Luận văn thạc sĩ Công nghệ hóa học: Khảo sát quá trình tách Pectin từ đậu bắp và nha đam

• Đánh giá hàm lượng, chất lượng pectin từ các bộ phận khác nhau của đậu bắp vỏ, hạt và nha đam vỏ, dịch, xơ • Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng quá trình tách pectin tỷ lệ dung môi và hóa c

TỔNG QUAN VỀ PECTIN

Nguồn gốc

Pectin là tên gọi bắt nguồn từ chữ “pekticok” trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là làm đông tụ hoặc làm đóng rắn Pectin thực chất là một polysaccaride có trong thực vật, nó tham gia xây dựng nên cấu trúc của tế bào Trong thực vật, Pectin chiếm khoảng 1/3 lượng chất thành tế bào của cây Pectin có mặt trong củ quả, thân cây Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy pectin chủ yếu trong thành tế bào thực vật, đặc biệt là ở khu vực giữa các các phiến thành tế bào, khu vực này được gọi là lamela [1]

Pectin đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển nước và chất dinh dưỡng cho quả đang phát triển, duy trì hình dạng và cấu trúc ổn định của quả Ban đầu, pectin tồn tại dưới dạng protopectin không hòa tan có nhiều trong mô quả còn xanh Quá trình chín của quả đi kèm với quá trình thủy phân protopectin thành pectin Tiếp theo, pectin trải qua quá trình demetyl hóa và depolymer hóa thành pectat, và cuối cùng là các loại đường hòa tan và axit.

Tỉ lệ pectin trong các loài thực vật rất khác nhau phụ thuộc vào điều kiện môi trường, bộ phận, tuổi, bản chất của thực vật… Điều này dẫn đến có nhiều nguồn nguyên liệu thô để sản xuất pectin cho ngành công nghiệp Tuy nhiên, khả năng của pectin để tạo thành gel sẽ giới hạn số lượng các nguồn được sử dụng để sản xuất pectin thương mại [2]

Hai nguồn pectin thương mại sử dụng phổ biến là vỏ cam quýt và bã táo Nguồn nguyên liệu này là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất nước trái cây và chứa khoảng 20g/100g nguyên liệu Táo chứa 10-15% pectin tính trên một cơ sở vật chất khô, vỏ cam quýt chứa từ 20-30% Gel pectin từ bã táo có độ nhớt cao hơn từ vỏ cam chanh, nhưng pectin từ vỏ cam chanh có màu sáng hơn Pectin từ vỏ cam chanh được chấp nhận sử dụng trong jelly [2]

Các nguồn khác để khai thác pectin là củ cải đường, bã hướng dương (hạt giống được sử dụng cho dầu ăn) và vỏ xoài Các loại trái cây khác có chứa pectin cũng đã được nghiên cứu

Bảng 1.1 : Hàm lượng pectin trong các loại trái cây [2]

Nguyên liệu Hàm lượng pectin (g/100g)

Cherry 0.40 Nho 0.7 Bưởi 0.65 Kiwi 0.85 Chanh 0.63 Cam 0.57 Củ cải đường 15 Hạt hướng dương 25

Cấu trúc

Pectin được phát hiện cách đây hơn 200 năm nhưng sự hiểu biết của con người về thành phần và cấu trúc của pectin chưa thật đầy đủ Nhiều nghiên cứu kết luận rằng thật là khó khăn để xác định cấu trúc của pectin do sự thay đổi thành phần trong suốt quá trình phân tách pectin ra từ thực vật và khi bảo quản pectin Hiện nay, pectin được xem như là một chuổi thẳng các polysaccharide (rất giàu acid galacturonic) và có chứa liên kết 1,4- α-D-galacturonic acid (Gal A) [1]

Hình 1.1: Một đoạn lặp đi lặp lại của phân tử pectin và các nhóm chức[4]

Ba loại pectin đã được báo cáo gồm: homogalacturonan (HG), rhamnogalacturonan -I (RG-I), rhamnogalacturonan RG-II) [3]

Loại thứ nhất gọi là Homogalacturonan (HG) là một chuỗi thẳng của liên kết 1,4-α-D-galacturonic acid (GalA) trong đó một số nhóm acid được ester hóa với methanol

Loại thứ hai của được gọi là Rhamnogalacturonan I (RG-I) RG-I có chuỗi xen kẽ các đơn vị GalA và α-D-Rhamnose (Rha) Trong khi HG có liên kết 1,4 glycosidic dọc theo toàn chuỗi, RG-I gồm liên kết 1,2 (C1 trên GalA, C2 trên Rha) và liên kết 1,4 (C1 trên Rha và C4 trên GalA) RG-I có một phần O-acetyl hóa ở vị trí O-2 hoặc O-3 của GalA nhưng cho đến nay, không có bằng chứng đã được báo cáo về sự hiện diện của ester methyl trong chuỗi RG-I

Loại thứ ba của pectin được gọi là Rhamnogalacturonan II (RG-II) RG-II không liên quan đến cấu trúc RG-I bởi vì nó bao gồm liên kết 1,4- α-D-galacturonic acid như HG Chuỗi chính của nó được thế bằng một loạt các chuỗi bên phức tạp, có chứa một loạt các đường trung lập

Hình 1.2: Một đơn vị cấu trúc của RG-I với sự xen kẽ của liên kết 1,2 và 1,4-glycosidic[2]

Trong tự nhiên, khoảng 80% nhóm cacboxyl của axit galacturonic trong pectin được este hóa với methanol, tạo thành este metyl Tỷ lệ các nhóm GalA được este hóa so với tổng số nhóm GalA được gọi là mức độ este hóa (DE) Dựa trên mức độ DE, pectin được phân thành hai loại chính: pectin có số nhóm methoxy cao (HM, DE > 50%) và pectin có số nhóm methoxy thấp (LM, DE < 50%).

Tính chất của pectin

Pectin không tan trong cồn nhưng lại hòa tan được trong nước Muối cation hóa trị I (kim loại kiềm) của acid pectinic và pectic thường hòa tan trong nước; muối cation hóa trị II và hóa trị III khó hòa tan hoặc không hòa tan Bột pectin khô, khi cho vào nước có một xu hướng hydrate rất nhanh chóng và tạo thành khối Mức độ polyme hóa và số lượng, phân phối của các nhóm methoxyl là hai yếu tố quyết định độ tan trong nước Nó đã được báo cáo rằng việc giảm trọng lượng phân tử và gia tăng các nhóm cacboxyl ester hóa sẽ dẫn đến sự gia tăng độ hòa tan Tuy nhiên, các yếu tố khác như pH, nhiệt độ, bản chất và nồng độ của chất tan cũng ảnh hưởng đáng kể vào tính hòa tan [5]

Giống như tính hòa tan, độ nhớt của dung dịch pectin bị ảnh hưởng bởi trọng lượng phân tử, DE, nồng độ, độ pH và sự hiện diện của các ion trong dung dịch Người ta tìm thấy rằng tăng độ nhớt khả năng tạo gel mạnh, độ hòa tan giảm và ngược lại Vì vậy, có một mối quan hệ giữa độ nhớt, độ hòa tan và độ tạo gel[6]

Pectin là tương đối ổn định trong điều kiện acid nhưng giảm trong môi trường trung tính hoặc hơi kiềm [5]

-15- Pectin có thể bị phân hủy một cách tự nhiên bởi quá trình deester hóa và depolymer hóa, tỷ lệ phân hủy phụ thuộc vào pH, hoạt độ của nước và nhiệt độ Nói chung, dịch pectin đạt độ ổn định cao nhất được tìm thấy tại pH = 4 Ở pH thấp hơn 3 và nhiệt độ cao liên kết glycosidic bị thủy phân và pectin bị suy thoái Ở pH trên 4.5, HMP ổn định ở nhiệt độ phòng Ở nhiệt độ cao cả độ nhớt và tính chất gel bị mất do sự phân cắt chuỗi bằng cách β-elimination Trong phản ứng này chỉ liên kết glycosidic thuộc nhóm carboxyl ester hóa bị phá vỡ do đó LMP ổn định hơn nhờ hàm lượng methoxyl thấp Vì vậy, bột HMP dần dần mất đi khả năng để tạo thành gel nếu được lưu trữ trong điều kiện ẩm ướt hay ấm trong khi LMP ổn định và giảm không đáng kể sau một năm lưu trữ tại nhiệt độ phòng [4].

Cơ chế tạo gel của pectin

Khả năng tạo gel phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố: chiều dài chuỗi pectin và mức độ mức độ methoxyl hóa

- Chiều dài phân tử quyết định độ cứng của gel

- Mức độ methoxyl hóa quyết định cơ chế tạo gel

1.1.4.1 Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxy Pectin:HMP)

Sự tạo thành gel của HMP xảy ra khi có mặt đường và acid Sự đông tụ của phân tử pectin do hai cơ chế quan trọng được đề cập đến là liên kết hydro và các tương tác của các nhóm kỵ nước Liên kết hidro giữa các nhóm cacboxyl tự do trên các phân tử pectin và giữa các nhóm hydroxyl của các phân tử lân cận Ở pH trung tính hay cao hơn, nhóm acid carboxylic không được ester hóa tồn tại dạng COO¯ và muối ion Những nhóm điện tích âm kết hợp với các nhóm hydroxyl để hút lớp nước Tác động của điện tích âm sinh ra lực đẩy giữa các nhóm và ngăn ngừa sự hình thành của mạng lưới pectin

Khi pH giảm, COO¯ chuyển đổi COOH và làm giảm lực đẩy tĩnh điện Giảm số lượng điện tích âm không chỉ làm giảm liên kết giữa pectin và các phân tử nước, mà còn làm cho phân tử pectin để đến gần nhau hơn Thêm vào đó, sự hiện diện của đường ngăn ngừa sự hydrat hóa của pectin Khi giảm lực đẩy tĩnh điện, lượng đường

-16- trong dung dịch có thể được giảm Tốc độ mà hình thành gel cũng bị ảnh hưởng bởi mức độ của este hóa DE cao thì gel hình thành nhanh hơn [2]

1.1.4.2 Pectin methoxyl hóa th ấ p (Low Methoxy Pectin :LMP)

Cơ chế tạo gel của LMP diễn ra bằng liên kết ion thông qua cầu nối canxi giữa hai nhóm cacboxyl thuộc hai chuỗi khác nhau tiếp xúc gần nhau Mô hình "egg-box” được coi như là cơ chế chính của sự hình thành gel LMP, lần đầu tiên được đề xuất cho alginates bởi Grant và đồng nghiệp vào năm 1973 [2]

Hai chuỗi HG và cation hóa trị II phổ biến là Ca 2+ sẽ hình thành liên kết ngang bởi các nhóm COO¯ của đơn vị GalA trong mỗi chuỗi (hình 2.3)

Hình 1.3 : Canxi liên kết với chuỗi polygalactoronate [2]

Mức độ este hóa có vai trò chủ yếu quan trọng trong cơ chế tạo gel Việc giảm mức độ este hóa hoặc liên kết ion tăng dẫn đến sự hình thành chuỗi pectin đối với canxi Sự hiện diện của các nhóm acetyl ngăn ngừa hình thành gel nhưng làm hệ nhũ tương ổn định Nồng độ canxi ảnh hưởng đến gel Cấu trúc của các gel có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh tỷ lệ ion và pectin Khi nồng độ pectin cao cùng với hàm lượng canxi tương đối thấp sẽ cho gel có tính đàn hồi, trong khi nếu sử dụng canxi nhiều hơn pectin sẽ tạo cho gel sản xuất thêm nhiều gel cứng, giòn Quá trình tạo gel còn chịu ảnh hưởng bởi trọng lượng phân tử của pectin (nếu chuỗi pectin quá ngắn thì gel sẽ yếu mặc dù sử dụng ở liều lượng cao) [2]

Ứng dụng

Pectin là một polysaccharide quan trọng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và đồ uống Nhu cầu sử dụng pectin trên toàn cầu cũng không ngừng tăng Ngoài lĩnh vực này, pectin còn được ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm nhờ những đặc tính nổi trội.

Vì được xem như là một chất phụ gia an toàn không có giới hạn về tiêu thụ hàng ngày chấp nhận được nên pectin được cho phép sử dụng ở tất cả các nước trên thế giới

Một trong những ứng dụng biết đến và sớm nhất của pectin là do thuộc tính tạo gel

Pectin là chất tạo gel quan trọng 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 và mứt đông Tác dụng của pectin là tạo ra cấu trúc mứt đông và mứt trái cây không bị thay đổi trong quá trình vận chuyển, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản phẩm và giảm sự phá vỡ cấu trúc Số lượng và loại pectin sẽ được lựa chọn phụ thuộc vào loại trái cây và hàm lượng chất rắn hòa tan theo yêu cầu Pectin có thể được thêm vào từ khoảng 1-2% tùy thuộc vào loại và số lượng của trái cây Bảng 2.4 cho thấy hàm lượng thêm pectin phù hợp cho các loại trái cây khác nhau Đối với mứt có nồng độ đường cao, chỉ HMP có thể được sử dụng Lựa chọn nồng độ, tỷ lệ hay loại pectin sử dụng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kết cấu, độ pH, nhiệt độ chế biến, sự hiện diện của các ion, protein, và sản phẩm tạo thành [5]

Bảng 1.2 : Mức độ tương đối pectin thêm vào các loại trái cây khác nhau[5]

Hàm lượng pectin trong trái cây

Loại trái cây Cherry, Đào, Lê,

Lượng pectin trái cây cao: lượng pectin thêm vào ít

Lượng pectin trái cây thấp: lượng pectin thêm vào nhiều

-18- Pectin không chỉ được sử dụng trong một số thực phẩm như là một chất gel mà còn đóng vai trò như chất làm đặc, tạo cấu trúc, nhũ hóa và ổn định[5]

Trong ngành mỹ phẩm pectin cũng được ứng dụng nhờ vào khả năng tạo cấu trúc gel cho sản phẩm Pectin khi cho vào sản phẩm sẽ tạo thành một lớp màng bao bọc bên ngoài giúp cho tướng dầu và tướng nước trong sản phẩm mỹ phẩm luôn ổn định, bề mặt của sản phẩm luôn bóng và phẳng Ngoài ra, pectin còn có tác dụng làm cho sản phẩm tránh được sự hư hỏng nhờ vào khả năng giữ lại các ion kim loại có trong sản phẩm [5]

Pectin có nhiều đặc tính cho phép nó được sử dụng trong các công nghệ dược phẩm Kaopectate là một sản phẩm, trong đó pectin là thành phần chính Nó đã được báo cáo rằng pectin và sự kết hợp của pectin với chất keo khác có ích trong việc điều trị tiêu chảy, đặc biệt là ở trẻ em và trẻ sơ sinh Mặc dù có một số tranh cãi về khả năng diệt khuẩn, pectin đã được chứng minh có khả năng kháng khuẩn đối với

Pectin được xem như là một chất bổ sung chế độ thức ăn không độc hại do khả năng hấp thụ nước và làm bất động các thành phần thực phẩm trong hệ thống tiêu hóa

Các phân tử pectin chỉ có thể bị phân giải bởi các enzyme trong ruột già, khiến ruột non khó hấp thụ thức ăn Tính chất này giúp giảm hấp thụ thức ăn, có lợi cho người ăn kiêng Pectin được dùng làm thuốc uống, tiêm để cầm máu trong các phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng, phụ khoa và điều trị chảy máu đường tiêu hóa, tiết niệu Dung dịch pectin 5% còn được sử dụng như thuốc sát trùng trong phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng Hiện nay, trên thị trường có các loại thuốc chứa pectin như Hacmophobin (Đức) và Arhemapectin (Pháp).

Pectin có thể được sử dụng trong vật liệu y sinh học, chẳng hạn như chúng được sử dụng trong việc tái sinh các mô của con người Ứng dụng này dựa trên cấu trúc ba chiều, tính chất vật lý và cơ tốt hơn mô thật Các ứng dụng y học tiềm năng đưa ra giả

-19- thuyết rằng vật liệu pectin bao gồm các thiết bị chân tay giả cho y tế và khung xương hoặc sụn do pectin có các thuộc tính làm cho liên kết giữa pectin các tế bào của con người hình thành và phát triển Trong môi trường acid, pectin vẫn giữ nguyên cấu là tập hợp của các đại phân tử Nhưng ở trong môi trường pH trung tính pectin có xu hướng tách và mở rộng Ngoài ra, do có khả năng kháng enzymee protease và amylase nên pectin vẫn tồn tại trong đường ruột Do những thuộc tính này mà pectin có thể có tiềm năng để trở thành một chất để dẫn truyền thuốc protein và polypeptide từ miệng đến ruột kết [2].

Những nghiên cứu gần đây

Trong năm 2006 Willats và các cộng sự cho rằng RG-I có thể là cấu trúc chính và HG và RG-II là chuỗi nhánh của RG-I Điều này là khác với với giả thiết trước đó [6] Siew không đồng ý với cơ chế tạo gel “egg-box” của HMP Ông ấy đã đề nghị cơ chế ảnh hưởng của việc triệt tiêu điện tích trong sự tạo gel với canxi trong năm 2005[6]

Năm 2009, các nhà khoa học báo cáo rằng pectin chiếm khoảng 1/3 các thành tế bào, là chất có thành phần phần trăm cao nhất trong thực vật [1] Các nghiên cứu gần đây đã đề xuất pectin là một loại polymer tự nhiên để chữa bệnh gãy xương hoặc thậm chí làm cho xương nhân tạo [8] Với công nghệ tạo ra những viên thuốc siêu nhỏ, pectin được sử dụng như một chất dẫn truyền đảm bảo giữ được nồng độ và tính chất của thuốc, đảm bảo thuốc được truyền đến đúng vị trí [9]

Pectin được chứng minh có khả năng làm giảm tổn thương DNA ở chuột (Barth et al., 2005) Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tiêu thụ pectin giúp kiểm soát lượng đường trong máu Cơ chế tác dụng của pectin là bám vào niêm mạc ruột, cản trở sự hấp thụ các phân tử thức ăn, dẫn đến ức chế sự gia tăng nồng độ glucose.

Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy rằng pectin có thể làm giảm nguy cơ ung thư hoặc thậm chí ngăn chặn sự tiến triển của bệnh ung thư Trong một nghiên cứu pectin ức chế sự tăng trưởng của tế bào ung thư mới và trong một số trường hợp của pectin làm cho các tế bào ung thư bắt đầu chết [12]

TỔNG QUAN VỀ ĐẬU BẮP

Nguồn gốc và tên gọi

Đậu bắp là loại cây thuộc dạng đơn tử diệp (cây một lá mầm), là dạng thực vật có hoa, quả ăn được và một số bộ phận của nó như hạt, rễ và lá được dùng trong nghiên cứu khoa học Nó có mặt ở nhiều nơi trên thế giới và ở mỗi một nơi nó lại có tên gọi khác nhau xuất xứ từ xa xưa trước đó Ở châu Phi và Mỹ, theo ngôn ngữ trong hệ Bantu đậu bắp có tên gọi là “gumbo” và đây cũng là tên gọi chung cho đậu bắp ở các quốc gia khác như Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha và Pháp Ở Ấn Độ và khu vực Nam Á đậu bắp có tên gọi là “bhindi” Ở Ả Rập, đậu bắp có tên gọi là “bãmyah” và đây cũng là tên gọi chung của đậu bắp ở Bắc Phi, Nga, Thỗ Nhĩ Kỳ và Trung Đông Tại Anh quốc, đậu bắp có tên là “okra” có nghĩa là “lady’s finger” nhằm để chỉ hình dạng của nó giống với ngón tay thon dài của người phụ nữ.Trong nghiên cứu, danh pháp khoa học của đậu bắp là Abelmoschus Esculentus Hoặc đôi khi nó được gọi theo tên khoa học cũ là Hibiscus Esculentus L Người Ai Cập và ngưởi Moor đã ghi chép lại nó đến từ phía đông và sau đó được đưa đến vùng Địa Trung Hải Nó có mặt ở châu Mỹ thông qua con đường buôn bán nô lệ xuyên Đại Tây Dương [13]

Hình 1.4 : Cây và trái đậu bắp [13]

Phân bố địa lý và gieo trồng

Đậu bắp có mặt ở nhiều nơi trên thế giới, nó là thổ sản của Phi châu, nó thường sống ở những khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới, đặc biệt là ở phía Nam của USA, phía Đông và trung tâm của Phi châu Ở Ấn Độ, đậu bắp phát triển ở những vùng từ đầu đến cuối chí tuyến và ở những khu vực ấm và ôn hòa [13] Đậu bắp là loại cây trồng có khả năng chịu được khô hạn và nóng bức tốt Ở những loại đất nghèo dinh dưỡng hoặc những lớp đất sét có bề dày cao, đậu bắp có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường

Tại Việt Nam, đậu bắp được trồng trải dài từ Bắc vào Nam và là một loại cây rất dễ trồng Ở miền Nam, tại khu vực Củ Chi và Hóc Môn đậu bắp trồng quanh năm theo những mùa vụ rau sau đó sẽ thu hoạch và đưa vào thành phố

Với đặc tính ưa sinh trưởng, đậu bắp rất dễ gieo trồng trong mọi điều kiện Phương pháp trồng chính là gieo hạt, sau khi thu hoạch chừa lại một số quả già trên cây, phơi khô, tách hạt và sử dụng làm giống Tính thuận lợi này giúp người trồng không phải lo lắng về nguồn cung hạt giống.

Đặc điểm hình thái

Đậu bắp là giống cây một lá mầm, thân cây màu xanh bên trong xốp, đường kính của thân cây từ 3-4cm, thân cây cao từ 2- 2.5m, lá dài và rộng có hình răng cưa, nhọn ở đỉnh đầu Hoa đậu bắp có màu vàng hoặc trắng, hoa nở to xòe bản rộng, đường kính của hoa từ 5- 7cm, hoa có năm cánh và ở mỗi gốc của hoa có màu tía hoặc đốm đỏ

Bên trong quả có chứa rất nhiều hạt hình cầu, màu trắng và nằm xen kẽ hai bên rãnh Hạt rất mềm và dễ bị bóp nát thành dịch rất nhớt Những quả đậu bắp lúc còn non thường có rất ít hạt, đường kính của hạt nhỏ và rất dễ bóp nát hơn những hạt ở quả già Nếu cắt quả đậu bắp theo hình dạng lát cắt mỏng, thì ta thấy bên trong các hạt xếp xen kẽ có dạng hình cánh hoa, thường mỗi một lát cắt có 7 hạt [14]

Hình 1.5 : Quả và hạt đậu bắp

Thành phần hóa học

Các nguyên tố chủ yếu trong đậu bắp là K, Na, Mg và Ca trong đó hạt có chứa khoảng 17% các nguyên tố trên Ngoài ra có sự hiện diện của Fe, Zn, Mn và Ni Quả tươi chứa ít calo (20 kcal /100 g), không có chất béo, chất xơ và có một số chất dinh dưỡng, có khoảng 30% của vitamin C, 10-20% folate và khoảng 5% của vitamin A Hạt đậu bắp gồm các catechin oligomeric (2.5 mg/g hạt) và các dẫn xuất flavonol (3.4 mg/g hạt), trong khi vỏ quả chủ yếu bao gồm của hydroxycinnamic và dẫn xuất quercetin (0.2 và 0.3 mg / g vỏ quả) [15]

Vỏ quả và hạt đậu bắp là nguồn cung cấp dồi dào các hợp chất phenolic, chẳng hạn như catechin oligomers và dẫn xuất hydroxycinnamic Đặc biệt, chất nhầy của đậu bắp có trong lớp vỏ quả, là chất polysaccharides có tính acid liên kết với protein và khoáng chất Chất nhầy này có đặc tính hòa tan trong nước cao, nhớt và đàn hồi, tuy nhiên các tính chất của nó lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, pH và thời gian lưu trữ Nhờ những đặc tính này, chất nhầy đậu bắp được ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm, y học và nhiều lĩnh vực khác.

Giống như dầu đậu nành, dầu hạt đậu bắp chứa nhiều các acid béo không bão hòa như acid oleic và acid linoleic khoảng 60-70% Hàm lượng dầu trong hạt khá cao khoảng trên 40% Protein hạt giàu tryptophan (94 mg/g N) và cũng chứa số lượng lớn

-23- lưu huỳnh trong acid amin (189 mg/g N) một sự kết hợp hiếm hoi làm cho đậu bắp đặc biệt hữu ích trong việc giảm suy dinh dưỡng của con người Hơn nữa, dầu hạt đậu bắp có hypocholesterol là một chất có hiệu quả tiềm năng [16]

Bảng 1.3 : Thành phần dinh dưỡng của đậu bắp/100g [15]

Thành phần Hàm lượng Thành phần Hàm lượng

Chất béo 0.2 g Lưu huỳnh 30 mg

Natri 6.9 mg Carbohydrates 6.4 g Kali 103 mg Thiamine 0.07 mg

Canxi 66 mg Oxalic acid 8 mg Sắt 0.35 mg Nictonic acid 0.6 mg

Ứng dụng

Đậu bắp là loại quả có lợi ích thiết thực trong cuộc sống, nó vừa cung cấp cho con người nguồn dinh dưỡng quý giá, vừa có tính năng chữa trị một số bệnh thường mắc phải Đậu bắp được xem là thổ sản của Phi châu vì ngay từ khi chúng xuất hiện người ta đã biết sử dụng chúng trong các bữa ăn gia đình Chúng được xem như là một loại rau và thường được nấu chung với các món thịt Ở một số nơi người ta chế biến các món ăn có sử dụng đậu bắp để làm cho hương vị của món ăn thêm mới lạ và bổ dưỡng như: đậu bắp xào hoặc hầm với thịt, đậu bắp được nướng lên để giảm chất nhầy sau đó kẹp với bánh mì là món ăn phổ biến tại miền Nam Hoa Kỳ ngoài ra đậu bắp còn được sử dụng như món rau trong các bữa ăn [13]

Đậu bắp là nguồn cung cấp chất xơ dồi dào, có nhiều lợi ích cho sức khỏe, bao gồm hỗ trợ giảm cân, ngăn ngừa táo bón và giảm mức cholesterol Ngoài ra, đậu bắp chứa nhiều axit folic, một chất thiết yếu đối với cơ thể, đặc biệt là phụ nữ mang thai Axit folic giúp giảm nguy cơ dị tật bẩm sinh và các dị dạng ở thai nhi.

-24- Bên cạnh đó, trong đậu bắp có chứa hàm lượng vitamin A, vitamin C, các chất khoáng, các nguyên tố vi lượng như magie, kali…có tác dụng giúp cơ thể khỏe mạnh, tốt cho mắt và khả năng miễn dịch của cơ thể Hàm lượng cholesterol trong đậu bắp ít nên sẽ giảm sự tăng cân đồng thời cũng là thức ăn tốt và có những người có xu hướng giảm cân [15].

TỔNG QUAN VỀ NHA ĐAM

Nguồn gốc và tên gọi

Cây Nha đam (hay còn gọi là Lô hội) từ lâu được biết đến như một loài cây thuốc quý Loài cây này được phát hiện vào khoảng 5000 năm trước Công nguyên bởi người Ai Cập cổ đại và được gọi là một loại thần dược nhờ những tính năng hữu hiệu của nó trong việc chữa lành vết thương Cây Nha đam có một lịch sử phát triển lâu dài và đã có nhiều tài liệu cổ nghiên cứu về việc sử dụng nó như một phương thuốc chữa các loại bệnh Bắt nguồn từ Ai Cập, Nha đam sau đó có mặt ở nhiều nơi trên thế giới và ngày nay được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để phục vụ nhu cầu đời sống của con người [17]

Lô hội có tên khoa học là Aloe vera hay Aloe Barbadensis Miller Theo nghiên cứu, có hơn 250 loài lô hội thuộc họ Aloeaceae (Liliaceae), phần lớn có nguồn gốc từ châu Phi Trong số đó, 5 loài được công nhận về giá trị dinh dưỡng và dược liệu là Aloe Barbadensis Miller, Aloe Perry Baker, Aloe Ferox, Aloe Arborescens và Aloe Saponaria Tuy nhiên, Aloe Barbadensis Miller là loài phổ biến nhất và được trồng rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới, bao gồm cả Việt Nam.

Tên gọi của Nha đam, Aloe vera, bắt nguồn từ tiếng Ai Cập và Hi Lạp cổ đại, có nghĩa là chất có vị đắng và óng ánh Nha đam có nhiều tên gọi khác nhau tùy theo mỗi nước Ở Việt Nam, Nha đam được biết đến như một loại thảo dược phát triển ở các vùng nông thôn từ lâu Nha đam có nhiều loại nhưng loài được trồng nhiều nhất là

Aloe Barbadensis Miller nhờ giá trị dinh dưỡng và những dược tính quan trọng của nó ; do đó, Nha đam hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, chủ yếu trong dược phẩm, mỹ phẩm… và được dùng như một phương thuốc tự nhiên thay thế cho các phương pháp chữa trị cho các chứng bệnh thông thường [18]

Phân bố địa lý và gieo trồng

Phần lớn Nha đam được trồng ở những vùng có khí hậu nóng, khô thuộc khu vực Nam Phi trước khi nó phát triển ở các nước khác trên thế giới như Mỹ, Mexico, Ấn Độ, Nam Mỹ, Caribe, Úc và châu Âu Nha đam là loài cây mọng nước, phát triển tốt ở các vùng nhiệt đới hay cận nhiệt đới Nó trữ nước trong lá, thân, và rễ nhằm hạn chế sự thất thoát nước vào những mùa ít hay không có mưa [17]

Nha đam được trồng ở Việt Nam vào khoảng đầu thế kỷ 20 bởi người Pháp để lấy nhựa sản xuất sang châu Âu cho đến sau chiến tranh thế giới lần thứ hai Ở nước ta, Nha đam có thể trồng ở nhiều nơi nhưng sinh trưởng và phát triển tốt tại những khu vực có số ngày nắng trong năm cao, chủ yếu ở các vùng Phan Thiết, Phan Rang, Phan Rí thuộc tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận Trước đây ở những vùng nông thôn, Nha đam thường được trồng trong các hộ gia đình nhỏ để làm cây thuốc hoặc cây cảnh nhưng sau đó vì khả năng chịu hạn hán và khô nóng giỏi mà sau đó, chúng được trồng rộng rãi tại các vùng đất cát ven tỉnh Ninh Thuận, cho đến nay, Ninh Thuận trở thành một trong những khu vực có diện tích trồng Nha đam lớn nhất trên khắp cả nước với nhiều mục đích sử dụng khác nhau

Hình 1.6: Nha đam được trồng nhiều tại tỉnh Ninh Thuận

Đặc điểm hình thái

Nha đam là loại cây dạng thân cỏ, mập, màu xanh lục nhạt, thân ngắn Nó là loài cây sống lưu niên, hoa có màu vàng, hình ống, phát triển tốt vào mùa xuân Lá mập

-26- dày, có răng cưa thưa cứng, có thể dài lên đến 20 in và rộng 5 in Độ tuổi trưởng thành của nha đam khoảng 3 đến 4 năm khi nó đạt độ cao 2,5 in với chiều dài trung bình khoảng 28 đến 36 in Cây được thu hoạch sau 6 đến 8 tuần bằng cách loại đi 3-4 lá[10]

Nhìn chung, phần ngoài của lá Nha đam là vỏ xanh, phần trong là nước có dạng gel trong suốt và chính phần gel này là thành phần giàu giá trị của cây Khi phân tích sâu hơn có thể thấy Nha đam gồm có 4 lớp: lớp vỏ, lớp sap, lớp nhầy (mucilage), và lớp gel Các thành phần này được sử dụng như các dạng nguyên liệu khác nhau để có thể ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực tùy theo nhu cầu con người[17]

Hình 1.7: Vỏ và gel Nha đam

Ngoài những đặc điểm trên, Nha đam còn có tính tự chữa lành cho bản thân nó

Đặc tính chịu sâu bệnh tốt của Nha đam bắt nguồn từ lớp biểu bì lá dày, tạo nên lớp bảo vệ trước côn trùng gây hại Ngoài ra, thành phần hóa học đặc biệt của Nha đam còn ngăn chặn tình trạng mất nước và dưỡng chất qua tổn thương lá.

Thành phần hóa học

Nha đam chứa khoảng 96% là nước Phần còn lại chứa các thành phần có hoạt tính như tinh dầu, amino acids, vitamin, khoáng chất, enzymees và glycoprotein Các loại vitamin chính được tìm thấy trong cây là: vitamin B1, B2, B3, B6, vitamin C, E…

Các acid amin được tìm thấy trong cây như: Lysine, Leucine, Methionine, Proline…

Ngoài ra cũn cú ò-carotene, acid folic, choline,…Cỏc thành phần trong nha đam cú thể chia thành các nhóm sau:[19][20][21]

Vitamins: Nha đam rất giàu vitamins, bao gồm các vitamin D, đặc biệt là chất chống oxy-hoá vitamin: A, C và E, thậm chí còn chứa một hàm lượng vitamin B12 (rất ít loại cây có được nguồn vitamin này) Điều này rất thích hợp với những người thích ăn chay

Glucid: Chúng có trong lớp chất nhầy (mucilage) bao quanh phần gel bên trong của cây, được biết đến như là những polysaccharides có độ nhớt cao có thể làm tăng hệ miễn dịch và góp phần giải độc cho cơ thể Nha đam có chứa cả mono lẫn polysaccharide, nhưng quan trọng nhất là đường mạch dài, có chứa glucose và mannose (gluco-mannan) Những loại đường này ăn sâu vào phần bụng lá, không dễ bị phân huỷ như những loại đường khác, và chúng có hiện diện trong mạch máu Khi ở trong mạch máu, chúng có ảnh hưởng đến hiệu quả điều chỉnh hệ miễn dịch Một vài loại polysaccharides không bị hấp thu nhưng chúng bám vào màng tế bào và tạo thành một lớp tương tự như hàng rào ngăn chặn sự hấp thu những chất không cần thiết

Những loại đường này có thể được chế biến thành các chất giữ ẩm

Enzymees: Nha đam chứa rất nhiều loại enzymees (lipase, protease…) có thể hỗ trợ cho việc tiêu hoá vì có khả năng phân hủy các hợp chất cao phân tử, đặc biệt là chất béo và đường Đặc biệt, enzymees Bradykinase, có thể giúp giảm sưng tấy khi bôi lên da và do đó có thể giúp vết thương mau lành, ngoài ra còn có thể giúp tẩy các tế bào già, vùng da chết trên vết thương

Chất khoáng: Các chất khoáng chứa trong nha đam có thể kể đến như: Ca, Na,

K, Mn, Mg, Cu, Zn, Cr, Se… Mặc dù các khoáng chất và các nguyên tố dạng vết chỉ cần thiết với một hàm lượng rất nhỏ, chúng đóng vai trò không thể thiếu Mối nguyên tố có chức năng đặc hiệu với mỗi loại enzymee trong rất nhiều chu trình trao đổi chất khác nhau.

Ứng dụng

Nha đam là nguồn có thể cung cấp 2 loại nguyên liệu khác nhau: nhựa (latex) và gel Latex (Aloin) là một chất nhựa Aloe được sử dụng như một chất tạo đắng trong các loại thức uống có chứa cồn và là chất nhuận tràng Nó là chất lỏng màu vàng lục nằm ngay dưới lớp biểu bì, sau khi chảy ra, tự cô đặc ở nhiệt độ bình thường tạo thành chất sáp màu vàng nâu, đắng và óng ánh Chất nhựa khô này chứa các hoạt chất

-28- hydroanthrone gồm aloin (barbaloin) (25-40%), hydroxyl aloin (3-4%), một ít emodin và chrysophanol Loại nguyên liệu thứ hai được biết đến nhiều nhất ở nha đam là lớp gel, được sử dụng phổ biến để chữa trị vết phỏng và một số loại bệnh Chất gel này có thể thu được bằng cách gọt bỏ vỏ lá màu lục rồi nghiền nát miếng gel trong suốt

Thành phần chính của chất gel này là các polysaccharide, bao gồm pectin, hemicelluloses, glucomannan, acemannan và các chuyển hóa chất mannose Cả hai loại nguyên liệu này của nha đam được sử dụng rộng rãi tùy theo từng mục đích, chủ yếu trong dược phẩm, mỹ phẩm và một số ngành khác [21]

Từ hơn 3000 năm trước, loài người đã bắt đầu biết cách sử dụng nha đam như một phương thuốc gia đình vì nó có khả năng trị các chứng bệnh thông thường Do các thuộc tính kháng sinh, kháng viêm và kháng khuẩn mà gel nha đam có tác dụng hỗ trợ sự hoạt động của hệ thống miễn dịch trong cơ thể con người, đặc biệt hữu hiệu trong việc điều trị các bệnh về da như bệnh chàm (eczema) và bệnh vảy nến (psoriasis)

Ngoài ra, loài thảo dược này còn chứa các thành phần có tính khử trùng nên có khả năng chống lại các bệnh viêm nhiễm trong và ngoài cơ thể [22]

Từ thời Cổ đại, con người đã sử dụng Nha đam như một liệu pháp trong việc duy trì sắc đẹp và nét thanh xuân Nhờ các thuộc tính kháng oxy hóa, khả năng làm dịu và mát mà nó có tác dụng hiệu quả rõ rệt trong việc nuôi dưỡng đồng thời hạn chế các khiếm khuyết để duy trì sự trẻ đẹp theo thời gian Ngày nay, Nha đam được quan tâm sử dụng nhiều trong các sản phẩm mỹ phẩm và chăm sóc da vì nguồn gốc thảo dược và hoạt tính chống lão hóa cũng như kháng oxy hóa của nó Gel Nha đam chứa các thành phần giàu hoạt tính như vitamin, amino acid, chất khoáng được dùng như là chất giữ ẩm, chất làm sạch và tác nhân trẻ hóa trong các sản phẩm chăm sóc da, tóc và một số sản phẩm chống nắng, trang điểm… Từ đó có thể thấy Nha đam và các thành phần của nó đã đóng góp to lớn vào sự phát triển đáng kể của lĩnh vực mỹ phẩm Vì vậy, hiện nay Nha đam là một trong các loại thảo dược ngày càng được quan tâm sử dụng nhiều trong việc sản xuất các sản phẩm mỹ phẩm để phục vụ cho nhu cầu về sức khỏe cũng như vẻ đẹp cho con người [23]

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu tách pectin từ đậu bắp và nha đam nhằm ứng dụng trong bao bọc dược phẩm, qua đó giúp nâng cao giá trị sử dụng và hiệu quả kinh tế của các đối tượng này.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

• Đánh giá nguyên liệu (tỷ lệ các bộ phận, thành phần các hợp chất cơ bản có giá trị)

• Thử nghiệm các phương pháp tách pectin từ đậu bắp và nha đam

• Đánh giá hàm lượng, chất lượng pectin từ các bộ phận khác nhau của đậu bắp (vỏ, hạt) và nha đam (vỏ, dịch, xơ)

• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng quá trình tách pectin (tỷ lệ dung môi và hóa chất, nhiệt độ, thời gian, đặc tính nguyên liệu,…)

• Đánh giá chất lượng và đặc tính pectin thu được

THỰC NGHIỆM

Đánh giá nguyên liệu

2.3.1.1 X ử lý nguyên li ệ u : Đậu bắp được thu hoạch ở Củ Chi từ tháng 2 đến tháng 7 Nha đam được trồng ở Phan Rang và thu hoạch từ tháng 7 đến tháng 11 Với nha đam, lá nha đam được tách vỏ, phần ruột được cắt nhỏ, sau đó xay để thu dịch và xơ riêng biệt Với đậu bắp, trái đậu bắp non và già được cắt dọc theo thân, sau đó tách thành 2 phần: hạt và vỏ (phần vỏ này bao gồm phần nhân trắng bên trong) Xác định phần trăm khối lượng, độ ẩm, hàm lượng vitamin C, hàm lượng acid trong mỗi phần

Công thức tính khối lượng phần trăm mỗi lớp:

X: Phần trăm khối lượng mỗi lớp m: Khối lượng mỗi lớp cần xác định m 0 : Tổng khối lượng mẫu nguyên liệu đem xác định

2.3.1.2 Xác đị nh độ ẩ m : Độ ẩm được xác định bằng máy đo độ ẩm SATORIUS MA 35 Nguyên lý của máy đo là nhờ tác dụng của nhiệt làm bay hơi nước của mẫu nguyên liệu cho đến khi khối lượng không đổi M áy đo khối lượng của mẫu trước và sau để tính độ ẩm của mẫu và cho kết quả trên màn hình hiển thị

Nguyên liệu được cắt nhuyễn và cho vào đĩa nhôm với khối lượng từ 0.5 gam trở lên, sau đó được cho vào máy để tiến hành đo

Hình 2.1: Máy đo độ ẩm SATORIUS MA 35

2.3.1.3 Xác đị nh hàm l ượ ng vitamin C :

Hàm lượng vitamin C trong nguyên liệu được xác định bằng phương pháp chuẩn độ iốt

Dung dịch chỉ thị 1% tinh bột: Cho 0,5 g tinh bột hòa tan vào 50 ml nước cất nóng gần sôi, hòa tan hoàn toàn và để dung dịch nguội

-32- Dung dịch iốt 0.01 N Dùng pipet 10ml hút lấy 10ml dung dịch iốt chuẩn 0.1 N, cho vào bình định mức 100 ml và pha loãng dung dịch bằng nước cất đến vạch định mức 100 ml

10g nguyên liệu được nghiền và cho vào bình định mức 100 ml và pha loãng dung dịch bằng nước cất đến vạch định mức 100 ml

Quá trình này phải thực hiện nhanh để tránh vitamin C bị oxy hóa

Tráng sạch buret với một lượng nhỏ dung dịch iốt và cho dung dịch iốt vào buret

Dùng burette lấy 20ml dung dịch cho vào erlen, thêm 3 giọt hồ tinh bột lắc mạnh, đem định phân bằng dung dịch chuẩn iốt cho tới khi xuất hiện màu xanh đen bền vững trong 30 giây Ghi lại vạch thể tích dung dịch trên buret Lặp lại thí nghiệm 3 lần rồi lấy kết quả trung bình

Hàm lượng vitamin C được tính qua công thức: m V M V V

X vitamin C : Hàm lượng vitamin C(mg/100g) V 1 : Thể tích dung dịch iốt (ml)

V 2 : thể tích của dịch dùng để phân tích (20ml) mmẫu : khối lượng mẫu đem nghiền (10g)

VĐM : thể tích dung dịch định mức(100ml)

2.3.1.4 Xác đị nh hàm l ượ ng acid t ổ ng quy v ề acid citric : Độ chua của nguyên liệu được xác định thông qua hàm lượng acid tổng quy về acid citric bằng phương pháp chuẩn độ acid-bazơ

• Thuốc thử: dung dịch phenolphtalein 1%

• Dung dịch chuẩn độ NaOH 0.01N 10g nguyên liệu cho vào bình định mức 100ml và pha loãng dung dịch bằng nước cất đến vạch định mức 100 ml

Tráng sạch buret với một lượng dung dịch NaOH 0.01N và cho dung dịch này vào buret Dùng pipet lấy 20ml dung dịch cho vào erlen, thêm 3 giọt phenolphtalein vào dung dịch, lắc đều rồi đem định phân bằng dung dịch NaOH 0.01N cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt bền vững trong 30 giây Ghi lại vạch thể tích dung dịch trên buret Chuẩn độ 3 lần rồi lấy kết quả trung bình

Hàm lượng acid được tính qua công thức :

X acid : hàm lượng acid tổng(mg/100g) C 1 : nồng độ NaOH chuẩn độ 0.01N V 1 : thể tích dung dịch NaOH (ml) M A :khối lượng phân tử của acid citric C8H7O6 (192g/mol) V 2 : thể tích của dịch dùng để phân tích (20ml)

M mẫu : khối lượng mẫu đem nghiền (10g) V ĐM : thể tích dung dịch định mức(100ml) n = 3 : Số gốc acid citric

Khảo sát quy trình tách pectin

2.3.2.1 Quy trình tách pectin t ừ đậ u b ắ p : a) Quy trình:

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình chiết xuất pectin từ đậu bắp

Nguyên liệu đậu bắp được xử lý bằng cách tách bỏ hạt, phần vỏ và thịt được cắt nhỏ từ 0.5cm đến 2cm Sau đó được pha loãng trong nước cất và điều chỉnh đến pH 4 bằng HCl Dung dịch được nung nóng ở nhiệt độ 80 0 C trong 20 phút để loại bỏ các tác

-35- động của enzyme có thể ảnh hưởng đến quy trình chiết ở các bước tiếp theo Sau đó, hỗn hợp được làm lạnh đến nhiệt độ phòng, đồng thời dung dịch NaOH được thêm vào để dung dịch đạt pH 7,5 Sử dụng phương pháp lọc để tách riêng 2 phần lỏng và rắn

Sau đó, phần rắn được cho vào dung dịch NaOH 0,05M đạt pH 12 và hỗn hợp được khuấy liên tục trong 1 giờ

Sau khi khuấy đều, lọc chân không thu phần lỏng, phần lỏng này được điều chỉnh đến pH 2 để pectin dễ dàng đông tụ Hỗn hợp được làm lạnh ở 5 0 C và được lưu trữ trong một đêm Pectin thu được bằng cách ly tâm hỗn hợp ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 10 phút

Pectin thô được cân khối lượng và hàm lượng tổng pectin được tính theo công thức sau:

H pectin : Hiệu suất tách pectin (%) m : Khối lượng pectin thô (g) m 0 : Khối lượng nguyên liệu ban đầu (g)

Hình 2.3: Máy ly tâm HERMLE Z 200A

-36- b) Các yếu tố khảo sát:

Mục đích khảo sát là xác định các thông số thích hợp nhằm đem lại hiệu suất tách pectin tốt nhất Việc khảo sát được thực hiện trên cùng một đợt mua nguyên liệu để hạn chế sai lệch Các yếu tố được khảo sát:

Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường lên các loại enzyme trong quá trình tách pectin là rất quan trọng Các yếu tố môi trường như pH và acid ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của enzyme, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất tách pectin Các nghiên cứu về tác động của pH và acid giúp xác định điều kiện tối ưu cho quá trình tách pectin, nâng cao hiệu quả và chất lượng thành phẩm.

- Khảo sát ảnh hưởng tác nhân acid trong quá trình tách pectin

Các yếu tố được lần lượt thay đổi đề khảo sát lần lượt Điều kiện tối ưu được chọn để tiếp tục khảo sát các yếu tố tiếp theo Thông số đáp ứng là hiệu suất thu pectin tổng Từ các điều kiện thu được của quá trình khảo sát trên, tiến hành thu pectin thô và tinh chế pectin

Tinh chế pectin: Pectin thô được hòa tan trong nước với pH=8 Pectin được kết tủa lại bằng cách thêm ethanol tuyệt đối theo tỉ lệ 1:1 Sau đó rửa liền với hỗn hợp ethanol và nước với các tỷ lệ khác nhau: 75/25, 80/20, 85/15, 90/10 và ethanol tuyệt đối Pectin đã tinh chế được làm khô ở nhiệt độ phòng đến khối lượng không đổi

2.3.2.2 Quy trình tách pectin t ừ nha đ am : a) Quy trình:

Hình 2.4: Sơ đồ quy trình chiết xuất pectin từ nha đam Nguyên liệu nha đam được xử lý bằng cách tách bỏ vỏ, phần thịt được xay nhuyễn và tách thành 2 phần riêng biệt là dịch và xơ Phần xơ được chia thành các mẫu 5g và trữ trong tủ đông Phần xơ được pha trong nước cất theo tỉ lệ 1:30 và điều chỉnh đến pH 2 bằng HCl Dung dịch được đun nóng ở nhiệt độ 80 0 C trong 90 phút để chiết pectin Sau đó, hỗn hợp được làm lạnh đến nhiệt độ phòng rồi đem lọc để loại bỏ phần rắn Phần lỏng được cho cồn 96 với tỉ lệ 1:1 để pectin kết tủa Hỗn hợp được làm lạnh ở 5 0 C và được lưu trữ trong một đêm Pectin thu được bằng cách ly tâm hỗn hợp ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 10 phút

Pectin thô được cân khối lượng và hàm lượng tổng pectin được tính theo công thức (2.4)

Hình 2.5: Pectin nha đam tủa trong cồn b) Các yếu tố khảo sát:

Việc khảo sát được thực hiện trên cùng một đợt mua nguyên liệu để hạn chế sai lệch Các yếu tố được khảo sát:

- Khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường trong quá trình tách pectin - Khảo sát tỉ lệ nguyên liệu : nước của quá trình tách pectin

- Khảo sát thời gian gia nhiệt của quá trình tách pectin - Khảo sát tỉ lệ cồn để kết tủa pectin

Các yếu tố được lần lượt thay đổi đề khảo sát Điều kiện tối ưu được chọn để tiếp tục khảo sát các yếu tố tiếp theo Thông số đáp ứng là hiệu suất thu pectin tổng Pectin thu được được làm khô ở nhiệt độ phòng đến khối lượng không đổi.

Đánh giá pectin

2.3.3.1 Đ ánh giá x ơ b ộ - xác đị nh ch ỉ s ố DE

Pectin thu được được đánh giá màu sắc, trạng thái, độ ẩm, độ este (DE)

Cân 1g pectin cho vào becher, pha loãng với 50ml nước cất Khuấy trong 2h cho pectin tan hoàn toàn trong nước Sau đó dung dịch được cho vào erlen thêm 3 giọt phenolphtalein Sau đó chuẩn độ bằng NaOH 0.1N Lượng nhóm carboxyl tự do được tính toán dựa trên thể tích NaOH đọc được (It) Thêm 10ml NaOH 0.1N Dung dịch được đem khuấy 2h ở nhiệt độ phòng để xà phòng hóa các nhóm ester Sau đó cho

-39- 10ml HCl 0.1N để phản ứng trung hòa Lượng HCl dư được chuẩn độ bằng NaOH

Lượng nhóm ester carboxyl được tính toán dựa vào thể tích NaOH đọc được (Ft)

Chỉ số DE xác định theo công thức:

DE ( %) :chỉ số ester hóa

It (ml) : Thể tích NaOH ở chuẩn độ ban đầu

Ft (ml) : Thể tích NaOH ở chuẩn độ cuối

2.3.3.2 Phân tích FT-IR (Fourier transform infrared )

Nhằm xác định các nhóm chức và cung cấp thông tin cấu trúc pectin trong khoảng bước sóng 400-4000 cm -1 Mẫu được đo tại Viện Công Nghệ Hóa Học; số 1 Mạc Đĩnh Chi, Phường Bến Nghé, Quận 1, TP HCM

2.3.3.3 Phân tích TGA (Thermogravimetric analysis)

Nhằm xác định được sự biến đổi khối lượng khi có tác động của nhiệt Mẫu được đo tại Trung tâm phân tích-kiểm nghiệm TVU tại trường Đại Học Trà Vinh; 126, QL 53, K4, P5, thành phố Trà Vinh, Trà Vinh

2.3.3.4 Phân tích GPC (Gel permeation chromatography)

Nhằm xác định trọng lượng phân tử Mẫu được đo tại trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM;227 Nguyễn Văn Cừ, Quận 5, thành phố Hồ Chí Minh

2.3.3.5 Phân tích XRD ( X-ray Diffraction)

Cho thông tin về cấu trúc tinh thể của pectin XRD đánh giá trên máy Brucker D8- Advance tại phòng thí nghiệm của Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, trường Đại Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh

Khảo sát khả năng gel hóa của pectin

2.3.4.1 Ả nh h ưở ng c ủ a n ồ ng độ Ca 2+ lên th ờ i gian ch ả y :

Chuẩn bị mẫu: pha các dung dịch pectin có nồng độ lần lượt là 0.5%, 1%, 1.5%, 2% Tác nhân tạo gel được sử dụng là dung dịch Ca(OH)2 0.02M

Tiến hành thí nghiệm: Thêm 1ml tác nhân tạo gel vào mẫu và khuấy nhẹ trong 1 phút Đo thời gian chảy của mẫu bằng thiết bị Zahn cup 3, thực hiện 3 lần và tính giá trị trung bình.

Hình 2.6: Thiết bị Zahn cub 3

2.3.4.2 Ả nh h ưở ng c ủ a n ồ ng độ Ca 2+ lên độ nh ớ t :

Chuẩn bị mẫu: pha các dung dịch pectin có nồng độ lần lượt là 1% và 1.5%

Trong thí nghiệm này so sánh pectin chiết từ nha đam và pectin thương mại có xuất xứ từ HiMedia Lab, India có DE từ 65 – 70% Tác nhân tạo gel được sử dụng là dung dịch Ca(OH)2 0.02M

Tiến hành: Mỗi lần cho 1ml tác nhân tạo gel vào và khuấy nhẹ 1 phút Sau đó đo độ nhớt của mẫu bằng thiết bị LVDV-E VISCOMETER BROOKFIELD

Hình 2.7: Thiết bị đo độ nhớt Brookfield LVDV – E

2.3.4.3 Ả nh h ưở ng c ủ a lo ạ i tác ch ấ t t ạ o gel lên độ nh ớ t :

Chuẩn bị mẫu: pha các dung dịch pectin có nồng độ lần lượt là 1% và 1.5%

Tác nhân tạo gel được sử dụng là dung dịch Ca(OH)2 0.02M và dung dịch CaCl2

Tiến hành: Mỗi lần cho 1ml tác nhân tạo gel vào và khuấy nhẹ 1 phút Sau đó đo độ nhớt của mẫu bằng thiết bị LVDV-E VISCOMETER BROOKFIELD

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

ĐÁNH GIÁ NGUYÊN LIỆU

Tỷ lệ giữa các lớp thành phần của nguyên liệu

Hình 3.1: Tỷ lệ thành phần giữa phần vỏ và hạt của đậu bắp

Hình 3.2: Đậu bắp trước khi xử lý

Hình 3.3: Tỷ lệ thành phần giữa xơ, vỏ, dịch của nha đam

Hình 3.4: Nha đam được cắt nhỏ trước khi xử lý

Qua Hình 3.1 có thể thấy có sự chênh lệch về khối lượng khá lớn giữa phần vỏ, nhân và hạt của đậu bắp Phần vỏ và nhân của đậu bắp chiếm tỷ lệ khá lớn khoảng 82.13 – 82.46% trong khi lớp hạt chỉ có khoảng 17.53 – 17.86% Đối với nha đam thì phần chiếm nhiều nhất là dịch với khoảng 71% trong khi lớp vỏ chiếm 26% còn xơ chỉ có khoảng 3%

Độ ẩm nguyên liệu

Hình 3.5: Độ ẩm của vỏ và hạt đậu bắp

Hình 3.6: Độ ẩm của phần vỏ và xơ nha đam

Qua biểu đồ xác định độ ẩm của đậu bắp cho thấy độ ẩm của lớp vỏ bên ngoài ở cả đậu bắp non và già đều cao hơn so với lớp hạt bên trong Lớp ngoài độ ẩm từ 88.9- 90.8%, lớp hạt bên trong có độ ẩm từ 87.06- 86.72% Lượng nước chứa trong đậu bắp già cao hơn so với đậu bắp non nhưng chênh lệch này không đáng kể Biều đồ của nha đam cũng cho thấy độ ẩm của vỏ và xơ nha đam khá cao So với đậu bắp thì độ ẩm của vỏ nha đam gần tương đương vỏ đậu bắp vào khoảng 90.2% Trong khi xơ nha đam lại có độ ẩm cao hơn hẳn với khoảng 96.15%

Hàm lượng vitamin C

Hình 3.7: Hàm lượng vitamin C trong đậu bắp

Hình 3.8: Hàm lượng vitamin C trong nha đam

Hàm lượng vitamin C trong đậu bắp non cao hơn đáng kể so với đậu bắp già, với giá trị lần lượt là 107mg/100g và 3 lần thấp hơn là đậu bắp già Ngược lại, hàm lượng vitamin C trong xơ nha đam lại tương đương với đậu bắp non (106,55mg/100g), trong khi dịch nha đam có hàm lượng vitamin C gần bằng đậu bắp già (gần 31,5mg/100g).

Hàm lượng acid tổng quy về acid citric

Hình 3.9: Hàm lượng acid tổng trong đậu bắp

Hình 3.10: Hàm lượng acid tổng trong nha đam

Kết quả cho thấy hàm lượng acid tổng trong xơ nha đam vào khoảng 214 mg/100g Nếu so với đậu bắp non với hàm lượng vào khoảng 200mg/100g thì xơ nha đam không cao hơn bao nhiêu Nhưng dịch nha đam lại có hàm lượng acid tổng gần 52mg/100g, chỉ bằng khoảng 1/4 so với đậu bắp non và thấp hơn xơ khá nhiều Trong khi đó đậu bắp già lại có hàm lượng acid tổng cao hơn các mẫu kia khá rõ rệt Kết quả cho thấy hàm lượng acid tổng trong đậu bắp già là khoảng 403mg/100g, cao gần gấp đôi so với đậu bắp non

KHẢO SÁT QUY TRÌNH TÁCH PECTIN

Quy trình tách pectin từ đậu bắp

Kết quả sơ bộ chỉ ra rằng phần hạt bên trong không chứa pectin nên loại bỏ lớp hạt trong thí nghiệm này Thí nghiệm được thực hiện trên lớp vỏ bên ngoài của mẫu đậu bắp có nguồn gốc từ Củ Chi Do quá trình tách pectin khá dài, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và tính chất của pectin Trong điều kiện thử nghiệm, một số yếu tố liên quan đến hóa chất sử dụng được đánh giá trước Hiệu suất thu hồi pectin được tính dựa trên khối lượng pectin thô thu được sau khi ly tâm.

3.2.1.1 Kh ả o sát môi tr ườ ng kh ử enzyme :

Môi trường khử enzyme được sử dụng trong khảo sát là nước và acid HCl với pH khác nhau lần lượt là 2, 3, 4 Pectin được chiết trong môi trường NaOH ở pH12 và đông tụ trong môi trường HCl ở pH2

Hình 3.11: Ảnh hưởng của điều kiện khử enzyme tách pectin đậu bắp

Qua tham khảo có thể thấy, đối với cả đậu bắp non và già, hiệu suất thu pectin khi áp dụng môi trường axit khử enzyme cao hơn nhiều so môi trường chỉ sử dụng nước theo truyền thống Hiệu suất thu pectin cao nhất đạt được là 7,67% ở đậu bắp già khi sử dụng môi trường axit có độ pH là 4 Tuy nhiên, hiệu suất thu pectin lại có xu hướng giảm khá rõ khi độ pH giảm hoặc độ axit tăng; tại độ pH bằng 2, hiệu suất thu pectin chỉ còn lại 2,42%.

-49- suất thu chỉ còn 3.12%, giảm gần 60% so với ở pH4 Điều này cũng xảy ra tương tự đối với đậu bắp non Mặc dù ở đậu bắp non hiệu suất lớn nhất là ở pH3 nhưng sự khác biệt so với pH4 là không nhiều

Sự chênh lệch khi khử enzyme giữa môi trường nước và acid có thể giải thích như sau: trong quy trình trích ly thông thường với điều kiện dùng nước để khử enzyme, sau đó pectin tiếp xúc với NaOH thì các nhóm –COOCH3 bị xà phòng hóa chuyển thành dạng tan –COONa và pectin được chiết vào dung dịch Sau đó, dung dịch được điều chỉnh về môi trường acid, tức là các muối chuyển lại về nhóm –COOH và pectin đông tụ Tuy nhiên, khi khử enzyme với môi trường acid thì nhóm – COOCH3 chuyển thành dạng –COOH trước, sau đó phản ứng trao đổi cùng NaOH xảy ra dễ dàng hơn Do vậy, hiệu suất thu pectin cao hơn hẳn khi dùng nước Nhưng nếu pH quá thấp hay độ acid cao thì hiệu suất thu pectin lại không cao Điều này là do trong điều kiện môi trường acid và nhiệt độ khoảng 80 o C pectin sẽ chuyển thành pectin hòa tan, làm giảm sự liên kết giữa các tế bào và dễ thất thoát vào nước Vì vậy hiệu suất thu pectin giảm khi độ acid tăng dần Như vậy, điều kiện khử enzyme phù hợp với đậu bắp là môi trường pH4

3.2.1.2 Kh ả o sát môi tr ườ ng chi ế t pectin :

Từ kết quả thí nghiệm trước môi trường để khử enzyme là pH4 Trong thí nghiệm này tác nhân tách pectin là NaOH với pH lần lượt là 8, 10, 12, và 14 Pectin đông tụ trong dung dịch HCl ở pH2

Hình 3.12: Ảnh hưởng của môi trường kiềm chiết pectin đậu bắp

Nhìn chung, hiệu suất thu pectin có xu hướng tăng khi pH môi trường chiết pectin tăng ở cả 2 mẫu đậu bắp Khi tăng từ pH8 đến pH12, hiệu suất tăng và đạt cao nhất là 7.42% đối với đậu bắp già và 3.7% đối với đâu bắp non tại pH12 Tuy nhiên hiệu suất thu giảm tại pH14 cho thấy sự tăng pH sau pH12 lại ảnh hưởng không tốt

Khi tiếp xúc với dung dịch NaOH các nhóm –COOH trong pectin sẽ bị trung hoà và chuyển thành muối –COONa Điều này giúp cho pectin dễ tan vào trong dung dịch và thu được ở cuối quá trình Rõ ràng là hàm lượng NaOH càng nhiều thì sự chuyển hóa càng cao và pectin khuếch tán ra khỏi khối mẫu càng dễ Vì vậy mà pH càng cao dẫn đến hiệu suất tăng Tuy nhiên, sự tăng cao hơn pH từ pH12 thành pH14 lại giảm hiệu suất thu pectin Có thể ở nồng độ NaOH đậm đặc pectin bị biến tính dẫn đến thất thoát trong quá trình thu

Như vậy khi sử dụng tác nhân NaOH thì môi trường pH12 là phù hợp để chiết pectin

3.2.1.3 Kh ả o sát môi tr ườ ng acid thu pectin :

Trong thí nghiệm này, thực hiện quá trình khử enzyme ở pH4 và chiết pectin bằng NaOH ở pH12 Pectin đông tụ trong môi trường HCl ở các pH lần lượt là 4, 3, 2, và 1

Hình 3.13: Ảnh hưởng của môi trường acid thu pectin đậu bắp

Kết quả thu pectin từ đề tài cho thấy xu hướng chung của cả hai giống đậu bắp là hiệu suất thu pectin tăng dần khi pH giảm Điều này cho thấy môi trường càng axit thì hiệu suất thu pectin càng cao Khi pH giảm từ 4 xuống 2, hiệu suất thu pectin từ đậu bắp non tăng từ 0,2% lên 3,18%, trong khi đậu bắp già tăng từ 0,54% lên mức cao nhất 6,81% tại pH 2 Tuy nhiên, tiếp tục giảm pH xuống 1 lại không có lợi, dẫn đến hiệu suất thu giảm.

Theo quy trình sau khi lọc bỏ bã dịch chiết sẽ được điều chỉnh pH về môi trường acid và được trữ lạnh qua đêm Môi trường này sẽ chuyển nhóm –COONa trong pectin về nhóm –COOH làm cho pectin khi ở trạng thái này có độ tan thấp Kết hợp với nhiệt độ thấp sẽ thu pectin tủa sau 1 đêm Việc phải trữ lạnh qua đêm là vì khi cho acid vào, lúc đầu phản ứng xảy ra chưa hoàn toàn Cần có thời gian để phản ứng tiếp tục xảy ra và pectin từ từ kết tủa xuống Ở pH cao hơn, lượng H + là không đủ để thay thế các nhóm –COONa của pectin nên độ tan của chúng vẫn cao, kết tủa thu được sẽ ít Khi giảm pH đồng nghĩa với việc lượng H + tăng lên sẽ giúp cho quá trình phản ứng trở nên hiệu quả hơn vì thế mà hiệu suất thu pectin tăng Tuy nhiên nếu môi trường acid quá cao cũng có thể là tác nhân làm đứt mạch pectin Sự đứt mạch này dẫn đến khối lượng phân tử nhỏ nên độ tan của pectin tăng và thất thoát trong dịch Điều này cũng có thể là nguyên nhân gây ra sự giảm hiệu suất thu pectin trong giai đoạn khử enzyme cũng như tủa pectin Như vậy, trong giai đoạn thu pectin bằng acid HCl thì pH thích hợp để acid hóa dung dịch là pH2

3.2.1.4 Kh ả o sát tác nhân acid trong giai đ o ạ n thu pectin :

Thí nghiệm này được thực hiện dựa trên các kết quả thí nghiệm trước: khử enzyme ở pH4, tách pectin bằng NaOH ở pH12 Việc thu pectin được thực hiện ở pH2 nhưng với các acid khác nhau : HCl, H2SO4, CH3COOH, citric

HCl H2SO4 CH3COOH citric

Hình 3.14: Ảnh hưởng của tác nhân acid trong giai đoạn thu pectin đậu bắp

Kết quả thu được cho thấy có sự chênh lệch rõ giữa hiệu suất thu pectin đối với các tác nhân acid khác nhau Môi trường acid cho hiệu suất thu pectin cao nhất (6.51%) là HCl, kế đó là acid H2SO4 (3.9%) Hiệu suất thu pectin đối với acid hữu cơ là khá thấp chỉ trong khoảng 0.5- 2% chứng tỏ acid hữu cơ có tác dụng yếu hơn rất nhiều Điều này cho thấy độ mạnh của acid được sử dụng làm tác nhân có ảnh hưởng rất lớn và acid có độ phân ly càng cao thì khả năng trao đổi dễ dàng và hiệu suất thu sẽ lớn

Qua quá trình khảo sát, pectin từ trái đậu bắp có thể chiết theo điều kiện như sau:

-Phần sử dụng: lớp vỏ, độ ẩm khoảng 90%

-Giai đoạn khử enzymee: dung dịch acid HCl, pH4, T= 80 o C, t= 20 phút

-Giai đoạn chiết pectin: dung dịch NaOH, pH12, nhiệt độ phòng, 2 lần

-Giai đoạn tủa pectin: dung dịch acid HCl, pH2, trữ lạnh 5 o C qua đêm

Quy trình tách pectin từ nha đam

Kết quả sơ bộ ban đầu cho thấy là phần vỏ và dịch xay của nha đam không có pectin Vì vậy mà quá trình khảo sát này được thực hiện đối với xơ sau khi xay của nha đam được mua tại chợ Thủ Đức Bên cạnh đó quy trình tách pectin từ đậu bắp khi áp dụng cho nha đam lại cho hiệu suất không cao và không ổn định Do đó, quy trình để tách pectin từ nha đam đã được chỉnh sửa để phù hợp đối với nguyên liệu là xơ nha đam Các yếu tố khảo sát của quy trình này cũng khác với các yếu tố khảo sát trong phần đậu bắp Hiệu suất pectin thu được được tính trên khối lượng pectin thô thu được sau khi ly tâm

3.2.2.1 Kh ả o sát môi tr ườ ng chi ế t pectin :

Trong thí nghiệm chiết xuất pectin từ nha đam này, môi trường acid HCl được sử dụng với các giá trị pH lần lượt là 2, 4, 6 Tương tự, môi trường bazơ NaOH được dùng với các giá trị pH lần lượt là 8, 10, 12 Tỉ lệ nguyên liệu nha đam so với dung môi chiết là 1:20 Quá trình chiết xuất được thực hiện ở nhiệt độ 80 độ C trong thời gian 60 phút Đối với quá trình kết tủa pectin, tỉ lệ dung dịch chiết so với cồn là 1:0,5.

0 2 4 6 8 10 12 14 pH 2 pH 4 pH 6 pH 8 pH 10 pH 12

Hình 3.15: Ảnh hưởng của pH môi trường chiết pectin

Kết quả khảo sát cho thấy ảnh hưởng của pH môi trường đến sự chiết pectin từ nha đam phân thành 3 vùng: vùng acid pH 2 – 4, vùng trung tính pH 6 – 8, vùng bazơ pH 10 – 12 Trong đó vùng acid cho hiệu suất cao nhất bắt đầu từ 2.29% tại pH4 và tăng đột biến đến đạt tối đa 11.52% tại pH2 Vùng trung tính có hiệu suất thu pectin khá thấp chỉ khoảng 1% Điều này cho thấy điều kiện pH này không phù hợp với quy

-54- trình tách pectin từ nha đam Vùng bazơ cho hiệu suất cao hơn khi tăng từ 2.84% tại pH10 đến 3.59% tại pH12 nhưng hiệu suất này thấp hơn nhiều khi so với pH2 Kết quả này cũng tương tự với các thí nghiệm sơ bộ khi sử dụng quy trình của đậu bắp ở pH12 cho nha đam (hiệu suất vào khoảng 1 – 2%)

So với quy trình tách pectin từ đậu bắp, khi áp dụng cho nha đam mà không gia nhiệt khiến hiệu suất thu pectin thấp Trong quy trình hiệu chỉnh, gia nhiệt giúp pectin hòa tan và khuếch tán tốt hơn Môi trường acid có lợi hơn môi trường bazơ, với pH2 là môi trường phù hợp nhất để tách pectin từ nha đam.

3.2.2.2 Kh ả o sát t ỉ l ệ nguyên li ệ u : dung môi

Từ kết quả của thí nghiệm trước, trong thí nghiệm này xơ nha đam sẽ được đun nóng ở 80 o C trong 60 phút ở môi trường HCl pH2 Tỉ lệ dịch chiết : cồn trong quá trình kết tủa pectin là 1:0.5 Các tỉ lệ nguyên liệu : dung môi khảo sát lần lượt là 1:10, 1:20, 1:30, và 1:40

Hà m l ượ ng pe ct in (%)

Hình 3.16: Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu : dung môi

Nhìn chung, khi lượng dung môi càng nhiều thì hiệu suất thu pectin càng tăng

Hiệu suất thu pectin tăng đều từ 8.68% ở tỉ lệ 1:10 lên 11.17% ở 1:20 và đạt cao nhất là 12.23% ở tỉ lệ 1:30 Đến tỉ lệ 1:40 hiệu suất giảm còn 10.05% Sự giảm này so với tỉ lệ 1:30 là gần 17% và khá đáng kể Rõ ràng là khi lượng dung môi tăng lên, hàm lượng HCl nhiều hơn so với lượng nguyên liệu sẽ giúp việc chuyển pectin sang dạng hòa tan nhiều hơn và dễ dàng hơn dẫn đến hiệu suất tăng Tuy nhiên sau tỉ lệ 1:30 việc tăng dung môi lại có ảnh hưởng không tốt và hiệu suất bắt đầu giảm Điều này có thể là vì tỉ lệ 1:30 đã chiết được lượng pectin tối đa Việc cho thêm dung môi làm tăng thể tích dung dịch, các phân tử pectin bị phân tán trong vùng thể tích lớn hơn nên không kết tủa nhiều được Vì vậy tỉ lệ 1:30 được chọn để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo

3.2.2.3 Kh ả o sát th ờ i gian chi ế t pectin :

Thời gian chiết được khảo sát là 30, 60, 90, và 120 phút Nguyên liệu được đun nóng ở 80 o C trong dung dịch HCl pH2 với tỉ lệ nguyên liệu : dung môi là 1:30 Tỉ lệ dịch chiết : cồn trong quá trình kết tủa pectin là 1:0.5

Hình 3.17: Ảnh hưởng của thời gian chiết pectin

Cũng giống như tỉ lệ nguyên liệu : dung môi, hiệu suất thu pectin có xu hướng tăng lên khi thời gian chiết tăng lên Ở thời gian chiết là 30 phút hiệu suất thu được chỉ có 8.87%, thấp hơn gần 30% so với hiệu suất đạt cao nhất ở 90 phút là 12.08% Kết quả này cũng dễ hiểu vì thời gian càng dài, sự tiếp xúc với dung môi càng lâu thì sự giảm liên kết với các tế bào xảy ra càng nhiều cũng như lượng pectin chuyển thành dạng hòa tan tăng lên dẫn đến hiệu suất thu tăng Tuy nhiên ở thời gian chiết là 120 phút, hiệu suất thu chỉ còn 10.36%, giảm gần 14% so với giá trị cao nhất Điều này cho thấy thời gian gia nhiệt quá dài có thể làm cho pectin bị biến tính và hiệu suất bị giảm Vì vậy không nên đun nóng quá lâu, với quy trình tách pectin từ nha đam này thì thời gian phù hợp chỉ nên ở khoảng 90 phút

Từ các kết quả thí nghiệm trước đó, thí nghiệm này thực hiện tách pectin trong môi trường HCl pH2 với tỉ lệ nguyên liệu : dung môi 1:30, nhiệt độ 80 o C và thời gian đun nóng là 90 phút Các tỉ lệ dịch chiết : cồn được khảo sát lần lượt là 1:0.5, 1:1, và 1:2

Hình 3.18: Ảnh hưởng của tỉ lệ dịch chiết : cồn kết tủa pectin

Kết quả tương tự như thí nghiệm khảo sát lượng dung môi và thời gian chiết

Hiệu suất chiết xuất pectin tăng khi tăng tỷ lệ cồn do pectin không tan trong cồn Khi cho cồn vào dịch chiết, pectin kết tủa lại, lượng cồn càng nhiều thì hiệu suất thu pectin càng cao Tuy nhiên, hiệu suất tăng chậm dần khi tăng tỷ lệ cồn Hệ số góc của đường hiệu suất thu từ tỷ lệ 1:0,5 đến 1:1 lớn hơn từ 1:1 đến 1:2, nên tỷ lệ cồn thích hợp có thể từ 1:1 đến 1:2.

Qua quá trình khảo sát, pectin từ xơ nha đam có thể chiết theo điều kiện như sau:

-Phần sử dụng: lớp xơ, độ ẩm khoảng 96%

-Môi trường chiết pectin: acid HCl, pH2, T= 80 o C, t phút -Tỉ lệ nguyên liệu : dung môi: 1:30

-Tỉ lệ dịch chiết:cồn: từ 1:1 đến 1:2

ĐÁNH GIÁ PECTIN

Đánh giá sơ bộ

Bảng 3.1: Đánh giá sơ bộ pectin

Pectin Đậu bắp Nha đam Thương mại

Màu sắc Vàng Trắng Vàng nâu

Trạng thái Sệt, mềm như thạch Dẻo, hơi xơ Bột khô Độ ẩm 91% 86% 2%

Hình 3.19: Pectin đậu bắp : (a) thô, (b) tinh chế

Hình 3.21: Pectin thương mại Đối với đậu bắp, sản phẩm pectin thô thu được có màu vàng nâu, sệt, độ ẩm khá cao và hiệu suất thu được khoảng 6 – 7% Sau khi tinh chế bằng cồn, pectin thu được có dạng trong, thành khối giống như thạch, có màu trắng hơn nhưng vẫn còn ánh vàng khá rõ Đối với nha đam, quy trình chiết đã sử dụng cồn nên không cần tinh chế lại

Pectin nha đam có màu trắng hơi ngà, dạng dẻo và hiệu suất thu được vào khoảng 11 – 12% Độ ester (DE) của pectin đậu bắp là khoảng 40% và nha đam là khoảng 49%

Phân tích FT – IR cũng phù hợp với kết quả này, cho thấy pectin đậu bắp chiết xuất theo quy trình trên là LMP Tương tự, mặc dù chỉ số DE của pectin nha đam xấp xỉ 50%, nó vẫn được coi là LMP.

Phân tích FT-IR (Fourier transform infrared )

Hình 3.22: Phổ IR của pectin thô đậu bắp

Hình 3.23: Phổ IR của pectin đậu bắp sau tinh chế

Việc tinh chế làm tăng độ sắc nét của các mũi trong phổ IR, chứng tỏ tạp chất đã được loại bỏ Phổ IR của cả hai dạng pectin đều có các mũi tương ứng thể hiện các nhóm chức: pectin tinh chế có mũi tại 3390 cm-1 (nhóm OH), 2926 cm-1 (nhóm Csp3-H), 1731 cm-1 (nhóm C=O của ester), 1627 cm-1 (nhóm C=O của COOH) Khi chiết xuất bằng dung dịch kiềm, nhóm COOCH3 đã bị ảnh hưởng, chuyển hóa thành dạng COOH và COONa.

Mũi 1537 cm -1 thể hiện liên kết amide II của vết protein còn sót lại trong pectin

Hình 3.24: Phổ IR của pectin nha đam

Phổ IR của pectin nha đam cũng cho những peak tương đồng thể hiện các nhóm chức so với đậu bắp: 3446 cm -1 thể hiện nhóm OH; 2924 cm -1 là nhóm Csp3-H; 1743 cm -1 đặc trưng nhóm C=O của ester; mũi 1648 cm -1 đặc trưng nhóm C=O của COOH

Ngoài ra phổ IR của pectin nha đam và đậu bắp đều cho kết quả DE phù hợp với phương pháp chuẩn độ để xác định DE ở phần trên Ở pectin đậu bắp, mũi 1731 cm -1 đặc trưng nhóm C=O của ester thấp hơn mũi 1627 cm -1 đặc trưng nhóm C=O tự do tương ứng với DE = 40% Còn pectin nha đam mũi 1743 cm -1 tương đương với mũi 1648 cm -1 ứng với DE gần bằng 50%.

Phân tích TGA (Thermogravimetric analysis)

Hình 3.25: Kết quả phân tích TGA của mẫu pecitn đậu bắp

-62- Hình 3.25 cho thấy biển đổi khối lượng của pectin đậu bắp khi có tác động nhiệt Đồ thị DTA thể hiện rõ ba vùng nhiệt độ có mức độ giảm khối lượng khác nhau là 30 – 150 o C, 150 – 400 o C và 400 – 550 o C Trong khoảng đầu tiên 30 – 150 o C, sự thoát ẩm nhanh thể hiện peak rõ ở 37.6 o C do giải phóng nước liên kết bề mặt Tiếp theo nước ở các cấu trúc sâu bên trong thoát ra nên khối lượng giảm chậm Sự giảm khối lượng của vùng vào khoảng 14.87% Khoảng thứ hai khối lượng tiếp tục giảm chậm do nước liên kết vật lý thoát ra cho đến khi xuất hiện một peak rõ rệt ở 248.85 o C thể hiện sự phân hủy nhiệt pectin Khối lượng của vùng này nhanh chóng giảm khoảng 47.65% Khi nhiệt độ tiếp tục tăng lên khoảng thứ ba, khối lượng mẫu giảm chậm ổn định hơn vào khoảng 13.38% thể hiện các cấu trúc khác nhau trong quá trình vô cơ hóa mẫu pectin

Hình 3.26: Kết quả phân tích TGA của mẫu pectin nha đam Đồ thị DTA của pectin nha đam cũng cho kết quả tương đồng với pectin đậu bắp

Trong khoảng đầu tiên khi nhiệt độ tăng, nước bay hơi thể hiện ở peak 36.39 o C và khối lượng của vùng này giảm khoảng 10.7% Sự phân hủy nhiệt của pectin nha đam cũng gần với đậu bắp khi xuất hiện peak rõ ở 247.64 o C Khối lượng của vùng này giảm nhanh khoảng 44% Khi nhiệt độ tăng từ 400 – 550 o C, khối lượng mẫu cũng giảm chậm vào khoảng 20%

Phân tích GPC (Gel permeation chromatography)

Hình 3.27: Phổ GPC của mẫu pectin đậu bắp

Hình 3.28: Phổ GPC của pectin nha đam

Sử dụng GPC để phân tích trọng lượng phân tử của pectin Kết quả cho thấy pectin đậu bắp thu được có phân tử lượng khá lớn, khoảng 1.65x10 5 g/mol và vùng phân bố rất rộng Trong khi đó pectin nha đam có phân tử lượng vào khoảng 8.14x10 4 g/mol và chỉ bằng một nửa so với pectin đậu bắp Kratchanova và cộng sự trong nghiên cứu về pectin của xoài đã tách được pectin có phân tử lượng vào khoảng 72000 đến 83000 Da [25] Trong khi Pressey tìm ra pectin từ đào có phân tử lượng khoảng 100000 g/mol [26] Pectin thương mại đã được báo cáo là có phân tử lượng từ 50kDa – 200 kDa [2]

Phân tích XRD (X-ray Diffraction)

Hình 3.29: Kết quả phân tích XRD của mẫu pectin đậu bắp

Hình 3.30: Kết quả phân tích XRD của mẫu pectin nha đam

Khi kiểm tra cấu trúc tinh thể trên XRD, pectin đậu bắp cho các mũi tại 14.4, 15.02, 24.3, 30.2, 37.48 và 40.35 Còn pectin nha đam cho các mũi tại 13.42, 14.28, 23.5, 30.22, và 42.6 Nhìn chung, phổ XRD của pectin đậu bắp và nha đam thu được thể hiện cấu trúc tinh thể rất rõ nét so với một số nghiên cứu khác về pectin Sự khác biệt có thể do trọng lượng phân tử và nguồn thu pectin Trên nghiên cứu pectin từ táo (Malus pumila) và quả cóc (Spondias dulcis) với quy trình chiết bằng HCl thì trọng lượng phân tử chỉ là 1666 và 909 g/mol [27] Cả hai pectin này đều có peak thể hiện cấu trúc tinh thể trong vùng góc 15 o , tương tự với vùng 14-15 của pectin sản phẩm

Pectin từ táo còn có mũi rất rõ vùng 30 o và trên 40 o

KHẢ NĂNG GEL HÓA PECTIN

Đánh giá sơ bộ khả năng gel hóa

Hình 3.31: Gel hóa pectin đậu bắp với các nồng độ Ca 2+ khác nhau

Hình 3.32: mẫu gel của pectin nha đam

Kết quả sơ bộ cho thấy cả pectin đậu bắp và nha đam đều có thể tạo gel được khi cho dung dịch Ca(OH)2 vào Hình 3.31 cho thấy khi tăng nồng độ tác chất tạo gel thì khối gel tạo thành sẽ đặc hơn Ở các nồng độ thấp khi đặt ống nghiệm nghiêng 15 0 có hiện tượng khối gel chảy ra Trong khi ở nồng độ cao hơn thì không có hiện tượng trên Do khi tăng lượng tác chất, sự tạo thành liên kết ngang giữa các chuỗi pectin tăng, làm cho khối gel có liên kết chặt và bền hơn

Như vậy, các thí nghiệm trên cho thấy pectin thu được từ nha đam và đậu bắp có khả năng tạo gel Gel hình thành ánh trong mờ, độ đồng nhất cao, sắc trắng nên sẽ thích hợp làm tác nhân bền hóa và tạo cấu trúc cho các ứng dụng Tùy theo tính chất của khối gel cần thu được thì sử dụng phù hợp nồng độ tác nhân tạo gel Các tính chất liên quan đến khả năng tạo gel của nha đam sẽ được trình bày trong phần tiếp theo

Ảnh hưởng của nồng độ Ca 2+ lên thời gian chảy

Hình 3.33: Ảnh hưởng của nồng độ Ca 2+ lên thời gian chảy

Trong thí nghiệm tạo gel pectin nha đam, dung dịch Ca(OH)2 đóng vai trò tác nhân tạo gel Quá trình hình thành gel được đánh giá bằng thời gian chảy của dịch pectin, đo bằng thiết bị Zahn cup 3 Thí nghiệm sử dụng các nồng độ pectin khác nhau (0,5%, 1%, 1,5% và 2%) để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion canxi (Ca2+) lên thời gian chảy của gel pectin.

Hình 3.33 cho thấy xu hướng chung ở cả 4 đường là khi nồng độ Ca 2+ tăng thì thời gian chảy tăng lên đến điểm cực đại rồi giảm dần Việc thời gian chảy tăng lên chứng tỏ rằng độ nhớt của dung dịch pectin cũng tăng lên Ở giai đoạn đầu, khi nồng độ Ca 2+ còn thấp (từ 0 đến 1 mM), hàm lượng ion Ca 2+ chưa đủ để phản ứng với các gốc cacboxyl tự do vì vậy mà không có sự khác biệt nhiều về thời gian chảy Khi nồng độ Ca 2+ tăng lên đủ lớn, sự hình thành các liên kết ngang giữa ion Ca 2+ và các gốc cacboxyl tự do trên các phân tử pectin đã giúp các phân tử pectin khác nhau liên kết nhau và hình thành gel theo cơ chế “egg – box” đã được đề cập ở phần 1.1.4 Sự hình thành gel này làm độ nhớt của dung dịch tăng lên dẫn đến thời gian chảy của dung dịch tăng theo Tuy nhiên khi lượng ion Ca 2+ đã bão hòa, việc cho thêm dung dịch Ca(OH)2 chỉ làm loãng dung dịch pectin dẫn đến độ nhớt giảm Vì vậy thời gian chảy cũng giảm dần

-67- Bên cạnh đó ứng với nồng độ pectin khác nhau, vùng nồng độ Ca 2+ ứng với thời gian chảy tăng lên và điểm cực đại của thời gian chảy là khác nhau Đường 2% có điểm cực đại cao nhất trong 4 đường với giá trị là 19.3s Tiếp theo là đường 1.5% và 1% với thời gian cực đại tương ứng là 16.13s và 15.64s Riêng đường 0.5% thì sự khác biệt giữa thời gian chảy ở mỗi nồng độ Ca 2+ là không nhiều Điều này chứng tỏ rằng hàm lượng pectin nha đam 0.5% là không đủ để tạo gel Dựa vào kết quả khảo sát này, ta có thể dự đoán là khi hàm lượng pectin càng nhiều thì thời gian chảy sẽ tăng lên ứng với khả năng tạo gel sẽ tốt hơn.

Ảnh hưởng của nồng độ Ca 2+ lên độ nhớt

[Ca 2+ ] (mM) Độ nhớt (cP )

Hình 3.34: Ảnh hưởng của nồng độ Ca 2+ lên độ nhớt

Trong thí nghiệm này, ảnh hưởng của nồng độ Ca 2+ trong quá trình tạo gel được đo thông qua độ nhớt của dung dịch và đo bằng thiết bị đo độ nhớt LVDV – E VISCOMETER BROOKFIELD Khảo sát được thực hiện với dung dịch pectin nha đam và pectin thương mại ở các nồng độ 1% và 1.5% Kết quả khảo sát cho thấy đường cong ảnh hường của nồng độ Ca 2+ lên độ nhớt tương tự với thời gian chảy

-68- Cũng như trong khảo sát trước, trong khoảng nồng độ Ca 2+ thấp (0 – 1 mM), độ nhớt của dung dịch không thay đổi nhiều chứng tỏ khoảng nồng độ Ca 2+ này chưa thể tạo gel với dung dịch pectin nha đam Khi nồng độ Ca 2+ tăng lên, độ nhớt dung dịch tăng lên ứng với cấu trúc gel được hình thành Sau khi đạt cực đại, lượng dung dịch thêm vào có thể làm cấu trúc gel bị phá hủy dẫn đến việc độ nhớt giảm Đường pectin nha đam 1.5% có độ nhớt cực đại là 387 cP tương ứng với nồng độ Ca 2+ khoảng gần 3 mM Trong khi độ nhớt cực đại của đường pectin nha đam 1% chỉ có 120 cP ứng với nồng độ Ca 2+ khoảng 2 mM Tương tự với pectin thương mại, một lần nữa kết quả cho thấy hàm lượng pectin càng cao thì độ nhớt cực đại cũng cao hơn Điều này cũng đồng nghĩa với việc khả năng tạo gel tốt hơn với lượng pectin cao hơn Ngoài ra, có thể thấy là vùng nồng độ Ca 2+ tạo gel của pectin thương mại cao hơn khi so sánh với pectin nha đam Điều này có thể giải thích là vì DE của pectin thương mại cao hơn khá nhiều so với pectin nha đam (khoảng 70% so với 50%) Số lượng các gốc cacboxyl tự do của pectin thương mại không nhiều so với nha đam vì vậy pectin thương mại cần nồng độ Ca 2+ cao hơn để có thể tạo gel Bên cạnh đó, độ nhớt cực đại của pectin thương mại 1.5% chỉ có 284 cP, thấp hơn khá nhiều so với nha đam Có thể cho rằng pectin nha đam có khả năng tạo gel tốt hơn pectin thương mại.

Ảnh hưởng của loại tác chất tạo gel lên độ nhớt

[Ca2+] (mM) Độ nhớt (cP) pectin 1.5% v i CaCl2 pectin 1% v i CaCl2

Hình 3.35: Độ nhớt của dung dịch pectin với CaCl 2

[Ca 2+ ] (mM) Độ nhớt (cP) pectin 1.5% v i Ca(OH)2 pectin 1% v i Ca(OH)2 pectin 1.5% v i CaCl2 pectin 1% v i CaCl2

Hình 3.36: Ảnh hưởng của tác chất tạo gel lên độ nhớt

Khảo sát này thực hiện với dung dịch pectin nha đam ở nồng độ 1% và 1.5%

Các tác chất tạo gel được sử dụng là Ca(OH)2 và CaCl2 Hình 3.35 cho thấy xu hướng chung của cả 2 đường là độ nhớt của dung dịch pectin nha đam tăng lên theo lượng CaCl2 thêm vào Cũng như khi sử dụng Ca(OH)2, độ nhớt tăng lên điểm cực đại rồi giảm Nồng độ pectin cao hơn cho độ nhớt cao hơn và ngược lại Tuy nhiên khi so sánh mức độ tăng độ nhớt với tác chất Ca(OH)2 thì rõ ràng là sự thay đổi khi dùng CaCl2 rất nhỏ, gần như không đáng kể Trên Hình 3.36, 2 đường độ nhớt của dung dịch pectin với CaCl2 có thể xem như là đường thẳng nằm ngang Điều này cho thấy khả năng tạo gel của Ca(OH)2 tốt hơn CaCl2

4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KIẾN NGHỊ

• Nghiên cứu các thành phần có trong hạt

• Thử nghiệm quy trình chiết pectin của nha đam cho đậu bắp và tìm các quy trình khác

• Khảo sát khả năng gel hóa của pectin từ đậu bắp b) Nha đam:

• Nghiên cứu các thành phần có trong dịch xay và vỏ

• Tìm kiếm các quy trình chiết pectin khác

• Nghiên cứu sâu hơn về gel pectin nha đam

Từ các kết quả của nghiên cứu này, cần nghiên cứu mở rộng về ứng dụng của pectin từ đậu bắp và nha đam Bên cạnh đó cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển trên những phần khác của 2 loại nguyên liệu này để trở thành giống cây trồng có ích và có thể được ứng dụng và phát triển rộng rãi trong nhiều lĩnh vực