Tối ưu hóa quá trình chiết tách pectin từ vỏ bưởi

Với đề tài “ Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình chiết tách pectin từ vỏ bưởi”, không phải là đề tài nghiên cứu xa lạ với ngành thực phẩm, nhưng để đáp ứng nhu cầu của con người thì việc

Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1 Tổng quan về cây bưởi

1.1.1 Giới thiệu về cây bưởi

1.1.2 Đặc điểm thực vật của cây bưởi

1.1.3 Thành phần hóa học của bưởi

1.1.4 Các dạng bưởi và phế liệu bưởi

1.2.1 Nguồn gốc của pectin

1.2.2 Cấu tạo của pectin

1.2.3 Tính chất của pectin

1.2.4 Phân loại và các chỉ số đặc trưng

1.2.4.1 Phân loại

1.2.4.2 Chỉ số đặc trưng

1.2.5 Cơ chế tạo gel

1.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng dến khả năng tạo gel

1 Pectin

2 Nước

3 Đường

4 Acid

1.2.7 Ứng dụng của pectin

1.2.7.1 Trong công nghệ thực phẩm

1.2.7.2 Trong công nghệ dược phẩm

1.2.7.3 Tác dụng dược lý của pectin

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp vật lý

2.2.2.Phương pháp hóa sinh

2.2.4 Thuyết minh quy trình

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CƯU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Xác định một số thành phần hóa học trong bột vỏ bưởi khô

3.2 Nghiên cứu chiết tách pectin trong vỏ bưởi

3.2.1 Nghiên cứu lựa chọn dung môi

3.2.2 Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách pectin

3.3 Tối ưu hóa các điều kiện chiết tách pectin

3.4 Kiểm tra cấu trúc của pectin

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC BẢNG

2 1.2 Phần trăm pectin trong các phế liệu của vỏ bưởi 6

3 1.3 Tác dụng của DE lên việc tạo gel 15

4 3.1 Một số thành phần hóa học trong bột vỏ bưởi khô 30

5 3.2 Ma trận thực nghiệm và kết quả thí nghiệm 35

6 3.3 Ma trận thực nghiệm thí nghiệm phân tích phương

7 3.4 Bảng phân tích hồi quy giữa hàm lượng pectin và

các điều kiện chiết tách

38

5 1.5 Cơ chế tạo gel bằng liên kết hidro 13

6 1.6 Cơ chế tạo gel bằng liên kết canxi 14

7 1.7 Sản phẩm rau quả có sử dụng pectin 17

8 1.8 Sản phẩm bánh kẹo có sử dụng pectin 19

9 1.9 Sản phẩm từ sữa có sử dụng pectin 19

10 1.10 Sản phẩm đồ uống có sử dụng pectin 20

11 2.1 Quy trình chiết tách pectin từ vỏ bưởi 24

13 3.1 Hàm kì vọng và điều kiện tối ưu chiết tách pectin 36

14 3.2 Hình ảnh phổ hồng ngoại của mẫu pectin chuẩn

và pectin chiết tách từ vỏ bưởi 32

15 3.3 Ma trận thực nghiệm thí nghiệm phân tích

phương sai ANOVA

33

16 3.4 Bảng phân tích hồi quy giữa hàm lượng pectin và

các điều kiện chiết tách

34

DANH MỤC ĐỒ THỊ

1 3.1 Đồ thị biếu diễn ảnh hưởng của các loại dung môi khác

nhau đến hiệu suất thu nhận pectin

quả chiết tách pectin

4 3.4 Đồ thị biếu diễn ảnh hưởngcủa nồng độ dung môi đến hiệu

quả chiếttách pectin

34

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Xã hội ngày ngày càng phát triển, kèm theo công nghệ khoa học phát triển, trình

độ con người cũng cao, dẫn đến các sản phẩm tiêu dùng của con người đòi hỏi phải

có sự đa dạng và mới mẻ Với đề tài “ Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình chiết tách

pectin từ vỏ bưởi”, không phải là đề tài nghiên cứu xa lạ với ngành thực phẩm,

nhưng để đáp ứng nhu cầu của con người thì việc nghiên cứu tìm ra sản phẩm mới

là vấn đề cần phải được quan tâm, nhằm tăng tính cạnh tranh, tạo sự đa dạng chongành thực phẩm Pectin được ứng dụng nhiều trong đời sống của con người, đặcbiệt là trong ngành thực phẩm là nguồn gen không thể thiếu cho một số sản phẩmnhư mứt đông, sữa, nước giải khát và tạo ra nhiều món ăn ngon đa dạng Ngoài rapectin còn ứng dụng rộng rãi trong y dược

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 xuấtpectin.Lượng pectin còn có nhiều trong phế liệu rau quả trong công nghệ chế biếnnước ép trái cây như bã cam, chanh, táo, vỏ xoài, vỏ - cùi bưởi, đu đủ Đây lànguồn 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 chiếtxuất lấy pectin có trong những phế liệu đó làm cho chúng có tác dụng và ứng dụngnhiều, hơn nữa việc thu mua phế liệu không sử dụng của các nhà máy và xử lýchúng để đem dùng là có tác dụng lớn trong việc bảo vệ môi trường và đem lại giátrị kinh tế cao Đây là sản phẩm còn ít người được biết đến và nghiên cứu về nócũng chưa nhiều, mặc dù nhu cầu tiêu thụ tương đối lớn Vì vậy, việc tìm hiểu vềnguyên liệu các tính chất biến đổi và qui trình công nghệ thích hợp để sản xuất vàứng 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 trongviệc đa dạng hoá các sản phẩm

Để giảm giá thành của pectin và chủ động trong việc sản xuất, chúng tôi thực

hiện nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình chiết tách pectin từ vỏ

- Nghiên cứu chiết tách pectin trong vỏ quả bưởi

- Định lượng pectin thực trong mẫu pectin thô vỏ tươi và pectin thô vỏ khô

- Nghiên cứu khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách

pectin( nhiệt độ, thời gian, nồng độ dung môi)

- Đề xuất quy trình chiết tách pectin từ vỏ quả bưởi

- Xác định mức độ este hóa (DE) của pectin chiết từ vỏ quả bưởi

4 Ý nghĩa thực tiễn và các vấn đề liên quan.

-Ý nghĩa trong công nghệ thực phẩm: Pectin có nhiều ứng dụng trong công nghệchế biến đồ hộp rau quả, bánh kẹo, mứt, mứt đông

-Ý nghĩa về mặt kinh tế: Với nguyên liệu là phế liệu cùi trắng của bưởi giá cả thumua rẻ 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 vớigiá thành sản phẩm không cao và như thế sẽ được nhiều người dân sử dụng khi đóchi phí về chi tiêu giảm dần dẫn đến chi phí về giáo dục cao Trình độ con ngườitrong xã hội ngày càng được nâng cao

-Ý nghĩa về mặt sức khỏe : Pectin có nhiều giá trị trong khẩu phần ăn hằng ngày

Có nhiều giá trị về phòng và chữa một số bệnh như: hạ cholesterol trong máu, kíchthích bài tiết dịch vị, chống tăng cường đường huyết ở người mắc bệnh tiểu đường.Trong công nghệ sản xuất kẹo ( kẹo mềm pectin ):pectin có tác dụng làm đông khốikẹo khi cho vào khối kẹo ở dạng dung dịch 5% Hàm lượng pectin khoảng 1% sovới khối lượng sản phẩm

Trong công nghệ sản xuất mứt, mứt đông: có tác dụng nâng cao nồng độ của mứttrong công đoạn cô đặc

Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT1.1 Tổng quan về cây bưởi

1.1.1 Giới thiệu về cây bưởi

Bưởi là loại cây ăn quả thuộc họ quýt cam, có tên khoa học là Citrus maxima thuộc nhóm Citrus trong họ rutaceace Có nguồn gốc tại các nước nhiệt đới hay bán

nhiệt đới vùng Đông Nam Á và Nam Thái Bình Dương

Trên thế giới có các nhiều giống bưởi, ở Việt Nam có một số giống bưởi nhưbưởi da xanh (Bến Tre), bưởi lông cổ cò (Vĩnh Long, Bến Tre), bưởi đường (HươngSơn, Hà Tỉnh), bưởi Năm roi bưởi đường lá cam , bưởi Quế Đương …

Hình 1.1 Cây bưởi [6]

1.1.2 Đặc điểm thực vật của cây bưởi

Bưởi là loại cây gỗ cao khoảng 5÷6 m, có thể trồng từ hạt hay là chiết nhánhtrồng.Cành có gai dài, nhọn.Lá hình trứng, dài 11÷12 cm, rộng 4.5÷5.5 cm, hai đầu

tù, nguyên, dai, cuống có dìa cánh to.Hoa đều, mọc thành chùm 6÷10 bông Quảhình cầu to, vỏ dày, màu sắc tùy theo giống

1.1.3 Thành phần hóa học của bưởi

Ngày nay, bưởi được xem như là một trong các loại thuốc rất tốt cho sứckhoẻ, sau đây là một số công dụng của bưởi trong việc chữa bệnh và phòng bệnh

Thịt bưởi có chứa các thành phần glucoxit, bưởi cũng như cam, quất (quảtắc), chứa nhiều carotin, nhiều loại vitamin, canxi phốtpho.Dịch quả chín có chứanhiều chất bổ dưỡng

Bảng 1.1.Thành phần hóa học của bưởi

1.1.5 Các dạng bưởi và phế liệu bưởi

1.1.4.1.Bưởi

- Dạng lỏng: Nước bưởi trong, nước bưởi đục, nước bưởi có tép

- Dạng cô đặc: Mứt vỏ bưởi, Tarami thạch trái cây bưởi

- Dạng nguyên trái: Dùng để ăn và chế biến các món khác

1.1.4.2 Phế liệu bưởi

- La bưởi: có vị cay, đắng, the, mùi thơm, tính ấm.

- Cùi bưởi: vị ngọt đắng, tính ẩm Vỏ hạt có chứa nhiều pectin có tác dụng

cầm máu Trong cùi bưởi tươi chứa từ 1 - 2% pectin (khô), nhưng khi phơicùi bưởi khô thì chỉ còn 0,5-1% pectin (khô).

- Hạt bưởi: chứa 40-70% dầu béo, vị đắng, tính ẩm.

- Vỏ quả: Vị đắng, cay, mùi thơm, tính bình.

- Trong quả bưởi tươi, cùi tươi chiếm 10 - 40% Hạt tươi chiếm 3 – 6 %, vỏngoài 10

% (có quả hạt lép hết chỉ còn vài hạt mẩy)

Bảng 1.2 Phần trăm pectìn trong cac phê liệu của quả bưởi

Các phế liệu Khôi lượng (%) Hàm lượng

Một số người còn dùng vỏ ngoài quả bưởi xoa trên da đầu để kích thích lỗchân lông phòng trị bệnh hói hay rụng tóc.

Ø Chống lão hóa

Tinh dầu vỏ bưởi có thể nuôi dưỡng làn da và kích thích hình thành collagen, giúpthay thế mô da đã lão hoá bằng mô mới khoẻ mạnh hơn, giúp da có bề mặt săn chắchơn nếu sử dụng lâu dài

Ø Trị viêm da và làm đẹp da

Đặc tính làm se của vỏ bưởi rất có ích trong việc chống cũng như ngăn ngừatình trạng mẩn đỏ, ngứa ngáy Do trong bưởi chứa hàm lượng cao vitamin A vàvitamin C nên bưởi có tính chống oxy hoá mạnh, giúp duy trì đủ độ ẩm trong da,bảo vệ da khỏi bị khô, bệnh vẩy nến, mụn trứng cá và nếp nhăn

Ø Phòng chống ung thư

Bưởi rất giàu chất chống oxy hoá như vitamin C, góp phần làm giảm nguy

cơ stress có liên quan đến nhiều bệnh ung thư Hợp chất naringenin trong quả bưởiđược chứng minh là có hiệu quả chống lại ung thư tuyến tiền liệt, vì nó giúp sửachữa hư hỏng DNA trong các tế bào tuyến tiền liệt của con người

Một số nghiên cứu đã chứng minh trong quả bưởi có chứa limonoids, hoạtchất này giúp ngăn ngừa khối u bằng cách hoạt hóa một loại enzyme tác động lêngan thúc đẩy quá trình bài thải chất độc ra ngoài cơ thể Limonoids còn trợ giúpchống lại ung thư miệng, da, phổi, dạ dày Phần ruột bên trong bưởi có chứaglucarates, một loại phytochemical đã được chứng minh hiệu quả chống lại bệnhung thư vú

Ø Giảm cân

Bản thân bưởi không có chất béo, có chứa một số enzyme đốt cháy chất béocao.Các nghiên cứu cho thấy chúng góp phần thay đổi nồng độ insulin, do đó ảnhhưởng đến tỉ lệ trao đổi chất cao.

Ngoài ra, các công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng, ăn bưởi giúp tiết nước bọt

và dịch vị, vì thế có khả năng hỗ trợ hệ tiêu hoá Ăn bưởi hay uống nước ép từ bưởiđều đem lại hiệu quả cao trong việc ngăn chặn hay chống lại nhiều căn bệnh khác

có liên quan do việc dư thừa axit gây nên

Bưởi cung cấp một lượng lớn chất xơ, có tác dụng chống lại bệnh táo bón, và

được xem như một loại “thực phẩm chức năng”.Bởi nó có thể ngăn ngừa bệnh lỵ,

bệnh tiêu chảy, bệnh viêm ruột non

Bưởi có thể điều trị bệnh cúm.Ngoài ra bưởi còn dùng giải khát và có tác

dụng hạ sốt.Trong bưởi có chứa “quinine”, rất hữu ích trong việc điều trị bệnh sốt

rét và chứng cảm lạnh.Đặc biệt, có khả năng giảm căng thẳng và mệt mỏi

Thị trường sản phẩm từ bưởi

Bưởi là loại cây ăn quả mang lại thu nhập cao cho người nông dân, quả bưởi

có giá trị dinh dưỡng cao và có tác dụng tốt đối với sức khỏe con người Ngoài việc

ăn tươi, bưởi còn dùng trong công nghiệp chế biến các sản phẩm khác như: rượubưởi, nước ép, chiết xuất tinh dầu, làm dược liệu

Tổng sản lượng xuất khẩu bưởi của các nước trên thế giới đã đạt 3,52 triệu tấnvào năm 2004 Trong đó, Mỹ là nước xuất khẩu bưởi tươi lớn nhất thế giới (chiếm40% sản lượng bưởi xuất khẩu trên thế giới), tiếp đến là Israel (Izham, 2007)

Ở nước ta, quả bưởi được tiêu thụ chủ yếu ở thị trường nội địa Người Việt Namdùng bưởi để ăn tươi là chính Ngoài ra, bưởi còn được dùng để chưng cúng, làm quàbiếu Bưởi Năm roi có mặt ở hầu hết các tỉnh thành trong cả nước nhưng tiêu thụ mạnh

ở Tp Hồ Chí Minh và Đông Nam bộ, một phần nhỏ ở các tỉnh miền Trung, TâyNguyên và các tỉnh phía Bắc

Bưởi Năm roi cũng là giống được xuất khẩu với sản lượng lớn Theo ĐoànHữu Tiến (2008), Công ty Hoàng Gia xuất khẩu khoảng 80% sản lượng bưởi Nămroi sang thị trường châu Âu, chủ lực là thị trường Nga và Hà Lan; thị trường châu Ákhoảng 20% sản lượng xuất khẩu (Hồng Kông, Trung Quốc).

Ngoài sử dụng bưởi để ăn tươi, chưng cúng còn làm nem chả, làm nhiều sảnphẩm khác như rượu, bánh kẹo …

Từ các số liệu trên có thể nhận thấy sản lượng bưởi tiêu thụ hàng năm là rấtlớn Trong quá trình tiêu thụ, chỉ 50% khối lượng tươi của quả là phần ăn được,50% khối lượng phế thải còn lại (bao gồm vỏ quả, cùi bưởi, hạt…) được thải ra môitrường Thống kê của Mark và ctv (2007) cho thấy trong giai đoạn 2003-2004, cứmột triệu tấn bưởi được sử dụng thì sau khi xử lý đã thải ra môi trường 500 nghìntấn vỏ bưởi phế thải, đây là nguồn chưa được sử dụng có hiệu quả mà chỉ bán nhưthức ăn gia súc có giá trị thấp Như vậy, với hàng triệu tấn bưởi được tiêu thụ hằngnăm thì lượng phế thải bưởi được thải ra là cực lớn, đây là nguồn nguyên liệu dồidào cho tách chiết thu nhận pectin

1.2 Tổng quan về Pectin

1.2.1 Nguồn gốc của pectin

Pectin là polysaccharide có nhiều trong quả, củ, thân cây, cây có sợi như đay,gai Trong thực vật pectin tồn tại ở hai dạng: protopectin là dạng không tan, vốn cómặt chủ yếu ở thành tế bào, pectin được xem là một chất gắn kết giữa các tế bào vàpectin hòa tan tồn tại chủ yếu trong dịch tế bào Khi quả đang phát triển, protopectinphân bố ở thành tế bào; khi quả bắt đầu chín, protopectin chuyển dần sang dạngpectin hòa tan dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme protopectinase có trongquả làm cho vỏ quả mềm khi chín Trong quá trình bảo quản cũng nhận thấy sựgiảm dần của lượng protopectin và tăng dần lượng pectin hòa tan trong dịch quả.Quá trình này cũng có thể xảy ra dưới tác dụng của acid và quá trình đun sôi Đốivới các loài thực vật có sợi như đay gai thì pectin có tác dụng gắn kết các sợi lại với

nhau Khi ngâm đay, gai trong điều kiện yếm khí, các vi sinh vật tiết enzyme phângiải pectin và làm cho các sợi rời ra (Lê Ngọc Tú, 2005).

Tế bào thực vật gồm ba loại polysaccharide quan trọng được coi như bứctường vững chắc bảo vệ tế bào: Cellulose, hemicellulose và pectin Trong thực vật,pectin thường liên kết với cellulose ở vách tế bào dưới dạng phức hợp mà cho đếnnay vẫn chưa được biết rõ

Đối với quả bưởi, pectin là chất nhớt bao quanh hạt, ở vỏ, trong cùi bưởi.Pectin là một chất có thể tan trong nước và có độ nhớt cao (Hoàng Kim Anh, 2006)

Độ nhớt của pectin phụ thuộc vào kích thước của phân tử pectin, mức độ methylhóa, pH, lượng đường và hàm lượng của một số ion

1.2.2 Cấu tạo của pectin

Hình 1.2 Cấu tạo pectin [6]

Pectin là một polysaccharide mạch thẳng, mạch pectin được hình thành từ các

gốc α-D-galacturonide liên kết với nhau bởi các liên kết α-1,4-glycoside (trong đó

có một phần các nhóm carboxyl bị oxi hóa) chính là cơ sở cấu tạo của chất pectin.Các liên kết trong mạch pectin bị phá hủy bởi enzyme pectinase và dưới tác dụngcủa acid Ngoài ra, trong thành phần mạch chính của pectin còn có các gốc đườngrhamnose nằm xen kẽ hay liền kề nhau Pectin chứa một lượng nhỏ D-galactan,araban (trong những đoạn mạch mở rộng) và một lượng ít hơn là fucose và xylose ởnhững đoạn mạch ngắn (thường chỉ gồm từ 1 – 3 gốc đường) Những đoạn mạchngắn này không được coi là thành phần mạch chính của pectin Gốc carboxyl củaacid galacturonide trong mạch pectin bị ester hóa (ở nhiều mức độ khác nhau) với

Hình 1.3.Công thức HM pectin [4]

methanol Còn các gốc –OH ở vị trí C2 và C3 có thể bị acetyl hóa với tỉ lệ thấp(Hoàng Kim Anh, 2006)

1.2.3 Tính chất của pectin

Pectin thuộc nhóm chất đông tụ, được xem như là một chất phụ gia an toàn

và được chấp nhận nhiều nhất trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

Pectin công nghiệp là có dạng bột màu trắng, hút nước, dễ tan trong nước,không tan trong ethanol

Pectin có tính chất keo háo nước nên chúng có khả năng hydrate hóa cao nhờ

sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydrôxyl của mỗi chuỗi polymethylgalacturonide Ngoài ra, phân tử pectin mang điện tích âm nên chúng có khả năngđẩy lẫn nhau, làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch Nên khi làm giảm

độ tích điện và hydrate hóa sẽ làm cho các sợi pectin xích lại gần nhau và tương tácvới nhau, tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng bên trong (NguyễnVăn khôi, 2006)

1.2.4 Phân loại và các chỉ số đặc trưng

1.2.4.1 Phân loại

a Theo % nhóm methoxyl có trong phân tử

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%)

LMP (Low Methoxy/ Pectin): Nhóm có chi 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 1.4.Công thức LM pectin[4]

b Theo khả năng hòa tan trong nước

- Pectin hòa tan (methoxyl polygalacturonic): Pectin hòa tan là

polysacharide cấu tạo bởi các gốc acid galacturonic trong đó một số gốc acid cóchứa nhóm thế methoxyl

- Pectin không hòa tan (protopectin): Là dạng kết hợp của pectin với araban

(polysaccharide ở thành tế bào)

1.2.4.2 Chỉ số đặc trưng

Pectin được đặc trưng bởi các chỉ số sau

- Chỉ số methoxyl (MI): biểu hiện methyl hóa, là phần trăm khối lượng nhóm

methoxyl (-OCH3) trên tổng khối lượng phân tử Sự methyl hóa hoàn toàn tươngứng với chi số methoxyl bằng 16,3% còn các pectin tách ra từ thực vật thường cóchi số methoxyl từ 10% đến 12%

- Chỉ số ester hóa (DE): thể hiện mức dộ ester hóa của pectin, là tỉ lệ phần

trăm về số lượng cùa các gốc acid galactoronic được ester hóa trên tồng số lượnggốc acid galacturonic có trong phân tử

1.2.5 Cơ chế tạo gel

Tùy loại pectin có mức độ methoxyl hoá khác nhau mà cơ chế tạo gel cũngkhác nhau

HMP : Tạo gel bằng liên kết hydro

Hình 1.5.Cơ chế tạo gel bằngliên kết hidro[4]

Điều kiện tạo gel: [Đường] > 50%, pH = 3- 3.5; [Pectin] = 0,5 - 1%

+ Đường có khả năng hút ẩm, vì vậy nó làm giảm mức độ hydrat hóa của phân tửpectin trong dung dịch

+ lon H+ được thêm vào hoặc đôi khi chính nhờ độ acid của quá trình chế biến trunghòa bớt các gốc COO-, làm giảm độ tích điện của các phân tử Vì vậy các phân tử cóthể tiến lại gần nhau để tạo thành liên kết nội phân tử và tạo gel

+ Trong trường hợp này liên kết giữa các phân tử pectin với nhau chủ yếunhờ các cầu hydro giữa các nhóm hydroxyl Kiểu liên kết này không bền do đó cácgel tạo thành sẽ mềm dẻo do tính di động của các phân tử trong khối gel, loại gelnày khác biệt với gel thạch hoặc gelatin

Cấu trúc của gel:phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàmlượng pectin, loại pectin và nhiệt độ, 30 -50% đường thêm vào pectin là saccharose

Do đó cần duy trì pH acid để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đườngsaccharose, ngăn cản sự kết tinh của đường saccharose Tuy nhiên cũng không nêndùng quá nhiều acid vì pH quá thấp sẽ gây ra nghịch đảo một lượng lớn saccharosegây kết tinh glucose và hóa gel nhanh tạo nên các vón cục

+ Khi dùng lượng pectin vượt quá lượng thích hợp sẽ gây ra gel quá cứng do

đó khi dùng một nguyên liệu có chứa nhiều pectin cần tiến hành phân giải bớtchúng bằng cách đun lâu hơn

+ Khi sử dụng một lượng cố định bất cứ một loại pectin nào pH, nhiệt độ càng giảm và hàm lượng đường càng cao thì gel tạo thành càng nhanh

-LMP tạo gel liên kết bằng ion Ca 2+

Điều kiện tạo gel:khi có mặt Ca2+, ngay cả ở nồng độ <0,1% miễn là chiều dài

phân tử pectin phải đạt mức độ nhất định Khi đó gel được tạo thành ngay cả khikhông thêm đường và acid

+ Khi chỉ số methoxyl của pectin thấp, cũng có nghĩa là tỷ lệ các nhóm –COO- cao thì các liên kết giữa những phân tử pectin sẽ là liên kết ion qua các ionhóa 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 chất đàn hồi giống như gel agar - agar

1.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng dến khả năng tạo gel

Mạch phân tử của pectin là cơ cấu chính của hiện tượng tạo gel Vì thế,lượng pectin có trong dịch đường phải đạt một hàm lượng tối thiểu nào đó mới tạođược sự keo tụ Nồng độ pectin trong dung dịch càng lớn thì sự liên hợp giữa các

Hình 1.6 Cơ chế tạo gel bằng liên kết canxi[4]

phân tử xảy ra càng nhanh, hệ keo đông tụ càng bền Thường lượng pectin sử dụngkhoảng từ 0,5 - 1% Khi dùng cao quá lượng thích hợp sẽ thu được gel quá cứng, vìvậy đối với các loại quả chứa dư pectin người ta cần tiến hành phân giải bớt chúngbằng cách đun lâu hơn

Phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của pectin Hai yếu tố quan trọng hàng đầu

là chiều dài mạch phân tử pectin và mức độ methoxyl hóa trong phân tử của chúng

Bảng 1.3.Tác dụng của DE lên việc tạo gel

+ Chiều dài của phân tử quyết định độ cứng của gel: Nếu phân tử pectin quá ngắn thì nó sẽ không tạo gel mặc dù sử dụng với liều lượng cao còn nếu phân tử pectin quá dài thì gel tạo thành quá cứng

+ Mức độ methoxyl hóa quy định cơ chế tạo gel:Khả năng keo hóa củapectin phụ thuộc tương đối vào mức độ hiện diện của các nhóm methoxyl Tùythuộc vào chỉ số methoxyl cao (>7%) hoặc thấp (3- 5%) ở phân tử pectin mà cáckiểu kết hợp giữa chúng sẽ khác nhau trong việc tạo gel

Nước là dung môi để pectin có thể trương nở và khuếch tán tạo nên dung dịchđồng thể Nước đóng vai trò quan trọng giúp pectin định hướng và sắp xếp lại mạchphân tử của chúng Thông thường khi độ ấm của dung dịch tạo keo tăng lên thì quátrình keo hoá diễn ra càng nhanh

Trong dung dịch nước, pectin ở trạng thái hòa tan do có sự tạo thành các liên kết

Điều kiện tạo gel

DE (%) pH Đường Ion hóa trị II Tốc độ tạo gel

hydro giữa các nhóm OH- của mạch phân tử pectin và H+ của phân tử nước.

Khi đường xuất hiện, đường đóng vai trò của chất hydrate hóa, ngậm mất phầnnước đang liên kết với pectin Khi đó pectin trở nên không hòa tan Cộng với tácđộng của ion H+ từ lượng acid sử dụng để tạo đông, H+ làm trung hòa điện tích củacác gốc COO- trên mạch phân tử pectin, tạo gốc COO- Vì thế sợi pectin không cònđẩy nhau mà tiến lại gần nhau và tạo mạng

Lượng đường trong hỗn hợp pectin - đường - acid thường phải lớn hơn 50%thì mới có khả năng tạo gel Thông thường người ta tạo hỗn hợp có 65% đường đểtiến hành keo đông Nếu dùng cao hơn, sự kết tinh đường có thể xảy ra trên bề mặthạt keo, hoặc ngay trong hệ keo Để khắc phục có thể thay thế một phần đườngsaccharose bằng đường glucose nhằm tránh hiện tượng kết tinh đường

Pectin chỉ có thể tạo gel trong môi trường acid có pH <4.Trong môi trường

có H+, các phân tử pectin tích điện âm sẽ bị trung hòa và trở thành dạng trung hòađiện dễ tạo đông tụ và có thể chuyển dạng muối pectat (không tạo đông) thành dạngpectin (có tạo đông)

Acid sử dụng để tạo đông cần có mức độ phân ly cao hơn acid pectin để acidnày có thể ngăn cản sự phân ly của acid pectin, và giữ cho chúng ở dạng trung hòađiện tích

Nồng độ ion H+ càng lớn thì khả năng tạo gel của dung dịch pectin sẽ càng cao Cầnduy trì độ pH thấp để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường saccharose(30 - 50 đường thêm vào pectin) để ngăn cản sự kết tinh của đường Cũng khôngnên dùng quá nhiều acid, vì pH quá thấp sẽ gây ra sự nghịch đảo một lượng lớnsaccharose từ đó kết tinh glucose và hoá gel nhanh tạo nên các vón cục.Thườngdùng độ pH từ 3-3.5

- Mức độ tạo gel chỉ tăng đến một giới hạn nào đó của nồng độ acid rồi sẽngừng lại bởi vì ở ngưỡng nồng độ đó toàn bộ gốc COO- của phân tử pectin đãđược trung hòa điện tích

- Nếu phải sử dụng pectin có khả năng đông tụ yếu thì nên tăng nồng độ

acid lên Nhưng việc tăng nồng độ này lại dễ làm tăng lượng đường chuyển hóa vàlàm tăng tính háo nước của sản phẩm.

Ø 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 thựcphẩm, chủ yếu là những thực phẩm có nguồn gốc từ rau quả Nó có khả năng giữmùi 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 phẩm

mà qui định không cho phép sử dụng những loại gum có giá thành rẻ hơn hay ởnhững loại thực phẩm cần có một hình dáng thật tự nhiên