhóm hydroxyl. Kiểu liên kết này không bền do đó các gel tạo thành sẽ mềm dẻo do tính di động của các phân tử trong khối gel, loại gel này khác biệt với gel thạch hoặc gelatin. Cấu trúc của gel: phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm lượng pectin, loại pectin và nhiệt độ, 30 -50% đường thêm vào pectin là saccharose. Do đó cần duy trì pH acid để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường saccharose, ngăn cản sự kết tinh của đường saccharose. Tuy nhiên cũng không nên dùng quá nhiều acid vì pH quá thấp sẽ gây ra nghịch đảo một lượng lớn saccharose gây kết tinh glucose và hóa gel nhanh tạo nên các vón cục. + 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 liên kết bằng ion Ca2+ SVTH: Lê Phúc Nguyên Hình 1.6. Cơ chế tạo gel bằng liên kết canxi Trang 12 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Điều kiện tạo gel: khi có mặt Ca2+, ngay cả ở nồng độ < 0,1% miễn là chiều dài phân tử pectin phải đạt mức độ nhất định. Khi đó gel được tạo thành ngay cả khi không thêm đường và acid. + Khi chỉ số methoxyl của pectin thấp, cũng có nghĩa là tỷ lệ các nhóm – COO - cao thì các liên kết giữa những phân tử pectin sẽ là liên kết ion qua các ion hóa trị hai, đặc biệt là Ca2+. Cấu trúc của gel: phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ và chỉ số methoxyl. Gel pectin có chỉ số methoxyl thấp thường có tính chất đàn hồi giống như gel agar - agar. 1.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng dến khả năng tạo gel 1.2.6.1 Pectin Mạch phân tử của pectin là cơ cấu chính của hiện tượng tạo gel. Vì thế, lượng pectin có trong dịch đường phải đạt một hàm lượng tối thiểu nào đó mới tạo được sự keo tụ. Nồng độ pectin trong dung dịch càng lớn thì sự liên hợp giữa các phân tử xảy ra càng nhanh, hệ keo đông tụ càng bền. Thường lượng pectin sử dụng khoảng từ 0,5 1%. Khi dùng cao quá lượng thích hợp sẽ thu được gel quá cứng, vì vậy đối với các loại quả chứa dư pectin người ta cần tiến hành phân giải bớt chúng bằng cách đun lâu hơn. Phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của pectin. Hai yếu tố quan trọng hàng đầu là chiều dài mạch phân tử pectin và mức độ methoxyl hóa trong phân tử của chúng. + Chiều dài của phân tử quyết định độ cứng của gel: Nếu phân tử pectin quá ngắn thì nó sẽ không tạo gel mặc dù sử dụng với liều lượng cao còn nếu phân tử pectin quá dài thì gel tạo thành quá cứng. + Mức độ methoxyl hóa quy định cơ chế tạo gel: Khả năng keo hóa của pectin phụ thuộc tương đối vào mức độ hiện diện của các nhóm methoxyl. Tùy thuộc vào chỉ SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 13 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục số methoxyl cao (>7%) hoặc thấp (3- 5%) ở phân tử pectin mà các kiểu kết hợp giữa chúng sẽ khác nhau trong việc tạo gel. Bảng 1.2 Tác dụng của DE lên việc tạo gel Điều kiện tạo gel DE (%) Ion hóa trị pH >70 50-70 <50 2,8-3,4 2,8 - 3,4 2,5 - 6,5 Đường 65 65 0 II Tốc độ tạo gel Không Không Có Nhanh Chậm Nhanh 1.2.6.2Nước Nước là dung môi để pectin có thể trương nở và khuếch tán tạo nên dung dịch đồng thể. Nước đóng vai trò quan trọng giúp pectin định hướng và sắp xếp lại mạch phân tử của chúng. Thông thường khi độ ấm của dung dịch tạo keo tăng lên thì quá trình keo hoá diễn ra càng nhanh. 1.2.6.3 Đường Trong dung dịch nước, pectin ở trạng thái hòa tan do có sự tạo thành các liên kết hydro giữa các nhóm OH- của mạch phân tử pectin và H+ của phân tử nước. Khi đường xuất hiện, đường đóng vai trò của chất hydrate hóa, ngậm mất phần nước đang liên kết với pectin. Khi đó pectin trở nên không hòa tan. Cộng với tác động của ion H+ từ lượng acid sử dụng để tạo đông, H + làm trung hòa điện tích của các gốc COO- trên mạch phân tử pectin, tạo gốc COO-. Vì thế sợi pectin không còn đẩy nhau mà tiến lại gần nhau và tạo mạng. Lượng đường trong hỗn hợp pectin - đường - acid thường phải lớn hơn 50% thì mới có khả năng tạo gel. Thông thường người ta tạo hỗn hợp có 65% đường để tiến hành keo đông. Nếu dùng cao hơn, sự kết tinh đường có thể xảy ra trên bề mặt hạt keo, hoặc ngay trong hệ keo. Để khắc phục có thể thay thế một phần đường saccharose bằng đường glucose nhằm tránh hiện tượng kết tinh đường. 1.2.6.4 Acid Pectin chỉ có thể tạo gel trong môi trường acid có pH <4. Trong môi trường có H+, các phân tử pectin tích điện âm sẽ bị trung hòa và trở thành dạng trung hòa điện dễ SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 14 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục tạo đông tụ và có thể chuyển dạng muối pectat (không tạo đông) thành dạng pectin (có tạo đông). Acid sử dụng để tạo đông cần có mức độ phân ly cao hơn acid pectin để acid này có thể ngăn cản sự phân ly của acid pectin, và giữ cho chúng ở dạng trung hòa điện tích. Nồng độ ion H+ càng lớn thì khả năng tạo gel của dung dịch pectin sẽ càng cao. Cần duy trì độ pH thấp để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường saccharose (30 - 50 đường thêm vào pectin) để ngăn cản sự kết tinh của đường. Cũng không nên dùng quá nhiều acid, vì pH quá thấp sẽ gây ra sự nghịch đảo một lượng lớn saccharose từ đó kết tinh glucose và hoá gel nhanh tạo nên các vón cục. Thường dùng độ pH từ 3-3.5. - Mức độ tạo gel chỉ tăng đến một giới hạn nào đó của nồng độ acid rồi sẽ ngừng lại bởi vì ở ngưỡng nồng độ đó toàn bộ gốc COO- của phân tử pectin đã được trung hòa điện tích. - Nếu phải sử dụng pectin có khả năng đông tụ yếu thì nên tăng nồng độ acid lên. Nhưng việc tăng nồng độ này lại dễ làm tăng lượng đường chuyển hóa và làm tăng tính háo nước của sản phẩm. 1.2.4 Ứng dụng của pectin Pectin là chất tạo gel quan trọng nhất được sử dụng đế tạo ra cấu trúc gel cho thực phẩm. Khả năng tạo gel của nó được sử dụng trong những thực phẩm cần có sự ổn định của nhiều pha. Tác dụng tạo gel của pectin được sử dụng chủ yếu trong các sản phấm mứt trái cây và mứt đông. Tác dụng của pectin là tạo ra cấu trúc mút đông và mứt trái cây không bị thay đối trong quá trình vận chuyến, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản phẩm và giảm sự phá vỡ cấu trúc. Trong một số trường hợp, pectin còn được sử dụng với carageenan để tăng hiệu quả tạo gel. 1.3. Các quá trình xảy ra khi bảo quản quả tươi 1.3.1. Quá trình biến đổi vật lý  Sự bay hơi nước Trong rau quả thì phần chiếm nhiều nhất đó là nước từ 65-95% tùy thuộc vào từng loại quả. Sau khi thu hái rau quả bị mất hàm lượng nước trong suốt quá trình bảo quản do tham gia vào quá trình hô hấp hoặc bay hơi vào môi trường. Đây là nguyên SVTH: Lê Phúc Nguyên Trang 15