Pectin và ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM BÀI BÁO CÁO MÔN HOẠT CHẤT BỀ MẶT Đề tài: PECTIN VÀ ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC THỰC PHẨM GVHD: TS PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH SVTH: PHẠM HOÀNG NHÂN 18139123 TP.HCM ,tháng năm 2022 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Acid D-galacturonic (Đơn vị cấu tạo chủ yếu pectin) Hình 1.2 Cấu trúc pectin homogalacturonan Hình 1.3 Pectin cấu tạo thành tế bào thực vật Hình 1.4 Cấu trúc hóa học loại pectin điển hình Hình 1.5 Pectin Complex Hình 2.1 Bột pectin Hình 3.1 Pectin làm kẹo mứt trái mứt đơng Hình 3.2 Mứt trái khơng đường Hình 3.3 Pentic sản xuất kẹo mềm Hình 3.4 Pectin cơng nghệ chế biến sữa chua yaourt trái Hình 3.5 Các sản phẩm chế biến sẵn DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Hàm lượng pectin loại nguyên liệu khác Bảng 1.2 Bảng phân loại pectin theo cấu trúc hóa học Bảng 2.1 Khả tạo gel theo mực độ methoxyl hóa Lời Mở đầu Theo xu ngày ngành công nghiệp thực phẩm quan tâm ngày phát triển Để đáp ứng phát triển ngành cơng nghệp thực phẩm đa dạng nguyên liệu phụ gia công nghệ chế biến dùng để thay vai trị sản phẩm với hàm lượng khơng nhiều mà khơng thể thiếu cần thiết cho ngành công nghiệp Trong số đó, pectin loại phụ gia tạo cấu trúc hàng đầu thực phẩm Ngoài khả tạo gel bật, pectin chất tạo đặc, tạo nhũ tương ổn định cấu trúc thành phẩm hiệu Pectin sản phẩm phụ gia nghiên cứu phương pháp pectat-canxi phụ gia có nhiều hữu ích giúp thực phẩm an tồn dinh dưỡng, hội lựa chọn thực phẩm nhiều hơn, giá thành thực phẩm thấp Do có tác dụng nên việc nghiên cứu tìm nguồn nguyên liệu phù hợp với công nghệ cần thiết đóng góp thiết thực cho phát triển chung ngành cơng nghiệp thực phẩm Bên cạnh phải tìm hiểu rõ ứng dụng phụ gia pectin ngành công nghệ thực phẩm để việc sử dụng, dùng trình chế biến phù hợp bổ sung vào thời điểm để sản phẩm mong muốn chất lượng giá trị cảm quan CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PECTIN 1.1 Giới thiệu chung pectin Pectin bắt đầu vào cuối kỷ thứ 18, vào năm 1790 nhà hóa học người Pháp Louis Nicolas Vauquelin, khám phá sản phẩm từ thực vật chiết xuất từ nước ép trái có tính chất tạo gel Bốn mươi năm sau, Anri Brakonno đặt tên axit pectin Năm 1937 hai nhà khoa học Schneider Bock lần thiết lập công thức cấu trúc pectin, nhiên quy trình sản xuất cơng nghiệp pectin bắt đầu kể từ nửa sau kỷ 20 Pectin hợp chất tạo gel có nguồn gốc từ thực vật bậc cao[1] Tiền thân pectin protopectin không tan nước có nhiều mơ cịn xanh, q trình chín kèm theo thủy phân protopectin thành pectin Sau kết hợp với demetyl hóa tác dụng enzym depolymer hóa pectin thành pectate cuối loại đường hịa tan acid Hàm lượng trung bình pectin thành tế bào thực vật đạt 30%[3] Cùng với thành phần khác, pectin tạo độ bền khả giãn nở thành tế bào số chức cần thiết trì cho sinh trưởng phát triển thực vật Ngồi ra, pectin cịn có chức tăng sức đề kháng để chống lại dịch bệnh[2] Trong thực vật pectin thường liên kết với cellulose vách tế bào chiết xuất cách xử lý ngun liệu thơ với axit khống lỗng nóng pH khoảng 2, từ nguồn nguyên liệu củ cải đường, bã táo ép, vỏ cam quýt, Bên cạnh thực vật cạn, pectin thu nhận từ nguồn thực vật biển cỏ biển thuộc họ Zosteraceae [3] Pectin tồn với hàm lượng khác củ, quả, thân số loài thực vật: bưởi, táo, mận, cam, chanh, cà rốt… Bảng 1.1 sau thể số loại nguyên liệu chứa pectin hàm lượng chúng Bảng 1.1 Hàm lượng pectin loại nguyên liệu khác nhau[4] Nguyên liệu Hàm lượng pectin Bã tảo 10 – 15% Củ cải đường 10 – 20% Đài hoa hướng dương 15 – 25% Vỏ citrus 20 – 30 % Ngày nay, pectin chất dinh dưỡng quan trọng chế độ ăn uống người chúng thành phần chất xơ có nhiều nghiên cứu tác dụng có lợi pectin đến sức khỏe người làm hạ mức độ đường cholesterol máu, đặc biệt hoạt tính chống ung thư nghiên cứu chuột[1] có hoạt động kích thích miễn dịch chống loét Do đặc tính anion chúng, pectin sử dụng làm chất trao đổi cation để loại bỏ cation kim loại khỏi dung dịch nước.Cũng có số kết khẳng định khả ứng dụng pectin để loại bỏ kim loại nặng từ thể người[3] Trong công nghiệp pectin thường sử dụng lĩnh vực công nghiệp thực phẩm làm chất tạo gel, làm dày chất ổn định chất nhũ hóa 1.2 Cấu trúc pectin Pectin polysaccharide tồn phổ biến thực vật, thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật có chứa 65% acid galacturonic liên kết với liên kết α-1,4-glycoside, số gốc –COOH methoxyl hóa thành –CH3O[5] Pectin hợp chất cao phân tử polygalactoronic có đơn phân tử galactoronic rược metylic Trọng lượng phân tử từ 20.000 - 200.000 đvC Hàm lượng pectin 1% dung dịch có độ nhớt cao, bổ sung 60% đường điều chỉnh pH từ 3,1 -3,4 sản phẩm tạo đơng Hình 1.1 Acid D-galacturonic (Đơn vị cấu tạo chủ yếu pectin) Hình 1.2 Cấu trúc pectin homogalacturonan Pectin gồm có loại polysaccharide phân bố rộng rãi là[6] : • Dạng homopymer mạch thẳng homogalacturonan (HG): polymer mạch thẳng hình thành acid D-galacturonic • Dạng polymer mạch nhánh rhamnogalacturonan I (RG-I): Được tạo lặp lặp lại disaccharide rhamnose galacturonic acid • Dạng rhanogalacturonan II (RG-II) với gốc galacturonan mạch nhánh Những nghiên cứu cấu trúc phân tử pectin cho thấy pectin có hai vùng cấu tạo vùng suôn thẳng (smooth regions) chiếm khoảng 60 – 90% khối lượng, vùng rậm (hairy regions) chiếm 10 – 40% khối lượng Trong màng tế bào, pectin có mặt phiến (với hàm lượng cao nhất) vách tế bào sơ cấp Hình 1.3 Pectin cấu tạo thành tế bào thực vật Trong thực vật pectin tồn chủ yếu dạng pectin protopectin Dưới tác dụng acid, enzyme protopectinaza gia nhiệt protopectin chuyển thành pectin • Protopectin: Là dạng không tan, chủ yếu thành tế bào • Pectin hịa tan: tồn chủ yếu dịch tế bào 1.3 Phân loại Hợp chất pectin đặc trưng : • Chỉ số methoxyl (MI): biểu methyl hóa, phần trăm khối lượng nhóm methoxyl (-OCH3) tổng khối lượng phân tử • Chỉ số ester hóa (DE): thể mức độ ester hóa pectin, tỉ lệ phần trăm số lượng gốc acid galactoronic ester hóa tổng số lượng gốc acid galacturonic có phân tử Dựa DE MI pectin phân loại pectin metoxyl thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP) với DE ≤ 50% , MI ≤ 7% pectin metoxyl cao (Hight Methoxyl Pectin- HMP) với DE >50%, MI >7% [7] • Chỉ số amid hóa (DA): Chỉ số amid hóa biểu mức độ amid hóa pectin, phần trăm số nhóm carboxyl bị chuyển hóa thành nhóm amide trình xử lý amonia tổng số nhóm carboxyl phân tử Loại pectin Bảng 1.2 Bảng phân loại pectin theo cấu trúc hóa học DE MI DA Nhóm chức Hight Methoxyl PectinHMP >50% >7% -COOCH3(>50%); -COOH; -COON Low Methoxyl Pectin – LMP ≤ 50% ≤ 7% -COOCH3 (≤ 50%); -COOH; -COONa Low Methoxyl Amidated Pectin - LMAP ≤ 50% ≤ 7% 12-25% -COOCH3 (≤ 50%); -COOH; -COONa; -CONH2 (15-25%) Ngồi cịn có HMP amid hóa (HMAP) sản xuất để sử dụng sản xuất mứt gặp 10 Hình 1.4 Cấu trúc hóa học loại pectin điển hình Theo hiệp hội hóa học Mỹ (American Chemical Society) phân loại hợp chất pectin thành loại[5]: - Acid pectic - Acid pectinic - Pectin (Polygalacturonate) 1.4 Hoạt tính sinh học pectin 1.4.1 Chống oxy hóa Một đặc tính quan trọng có pectin khả chống oxy hóa Chất chống oxy hóa chất ức chế q trình oxy hóa, chí nồng độ tương đối nhỏ có vai trị khác thể Hoạt động chống oxy hóa pectin hoạt động bắt gốc tự giúp chuyển đổi gốc tự 1.4.2 Loại bỏ kim loại nặng Nhờ khả liên kết tốt với cation mà pectin hoạt động chất dự phòng tự nhiên chống lại nhiễm độc với cation độc hại Nó chứng minh có hiệu loại bỏ chì thủy ngân khỏi đường tiêu hóa quan hơ hấp[3] 11 Hình 1.5 Pectin Complex 1.4.3 Kháng khuẩn màng bao thực phẩm Các hoạt tính kháng khuẩn pectin sử dụng làm màng bao thực phẩm sở màng pectin ester hóa cao thấp kết cho thấy, cinnamaldehyde tạo từ pectin cung cấp đặc tính kháng khuẩn chống Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria monocytogenes Staphylococus aureus 1.4.4 Các hoạt tính phịng chữa bệnh khác pectin[3] Pectin chất xơ hịa tan nước Chúng khơng cung cấp lượng, có nhiều giá trị phịng chữa bệnh như: • Pectin làm giảm tốc độ tiêu hóa cách cố định thức ăn thành phần ruột làm kéo dài thời gian tiêu hóa thức ăn ruột, có tác dụng tăng hấp thụ dưỡng chất thức ăn Giảm béo (do tạo cảm giác no bụng kéo dài, giảm lượng ăn vào, giúp giảm cân người béo phì) • Pectin kết hợp pectin với chất keo khác sử dụng rộng rãi để điều trị bệnh tiêu chảy, đặc biệt trẻ sơ sinh trẻ em • Giúp giảm lượng cholesterol máu • Khi tiêm vào tĩnh mạch, pectin rút ngắn thời gian đơng máu máu, • • • • hữu ích việc kiểm sốt xuất huyết chảy máu cục Chống táo bón Cầm máu: pectin có tác dụng bảo vệ mơ mạch chống tượng chảy máu Sát trùng Giảm hấp thụ lipid 12 CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA PECTIN 2.1 Khả tạo gel Khă tạo gel phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố chiều dài chuỗi pectin mức độ methoxyl hóa[5] 2.1.1 Chiều dài chuỗi pectin: Nếu phân tử pectin q ngắn không tạo gel sử dụng liều lượng cao Nếu phân tử pectin dài gel tạo thành cứng 2.1.2 Mức độ methoxyl hóa HMP tạo gel liên kết hydro LMP tạo gel liên kết với ion Ca2+ Loại methoxyl hóa HMP LMP Điều kiện Cơ chế tạo gel Cấu trúc gel Đường >50% pH=3-3,5 pectin : 0,5-1% Đường có khả hút ẩm , giảm mứt độ hydrat hóa phân tử pectin dung dịch pH acid trung hịa bớt gốc COO-, làm giảm độ tích điện phân tử Vì phân tử tiến lại gần để tạo thành liên kết nội phân tử tạo gel Phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm lượng pectin, loại pectin nhiệt độ Liên kết phân tử pectin với chủ yếu nhờ cầu hydro nhóm hydroxyl nên khơng bền gel tạo thành mềm dẻo tính di động phân tử khối gel Khi có mặt Ca2+, nồng độ < 0,1% miễn chiều dài phân tử pectin phải đạt mức độ Phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ số methoxyl Gel pectin có số methoxyl thấp thường có 13 định Khi gel tạo thành không thêm đường acid tính chất đàn hồi Bảng 2.1 Khả tạo gel theo mực độ methoxyl hóa 2.2 Khả hòa tan Mức độ hòa tan nước pectin tỉ lệ nghịch với kích thước phân tử tỷ lệ thuận với mức độ methoxyl hóa, ngồi mức độ tan nước pectin chịu ảnh hưởng yếu tố nồng độ chất tan, độ pH nhiệt độ dung dịch, mức độ methoxyl hóa cao khả tạo đơng cao Khi sử dụng cần phải hòa tan pectin vào nước, pectin hút đủ nước sử dụng cơng đoạn cuối chế biến 2.3 Khả hydrate hóa cao Các pectin chất keo háo nước có khả hydrate hóa cao nhờ gắn phân tử nước vào nhóm hydroxyl chuỗi polymethyl galacturonic Ngồi ra, phân tử pectin có mang điện tích âm nên chúng có khả đẩy lẫn làm giãn mạch làm tăng độ nhớt dung dịch Khi làm giảm độ tích điện hydrat hóa làm cho sợi pectin xích lại gần tƣơng tác với tạo nên mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng bên 2.4 Tính chất khác pectin 14 • • • • Hình 2.1 Bột pectin Pectin tinh chế có dạng chất bột trắng, màu xám nhạt vàng Dung dịch pectin có tính keo cao, độ nhớt độ bền keo lớn Pectin bị kết tủa với rượu, axeton, ete benzen Bị phá hủy đun nóng nhiệt độ cao thời gian dài làm giảm tính đơng sản phẩm đặc • Ngồi ra, Sự tương tác protein peptide với pectin dẫn đến hình thành phức hịa tan khơng hòa tan mà cấu trúc chúng phụ thuộc vào tỷ lệ biopolymer pH 15 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA PECTIN TRONG LĨNH VỰC THỰC PHẨM Pectin sử dụng rộng rãi chất tạo gel, chất ổn định dung dịch, chất làm đặc, chất kết dính chất nhũ hố nhiều sản phẩm thực phẩm Khả tạo gel pectin sử dụng thực phẩm cần có ổn định nhiều pha Pectin đượcc sử dụng loại thạch, bánh kẹo để cung cấp cho cấu trúc gel tốt, để có hương vị tốt Pectin sử dụng để ổn định đồ uống protein có tính acid, chẳng hạn sữa chua uống, yauort để cải thiện vị giác ổn định nước trái 3.1.Trong sản xuất mứt trái mứt đơng Vai trị quan trọng pectinlà nhằm tạo cấu trúc cho mứt đông mứt trái để sản phẩm vận chuyển vẩn không thay đổi cấu trúc, tạo mùi vị ngon cho sản phẩm, giảm đến tối đa phân rã Q trình sản xuất mứt đơng mứt trái phải đảm bảo phân bố đồng phân tử pha liên tục từ trình khuấy trộn ngừng lại Hàm lượng pectin sử dụng mứt mứt đông thường khoảng từ 0,1 - 0,4 % Hình 3.1 Pectin làm kẹo mứt trái mứt đông Pectin có khả tạo gel nhanh có giá trị đặc biệt sản xuất mứt yêu cầu tôt chúng khơng bị tác động suốt q trình tạo gel Đó lý pectin tạo gel chậm sử dụng vào khâu vào hộp, đóng nắp, dán nhãn, xếp chồng phải thực trình tạo gel diễn Quá trình tạo gel pectin có thể tạo qui trình lạnh cách Trộn syrup đường pectin ( có pH = 2,9 ) có hàm lượng chất khơ hịa tan từ 60 - 65 %, pH = 3,8 - 4,2, với dịch acid trái để đạt pH = 16 Trộn dung dịch pectin có pH = 2,9 lượng chất khơ hịa tan 25% với syrup đường để thu hổn hợp có hàm lượng chất khơ 23% LMP:(Tạo gel liên kết với ion Ca2+ ) Thường ứng dụng mứt trái có hàm lượng chất khơ hịa tan < 55% Loại LMP chọn dựa hàm lượng chất khơ pH sản phẩm có hàm lượng chất khơ thấp Ví dụ như: Mứt trái không đường cho người bị bệnh tiểu đường LMP khó tạo đủ liên kết với nước carragenan thích hợp Trong số trường hợp người ta sử dụng pectin carragenan Hình 3.2 Mứt trái không đường 3.2 Trong sản xuất kẹo mềm Hàm lượng pectin dùng để sản xuất kẹo mềm hoa 1% so với sản phẩm Khi dùng pectin phải đưa pectin dạng dung dịch %, vào cuối giai đoạn nấu, phải nấu nhiệt độ thấp, độ ẩm khối kẹo 25 %, để tạo điều kiện thuận lợi cho pectin đông tụ tốt 17 Hình 3.3 Pentic sản xuất kẹo mềm Tạo hình khối kẹo pectin tiến hành nhiệt độ cao loại kẹo khác nhiệt độ đông tụ với khối kẹo có pectin cao hơn, tạo hình cách rót khn rót mỏng Đối với kẹo pectin dùng tỷ lệ nguyên liệu sau so với khối lượng sản phẩm • • • • Đường Saccharose : 50 - 65 % Mật tinh bột : 20 - 25 % Pectin : - 1,5 % Acid citric Acid lactic : - 1,5 % Sự thủy phân chất tạo đông, chuyển hóa đường phụ thuộc vào: • Nhiệt độ • Thời gian tác động nhiệt độ cao • pH môi trường 3.3 Công nghệ chế biến sữa Pectin bổ sung hương vị trái cho sản phẩm sữa chua Cho pectin vào sữa lên men với liều lượng vừa đủ, trộn để dunh dịch đồng Trong yaourt trái cây, pectin tạo cấu trúc mịn, giúp phân bố mẫu trái nhỏ sữa cịn làm cho sản phẩm có bề mặt nhẵn bóng Trong sản phẩm nhiều lớp, pectin cịn có tác dụng ổn định giữ cho trái không bị tách khỏi yaourt Trong yaourt uống, pectin từ bưởi bảo vệ protein khơng bị biến tính q trình tiệt trùng, ngăn chặn 18 protein kết tủa kết đơng, giúp sản phẩm ổn định đạt tính chất cảm quan tốt nhất, không giảm chất lượng bảo quản thời gian dài nhằm cải thiện cấu trúc yaourt tạo kết tụa dạng mịn tăng giá trị cảm quản thực phẩm sữa chua Hình 3.4 Pectin cơng nghệ chế biến sữa chua yaourt trái 3.4 Các sản phẩm chế biến sẵn LMP giúp cải thiện số tính chất lưu biến sản phẩm từ cà chua (có nồng độ chất khô khoảng 10 - 46%) sốt cà chua, tương ớt Các sản phẩm phải bền nhiệt Hàm lượng pectin sử dụng khoảng 0,3 - 1% Pectin dùng để giữ nước bán thành phẩm bánh nướng tươi lâu hơn: loại bán thành phẩm bánh nướng (bột nhào đông lạnh loại bánh chưa nướng) dễ bị biến đổi sau vài tháng tượng thối hóa tinh bột bán thành phẩm Tinh bột trương nở tái kết tinh làm giảm khả giữ nước bột nhào, sản phẩm sau nướng khô Khi dùng pectin, chất lượng sản phẩm cải thiện đáng kể, bánh khơ hơn, tươi lâu 19 Hình 3.5 Các sản phẩm chế biến sẵn CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Qua đề tài giúp ta hiểu rõ tác dụng phụ gia pectin với thể người ứng dụng công nghệ thực phẩm Đa số phụ gia mà ta biết đến bổ sung vào quy trình chế biến với nhiều mục địch khác có tác dụng khơng tốt thể người dù tính độc hại nhỏ Nhưng phụ gia pectin ngược lại dù bổ sung vào trình chết biến với hàm lượng không ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người Bên cạch ứng dụng lĩnh vực thực phẩm, pectin cịn có tác dụng dược lý đới với thể người mà phụ gia khác khơng có tác dụng Nhưng dù pectin có tác dụng tốt, ứng dụng nhiều đến đâu có nhược điểm khơng mong muốn, nên nghiên cứu thêm để có khắc phục đặc tính khơng mong muốn q trình sản xuất giúp nâng cao suất hiểu nhiều lĩnh vực khác 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tạ Duy Tiên, Dương Thị Hương Giang Phan Thị Bích Trâm, 2008 Tách chiết, tinh pectin điều chế dẫn xuất chlorophyllin tan nước từ dây hồng Cocculus sarmentosus (lour) diels Tạp chí Khoa học, pp118-125 Kerry Hosmer Caffall, Debra Mohnen, 2009 The structure, function, and biosynthesis of plant cell wall pectic polysaccharides Carbohydrate Research 344(14): pp 1879-1900 Yuri Khotimchenko , Elena Khozhaenko, Valeri Kovalev and Maxim Khotimchenko Cerium Binding Activity of Pectins Isolated from the Seagrasses Zostera marina and Phyllospadix iwatensis Marine Drugs ISSN 1660-3397, Mar Drugs 2012, 10, 834-848 21 Pornsak Sriamornsak, 2003 Chemistry of pectin and its pharmaceutical uses: A review Silpakorn University International Journal Trình Liên Vy, 2012 Nghiên cứu pectin xây dựng quy trình sản xuất bột thạch từ sương sâm Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trƣờng Đại học Đà Nẵng Brent L Ridley, Malcolm A O’Neill, Debra Mohnen Pectins: structure, biosynthesis, and oligogalacturonide-related signaling Phytochemistry 57 (2001) 929–967 A K M Azad, M A Ali, Mst Sorifa Akter, Md Jiaur Rahman, Maruf Ahmed Isolation and characterization of pectin extracted from lemon pomace during ripening Journal of Food and Nutrition Sciences Vol 2, No 2, 2014, pp 30-35 22 ... PECTIN TRONG LĨNH VỰC THỰC PHẨM Pectin sử dụng rộng rãi chất tạo gel, chất ổn định dung dịch, chất làm đặc, chất kết dính chất nhũ hố nhiều sản phẩm thực phẩm Khả tạo gel pectin sử dụng thực phẩm. .. 1.3 Pectin cấu tạo thành tế bào thực vật Trong thực vật pectin tồn chủ yếu dạng pectin protopectin Dưới tác dụng acid, enzyme protopectinaza gia nhiệt protopectin chuyển thành pectin • Protopectin:... thiết thực cho phát triển chung ngành công nghiệp thực phẩm Bên cạnh phải tìm hiểu rõ ứng dụng phụ gia pectin ngành công nghệ thực phẩm để việc sử dụng, dùng trình chế biến phù hợp bổ sung vào