PECTIN TRONG CÔNG NGHIỆP

KHÁI QUÁT VỀ PECTIN TRONG THỰC PHẨM Dẫn nhập: Pectin được thu nhận từ dịch chiết của các nguyên liệu thực vật, thường là táo hay các quả có múi. Pectin là một loại phụ gia quý và vô hại, được sử dụng với liều lượng phụ thuộc vào từng quy trình công nghệ. Mở đầu: I. Tính chất của pectin a.Tinh chất vậ lý : -Dạng bột màu trắng hoặc hơi vàng, hơi xám, hơi nâu.(tim hinh anh). -Các pectin là chất keo háo nước, có khả năng hydrat hóa cao nhờ sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydroxyl của chuỗi polymethyl galacturonic. Làm Keo pectin có độ nhớt và độ bền rất lớn nên gây khó khăn trong quá trình làm trong khi cô đặc nước quả. b.tính chất hoá học: Tính chất quan trọng của pectin là có thể tạo đông ở nồng độ thấp(1-1,5%) khi có mặt đường 60-70% và acid 1%.Khả năng tạo đông phụ thuộc vào nguồn pectin, mức độ metoxin hóa và phân tử lượng của pectin. Để duy trì khả năng tạo gel cần tránh mt kiềm và tác dụng của enzim pectaza. Cơ chế tạo gel Khả năng tạo gel phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố: chiều dài của chuỗi pectin và mức độ methoxyl hóa Chiều dài của phân tử quyết định độ cứng của gel: -Nếu phân tử pectin quá ngắn thì nó sẽ không tạo được gel dù sử dụng với liều lượng cao. -Nếu phân tử pectin quá dài thì gel tạo thành rất cứng Mức độ methoxyl hoá quy định cơ chế tạo gel: -HMP: tạo gel bằng liên kết hydro Điều kiện tạo gel: [Đường] >60%; pH = 3-3,5; [Pectin] = 0,5-1% Đường có khả năng hút ẩm, vì vậy làm giảm mức độ hydrat hóa của phân tử pectin trong dung dịch. pH acid trung hòa bớt các gốc COO-, làm giảm độ tích điện của các phân tử. 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. 30 – 50% đường thêm vào pectin là sacharose. Do đó cần duy trì pH acid để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường, ngăn cản sự kết tinh. Tuy nhiên, không nên dùng quá nhiều acid vì pH quá thấp sẽ gây ra nghịch đảo một lượng lớn saccharose 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 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 thì pH, nhiệt độ càng giảm và hàm lượng đường càng cao thì gel tạo thành càng nhanh. -LMP: tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+. Điều kiện tạo gel: khi có mặt Ca2+, ngay cả ở nồng độ < 0,1%, không cần đường và acid. Ở LMP, tỉ lệ các nhóm COO- cao, do đó các liên kết giữa những phân tử pectin sẽ 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+. Đặc điểm của gel: đàn hồi. c.Ứng dụng: . Khả năng tạo gel của nó được sử dụng trong những thực phẩm cần có sự ổn định của nhiều pha. Tác dụng tạo gel của pectin được sử dụng chủ yếu trong các sản phẩm mứt trái cây và mứt đông. Vai trò các cấu tử trong việc tạo gel pectin 1. Pectin - Nồng độ của pectin trong dung dịch càng lớn thì sự liên kết giữa các phân tử xảy ra càng nhanh và sự đông tụ được tạo ra càng bền. -Nhưng không phải tất cả lượng pectin đều tham gia vào việc tạo đông tụ .vì vậy độ bền gel không phải xác định theo số lượng nhiều ít mà xác định theo chiều dài mạch phân tử và mức độ metoxyl hóa. - Pectin chất lượng tốt sẽ tạo ra sợi chỉ dài và chắc trong quá trình đông tụ làm cho keo đàn hồi do đó keo loãng cũng khó bền. -Nếu pectin tạo đông tụ yếu do các sợi chỉ được tạo ra ngắn hơn, mạng lưới giữ pha lỏng của keo kém hơn do đó sự đông tụ sẽ yếu và có khả năng đưa đến sự rữa nát ( vì nhả nước ). 2 Nước: - Độ ẩm của khối keo tăng thì quá trình tạo keo tụ càng nhanh ( vì tăng tốc độ định hướng của các phân tử pectin do độ nhớt của dung dịch phân tán giảm) - Thời gian tạo đông của khối kẹo phụ thuộc vào độ ẩm, độ ẩm càng cao thời gian tạo đông càng giảm. 3. Đường -Vai trò của đường trong việc tạo đông là khử nước, giảm solvat hóa của các phân tử pectin, phụ thuộc vào số lượng và chất lượng pectin mà dùng lượng đường khác nhau. - Hàm lượng pectin càng cao, chất lượng của nó càng tốt thì đòi hỏi hàm lượng đường trong sự tao đông càng nhiều nhưng nếu lấy lượng đường không tương ứng với pectin. + Cao quá so với pectin thì độ bền đông tụ giảm và giảm tốc độ tạo đông. + Quá ít đường thì gel tạo ra sẽ quá cứng. - Khi dùng pectin có chất lượng tốt, nồng độ của nso trong dung dịch là 0,6 – 1% thì hàm lượng đường cần đạt tới 65%. 4 Acid : - Yêu cầu của acid trong việc tạo gel pectin : + Acid cho vào phải có mức phân ly cao hơn acid pectit như vậy nó sẽ ngăn cản sự phân ly của acid pectit do đo các mixen pectit mất điện tích cùng dấu, chúng được nối lại thành sợi dài. + Khi cho acid vào thì ion hydro thay thế ion kim loại trong nhóm cacboxyl của phân tử pectin sau khi đã tẩy được acid pectit ra khỏi muối của nó. Vì muối của acid không tham gia vào quá trình tạo đông mà chỉ có acid pectit tạo ra đông tụ do đó khi thêm acid vào sẽ làm tăng tốc độ tạo đông tụ. +Acid tactric có tính hoạt động lớn nhất và acid citric hoạt động yếu nhất trong những acid dùng để sản xuất kẹo. Nồng độ tối thiểu của ion hydro để tạo ra đông tụ là 3,46. Nồng độ của ion hydro càng cao thì khả năng tạo đôngtụ của dung dịch càng cao, khi đó của muối của acid pectit được thay thế hoàn toàn bằng ion hydro một cách nhanh chóng và chuyển chúng về acid pectit. Sau đó tiếp tục tăng nồng độ ion hydro thì sẽ không có hiệu quả nữa. - Hàm lượng của acid dùng để tạo đông không những phụ thuộc vào tính chất của acid mà còn phụ thuộc vào số lượng và chất lượng của pectin, hàm lượng đường. + Hàm lượng ion hydro càng cao thì hàm lượng pectin dùng càng ít trong việc tạo ra đông tụ. Nếu pectin có khả năng đông tụ yếu thì nồng độ của acid nên tăng nhưng chỉ trong một giới hạn nhất định. Hàm lượng acid cao làm tăng hàm lượng đường chuyển hóa do tăng tính háo nước của sản phẩm. + Pectin có chất lượng tốt thì pH thích hợp cho môi trường đông tụ là 3 – 3,2. - Hàm lượng đường tỉ lệ nghịch với hàm lượng acid đưa vào. II.Phân loại Theo % nhóm methoxyl có trong phân tử: - HMP (High Methoxyl Pectin): DE > 50% Chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm. Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 và nồng độ đường trên 60 %. - LMP (Low Methoxyl Pectin) : DE ≤ 50% Pectin methoxy thấp có thể tạo đông trong môi trường không có đường. Chúng thường được dùng làm màng bao bọc các sản phẩm. Theo khả năng hòa tan trong nước: - Pectin hòa tan: methoxyl polygalacturonic.(tồn tại chủ yếu trong dịch tế bào) - Pectin không hòa tan: protopectin – là dạng kết hợp của pectin với araban (polysaccharide ở thành tế bào). Gt: - protopectin không tan trong nước có nhiều trong mô tría cây còn xanh,Trong quá trình chín, dưới tác dụng enzim pectinaza hoặc sự tham gia của acid hữu cơ, protopectin bị thủy phân thành pectin hòa tan cường lực liên kết giữa các tế bào giảm. III.Thuyết minh quy trình 1. Nguyên liệu, rửa - Sản phẩm pectin từ trái cây có múi : được chiết xuất từ vỏ chanh, vỏ cam và vỏ bưởi. Vỏ của các loại trái cây này là sản phẩm phụ của quá trình ép nước quả, ép dầu mà có chứa hàm lượng pectin cao với những tính chất mong muốn. - Sản phẩm pectin từ táo : bã táo phần thu nhận được từ quá trình ép nước táo, là nguyên liệu thô cho sản phẩm pectin từ táo. Những sản phẩm này có màu sắc tối hơn ( màu nâu ) so với pectin từ các loại cây có múi nhưng khác nhau về chức năng. Nhà máy thu nhận bã táo hoặc vỏ trái cây có múi từ các nhà sản xuất nước trái cây. Trong nhiều trường hợp nguyên liệu này được rửa và sấy để có thể vân chuyển và bảo quản mà không bị hư hỏng. Nếu nguyên liệu thô, khô thì được lấy từ trong kho. Nhưng khi sản xuất từ vỏ trái cây ướt thì được sử dụng ngay vì chúng hư hỏng rất nhanh. 2. Xay nhỏ Nguyên liệu được cho qua máy nghiền thô để xay nhỏ. Yêu cầu kỹ thuật: nguyên liệu càng nhỏ càng nhỏ càng dễ thủy phân. 3. Thủy phân Dung dịch sau khi đã xay nhỏ ta đem đi thủy phân bằng dung dịch acid citric khan ở nhiệt độ 90 – 95 o C trong thời gian 45 phút với tỉ lệ: Bã cam: nước: acid citric khan = 100:200:3 Khi dung dịch có độ khô 2% ( hàm lượng pectin khoảng 0,7 – 1% ) kết thúc quá trình thủy phân. Nếu trong quá trình chiết ta chỉ dùng nước thì chỉ chiết được một lượng giới hạn pectin. 4. Lọc, cô đặc Sau một khoảng thời gian để chiết pectin chất rắn còn lại sẽ được tách ra và dung dịch được lọc, cô đặc bằng cách loại nước. Chất rắn có thể tách ra bằng thiết bị lọc, thiết bị ly tâm. Dung dịch sau đó được lọc lại một lần nữa nếu cần thiêt. Dung dich sai khi cô đặc đến độ khô 10%. Hỗn hợp được chà trên máy chà có lỗ rây 1 – 2mm ta được chế phẩm có chứa 4 – 5% pectin, chế phẩm này sử dụng ngay không quá 2h. Bảo quản dạng dung dịch. 5. Kết tủa, rửa sạch, sấy khô Hoặc là ngay lập tức hoặc sau một khoảng thời gian để pectin biến tính chất lỏng cô đặc sẽ được trộn với cồn để kết tủa pectin. Pectin có thể được deeste hóa phần nào ở giai đoạn này. Chất kết tủa được tách ra khỏi cồn để loại các tạp chất và sấy. Cồn được dùng có thể chứa các muối hay kiềm để biến đổi pectin thành dạng muối một phần ( Na + , K + , Ca 2+ , NH 4 + ). Cồn ( thường dùng là isopropanol ) được thu nhận lại để kết tủa thêm pectin. Sau đó rửa lại và đem đi sấy. Trước khi hay sau khi sấy pectin có thể xử lý với NH 3 để sản xuất pectin amin hóa. Chế phẩm sau khi sấy có thể đem đi nghiền mịn lại 6. Bảo quản Chế độ bảo quản bình thường: - Nhiệt độ không quá 30 o C. - Độ ẩm không khí 85%. - Bảo quản bằng bao PE, PP, lọ thủy tinh không hút ẩm. - Thời gian bảo quản 6 – 7 tháng IV.Quy trình sản xuất tại nhà III.2.1 Cách chế pectin từ bưởi Trong gia đình sau khi ăn bưởi ta có thể tận dụng nguồn pectin quanh vỏ hạt bưởi. Cách làm: hạt bưởi chọn bỏ hết hạt lép. Nếu lượng hạt quá nhiều thì chỉ lấy khoảng 20 hạt ( để chế nước pectin dùng trong 1 ngày ) số còn lại đem phơi hoặc sấy khô. Đựng trong túi PE khô sạch ( hoặc trong lọ khô sạch ) để dùng dần. Chú ý tránh ẩm vì dễ mốc. Cho hạt bưởi vào cốc rót nước sôi ( nóng khoảng 70 – 80 o C ) ngập hạt, dùng đĩa nhiều răng đánh liên tục, chừng 5 – 6 phút rồi gạn hết nước nhầy và cho vào một cốc riêng. Tiếp tục làm như vậy cho đến khi lấy hết nhầy ( sờ tay vào vỏ hạt thấy hết nhầy ). Tùy theo từng gióng bưởi, quả bưởi có loại nhiều pectin phải đánh hạt với nước 5 – 6 lần mới hết nhầy. Loại ít pectin chỉ cần làm 3 lần là được. III.2.2 Cách dùng nước pectin - Chống táo bón, rối loạn lipid máu, bệnh tim mạch: uống 50ml sau khi ăn bữa chính 60 phút. - Giảm béo, ngừa tiểu đường: uống 50ml trước khi ăn bữa chính 5 – 10 phút. - Chống chảy máu ( máu răng, máu cam, rong kinh, đa kinh ) mỗi lần dùng 20ml cách nhau 20 phút trên một lần trong giờ đầu.  Chú ý: sau khi chế 3h, nếu không dùng hết nên cho vào tủ lạnh. Bảo quản trong 48h, lúc này pectin sẽ đông lại như thạch trắng. Tiêu chuẩn về độ tinh sạch củc pectin sử dụng trong chế biến Tiêu chuẩn FAO FCC EEC (FAO Food and Nutrition Paper, 1992. FCC: Food Chemical Codex. EEC: Eropean Economic Community.) Chất dễ bay hơi max. 12% Tro không tan trong acid max. 1% Sulfur dioxide max. 50 mg/kg Sodium methyl sulfate max. 0,1% Methanol, ethanol and isopropanol. max. 1% Hàm lượng Nitrogen max. 2.5% max. 0.5% Galacturonic acid min. 65% Tổng Anhydrogalacturonides min. 65% Mức độ amin hóa max. 25% Arsenic, ppm max. 3 Chì, ppm max. 10 Đồng và kẽm, ppm max. 50 Kim loại nặng (như Pb), ppm max. 20 3) Quy định sử dụng: Pectin được xem là 1 trong những phụ gia thực phẩm an toàn và được chấp nhận nhiều nhất, và điều này được chứng minh bởi hàm lượmg ADI cho phép là “không xác định” được ban hành bởi các tổ chức JECFA (Joint Food Experts Committee), SCF (Scientific Committee for Food) ở Liên minh châu Âu, và GRAS (Generally Regarded). . trong nước: - Pectin hòa tan: methoxyl polygalacturonic.(tồn tại chủ yếu trong dịch tế bào) - Pectin không hòa tan: protopectin – là dạng kết hợp của pectin. phẩm mứt trái cây và mứt đông. Vai trò các cấu tử trong việc tạo gel pectin 1. Pectin - Nồng độ của pectin trong dung dịch càng lớn thì sự liên kết giữa các