KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY LÊN QUÁ TRÌNH THU NHẬN PECTIN TỪ VỎ CHUỐI

ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY LÊN QUÁ TRÌNH THU NHẬN PECTIN TỪ VỎ CHUỐI SVTH : ĐẶNG NHÃ TÂM MSSV : 1311519134 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016 ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY LÊN Q TRÌNH THU NHẬN PECTIN TỪ VỎ CHUỐI SVTH : ĐẶNG NHÃ TÂM Mã số sinh viên : 1311519134 Lớp : 13CTP01 Niên khóa : 2013 - 2016 Hệ đào tạo : Cao Đẳng GVHD :Th.S Nguyễn Quốc Duy Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016 ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Lớp: .MSSV: Tên đề tài: Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu): Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành nộp khoa: Giáo viên hướng dẫn: Nội dung yêu cầu đồ án tốt nghiệp thông qua Khoa Bộ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (ký ghi rõ họ tên) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (ký ghi rõ họ tên) TRƯỞNG KHOA (ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i BÀN LUẬN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập trường Đại học Nguyễn Tất Thành trình nghiên cứu trường, chúng em nhận quan tâm truyền đạt kiến thức vô quý báu thông qua giúp đỡ nhiệt tình q thầy trường Em xin tỏ lòng biết ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nguyễn Tất Thành, Khoa Công nghệ hóa học thực phẩm tồn thể q thầy với lịng u nghề tận tâm truyền đạt kiến thức chun mơn em tiếp cận với thực tế Đặc biệt thầy Nguyễn Quốc Duy tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em suốt q trình nghiên cứu hồn thành khóa luận tốt nghiệp Vì thời gian nghiên cứu có hạn khả hiểu biết cịn hạn chế, khơng tránh khỏi thiếu sót q trình nghiên cứu Với kinh nghiệm kiến thức sâu rộng quý thầy cô, em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp, khuyên bảo, dẫn để kiến thức chúng em ngày hoàn thiện Cuối cùng, em xin kính chúc Ban Giám Hiệu tồn thể q thầy trường Đại học Nguyễn Tất Thành luôn mạnh khỏe gặt hái nhiều thành cơng cơng tác Chân thành cảm ơn Sinh viên Đặng Nhã Tâm iii MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nguyên liệu chuối 1.1.1Đặc điểm thực vật học phân bố 1.1.2 Hệ thống phân loại chuối 1.1.3 Sản lượng 1.1.4Thành phần dinh dưỡng chuối 1.1.5 Thành phần hóa học vỏ chuối 1.2 Tận dụng phế phẩm vỏ chuối đời sống 1.2.1 Ứng dụng vỏ chuối xử lý nước thải 1.2.2 Ứng dụng vỏ chuối sản xuất lượng sinh học 1.2.3 Ứng dụng vỏ chuối sản xuất phân hữu 1.2.4 Ứng dụng vỏ chuối thu nhận pectin hợp chất khác 1.3 Tổng quan pectin 11 1.3.1 Khái niệm 11 1.3.2 Cấu tạo 11 1.3.3 Phân loại 11 1.3.4 Tính chất 12 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 Nguyên liệu thí nghiệm 16 2.1.1 Vỏ chuối 16 2.1.2 Hóa chất 16 2.1.3 Thiết bị 16 2.1.4 Địa điểm, thời gian thí nghiệm 17 2.2 Quy trình thu nhận pectin từ vỏ chuối 18 2.2.1 Phối trộn 19 2.2.2 Trích ly 19 2.2.3 Lọc thô 19 iv 2.2.4 Lọc tinh 19 2.2.5 Kết tủa 20 2.2.6 Ly tâm 20 2.2.7 Sấy 20 2.2.8 Nghiền 20 2.3 Sơ đồ nghiên cứu 22 2.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát nguyên liệu 24 2.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát nồng độ acid citric 24 2.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát tỉ lệ dung mơi với ngun liệu 25 2.3.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát nhiệt độ trích ly 25 2.3.5 Thí nghiệm 5: Khảo sát thời gian trích ly 25 2.4 Phương pháp phân tích 26 2.5 Công thức tính tốn 26 2.6 Phương pháp xử lý số liệu 26 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 27 3.1 KHẢO SÁT NGUYÊN LIỆU 27 3.2 KHẢO SÁT NỒNG ĐỘ DUNG MÔI 27 3.3 KHẢO SÁT TỈ LỆ DUNG MÔI VỚI NGUYÊN LIỆU 30 3.4 KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ TRÍCH LY 32 3.5 KHẢO SÁT THỜI GIAN TRÍCH LY 34 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 37 4.1 Kết luận 37 4.2 Khuyến nghị 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 41 v DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Sản lượng số loại trái phổ biến giới Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng chuối sản phẩm chuối Bảng 1.3 Thành phần hóa học vỏ chuối Bảng 3.1 Hàm ẩm có vỏ chuối 27 vi DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Qủa chuối Hình 1.2 Cấu tạo pectin 11 Hình 2.1 Vỏ chuối nguyên liệu 16 Hình 2.2 Máy ly tâm 80 – 2B 17 Hình 2.3 Máy đo quang 17 Hình 2.4 Tủ sấy 17 Hình 2.5 Máy khuấy từ 17 Hình 2.6 Máy sấy ẩm 17 Hình 3.1 Biểu đồ thể ảnh hưởng nồng độ acid citric lên hiệu suất thu nhận pectin .28 Hình 3.2 Biểu đồ thể ảnh hưởng nồng độ acid citric lên hàm lượng acid galacturonic 29 Hình 3.3 Biểu đồ thể ảnh hưởng tỉ lệ dung môi lên hiệu suất thu nhận pectin 30 Hình 3.4 Biểu đồ thể ảnh hưởng tỉ lệ dung môi lên hàm lượng acid galacturonic 31 Hình 3.5 Biểu đồ thể ảnh hưởng nhiệt độ dung môi lên hiệu suất thu nhân pectin 32 Hình 3.6 Biểu dồ thể ảnh hưởng nhiệt độ trích ly lên hàm lượng acid galacturonic 33 Hình 3.7 Biểu đồ thể ảnh hưởng thời gian trích ly lên hiệu suất thu nhận pectin 35 Hình 3.8 Biểu đồ thể ảnh hưởng thời gian trích ly lên hàm lượng acid galacturonic 36 vii Hình 3.8: Biểu đồ thể ảnh hưởng thời gian trích ly lên hàm lượng acid galacturonic Nhìn vào biểu đồ chúng tơi nhận thấy thời gian trích ly lên hàm lượng acid galacturonic có chiều hướng tăng dần đến cực đại 30 phút (5,99%) sau giảm dần Thời gian cần phải đủ để trích ly pectin khỏi nguyên liệu, thời gian vượt khoảng thời gian tối ưu pectin bị phân hủy khoảng thời gian dài Trong thời gian trích ly đầu phân tử nhỏ thường hoạt chất hòa tan khuếch tán vào dung mơi trước sau tới hợp chất phân tử lớn (thường hợp chất keo, nhựa) Kết qua biểu đồ khảo sát thời gian trích ly chúng tơi nhận thấy thời gian 30 phút hàm lượng acid galacturonic hiệu suất thu nhận pectin thô đạt giá trị cao Vậy nên qua kết chọn giá trị 30 phút giá trị thích hợp để đưa vào quy trình trích ly thu nhận pectin 36 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Qua trình khảo sát đề tài giúp hiểu rõ công dụng nguyên liệu vỏ chuối tận dụng nguồn phế phẩm vỏ chuối cơng nghiệp chế biến tìm hiểu pectin ứng dụng pectin công nghệ thực phẩm đời sống hàng ngày Ngoài qua thời gian khảo sát thực thí nghiệm quy trình, chúng tơi rút số kết luận sau: - Hàm ẩm vỏ chuối tươi nguyên liệu 75,23 - Dung môi cho hiệu suất thu nhận pectin lớn acid citric Do pectin 0,40% polysaccharide có khả tạo gel nên dung mơi phải acid hữu dùng thực phẩm - Các giá trị ảnh hưởng điều kiện ảnh hưởng lên quy trình trích ly pectin với điều kiện tốt nhất:  Acid citric nồng độ 2% Khi tăng nồng độ acid citric có chuyển hóa protopectin thành pectin sau giảm có chuyển hóa pectin thành acid pectic  Tỉ lệ dung môi với nguyên liệu 8:1 Khi tỉ lệ dung mơi tăng lượng pectin dịch chiết tăng đủ lượng dung môi để cấu tử trích ly đến cực đại pectin khơng trích ly thêm cấu tử ổn định  Nhiệt độ trích ly 60oC Khi nhiệt độ tăng làm cho độ nhớt dung dịch giảm, tăng khả di chuyển khuếch tán dung môi vào nguyên liệu 37  Thời gian trích ly 30 phút Thời gian trích ly cần phải đủ để trích ly pectin khỏi nguyên liệu, khoảng thời gian vượt q thời gian tối ưu pectin bị phân hủy thời gian dài 4.2 Khuyến nghị Do thời gian thí nghiệm điều kiện vật chất có hạn nên đề tài không tránh khỏi hạn chế Trong tương lai có điều kiện nghiên cứu muốn phát triển đề tài sau: - Do sản phẩm pectin thu có màu tối nên tiến hành tẩy màu, tinh pectin thu nhận - Nghiên cứu ứng dụng tạo màng pectin tiến hành xác định khả bảo quản thực phẩm - Nghiên cứu bổ sung chất chống oxi hóa, số chất bảo quản cho phép kết hợp với màng pectin để tăng khả bảo quản thực phẩm 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Hà Duyên Tư (2009), Phân tích hóa học thực phẩm, NXB Khoa học Kĩ Thuật Hà Nội [2] Lê Văn Việt Mẫn (2011), Công nghệ chế biến thực phẩm, NXB TP.HCM Tài liệu tiếng Anh [3] Aurore, G., Parfait, B., & Fahrasmane, L (2009) Bananas, raw materials for making processed food products Trends in Food Science & Technology, 20(2), 78-91 [4] Canteri-Schemin, M H., Fertonani, H C R., Waszczynskyj, N., & Wosiacki, G (2005) Extraction of pectin from apple pomace Brazilian Archives of Biology and Technology, 48(2), 259-266 [5] Castro, R S., Caetano, L., Ferreira, G., Padilha, P M., Saeki, M J., Zara, L F., & Castro, G R (2011) Banana peel applied to the solid phase extraction of copper and lead from river water: Preconcentration of metal ions with a fruit waste Industrial & Engineering Chemistry Research, 50(6), 3446-3451 [6] Emaga, T H., Ronkart, S N., Robert, C., Wathelet, B., & Paquot, M (2008) Characterisation of pectins extracted from banana peels (Musa AAA) under different conditions using an experimental design Food Chemistry, 108(2), 463-471 [7] Masmoudi, M., Besbes, S., Abbes, F., Robert, C., Paquot, M., Blecker, C., & Attia, H (2012) Pectin extraction from lemon by-product with acidified date juice: effect of extraction conditions on chemical composition of pectins Food and bioprocess technology, 5(2), 687-695 [8] Melton, L D., & Smith, B G (2001) Determination of the uronic acid content of plant cell walls using a colorimetric assay Current Protocols in Food Analytical Chemistry 39 [9] Miller, G L (1959) Modified DNS method for reducing sugars Anal Chem, 31(3), 426-428 [10] Morris, G A., Foster, T J., & Harding, S E (2002) A hydrodynamic study of the depolymerisation of a high methoxy pectin at elevated temperatures Carbohydrate Polymers, 48(4), 361-367 [11] Özdemir, M (2003) Foods browning and its control [12] Persley, G J., & George, P (Eds.) (1996) Banana Improvement: Research challenges and opportunities (Vol 1) World Bank Publications [13] Shaha, R K., Nayagi, A P., Punichelvana, A A., & Afandi, A (2013) Optimized extraction Condition and Characterization of Pectin from kaffir Lime Research Journal of Agriculture and Forestry Sciences, 1(2), 1-11 40 PHỤ LỤC A PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH • Phương pháp xác định hàm ẩm Thiết bị sử dụng Cân sấy ẩm A&D MX-50 có phịng thí nghiệm trường ĐH Nguyễn Tất Thành Cân sấy ẩm loại cân chuyên dùng để sấy vật liệu sau tự tính tốn phần trăm độ ẩm mẫu sau sấy Ta cần đọc kết hiển thị hình sau sấy mà khơng cần phải tính tốn cách xác định độ ẩm thủ công Cách sử dụng Chỉnh bàn cân cho bọt thủy tâm để cân xác Cho mẫu vỏ chuối tươi lên cân đến đạt khối lượng cần phân tích độ ẩm Chọn chế độ đo, thời gian nhiệt độ sấy cần thiết mẫu Sau sấy mẫu vỏ chuối tươi nguyên liệu ghi lại kết tính trung bình độ lệch hàm ẩm Thông thường sấy thực phẩm từ 100oC đến 105oC Ưu điểm Cân xác độ ẩm khối lượng mẫu đo, sai số thấp, thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng, tiết kiệm thời gian Nhược điểm Chỉ thích hợp khối lượng mẫu đo nhỏ, phải chuẩn bị mẫu trước đo, mẫu sau đo xong khơng cịn sử dụng • Xác định hàm lượng acid galacturonic (GA) Xử lý mẫu Hòa tan 0,2 g pectin với 100 ml nước cất Thêm 10 ml NaOH N, khuấy nhiệt độ phòng thời gian để loại bỏ nhóm methyl Sau thêm 10 ml dung dịch HCL N để trung hòa NaOH 41 Tiến hành Hút ml dd mẫu cộng ml DNS cho vào ống nghiệm, nút chặt ống nghiệm đun sơi cách thủy vịng phút sau làm nguội nước lạnh đến nhiệt độ phòng đem đo quang phổ bước song 540 nm ghi lại kết OD Kết Lập đường chuẩn với acid galacturonic monohydrate tính toán hmf lượng GA theo đơn vị % Xác định hàm lượng dường khử phương pháp DNS Nguyên tắc Dựa phản úng tạo màu đường khử (glucose) với thuốc thử acid dinitrosalicylic (DNS) Cường độ màu hỗn hợp phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ chất có màu tạo phản ứng đường khử DNS (từ suy nồng độ dường khử) phạm vi định Tiến hành - Dựng đường chuẩn glucose Pha dung dịch glucose chuẩn có nồng độ: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 g/L Cho vào ống nghiệm ml dung dịch glucose chuẩn ml dung dịch DNS Nút chặt ống nghiệm, đun sôi cách thủy phút Lấy ra, làm nguội nước lạnh đến nhiệt độ phòng Đo mật độ quang OD ống nghiệm bước sóng 540 nm - Đo mẫu Pha loãng mẫu Cho vào ống nghiệm ml dung dịch mẫu ml dung dịch DNS Nút chặt ống nghiệm, đun sôi cách thủy phút Lấy ra, làm nguội nước lạnh đến nhiệt độ phòng Đo mật độ quang OD ống nghiệm bước sóng 540 nm 42 Kết - Xây dựng đường chuẩn glucose với trục tung mật dộ quang OD, trục hoành hàm lượng glucose (g/l) phương pháp bình phương cực tiểu - Dựa vào đường chuẩn tính nơng độ đường khử mẫu B KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TN2: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ acid citric a) Ảnh hưởng nồng độ acid citric lên hàm lượng acid galacturonic Nồng độ (%) Hiệu suất (%) 0.5 3.53 ± 0.17 3.72 ± 0.08 1.5 6.04 ± 0.11 6.18 ± 0.23 2.5 6.44 ± 0.35 3.62 ±0.15 Subset for alpha = 0.05 NONG_DO N 50 3.5261 4.00 3.6206 1.00 3.7164 1.50 6.0380 2.00 6.1798 2.50 Sig 6.1798 6.4351 288 400 139 43 b) Ảnh hưởng nồng độ acid citric lên hiệu suất thu nhận pectin Nồng độ (%) Hiệu suất (%) 0.5 1.89±0.23 2.08±0.14 1.5 2.13±0.16 2.67±0.38 2.5 1.92±0.26 0.74±0.23 Subset for alpha = 0.05 NONG_DO N 4.00 7417 50 1.8917 2.50 1.9250 1.00 2.0833 1.50 2.1333 2.00 Sig 2.6667 1.000 290 1.000 44 TN3: Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ dung môi với nguyên liệu a) Ảnh hưởng tỉ lệ dung môi với nguyên liệu lên hàm lượng acid galacturonic Tỉ lệ (%) Hiệu suất (%) 1:4 2.57±0.05 1:6 4.55±0.13 1:8 6.00±0.28 1:10 4.93±0.24 Subset for alpha = 0.05 TI_LE N 4.00 2.5668 6.00 10.00 8.00 Sig 4.5480 4.9347 5.9947 1.000 104 1.000 1.000 45 b) Ảnh hưởng tỉ lệ dung môi với nguyên liệu lên hiệu suất thu nhận pectin Tỉ lệ (%) Hiệu suất (%) 1:4 1.95±0.19 1:6 1.97±0.22 1:8 2.66±0.38 1:10 2.63±0.12 Subset for alpha = 0.05 TI_LE N 4.00 1.9500 6.00 1.9750 10.00 2.6333 8.00 2.6667 Sig 896 868 46 TN4: Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ trích ly a) Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly lên hàm lượng acid galacturonic Nhiệt độ (˚C) Hiệu suất (%) 40 2.86±0.068 50 3.61±0.082 60 5.99±0.283 70 4.60±0.223 80 4.37±0.077 Subset for alpha = 0.05 NHIET_DO N 40.00 2.8632 50.00 80.00 4.3704 70.00 4.6077 60.00 Sig 3.6152 5.9947 1.000 1.000 064 1.000 47 b) Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly lên hiệu suất thu nhận pectin Nhiệt độ (˚C) Hiệu suất (%) 40 1.56±0.062 50 2.15±0.1 60 2.66±0.382 70 2.6±0.062 80 2.86±0.101 Subset for alpha = 0.05 NHIET_DO N 40.00 1.5583 50.00 60.00 2.6667 70.00 2.6833 80.00 2.8583 Sig 2.1500 1.000 1.000 257 48 TN5: Khảo sát ảnh hưởng thời gian trích ly a) Ảnh hưởng thời gian trích ly lên hàm lượng acid galacturonic Thời gian (phút) Hiệu suất (%) 10 5.48±0.077 20 5.48±0.045 30 5.99±0.283 40 5.26±0.138 50 4.99±0.096 Subset for alpha = 0.05 THOI_GIAN 50.00 40.00 20.00 10.00 30.00 Sig N 4.9869 5.2631 5.4789 5.4841 6 5.9947 1.000 1.000 957 1.000 49 b) Ảnh hưởng thời gian trích ly lên hiệu suất thu nhận pectin Thời gian (phút) Hiệu suất (%) 10 1.675±0.09 20 1.72±0.03 30 2.66±0.38 40 2.5±0.06 50 2.33±0.07 Subset for alpha = 0.05 THOI_GIAN N 10.00 1.6767 20.00 1.7250 50.00 40.00 30.00 Sig 2.3267 2.5600 2.6750 259 1.000 1.000 1.000 50 ... điều kiện trích ly lên quy trình thu nhận pectin từ vỏ chuối “ Mục đích đề tài khảo sát thơng số tối ưu cho quy trình thu nhận pectin từ vỏ chuối để hiệu suất pectin thu nhận có giá trị tốt viii... NGHỆ HĨA HỌC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY LÊN QUÁ TRÌNH THU NHẬN PECTIN TỪ VỎ CHUỐI SVTH : ĐẶNG NHÃ TÂM Mã số sinh viên : 1311519134 Lớp : 13CTP01 Niên khóa : 2013 -... suất thu nhận pectin lớn acid citric Do pectin 0,40% polysaccharide có khả tạo gel nên dung mơi phải acid hữu dùng thực phẩm - Các giá trị ảnh hưởng điều kiện ảnh hưởng lên quy trình trích ly pectin