Bài tập dịch pectin là một polysacarit tự nhiên có trong hầu hết các loại thực vật trên cạn, mặc dù pectin thương mại chủ yếu được chiết xuất từ vỏ cam quýt và bã táo

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM BÀI TẬP DỊCH Giảng viên: Môn học: Nguyễn Phú Đức Phụ gia thực phẩm Họ tên thành viên nhóm :  Trần Tố Quyên 2005200084  Nguyễn Thị Diễm Quyên 2005200780  Nguyễn Văn Qúy 2005200265  Lê Quỳnh 2005200464  Vương Hậu Quyền 2034181056 TP Hồ Chí Minh BẢNG PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ NHĨM Trần Tố Quyên MSSV: 2005200084 ( 13.1 + 13.2) Nguyễn Thị Diễm Quyên MSSV: 20052200780 Chương 13 (13.3, 13.4) Nguyễn Văn Qúy MSSV: 2005200265 CHƯƠNG 13 ( 13.5) 14 LÊ QUỲNH MSSV: 2005200464 CHƯƠNG 13 (13.6 1-5) 23 Vươnng Hậu Quyền MSSV: 2034181056 CHƯƠNG 13: (13.6 6-11 + 13.7) 29 Trần Tố Quyên MSSV: 2005200084 (13.1 + 13.2) Chương 13: PECTIN Tóm tắt Pectin polysacarit tự nhiên có hầu hết loại thực vật cạn, pectin thương mại chủ yếu chiết xuất từ vỏ cam quýt bã táo Có sẵn hai dạng pectin thương mại: pectin có hàm lượng methyl-ester hóa cao methyl hóa thấp; hai phiên sau tồn tại: dạng thông thường dạng Pectin methyl hóa cao tạo thành gel chất rắn hòa tan cao hệ thống axit, pectin methyl hóa thấp tạo thành gel phạm vi pH chất rắn hòa tan rộng nhiều, cần có diện cation hóa trị hai để tạo gel Kết là, loại có chức riêng Tuy nhiên, tính hấp dẫn chung bao gồm giải phóng hương vị tuyệt vời, đặc tính chế biến tốt ổn định độ pH thấp Chức truyền thống hoạt động chất tạo gel thực phẩm, ngày nay, cịn dùng chất làm đặc ổn định Ứng dụng pectin đa dạng bao gồm sản phẩm làm từ trái cây, sản phẩm từ sữa, đồ uống từ sữa axit hóa loại đồ uống khác, bánh kẹo, sản phẩm bánh mì, nhiều loại thực phẩm tốt phết Ngoài ra, pectin sử dụng ngành dược phẩm Cuối cùng, việc nâng cao nhận thức người tiêu dùng thói quen lối sống lành mạnh xu hướng sản xuất thực phẩm chức làm tăng tầm quan trọng tình trạng pectin chất xơ hòa tan nước 13.1 Giới thiệu 13.1.1 Quan điểm lịch sử Pectin thành phần tự nhiên tất loại thực vật cạn, với cellulose, đóng vai trị cấu trúc thành tế bào Nó bao gồm nhóm polysacarit giàu đơn vị axit galacturonic mức độ thấp loại đường trung tính khác Pectin chiết xuất từ thực vật sử dụng làm chất tạo gel thực phẩm nhiều năm Trên thực tế, việc phát minh việc sử dụng pectin làm chất tạo gel có từ năm 1820 người Pháp Henri Braconnot điều chế loại thạch tổng hợp với pectin chiết xuất kiềm Tuy nhiên, việc sản xuất chiết xuất pectin thương mại ghi nhận Đức vào năm 1908, sau quy trình lan sang Mỹ, nơi Robert Douglas nhận sáng chế vào năm 1913 (Douglas, 1913) Trung tâm sản xuất đặt Châu Âu nước sản xuất cam quýt Mexico Brazil Trong lịch sử, bã táo nguồn pectin chính, năm gần đây, việc sử dụng vỏ cam quýt ngày tăng Một nguồn pectin bổ sung quan trọng bột củ cải đường Trong năm gần đây, hội ứng dụng xuất pectin khơng cịn chất tạo gel mà sử dụng làm chất ổn định chất làm đặc 238 Chất ổn định thực phẩm, Chất làm đặc Chất tạo keo 13.1.2 Pectin thương mại Theo thị EU ngày 11 tháng 11 năm 1998, Food Chemicals Codex, Phiên thứ 5, xuất năm 2003 Tài liệu Thực phẩm Dinh dưỡng FAO 52 năm 2001, 65 % chất pectic phải axit galacturonic để nguyên liệu phân loại pectin thương mại Các đơn vị axit galacturonic khơng thể este hóa với nhóm metyl, tùy thuộc vào mức độ metyl este hóa, pectin chia thành hai nhóm bao gồm pectin este hóa metyl cao (HM) pectin este hóa metyl thấp (LM), với tỷ lệ phần trăm đơn vị axit galacturonic metyl este cao thấp 50%, tương ứng Ngoài ra, pectin LM có amidated điều chế Trong số nguồn pectin, bao gồm bột củ cải đường, đơn vị axit galacturonic bị O- acetyl hóa Loại pectin hoạt động hoàn toàn khác với loại pectin truyền thống chiết xuất từ bã táo vỏ cam qt khơng thể tạo gel Do đó, sử dụng chất nhũ hóa chất ổn định Pectin thương mại nói chung tiêu chuẩn hóa với đường trước đưa thị trường Ngồi ra, đệm muối cấp thực phẩm phù hợp bao gồm muối amoni, natri, kali canxi, cần thiết để kiểm sốt độ pH đặc tính đơng kết mong muốn 13.1.3 Thị trường Pectin Với tốc độ tăng trưởng xấp xỉ 3,5%/năm, thị trường pectin giới tăng gấp đơi vịng 20 năm qua Hình 13.1 minh họa phát triển ổn định thị trường pectin từ năm 1982, khối lượng bán pectin hàng năm 16 000 tấn, đến năm 2005, khối lượng hàng năm ước tính 34 000 (CP Kelco, 2005) Bao phủ thị trường này, có loạt nhà sản xuất công nghiệp với cơng ty bao gồm CP Kelco, Cargill, Danisco, Herbstreith & Fox Obipektin Ứng dụng truyền thống pectin chất tạo gel mứt thạch Tuy nhiên, năm qua, hội xuất Các ứng dụng pectin đa dạng phong phú bao gồm nhiều loại sản phẩm từ trái cây, sản phẩm từ sữa, sản phẩm bánh kẹo, đồ uống khác nhau, bao gồm sữa lên men axit hóa đồ uống đậu nành, sản phẩm bánh mì, thực phẩm hảo hạng nhiều loại phết khác Cuối cùng, pectin ngày sử dụng nhiều ngành dược phẩm Hình 13.2 mơ tả tranh ước tính thị trường ứng dụng pectin giới năm 2005 Hiện tại, xu hướng phát triển lớn nhất, so với thị phần tìm thấy sữa sữa đậu nành axit hóa lên men Tuy nhiên, ứng dụng lớn cách sử dụng truyền thống mứt thạch Hình 13.1 Sự phát triển Thị trường pectin Thế Giới hàng năm từ 1982 đến 2005 (được chép với cho phép CP Kelco) Hình 13.2 Ước tính thị trường ứng dụng pectin giới năm 2005 Bánh mì bao gồm bánh mì, bánh hỗn hợp chế biến sẵn khác nhau; Thực phẩm khác bao gồm sốt mayonnaise, nước sốt, phết chất béo, chế biến thịt, thực phẩm chế biến sẵn nước tráng miệng; Sữa bao gồm sữa chua tráng miệng; Bánh kẹo bao gồm thạch đường kẹo cao su rượu Dược phẩm chăm sóc cá nhân bao gồm tất ứng dụng dược phẩm sản phẩm chăm sóc cá nhân Đồ uống trái bao gồm nước trái cây, đồ uống có ga, đồ uống không sữa, rượu mùi đồ uống sữa trung tính Các chế phẩm từ trái chủ yếu bao gồm ứng dụng sữa chua trái Đồ uống sữa axit hóa bao gồm sữa đồ uống đậu nành Nhóm cuối cùng, nhiều đường, đường mứt nướng, bao gồm ứng dụng truyền thống mứt thạch (Sao chép với cho phép CP Kelco.) 13.1.4 Tình trạng pháp lý Hiện tại, pectin coi chất phụ gia thực phẩm an toàn Ủy ban chuyên gia chung FAO/WHO phụ gia thực phẩm (JECFA) Ủy ban chuyên gia chung FAO/WHO phụ gia thực phẩm (JECFA) cho lượng ăn vào hàng ngày chấp nhận (ADI) 'khơng xác định' Ủy ban Khoa học Thực phẩm Liên minh Châu Âu Hơn nữa, Cơ quan Quản lý Thực phẩm Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) cơng nhận tình trạng pectin 'thường cơng nhận an tồn' (GRAS) Cần lưu ý thông số kỹ thuật Codex Alimentarius Hoa Kỳ bao gồm pectin xử lý không xử lý loại Pháp luật EU phân biệt pectin không amitated amitated Tuy nhiên, hai loại pectin dán nhãn E440 phép sử dụng giống hệt nhau, ngoại trừ thực phẩm hữu cơ, cho phép sử dụng pectin không midated 13.2 Nguyên liệu 13.2.1 Nguyên liệu pectic Nguyên liệu pectin sử dụng quy trình cơng nghiệp bao gồm bã táo, vỏ cam qt – bao gồm chanh, chanh cam – mức độ thấp bã củ cải đường Vỏ cam quýt bã táo sản phẩm phụ ngành công nghiệp nước ép trái bã củ cải đường ngành công nghiệp đường tinh luyện Cả vỏ cam quýt ướt khô sử dụng để sản xuất pectin, bã táo khô chủ yếu sử dụng Bã táo phải làm khô để tránh bị phân hủy thành hỗn hợp đặc quánh, từ việc chiết xuất pectin khơng kinh tế Ngồi ra, bã táo ướt dễ bị phân hủy nấm men tạo 240 enzym pectolytic, chất làm đặc chất tạo gel cho thực phẩm (Voragen et cộng sự, 1995) Vỏ cam đặc biệt giàu enzyme pectin methyl esterase (May, 1990) dễ bị khử ester hóa methyl so với vôi chanh 13.2.2 Enzyme pectin Tất nguyên liệu thô sử dụng để sản xuất pectin thương mại chứa nhiều loại enzyme khác làm biến đổi pectin in vivo thực vật sau thu hoạch, làm thay đổi tính chất hóa học pectin q trình chín Biến đổi enzyme in vivo có lợi cho việc chiết xuất pectin khuyến khích giải phóng pectin từ ma trận thành tế bào Tuy nhiên, đồng thời, mức độ metyl este hóa giảm dần q trình chín, số trường hợp, điều khơng thuận lợi trình khử este metyl nhẹ tạo pectin nhạy cảm với canxi Hơn nữa, trình khử trùng hợp diễn q trình chín nhanh mức độ methyl ester hóa giảm (Pilnik Voragen, 1991; Tucker Seymour, 2002) Do đó, việc khơng thể khử hoạt tính enzym nội sinh có ảnh hưởng đáng kể đến trình chiết xuất pectin Pectin methyl esterase có thực vật vi sinh vật Nó tách nhóm metylester từ xương sống metyl este axit galacturonic, biến đổi thành pectin este thấp cuối axit pectic Men methyl esterase thực vật công pectin bên cạnh nhóm cacboxyl tự sau di chuyển dọc theo phân tử theo chế chuỗi đơn tạo khối liên tiếp gồm đơn vị axit cacboxylic khử este hóa Ngược lại, hầu hết enzym vi sinh vật khử este hóa cách ngẫu nhiên, tạo phân đoạn ngẫu nhiên nhóm axit cacboxylic khử este hóa (Pilnik Rombouts, 1981; Pilnik, 1990) Ngồi este, cịn có nhiều polymerase khác cắt liên kết axit galacturonic Polygalacturonase thủy phân liên kết glycosid bên cạnh nhóm axit cacboxylic tự chủ yếu enzyme vi sinh vật, xảy số thực vật Lyase Pectate lyase pectin enzyme vi sinh vật phân tách liên kết glycosid cách loại bỏ β, pectate lyase phân tách liên kết bên cạnh nhóm axit cacboxylic tự do, pectin phân tách liên kết phân tách bên cạnh nhóm axit cacboxylic este hóa (Pilnik Voragen, 1991; Voragen et al , 2001) Rõ ràng, enzyme làm giảm đáng kể trọng lượng phân tử Ngoài ra, cịn có enzyme biến đổi rhamnogalacturonan quan trọng liên quan đến vai trò chúng việc phân mảnh gọi vùng lông pectin, bao gồm loạt loại đường trung tính liên kết với glycosid phân tử pectin Trong ngành công nghiệp nước trái cây, hoạt động enzyme khai thác chúng tạo điều kiện thuận lợi cho trình chiết xuất nước trái siêu lọc nước trái (Voragen cộng sự, 2001) Quá trình khử ester metyl khử trùng hợp phân tử pectin thực phương pháp hóa học q trình chế biến mơ tả Phần 13.5 13.2.3 Tiêu chuẩn hóa Tùy theo nguồn gốc địa lý thay đổi theo mùa mà độ chín chất lượng ngun liệu có khác Do đó, q trình xử lý ngun liệu thơ để tạo sản phẩm cuối quán phức tạp pectin sản xuất thường thay đổi nhiều theo đợt Do đó, để đảm bảo tính quán sản phẩm cuối cho việc sử dụng thực phẩm, pectin thương mại thường pha trộn từ lô khác thường tiêu chuẩn hóa với sucrose Để kiểm sốt độ pH, để pectin sử dụng ứng dụng cụ thể, trộn với muối đệm citrate, tartrate phosphate Pectin 241 Các loại pectin khác tiêu chuẩn hóa theo thông số kỹ thuật khác Pectin HM thương mại tiêu chuẩn hóa thành loại thạch đồng nhất, thể có kg đường tạo gel kg pectin để tạo loại gel tiêu chuẩn có thành phần độ bền gel cụ thể Nhiều phương pháp khác sử dụng để đo độ bền gel phương pháp phổ biến phương pháp SAG: gel chuẩn bị để cứng lại cốc đặc biệt, sau đảo ngược đo độ biến dạng Hầu hết HM pectin tiêu chuẩn hóa thành loại 150 USA– SAG, có nghĩa kg pectin tiêu chuẩn hóa tạo gel cho 150 kg đường với điều kiện độ pH nằm khoảng từ 2,2 đến 2,4 mức chất rắn hòa tan 65% Pectin LM thương mại thường tiêu chuẩn hóa hệ thống thạch thử nghiệm với nồng độ canxi khác để phản ánh thay đổi hàm lượng canxi loại trái khác Độ bền gel độ bền đứt xác định thử nghiệm nén máy phân tích kết cấu Pectin thương mại sử dụng làm chất ổn định sữa chua uống đồ uống sữa axit hóa khác phân loại theo hình thành cặn: hệ thống đồ uống mơ hình chuẩn bị lượng cặn hình thành ly tâm sử dụng để phân loại pectin 13.2.4 Bảo quản độ ổn định pectin dạng bột Pectin bảo quản tối ưu khu vực khơ thơng thống bao bì kín Ở độ ẩm tương đối 70%, HM pectin thường đạt trạng thái cân độ ẩm khoảng 12% hầu hết pectin sản xuất độ ẩm 10% nên có khả hút ẩm không bảo vệ bao bì kín Trong q trình bảo quản, HM pectin dạng bột khoảng 5% loại thạch năm 20 ◦ C bị khử este hóa chậm Khi nhiệt độ bảo quản tăng từ 20 ◦ C lên 30 ◦ C, tốc độ phân hủy khử este metyl tăng đáng kể Độ ổn định LM pectin tốt đáng kể khó phát mát đặc tính chức năm sản phẩm giữ 20 ◦ C Nguyễn Thị Diễm Quyên MSSV: 20052200780 Chương 13 (13.3, 13.4) 13.3 CHẾ BIẾN Khi sản xuất pectin thương mại, mục đích thu pectin hòa tan nước mức độ metyl este hóa xác định với trọng lượng phân tử suất cao tốt Hầu hết pectin sản xuất cách chiết xuất axit nóng nước, sau kết tủa dung mơi hữu Thời gian nhiệt độ chiết xuất thay đổi theo ngun liệu thơ đặc tính mong muốn sản phẩm cuối Hình 13.3 cho thấy sơ đồ đơn giản hóa quy trình sản xuất (Peel: vỏ; water: nước; acid: axit; Alcohol: cồn; sugar and salts: đường muối; extraction: trích ly; filtration: lọc; precipitation: kết tủa; separation: phân ly; drying and milling: sấy nghiền; blending and standardising: pha trộn chuẩn hóa; commercial pectin: pectin thương mại.) Hình 13.3 Quy trình sản xuất pectin Chiết xuất pectin thường thực với axit nóng nước, sau lọc kết tủa cồn Pectin cô lập sấy khô sau nghiền trước chuẩn hóa (Sao chép với cho phép CP Kelco.) Sau xử lý sơ nguyên liệu thô, vỏ bã xử lý axit nóng pectin liên kết với vách tế bào giải phóng tác động hóa học gây độ pH thấp nhiệt độ cao Trong số quy trình, việc ngâm vỏ dung dịch axit diễn trước chiết xuất axit thực tế, thúc đẩy giải phóng pectin từ ma trận vách tế bào (cell wall matrix) Năng suất pectin tăng nhiệt độ cao, thời gian xử lý dài tính axit Tuy nhiên, q trình khử trùng hợp khử ester metyl pectin ưu tiên điều kiện Do đó, để thu sản lượng pectin có trọng lượng phân tử cao đạt yêu cầu, phải tìm thỏa hiệp xác định điều kiện chiết xuất Các điều kiện chiết xuất điển hình kết hợp khoảng 50–90◦C 3–12 h pH 1–3 Khi sản xuất LM pectin, kết hợp pH thấp nhiệt độ thấp chọn điều kiện thuận lợi cho trình thủy phân liên kết este thủy phân liên kết glycosid Vì trình chiết xuất pectin hiệu tách chất thải rắn dễ dàng thực với lượng lớn chất lỏng, nên phải có thỏa hiệp khối lượng chất lỏng chiết xuất chi phí xử lý, chi phí giảm cách tạo dịch chiết đặc Pectin chiết xuất kiềm Tuy nhiên, điều kiện trung tính kiềm, nhiệt độ môi trường xung quanh, pectin dễ bị loại bỏ β, theo liên kết glycosid xương sống pectin bị cắt, làm giảm trọng lượng phân tử Vì vậy, chiết xuất kiềm thường không sử dụng để sản xuất pectin thương mại Cơ chế khử β minh họa Hình 13.7 Quá trình chiết xuất theo sau trình lọc để tách dịch chiết pectin dạng nước có tính axit khỏi mơ thực vật khơng hịa tan cịn lại Q trình lọc hiệu địi hỏi độ nhớt tương đối thấp, tùy thuộc vào loại pectin, dịch chiết chứa nhiều 0,6–1,0% pectin Vì vậy, rõ ràng nhiều nước phải loại bỏ trình hạ lưu, đó, làm cho q trình tiêu tốn nhiều lượng Q trình lọc hỗ trợ cách sử dụng chất hỗ trợ lọc cellulose gỗ peclit Phế liệu tận dụng làm thức ăn cho gia súc Pectin làm làm bay đến nồng độ cao trước kết tủa, lượng dung mơi cần thiết cho q trình kết tủa giảm Kết tủa pectin thường thực với dung môi hữu pectin khơng hịa tan nhiều tạp chất cịn lại dịch chiết lại hòa tan Các tiêu chuẩn thực phẩm quốc tế cho phép sử dụng metanol, etanol isopropanol làm dung môi hữu Một phương pháp thay cho kết tủa cồn kết tủa nhôm, lần thực Joseph Havighorst vào năm 1952 (tháng năm 1990) Những ưu điểm bao gồm loại bỏ bước cô đặc số tạp chất loại bỏ dễ dàng Tuy nhiên, vấn đề môi trường gây nước thải giàu muối nhôm kết tủa pectin este hóa cao, phương pháp chiết xuất thuận lợi mặt thương mại sử dụng công nghiệp Kết tủa dung môi hữu cơ, sau rửa dung dịch axit lỗng để loại bỏ tất chất gây nhiễm hịa tan cồn lại bao gồm axit, đường polyphenol Để điều chỉnh pH, thêm kiềm Sau pectin tách khỏi nhiều dung môi hữu tốt, sấy khơ nghiền thành bột mịn Ngồi HM LM pectin, tạo LM pectin amidated Nó thường sản xuất cách trộn lẫn HM pectin thông thường với amoniac hỗn dịch có cồn Q trình u cầu kiểm soát cẩn thận để đạt tốc độ khử este metyl amit hóa tương đối mong muốn, đồng thời giảm thiểu tốc độ phân hủy chuỗi polyme, xảy điều kiện kiềm Một công nghệ gần bao gồm trình khử este metyl chất xúc tác sinh học pectin khử este hóa đáng kể với giảm nhẹ trọng lượng phân tử, trái ngược với q trình khử este metyl thơng thường axit Điều dẫn đến pectin có hàm lượng este thấp cung cấp độ bền gel cao so với loại pectin có hàm lượng este thấp thơng thường (Ishii et al., 1980; Christensen et al., 2004) 13.4 THÀNH PHẦN 13.4.1 Pectin thương mại Khi thảo luận pectin thương mại, người ta đề cập đến polysacarit tuyến tính bao gồm chủ yếu axit anhydrogalacturonic liên kết α (1→4) với este hóa methyl phần nhóm carboxyl Tuy nhiên, cấu trúc hóa học pectin tự nhiên phức tạp nhiều bao gồm nhiều thành phần khác bao gồm đường trung tính arabinose, galactose, rhamnose xylose (McNeil et al., 1979; Voragen et al., 1995) Cấu trúc hóa học thành phần pectin thay đổi từ sang khác cam quýt, táo và, mức độ nhỏ, củ cải đường nguồn pectin thương mại chính, pectin mô tả phần Bảng 13.1 mô tả thành phần pectin chanh táo ... Chương 13: PECTIN Tóm tắt Pectin polysacarit tự nhiên có hầu hết loại thực vật cạn, pectin thương mại chủ yếu chiết xuất từ vỏ cam quýt bã táo Có sẵn hai dạng pectin thương mại: pectin có hàm lượng... mức độ thấp loại đường trung tính khác Pectin chiết xuất từ thực vật sử dụng làm chất tạo gel thực phẩm nhiều năm Trên thực tế, việc phát minh việc sử dụng pectin làm chất tạo gel có từ năm 1820... đường Vỏ cam quýt bã táo sản phẩm phụ ngành công nghiệp nước ép trái bã củ cải đường ngành công nghiệp đường tinh luyện Cả vỏ cam quýt ướt khô sử dụng để sản xuất pectin, bã táo khô chủ yếu sử