công nghệ chế biến pectin từ phế liệu rau quả

Hình 9: LMAPLow methoxyl amidated pectin Theo tốc độ tạo gel - Pectin có tốc độ tạo gel thật nhanh Ultra Rapid Set - Pectin có tốc độ tạo gel nhanh Rapit Set - Pectin có tốc độ tạo g

Chöông 1:

TOÅNG QUAN VEÀ PECTIN

1.1 Phát hiện :

- Tên gọi Pectin được bắt nguồn từ một từ gốc Hy Lạp là “Pectos” có nghĩa là “ hoágel” hay “ hoá đặc”, Pectin được phát hiện vào năm 1779 bởi Vauquelin, tên gọi Pectin đượcsử dụng vào năm 1824

- Năm 1824, Smolenki lần đầu tiên xác nhận Pectin là polymer của a Galacturonic

- Năm 1830, Meyyor và Mark phát hiện thấy cấu trúc thẳng của phân tử Pectin

- Năm 1937, cấu trúc của Pectin chính thức được Shneider và Boek xác định

1.2 Quá trình phát triển:

- Pectin có vai trò quan trọng trong sản xuất mứt quả, thạch quả

- Dần dần con người đã biết trộn các loại quả hay chất chiết từ các loại quả có nhiềuPectin với các loại quả có ít Pectin hoặc không có Pectin làm thành mứt tốt

VD : Trộn dâu tây với quả phúc bồn tử hoặc dâu tằm, chất chiết từ vỏ và cùi táo đượcdùng rất nhiều bổ sung vào các loại mứt

- Các nhà sản xuất bắt đầu tìm kiếm các nguồn Pectin khác Đầu TK XX, khả năng tạođông nổi bật của Pectin ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn trong Hoá thực phẩm, đánh dấusự sản xuất Pectin theo quy mô lớn

- Chiết xuất Pectin dạng lỏng được sản xuất đầu tiên năm 1908 ở Đức và nhanh chónglan truyền đến Hoa Kỳ, những năm gần nay trung tâm sản xuất Pectin đã chuyển sang ChâuÂu và các nước sản xuất nhiều quả có muối ( cam, chanh….): Mehico, Braxin…

1.3 Nguồn gốc của Pectin:

- Pectin là hợp chất tự nhiên có nhiều trong màng tế bào của các loài thực vật bậc cao chủyếu phân bố ở các loại quả, củ, thân

Hình 1: Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật

- Trong màng tế bào, Pectin có mặt ở phiến giữa ( có hàm lượng cao nhất và vách tếbào sơ cấp

- Phiến giữa là một phiến mỏng ngăn cách hai tế bào kế cận, được cấu tạo chủ yếu bởi

Nhóm tiểu luận:18 Trang 2

Pectin có chức năng phân biệt và liên kết hai tế bào kế cận, trong đó pectin đóng vai trò làchất keo kết dính, vì thế người ta gọi Pectin là ciment trong cấu trúc tế bào thực vật Pectinthường tồn tại ở hai dạng:

+ Dạng hoà tan: tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào

+ Dạng Protopectin không tan : tồn tại chủ yếu ở thành tế bào có khả năng hấp thumột lượng nước rất lớn, giúp điều chỉnh, cân bằng lượng nước cho tế bào thực vật

- Protopectin có thể chuyển sang dạng Pectin hoà tan dưới tác dụng của acid, enzymePectinase hoặc khi đun sôi

Ở vách tế bào thứ cấp của một số loài chuyển hoá cao, Pectin không có hoặc có mặt rấtít

- Protopectin có nhiều trong rau quả xanh khoảng 1-1.5%, riêng cà rốt, bí ngô lên đến2.5% khi quả già chín hay đun nóng protopectin chuyển thành Pectin hoà tan

- Quá trình già chín của quả còn kèm theo các phản ứng demethyl hoá và depolyme hoáPectin dưới tác dụng của hệ enzyme có trong quả tạo thành Pectate và và cuối cùng là acidvà các loại đường hoà tan

- Hàm lượng Pectin hoà tan chiếm khoảng 10% tổng hàm lượng acid uronic trong vách tếbào bưởi chín , 35-40% trong anh đào và dâu tây chín , 85% trong bơ chín

- Hàm lượng Pectin trong quả thường cao nhất khi quả chín vừa tới, sau đó giảm do bịdemethyl hoá Khi quả thối, Pectin bị phân huỷ sâu hơn

Bảng 1: Hàm lượng Pectin trong một số thực vật

- Trong cùng một loại quả nhưng các phần khác nhau có hàm lượng Pectin khác nhau

Bảng 2: Phần trăm Pectin trong các phần phế liệu của bưởi

-Cấu tạo một phân tử Pectin

Hình 2: Cấu tạo một đơn vị chuỗi Pectin

- Pectin là các Polysaccharide, mạch thẳng, cấu tạo từ sự liên kết giữa các mạch củaphân tử acid D – Galacturonic C6H10O7 , liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-Glucoside Trongđó một số gốc acid có chứa nhóm Methoxyl (-OCH3 ) Chiều dài của chuỗi acidPolygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị đến hàng trăm đơn vị acid Galacturonic

* Cách gọi tên:

+ Pectin : chỉ chuỗi Polygalacturonic methyl hoá 100% ( tương ứng với chỉ số Methoxyl

cao nhất là 16.3% )

Hình 3: Cấu tạo phân tử pectin

Nhóm tiểu luận:18 Trang 4

+ Acid Pectinic : chất được Methyl hoá thấp hơn 100%.

Hình 4: Cấu tạo phân tử Acid Pectinic

Hình 5:Cấu trúc ghế đôi trong không gian của Pectin + Acid Pectic : chỉ acid Polygalacturonic hoàn toàn không chứa nhóm Methoxy

Hình 6: Cấu trúc phân tử Acid Pectic

Trong thực tế người ta dùng tên Pectin để chỉ cả acid Pectinic và Pectin

- Phân tử lượng : Các loại Pectin tách từ các quả khác nhau có phân tử lượng thay đổi

trong giới hạn rộng tuỳ theo số phân tử Acid Galacturonic và thường thay đổi trong phạm vi từ10.000-100.000 VD Pectin thu từ nguồn táo mận có PTL : 25.000-35.000, trong khi đó Pectinthu từ cam có PTL : 50.000

- Trong các hợp chất Glucid, so về chiều dài phân tử thì Pectin cao hơn tinh bột nhưngthấp hơn Cellulose

+ Chỉ số Methoxyl ( MI ): biểu hiện tỷ lệ methyl hoá, là % khối lượng nhóm Methoxyl

( -OCH3 ) trên tổng khối lượng

Sự Methyl hoá hoàn toàn ứng với chỉ số methoxyl bằng 16.3%, các Pectin tách từ thựcvật thường có chỉ số Methoxyl từ 10% đến 12%

+ Chỉ số ester hoá ( DE ): thể hiện mức độ ester hoá của Pectin, là % về số lượng của

các gốc Acid Galacturonic được ester hoá trên tổng số lượng gốc Acid galacturonic có trongphân tử

1.5 Phân loại Pectin

Sản phẩm pectin trên thị trường rất phong phú và đa dạng về chủng loại Sản phẩm củamỗi công ty có tên gọi và đặc điểm riêng Có thể phân loại pectin trên thị trường theo cáccách sau đây:

 Theo trạng thái

- Pectin dạng lỏng cô đặc

- Chiết suất pectin sấy khô

- Pectin dạng bột

 Theo nguồn nguyên liệu

- Pectin táo

- Pectin quả múi

- Pectin củ cải đường

 Theo chỉ số DE

Ngoài ra còn có dạng High methoxyl amidated pectin (HMAP) nhưng ít gặp

Hình 7: HMP ( High Methoxyl Pectin )

Hình 8: LMP ( Low methoxyl Pectin )

Nhóm tiểu luận:18 Trang 6

Hình 9: LMAP(Low methoxyl amidated pectin)

 Theo tốc độ tạo gel

- Pectin có tốc độ tạo gel thật nhanh ( Ultra Rapid Set)

- Pectin có tốc độ tạo gel nhanh ( Rapit Set )

- Pectin có tốc độ tạo gel trung bình ( Medium Set )

- Pectin có tốc độ tạo gel chậm( Slow Set )

- Pectin có tốc độ tạo gel cực chậm ( Ultra Slow Set )

 Theo đặc tính riêng

- Pectin tinh khiết được sản xuất từ 1 loại nguyên liệu duy nhất

- Pectin hỗn hợp, được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu ( đồng trích ly)( thí vụ Combin Pectin là pectin sản xuất từ vỏ táo và vỏ quả múi, gel tạo thànhvừa có tính đàn hồi cao của pectin quả múi vừa dễ phết như pectin táo )

- Pectin có khả năng phân tán nhanh, không tạo thành vón cục ( như IstantPectin) : loại pectin này được sản xuất bằng cách xử lý bột pectin đã chuẩn hoá để thu đượchạt to hơn nhưng có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn

 Theo độ nhớt

- Pectin có độ nhớt cao

- Pectin có độ nhớt trung bình

- Pectin có độ nhớt thấp

- Pectin có độ nhớt cực thấp

 Theo lĩnh vực ứng dụng

- Pectin thực phẩm

- Pectin dược phẩm: pectin táo, pectin quả múi biến tính

II TÍNH CHẤT CỦA PECTIN:

- Pectin thuộc nhóm các chất phụ gia tạo gel, tạo sệt vàđđược xem là một trong nhữngphụ gia thực phẩm an toàn và đđược chấp nhận nhiều nhất.Và đđiều này đđược chứng minh bởihàm lượng ADI cho phép là “ không xác đđịnh”được ban hành bởi các tổ chức JECFE ( JointFood Expert Committee ), SCF ( Scientific Committee for Food) ở Liêên Minh Châu âu vàGRAS ( General Regarded )

- Mã hiệu quốc tế của Pectin là E440

- Pectin tinh chế có dạng chất bột màu trắng xám nhạt

Hình 10: Pectin tinh chế

2.1 Tính tan của Pectin trong nước:

2.1.1 Tính tan:

- Pectin tan trong nước và tạo thành dung dịch có độ nhớt rất cao

- Khi tiếp xúc với nước, Pectin nhanh chóng hấp thu nước và trương nở gấp nhiều lần sovới kích thước ban đđầu, sau đó các phân tử Pectin bắt đđầu tách rời khỏi hạt Pectin từ ngoàivào trong cho đến khi biến mất

-Nếu các hạt Pectin dính nhau khi tiếp xúc với nước thì tất cả chúng sẽ trương lên, dínhnhau và hợp lại thành một viên to và hoà tan rất lâu

- Ngược lại, nếu các hạt Pectin đđược tách rời nhau trước khi tiếp xúc với nước thì chúng sẽcó đđủ chỗ trống đđể trương nở mà không dính vào nhau.

Trước khi tiếp xúc với nước Sau khi tiếp xúc với nước

Trước khi tiếp xúc với nước Sau khi tiếp xúc với nước

- Để tránh làm vón cục Pectin cần phải tách rời các hạt Pectin trước khi cho Pectin tiếpxúc với nước

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hoà tan của Pectin:

- Nhiệt đđộ hoà tan : Nhiệt đđộ càng cao Pectin hoà tan càng tốt, nhiệt đđộ thích hợp nhất đđểhoà tan Pectin là trên 800C

- Thời gian hoà tan càng lâu, Pectin càng tan đđược nhiều hơn

Nhóm tiểu luận:18 Trang 8

- Tốc đđộ khuấy càng cao, Pectin hoà tan càng tốt.

- Nồng đđộ chất khô: Để đđảm bảo hoà tan tốt Pectin, nồng đđộ chất khô của dịch nấu khi bổsung Pectin không nên quá 25% , nồng đđộ chất khô thích hợp nhất là <20%

- Độ nhớt càng lớn, khối lượng phân tử và khả năng tạo đặc của Pectin sẽ càng lớn

2.3 Khả năng tạo đặc, tạo nhũ và ổn định nhũ tương:

2.3.1 Khả năng tạo đặc, giữ nước:

- Pectin có khối lượng phân tử lớn khi hoà tan vào dung dịch, các nhóm hoạt đđộng củaPectin sẽ tương tác với nước tạo thành lớp vỏ hydrat làm cho lực liên kết ở mắt xích nào đđócủa phân tử bị yếu đđi, các phân tử Pectin bị xê dịch rồi bị nhão ra, nước xâm nhập vào bêntrong khiến Pectin bị trương lên

- Nếu Pectin chỉ trương lên mà không bị rã ra thì Pectin đđóng vai trò chất giữ nước, cònnếu Pectin bị rã ra hoàn toàn tạo thành dung dịch nhớt thì Pectin đóng vai trò chất tạo đđặc

2.3.2 Khả năng ổn định nhũ tương:

- Pectin hoà tan trong pha liên tục và làm tăng đđộ nhớt của hệ phân tán, hạn chế khả năngchuyển đđộng của các giọt phân tán, làm giảm va chạm giữa chúng nhờ đđó hạn chế sự tạogiọt

- Khả năng tạo đđặc và ổn đđịnh nhũ tương là hai tính chất đđi kèm nhau

2.3.3 Khả năng tạo nhũ :

- Pectin có các nhóm ưa nước ( cacboxyl, hydroxyl ) và kỵ nước ( methoxyl ) trong phântử, hấp phụ lên bề mặt phân pha và tạo thành lớp màng đặc bao quanh các giọt phân tán, nhờđó ngăn cản sự tụ giọt

- Pectin được ứng dụng làm chất ổn định nhũ tương trong thực phẩm như sốt mayonnaise,nước sốt cho rau trộn

2.4 Khả năng tạo gel:

- Đặc tính quan trọng của Pectin là khi có mặt của Acid và Đường, nó có khả năng tạo gel,tính chất này được ứng dụng khá phổ biến trong công nghệ sản xuất bánh kẹo

- Pectin có khả năng tạo gel tốt theo một trong hai cơ chế: Đường-Acid và cơ chế tạo gelbằng Ca2+ ( hay còn gọi là cơ chế “egg-box” )

- Cơ chế tạo gel của Pectin phụ thuộc chỉ số DE

+ Khi chỉ số DE giảm, khả năng tạo gel theo cơ chế Đường-Acid giảm, khả năng tạo gel vớicác ion hoá trị II ( hay dùng nhất là Ca2+ ) tăng

+ Khi chỉ số DE tăng , khả năng tạo gel theo cơ chế Đường-Acid tăng

- HMP chỉ tạo gel theo cơ chế Đường-Acid

- LMP có thể tạo gel theo hai cơ chế trên

2.4.1 Điều kiện tạo gel:

• Điều kiện tạo gel của HMP:

- PH thấp : 1-3.5

- Phải có Đường và Acid

• Điều kiện tạo gel của LMP:

- Cần Ca2+

2.4.2 Cơ chế tạo gel:

• Cơ chế tạo gel của HMP:

-Tạo gel theo cơ chế Đường-Acid, sự kết hợp của chuỗi pectin là kết quả của hai tương táckhác nhau

* Sự tương tác của các nhóm kỵ nước.

- Các nhóm methylester kỵ nước sẽ tụ tập lại sao cho bề mặt tiếp xúc với nước là nhỏ nhất,tạo ra sự kết tụ ban đđầu của các mạch pectin, chính các nhóm này quyết đđịnh thời gian tạo gelcủa HMP

* Sự hình thành các cầu nối hydro.

Các cầu nối Hydro đđược hình thành giữa các nhóm cacboxyl tự do không phân ly, đđóngvai trò ổn đđịnh khối liêên kết trong qúa trình kết tụ của các nhóm methylester và giữ chúng lạivới nhau, PH càng thấp, số nhóm cacboxyl liêên kết càng ít thì các cầu nối Hydro sẽ hình thành

dễ dàng

Hình 11: Cơ chế tạo gel bằng liên kết Hidro

• Cơ chế tạo gel của LMP:

Nhóm tiểu luận:18 Trang 10

- Sư kết hợp của các chuỗi Pectin xảy ra do phản ứng với các ion Ca2+ Do hình dáng khúckhuỷu, giữa các mạch Pectin sẽ hình thành nhiều lỗ trống Các chỗ trống này bị các nhómcacboxyl và hydroxyl chiếm chỗ Sư hình thành các lỗ trống và các nhóm hydroxyl, cacboxylgiúp cho Pectin dễ dàng liêên kết với nhau qua liêên kết trung gian với ion Ca2+ Các vùng liênkết đđược hình thành giữa cácđđoạn mạch Pectin xoắn ốc, mỗi vùng có ít nhất 14 -20 gốc acidGalacturonic liêên kết với nhau.

- Khi không có mặt Ca2+, LMP tạo thành gel bằng cách hình thành các vùng liêên kết trượt

ở nhiệt đđộ thấp ( khoảng 100C ), gel tạo thành trong suốt

- Quá trình tạo gel của LMP tương đđối đđộc lập với nồng đđộ chất khô và PH của sản phẩm

Hình 12: Cơ chế tạo gel bởi Ca 2+

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo gel của Pectin:

Tính chất tạo gel của pectin chịu kết hợp bởi nhiều yếu tố như bản chất của Pectin, nhiệt đđộtạo gel, PH, đđường và các chất hoà tan, Ca2+ và các ion khác Các yếu tố này có liêên quan lẫnnhau và cùng ảnh hưởng lên quá trình tạo gel của Pectin

2.4.3.1 Bản chất của Pectin:

Các loại Pectin khác nhau có thể khác nhau về chiều dài phân tử, mức đđộ methoxyl hóa,

sự phân bố các nhóm ưa nước và kỵ nước trên mạch Pectin,… Mỗi đđiểm khác biệt đđều khiếncho tính chất tạo gel của pectin khác đđi

• Chiều dài phân tử

Mạch Pectin càng dài, khả năng tạo gel càng cao, gel tạo thành càng cứng, nếu mạchPectin qúa ngắn, Pectin sẽ không thể tạo gel

Ca2+ thấp hơn Nhiệt đđộ tạo gel tăng lên khi mức đđộ amid hóa tăng.

• Mức độ methyl ester hoá( DE )

- DE quyết đđịnh cơ chế tạo gel, ngồi ra còn quyết đđịnh nhiệt đđộ và thời gian tạo gel

- Nhiệt đđộ tạo gel là nhiệt đđộ bắt đđầu xuất hiện dấu hiệu tạo gel khi làm nguội

- Thời gian tạo gel là khoảng thời gian tính từ lúc kết thúc việc chuẩn bị hỗn hợp tạo gelcho đđến khi gel hình thành

- Mức đđộ ethyl ester hoá có ảnh hưởng đđến sự kết tụ giữa các nhóm methyl ester, sốnhóm methyl ester càng nhiều, sự kết tụ xảy ra càng nhiều khiến thời gian tạo gel càng ngắn,nhiệt đđộ tạo gel càng cao

- Khi DE giảm thì nhiệt đđộ tạo gel cũng giảm, thời gian tạo gel tăng

- Trong sản xuất bánh kẹo, thường dùng Pectin có DE khoảng 60% do tốc đđộ tạo gel thíchhợp cho quá trình sản xuất

2.4.3.2 Nhiệt độ tạo gel, thời gian tạo gel và chỉ số DE:

- Khi nhiệt đđộ dung dịch Pectin giảm, chuyển đđộng nhiệt của các phân tử Pectin giảm,khuynh hướng tạo gel tăng

- Mỗi dung dịch của Pectin có nhiệt đđộ tạo gel tới hạn riêêng Vượt quá nhiệt đđộ này,Pectin không thể tạo gel Dưới nhiệt đđộ này, LMP sẽ tạo gel ngay lập tức còn HMP thì chậmhơn

-Dựa vào tốc đđộ tạo gel, HMP đđược phân thành các nhóm ở bảng sau:

Bảng 1: Bảng phân loại HMP

- LMP cũng đđược phân loại theo tốc đđộ tạo gel như sau:

Bảng 2: Bảng phân loại LMP

- Đối với LMP, DE càng thấp thì tốc đđộ tạo gel càng cao

Nhóm tiểu luận:18 Trang 12

- Chỉ số DE càng cao tức là số nhóm kỵ nước ( methyl ester ) càng nhiều, số vùng liêên kếtgiữa các nhóm kỵ nước càng nhiều khiến cho Pectin tạo gel càng nhanh.

- Lượng đường trong hỗn hợp Pectin – đường – acid phải lớn hơn 50% thì mới có khảnăng tạo gel

2.4.3.4 Ion Ca 2+ và các loại ion dương khác:

- LMP có thể tạo gel khi có mặt các ion Ca2+ LMCP cần ít Ca2+ hơn LMAP đđể tạo thànhgel có cùng đđộ cứng chắc

- Khi nồng đđộ Ca2+ tăng, đđộ bền của gel LMCP và LMAP đđều tăng do tạo đđược nhiềuliêên kết giữa Pectin với Ca2+ hơn

- Sự có mặt của các ion dương khác cũng ảnh hưởng đđến sự tiến lại gần nhau của cácmạch Pectin

- Các ion dương này có thể có sẵn trong quả, trong nước hay do bổ sung vào ( chất kìmhãm sự tạo gel ) Mỗi ion dương sẽ tạo ra xung quanh nó một lớp vỏ hydrat có kích thước khácnhau , kích thước lớp vỏ hydrat càng nhỏ thì các mạch Pectin sẽ tiến lại gần sát nhau do đđó ít

bị cản trở hơn, gel tạo thành sẽ giòn và đàn hồi hơn

Chương 2:

SẢN XUẤT PECTIN

Nhóm tiểu luận:18 Trang 14

I NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT :

1.1 Nguồn nguyên liệu:

Nguyên liệu dùng để sản xuất pectin thương mại chủ yếu là những phế liệu thu đượctrong sản xuất một số loại sản phẩm rau quả, thường là táo hay quả có múi, ví dụ như vỏ camquýt, bã táo còn lại sau khi sản xuất nước táo … Các phụ phẩm này được sấy khô bảo quản đểsử dụng trong thời gian dài Với 1g bã táo khô, bậc tạo gel tương ứng 25 – 35, còn với cùnglượng vỏ cam quýt khô thì bậc tạo gel đạt ít ra là 6 lần cao hơn bậc tạo gel của bã táo khô.Trong thực tế người ta biểu thị khả năng tạo gel của các loại pectin bằng các chỉ số hay bậctạo gel Ngoài ra pectin còn được sản xuất từ củ cải đường và đài hoa hướng dương

Bã táo là nguyên liệu sản xuất pectin truyền thống ở các nước châu Aâu Các vùng sảnxuất pectin táo gồm có Pháp (chủ yếu ở các vùng Brittany và Normandy), Đức, Bắc Âu,Trung Âu

Pectin từ quả múi chủ yếu được sản xuất ở các nước châu Mỹ gồm Hoa Kỳ (California,Florida), Brazin, Argentina, Mexico và vùng Địa Trung Hải

Gần đây một số loại nguyên liệu mới như củ cải đường và đài hoa hướng dương đang bắtđầu được quan tâm, đặc biệt là pectin củ cải đường do có các tính chất tạo gel lạ

Hàm lượng và cấu trúc của pectin thay đổi tùy theo nguồn nguyên liệu Pectin trong vỏcitrus có hàm lượng và chất lượng cao nhất

Bảng 3 : Hàm lượng của pectin trong một số loại nguyên liệu

1.1.1 Sản phẩm pectin từ vỏ trái cây có múi:

Được chiết xuất từ vỏ chanh, vỏ cam và vỏ bưởi.Vỏ của các loại trái cây này là sản phẩm phụ của quátrình ép nước quả và có chứa hàm lượng pectin cao vớinhững tính chất mong muốn

Hình 13: Vỏ cam chanh dùng sản xuất pectin

1.1.2 Sản phẩm pectin từ táo:

Bã táo, phần thu được từ quá trình ép nước táo, lànguyên liệu thô cho sản phẩm pectin từ táo Những sảnphẩm này có màu sắc tối hơn (màu nâu) so với pectin từ cácloại trái cây có múi nhưng khác nhau về chức năng.

Hình 14 : Táo cho bã sản xuất pectin

1.2 Lựa chọn nguyên liệu sản xuất pectin:

Để đảm bảo chất lượng của nguyên liệu sản xuất (bã táo, vỏ quả múi …) ngành sảnxuất pectin phải lựa chọn kiểm tra và giám sát kỹ các nguồn cung cấp nguyên liệu từ trồngtrọt cho đến lúc thu hái, xử lý và bảo quản bã táo hay vỏ quả múi, đồng thời thường xuyênhuấn luyện các nhà cung cấp nguyên liệu

Trước khi nhập, bã táo hay vỏ quả múi phải được kiểm tra kỹ Đối với vỏ quả múi, cácđiều kiện xử lý trước đó được quy định rất nghiêm ngặt Không được xử lý vỏ quả múi bằngCa(OH)2 và enzyme Việc xử lý vôi hóa sẽ làm thủy phân hoàn toàn pectin thành acid pecticcòn xử lý bằng enzyme để dễ tách vỏ hơn sẽ làm giảm khối lượng phân tử của pectin

II QUY TRÌNH CHUNG SẢN XUẤT PECTIN CÔNG NGHIỆP:

Quy trình sản xuất pectin gồm từ 3 đến 4 bước cơ bản:

Bước 1 : Trích ly pectin từ nguyên liệu

Bước 2 : Tinh chế dung dịch chiết

Bước 3 : Tách pectin từ dung dịch lỏng

Nếu sản phẩm là LMP thì cần tiến hành thêm bước thứ 4

Bước 4 : De-ester hoá HMP

Nhóm tiểu luận:18 Trang 16

Hình 15: Quy trình sản xuất pectin theo mô hình thiết bị

Nhóm tiểu luận:18 Trang 18

NghiềnTrích ly

LọcTẩy màuCô đặcKết tủapectinTách kết tủa Rửa kết tủaEùp kết tủa

Nước,acid

Cồn

Bã

Bã

Bã táo khô / vỏ quả múi

SO2/than

Sấy

Pectin lỏng Pectin sấy

Dịch chiết

Sấy

Bao bì

Nghiền, râyKiểm tra/chuẩn hoáĐóng gói

Đường/

muối đệm

De-ester hoáSấy

Bao bì

Nghiền, râyKiểm tra/chuẩn hoáĐóng gói

LMP bộtHMP

bột

THUYẾT MINH QUY TRÌNH SẢN XUẤT PECTIN:

3 Sấy bã khô

Phần bã còn lại sẽ được đem đi rửa và sấy ở nhiệt độ thấp Vì nguyên liệu (táo và quảcó múi…) chỉ được thu hoạch một vài tuần trong năm còn pectin được sản xuất quanh năm nênquá trình sấy bã táo và vỏ quả có múi rất quan trọng, giúp quá trình vận chuyển dễ hơn vàbảo quản lâu hơn

Bã thô sau khi sấy là nguyên liệu để sản xuất pectin

4 Bảo quản bã sấy

Bã sấy được sản xuất từ nơi sản xuất nước quả đến nơi sản xuất pectin Ởû đó bã sấy sẽđược bảo quản trong một phòng tồn trữ đặc biệt ở điều kiện tồn trữ không đổi và kiểm soátliên tục Từ đây bã sấy sẽ được dùng để sản xuất pectin quanh năm

Trường hợp sử dụng bã ẩm, cần phải đem sản xuất pectin ngay khi vừa thu nhận thì bãẩm rất dễ hư hỏng

5 Nghiền bã sấy

a) Mục đích : xé bã sấy nhỏ hơn, chuẩn bị cho quá trình trích ly ( tăng hiệu quả

trích ly )

b) Thiết bị: máy nghiền búa kiểu trục

Bộ phận gây ra va đập vào nguyên liệu là các búa nghiền được treo trên các chốtcủa rôto đặt nằm ngang Khi rôto quay, lực ly tâm làm các búa nằm ở vị trí hướng tâm và dựtrữ một động năng lớn Vật liệu qua bộ phân cung cấp từ phía trên vào máy liền bị các búanghiền quay đập vào và va chạm với các thiết bị nằm trong buồng nghiền Trong quá trình vađập, búa sẽ truyền cho vật liệu động năng tạo thành công xé bã sấy nhỏ hơn Các phần tử cókích thước bé hơn kích thước lỗ sàng thì lọt ra ngoài buồng nghiền và là sản phẩm saunghiền; các phần tử có kích thước lớn tiếp tục bị va đập, phá vỡ

Hình 16: Thiết bị nghiền búa: nghiền thô và trung bình

Hình 17: Thiết bị nghiền trục : nghiền mịn

6 Trích ly

Dung môi sử dụng trong công nghiệp : nước nóng có pha acid

Bã sấy được cho vào bồn sấy nước nóng có thể chứa các chất hỗ trợ như :

• Acid vô cơ ( chủ yếu): HCl, H3PO4,H2SO4,HNO3

• Acid hữu cơ : citric, tartaric, malic

• Đôi khi có sử dụng enzym

Điều kiện trích ly : tuỳ vào nguyên liệu và yêu cầu sản phẩm:

pH=1.5 – 3.0 , t0 = 60 – 1000C, thời gian= 0.5 – 6 giờ

Nguyên tắc : cho nước chảy tuần hoàn liên tục cho đến khi nồng độ pectin đạt giá trị theoyêu cầu

Các yếu tố ảnh hưởng :

• Kích thướt bã thô

• Tỉ lệ bã với dung môi

• Nguồn gốc nguyên liệu

• Loại acid dùng trích ly

• Nhiệt độ và thời gian trích ly

Một số phuơng pháp khác ;

• Phương pháp nghiền bi ướt ở nhiệt độ thấp

này chỉ dùng trong nghiên cứu Pectin thu được có mạch ngắn và phân nhánh Đểthu được pectin ít bị biến đổi so với tự nhiên có thể sử sụng enzym arabinase vàgalactanase

Nhóm tiểu luận:18 Trang 20

Có thể ngăn chặn quá trình phân huỷ enzym bằng cách : bổ sung các chất hoạt động bềmặt như SDS( sodium dodecyl sulphate ) SDC ( sodium deoxycholate) được dùng để loại bỏcác chất màu và lipid DMSO ( dimethyl sulphoxide ) giúp loại bỏ một lượng lớn tinh bột rakhỏi dịch thuỷ phân.

Phần bã khô sau khi trích ly gần hết pectin sẽ được sấy khô ép đùn thành viên và sửdụng làm thức ăn gia súc Đây là loại thức ăn gia súc có giá trị dinh dưỡng và năng lượng cao

7 Làm sạch dịch chiết

Dịch pectin thu được sau trích ly sẽ được làm trong bằng ly tâm, lọc ép…

Sau cùng dịch chiết được tẩy màu bằng hoá chất SO2 hay lọc qua than hoạt tính

Hình 18: Thiết bị lọc khung bản

Hình 19: Cấu tạo thiết bị lọc ly tâm

1.Nhập huyền phù nguyên liệu

2 Tháo pha lỏng

3 Tháo pha rắn (bằng trọng lực) 4.Khoang chứa bã và đĩa

5.Buồng

6 Vít tải

8 Cô đặc và xử lý dịch chiết

Thiết bị : cô đặc chân không màng rơi

• Nhiệt độ: 55 -60 0C

• Nồng độ chất khô sau cô đặc: khoảng 10 %( pectin 2-4 % )

Dịch cô đặc được làm nguội và rót vào các thùng chứa để bán dạng lỏng, hoặc đem sấythùng quay để được dịch chiết pectin sấy khô hay xử lý tiếp để thu bột pectin

Để sản xuất sữa bột: dịch cô đặc đem đi kết tủa ngay -> thu được HMP có DE cao hoặcdự trữ thêm một thời gian để xử lý tiếp pectin ( de-ester hoáHMP, amid hoá) nhằm thu đượcdung dịch có chứa HMP có DE thấp, LMP

Quá trình de-ester hoá có thể thực hiện bằng acid, amoniac, hoặc enzym Xử lý bằngacid là tốt nhất, pectin tin thu được tạo được gel tốt hơn, xử lý bằng enzym sẽ khiến cho quátrình de-ester hóa không được đồng đều

Khi xử lý dung dịch pectin cô đặc, pH và nhiệt độ phải được điều khiển ở một giá trịchính xác Trong suốt quá trình đó một số nhóm methoxyl cũng như một liên kết glucosidecủa các đường trung tính ở mạch bên sẽ không ngừng tách ra khỏi phân tử pectin Ngay khiđạt được chỉ số DE mong muốn cồn sẽ được dùng để kết tủa pectin

Nếu thực hiện de-ester hoá bằng amoniac trong huyền phù rượu, sản phẩm thu được sẽlà một pectin amid hoá Một phần các nhóm ester sẽ bị hoán đổi bở các nhóm amid Trongtrường hợp này các đặc tính tạo gel sẽ bị thay đổi so với pectin khử ester bằng acid

Nhóm tiểu luận:18 Trang 22

Chỉ số DE và chỉ số amid được giám sát tự động trong suốt quá trình Pectin tin thu đuợccó chỉ số DE tối đa khoảng 75- 77%, quá trình de-ester hoá có kiểm soát bằng acid sẽ thuđược pectin có chỉ số DE khoảng 20 – 70%.

Hình 20: Thiết bị cô đặc màng rơi

Hình 21: Thiết bị cô đặc dạng bản mỏng

9 Kết tủa pectin

Kết tủa pectin có thể thực hiện bằng cồn 950 ( từ dung dịch có chứa 2 – 4% pectin)haybằng muối nhôm (từ dung dịch loãng có chứa 0.3 – 0.5% pectin)

Loại cồn thường sử dụng là isopropranol, ngoài ra có thể sử dụng etanol, methanol.Nồng độ cồn sử dụng có ảnh hưởng đến lượng và độ tinh khiết của pectin kết tủa

Trong quá trình kết tủa pectin có thể bị de-ester hoá một phần Khó khăn gặp phải làpctin có thể đồng kết tủa với protein, tinh bột hay các nucleic khi61n pctin thu được có độ tinhkhiết thấp, do đó trước khi kết tủa có thể tiến hành thuỷ phân bớt tinh bột và protein bằngenzym hay acid

Nhược điểm của quá trình xử lý bằng cồn là có thể làm tăng độ vững chắc của các liênkết hydro giữa các chất có trong vách tế bào do đó có thể ảnh hưởng đến quá trình trích ly

10 Tách kết tủa

Trong quá trình xử lý bằng cồn, pectin tạo thành kết tủa màu trắng và nổi thành mảnglên trên bề mặt, có thể tách ra khỏi dung dịch rất dễ dàng Pectin kết tủa có thể được rửasạch lại bằng cồn Nồng độ cồn sử dụng có ảnh hưởng đến lượng và độ tinh khiết của pectin Nếu kết tủa pectin bằng muối nhôm, kết tủa thu được phải đem rửa bằng cồn có phaacid để chuyển nhôm pectinate thành ra dạng acid sau đó trung hoà bằng cồn kiềm hoá nhẹ.Cồn sử dụng có thể chứa các muối hay kiềm để biến đổi pectin thành muối một phần ( Na+,

K+, Ca2+, +

4

NH )

11 Ép kết tủa

Pectin kết tủa được đem ép, sản phẩm thu được là pectin thô và dung dịch chiết chứacồn cùng với các loại đường và chất màu

Nhóm tiểu luận:18 Trang 24

Dịch cồn dùng để kết tủa và rửa kết tủa sẽ được đem chưng cất để thu lại cồn tinh khiếtsử dụng lại cho quá trình kết tủa Phần dịch chiết còn lại sẽ được gộp chung với phần dịchchiết dịch bã thô sau khi đã tách kết tủa pectin.

Dịch chiết bã thô sau khi tách cồn còn chứa nhiều đường, acid quả, các chất màu và cácchất mùi tự nhiên Các chất chiết này có thể được sử dụng làm chất tạo ngọt hoặc chất tạomàu thực phẩm Ưùng dụng nữa là có thể lên men dịch chiết để thu hồi etanol táo Có tyhểdùng những kĩ thuật xử lý đặc biệt xử lý tiếp để tách các tác nhân gây sẫm màu, khoáng chấtvà các acid quả ra khỏi dịch chiết Sản phẩm thu được sẽ chỉ chứa đường của nguyên liệuđược xử lý và được dùng làm chất tạo ngọt trong công nghệ thực phẩm

12 Sấy khô pectin

Pectin sau khi ép sẽ được đem đi sấy cẩn thận bằng thiết bị sấy trục chân không ở

60-70oC đền độ ẩm 3-4%

Để sản xuất pectin amid hoá, pectin sấy khô được phân tán trong cồn và xử lý bằngamoniac Quá trình amid hoá cũng có thể được tiến hành trước khi sấy với dịch chiết pectincô đặc

Hình 22: Thiết bị sấy trục

13 Nghiền và rây

Pectin sau khi sấy trục sẽ có kích thướt hạt còn khá thô Trong quá trình nghiền và rây,pectin sẽ được nghiền nhỏ thành dạng bột đồng nhất

Cần kiểm soát một số yếu tố như lượng ẩm, lượng cồn sót cho phép Ngoài ra cần sửdung rây phân tích để quýet định xem hạt pectin có đạt yêu cầu hay chưa

dụng để kiểm tra các chỉ tiêu như: chỉ số DE, MI, DA, cấu trúc gel, độ bền gel, chỉ số Sag, độẩm, hàm lượng khoáng …

Tuỳ theo yêu cầu ứng dụng riêng biệt, pectin được chuẩn hoá để đáp ứng các yêu cầukhác nhau về tính chất tạo gel và tạo đặc Có thể phối trộn với saccharose, glucose hoặc cácmuối đệm hay phối trộ nhiều loại bột pectin với nhau

Việc kiểm tra và chuẩn hoá được kiểm tra theo tiêu chuẩn đồng thới lập hồ sơ liên tục.Mỗi mẻ pectin sản xuất sẽ được kiểm tra và đối chiếu với các tiêu chuẩn về độ tinh sạch theoquy định của pháp luật

16 Bao gói

Sau khi trải qua tất các các giai đoạn xử lý, pectin sẽ được bao gói và phân phối đến taykhách hàng

Pectin dạng bột được đóng gói theo dạng hộp hoặc bao lớn

Kích thướt bao gói tiêu chuẩn:

• Dạng hộp: 25 kg

• Dạng bao lớn : 500 kg, 800 kg

Hình 23: Một số sản phẩm pectin

III. CÁC QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐỂ SẢN XUẤT PECTIN TRONG CÔNG NGHIỆP :

3.1 Quy trình sản xuất pectin từ phế liệu quả citrus:

Nhóm tiểu luận:18 Trang 26

3.1.1 Quy trình sản xuất dịch pectin từ phế liệu quả citrus:

Cùi, bãTách hạtXử lý đắngXay nhỏTrích ly pectinTrung hòaEùpLọcCô đặc chân khôngRót bao bìThanh trùng

Hạt

Bã épBã lọc

Nhóm tiểu luận:18 Trang 28

Pectin cô đặc Đông tụ Lọc lấy bã Rửa bã Sấy chân khôngNghiền nhỏ

Cồn

90o

Bột pectin

Dịch lọc

Cồn 95o

3.1.3 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất dịch pectin từ phế liệu quả citrus:

Người ta thường chế biến ở dạng dung dịch, cũng có một số chế phẩm pectin ở dạngbột

Cùi và bã citrus được rửa sạch, tách hạt, cắt nhỏ rồi rửa nước ấm (50 – 60oC) để loạibỏ các glucoside còn sót lại Sau đó đưa nhiệt độ lên đến 95 – 98oC để làm mất hoạt tính củaenzyme phân giải pectin

Sau đó là giai đoạn chiết rút pectin bằng cách đun nóng trong nước chứa acid(chlohydride, sulfuric, sulfurơ) thường người ta dùng lượng nước gấp 3 lần lượng vỏ khô, pH =1,3 – 1,4; nhiệt độ 90 – 100oC và thời gian đun là khoảng 1 giờ

Quá trình thủy phân kết thúc khi độ khô dung dịch đạt 2% (pectin 0,7 – 1,0%; đường1,0 – 1,3%) Một số ít tạp chất như tinh bột và protein lẫn với pectin sẽ được loại bỏ nhờ cácenzyme phân giải protein Việc xử lý này được thực hiện ở pH = 4,5 – 5 (điều chỉnh bằngdung dịch natri cacbonate) và ở nhiệt độ 40 – 50oC

Khi đã loại bỏ hết tinh bột (kiểm tra bằng iod), điều chỉnh pH dung dịch tới 3 bằngcách thêm acid citric rồi đưa nhiệt độ lên 80oC để làm mất hoạt tính của enzyme Dung dịchcó thể được làm mất màu nhờ anhydride sulfurơ, rồi cho lọc ép bằng máy ép thủy lực sau đódung dịch pectin được làm sạch và lắng gạn, thu dung dịch pectin trong suốt

Sau khi lọc lất dung dịch rồi cô đặc đến độ khô 10% thu được chế phẩm pectin vớihàm lượng 4 – 5% đem bảo quản để nấu mứt Cô đặc trong chân không ở nhiệt độ 55 – 60oCvà độ chân không từ 600mmHg trở lên

Sau khi cô đặc thì nâng nhiệt lên 75 – 79oC, rót vào bao bì và thanh trùng Pectin côđặc có thể bảo quản bằng SO2 không qua thanh trùng

Trung bình 100kg cùi quả cho 50 – 70l dung dịch pectin độ khô 10%

Để thu pectin ở dạng bột người ta đông tụ pectin lỏng bằng cồn ethylic 95oC rồi lọc đểtách pectin khỏi hỗn hợp rượu – nước Kết tủa pectin được rửa lại bằng cồn 90oC, đem sấy ởmáy sấy chân không trục rỗng ở 60 – 70oC đến khi độ ẩm còn 3 – 4%, nghiền nhỏ và đóngbao

3.2.1 Quy trình công nghệ sản xuất bột pectin từ bã táo:

Nhóm tiểu luận:18 Trang 30

Bã táo tươi Eùp Nghiền Sấy Nghiền nhỏ

Trích ly

Đường hóa Lọc Cô đặc chân không Kết tủa pectin Lọc ép

Bã ép

Bã lọc

Rược ethylic 35%

0,3%HCl

Khuấy trong 8 – 10phút

Sản phẩm

Sấy Nghiền Bao gói

Khuấy trộn đều

T o C = 88 – 92 o C Thời gian: 30 – 60phút

Dịch thải

Bao bì

3.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất bột pectin từ bã táo tươi:

Bã táo tươi đem nghiển nhỏ đến kích thước vụn không quá 5mm, rồi sấy đến độ ẩm 8– 10% (nhiệt độ sấy 80 – 100oC) bã khô sau đó đem nghiển nhỏ đến kích thước vụn 2 – 3mmvà để làm tơi cục Tiếp theo bã được cho vào nồi trích ly bằng nước đã được acid hóa bằng

H2SO4 đến pH = 2,5 – 3,5 với tỷ lệ bã táo : nước = 1 : 2,6 nhiệt độ trích ly là 85 – 92oC trongthời gian 1 giờ Lọc ép lấy dịch trích ly

Dịch trích ly có chứa pectin, đường và các polysaccharide, vì vậy dịch trích ly phảiđem thủy phân bằng men trong một thiết bị khác có pH = 4,5 – 5 (kiềm hóa bằng Na2CO3)thời gian 30 – 60phút ở nhiệt độ 45 – 60oC (để đường hóa tinh bột, người ta cho 0,5% canh

trường nấm mốc Aspergillus Oryzae nuôi cấy trên cám mì) Như vậy các polysaccharide sẽ

chuyển thành đường và sau khi chế biến có thể dễ dàng cùng với đường tách ra khỏi pectin

Dịch trích ly đã đường hóa được đem lọc và cô đặc trong thiết bị cô chân không ởnhiệt độ 55 – 60oC đến độ khô 15% theo khúc xạ kế, trong đó chứa khoảng 3% pectin

Dịch cô đặc đem xử lý bằng rượu ethylic 95% theo tỷ lệ thể tích rượu : dịch trích ly =1,2 : 1, cho thêm vào 0,3% acid HCl theo thể tích của toàn hổn hợp, khuấy trong thời gian 8 –10phút Lọc, tách tủa pectin ra khỏi dung dịch bằng máy lọc ép hay lọc rửa, sau đó rửa lạibằng C2H5OH 95% với lượng 60 – 70% so với pectin Tủa sau đó được sấy chân không ở 60 –

70oC Pectin khô đem nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi Bột khô đóng thùng, có màng polymerkhông thấm nước

Người ta thu hồi rượu trong dung dịch trích ly đã kết tủa pectin bằng phương phápchưng cất thường, trong dung dịch sau khi chưng cất rượu còn chừng 7 – 9% đường có thể cholên men để lấy rượu