CHƯƠNG v vật LIỆU SINH học

 Lượng và bản chất của pectin xác định cấu trúc của trái cây và rau quả trong quá trình sinh trưởng, chín và bảo quản.. Sử dụng pectin Trong sản phẩm mứt quả: tươi hoặc quả bán chế phẩ

Chương V Vật liệu

sinh học

Pectin

 Có mặt trong quả, củ, 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

 Xuất phát từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là đông lại

 Do Vauquelin tìm ra vào năm 1790

 Trong thực vật, pectin tồn tại dưới 2 dạng:

 Dưới tác dụng của axit hay enzyme

protopectinase hay khi đun sôi, protopectin sẽ

chuyển thành pectin hoà tan

Pectin

 Pectin được thu nhận từ dịch chiết của các

nguyên liệu thực vật, thường là táo hay các quả

có múi

 Pectin lấy từ các nguồn khác nhau sẽ khác nhau

về khả năng tạo gel và khác nhau ít nhiều về số các nhóm thế CH3-(metoxy) trong phân tử

 Phân tử lượng của các loại pectin tách từ các

nguồn quả khác nhau thay đổi trong giới hạn

4

Hàm lượng pectin trong trái cây và rau quả

→ mất khả năng tạo gel

 Chú ý tránh môi trường kiềm và tác dụng thủy

phân của enzym pectase

 Lượng và bản chất của pectin xác định cấu

trúc của trái cây và rau quả trong quá trình sinh trưởng, chín và bảo quản

 Pectin thương mại sử dụng trong nhiều lĩnh

vực như chất ổn định, làm đặc, chủ yếu là tạo gel

 Vai trò quan trọng như chất xơ dinh dưỡng

enzym protopectinase trong quả

 Trong quá trình bảo quản , giảm lượng

protopectin, tăng dần pectin hoà tan

Các hợp chất pectin

 Pectin: dùng để chỉ các chuỗi

polygalacturonic metyl hóa 100%

 Axit pectinic: để chỉ các chất được metyl hoá thấp hơn 100%

 Axit pectic: để chỉ axit polygalacturonic

hoàn toàn không chứa nhóm methoxyl

 Trong thực tiễn, pectin dùng để chỉ cả

axit pectinic và pectin

Cấu tạo

thẳng, là dẫn xuất methyl

của acid pectic

acid D- galacturonic, liên kết

với nhau bằng liên kết 1,4-

lượng gốc acid galacturonic có trong phân tử

Phân loại pectin

 High methoxyl pectin (HMP): DE > 50% hay MI >7%

 Low methoxl pectin (LMP): DE ≤ 50%

hay MI ≤ 7%

Cấu tạo pectin

Công thức cấu tạo trên: LMP ester hoá 20% Công thc dưới HMP ester

hoá 80%

Các loại pectin

Tính chất tạo gel

Phụ thuộc vào 2 yếu tố:

 Chiều dài chuỗi pectin

 Mức độ metyl hoá

Tính chất tạo gel

Chiều dài phân tử quyết định độ cứng

của gel

 Nếu phân tử pectin có chiều dài quá

thấp, không tạo được gel dù sử dụng liều cao

 Nếu phân tử pectin quá dài thì gel tạo

thành rất cứng

Tính chất tạo gel

Mức độ methoxyl hoá quy định cơ chế tạo gel

 HMP: tạo gel bằng liên kết hydro

 LMP: tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+

độ hydrat hóa của phân tử pectin trong dung dịch

tích điện của các phân tử

thành liên kết nội phân tử và tạo gel

sẽ mềm dẻo

High methoxyl pectin

Cấu trúc của gel phụ thuộc vào

Hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm lượng pectin, loại pectin và nhiệt độ

 Chú ý duy trì pH thấp: để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường sucrose, ngăn cản

sự kết tinh của đường

 Không nên dùng quá nhiều acid vì pH quá thấp

sẽ gây ra nghịch đảo một lượng lớn sucrose gây kết tinh glucose và hoá gel nhanh tạo nên các

vón cục

 Khi dùng lượng pectin vượt quá lượng thích hợp

sẽ gây ra gel qua cứng do đó khi dùng một

nguyên liệu có chứa nhiều pectin cần tiến hành phân giải bớt chúng bằng cách đun lâu hơn

19

High methoxyl pectin

 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

 Không thể tạo gel nếu đường < 50%, pH >4,5-5

Low methoxyl pectin

 Điều kiện tạo gel: khi có mặt

được tạo thành qua cầu nối

là các ion hóa trị (II), đặc biệt

là Ca2+

 Cấu trúc của gel phụ thuộc

vào nồng độ Ca2+

Ý nghĩa thực tế của LMP

 Cho phép tạo gel mà không cần bổ sung đường

 Sử dụng cho các sản phẩm thực phẩm thấp calo và ăn kiêng

Hàm lượng metyl hoá và khả

năng tạo gel

Điều chế pectin

Nguyên liệu

Xử lý (Chần , rửa, sấy, xay

nghiền…)

Chiết xuất (bằng axit, pH 1,5-3, T 0

70-90 0 C) Lọc hay li tâm Kết tủa pectin Lọc lấy pectin

Sấy khô Nghiền Bột pectin

Sử dụng pectin

Trong sản phẩm mứt quả:

tươi hoặc quả bán chế phẩm (pure quả,

nước quả, quả sunfit hóa) nấu với đường

đến độ khô 65¸ 70%.Sản phẩm mứt nổi bật

là vị ngọt, thơm tự nhiên tinh khiết của quả

Ngoài hàm lượng có sẵn trong quả, người ta

còn bổ sung thêm một lượng khá lớn đường

tinh khiết

pectin 0,2-0,4 % là điều kiện tối ưu cho tạo

gel

phân phối trái cây đều trong sản phẩm,

hương vị trái cây đặc trưng

25

 Mứt đông: Mứt đông chế biến từ nước quả

hoặc siro quả.Người ta thường dùng nước quả dạng trong suốt

– Nguyên liệu là nước quả hay siro, ta có sản phẩm là mứt đông từ nước quả hay còn

 Trong công nghiệp bánh: tạo

độ chắc cho bột, tạo bề mặt bóng đẹp, tránh quá trình

khô bề mặt

 Trong công nghiệp kẹo: tạo

vẻ ngoài hấp dẫn, cấu trúc đàn hồi, tăng cường hương

vị trái cây, sản phẩm trơn

mượt, tạo các hạt trong sản phẩm

Trong công nghiệp sữa

 Sản phẩm sữa trái cây: tạo độ

nhớt cho sản phẩm, phân phối

trái cây đều trong sản phẩm Tạo

ra sản phẩm đồng nhất trong sản

phẩm sữa lên men và thời gian

bảo quản dài

 Trong yaourt trái cây: pectin cho

cấu trúc nhẵn, mịn và hương vị

trái cây đặc trưng và các phần

trái cây phân tán đều trong sản

phẩm

Trong công nghiệp sữa

 Sữa uống có tính axit: bảo vệ protein ở pH

thấp chống lại sự thoái biến nhiệt trong quá

trình thanh trùng, phòng ngừa sự đóng cặn

Đảm bảo sản phẩm ổn định với tính chất cảm quan tối ưu và không mất chất lượng khi bảo quản thời gian dài

 Yaourt, sản phẩm tráng miệng từ sữa: kết hợp với calci trong yaourt tăng cấu trúc sản phẩm

Trong công nghiệp nước

Trong dược phẩm, mỹ phẩm và phi thực

phẩm

trong máu, hạ lượng cholesterol Thuốc

viên bao màng pectin để bảo vệ màng

nhầy dạ dày

nhiên của sản phẩm dạng bột, thuốc

mỡ, dầu và cream

chất hương đặc trưng

định trong sản phẩm tóc, kem dưỡng

da, dầu gội

Chitosan

 Giáp xác: nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào chiếm 1/3 tổng sản lượng nguyên liệu thủy sản

ở Việt Nam

 Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất

khẩu, tỷ lệ cơ cấu các mặt hàng đông lạnh giáp xác chiếm từ 70 - 80% công suất chế biến

 Hàng năm các nhà máy chế biến đã thải bỏ

một lượng phế liệu giáp xác khá lớn khoảng

70.000 tấn/năm

 Nguồn phế liệu này là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp sản xuất chitin,

Chitosan

 Là chất xơ có nguồn gốc từ động vật,

chủ yếu có ở vỏ ngoài của động vật giáp xác, nhuyễn thể, côn trùng và một số loài nấm

 Tiền chất của nó là chitin

 Chitosan có được do deacetyl hoá chitin, các sản phẩm thương mại có mức độ

deacetyl và trọng lượng phân tử/ độ nhớt khác nhau

36

Chitosan

Chitosan là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau

Có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị,

không tan trong nước, dung dịch kiềm và acid đậm đặc nhưngtan trong acid loãng (pH 6-

6,6) tạo dung dịch keo trong, có khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nóng chảy 3090C – 3110C Trọng lượng phân tử trung bình: 10.000 -

500.000 dalton tùy loại

Tính năng của chitosan

 Tính năng công nghệ

 Tính năng sinh lý học

Tính năng công nghệ

 Khả năng kháng vi sinh vật:

như: vi khuẩn, nấm mốc, nấm men

 Khả năng tạo màng bảo vệ:

39

Tính năng sinh lý học

 Giảm sự hấp thụ lipid:

 Chitosan có tính chất như chất xơ thực

phẩm không bị tiêu hủy ở đường dạ dày ruột trong cơ thể do thiếu enzyme chitonase đặc hiệu

 Giảm cholesterol, giảm trọng lượng cơ thể

do giảm sự hấp thu lipid

 Khả năng kích thích sinh học:

 Có hoạt tính như một chất kích thích sự phát triển có chọn lựa vi khuẩn lactobacilli

Tính chất kháng khuẩn của chitosan trong thực phẩm và thức uống

Chitosan- Đặc tính nổi bật

 Nguồn gốc thiên nhiên

 Không độc, dùng an toàn cho người trong thức

ăn, thực phẩm, dược phẩm

 Có tính hoà hợp sinh học cao với cơ thể

 Có khả năng tự phân hủy sinh học

 Có nhiều tác dụng sinh học đa dạng:

khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau,

vật, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện

nghèo dinh dưỡng

Quy trình

sản xuất

chitin và

chitosan

Quy trình thủy nhiệt Yamasaki

và Nacamichi (Nhật bản)

 Nguyên liệu: vỏ cua đã khô, sạch

 Khử khoáng bằng HCl 2N trong thời gian là 1 giờ

 Rửa sạch và làm khô

 Tiến hành kết hợp hai công đoạn khử protein

và deacetyl đồng thời trong dung dịch NaOH 15N ở nhiệt độ 1500C trong 1 giờ,

 → protein được tách ra triệt để và độ deacetyl đạt trên 70%

 Sau thời gian 1 giờ đem rửa sạch và làm khô

 Thu được chitosan thành phẩm

 Ưu điểm

trình khác

 Nhược điểm

Quy trình sản xuất chitosan của Pháp

 Nguyên liệu (vỏ tôm) sạch

 Hấp chín, phơi khô, xay nhỏ

 Khử protein bằng NaOH 3,5% với tỷ lệ w/v=1/10, ở nhiệt độ

 Sau 30 phút vớt ra rửa sạch và tẩy màu lại bằng nước javen

(NaOCl + NaCl) 0,135%, tỷ lệ w/v=1/10, ở nhiệt độ phòng

 Sau 6 phút với ra rửa trung tính,

 Thu được chitin sạch đẹp

 Sau đó tiến hành deacetyl chitin bằng NaOH 40% với tỷ lệ

w/v=1/4, ở nhiệt độ 85 0 C

 Sau thời gian 4 giờ đem rửa,

 Thu được chitosan

 Ưu điểm

nghệ này khó áp dụng trong điều kiện sản xuất ở nước ta hiện nay

Quy trình sản xuất chitosan

của Đỗ Minh Phụng

 Nguyên liệu: vỏ tôm khô

 Khử khoáng bằng HCl 6N với tỷ lệ w/v=1/2,5, ở nhiệt độ

 Tẩy màu bằng KMnO4 1% trong môi trường H2SO4 10%

 Sau 1 giờ đem rửa sạch và khử màu phụ bằng Na2S2O3 1,5% trong 15 phút

 Vớt ra rửa sạch thu được chitin

 Deacetyl chitin bằng NaOH 40% với tỷ lệ w/v=1/1, ở nhiệt độ

80 0 C

 Sau 24 giờ đem rửa sạch

 Thu được chitosan

 Ưu điểm

 Chất lượng khá tốt,

 Chitin có màu trắng đẹp

 Nhược điểm

 Thời gian còn dài,

 Sử dụng nhiều chất oxy hóa dễ làm ảnh

hưởng tới độ nhớt của sản phẩm

Quy trình sản xuất chitosan theo

 Công đoạn khử protein và deacetyl

 Có thể thay thế bằng phương pháp sinh học

 Khử protein bằng proteaza và deacetyl bằng enzym deacetylaza

 Vỏ tôm được ngâm trong HCl 10% tỷ lệ w/v = 1/10, để

ở nhiệt độ phòng trong thời gian 5 giờ

5,5, ở nhiệt độ 70 - 80 0 C trong thời gian 4 giờ

khô, trắng

90 0 C trong thời gian 5,5 giờ

Ứng dụng

 Dùng để bảo quản đóng gói thức ăn

 Bảo quản hoa quả tươi vì nó tạo màng

sinh học không độc

 Sử dụng trong những sản phẩm ăn kiêng

để giảm cholesterol và lipid trong

máugiảm cân nặng chống béo phì, bổ

sung vào bánh mì, nuớc chấm, khoai tây chiên…

 Dùng chitosan như chất phu gia trong

sản xuất giò lụa, bánh cuốn truyền thống thay thế hàn the để tạo độ giòn dai và

bảo quản

 Tạo màng chitosan làm vỏ bọc xúc xích

 Tạo màng chitosan bảo quản cá tươi và

cá khô

 Trong nông nghiệp, chitosan được sử

dụng để bảo vệ các hạt giống nhằm mục đích ngăn ngừa sự tấn công của nấm

trong đất, đồng thời nó còn có tác

dụngcố định phân bón, thuốc trừ sâu,

tăng cường khả năng nảy mầm của hạt

 Chitosan còn được dùng làm nguyên liệu

bổ xung vào thức ăn cho tôm, cá, cua để kích thích sinh trưởng

 Chitosan làm tăng độ bền dai của giấy, đồng thời việc in trên giấy cũng tốt hơn Trong sản xuất giấy qua nghiên cứu người ta thấy nếu bổ sung 1% chitosan thì độ bền của giấy tăng lên khi bị ướt hay tăng độ nét khi in

 Nhờ khả năng làm đông tụ các thể rắn lơ lửng giàu protein và nhờ khả năng kết dính tốt các ion kim loại như Pb, Hg… do đó chitin được sử dụng để tẩy lọc nguồn nước thải công nghiệp

từ các nhà máy chế biến thực phẩm

và bảo quản đựoc 25 ngày ở nhiệt độ

thường, 36 ngày ở nhiệt độ lạnh 8-10o C, vẫn đạt được độ tươi theo tiêu chuẩn

nguyên liệu chế biến

 Quýt tươi đem nhúng trong dung dịch chitosan

1,5 %, hong khô và bảo quản đựoc 15 ngày ở

nhiệt độ thường, 32 ngày ở nhiệt độ lạnh 8-10o C, vẫn đạt được độ tươi theo tiêu chuẩn nguyên liệu chế biến

 Cà chua đạt độ chín kỹ thuật đem nhúng trong

dung dịch chitosan 1,5 %, hong khô và bảo quản đựoc 17 ngày ở nhiệt độ thường và 28 ngày ở

nhiệt độ lạnh 8-10o C, vẫn đạt được độ tươi theo tiêu chuẩn nguyên liệu chế biến

58

 Hành tím được nhúng trong dung dịch chitosan 1,5 %, hong khô và bảo quản đựơc 56 ngày ở nhiệt độ thường, vẫn đạt được tiêu chuẩn

nguyên liệu chế biến

 Thịt heo đem nhúng trong dung dịch chitosan 1,5 % với phụ liệu sorbitol 1%, có thể giữ tươi

12 giờ ở nhiệt độ phòng và 60 giờ ngày ở nhiệt

độ lạnh 8-10o C, 5 ngày ở nhiệt độ 0-3oC, vẫn đạt được độ tươi theo tiêu chuẩn nguyên liệu chế biến

 Dứa quả chín kỹ thuật đem nhúng trong

dung dịch chitosan 1,5 % có phụ liệu

benzoat natri 0,1 %, hong khô và bảo

quản được 15 ngày ở nhiệt độ thường và

35 ngày ở nhiệt độ lạnh 8-10o C, vẫn đạt

được độ tươi theo tiêu chuẩn nguyên liệu chế biến

 Ở nhiệt độ thường, trứng gà tươi bọc