Nghiên cứu chiết và đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của pectin thô từ vỏ và cùi bưởi citrus sp

i LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, tôi luôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ của thầy cô hướng dẫn. Nhân dịp này tôi xin chân thành bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới : ThS Đặng Xuân Cường- Phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang, ThS Lê Nhã Uyên- Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường - Trường Đại học Nha Trang, tuy luôn bận rộn với công việc và gia đình song vẫn dành cho tôi sự quan tâm trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn đến sự quan tâm của Ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang, tập thể Thầy Cô giáo trong Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường cùng các bạn lớp 50SH- Trường Đại học Nha Trang đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến và những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài này. Cuối cùng tôi xin cảm ơn sâu sắc nhất đến ba mẹ tôi, người luôn theo tôi suốt quá trình học tập, người luôn tạo điều kiện tốt nhất, luôn động viên tôi trong những lúc tôi gặp khó khăn nhất, để tôi có thể hoàn thành tốt quá trình học tập của mình. Nha trang, tháng 7 năm 2012 Sinh viên Đặng Thị Tuyết ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ vii DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix LỜI MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN 2 1.1. Tổng quan về pectin 2 1.1.1. Nguồn gốc và cấu tạo pectin 2 1.1.1.1. Nguồn gốc pectin [5],[14] 2 1.1.1.2. Cấu tạo [4],[5],[19]. 3 1.1.2. Phân loại pectin [33] 5 1.1.2.1. Theo phần trăm nhóm methoxyl có trong phân tử 5 1.1.2.2. Theo khả năng hòa tan trong nước 5 1.1.3. Tính chất, hoạt tính sinh học và ứng dụng của pectin 6 1.1.3.1. Tính chất của pectin [5],[7] 6 1.1.3.2. Hoạt tính sinh học của pectin [30] 9 1.1.3.3. Ứng dụng của pectin 10 1.1.3.4. Trong công nghệ dược phẩm [32],[35] 13 1.1.4. Tình hình nghiên cứu pectin ở Việt Nam và trên thế giới 14 1.1.4.1. Tình hình nghiên cứu pectin ở Việt Nam 14 1.1.4.2. Tình hình nghiên cứu Pectin trên thế giới 14 1.2. Tổng quan về nguyên liệu 15 1.2.1. Đặc tính thực vật của cây bưởi 15 1.2.2. Một số loại bưởi phổ biến 15 1.2.3. Thành phần hóa học của bưởi 16 1.2.4. Phế liệu bưởi 17 1.3. Một số phương pháp chiết pectin 17 iii 1.3.1. Phương pháp CO 2 siêu tới hạn 17 1.3.2. Phương pháp chiết hồi lưu (soxhlet) 20 1.3.3. Phương pháp ngâm chiết [8] 20 1.3.3.1. Chiết bằng phương pháp ngấm kiệt (Percolation) 20 1.4. Một số quá trình xảy ra trong quá trình chiết [2] 21 1.4.1. Quá trình khuếch tán 21 1.4.1.1. Khuếch tán phân tử 22 1.4.1.2. Khuếch tán đối lưu 23 1.4.2. Quá trình thẩm thấu 23 1.4.3. Quá trình thẩm tích 23 1.5. Một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết [2] 24 1.5.1. Dung môi 24 1.5.2. Nhiệt độ chiết 24 1.5.3. Thời gian chiết xuất 25 1.5.4. Độ mịn của nguyên liệu 25 1.5.5. Tỷ lệ dung môi - nguyên liệu 26 1.5.6. pH dung môi chiết 26 1.6. Mô hình thiết kế thí nghiệm Box-Behnken 26 1.6.1. Cơ sở lý thuyết [3] 26 1.6.2. Các bước tiến hành [10] 27 1.7. Phân tích dữ liệu 29 Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu 30 2.1.1. Vật liệu 30 2.1.2. Hóa chất 30 2.1.3. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 30 2.2. Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1. Phương pháp chiết xuất 30 2.2.2. Phương pháp định lượng 30 iv 2.2.3. Phương pháp xác định hoạt tính chống oxy hóa [18] 31 2.2.4. Phương pháp xác định hàm ẩm 31 2.2.5. Phương pháp phân tích, xử lý số liệu dữ liệu 32 2.3. Bố trí thí nghiệm 32 2.3.1. Quy trình chiết pectin dự kiến 32 2.3.2. Bố trí thí nghiệm xác định dung môi chiết thích hợp 33 2.3.3. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ dung môi : nguyên liệu chiết 33 2.3.4. Bố trí thí nghiệm để xác định pH thích hợp 34 2.3.5. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết thích hợp 34 2.3.6. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ chiết thích hợp 35 2.4. Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa 36 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1. Khảo sát một số yếu tố đầu vào tới hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa tổng 37 3.1.1. Ảnh hưởng của loại dung môi chiết lên hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 37 3.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ DM:NL lên hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa… 39 3.1.3. Ảnh hưởng của pH lên hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 41 3.1.4. Ảnh hưởng thời gian chiết lên hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa… 44 3.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết lên pectin và hoạt tính chống oxy hóa 47 3.1.5. Tối ưu hóa công đoạn chiết pectin và hoạt tính chống oxy hóa 49 3.1.6. Phân tích một số thành phần hóa học của pectin chiết từ vỏ và cùi bưởi Citrus sp…… 54 3.1.7. Đề xuất quy trình tách chiếc pectin từ vỏ và cùi bưởi Citrus sp. 55 3.1.7.1. Sơ đồ quy trình 55 3.1.7.2. Thuyết minh quy trình 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 v TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 Tiếng Việt 59 PHỤ LỤC 62 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc pectin 2 Hình 1.2. Cấu tạo pectin 3 Hình 1.3. (a) một đoạn lặp đi lặp của phân tử pectin và chức năng của nhóm: (b) carboxyl; (c) methoxyl; (d) admine trong chuỗi pectin 4 Hình 1.4. Công thức HM pectin 5 Hình 1.5. Công thức LM pectin 5 Hình 1.6. Công thức pectin được amide hóa 5 Hình 1.7. Cơ chế gel của pectin bằng lên kết hydro 7 Hình 1.8. Cơ chế tạo gel của pectin bằng liên kết với ion Ca 2+ 8 Hình 1.9. Sản phẩm có sử dụng pectin 10 Hình 1.10. Ứng dụng pectin trong sản xuất bánh kẹo 11 Hình 1.11. Pectin trong công nghệ chế biến sữa 12 Hình 1.12. Pectin trong sản xuất đồ uống và nước sốt 13 Hình 1.13. Pectin trong công nghệ dược phẩm 13 Hình 1.14. Một số loại bưởi phổ biến ở Việt Nam 16 Hình 3.1. Mô hình bề mặt 3D của hàm mục tiêu Y 1 52 Hình 3.2. Mô hình bề mặt 3D của hàm mục tiêu Y 2 53 Hình 3.3a. Đồ thị 2D thể hiện sự tương tác giữa 3 yếu tố lên hàm mục tiêu Y 1 53 Hình 3.3b. Đồ thị 2D thể hiện sự tương tác giữa 3 yếu tố lên hàm mục tiêu Y 2 53 Hình 3.4. Mô hình bề mặt 2D trùng lắp của 2 hàm mục tiêu Y 1 và Y 2 54 vii DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ Đồ thị 1. Ảnh hưởng của các loại acid đến hàm lượng pectin thô thu được 37 Đồ thị 2: ảnh hưởng của loại acid đến hoạt tính chống oxy hóa của pectin 38 Đồ thị 3: Sự tương quan giữa hàm lượng pectin thô và hoạt tính chống oxy hóa tổng 38 Đồ thị 4. Ảnh hưởng của tỉ lệ DM:NL đến hàm lượng pectin thu được 39 Đồ thị 5. Ảnh hưởng của tỉ lệ DM:NL đến hoạt tính chống oxy hóa 40 Đồ thị 6: Sự tương quan giữa hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 41 Đồ thị 7. Ảnh hưởng của pH đến lượng pectin thu được 42 Đồ thị 8. Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính chống oxy hóa của pectin 43 Đồ thị 9: Sự tương quan giữa hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 43 Đồ thị 10. Ảnh hưởng của thời gian đến lượng pectin thu được 44 Đồ thị 11. Ảnh hưởng của thời gian đến hoạt tính chống oxy hóa của pectin 45 Đồ thị 12: Sự tương quan giữa hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 46 Đồ thị 13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến lượng pectin thu được 47 Đồ thị 14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính chống oxy hóa của pectin 48 Đồ thị 15: Sự tương quan giữa hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 49 viii DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ Bảng 1.1. hàm lượng pectin trong các nguyên liệu khác nhau 3 Bảng 1.2. Thể hiện phần trăm pectin trong các phế liệu của Bưởi 17 Sơ đố 2.2. Bố trí thí nghiệm xác định dung môi chiết thích hợp 33 Sơ đồ 2.3. Bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ chiết thích hợp 33 Sơ đồ 2.6. Bố trí thí nghiệm xác định pH môi trường chiết thích hợp 34 Sơ đồ 2.5. bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết thích hợp 35 Sơ đồ 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ chiết thích hợp 35 Bảng 2.1. Bảng quy đổi biến mã và biến thực 36 Bảng 2.2. Thiết kế thí nghiệm theo biến mã và biến thực bằng mô hình Box- behnken 36 Bảng 3.1. Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa 49 Bảng 3.2. Bảng thể hiện độ lệch chuẩn, độ tương tác và F của các yếu tố và hàm mục tiêu 50 Bảng 3.3. Bảng thể hiện xác suất và hệ số mô hình của 2 hàm mục tiêu 51 Bảng 3.4. Một số thành phần hóa học của pectin chiết từ vỏ và cùi bưởi 55 Sơ đồ 3.1. Quy trình tách chiết pectin đề xuất từ vỏ và cùi bưởi 56 Bảng 4.1. Ảnh hưởng của dung môi đến hàm lượng pectin thu được và hoạt tính chống oxy hóa của pectin 62 Bảng 4.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ DM:NL đến hàm lượng pectin thu được và hoạt tính chống oxy hóa của pectin 62 Bảng 4.3. Ảnh hưởng đến lượng pectin thu được và hoạt tính chống oxy hóa của pectin 63 Bảng 4.4. Ảnh hưởng của thời gian đến lượng pectin thu được và hoạt tính chống oxy hóa của pectin 63 Bảng 4.5. Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng pectin thu được và hoạt tính chống oxy hóa của pectin 64 ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DM:NL Dung môi: Nguyên liệu NL Nguyên liệu SC-CO 2 Supereritical carbon dioxide TA Total antioxidant (Hoạt tính chống oxy hóa tổng) SD Standard deviation (Độ lệch chuẩn) HG Homogalacturonan RG-I Rhamnogalacturonan-I RG-II Rhamnogalacturonan-II LMP Low methoxyl pectin ( pectin methoxyl hóa thấp) HMP High methoxyl pectin ( pectin methoxyl hóa cao) MI chỉ số methoxyl hóa DE chỉ số ester hóa 1 LỜI MỞ ĐẦU Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nhiều ngành công nghiệp trong nước ngày càng phát triển, trong đó ngành công nghệ thực phẩm hiện nay phát triển rất mạnh và góp phần cung cấp một lượng lớn thực phẩm cho xã hội, các sản phẩm của ngành như bánh kẹo, nước giải khát, sữa, mứt đông, mứt đáp ứng lượng lớn cho nhu cầu của Việt Nam cũng như trên thế giới 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. Chúng là 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. Lượng pectin còn có nhiều trong phế liệu rau quả, trong công nghệ chế biến nước ép trái cây đặc biệt là vỏ - cùi bưởi Chúng là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, được thu nhận từ những phần không ăn được hay những phần kém giá trị dinh dưỡng. Tái sử dụng phế liệu nông sản để chiết xuất pectin góp phần tạo sản phẩm giá trị gia tăng, bảo vệ môi trường và đem lại giá trị kinh tế cao. Vì những đặc điểm trên mà chúng tôi đã đưa ra hướng nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu chiết và đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của pectin thô từ vỏ và cùi bưởi Citrus sp” với các nội dung như sau: - Nghiên cứu xác định dung môi chiết pectin (loại, nồng độ và tỷ lệ dung môi nguyên liệu) - Nghiên cứu xác định nhiệt độ, thời gian chiết pectin. - Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của pectin thô thu được. - Xác định một số thành phần hóa học của pectin thô. [...]... Phân loại pectin [33] 1.1.2.1 Theo phần trăm nhóm methoxyl có trong phân tử Dựa trên mức độ methoxy hóa và este hóa, trong thương mại chia pectin thành 2 loại: pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin – HMP): DE >50% hay MI > 7% Chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 và nồng... hình nghiên cứu pectin ở Việt Nam và trên thế giới 1.1.4.1 Tình hình nghiên cứu pectin ở Việt Nam - Năm 2008, tác giả Tạ Duy Tiên [24] đã tiến hành tách chiết, tinh sạch pectin và điều chế dẫn xuất chlorophyllin tan trong nước từ lá dây sâm Cocculus sarmentosus (lour.) Diels, - Năm 2009, tác giả Bùi Anh Võ [1] đã tiến hành nghiên cứu thu nhận pectin từ vỏ cà phê Tác giả đã chỉ ra điều kiện chiết pectin. .. 1.2.2 Một số loại bưởi phổ biến Ở Việt Nam có rất nhiều loại bưởi, đa dạng và phong phú, có nhiều cách phân biệt loại bưởi: như bưởi Thanh (gốc Huế), bưởi Long (gốc Tiền Giang), bưởi năm roi (gốc Cần Thơ, Vĩnh Long), bưởi Xiêm Vang, bưởi đường lá cam ( lá như lá cam), bưởi đường hồng, bưởi đường núm, bưởi da láng, bưởi da xanh, bưởi da cóc, bưởi bung, bưởi chùm, bưởi ổi Mỗi năm, bưởi ra hoa khoảng... đã nghiên cứu về đặt tính của CO2 ở trạng thái siêu tới hạn Tuy nhiên tới đầu những năm 1970 công nghệ chiết xuất các hợp chất tự nhiên bằng dung môi CO2 siêu tới hạn (SC-CO2) mới thực sự phát triển và đi vào ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm như loại cafein trong cà phê và chè xanh, chiết xuất dầu vừng đen, chiết polyphenol từ chè xanh, chiết xuất các hoạt chất chống oxy hóa, chiết. .. acid thì giải phóng pectin hòa tan 1.1.3 Tính chất, hoạt tính sinh học và ứng dụng của pectin 1.1.3.1 Tính chất của pectin [5],[7] Đặc tính quan trọng của pectin là khi có mặt acid và đường sẽ tạo thành chất keo - Pectin thuộc nhóm các chất đông tụ - Là chất keo hút nước, dễ tan trong nước, không tan trong ethanol Khi hòa tan trong nước tạo dung dịch keo có độ nhớt cao - Dung dịch pectin có độ nhớt cao... được hình thành bởi acid D-galacturonic HG có thể bị acetyl hóa hoặc Methyl este hóa Chúng được gọi là vùng mịn của pectin Các phân tử phân loại theo mức độ este của nó: pectin có ít nhất 75% của nhóm cacboxyl methyl hóa, acid pectinic có ít hơn 75% của nhóm cacboxyl methyl hóa, acid pectic hay acid polygalacturonic không có nhóm cacboxyl methyl hóa [12] Rhamnogalacturonan-І (RG-I): RG-I được tạo ra bởi... gian ngắn, nhưng tốn kém trong thu hồi dung môi và tốn dung môi 1.5.6 pH dung môi chiết pH dung môi chiết ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng cũng như hoạt tính của các chất chiết được Nếu pH acid cao hay kiềm cao có thể gây phá hủy cấu trúc hoặc chuyển trạng thái hoạt chất chiết được, dẫn đến mất đi tính chất cơ bản của hoạt chất Nên nghiên cứu pH dung môi chiết là rất cần thiết 1.6 Mô hình thiết kế thí... trái vụ Bưởi thích hợp với đất phù sa, nhiều mùn và khí hậu mát mẻ Sau đây chúng ta có thể tìm hiểu một số loại bưởi sau: 16 Giống bưởi da xanh Bưởi đường lá cam Bưởi năm Roi Hình 1.14 Một số loại bưởi phổ biến ở Việt Nam Bưởi Phúc Trạch Bưởi Đoan Hùng 1.2.3 Thành phần hóa học của bưởi - Nước quả bưởi chứa nhiều chất bổ dưỡng, như các loại đường trái cây, đạm, béo, acid tannic, beta - caroten và các... HM pectin Pectin methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP): DE < 50 % hay MI < 7%, được sản xuất bằng cách giảm nhóm methoxyl trong phân tử pectin Pectin methoxy thấp có thể tạo đông trong môi trường không có đường Chúng thường được dùng làm màng bao bọc các sản phẩm Hình 1.5 Công thức LM pectin Ngoài ra pectin còn được tác dụng với amoniac (amide hóa) để sản xuất hợp chất carboxamide ứng dụng vào... phân tử pectin phải đạt mức độ nhất định Khi đó gel được tạo thành ngay cả khi không thêm đường và acid - Khi chỉ số methoxyl của pectin thấp, cũng có nghĩa là tỷ lệ các nhóm – COOcao, thì các liên kết giữa những phân tử pectin sẽ là liên kết ion qua các ion hóa trị hai đặc biệt là Ca2+  Cấu trúc của gel: phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ và chỉ số methoxyl Gel pectin có chỉ số methoxyl thấp thường có tính . hướng nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu chiết và đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của pectin thô từ vỏ và cùi bưởi Citrus sp với các nội dung như sau: - Nghiên cứu xác định dung môi chiết pectin. hưởng của nhiệt độ chiết lên pectin và hoạt tính chống oxy hóa 47 3.1.5. Tối ưu hóa công đoạn chiết pectin và hoạt tính chống oxy hóa 49 3.1.6. Phân tích một số thành phần hóa học của pectin chiết. pectin và hoạt tính chống oxy hóa 39 3.1.3. Ảnh hưởng của pH lên hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 41 3.1.4. Ảnh hưởng thời gian chiết lên hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa