Khảo Sát Quy Trình Tách Chiết PECTIN Từ Vỏ Quả Chanh Dây

TÓM TẮT LUẬN VĂN Pectin là một loại chất sợi hòa tan trong nước, nó giảm hấp thu lipid, giảm cholesterol toàn phần trong máu, khống chế tăng đường huyết trước và sau bữa ăn ở người có bệ

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG



Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 12/2009

KHẢO SÁT QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT PECTIN TỪ VỎ

QUẢ CHANH DÂY

Giảng viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN THỊ THU SANG

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Pectin là một loại chất sợi hòa tan trong nước, nó giảm hấp thu lipid, giảm cholesterol toàn phần trong máu, khống chế tăng đường huyết trước và sau bữa ăn ở người có bệnh tiểu đường và chống táo bón Trong y học, cả hoa, lá, trái và vỏ trái chanh dây đều được dùng để chữa bệnh Các nhà nghiên cứu ở trường Đại học Florida (Mỹ) đã phát hiện ra rằng chiết xuất của vỏ trái chanh dây vàng có thể chống lại các tế bào ung thư nhờ vào 2 hoạt chất có nguồn gốc thực vật là carotenoids và polyphenols Watson (ĐH Florida) và các cộng sự của ông cũng chứng minh được rằng chiết xuất từ vỏ trái chanh dây tím giúp giảm được đến 75% chứng thở khò khè

ở những người bị bệnh hen suyễn và nâng cao khả năng hít thở của họ nên chanh dây được sử dụng rộng rãi, theo nghiên cứu trong vỏ chanh dây có chứa một lượng pectin khá cao

Do đó chúng tôi tiến hành khảo sát quy trình tách chiết pectin từ vỏ chanh dây (tươi

gian 1.5 h, pH = 2.9 (ở vỏ khô)

Pectin trích ly được ứng dụng vào tạo gel cho mứt chanh dây và so sánh chất lượng pectin tạo ra với sản phẩm pectin trên thị trường Kết quả cho thấy không có sự khác biệt về mùi, vị, tính chất cảm quan giữa sản phẩm pectin chúng tôi trích ly được và pectin thương phẩm, pectin từ vỏ chanh dây còn có phần tạo gel tốt hơn

Từ đó khẳng định pectin chúng tôi trích ly từ vỏ chanh dây theo quy trình đã khảo sát có thể ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như: bánh kẹo, mứt…

iii

MỤC LỤC CHƯƠNG TRANG Trang tựa Lời cảm ơn i

Tóm tắt luận văn ii

Mục lục iii

Danh sách các hình vi

Danh sách các bảng vii

1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Giới thiệu về pectin 3

2.1.1 Nguồn gốc 3

2.1.2 Cấu tạo phân tử 4

2.1.3 Tính chất của pectin 5

2.1.3.1 Tính chất vật lý 5

2.1.3.2 Các chỉ số đặc trưng 6

2.1.3.3 Phân loại 6

2.1.4 Tác dụng dược lý 7

2.1.5 Khả năng tạo gel của pectin 7

2.1.5.1 Chiều dài của phân tử 8

2.1.5.2 Mức độ methoxyl hóa 8

2.1.6 Cơ chế tạo gel và các yêu tố ảnh hưởng 9

2.1.6.1 Cơ chế tạo gel của pectin 9

2.1.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel 11

2.1.7 Ứng dụng 13

2.1.7.1 Trong công nghệ chế biến rau quả 14

2.1.7.2 Trong công nghệ sản xuất bánh nướng 14

2.1.7.3 Trong ngành công nghiệp bánh kẹo 15

2.1.7.4 Trong công nghiệp chế biến sữa 15

2.1.8 Một số lưu ý khi sử dụng pectin trong thực phẩm 16

2.1.9 Tình hình sản xuất pectin trên thế giới 17

2.2 Các nguồn thu nhận pectin 18

2.3 Chanh dây 18

2.3.1 Nguồn gốc 18

2.3.2 Phân loại 20

2.3.3 Đặc điểm sinh thái học 22

2.3.3.1 Điều kiện môi trường 22

2.3.3.2 Trồng trọt 22

2.3.3.3 Nhân giống 23

2.3.3.4 Dịch bệnh và loài gây hại 23

2.3.3.5 Thời vụ và thu hoạch 23

2.3.3.6 Cách chọn lựa và tích lũy 23

2.3.4 Tính chất 24

2.3.4.1 Thành phần dinh dưỡng 24

2.3.4.2 Dược tính 26

2.3.4.3 Độc tố 27

2.3.5 Ứng dụng 27

3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

1.1 Thời gian và địa điểm 28

1.2 Nguyên liệu và thiết bị 28

3.2.1 Chanh dây 28

3.2.2 Hóa chất và thiết bị 29

1.3 Quy trình nghiên cứu 31

3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu 31

3.3.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất pectin từ vỏ chanh dây 32

3.3.3 Quy trình công nghệ sản xuất Jelly 35

1.4 Các phương pháp phân tích hóa sinh 36

3.4.1 Xác định hàm lượng tro toàn phần của vỏ chanh dây 36

3.4.2 Xác định acid toàn phần 36

3.4.3 Xác định pH bằng máy đo pH 37

3.4.4 Xác định độ khô hòa tan bằng khúc xạ kế 38

3.4.5 Xác định hàm lượng pectin bằng phương pháp canxi pectat 38

3.4.6 Xác định đạm tổng bằng phương pháp Kjendahl 40

4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 42

4.1 Kết quả khảo sát thành phần hóa học trong vỏ chanh dây 42

4.2 Kết quả khảo sát phương pháp trích ly pectin từ vỏ chanh dây 43

4.2.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid trong trích ly pectin 43

4.2.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ trong trích ly pectin 44

4.2.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ trong trích ly pectin 46

v

4.2.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian trong trích ly pectin 47

4.2.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH trong trích ly pectin 48

4.2.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ trong trích ly

pectin ở vỏ khô 50

4.2.7 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ pH trong trích ly pectin ở vỏ khô 51

4.2.8 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cồn đến khả năng đông tụ pectin 55

4.2.9 Kết quả kiểm tra chất lượng pectin 56

4.2.10 Kết quả ứng dụng pectin thu được tạo gel cho mứt chanh dây 56

4.2.11 Kết quả đánh giá cảm quan 58

4.2.12 Kết quả bảo quản pectin và mứt chanh dây 60

5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

5.1 Kết luận 62

5.2 Kiến nghị 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Pectin trong thành cấu tạo tế bào thực vật 3

Hình 2.2: Cấu tạo 1 đơn vị chuỗi pectin 5

Hình 2.3: Công thức HM pectin 6

Hình 2.4: Công thức LM pectin 6

Hình 2.5: Cơ chế tạo gel bằng liên kết hyđrô 9

Hình 2.6: Cơ chế tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+ 10

Hình 2.7: Một số nguyên liệu sản xuất pectin 18

Hình 2.8: Chanh dây 19

Hình 2.9: Chanh dây quả tím 20

Hình 2.10: Chanh dây quả vàng 21

Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ acid đến lượng pectin trích ly 44

Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ đến lượng pectin trích ly 45

Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến lượng pectin trích ly 46

Hình 4.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến lượng pectin trích ly 48

Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến lượng pectin trích ly 49

Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ đến lượng pectin trích ly ở vỏ khô 51

Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến lượng pectin trích ly ở vỏ khô 52

Hình 4.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến lượng pectin trích ly ở vỏ khô 53

Hình 4.9: Pectin đông tụ bằng cồn lạnh và cồn thường 55

Hình 4.10: Mẫu chanh dây 57

Hình 4.11: Mẫu mứt A và B 57

Hình 4.12: Mẫu A – trước bảo quản, sau bảo quản 60

Hình 4.13: Mẫu B – trước bảo quản, sau bảo quản 60

Hình 4.14: Mẫu C và A 61

vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Phần trăm pectin trong các phần phế liệu của bưởi 4

Bảng 2.2: Tác dụng của DE của pectin lên sự tạo gel 11

Bảng 2.3: Tiêu chuẩn về độ tinh sạch của pectin sử dụng trong chế biến 16

Bảng 2.4: Thành phần quả chanh dây 24

Bảng 2.5: Hàm lượng đường của 2 loại quả 24

Bảng 2.6: Thành phần acid hữu cơ trong 2 loại quả 24

Bảng 2.7: Giá trị dinh dưỡng trong 100g (gồm thịt và quả) 25

Bảng 2.8: Giá trị dinh dưỡng trong vỏ tươi 25

Bảng 2.9: Giá trị dinh dưỡng trong hạt 26

Bảng 4.1: Kết quả khảo sát thành phần vỏ chanh dây 42

Bảng 4.2: Ảnh hưởng của nồng độ acid đến lượng pectin thu được 43

Bảng 4.3: Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ đến lượng pectin thu được 45

Bảng 4.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến lượng pectin thu được 46

Bảng 4.5: Ảnh hưởng của thời gian đến lượng pectin thu được 47

Bảng 4.6: Ảnh hưởng của pH dịch trích đến lượng pectin thu được 49

Bảng 4.7: Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ đến lượng pectin thu được ở vỏ khô 50

Bảng 4.8: Ảnh hưởng của pH dịch trích đến lượng pectin thu được ở vỏ khô 51

Bảng 4.9: Ảnh hưởng của pH dịch trích đến lượng pectin thu được ở vỏ khô 52

Bảng 4.10: Kết quả kiểm tra chất lượng pectin 56

Bảng 4.11: Kết quả đánh giá cảm quan về màu sắc 58

Bảng 4.12: Kết quả đánh giá cảm quan về mùi vị 59

Bảng 4.13: Kết quả đánh giá cảm quan về độ tạo gel 59

Vì thời gian thực hiện đề tài tương đối ngắn nên khó tránh khỏi sai sót, mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để hoàn thiện hơn

Qua bước đầu khảo sát, chúng tôi nhận thấy vỏ chanh dây có chứa nhiều pectin (gần 21%) nên chúng tôi quyết định sử dụng vỏ chanh dây để khảo sát quy trình sản xuất pectin Vấn đề là phương pháp tách chiết, tinh sạch để có chế phẩm pectin tinh khiết và có giá trị sử dụng cao Do đó, chúng tôi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly như: tỉ lệ dung môi/vỏ, thời gian, nhiệt độ, pH… và so sánh hiệu suất trích ly ở cả hai loại nguyên liệu là vỏ chanh dây tươi

và vỏ chanh dây khô

Mục tiêu của đề tài này là tìm ra quy trình sản xuất pectin từ nguyên liệu mới –

vỏ chanh dây Trong đề tài, chúng tôi nghiên cứu các vấn đề sau:

1 Khảo sát thành phần hóa học của nguyên liệu

2 Trích ly pectin, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như: thời gian, nhiệt độ,

pH, tỉ lệ dung môi/vỏ… đến hiệu suất trích ly

2

-3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ cồn lên sự kết tủa pectin trong dịch trích

ly

4 Sản xuất pectin dạng bột

5 Ứng dụng khả năng tạo gel của sản phẩm cho mứt chanh dây

Sau khi khảo sát các thông số và đưa ra được quy trình tối ưu, chúng tôi sử dụng pectin trích ly được ứng dụng vào tạo gel cho mứt chanh dây để so sánh chất lượng pectin tạo ra với sản phẩm pectin trên thị trường

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1.1 Nguồn gốc:

- Pectin là một polysaccharide tồn tại phổ biến trong thực vật, là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng là pectin hòa tan và protopectin không hòa tan

- Pectin như một loại keo gắn chặt các tế bào thực vật, vì thế người ta gọi chúng là chất ciment trong cấu trúc tế bào thực vật

- Khi quả còn xanh, ciment là protopectin, chiếm tỉ lệ khá cao, protopectin không hòa tan trong nước giúp quả có độ cứng

- Khi quả chín dần, dưới tác dụng của enzim protopectinase, protopectin sẽ chuyển sang dạng pectin hòa tan và araban, làm giảm sự liên kết giữa các

tế bào, quả trở nên mềm hơn Quá trình này cũng xảy ra dưới tác dụng

- Trong thực vật các pectin thường liên kết với cellulose ở vách tế bào dưới dạng phức hợp

Hình 2.1: Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật [6]

- Pectin tồn tại với những hàm lượng khác nhau trong quả, củ hoặc thân của một số loài thực vật: táo 10 – 15%, quả citrus 20 – 50%, củ cải đường

4

-10 – 20%, đài hoa hướng dương 15 – 25 % Trong cùng một loại quả nhưng ở các bộ phận khác nhau thì hàm lượng pectin cũng khác nhau Chẳng hạn như ở quả bưởi

Bảng 2.1: Phần trăm Pectin trong các phần phế liệu của bưởi [7]

pectin (%)

Hiệu suất thu hồi (%pectin/%chất khô)

2.1.2 Cấu tạo phân tử

- Pectin là hợp chất cao phân tử polygalacturonic có đơn phân tử là galacturonic và rượu metylic Hàm lượng pectin 1% trong dung dịch có

độ nhớt cao, nếu bổ sung 60% đường và điều chỉnh pH môi trường từ 3.1 – 3.4 sản phẩm sẽ tạo đông

- Cấu tạo phân tử pectin là một dẫn suất của acid pectic, acid pectic là một polymer của acid D-galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết 1-4-glycozide Chiều dài của chuỗi acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị acid galacturonic

- Cấu tạo 1 đơn vị của chuỗi pectic:

Hình 2.2: Cấu tạo một đơn vị chuỗi pectin [6]

- Phân tử lượng của các loại pectin tách từ các nguồn quả khác nhau thay đổi trong giới hạn rộng tùy theo số phân tử acid galacturonic và thường thay đổi trong phạm vi từ 10000 – 100000 Trong các hợp chất dạng glucid so về chiều dài phân tử thì pectin cao hơn tinh bột nhưng thấp hơn cellulose Ví dụ từ nguồn táo, mận thu được pectin có phân tử lượng từ

25000 – 35000, trong khi đó pectin lấy từ cam lại có trọng lượng đạt tới

50000

- Tên gọi pectin dùng để chỉ các chuỗi polygalacturonic methyl hóa 100% Tên gọi acid pectinic để chỉ chất được methyl hóa thấp hơn 100% Còn tên gọi acid pectic để chỉ acid polygalacturonic hoàn toàn không chứa nhóm methoxyl

- Trong thực tiễn thì tên pectin dùng để chỉ cả acid pectinic và pectin 2.1.3 Tính chất của pectin

2.1.3.1 Tính chất vật lý

- Mã hiệu quốc tế của pectin là E440

- Dạng bột màu trắng hoặc hơi vàng, hơi xám, hơi nâu

- Tan trong nước, không tan trong ethanol

- Là một chất keo hút nước, có khả năng tạo gel bền

- Dung dịch pectin có độ nhớt cao

6

-2.1.3.2 Các chỉ số đặc trưng

- Chỉ số methoxyl (MI): biểu hiện tỉ lệ methyl hoá, là phần trăm khối lượng

MI max = 16,3% (sự methoxyl hóa hoàn toàn)

MI của pectin thực vật = 10 – 12%

- Chỉ số ester hóa (DE): thể hiện mức độ ester hóa của pectin, là phần trăm

về số lượng của các gốc acid galacturonic được ester hoá trên tổng số

lượng gốc acid galacturonic có trong phân tử

2.1.3.3 Phân loại:

 Theo % nhóm methoxyl có trong phân tử

 HMP (High Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl cao: MI

>7%, trong phân tử pectin có trên 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE > 50%)

Hình 2.3: Công thức HM pectin [6]

 LMP (Low Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl hóa thấp:MI ≤ 7%, khoảng từ 3 – 5%, trong phân tử pectin có dưới 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE ≤ 50%)

Hình 2.4: Công thức LM pectin [6]

 Theo khả năng hòa tan trong nước

 Pectin hòa tan (methoxyl polygalacturonic): pectin hòa tan là polysaccharide cấu tạo bởi các gốc acid galacturonic trong đó một

số gốc acid có chứa nhóm thế methoxyl

 Pectin không hòa tan (protopectin): là dạng kết hợp của pectin với araban (polysaccharide ở thành tế bào)

- Giảm hấp thu lipid

- Giảm cholesterol toàn phần trong máu (đặc biệt là giảm cholesterol xấu)

ở người rối loạn lipid máu

- Khống chế tăng đường huyết trước và sau bữa ăn ở người có bệnh tiểu đường

- Chống táo bón

- Cầm máu

- Sát trùng

2.1.5 Khả năng tạo gel của pectin:

- Các pectin và acid pectinic có các nhóm hydroxyl (-OH) nên có khả năng hydrat hóa cao

- Các phân tử pectin mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau, do đó làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch

- Vì vậy khi làm giảm độ tích điện và độ hydrat hóa sẽ làm cho các phân tử pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới 3 chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong

8

Khả năng tạo gel phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố: chiều dài của chuỗi pectin và mức độ methoxyl hóa

2.1.5.1 Chiều dài của phân tử quyết định độ cứng của gel

 Nếu phân tử pectin quá ngắn thì nó sẽ không tạo được gel mặc dù

sử dụng với liều lượng cao

 Nếu phân tử pectin quá dài thì gel tạo thành rất cứng

2.1.5.2 Mức độ methoxyl hoá quy định cơ chế tạo gel

 HMP: tạo gel bằng liên kết hydro

 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 tử pectin trong dung dịch pH acid trung hòa bớt các gốc

 Vì vậy các phân tử có thể tiến lại gần nhau để tạo thành liên kết nội phân tử và tạo gel Liên kết hydro được hình thành giữa các phân tử pectin có thể hydroxyl – hydroxyl, carboxyl – carboxyl, hoặc hydroxyl – carboxyl Kiểu liên kết này không bền do đó các gel tạo thành sẽ mềm dẻo bởi tính linh động của các phân tử trong khối gel

 Cấu trúc của gel phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm lượng pectin, loại pectin và nhiệt độ

 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 bớt chúng 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

 Điều kiện tạo gel: khi có mặt Ca2+, ngay cả ở nồng độ < 0,1%, không cần đường và acid