Nghiên cứu về nguyên liệu, các tính chất biển đổi và quy trình công nghệ sản xuất và ứng dụng pectin

Nghiên cứu về nguyên liệu, các tính chất biển đổi và quy trình công nghệ sản xuất và ứng dụng pectin

Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 1. Lý do chọn đề tài .3 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PECTIN 5 1.1. Tình hình nghiên cứu về pectin 5 1.1.1. Tình hình nghiên cứu pectin trong nước .5 1.1.2. Tình hình nghiên cứu pectin trên thế giới .5 1.2. Nguồn gốc, cấu tạo và tính chất của pectin .6 1.2.1. Nguồn gốc .6 1.2.2. Cấu tạo 7 1.2.3. Tính chất .8 1.3. Phân loại và các chỉ số đặc trưng .9 1.3.1. Phân loại .9 1.3.2. Chỉ số đặc trưng .11 1.4. Cơ chế tạo gel .11 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel 13 1.5.1. Pectin 13 1.5.2. Nước .14 1.5.3. Đường .15 1.5.4. Acid .15 1.6. Ứng dụng 16 1.6.1. Trong công nghệ thực phẩm 16 1.6.2. Trong công nghệ dược phẩm .20 1.7. Tác dụng dược lý của pectin .21 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU .22 SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 1 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga 2.1. Đặc tính thực vật của cây bưởi .22 2.2. Các loại bưởi thường gặp 23 2.3. Thành phần hoá học của bưởi 26 2.4. Các dạng bưởi và phế liệu bưởi 26 2.3.1. Bưởi 26 2.3.2. Phế liệu bưởi .26 2.5. Ứng dụng của bưởi và phế liệu bưởi 27 2.5.1. Bưởi 27 2.5.2 Phế liệu bưởi 29 2.6. Tác dụng của bưởi và phế liệu bưởi .30 2.6.1. Bưởi 30 2.6.2. Phế liệu bưởi .31 Chương 3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT PECTIN32 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ 32 3.2. Thuyết minh quy trình .33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .43 TÀI LIỆU THAM KHẢO .44 SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 2 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga LỜI MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, đất nước đang trên đà phát triển theo đường lối công nghiệp hoá, hiện đại hoá thì các ngành công nghiệp, nông nghiệp cũng càng ngày phát triển. Đặc biệt ngành công nghệ thực phẩm cũng đang rất phát triển ở nước ta hiện nay, nó góp phần không nhỏ và cung cấp một lượng lớn thực phẩm cho xã hội, các sản phẩm của nó như bánh kẹo, nước giải khát, sữa, mứt đông, mứt đáp ứng một lượng lớn cho nhu cầu xã hội của nước ta hiện nay và sau này. Để có được những sản phẩm như vậy, một thành phần không thể thiếu và đóng vai trò quan trọng trong các sản phẩm đó là pectin, là một loại phụ gia quí và vô hại có khả năng tạo gel, tạo đông trong công nghệ chế biến để tạo ra các sản phẩm đa dạng và phong phú, dễ bảo quản khi vận chuyển. Mặt khác, nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới nên thuận lợi cho việc trồng và sản xuất nhiều loại rau quả. Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất pectin. Lượng pectin còn có nhiều trong phế liệu rau quả trong công nghệ chế biến nước ép trái cây như bã cam, chanh, táo, vỏ xoài, vỏ - cùi bưởi, đu đủ .Đây là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm từ nguyên liệu là phế liệu những phần ta không ăn được hay những phần kém giá trị dinh dưỡng mà ta có thể sử dụng lại để chiết xuất lấy pectin có trong những phế liệu đó làm cho chúng có tác dụng và ứng dụng nhiều, hơn nữa việc thu mua phế liệu không sử dụng của các nhà máy và xử lý chúng để đem dùng là có tác dụng lớn trong việc bảo vệ môi trường và đem lại giá trị kinh tế cao. Đây là sản phẩm còn ít người được biết đến và nghiên cứu về nó cũng chưa nhiều, mặc dù nhu cầu tiêu thụ tương đối lớn. Vì vậy, việc tìm hiểu về nguyên liệu các tính chất biến đổi và qui trình công nghệ thích hợp để sản xuất và ứng dụng hợp lý đang là vấn đề cần thiết, đem lại hiệu suất thu hồi pectin cao hơn, đóng góp thiết thực cho sự phát triển chung của ngành công nghệ thực phẩm trong việc đa dạng hoá các sản phẩm. SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 3 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa về mặt kinh tế: Nguyên liệu là phế liệu bưởi giá cả thu mua rẻ nên dẫn đến chi phí về một sản phẩm thấp. - Ý nghĩa về mặt xã hội: Khi chi phí cho một đơn vị sản phẩm thấp đồng nghĩa với giá thành sản phẩm không cao nên chi phí về chi tiêu giảm dẫn đến chi phí về giáo dục cao. Trình độ con người trong xã hội ngày càng được nâng cao. - Ý nghĩa về mặt sức khỏe: Có nhiều giá trị dinh dưỡng trong khẩu phần ăn hằng ngày, phòng và chữa một số bệnh như: hạ cholesterol trong máu, chống tăng cường đường huyết ở người mắc bệnh tiểu đường, kích thích bài tiết dịch vị…. - Ý nghĩa trong công nghệ thực phẩm: Ứng dụng trong chế biến đồ hộp và rau quả, bánh kẹo, mứt, mứt đông… SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 4 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PECTIN 1.1. Tình hình nghiên cứu về pectin [25], [26], [27] 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước - Có công trình nghiên cứu thu nhận pectin từ phế liệu quả bưởi và ứng dụng để sản xuất mứt xoài đông do hai sinh viên Võ Thị Xuân Hạ- Trương Thị Thu Hà. Trường cao đẳng công nghệ, năm 2010. - Nghiên cứu thu nhận pectin từ vỏ cà phê do tác giả Bùi Anh Võ và Nguyễn Đức Lượng. Trường Đại học Tôn Đức Thắng và trường Đại học Bách khoa, ĐHQG – HCM, năm 2009. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Pectin là polysaccharides hành động như một chất kết dính tế bào trong vỏ của nhiều loại hoa quả khác nhau và rau quả. Một tính năng quan trọng của pectin là este hóa của acid galacturonic với methanol. Mức độ methyl hóa được định nghĩa là số mol của methanol trên 100 mol của acid galacturonic. - Công trình nghiên cứu về chỉ số pectin do ông Padivalet al. (năm 1979), nghiên cứu này được hỗ trợ bởi tài trợ nghiên cứu từ CONICET (Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas) và Universidad Nacional del Sur, Argentina. (Planta Piloto de Ingeniería Química (UNS-CONICET) Camino "La Carrindanga" Km 7. CC 717. (8000) Bahía Blanca. Argentina). - Các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Thực phẩm Anh mới đây phát hiện một loại sợi gọi là pectin trong phần lớn rau quả tươi, có thể ngăn chặn nguy cơ phát triển ung thư. Sau khi nghiên cứu tác dụng của pectin trong phòng thí nghiệm, nhóm chuyên gia, do giáo sư Vic Morris dẫn đầu. SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 5 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga - Hội thảo quốc tế lần thứ hai về Pectins và Pectinaza được tổ chức bởi Đại học Wageningen và Trung tâm nghiên cứu và được tổ chức tại Rotterdam, Ngày 06- ngày 10 tháng 5, năm 2001. Cuộc họp này có hiệu quả sự tham dự của khoảng 130 đại biểu từ hơn 20 quốc gia, đại diện cho gần như tất cả các nhóm / ngành công nghiệp làm việc trên toàn thế giới về pectins và pectinaza. Sau cuộc họp đầu tiên về chủ đề này được tổ chức vào tháng 12 năm 1995, hội nghị chuyên đề chắc chắn tạo thành một nền tảng cho các nhà nghiên cứu và các ngành công nghiệp làm việc trong lĩnh vực này, tất cả trong kỷ luật chuyên môn riêng của họ. - Nghiên cứu công nghệ chiết xuất pectin từ Artocarpus heterophyllus lam. Được nghiên cứu bởi Guo Fei-yan, JI Ming-hui *, SHU Huo-ming, Chen Jing, Chen Yi-nan (Khoa Hóa, Đại học Hải Nam bình thường, chính Lab của Herb Hóa Dược phẩm nhiệt đới của tỉnh Hải Nam, 571.158 Hải Khẩu, Trung Quốc). - Pectin, một loại chất xơ được tìm thấy trong trái cây và rau quả, theo một nghiên cứu trong phòng thí nghiệm mới từ Mỹ, được viết trên tạp chí Glycobiology, thì pectin có thể gây chết tế bào lập trình trong các tế bào ung thư tuyến tiền liệt. Những gì báo cáo này cho thấy là nếu bạn lấy tế bào ung thư tuyến tiền liệt của con người và thêm pectin, bạn có thể tạo ra tế bào chết được lập trình", ông Debra Mohnen nhà nghiên cứu tế bào. "Nếu bạn làm như vậy không phải ung thư bằng tế bào chết không xảy ra . " 1.2. Nguồn gốc, cấu tạo và tính chất của pectin 1.2.1. Nguồn gốc - Pectin là chất phụ gia thực phẩm ngày nay thường được dùng để tạo gel, tạo đông. - Pectin có mặt trong củ quả, 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. Tiền thân của pectin là protopectin không tan trong nước và có nhiều trong mô trái cây còn xanh, quá trình chín sẽ kèm theo sự thủy phân protopectin thành SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 6 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga pectin. Sau đó kết hợp với sự demetyl hóa dưới tác dụng của enzyme và sự depolymer hóa của pectin thành pectate và cuối cùng là các loại đường hòa tan và acid. - Từ thời tiền sử chất pectin đã là thành phần trong khẩu phần ăn của con người. Nhưng chỉ mới nửa thế kỷ trước ngành công nghệ thực phẩm mới nhận biết được vai trò quan trọng của phụ gia pectin trong việc đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm. - Trong công nghiệp pectin được thu nhận từ dịch chiết của các nguyên liệu thực vật thường là táo hay các quả có múi như: cam, quýt, bưởi…Phần lớn các quốc gia xem pectin là phụ gia quý và vô hại được sử dụng với liều lượng phụ thuộc vào từng quy trình công nghệ. 1.2.2. Cấu tạo [4], [5], [12], [14] - Pectin là một polymer của các acid polygalacturonic và các este methyl của chúng. Pectin có nhiều ở quả, củ hoặc thân cây. Trong thực vật, pectin tồn tại dưới hai dạng: + Dạng protopectin không tan, tồn tại chủ yếu ở thành tế bào dưới dạng kết hợp với polysaccharide araban. + Dạng hòa tan của pectin, tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào. SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 7 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga Hình 1: Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật. - Các chất pectin là các polysaccharide, mạch thẳng, cấu tạo từ sự liên kết giữa các mạch của phân tử acid D- galacturonic C 6 H 10 O 7, liên kết với nhau bằng liên kết 1,4- glucoside. Trong đó một số gốc acid có chứa nhóm methoxyl (-OCH 3 ). Chiều dài của chuỗi acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị acid polygalacturonic. - Cấu tạo 1 đơn vị của chuỗi pectin: Hình 2: Cấu tạo một đơn vị chuỗi pectin. - Phân tử lượng: của các loại pectin tách từ các nguồn quả khác nhau thay đổi trong giới hạn rộng tùy theo số phân tử acid galaturonic 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 ÷ 35.000, trong khi đó pectin lấy từ cam lại có phân tử lượng đạt tới 50.000. - Trong thực tiễn thì tên pectin dùng để chỉ cả acid pectinic và pectin. 1.2.3. Tính chất SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 8 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga - Pectin thuộc nhóm các chất làm đông tụ. 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). - Mã hiệu quốc tế của pectin là E440. - Pectin tinh chế có dạng chất bột trắng, màu xám nhạt. - Là một chất keo hút nước và rất dễ tan trong nước, không tan trong ethanol. - Khả năng tạo gel và tạo đông, khi có mặt của acid và đường. - Pectin tự do, nó mất khả năng tạo đông khi có đường. Vì vậy để duy trì khả năng tạo gel của pectin hòa tan cần chú ý tránh môi trường kiềm hoặc tác dụng thủy phân của enzyme pectinase. - Dung dịch pectin có độ nhớt cao. Nếu muốn thu dịch quả ép thì dung dịch này bất lợi, người ta phải dùng enzyme pectinase để thủy phân pectin, giảm độ nhớt. - Còn đối với pectin tan thì dưới tác dụng của pectinase sẽ biến thành acid pectinic (thường dưới dạng muối Ca và Mg) và các chất đơn giản khác như rượu methylic, acid acetic, arabinose, galactose. - Pectin hòa tan khi bị tác dụng của chất kiềm loãng hoặc enzyme pectinase sẽ giải phóng nhóm methyl dưới dạng rượu methylic, polysaccharide còn lại khi đó gọi là acid pectin tự do, nghĩa là chứa acid polygalacturonic. Acid pectin có thể tạo nên dạng muối canxi pectat, chất này chuyển thành dạng kết tủa dễ dàng, do đó được dùng để định lượng các chất pectin. 1.3. Phân loại và các chỉ số đặc trưng 1.3.1. Phân loại a. Theo % nhóm methoxyl có trong phân tử SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 9 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga - HMP (High Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl cao (HMP): MI > 7%, trong phân tử pectin có trên 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE > 50%). Hình 3: Công thức HM pectin. - LMP (Low Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl thấp: MI < 7%, khoảng từ 3 ÷ 5%, trong phân tử pectin có dưới 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE ≤ 50%). Hình 4: Công thức LM pectin. + Trong đó một vài pectin phản ứng với amoniac để tạo ra pectin được amid hóa ứng dụng trong một số lĩnh vực khác. Hình 5: Công thức pectin được amid hóa. b. Theo khả năng hòa tan trong nước SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 10 [...]... của sản phẩm e Các ứng dụng khác của pectin trong công nghệ thực phẩm - Dùng pectin hay pectat để chế tạo bao bì (màng) ăn được: màng thu được bằng cách đem nhúng sản phẩm vào dung dịch pectin methoxyl thấp hay natri pectat và sau đó nhúng vào dung dịch canxi clorua Đôi khi người ta thêm glyxerin vào dung dịch pectin để làm dẻo hoá Màng phủ lên phải đem sấy - Pectin còn được sử dụng nhiều trong sản xuất. .. người ta có thể sử dụng cả pectin và carragenan b Ứng dụng của pectin trong công nghiệp bánh kẹo Hình 9 : Các sản phẩm bánh kẹo có sử dụng pectin SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc 19 Lớp: 08C3 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga - Pectin tăng tính hấp dẫn, tạo cấu trúc đàn hồi, tăng mùi vị trái cây tự nhiên và tạo bề mặt bóng láng cho sản phẩm Pectin là chất tạo gel tốt, tan... Vì vậy, pectin được ứng dụng nhiều trong công nghiệp bánh kẹo như: mứt quả, kẹo dẻo, lớp mặt bánh kem, bánh ngọt nhân hoa quả c Ứng dụng của pectin trong công nghiệp chế biến sữa Hình 10: Các sản phẩm từ sữa có sử dụng pectin Pectin bổ sung hương vị trái cây cho các sản phẩm sữa chua Cho pectin vào sữa lên men với liều lượng vừa đủ, trộn đều để được dung dịch đồng nhất Trong yaourt trái cây, pectin. .. mịn và làm tăng giá trị cảm quan thực phẩm trong sữa chua d Ứng dụng của pectin trong công nghiệp chế biến nước giải khát SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc 20 Lớp: 08C3 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga Hình 11: Các sản phẩm đồ uống có sử dụng pectin Việc sử dụng pectin trong các sản phẩm đồ uống rất phù hợp vì chúng có cacbonhydrate tự nhiên năng lượng thấp và ổn định tính. .. đều các mẫu trái cây nhỏ trong sữa và nó còn làm cho sản phẩm có bề mặt nhẵn bóng Trong các sản phẩm nhiều lớp, pectin còn có tác dụng ổn định và giữ cho trái cây không bị tách khỏi yaourt Trong yaourt uống, pectin từ bưởi bảo vệ protein không bị biến tính trong quá trình tiệt trùng, ngăn chặn protein kết tủa và sự kết đông, giúp sản phẩm ổn định và đạt tính chất cảm quan tốt nhất, không giảm chất. .. 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 Trong một số trường hợp, pectin còn được sử dụng với carageenan... không thay đổi cấu trúc, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản phẩm, và giảm tối đa sự phân rã Quá trình sản xuất mứt đông và mứt trái cây phải đảm bảo tạo ra sự phân bố đồng đều của các phân tử trong pha liên tục ngay từ khi quá trình khuấy trộn ngừng lại Hàm lượng pectin sử dụng trong mứt và mứt đông thường trong khoảng 0,2 ÷ 0,4% - Pectin có khả năng tạo gel nhanh có giá trị đặc biệt trong sản xuất mứt... tăng hiệu quả tạo gel 1.6.1 Trong công nghệ thực phẩm a Ứng dụng của pectin trong công nghệ chế biến rau quả - Pectin là chất tạo đông tốt nhất được sử dụng để tạo ra cấu trúc gel cho thực phẩm, chủ yếu là những thực phẩm có nguồn gốc từ rau quả Nó có khả năng giữ mùi tự nhiên trong kẹo đông hay các sản phẩm khác, không gây mùi vị lạ - Tác dụng tạo đặc của pectin được sử dụng chủ yếu ở những loại thực... Nga - Chiết xuất pectin và naringin Được ứng dụng trong công nghệ thực phẩm (như ở phần ứng dụng của bưởi ở trên), ngoài ra còn được ứng dụng trong công nghệ dược phẩm như sau: + Pectin được dùng để điều chế ra thuốc uống, thuốc tiêm (bắp, dưới da) để cầm máu trước và sau khi phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng, phụ khoa, và dung dịch pectin 5% còn được sử dụng như thuốc sát trùng H 2O2 (nước oxy... DỰNG QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT PECTIN TỪ PHẾ LIỆU BƯỞI 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ Nguyên liệu Xử lý nguyên liệu Xay nhỏ Dd HCl loãng Trích ly pectin Dd Na2CO3 Trung hòa Ép Bã ép Lọc Lọc Bã lọc Cô đặc chân không Kết tủa Rót bao bì Lọc lấy bã Thanh trùng Bao bì Rửa bã Chế phẩm pectin cô đặc Bảo quản Sấy chân không Nghiền nhỏ Bột pectin SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc 33 Lớp: 08C3 Dịch lọc Đề tài: Chiết xuất pectin . đối lớn. Vì vậy, việc tìm hiểu về nguyên liệu các tính chất biến đổi và qui trình công nghệ thích hợp để sản xuất và ứng dụng hợp lý đang là vấn đề cần. [27] 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước - Có công trình nghiên cứu thu nhận pectin từ phế liệu quả bưởi và ứng dụng để sản xuất mứt xoài đông do hai