GIỚI THIỆU CHUNG
Giới thiệu về pectin
Pectin là một polysaccharide rất phức tạp được tạo thành từ ba vùng chính là Homogalacturonan, Rhamnogalacturonan I và Rhamnogacacturonan II được liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị Vùng chính của pectin bao gồm một chuỗi các đơn vị acid D-Galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết ∝-1,4-glycosidic được gọi là vùng Homogalacturonan hoặc vùng pectin trơn Vùng thứ hai của cấu trúc pectin bao gồm các đơn vị Rhamnosyl liên kết với nhau bằng liên kết ∝ -1,4-glycosidic Các đơn vị D-Galacturonopyransyl có thể bị gián đoạn bởi các đơn vị L- Rhamnopyranosyl (Rhamnogalacturonan I liên kết với Arabinose và Galactose) bằng liên kết ∝-1,4-glycosidic Vùng cuối cùng Rhamnogalacturonan II bao gồm Oligosaccharide Homogalacturonan phân nhánh cao, mặc dù chỉ là một phần tử nhỏ nhưng quan trọng của pectin.
Phân tử lượng của các loại pectin tách ra 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 10,000 - 100,000 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 25,000 đến 35,000, trong khi pectin lấy từ cam lại có phân tử lượng đạt tới 50,000 Pectin thương phẩm không có khối lượng phân tử xác định mà phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu, phương pháp trích ly và loại sản phẩm.
Pectin là một hợp chất tự nhiên có nhiều trong màng tế bào của các loài thực vật bậc cao, phân bố chủ yếu ở các bộ phận như quả, củ, thân Trong màng tế bào, pectin có mặt ở phiến giữa (với hàm lượng cao nhất) và vách tế bào sơ cấp.
Pectin có mặt trong quả, củ, thân cây, đóng vai trò vận chuyển nước và lưu chất cho các trái cây đang trưởng thành, duy trì hình dáng và sự vững chắc của trái cây 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 Pectin như một loại keo gắn chặt các tế bào thực vật với nhau, vì thế người ta gọi chúng là chất cement trong cấu trúc tế bào thực vật Tiền thân của pectin là protopectin, không tan trong nước và có nhiều trong mô trái cây còn xanh, giúp quả có độ cứng. 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 chín sẽ kèm theo sự thủy phân protopectin thành pectin hòa tan, làm giảm sự liên kết giữa các tế bào, quả trở nên mềm hơn Sau đó kết hợp với sự demethyl hóa dưới tác dụng của enzyme protopectinase và sự depolymer hóa của pectin taọ thành pectate và cuối cùng là các loại đường hòa tan và acid Quá trình này cũng xảy ra dưới tác dụng của acid và nhiệt độ trong quá trình chần ở 60 - 85 o C.
Hình 2 Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật
Pectin tồn tại với những hàm lượng khác nhau trong quả, củ hoặc thân của một số loài thực vật: trong táo 10 - 15%, chanh 20 - 50%, củ cải đường 10 - 20%, đài hoa hướng dương 15 - 25% Pectin lấy từ các nguồn khác nhau sẽ khác nhau về khả năng tạo gel và khác nhau ít nhiều về các nhóm thế methoxyl trong phân tử Trong cùng một loại quả nhưng ở các phần khác nhau thì hàm lượng pectin cũng khác nhau Chẳng hạn như đối với quả bưởi, pectin là chất nhầy bao quanh vỏ hạt bưởi và trong cùi quả bưởi chín Hàm lượng pectin trong quả bưởi là khác nhau giữa các phần, cụ thể:
Bảng 1 Phần trăm pectin trong các phần của quả bưởi
Thành phần Khối lượng (%) Hàm lượng pectin (%) Hiệu suất thu hồi
Trong công nghiệp, pectin được thu nhận từ dịch chiết của các nguyên liệu thực vật hay 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% Pectin là một chất có thể tan trong nước và có độ nhớt cao 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.
Phân loại pectin
Dựa trên mức độ methoxyl hóa và ester hóa, trong thương mại chia pectin thành 2 loại: pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp.
- Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin – HMP): DE > 50% hay MI > 7% Chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH = 3.1 – 3.4 và nồng độ đường trên 60%.
Hình 3 Công thức của HMP
- Pectin methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP): DE < 50% hay MI < 7% Được sản xuất bằng cách giảm nhóm methoxyl trong phân tử pectin Pectin methoxy thấp có thể tạo đông trong môi trường không có đường Chúng thường được dùng làm màng bao bọc các sản phẩm.
Hình 4 Công thức của LMP
Dựa trên khả năng hòa tan trong nước chia pectin thành 2 loại: pectin hòa tan và pectin không hòa tan.
Pectin hòa tan (methoxyl polygalacturonic): Tồn tại chủ yếu trong dịch tế bào, là ester methylic của acid polygalacturonic, trong tự nhiên có khoảng 2/3 số nhóm carboxyl của polygalacturonic acid được ester bằng methanol Pectin được ester hóa cao sẽ tạo gel đặc trong dung dịch acid và trong dung dịch đường có nồng độ 65% Enzyme pectinase tác động lên các hợp chất pectin có khối lượng phân tử khác nhau và cấu trúc hóa học không đồng dạng.
Pectin không hòa tan (protopectin): là dạng kết tủa của pectin với araban (polysaccharide ở thành tế bào) Protopectin tạo độ cứng cho quả xanh, không tan trong nước và có cấu tạo phức tạp Protopectin khi bị thủy phân bằng acid thì giải phóng pectin hòa tan.
Thành phần các pectin trong thực phẩm
Pectin là thành phần chính của tế bào thực vật và chiếm khoảng hai phần ba khối lượng khô của thành tế bào của thực vật Chúng định hình cấu trúc, đảm bảo sự bền vững và tính linh hoạt cho thành tế bào và hoạt động như một rào cản đối với môi trường bên ngoài Pectin cũng là nguồn cung cấp chất xơ quan trọng Do hệ tiêu hóa thiếu men tiêu hóa pectin, con người không thể tiêu hóa pectin trực tiếp nhưng vi sinh vật có trong ruột già có thể dễ dàng đồng hóa pectin và chuyển hóa thành chất xơ hòa tan Các oligosaccharide này thúc đẩy hệ vi sinh vật có lợi trong ruột và cũng giúp chuyển hóa lipid và chất béo, điều hòa đường huyết Vai trò của pectin không chỉ giới hạn ở các chức năng sinh học và sinh lý, mà nó có tiềm năng to lớn và đóng góp đáng kể trong các ứng dụng khác từ chế biến thực phẩm đến dược phẩm.
Pectin công nghiệp thường được chiết xuất từ cam chanh và táo Trong hàm lượng chất khô ở táo, pectin chiếm khoảng 10 - 15%, trong khi vỏ chanh chiếm đến 20 - 30% pectin Tuy nhiên, pectin cũng còn được chiết xuất với một hàm lượng lớn hơn từ các loại trái cây khác và phần bỏ đi của chúng như vỏ xoài, vỏ thanh long, vỏ chuối, vỏ chanh dây Tuy vậy hàm lượng pectin cao hơn không đi kèm với việc chất lượng cao hơn, vì tùy thuộc vào loại trái cây mà cấu trúc và loại đường liên kết sẽ khác nhau, gây ra cấu trúc gel khác nhau.
Bảng 2 Chiết xuất pectin trong công nghiệp
Loại pectin phẩm sử dụng pectin Được chiết bằng HCl, kết tủa và Thanh long Vỏ tinh chế với isopropanol 70% 18.59% LMP
Mít Vỏ Pectin chiết xuất được hỗ trợ
21.5% HMP bằng sóng siêu âm (DE, 62.5%)
Khoai tây Thịt quả Chiết xuất bằng các acid khác 4.08 – LMP nhau và kết tủa bằng ethanol 14.34% (DE, 21.51 – 37.45%)
Tính chất hóa lý và hóa học của pectin
Pectin tan trong nước và tạo thành dung dịch có độ nhớt rất cao Khi tiếp xúc với nước, pectin nhanh chóng hấp thu nước và trương nở gấp nhiều lần so với kích thước ban đầu Nếu các hạt pectin dính nhau trước khi tiếp xúc với nước thì tất cả chúng sẽ trương lên, dính nhau và hợp lại thành một viên to và hòa tan rất lâu Ngược lại, nếu các hạt pectin được tách rời nhau trước khi tiếp xúc với nước thì chúng sẽ có đủ chỗ trống để trương nở mà không dính vào nhau Vì vậy để tránh làm vón cục pectin cần phải tách rời các hạt pectin trước khi cho pectin tiếp xúc với nước.
* Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hòa tan của pectin:
- Nhiệt độ hòa tan: Nhiệt độ càng cao thì pectin hòa tan càng tốt, nhiệt độ thích hợp nhất để hòa tan pectin là trên 80 o C.
- Thời gian hòa tan càng lâu, pectin càng tan được nhiều hơn.
- Tốc độ khuấy càng cao, pectin hòa tan càng tốt.
- Nồng độ chất khô: Để đảm bảo hòa tan tốt pectin, nồng độ chất khô của dịch nấu khi bổ sung pectin không nên quá 25%, nồng độ chất khô thích hợp nhất là dưới 20%.
1.4.1.2 Độ nhớt của dung dịch pectin Độ nhớt càng lớn, khối lượng phân tử và khả năng tạo đặc của pectin sẽ càng lớn.
So với các gum thực vật và các chất tạo đặc khác, dung dịch pectin có độ nhớt tương đối thấp Độ nhớt của pectin còn phụ thuộc vào:
- Ca 2+ và các ion đa hóa trị khác làm tăng độ nhớt của dung dịch pectin Do đó độ nhớt của dung dịch pectin phụ thuộc vào độ cứng của nước.
- pH cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch pectin, trong dung dịch không chứa Ca 2+ , độ nhớt của dung dịch pectin sẽ giảm khi pH > 3.5.
1.4.1.3 Khả năng tạo nhũ và ổn định nhũ tương
Pectin có các nhóm ưa nước (carboxyl, hydroxyl) và kỵ nước (methoxyl) trong phân tử, hấp phụ lên bề mặt phân pha và tạo thành lớp màng đặc bao quanh các giọt phân tán, nhờ đó ngăn cản sự tụ giọt. Pectin được ứng dụng làm chất ổn định nhũ tương trong thực phẩm như sốt mayonnaise, nước sốt cho rau trộn… Pectin hòa tan trong pha liên tục và làm tăng độ nhớt của hệ phân tán, hạn chế khả năng chuyển động của các giọt phân tán, làm giảm va chạm giữa chúng, nhờ đó hạn chế sự tụ giọt Khả năng tạo đặc và ổn định hệ nhũ tương là hai tính chất đi kèm nhau.
Pectin là chất tạo gel quan trọng nhất được sử dụng để 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 phẩm mứt trái cây, giúp 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. Đặc tính quan trọng của pectin là có khả năng tạo gel khi có mặt của acid và đường, tính chất này được ứng dụng khá phổ biến trong công nghệ sản xuất bánh kẹo.
1.4.2.1 Phản ứng de-ester hóa
Phản ứng de-ester hóa xảy ra ở đầu ester của các phân tử acid D-galacturonic trong chuỗi mạch thẳng dài polysaccharide của pectin Thay thế gốc -OCH 3 thành -OH bởi acid hoặc base: giảm mức độ ester hóa của phân tử pectin.
Hình 5 Phản ứng de-ester hóa giữa pectin và dung dịch
NaOH 1.4.2.2 Phản ứng tạo kết tủa với ion kim loại
Phản ứng tạo kết tủa xảy ra ở đầu ester của các phân tử acid D-galacturonic trong chuỗi mạch thẳng dài polysaccharide của pectin Thay thế gốc -OCH 3 thành -OM với M là các ion kim loại (M = Ca 2+ ,
Cu 2+ , Fe 3+ , Mg 2+ …), phản ứng này tạo ra kết tủa.
Hình 6 Kết tủa Calcium pectate 1.4.2.3 Phản ứng amide hóa
Phản ứng amide hóa xảy ra ở đầu ester của các dài polysaccharide của pectin Sản phẩm tạo ra phụ hoặc amine bậc 2). phân tử D-galacturonic acid trong chuỗi mạch thẳng thuộc vào bản chất amine (gốc R hoặc amine bậc 1
Hình 7 Phản ứng amide hóa giữa pectin và amine bậc 1 1.4.2.4 Phản ứng với enzyme pectinase
Tùy thuộc vào bản chất mà enzyme sẽ khác nhau về cách cắt đứt liên kết giữa các phân tử Có 3 loại enzyme điển hình thuộc nhóm enzyme pectinase:
- Protopectinases: phân hủy protopectin không hòa tan và tạo ra pectin có khả năng hòa tan có mức độ polymer hóa cao.
- Esterase: thủy phân ester methoxyl của pectin thành acid và rượu khi có mặt nước.
- Depolymerase: xúc tác sự phân cắt thủy phân của liên kết 1,4-glycosidic của các phân tử acid D- galacturonic.
Hình 8 Phản ứng của enzyme pectinase
1.4.2.5 Phản ứng thủy phân cắt mạch với acid
Bản chất pectin cũng chính là trộn, pectin sẽ bị phá hủy liên kết Depolymerase. một loại carbohydrate, trong điều kiện acid mạnh, nhiệt độ cao có khuấy1,4-glycosidic D-galacturonic acid giống như tương tác của enzyme
Lưu ý chung
Pectin được xem là một trong những chất phụ gia thực phẩm an toàn và được chấp nhận nhiều nhất, và điều này được chứng minh bởi hàm lượng ADI cho phép là “không xác định” được ban hành bởi các tổ chức JECFA (Joint Food Expert Committee), SCF (Scientific Committee for Food) ở liên minh châu Âu và GRAS (Generally Regarded).
Các chỉ số đặc trưng của pectin:
Chỉ số Methoxyl (MI 1 hay DM 2 ) : Chỉ số methoxyl biểu hiện tỉ lệ methyl hóa của pectin, là phần trăm khối lượng nhóm methoxyl (-OCH3) trên tổng khối lượng phân tử.
▪ Pectin tách từ thực vật 10 - 12%.
Chỉ số Ester hóa (DE 3 ): Chỉ số ester hóa biểu hiện mức độ ester hóa, là phần trăm số gốc acid galacturonic bị ester hóa trên tổng số gốc acid galacturonic trong phân tử.
Chỉ số Amide hóa (DA 4 ): Chỉ số amide hóa biểu hiện mức độ amide hóa của pectin, là phần trăm số nhóm carboxyl bị chuyển hóa thành nhóm amide bởi quá trình xử lý bằng amoniac trên tổng số nhóm carboxyl trong phân tử.
Thêm muối Al 3+ hoặc Cu 2+
Chiết xuất sử dụng vi sóng Chiết xuất sử dụng enzyme
Tạo kết tủa Cô đặc
Quá trình khử este hóa
Hình 10 Quy trình xử lý mẫu chứa pectin và thu hồi pectin trong công nghiệp và phòng thí nghiệm
Chiết xuất Pectin Để nguội/Lọc
Chiết xuất truyền thống Chiết xuất siêu âmChần Sau đó để khô, ráo
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
Các phương pháp xác định hàm lượng pectin trong mẫu thực phẩm
Trong môi trường kiềm loãng, pectin hòa tan sẽ giải phóng ra nhóm methoxyl thành rượu methylic và acid pectic tự do Acid pectic tự do trong môi trường có mặt acid acetic sẽ kết hợp với CaCl 2 thành dạng muối kết tủa calcium pectate Từ hàm lượng muối kết tủa có thể tính được hàm lượng pectin có trong mẫu phân tích.
Phương pháp Calcium pectate là một trong những phương pháp phổ biến nhất trên thế giới hiện tại dùng để xác định hàm lượng pectin trong mẫu thực phẩm bằng phương pháp kết tủa Calcium, đặc biệt trong giới thực vật, trái cây.
✓ Nguyên liệu: Mẫu pectin đã được trích ly từ thực phẩm cần phân tích hàm lượng pectin.
Dung dịch CaCl 2 2N Dung dịch AgCl 1% Dung dịch CH 3 COOH 1N
Dung dịch NaOH 0,1N Nước cất
Cân phân tích Bếp điện Giấy lọc
Beaker 1000mL Tủ sấy + chén sấy Bình định mức 1000mL
Dung dịch CaCl 2 2N: Hòa tan 230 – 250g CaCl 2 trong bình dung tích 1000mL, sau đó định mức
1000mL bằng nước cất Dung tích phải có tỷ trọng 1,09 g/cm 3 không cần xác định nồng độ chuẩn.
Dung dịch NaOH 0,1N: Hòa tan 4g NaOH trong bình định mức có dung tích 1000mL, sau đó định mức 1000mL bằng nước cất.
Dung dịch CH3COOH 1N: pha loãng 60,03 mL acid acetic đậm đặc bằng nước cất đến 1000mL.
Bước 1: Cân khoảng 15g mẫu pectin đã được trích ly từ nguyên liệu cần phân tích cho vào bình, sau đó cho thêm 100ml NaOH 0,1N Để hỗn hợp trong 7 giờ hoặc qua đêm để xà phòng hóa hoàn toàn pectin thành acid pectic.
Bước 2: Lọc hỗn hợp qua giấy lọc và thêm 50mL dung dịch CH 3 COOH 1N vào dịch lọc.
Bước 3: Sau 5 phút, thêm 50mL CaCl 2 2N và giữ 1 giờ.
Bước 4: Đun sôi hỗn hợp trong 5 phút rồi lọc qua giấy lọc đã được sấy đến khối lượng không đổi (m 1 ).
Bước 5: Rửa kết tủa Calcium pectate bằng nước cất nóng đến khi không còn ion Cl - (thử nước rửa bằng dung dịch AgCl 1% đến khi không có kết tủa trắng).
Bước 6: Sau khi rửa xong, đặt giấy lọc có kết tủa vào chén cân và sấy ở 105 o C đến khối lượng không đổi
Hàm lượng pectin (P) tính theo công thức sau:
Trong đó: P (%) - hàm lượng pectin có trong mẫu m 2 (g) - khối lượng giấy lọc có kết tủa m 1 (g) - khối lượng giấy lọc không có kết tủa
≈ 0,92 - hệ số chuyển đổi từ Calcium pectate về pectin
(191×2)+40 m (g) - khối lượng mẫu phân tích
2.2.2 Phương pháp đo quang phổ thông qua ion Cu 2+
Khi xác định hàm lượng pectin bằng phương pháp Calcium pectate, Ca 2+ được sử dụng làm chất kết tủa trong quá trình phản ứng tạo kết tủa Tuy nhiên, độ hấp thụ của Ca 2+ rất khó xác định trừ khi bổ sung một số tác nhân tạo màu nhất định Ngay cả khi sử dụng tác nhân tạo màu, ta cũng chỉ có thể đo độ hấp thụ của nó sau một khoảng thời gian trong môi trường không có ánh sáng Quá trình này phức tạp và độ hấp thụ dao động rất lớn Do đó, Cu 2+ được chọn làm ion kim loại cần đo Ngoài ra, Cu 2+ có thể phản ứng với dung dịch đệm để tạo ra đồng Cu2(OH)2CO3, như trong phản ứng dưới đây Đây là một phương pháp có đặc điểm khá tương đồng với phương pháp định lượng đường khử bằng phương pháp DNS trong mẫu thực phẩm.
Hình 11 Độ hấp thu của Cu 2+ trong dung dịch đệm
Công thức phân tử của đồng pectate là C17H22O16Cu, trong đó Cu chiếm 11,72% khối lượng của đồng pectate Do đó, hàm lượng đồng pectate có thể được tính bằng cách đo hàm lượng Cu 2+ , có thể tính bằng cách đo hàm lượng Cu 2+ trong dịch lọc.
Hình 12 Phương trình phản ứng của Pectin và Cu 2+
Phương pháp đo quang phổ thông qua ion Cu 2+ là một phương pháp mới dùng để xác định hàm lượng pectin trong mẫu thực phẩm bằng phương pháp gián tiếp thông qua ion Cu 2+ Phạm vi ứng dụng của phương pháp này tương đương với phương pháp Calcium pectate.
✓ Hóa chất: Do quy trình thí nghiệm được thực hiện ở Trung Quốc nên các hóa chất và thuốc thử sẽ được sử dụng ở những công ty thương mại ở Trung Quốc bao gồm:
- Quang phổ kế FT-IR FTIR: Nicolet IS50.
- Máy Electron - Thermostatic Water Bath HH - 6.
- Máy quang phổ UV-Vis: UV-1900, Shimadzu, Japan.
✓ Thiết lập đường cong làm việc của Cu 2+
Bước 1: Lấy 2mL dung dịch CuCl 2 ở các nồng độ khác nhau từ 3 tới 10.5 mmol/L cho vào bình định mức 10mL có chứa dung dịch đệm tương ứng sau đó chuyển vào cuvette thạch anh và sử dụng dung dịch đệm làm mẫu trắng.
Bước 2: Xác định độ hấp thụ của hỗn hợp ở bước sóng 712 nm bằng máy quang phổ UV-Vis.
Bước 3: Dựng một đường chuẩn tuyến tính được thiết lập giữa độ hấp thụ và hàm lượng của Cu 2+ Ta sẽ đo trong một số điều kiện như sau:
- Thực hiện ở nhiệt độ phòng.
- Bước sóng xác định ở 712 nm.
- Thời gian phản ứng: hơn 30s do cần tối thiểu 30s để ion Cu 2+ chuyển hóa hoàn toàn thành
Cu 2 (OH) 2 CO 3 Đường cong làm việc của mối quan hệ giữa nồng độ Cu 2+ và độ hấp thụ ở bước sóng 712nm được biểu diễn như sau:
Trong đó: C là nồng độ của Cu 2+ trong hệ (mol/L)
A là độ hấp thụ của dung dịch ở bước sóng 712 nm.
Hình 13 Đường chuẩn giữa nồng độ Cu 2+ và độ hấp thụ ở bước sóng 712 nm
✓ Xác định hàm lượng Pectin
Lấy 2mL dịch lọc của mẫu thử (chứa pectin), thêm vào 10mL bình định mức, trong đó có 8mL dung dịch đệm Sau khi trộn đều, hỗn hợp được chuyển sang cuvette thạch anh và đo độ hấp thụ ở bước sóng
712 nm trong máy quang phổ UV-vis để xác định hàm lượng Cu 2+ trong dịch lọc, tiếp tục có thể sử dụng để tính hàm lượng pectin.
Công thức tính hàm lượng pectin như sau:
Trong đó: X là hàm lượng pectin (%)
C là nồng độ Cu 2+ theo đường cong làm việc (mmol/L) n 0 là hàm lượng Cu 2+ trước phản ứng (mmol)
V là tổng thể tích của dịch lọc (mL)
64 là khối lượng nguyên tử của đồng
0.1172 là tỷ lệ số nguyên tử đồng trong pectate đồng m 0 là khối lượng của mẫu (g)
W là độ ẩm của mẫu (%)
2.2.3 Phương pháp so màu Carbazole
Phương pháp Carbazole: là phương pháp phân tích đo quang phổ pectin lần đầu được đề xuất bởi Dische (1946), bao gồm các bước chiết tách pectin từ thịt quả rau củ, depolymer pectin bằng acid sulfuric, phản ứng tạo màu với carbazole và đo quang phổ.
Carbazole là một hydrocarbon thơm đa vòng gồm hai vòng benzen sáu cạnh được hợp nhất ở hai bên của một vòng chứa nitơ năm cạnh Carbazole thường được ứng dụng như cầu liên hợp π để tạo ra thuốc nhuộm hữu cơ Phản ứng tạo màu dựa trên phản ứng màu giữa các sản phẩm phân hủy của quá trình thủy phân pectin bằng acid đậm đặc với carbazole Màu sắc thu được tỷ lệ thuận với nồng độ của galacturonic acid.
Phương pháp so màu Carbazole thường được sử dụng để xác định hàm lượng pectin trong trái cây và rau củ như đào, cà rốt, cam, chanh và cà chua Trong những năm gần đây, phản ứng tạo màu của carbazole được sử dụng để xác định hàm lượng galacturonic acid của các polysaccharides trong phế phẩm nông nghiệp như vỏ bưởi, vỏ thanh long.
Thuốc thử Carbazole 0.1% Sulfuric acid đậm đặc
Erlen 100mL Bể điều nhiệt Tủ sấy
Beaker 100mL Phễu lọc Máy quang phổ chùm tia đôi 525nm Ống nghiệm Muỗng inox Cuvette 1mL
Pipette Bình định mức 100 mL Cân phân tích
Hòa tan 0.1g carbazole bằng ethanol trong bình định mức đến vạch 100ml, lắc đều cho đến khi tan hoàn toàn.
Bước 1: Cân mẫu pectin bằng cân phân tích.
Bước 2: Kết tủa mẫu pectin với lần lượt ethanol 95% và 63% Sau đó, sấy khô kết tủa và pha loãng mẫu bằng nước cất đến nồng độ 0.025%.
Bước 3: Cho 0.5mL thuốc thử carbazole 0.1% và 5 - 6mL sulfuric acid đậm đặc vào ống nghiệm nhanh chóng trong 6s và lắc đều.
Bước 4: Đun nóng ống nghiệm đến 85 - 100℃ trong 5 - 10 phút.
Bước 5: Làm nguội ống nghiệm trong bể đá trong 5 phút.
Bước 6: Cho lần lượt các mẫu vào lọ đựng bằng syringe để đo quang phổ Độ hấp thụ được đo bằng máy quang phổ chùm tia đôi 525nm sử dụng cuvette 1 cm.
Bước 7: Phép đo được thực hiện song song đối với mẫu trắng bao gồm 1ml nước cất, 0.5mL thuốc thử carbazole 0.1% và 5 - 6mL sulfuric acid đậm đặc.
Lặp lại tương tự trong 3 lần.
2.2.3.6 Tính toán kết quả Định lượng pectin trong mẫu cần xác định bằng phương trình Lambert-Beer:
Trong đó: A: Độ hấp thụ ε: Độ hấp thụ mol (LM -1 cm -1 ) b: Chiều dày cuvette (cm) C x : Nồng độ mẫu (mol/L)
Khi dung dịch cần xác định và dung dịch chuẩn có cùng chiều dày cuvette, ta có công thức: b = const ⇒ C x
✓ Khối lượng acid D-Galacturonic trong mẫu được tính theo công thức như sau:
✓ Hàm lượng acid D-Galacturonic trong mẫu được tính theo công thức sau:
%D − Galacturonic acid acid D−Galacturonic × 100% m mẫu
Trong thế kỷ XIX, khi mà kiến thức về pectin của các loại thực phẩm vẫn chưa được khám phá và mở rộng như bây giờ, các nhà khoa học lúc bấy giờ cho rằng tổng hàm lượng đơn phân D-Galacturonic acid cũng chính là tổng khối lượng pectin trong thực phẩm, do đó hàm lượng D-Galacturonic acid trong thực phẩm cũng chính là hàm lượng pectin trong mẫu thực phẩm Tuy nhiên, hiện nay người ta đã phát hiện rằng tổng khối lượng D-Galacturonic acid chỉ chiếm tối thiểu 80% trong thực phẩm (không đạt tới 100%) phụ thuộc vào bản chất loại thực phẩm Do đó công thức trên chưa hoàn toàn chính xác Để phù hợp với thực tế, ta nên bổ sung cho công thức trên bằng một hệ số thực nghiệm θ (θ ≥ 80%) để tính chính xác hàm lượng pectin trong mẫu trái cây hoặc thực phẩm. m acid D−Galacturonic = m pectin × θ
BÀN LUẬN VÀ KẾT LUẬN
Bàn luận chung
3.1.1 Năng lực của phương pháp Calcium pectate
Trong công nghệ thực phẩm, phương pháp Calciumum pectate là một trong những phương pháp xác định hàm lượng pectin được ưa chuộng nhất trên thế giới Bởi vì phương pháp này có độ chính xác cao, tính lặp lại cao, chi phí thấp và ngoài ra còn hạn chế sự ô nhiễm môi trường Sau đây là một số nơi sử dụng phương pháp này với các phạm vi thực phẩm khác nhau ở Bảng 3:
Bảng 3 Hàm lượng pectin trong sương sáo Việt Nam Sương sáo tươi Tiền Giang Sương sáo khô Tiền Giang Sương sáo khô Đồng Tháp
Bảng 4 Hàm lượng pectin của các thành phần khác nhau bên trong mít ở Ấn Độ
Các loại mít trong thị Thành phần khác nhau bên trong mít trường Ấn Độ Vỏ Lõi trắng Múi thịt
Như ta đã thấy, hệ số biến thiên hàm lượng pectin của các thành phần sản phẩm thực phẩm là vô cùng thấp (thấp nhất là 0.10%, cao nhất là 0.16%), điều này cho thấy rằng phương pháp này có độ chính xác và độ lặp lại rất cao Ngoài ra, ta thấy rằng phương pháp có tính phổ biến cao, sử dụng rộng rãi với hầu hết tất cả các loại thực phẩm với kết quả chính xác nhất bất kể là loại thực phẩm nào hoặc vùng địa hình địa lý nào Phương pháp này hiện nay được coi là một trong những phương pháp xác định hàm lượng pectin mạnh nhất bây giờ.
3.1.2 Năng lực của phương pháp đo quang phổ thông qua ion Cu 2+
Phương pháp đo quang phổ thông qua ion Cu 2+ là một phương pháp xác định hàm lượng pectin trong thực phẩm xuất hiện trong năm 2021, được phát triển bởi nhóm nghiên cứu Trung Quốc nhằm cung cấp thêm phương pháp xác định hàm lượng pectin cũng như là đơn giản hóa quy trình nghiên cứu bằng cách sử dụng máy đo quang phổ Mặc dù phương pháp này chưa được phổ biến và sử dụng rộng rãi trên thế giới nhưng đã chứng minh được tiềm năng trong tương lai và chứng minh được khả năng xác định hàm lượng pectin còn chính xác hơn phương pháp Calcium pectate. Để xác minh độ chính xác của phương pháp này, người ta phân tích độ lặp lại của phương pháp bằng cách tính độ lệch chuẩn tương đối (RSD) của phép đo quang phổ ion Cu 2+ trong 4 phép đo là 2.60%; 1.10%; 0.14%; 0.31% ( 0.95) Minh chứng phương pháp này được làm rõ trong một thí nghiệm đo quang phổ thực hiện lần lượt trong hai điều kiện (100℃ trong 10 phút) và (85℃ trong 5 phút), từ đó ta có thể xác minh tính chính xác và độ tin cậy của phương pháp này, kết quả được thể hiện trong hai đồ thị đường thằng hồi quy tuyến tính sau.
Hình 14 Cường độ h ấ p th ụ c ủ a D-Galacturonic acid khi th ự c hi ệ n thí nghi ệ m ở 100℃ trong
Hình 15 Cường độ h ấ p th ụ c ủ a D-Galacturonic acid khi th ự c hi ệ n thí nghi ệ m ở 85 ℃ trong 5 phút
Phương pháp Carbazole trong 2 thử nghiệm đều có hệ số tương quan R > 0.95, từ đây ta có thể kết luận độ chính xác của phương pháp Carbazole là tương đối cao Tuy nhiên cả 2 đồ thị đều không thể đạt hệ số tương quan tới R = 0.999 như phương pháp đo quang phổ ion Cu 2+ hoặc R = 1 (đường chuẩn có ý nghĩa cao nhất), điều này có thể được giải thích là do màu sắc của phương pháp Carbazole thu được không những phụ thuộc vào nồng độ của D-Galacturonic acid mà còn phụ thuộc vào các phân tử khác như D-Galatose, L-Rhamnose là 2 phân tử có độ hấp thu quang hoàn toàn khác nhau (D-Galacturonic acid chỉ chiếm tối thiểu 80% trong cấu trúc của pectin trong mẫu thực phẩm) Ngoài ra, sự hiện diện của các carbohydrate như tinh bột, cellulose và đường trung tính trong dịch chiết pectin có thể gây ra sai số trong việc phân tích D-Galacturonic acid, vì carbazole có thể kết hợp bất kỳ phân tử đường trung tính nào có mặt để hình thành màu bổ sung, dẫn đến giá trị cường độ hấp thu xảy ra sai lệch lớn.
Khuyết điểm lớn thứ hai của phương pháp này là phương pháp Carbazole không thể xác định hàm lượng pectin đối với mẫu pectin có θ (hệ số thực nghiệm) chưa xác định được, có nghĩa là phương pháp này chỉ có phạm vi áp dụng đối với các loại thực phẩm đã có chính xác hệ số thực nghiệm rồi (ví dụ: cam, chanh dây…).
Kết luận 20 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO
Phương pháp Calcium pectate tính tới thời điểm hiện tại vẫn là một trong những phương pháp xác định hàm lượng pectin có độ chính xác cao nhất, đi cùng với một số ưu điểm khác như: dễ thực hiện, tính sẵn có của thiết bị và thuốc thử và ưu điểm lớn nhất là phạm vi áp dụng rộng rãi đối với các loại thực phẩm
20 cũng như là sự khác nhau về địa lý vùng miền Tuy nhiên, khuyết điểm lớn nhất của phương pháp này là tốn nhiều thời gian. Để bù đắp khuyết điểm trên, một phương pháp sinh cùng thời đại với Calcium pectate là phương pháp Carbazole, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của Carbazole cũng như các phương pháp đo quang phổ khác đó chính là phạm vi áp dụng của phương pháp do có sự thiếu sót của hệ số thực nghiệm Ngoài ra, độ chính xác của phương pháp này thấp hơn so với phương pháp Calcium pectate.
Kết hợp với cả ưu, nhược điểm của cả 2 phương pháp trên, một bước tiến mới được ra đời ở Trung Quốc vào năm 2021 là phương pháp đo quang phổ ion Cu 2+ Phương pháp này giúp xác định gián tiếp hàm lượng pectin thông qua đo quang phổ hấp thu của Cu 2+ Ưu điểm nổi trội của phương pháp này là độ chính xác vô cùng cao (gần như là ngang ngửa với Calcium pectate) đi cùng với thời gian thí nghiệm ngắn và phạm vi áp dụng rộng đối với các mẫu trái cây khác nhau Ngược lại, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là đòi hỏi thiết bị hiện đại Tuy nhiên phương pháp đo quang phổ ion Cu 2+ đã chứng minh được giá trị của phương pháp và rất có tiềm năng trong tương lai sau này trong giới khoa học nghiên cứu.
KẾT LUẬN Ứng dụng của polymer tự nhiên trong ngành công nghiệp thực phẩm đang tăng lên từng ngày Các nhà nghiên cứu đang ngày càng tập trung nhiều hơn vào pectin vì tính dễ kiếm, tính linh hoạt về cấu trúc và thành phần linh hoạt Pectin là một phụ gia được sử dụng trong thực phẩm như một chất kết dính, đặc biệt là trong mứt và thạch rau câu Nó là sự lựa chọn ưu tiên của hầu hết các nhà chế biến thực phẩm như là chất thay thế chất béo hoặc đường trong các loại thực phẩm ít calo Pectin không chỉ là chất điều chỉnh – mà còn là chất xơ có nhiều lợi ích, hòa tan trong nước, giúp giảm cholesterol và tăng cường sức khỏe tiêu hóa Là một chất xơ hòa tan, pectin có khả năng liên kết với các chất béo trong đường tiêu hóa, bao gồm cholesterol và độc tố giúp thúc đẩy quá trình loại bỏ chúng ra khỏi cơ thể Điều này có nghĩa là pectin có lợi cho việc giải độc của cơ thể, giúp điều chỉnh việc sử dụng đường và cholesterol của cơ thể, đồng thời cải thiện đường ruột và sức khỏe tiêu hóa Trong những năm gần đây, nhu cầu tiêu thụ thực phẩm chế biến sẵn, trái cây tươi và rau quả ngày càng tăng đã mở ra một thị trường mới cho các loại màng ăn được nhờ vào khả năng phân hủy sinh học và tái chế Các ứng dụng của pectin đã được làm rõ trong bài tiểu luận.
Bên cạnh đó, nhóm đã làm rõ các vấn đề đặt ra của bài tiểu luận như giới thiệu về cấu trúc, nguồn gốc và phân loại pectin, tính chất hóa học, hóa lý và những phương pháp chiết xuất và xác định hàm lượng pectin trong mẫu thực phẩm Từ đó phân tích rõ ưu nhược điểm của từng phương pháp và ứng dụng thực tế của chúng trong khoa học thực tiễn Qua đó giúp người phân tích có thể lựa chọn được phương pháp phân tích tối ưu nhất dựa vào đặc tính của nguyên liệu cũng như tính sẵn có của thiết bị.
[1] Arash Jahandideh, Mojdeh Ashkani, Nasrin Moini (2021) Biopolymers and their Industrial
Truy cập từ https://doi.org/10.1016/C2018-0-05189-0
[2] Belkheiri, A.; Forouhar, A.; Ursu, A.V.; Dubessay, P.; Pierre, G.; Delattre, C.; Djelveh, G.; Abdelkafi, S.; Hamdami, N.; Michaud, P (2021) Extraction, Characterization, and Applications of Pectins from
Plant By-Products Appl Sci.
Truy cập từ https://doi.org/10.3390/app11146596
[3] Devi, Nirmala & Deka, Chayanika & Maji, Tarun & Kakati, Dilip (2016) Gelatin and Gelatin-
Truy cập từ https://doi:10.1081/E-EBPP-120049954
[4] ED Ngouémazong, Christiaens S, Shpigelman A, Van Loey AM, Hendrickx ME (2015) The emulsifying and emulsion-stabilizing properties of pectin: A review Comprehensive Reviews in Food
Truy cập từ https://doi:10.1111/1541-4337.12160
[5] Erumalla Venkatanagaraju, N Bharathi, Rachiraju Hema Sindhuja, Rajshree Roy Chowdhury, Yarram Sreelekha (01/2020) Extraction and Purification of Pectin from Agro-Industrial Wastes IntechOpen Book Series.
Truy cập từ https://doi:10.5772/intechopen.85585
[6] Florina Dranca, Mircea Oroian (2018) Extraction, purification and characterization of pectin from alternative sources with potential technological applications Food Research International Volume 113. pp 327-350.
Truy cập từ https://doi:10.1016/j.foodres.2018.06.065
[7] Ghodsi Mohammadi Ziarani, Razieh Moradi, Negar Lashgari, Hendrik G Kruger (2018) Metal-Free
Synthetic Organic Dyes Elsevier Chapter 6 - Carbazole Dyes pp 109-116.
Truy cập từ https://doi.org/10.1016/C2017-0-03672-8
[8] Gowda, D & Manjunath, M & Anjali, & Kumar, Praveen & Srivastava, Atul & Osmani, Riyaz & Shinde, Chetan & Hatna, Siddaramaiah (2016) Guar Gum and Its Pharmaceutical and Biomedical
Applications Advanced Science, Engineering and Medicine.
Truy cập từ https://doi:10.1166/asem.2016.1874
[9] Marie Carene Nancy Picot-Allain, Brinda Ramasawmy & Mohammad Naushad Emmambux (2020):
Extraction, Characterisation, and Application of Pectin from Tropical and SubTropical Fruits: A Review.
Truy cập từ: https://doi.org/10.1080/87559129.2020.1733008
[10] M Abid, S Cheikhrouhou, C.M.G.C Renard, S Bureau, G Cuvelier, H Attia, M.A Ayadi (2017).
Characterization of pectins extracted from pomegranate peel and their gelling properties Food Chemistry. pp 318-325.
Truy cập từ https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.07.181
[11] Mohamed H (2016) Extraction and characterization of pectin from grapefruit peels MOJ Food Process Technol pp 31-38.
Truy cập từ https://doi:10.15406/mojfpt.2016.02.00029
[12] Nan Zhu, Weinan Huang, Di Wu, Kunsong Chen, Yong He (2021) Quantitative visualization of pectin distribution maps of peach fruits Scientific Reports pp.8-9.
Truy cập từ https://doi.org/10.1038/s41598-017-09817-7
[13] Ngô Thị Minh Phương (2016) Nghiên cứu thu nhận, biến tính pectin từ các nguồn thực vật tại khu vực miền Trung – Tây Nguyên và ứng dụng tạo màng bao bảo quản xoài, gừng Trường Đại học Đà Nẵng.
[14] Rahmati S, Abdullah A, Momeny E, Kang OL (2015) Optimization studies on microwave assisted extraction of dragon fruit (Hylocereus polyrhizus) peel pectin using response surface methodology.
International Food Research Journal pp 233-239.
Truy cập từ https://www.researchgate.net/publication/281924705
[15] R Begum M.G Aziz, M.B Uddin, Y.A Yusof (2014) Characterization of Jackfruit (Artocarpus heterophyllus) Waste Pectin as Influenced by Various Extraction Conditions Agriculture and Agricultural
Truy cập từ https://doi.org/10.1016/j.aaspro.2014.11.035
[16] Phan Văn Kim Thi, Trần Thị Hồng Cẩm, Đàm Thị Bích Phượng, Hoàng Thị Trúc Quỳnh (07/03/2018).
Trích ly pectin từ cây sương sáo Tạp chí Khoa học công nghệ và Thực phẩm 14 pp 58-65.
[17]Vassilis Kontogiorgos (2020) Pectin: Technological and Physiological Properties
[18] Wang, F.; Du, C.; Chen, J.; Shi, L.; Li, H (2021) A New Method for Determination of Pectin
Truy cập từ https://doi.org/10.3390/polym13172847
