Pectin và pectinase

Đặc tính quan trọng của pectin là khả năng tạo thành chất keo khi có mặt acid và đường, cũng chính vì vậy mà nó được ứng dụng phổ biến trong công nghệ sản xuất mứt kẹo.. Pectin methoxyl

1.4 Biến đổi của pectin trong quá trình quả chín 4

CHƯƠNG I PECTIN VÀ PECTINASE

• Pectin hoà tan: tồn tại ở dịch bào

1.1 Công thức hoá học

Các hợp chất pectin có cấu tạo là chuỗi polygalacturonic Các acid galacturonic

bị methyl hoá ở các mức độ khác nhau Chiều dài chuỗi polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị đến vài trăm đơn vị Tùy theo số phân tử acid galacturonic trong chuỗi polygalacturonic mà khối lượng phân tử của pectin có thể khác nhau (khoảng 20000 đến 200000 đơn vị) Phân tử lượng của các loại pectin từ các nguồn quả khác nhau sẽ khác nhau

Ví dụ: pectin của táo, mận có phân tử lượng từ 25000 đến 35000 dvC; pectin của cam có phân tử lượïng đến 50000 dvC

Các hợp chất pectin gồm:

- Pectin: chuỗi polygalacturonic methyl hóa 100% (ứng với hàm lượng methyl là 16,3%)

- Acid pectinic: chuỗi acid polygalacturonic được methyl hóa dưới 100%

- Acid pectic: chuỗi acid polygalacturonic hoàn toàn không bị methyl hóa

Trong thực tế tên pectin được dùng để chỉ cho acid pectinic và pectin

Tùy theo mức độ methyl hóa, pectin chia làm 2 nhóm đặc trưng bởi chỉ số methoxyl:

- Low – methoxyl pectin: hàm lượng methyl dưới 7%

- High – metoxyl pectin: hàm lượng methyl trên 7%

Hình 1: Pectin methoxyl hóa cao

Hình 2: Pectin methoxyl hóa thấp

Pectin có các nhóm carboxyl tự do nên mang điện tích âm, dễ bị kết tủa với kim loại đa hoá trị dưới dạng pectate

Từ dung dịch với nước, pectin có thể bị kết tủa với ethanol 50%, acetone, ether hoặc benzol Pectin cũng có thể kết hợp với tanin tạo ra hợp chất không tan Pectin sẽ bị phân hủy khi đun nóng lâu với nước

Đặc tính quan trọng của pectin là khả năng tạo thành chất keo khi có mặt acid và đường, cũng chính vì vậy mà nó được ứng dụng phổ biến trong công nghệ sản xuất mứt kẹo Để tạo thành chất keo bằng pectin có thể thêm đường saccharose với tỉ lệ 60-70% (bão hoà đường) và tạo môi trường có pH = 3,1-3,5 nhờ acid hữu

cơ như acid citric

1.3 Nguồn pectin trong tự nhiên

Pectin có nhiều trong nguyên liệu thực vật với hàm lượng khác nhau Pectin trong các loại thực vật khác nhau thì cấu tạo, tính chất, khả năng keo hóa cũng khác nhau

Bảng 1: Hàm lượng pectin trong một số loại thực vật

Loại thực vật Hàm lượng pectin (%)

Đài hoa hướng dương 2,8 – 4,1Trong cùng một loại quả, ở các phần khác nhau thì lượng pectin cũng khác nhau

Bảng 2: Hàm lượng pectin ở các phần khác nhau của quả bưởi

Khối lượng (g) Hàm lượng pectin Hiệu suất thu hồi

1.4 Sự biến đổi của pectin trong quá trình quả chín

Hàm lượng pectin luôn thay đổi trong quá trình phát triển của rau quả Khi quả đang phát triển, protopectin phân tán ở thành tế bào và chiếm tỉ lệ cao Khi quả bắt đầu chín, do tác dụng của acid hữu cơ và enzyme protopectinase, protopectin chuyển dần thành dạng pectin hoà tan phân tán vào dịch quả

Hàm lượng pectin thường cao nhất khi quả chín tới sau đó giảm dần vì bị demethoxyl và depolymer hóa Pectin tiếp tục bị thủy phân hơn nữa khi quả thối tạo thành acid pectic, rượu ethylic làm nhũn và phá huỷ cấu trúc của quả

Giữa các biến động về hàm lượng pectin và hemicellulose có mối liên hê mật thiết vì chúng cùng được tạo thành từ acid glucoronic và galacturonic Một số nghiên cứu cho thấy hàm lượng pectin trong quả có thể tăng không những khi chín trên cây mà còn trong khi bảo quản (như ở lê táo)

1.5 Aûnh hưởng của enzyme

Ở giai đoạn phát triển đầu của quả, hoạt động của enzyme polygalacturonase và pectinesterase rất mạnh; khi quả bắt đầu chín thì lại giảm xuống rất thấp, và khi quả chín hoàn toàn thì hoạt động của chúng lại tăng lên Sự hoạt động của các enzyme này phá vỡ kết cấu của mạch pectin, giải phóng nhiều acid galacturonic

Do vậy, sau khi quả chín, hàm lượng pectin giảm, hàm lượng acid galacturonic tăng

Hình 3: Biến đổi của mô cà chua dưới tác dụng của enzyme polygalacturonase

1.6 Cơ chế tạo gel

Khả năng tạo gel của pectin phụ thuộc chủ yếu vào chiều dài và mức độ methyl hóa của chuỗi pectin Chiều dài của phân tử pectin quyết định độ cứng của gel Nếu phân tửû pectin quá ngắn thì dù sử dụng liều lượng cao cũng sẽ không tạo gel được

Bình thường pectin tan trong nước và là keo háo nước nên có khả năng hydrate hóa cao thông qua liên kết giữa phân tử nước và nhóm hydroxyl của chuỗi polymethylgalacturonic Ngoài ra, quanh phân tử pectin có màng tích điện âm nên chúng đẩy lẫn nhau, làm giãn mạch và tăng độ nhớt dung dịch

Khi làm giảm độ tích điện và hydrate hóa, các sợi pectin sẽ tiến lại gần nhau, tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới và dung dịch được giữ trong mạng lưới đó

Để làm giảm độ tích điện của pectin, người ta thường giảm pH của môi trường để làm cho phân tử pectin ở dạng trung tính (-COOH) Để làm mất khả năng hydrate hóa của pectin, người ta cho thêm đường (khoảng 65%) Pectin methoxyl thấp có thể tạo đông chắc trong dung dịch đường và ngay cả trong dung dịch không đường, trong khoảng pH rộng từ 3 đến 6,5

Khả năng keo hóa của chế phẩm pectin thường được biểu diễn bằng độ keo Một độ keo là lượng dung dịch đường mà một phần của pectin khô hay pectin lỏng trong một điều kiện nhất định, có khả năng hóa đông theo một tính chất đã qui định Hiện nay để đánh giá chất lượng pectin, người ta dùng chỉ số SAG SAG là lượng dung dịch đường 65% mà một gam pectin có thể tạo gel ở điều kiện pH 3

Hình 4: Cơ chế tạo gel của pectin

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo gel

(a) Loại pectin và hàm lượng pectin

Những phân tử pectin là cơ cấu chính của keo đông tụ nên dung dịch pectin phải có một nồng độ nhất định nào đó (ngưỡng đông tu)ï mới có khả năng tạo keo Nồng độ pectin trong dung dịch càng lớn thì khả năng keo tụ và tốc độ keo tụ càng cao

Phân tử lượng pectin và mức độ methoxyl hoá quyết định chất lượng cũng như khả năng tạo gel của pectin Chiều dài mạch phân tử và mức độ methoxyl hóa càng lớn thì khả năng keo hóa càng lớn

Chế phẩm pectin có chất lượng tốt sẽ tạo ra sợi đủ dài và chắc trong quá trình đông tụ, làm cho keo đàn hồi, do đó keo loãng cũng khá bền Nếu keo pectin được tạo thành từ những sợi pectin ngắn hơn, mạng lưới giữa pha lỏng của keo kém hơn, cấu trúc gel khó hình thành và dễ bị rữa nát

(d) Acid:

Pectin chỉ có khả năng tạo đông ở môi trường acid (pH thấp hơn 4) Khi ở môi trường này pectin ở dạng trung tính và có khả năng tạo gel

Pectin chất lượng tốt tạo đông tốt trong môi trường acid có pH = 3,2-3,4 Khi

pH càng thấp, khả năng đông tụ càng cao đến khi toàn bộ các gốc –COO- chuyển thành –COOH Nếu tiếp tục giảm pH thì sẽ không còn hiệu quả như mong muốn

1.7 Ứng dụng của pectin trong đời sống:

Pectin là chất tạo đông tốt, có khả năng giữ mùi vị tự nhiên của sản phẩm và không gây mùi vị lạ Do đó, nó được dùng để làm đông các loại mứt, giúp cho sản phẩm có độ chắc phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng

Pectin methoxyl thấp được dùng để làm bao bì ăn được Sản phẩm được nhúng vào dung dịch pectin hay pectate natri, rồi tiếp tục nhúng vào dung dịch clorua canxi Khi khô lại, lớp phủ bề mặt này có tác dụng bảo vệ sản phẩm thực phẩm Trong sản xuất sữa chua, casein của sữa chua thường bị vón cục lớn, nhưng nếu cho pectin vào thì casein sẽ kết tủa dạng mịn, làm tăng giá trị của sản phẩm

Trong y học, pectin được dùng để điều chế thuốc cầm máu dưới dạng thuốc uống hoặc thuốc tiêm Ngoài ra, nó còn có tác dụng chữa bệnh đường ruột và giúp

cơ thể bài tiết kim loại nặng

Đôi khi người ta dùng pectin có hàm lượng methoxyl thấp để làm đông thức ăn cho người bệnh tiểu đường và người ăn kiêng Thức ăn kiêng thường có hàm lượng đường rất thấp nên không có được độ chắc và độ nhớt nhất định hoặc không có cấu trúc đông quen thuộc như các sản phẩm bình thường Việc sử dụng pectin sẽ làm cho sản phẩm có hình dạng bên ngoài hấp dẫn hơn mặc dù thành phần sản phẩm có sự khác biệt lớn

1.8 Sản xuất chế phẩm pectin

Chế phẩm pectin là một sản phẩm phụ của công nghiệp chế biến rau quả Pectin được sản xuất bằng cách trích ly từ các phế phẩm như vỏ quả có múi (chanh, cam, bưởi…) hay bã táo

Quy trình sản xuất pectin từ vỏ cam, quít

CẮT NHỎ

LẮNG GẠN

LOẠI TẠP CHẤT ÉP

Vỏ cam quýt

Sản phẩm

RỬA SẠCH

VÔ HOẠT PECTINASE

CHIẾT RÚT PECTIN

Ethanol

LÀM LẠNH

TẨY MÀU

LỌC ÉP CÔ ĐẶC KẾT TỦA

Dung dich

acid

Cặn Bã

SẤY

BAO GÓI

2 PECTINASE

Pectinase là tên để chỉ các loại enzyme phân hủy pectin Trong đó, các enzyme thường sử dụng trong thực phẩm là:

- Polygalacturonase (3.2.1.15): enzyme thủy phân liên kết α-1,4-glycoside

- Pectinmethylesterase (3.1.1.11): enzyme thủy phân liên kết ester giữa acid galacturonic và nhóm methyl

- Pectate lyase (4.2.2.10): enzyme cắt liên kết α-1,4-glycoside nhưng không có sự tham gia của nước

Hình 5: Tác dụng của các enzyme pectinase

Các enzyme này ảnh hưởng lớn tới quá trình chế biến và bảo quản rau quả Thông thường, chúng là tác nhân gây mềm và hư hỏng rau quả nên thường phải vô hoạt chúng bằng nhiệt (chần, thanh trùng) trước khi chế biến Tuy nhiên, trong một số quá trình, ta lại phải lợi dụng nguồn enzyme này để phân hủy pectin trong nguyên liệu Đôi khi người ta còn sử dụng chế phẩm pectinase để tăng hiệu quả và giảm thời gian thủy phân pectin

Chế phẩm Pectinase được sản xuất bằng con đường lên men sử dụng nấm mốc

(Aspergillus niger, Rhizopus oryzae, Rhizomucor meihei) hoặc nấm men (Candida spp and Saccharomyces spp.) Trong đó, chế phẩm từ Aspergillus niger có hoạt

tính mạnh nhất

CHƯƠNG II PECTIN VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RAU QUẢ

1 NƯỚC RAU QUẢ

1.1 Phân loại

Nước quả không có thịt quả: Dịch bào được tách khỏi mô quả chủ yếu bằng cách ép sau đó lắng, lọc Tuỳ theo mức độ trong mà người ta lọc thô (nước quả đục) hay lọc tinh (nước quả trong)

Nước quả có thịt quả: Dịch bào lẫn với các mô được nghiền mịn và pha chế với nước đường Loại nước quả này thường được sản xuất từ các loại quả có thịt mềm, chứa nhiều caroten (vì caroten không tan trong nước)

Nước rau: Thức uống bao gồm dịch rau và thịt rau nghiền nhỏ

1.2 Tác dụng của pectin

Trong chế biến nước rau, nước quả có thịt quả, pectin được sử dụng để tạo cấu trúc gel, giữ cho phần thịt rau quả phân tán đều trong dịch ra quả, không bị phân lớp

Đối với các loại quả có hàm lượng pectin cao, ta tận dụng pectin trong quả nhưng phải vô hoạt hoàn toàn pectinase bằng cách chần rau quả trong nước nóng trước khi chế biến

Pectin còn có thể được bổ sung dưới chế phẩm lỏng hay tinh thể Nếu dùng chế phẩm pectin dạng bột thì phải hoà tan pectin hoàn toàn trong nước trước khi trộn vào sản phẩm

1.3 Tác hại của pectin

Sự có mặt của pectin trong dung dịch không phải lúc nào cũng có lợi Pectin hòa tan trong dịch quả là kết quả của việc phá vỡ các tế bào quả và do hoạt động của các enzyme trong tế bào (các enzyme phân hủy protopectin thành pectin và

chất hòa tan) Pectin hòa tan gây ra nhiều khó khăn và làm giảm hiệu suất của quá trình ép dịch quả Lý do là dung dịch pectin có độ nhớt cao, làm trơn các trục ép và làm cho khối quả nghiền đóng vón, dịch quả khó chảy ra Để loại trừ sự bất lợi này, người ta thực hiện giai đoạn phân hủy pectin (depectinizing) trước khi đưa bột quả vào máy ép bằng enzyme pectinase với hàm lượng 50 – 100ppm Việc xử lý bằng enzyme này không những làm tăng hiệu suất máy ép mà còn làm tăng hàm lượng chất khô trong dịch quả, dịch quả chảy ra dễ dàng đem theo các thành phần dinh dưỡng cần thiết cho sản phẩm

Pectin còn bất lợi trong quá trình làm trong nước quả Pectin hòa tan làm nước quả có độ nhớt cao, giúp các phần tử không tan phân tán trong nước quả, khó tách

ra Có thể hiểu là các phân tử pectin bao quanh phân tử các chất không tan, ngăn cản chúng kết tụ Khi phá bỏ được lớp pectin này thì các chất không tan sẽ dễ kết hợp với nhau tạo thành những hạt lớn và lắng xuống nhanh chóng Pectin có thể được loại bỏ nhờ pectinase hoặc nhiệt độ cao

Hình 6: Nước cà chua

1.4 Nước cà chua

Quy trình sản xuất nươc cà chua

Nguyên liệu: cà chua dùng để sản xuất nước uống cần có độ chín vừa phải Nếu cà chua quá xanh, sản phẩm bị chua, còn cà chua quá chín thì sản phẩm có hương vị nhạt nhẽo

Đun nóng cà chua xé nhỏ: Sau khi rửa, kiểm tra và xé nhỏ, người ta đun nóng cà chua xé nhỏ lên 60 – 70˚C để bài khí, diệt men (đặc biệt là pectinase) và phân hủy protopectin để khi ép được dễ dàng

Ép nước: cà chua được ép trên máy ép trục vít, hiệu suất ép khá cao, tuy nhiên, người ta chỉ ép với hiệu suất 60 – 70%, phần bã ép có thể chuyển sang công đoạn sản xuất cà chua cô đặc

Sau đó, dịch quả được đun nóng tới 85˚C để tiếp tục bài khí, diệt một số vi sinh vật, giảm thời gian thanh trùng sản phẩm

Đồng hóa: Nước cà chua là sản phẩm ở dạng huyền phù và dễ bị phân lớp khi bảo quản Để tránh hiện tượng này, ta tiến hành đồng hóa kết hợp với tác dụng tạo gel của pectin Ta có thể làm tăng lượng pectin hòa tan trong sản phẩm bằng cách đun nóng cà chua trước khi ép để vô hoạt enzyme pectinase và thủy phân protopectin hoặc thêm vào nước ép 0,1% pectin trước khi đồng hóa

Đóng hộp, thanh trùng: Nước cà chua được đóng vào các chai thủy tinh hoặc hộp sắt có dung tích khác nhau và ghép nắp trên máy ghép có hút chân không Sau đó, các chai, hộp này được đem thanh trùng ở 100˚C trong 25 – 60 phút tùy dạng bao bì

Bảo ôn: sau khi thanh trùng, tuyệt đối không làm lạnh ngay sản phẩm mà phải để các chai, hộp nước cà chua nguội dần dần trong khoảng 24 giờ

2 MỨT QUẢ

2.1 Tính chất chung của mứt quả:

Mứt quả là các sản phẩm quả tươi hoặc quả bán chế phẩm (purê quả, nước quả, quả sunfit hóa) nấu với đường đến độ khô 65 - 70%, trong đó hàm lượng đường từ 60 - 65% Sản phẩm mứt quả có đặc điểm nổi bật là vị ngọt mạnh và có hương vị tự nhiên, tinh khiết của quả

Phần lớn các loại mứt cần có độ đông nhất định Chất tạo đông có sẵn trong quả là pectin Để tăng độ đông cho sản phẩm mứt quả, người ta pha thêm pectin bột, pectin cô đặc, thạch agar hoặc các loại quả giàu pectin

Do có hàm lượng đường cao và thường có pH acid đủ để ức chế hoặc tiêu diệt các vi sinh vật nên nhiều loại mứt quả sau khi nấu và rót vào bao bì thì không cần thanh trùng Một số loại mứt có hàm lượng đường tương đối thấp cần phải thanh trùng với thời gian ngắn, chủ yếu để diệt nấm men, nấm mốc trên bề mặt sản phẩm

2.2 Phân loại mứt quả:

Mứt đông hay nước quả đông (Jelly): chế biến từ nước quả trong hoặc xirô quả cùng với đường, pectin, acid thành sản phẩm có trạng thái đông đặc và trong suốt Tùy theo độ nhớt của nước quả và độ đông của sản phẩm mà có thể pha hoặc không pha thêm pectin

Mứt nhuyễn đông (Jam): chế biến từ quả nghiền mịn (puree quả), đường và có thể pha thêm pectin hoặc agar, tạo thành dạng khối đông đặc và nhuyễn, có thể cắt thành bánh được, có thể nấu mứt từ quả tươi hoặc quả bán chế phẩm, từ một hoặc hỗn hợp nhiều loại quả

Mứt miếng đông (Marmalade): chế biến từ quả nguyên hay quả cắt miếng nấu với đường, axit thực phẩm và pectin Sản phẩm là một khối đông đặc, trong đó quả kết cấu với nước đường đã kết đông hóa Dạng mứt này được ưa thích nhất vì có tính chất gần với nguyên liệu quả hơn cả

Mứt miếng và mứt nhuyễn còn có thể ở dạng không đông

Mứt khô (Candy): là sản phẩm nấu từ quả với nước đường và sấy tới độ khô 80%, trên bề mặt miếng mứt có một lớp đường kết tinh

Mứt rim: chế biến bằng cách nấu quả với đường hay dung dịch nước đường sao cho quả không bị nát, nước đường đặc sánh nhưng không đông và cần tách khỏi quả

Các loại mứt quả có thể pha thêm pectin trong quá trình nấu là mứt quả đông, mứt nhuyễn và mứt miếng đông, do pectin là chất tạo đông tốt nhất cho các sản phẩm mứt quả dạng đông đặc, cũng tùy theo lượng pectin sẵn có trong nguyên liệu nhiều hay ít mà có thể điều chỉnh lượng pectin bổ sung cho hợp lý Đối với mứt khô và mứt rim, do các tính chất đặc trưng về cấu trúc của chúng nên không cần pha thêm pectin

Mứt nhuyễn đông (jam)

từ mơ

Mứt đông (jelly) từ bạc hà

Mứt miếng đông (marmalade) từ cam

Hình 7: Các loại mứt đông

2.3 Công nghệ sản xuất mứt quả

2.3.1 Nguyên liệu và phụ gia:

(a) Quả và dịch quả

Nguyên liệu quả cần phải có hàm lượng cao các chất đường, acid, chất thơm, chất màu, dịch quả cần có hương vị, màu sắc tự nhiên của quả Quả đưa vào chế biến cần tươi tốt, không bầm dập, không sâu bệnh, ít khuyết tật và có độ chín thích hợp Quả chưa đủ độ chín có độ cứng cao vì mô và thành tế bào chứa nhiều protopectin, Các quả này có hàm lượng đường thấp, độ acid cao và hương thơm chưa đầy đủ Quả chín quá thì mô quả mềm, có thể có mùi ủng và khi ép, dịch quả thoát ra có nhiều bọt, khó lắng lọc Tùy thuộc vào các loại quả và các loại mứt khác nhau (jam, jelly,…) mà có thể dùng dạng quả nguyên, quả cắt miếng, nước quả trong hay puree quả