Ảnh hưởng của các phương pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của bột polysaccharides từ lá sương sâm (tiliacora triandra)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY VÀ MỘ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY

VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN ĐỘ NHỚT

CỦA BỘT POLYSACCHARIDES

TỪ LÁ SƯƠNG SÂM (TILIACORA TRIANDRA)

GVHD: TS TRỊNH KHÁNH SƠN SVTH: NGUYỄN TẤN DANH MSSV: 11116012

S K L 0 0 3 7 7 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tấn Danh

Ngành: Công nghệ Thực phẩm

1 Tên khóa luận: Ảnh hưởng của các phương pháp trích ly và một số yếu tố đến độ

2 Nhiệm vụ của khóa luận:

- Khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp trích ly đến độ nhớt của bột

polysaccharide từ lá sương sâm

- Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của bột polysaccharides từ lá sương sâm như: tốc độ quay đầu dò, nhiệt độ, nồng độ,

pH, đường sucrose/ glucose

3 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 20/01/2015

4 Ngày hoàn thành khóa luận: 15/07/2015

5 Họ tên người hướng dẫn: TS Trịnh Khánh Sơn

Phần hướng dẫn: toàn bộ khóa luận

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi

Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm

Tp.HCM, ngày tháng năm 2015

Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn chính

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

nhớt của bột polysaccharides từ lá sương sâm (Tiliacora triandra)

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, khoa Công Nghệ Hóa Học và Thực Phẩm Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tận tình truyền đạt kiến thức trong thời gian chúng em theo học tại trường; thầy Trịnh Khánh Sơn đã tận tâm hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này, cũng như các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện để em hoàn thành các thí nghiệm Đồng thời

em cũng xin cám ơn gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, ủng hộ em trong suốt thời gian qua

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung đƣợc trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của riêng tôi Tôi xin cam đoan các nội dung đƣợc tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã đƣợc trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định

Ngày tháng năm 2015

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii

TÓM TẮT KHÓA LUẬN ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1

1.1 Giới thiệu về lá sương sâm 1

1.2 Polysaccharide 2

1.2.1 Đặc điểm chung của polysaccharide 3

1.2.2 Một số polysaccharide 6

1.2.3 Polysaccharide trong lá sương sâm 8

1.3 Trích ly polysaccharide 8

1.4 Tính lưu biến của thực phẩm dạng lỏng 10

1.5 Phổ hồng ngoại FTIR 11

1.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 12

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới về lá sương sâm 12

1.6.2 Tình hình nghiên cứu trong nước về lá sương sâm 13

1.7 Định hướng nghiên cứu 13

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 14

2.1 Vật liệu 14

2.1.1 Lá sương sâm 14

2.1.2 Hóa chất 14

2.2 Phương pháp nghiên cứu 14

2.2.1 Khảo sát các phương pháp tách chiết 14

2.2.2 Phương phổ hồng ngoại FTIR 17

polysaccharide 18

2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của pH lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide 18

2.2.6 Khảo sát ảnh hưởng của đường Sucrose và Glucose lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide thu được từ các thí nghiệm 18

2.2.7 Xác định độ ẩm 18

2.2.8 Xác định hàm lượng tro tổng 18

2.2.9 Xác định hàm lượng lipid 19

2.2.10 Xác định hàm lượng protein 19

2.2.11 Xác định hàm lượng carbonhydrate tổng 19

2.2.12 Xác định hàm lượng đường tổng bằng phenol-acid sunfuric 19

2.2.13 Phân tích thống kê 20

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 21

3.1 Xác định một số thành phần hóa học cơ bản trong lá sương sâm 21

3.2 Khả năng kết tủa, tạo gel của polysaccharide thu nhận từ các phương pháp khác nhau 22 3.3 Xác định nhóm chức trong phân tử của các mẫu polysaccharide 24

3.4 Ảnh hưởng của tốc độ quay lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide 26

3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ lên độ nhớt của mẫu polysaccharide 28

3.6 Ảnh hưởng của pH lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide 30

3.7 Ảnh hưởng của đường Sucrose, Glucose lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide 32 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 34

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các kiểu vùng giao nhau của gel polysaccharide 4

Hình 1.2 Phân loại thuộc tính cơ lưu chất của chất lỏng 11

Hình 1.3 Phổ FT-IR của Yanang gum và các sản phẩm xylan thương mại 12

Hình 2.1 Lưu đồ mô tả 5 thí nghiệm được thực hiện 16

Hình 2.2 Các bước tiến hành phương pháp phổ hồng ngoại FTIR 17

Hình 3.1 Khả năng kết tủa/ tạo gel từ thí nghiệm 1 (SKE), 2 (STE), 3 (STĐ), 4 và 5 23

Hình 3.2 Phổ hồng ngoại FTIR của mẫu polysaccharide SKE, STE, STĐ và Pectin 25

Hình 3.3 Ảnh hưởng của tốc độ quay lên độ nhớt của mẫu polysaccharide SKE, STE và STĐ ở nhiệt độ 300C, nồng độ 0.5% (A), 1% (B), 1.5% (C), 2% (D) 27

Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ nhớt của mẫu SKE, STE và STĐ ở 100 rpm 29

Hình 3.5 Ảnh hưởng của pH lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide SKE, STE, STĐ ở nhiệt độ 350C, tốc độ quay 100 rpm 31

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ sucrose/glucose lên độ nhớt của mẫu polysaccharides SKE, STE và STĐ ở nhiệt độ 350C, tốc độ quay 100 rpm 33

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Hàm lượng một số thành phần hóa học cơ bản trong bột lá sương sâm khô 21 Bảng 3.2 Khả năng kết tủa, tạo gel của các thí nghiệm và hiệu suất trích ly 22

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

STT Từ viết tắt Ý nghĩa

ethanol

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Lá sương sâm (Tiliacora triandra) có nguồn gốc từ Đông Nam Á và được sử dụng

rất phổ biến ở Thái Lan, Lào và Việt Nam Khóa luận này nghiên cứu sự ảnh hưởng của các phương pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của mẫu polysaccharides từ lá

sương sâm (Tiliacora triandra) Trích ly bằng phương pháp nước nóng đã làm mất đi khả

năng tạo gel của dịch sau trích ly Tuy nhiên, mẫu bột polysaccharie được trích ly bằng phương pháp nước nóng cho độ nhớt cao hơn phương pháp xay Các mẫu polysaccharide

từ lá sương sâm đều là chất lỏng phi Newton Nồng độ của mẫu polysaccharide cao cũng như nồng độ đường cao thì độ nhớt tăng Đường sucrose tạo độ nhớt của mẫu cao hơn đường glucose Nhiệt độ càng thấp thì độ nhớt càng cao Mẫu SKE cho độ nhớt cao nhất ở

pH 9, thấp nhất ở pH 5 và mẫu STE, STĐ cho độ nhớt cao nhất ở pH 11, thấp nhất ở pH 5 Phổ FT-IR của polysaccharides từ lá sương sâm có cấu trúc tương tự như xylan nhưng còn lẫn nhiều tạp chất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về lá sương sâm

Sương sâm có tên khoa học là Tiliacora triandra thuộc họ Tiliacora, thường được gọi là Yanang Sương sâm là một loài thực vật có hoa có nguồn gốc ở Đông Nam Á và

được sử dụng trong các món ăn Đông Bắc Thái Lan và Lào Nó là một loại cây leo, lá xanh thẫm, hình bầu dục, bề mặt lá mịn và hoa màu vàng (Ptchelintsev, 2012) Trong y học

cổ truyền Đông Nam Á, sương sâm được sử dụng như một loại thuốc thảo dược để giảm sốt (Wiriyachitra & Phuriyakorn, 2001), chữa ngộ độc rượu và các bệnh về viêm nhiễm do

nấm và vi khuẩn Ví dụ, việc sử dụng lá sương sâm để chống lại Plasmodium falciparum

(nguyên nhân gây ra bệnh sốt rét ở người) được trình bày bởi Pavanand và cộng sự (1989) Sương sâm còn cho thấy một số hiệu quả trong việc điều trị, phòng ngừa, kiểm soát, cải thiện, ức chế hoặc làm giảm các dấu hiệu của da theo thời gian, do hormone tuổi tác như nếp nhăn, chảy xệ và các tình trạng khác do sự xuống cấp dần các tế bào da tăng tưởng, sự phát triển và chức năng trong các lớp biểu bì và hạ bì (Ptchelintsev, 2012)

Phân tích hóa học cho thấy lá sương sâm có hàm lượng beta-carotene, chất khoáng cao, như canxi và sắt Một số alkaloid, đặc biệt là alkaloids bisbenzylisoquinoline đã được xác định trong lá sương sâm, bao gồm tiliacorinine, tiliacorine, và nortiliacorinine (Wiriyachitra & Phuriyakorn, 2001) Polysaccharides được sử dụng như là phụ gia trong ngành công nghiệp thực phẩm vì chúng có khả năng để sửa đổi, điều khiển các tính năng của thực phẩm Các ngành công nghiệp polysaccharides thực phẩm đại diện cho một thị trường đạt hơn 3,0 tỷ USD (Seisum, 2002) Các khả năng quan trọng nhất của polysaccharides là tạo nhớt, tạo gel, làm dày và khả năng giữ nước Chức năng quan trọng khác là ổn định hệ nhũ tương và cải thiện các tính chất cảm quan (Singthong, Ningsanond,

& Cui, 2009) Polysaccharides chiết xuất từ thực vật là các chất phụ gia hấp dẫn cho nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là đối với các ngành công nghiệp thực phẩm, bởi vì người tiêu dùng thường thích sử dụng các nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên hơn là hóa học Dịch trích ly của lá sương sâm trở nên nhớt rất nhanh sau khi lá đươc nghiền nát trong nước Tính nhớt của các thành phần trong lá sương sâm có thể là một nguồn polysacharide tự nhiên (Singthong và cộng sự, 2009)

1.2 Polysaccharide

Polysaccharides là polymer có khối lượng phân tử lớn, gồm nhiều monosaccharide liên kết với nhau bằng liên kết O-glycosidic Mức độ trùng hợp (DP), được xác định bởi số lượng các đơn vị monosaccharide trong một chuỗi, thay đổi từ một trăm đến vài trăm ngàn, chỉ có một vài polysaccharides có DP dưới 100 Không giống như các protein, polysaccharides là các sản phẩm gen thứ cấp Căn cứ vào số lượng các monomer khác nhau hiện nay, polysaccharides có thể được chia thành hai lớp (Aspinall, 1972):

 Homopolysaccharides, bao gồm chỉ có một loại monosaccharide

 Heteropolysaccharides, bao gồm hai hoặc nhiều loại monosaccharide Homopolysaccharides có thể được phân loại dựa trên các mối liên kết glycosidic khác nhau của các đơn vị monosaccharide Các liên kết glycosidic có thể là liên kết kiểu α- hay β-, ví dụ như α-1 → 2, α-1 → 3, α-1 → 4, hoặc β-1 → 2, β- 1 → 3, β-1 → 4 và v.v…Heteropolysaccharide ngoài việc có các loại monosaccharide khác nhau, chúng cũng

có các loại liên kết đa dạng như homopolysaccharide Do đó heteropolysaccharide có sự đa dạng về cấu trúc gần như là vô hạn Một số polysaccharides chỉ gồm các đơn vị đường: chúng được gọi là polysaccharides trung tính (ví dụ, amylose, amylopectin, cellulose) Những polysaccharide có chứa axit đường trong cấu trúc của chúng sẽ mang điện tích âm

và do đó chúng là polysaccharides anion, ví dụ như pectin và alginat Hiện này người ta chỉ biết có một loại polusaccharide cation duy nhất là chitosan, thu được bằng cách thay đổi tự nhiên của chitin từ động vật (Cui, 2005)

Polysaccharide còn được phân loại dựa trên nguồn gốc của chúng:

 Có nguồn gốc từ rong biển: Agarose, carrageenans, alginates

 Có nguồn gốc từ thực vật bậc cao (các loại ngũ cốc, trái cây, rau quả (phần

ăn được ăn được và không), hạt, củ, rễ, cây): Pectins, arabinoxylans, arabinogalactans, glucuronoxylans, β-glucans, inulin, cellulose, xylans, gum arabic, gum ghatti, gum tragacanth, gum karaya, guar gum, locust gum, tara gum, starches, konjac mannan

 Có nguồn gốc từ vi sinh vật: Xanthan gum, gellan, welan, zooglan, pullulan, dextran, curdlan, levan, scleroglucan

 Có nguồn gốc từ động vật: Glycogen, glycosaminoglycans, chitin, chitosan

Dựa vào các loại chuỗi của đơn vị đường, polysaccharides có thể được chia thành

1.2.1 Đặc điểm chung của polysaccharide

1.2.1.1 Cơ chế tạo gel

Gel polysaccharide trong thực phẩm được tạo thành từ dung dịch hoặc chất phân tán của polysaccharides Cần phân biệt sự tạo gel với sự kết tủa Sự kết tủa của polysaccharide xảy ra do các phản ứng tập hợp, tương tác polysaccharide – polysaccharide chiến ưu thế so với tương tác polysaccharide – nước Trong khi sự tạo gel là các chuỗi polymer được liên kết chéo bằng liên kết cộng hóa trị hoặc không phải liên kết công hóa trị

để hình thành một mạng polymer ba chiều lấp đầy thể tích của môi trường lỏng Để tạo ra gel, polysaccharides phải được hòa tan hoặc phân tán trong dung dịch, nhằm phá vỡ hầu hết các liên kết hydro ở trạng thái rắn Để chuyển đổi sol thành gel thì phải thay đổi nhiệt

độ, hoặc bổ sung các cation và thay đổi pH v.v…Mục đích của các phương pháp xử lý trên

là để làm giảm sự tương tác nội phân tử và tăng cường sự tương tác liên phân tử Sự tạo gel tốt của các polysaccharide mạch nhánh như gum arabic đơn giản là do mạng lưới phân tử dày đặc Chuỗi polysaccharide kéo dài có xu hướng bị rối ở nồng độ cao hơn Những phân

tử đồng dạng có thể quấn quanh nhau tạo thành nhiều xoắn mà không làm mất liên kết hydro Một số lượng tối thiểu của các liên kết chéo cần được hình thành để khắc phục hiệu ứng entropy và để tạo thành một mạng lưới ổn định Các liên kết chéo trong gel polysaccharide thường liên quan đến các đoạn mở rộng được sắp xếp từ hai hoặc nhiều chuỗi polysaccharide và tạo thành một cấu trúc mà được gọi là vùng giao nhau Một số kiểu tương tác giữa các phân tử có thể đóng góp cho sự tạo gel của polysaccharides Chúng bao gồm các liên kết hydro, liên kết ion, liên kết van der Waals và tương tác kỵ nước Hình 1.1 đưa ra một số ví dụ về các kiểu vùng giao nhau lý tưởng hóa cho mạng gel

polysaccharide hay phân đoạn của chúng gắn vào cặp kết hợp mà cấu tạo gồm 2 nếp gấp, các ion kim loại liên kết, nằm bên trong khoang âm điện nhƣ quả trứng nằm trong hộp trứng “egg box” Ví dụ cho loại liên kết này là gel pectin với mức độ methoxyl thấp và gel alginate Hình 1.1b biểu diễn các liên kết chéo của các xoắn kép thông qua lực van der Waals và liên kết hydro Với sự có mặt của cation tạo gel, các xoắn cũng có thể liên kết với nhau bằng liên kết ion, đƣợc thể hiện trong hình 1.1c Hình 1.1d mô tả một mẫu vùng giao nhau đƣợc đề xuất cho một số đoạn trung tính, không có ion kim loại (Cui, 2005)

Hình 1.1 Các kiểu vùng giao nhau của gel polysaccharide

1.2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo gel

 Ảnh hưởng bởi đặc điểm cấu trúc

Cấu trúc hóa học và cấu tạo phân tử polysaccharides là những yếu tố chính để xác định tính chất gel và cơ chế tạo gel của chúng Để tạo gel, chuỗi polysaccharide hoặc phân đoạn chuỗi phải được sắp xếp và tương tác với nhau để tạo thành một mạng lưới ba chiều

ổn định Đối với cùng một loại polysaccharides, sự biến đổi trong cấu trúc của chuỗi polymer dẫn đến cơ chế tạo gel khác nhau và gel có tính chất khác nhau Pectin là một ví

dụ điển hình, pectin có độ methy hóa cao có cơ chế tạo gel và tính chất gel khác so với pectin có độ methy hóa thấp Một ví dụ khác là alginat, alginat axit D-mannuronic cao tạo thành gel đục với môđun đàn hồi thấp; ngược lại, alginate axit L-guluronic cao hình thành gel trong suốt, gel cứng và giòn hơn (Cui, 2005)

 Ảnh hưởng bởi nồng độ và khối lượng phân tử

Gel chỉ được hình thành khi nồng độ polymer vượt quá nồng độ tới hạn Khối lượng phân tử cũng rất quan trọng đối với sự tạo gel, các mô đun đàn hồi tăng khi khối lượng phân tử tăng đến một điểm nhất định và sau đó độc lập với khối lượng phân tử; trong khi lực phá vỡ càng tăng khi khối lượng phân tử tăng (Whistler, R.L, 1973 & Mitchell, J

R và Blanshard, J M V, 1979) Tuy nhiên đối với các polysaccharide trung tính thì tỷ lệ tạo gel tỉ lệ nghịch với khối lượng phân tử của các polysaccharide (Böhm, N and Kulicke,

W M, 1999), do đó các mẫu có khối lượng phân tử thấp tạo gel mạnh hơn các mẫu có khối lượng phân tử cao trong khoảng thời gian nhất định (Cui, 2005)

 Ảnh hưởng bởi lực ion và pH

Đối với một số polysaccharide, việc thay đổi pH hoặc loại ion cũng như là số lượng của chúng có thể làm thay đổi tính chất của kết tủa gel Gel của polysaccharides anion đặc biệt bị ảnh hưởng bởi nồng độ và các loại cation liên quan Nhìn chung đối với polysaccharide mà có nồng độ cation thấp, khi tăng nồng độ cation thì khả năng tạo gel cũng được cải thiện cho đến khi khả năng tạo gel đạt tối ưu Sau khi đạt được nồng độ ion tối ưu, tiếp tục bổ sung các cation sẽ làm giảm độ bền của gel, độ đông hoặc kết tủa của các polysaccharides (Cui, 2005)