Nghiên cứu thu nhận pectin từ cùi quả bưởi

Cùi quả bưởi chứa hàm lượng pectin cao, là nguồn cơ chất tiềm năng để chiết xuất pectin ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. Nghiên cứu này nhằm khảo sát các điều kiện tối ưu chiết xuất pectin từ cùi quả bưởi để đạt hiệu suất cao như thời gian, nhiệt độ và nồng độ axit citric.

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 3(46)-2020 NGHIÊN CỨU THU NHẬN PECTIN TỪ CÙI QUẢ BƯỞI Ngơ Đại Hùng(1), Nguyễn Thị Liên Thương(1), Lê Nguyễn Hồng Kiên(1), Ngô Đại Nghiệp(2), Võ Thanh Sang(3) (1) Trường Đại học Thủ Dầu Một; (2) Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (VNU-HCM); (3) Trường Đại học Nguyễn Tất Thành Ngày nhận 15/3/2020; Ngày gửi phản biện 20/3/2020; Chấp nhận đăng 20/05/2020 Liên hệ email: vtsang@ntt.edu.vn https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.03.035 Tóm tắt Cùi bưởi chứa hàm lượng pectin cao, nguồn chất tiềm để chiết xuất pectin ứng dụng công nghiệp thực phẩm Nghiên cứu nhằm khảo sát điều kiện tối ưu chiết xuất pectin từ cùi bưởi để đạt hiệu suất cao thời gian, nhiệt độ nồng độ axit citric Đồng thời, độ tinh khiết độ ester pectin từ cùi bưởi xác định Hiệu suất pectin thu cao 16,46% điều kiện tách chiết nồng độ axit citric 9%, 85 phút 90oC Pectin từ cùi bưởi thu có độ tinh khiết khoảng 49,43% với độ ester 51,15% Từ khóa: axit citric, cùi bưởi, độ tinh khiết, độ ester, pectin Abstract THE STUDY ON OBTAINING CRUDE PECTIN FROM POMELO PEELS The peels of pomelo contain high pectin content and can be utilized to extract pectin applied in food industry In this study, the extraction conditions of pectin from pomelo peels were optimized to obtain high yield of pectin such as time, temperature and citric acid concentration In addition, the purity and esterification degree of pectin from pomelo peels were also determined The highest yield of pectin is 16.46% in the extraction conditions with 9% citric acid for 85 minutes at 90oC The pectin product is of 49.43% purity with 51.15% esterification degree Giới thiệu Việt Nam nước có ngành nơng nghiệp phát triển mạnh, trái mặt hàng có giá trị kinh tế cao Trái nguồn nguyên liệu dồi để sản xuất pectin Lượng pectin cịn có nhiều phế liệu trái nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm Từ nguyên liệu phần không ăn hay phần giá trị dinh dưỡng khơng cao ta sử dụng để chiết xuất lấy pectin từ làm cho chúng có giá trị ứng dụng nhiều hơn, đồng thời góp phần việc bảo vệ mơi trường đem lại giá trị kinh tế Bưởi loại trái có diện tích sản lượng cao Đặc biệt Tân Un (Bình 65 https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.03.035 Dương), có nguồn cung bưởi dồi sử dụng phần thịt bưởi chưa thể sử dụng phế liệu bưởi để sản xuất pectin làm lãng phí nguồn nguyên liệu Pectin chất phụ gia quý sử dụng nhiều công nghiệp thực phẩm dùng làm chất ổn định, chất làm dày, chất nhũ hóa, tạo cấu trúc… Pectin không làm biến đổi mùi vị tự nhiên sản phẩm không độc hại Trong y học, pectin dùng để sản xuất thuốc chữa bệnh đường ruột (giúp thể tăng cường tiết kim loại nặng) (Liu, Shi, Langrish, 2016) Mục tiêu nghiên cứu khảo sát điều kiện tối ưu trích ly pectin từ cùi bưởi để đạt hiệu suất thu pectin cao, làm sở liệu cho nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất pectin từ cùi bưởi quy mô công nghiệp Vật liệu phương pháp nghiên cứu Quy trình tách chiết pectin từ cùi bưởi: Cùi bưởi cung cấp từ Viện Phát triển ứng dụng trường Đại học Thủ Dầu Một thu mua bưởi da xanh xã Bạch Đằng, thị xã Tân Uyên, Bình Dương Cùi trắng vỏ bưởi sấy nhiệt độ 50oC đến độ ẩm 9% sau nghiền nhỏ lưu trữ để sử dụng cho việc nghiên cứu Pectin tách chiết dựa theo quy trình Joye Luzio (2000) Quoc cộng (2014) Hòa 10g bột vỏ bưởi vào 20ml dung dịch axit citric, gia nhiệt ủ Sau ly tâm, lấy dịch ly tâm chỉnh đến pH 4,5 cho kết tủa với etanol tuyệt đối, ngâm kết tủa Tiếp tục rửa kết tủa với etanol 70o sấy 60oC 10 thu pectin thô Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất pectin thu tách chiết: Để khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất pectin thu từ cùi bưởi, điều kiện tách chiết chọn sau: nồng độ axit citric (8%) nhiệt độ (80oC) với thời gian tách chiết khác (70, 75, 80, 85 90 phút) Từ đó, xác định thời gian tách chiết thu dịch trích ly có hiệu suất pectin cao dùng cho thí nghiệm Thí nghiệm lặp lại lần với 15 đơn vị thí nghiệm Chỉ tiêu đánh giá thời gian tách chiết cho hiệu suất thu pectin từ quy trình trích ly pectin từ cùi bưởi cao Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất pectin thu tách chiết: Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất pectin thu từ cùi bưởi, điều kiện tách chiết chọn sau: nồng độ axit citric (8%) thời gian chọn từ thí nghiệm với nhiệt độ khác (70, 75, 80, 85 90oC) Từ đó, xác định nhiệt độ tách chiết thu dịch trích ly có hiệu suất pectin cao dùng cho thí nghiệm Thí nghiệm lặp lại lần với 15 đơn vị thí nghiệm Chỉ tiêu đánh giá nhiệt độ tách chiết cho hiệu suất thu pectin từ quy trình trích ly pectin từ cùi bưởi cao Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit citric hiệu suất pectin thu tách chiết: Để khảo sát ảnh hưởng axit citric đến hiệu suất pectin thu từ cùi bưởi, điều kiện tách chiết chọn sau: nhiệt độ thời gian từ thí nghiệm với nồng độ axit citric khác (6, 7, 8, 10%) Từ đó, xác định nồng độ axit citric tách 66 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 3(46)-2020 chiết thu dịch trích ly có hiệu suất pectin cao dùng cho thí nghiệm Thí nghiệm lặp lại lần với 15 đơn vị thí nghiệm Chỉ tiêu đánh giá nồng độ axit citric tách chiết cho hiệu suất thu pectin từ quy trình trích ly pectin từ cùi bưởi cao Xác định độ tinh khiết pectin: Độ tinh khiết pectin xác định phương pháp kết tủa canxi pectat (Mui, 2001) Cho 0,15g pectin thô vào 100ml dung dịch NaOH 0,1 N Để hỗn hợp cho pectin bị xà phịng hóa hồn tồn thành axit pectic Thêm 50ml dung dịch axit axetic N sau phút thêm 50ml CaCl2 N để yên giờ, tiếp đó, đun sơi phút lọc qua giấy lọc không tàn sấy khô tới trọng lượng không đổi Rửa kết tủa canxi pectat nước cất nóng khơng cịn ion clo (thử nước rửa với dung dịch bạc nitrat 1%) Sau rửa xong, đặt giấy lọc có kết tủa vào chén cân sấy 105oC trọng lượng không đổi Độ tinh khiết pectin (P) tính theo công thức sau: P = m * 0,92 * 100/M (%) với m (g): Khối lượng kết tủa canxi pectat (g); M (g): Khối lượng pectin thô (g); 0,92: Pectin có 92% canxi pectat Hiệu suất tách chiết pectin (Y) tính sau: Y = a0/a * 100 với a0 (g): Khối lượng pectin khô (a0= P*M); a (g): Khối lượng cùi bưởi sấy khô Xác định độ ester (DE) pectin dịch tách chiết: Độ ester pectin xác định theo phương pháp Pinheiro cộng (2008) Cho 0,5g pectin vào 5ml etanol, 1g NaCl, 1-2 giọt phenolphthalein thêm 100 ml nước cất ấm Hỗn hợp chuẩn độ với dung dịch NaOH 0,1 N thu thể tích V1 (ml) Sau thêm 25ml dung dịch NaOH 0,25 N vào khuấy nhiệt độ phòng 30 phút Tiếp cho thêm 25ml dung dịch HCl 0,25 N lắc màu hồng Hỗn hợp chuẩn độ với dung dịch NaOH 0,1 N thu thể tích V2 (ml) Độ ester tính theo công thức: DE (%) = V2*100/(V1+V2) Kết thảo luận 3.1 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất pectin thu Hình cho thấy ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất tách chiết, độ ester độ tinh khiết pectin từ cùi bưởi Hiệu suất pectin thu 70 phút thấp đạt 20,04% Hiệu suất pectin tăng theo thời gian: 21,4% 75 phút; 22,95% 80 phút cao 24,25% 85 phút Ở thời gian tách chiết 90 phút hiệu suất pectin bị giảm nhẹ xuống 23,56% Độ ester pectin tách chiết thay đổi không đồng Ở 85 phút có độ ester thấp 53,74% cao 75 phút 58,98% lại độ ester 54,45% 70 phút; 55,35 % 80 phút 57,55 % 90 phút Độ tinh khiết pectin thay đổi theo hiệu suất tách chiết Độ tinh khiết cao thời gian tách chiết 85 phút 46,57% thấp thời gian tách chiết 70 phút 40,74% Ở điều kiện thời gian 85 phút hiệu suất pectin thu cao 24,25% có độ tinh khiết cao 46,57% với độ ester 53,74% Do đó, chọn thời gian 85 phút để tách chiết pectin từ cùi bưởi tiến hành thí nghiệm 67 https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.03.035 Hình Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất, độ ester độ tinh khiết pectin thu 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất pectin thu Hình cho thấy ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất tách chiết, độ ester độ tinh khiết pectin từ cùi bưởi Hiệu suất pectin nhiệt độ 70oC thấp đạt 19,75% Giá trị tăng lên 20,58% 75oC; 21,4% 80o C; 23,42% 85oC cao 25,76% 90oC Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất, độ ester độ tinh khiết pectin thu Ở 85oC có độ ester cao 60,32% thấp 80o C 51,76% lại độ ester 53,69% 70oC; 56,97% 75oC 55,74% 90oC Độ tinh khiết pectin 68 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 3(46)-2020 thay đổi theo hiệu suất tách chiết Độ tinh khiết cao nhiệt độ 90oC 48,64% thấp thời gian tách chiết 70oC 42,30% Độ tinh khiết nhiệt độ 75oC 44,70%, 80oC 45,88% 85oC 46,92% Kết cho thấy điều kiện thời gian 85 phút nhiệt độ 90oC hiệu suất pectin thu cao 25,76% có độ tinh khiết cao 48,64% Tuy độ ester khơng đạt mức thấp chấp nhận Do đó, chọn điều kiện nhiệt độ 90oC để tiến hành thí nghiệm 3.3 Ảnh hưởng nồng độ axit citric đến hiệu suất pectin thu Hình cho thấy ảnh hưởng nồng độ axit citric đến hiệu suất tách chiết, độ ester độ tinh khiết pectin từ cùi bưởi Hiệu suất pectin nồng độ axit citric 6% thấp đạt 23,08% Giá trị tăng lên 23,59% nồng độ axit citric 7%; 23,78% nồng độ axit citric 8% cao 26,46% nồng độ axit citric 9% Sau hiệu suất thu pectin giảm xuống 24,76% nồng độ axit citric 10% Ở nồng độ axit citric 6% độ ester cao (57,50%) thấp nồng độ axit citric 9% (51,05%) lại độ ester nồng độ axit citric 7% 51,15%; 8% 52,35% 10% 54,30% Độ tinh khiết pectin thay đổi theo hiệu suất tách chiết Độ tinh khiết cao nồng độ axit citric 9% 49,43% thấp nồng độ axit citric 6% 43,53% Độ tinh khiết nồng độ axit citric 7% 44,88%, 8% 44,67% 10% 47,68% Kết cho thấy thời gian nhiệt độ tách chiết chọn 85 phút 90oC nồng độ axit citric 9%, hiệu suất pectin thu cao 26,46% có độ tinh khiết cao 49,43% Tuy độ ester không đạt mức thấp chấp nhận Do đó, hiệu suất tách chiết pectin cao với thời gian 85 phút; nhiệt độ 90oC nồng độ axit citric 9% Hình Ảnh hưởng nồng độ axit citric đến hiệu suất, độ ester độ tinh khiết pectin 69 https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2020.03.035 Theo nghiên cứu Liew cộng (2016) tiến hành với dụng cụ siêu âm thu hiệu suất pectin cao 36,33% Trong đó, nghiên cứu chúng tơi thực theo phương pháp ngâm chiết thu hiệu suất pectin cao 26,46% So với nghiên cứu Ngô Thị Minh Phương (2016), tác giả tách chiết pectin từ cùi bưởi 90oC thời gian 90 phút nồng độ axit citric 5% hiệu suất pectin thu 14,24% nghiên cứu chúng tơi đạt hiệu suất thu hồi pectin cao (23,08%) nồng độ axit citric 6% Nghiên cứu Norziah cộng (2000) sử dụng axit mạnh dễ gây độc hại so với axit citric Trong nghiên cứu chúng tôi, dùng axit citric 9% theo điều kiện thời gian tách chiết 85 phút nhiệt độ tách chiết 90oC hiệu suất đạt 26,46% cao so với sử dụng ethanol-HCl đạt 19% ngâm chiết thời gian 60 phút nhiệt độ 75oC, sử dụng acetone-HCl đạt 20,8% ngâm chiết điều kiện thời gian 60 phút nhiệt độ 75oC Trong nghiên cứu Pawadee cộng (2014), tác giả dùng axit nitric loại axit mạnh, dễ gây nguy hiểm sử dụng hay pha chế thời gian tách chiết cao 200 phút nhiệt độ 80oC nồng độ axit nitric 12,5mM đạt hiệu suất thu pectin 23,64% Trong đó, nghiên cứu dùng axit citric với giá thành rẻ an toàn sử dụng cần 85 phút nhiệt độ 90oC nồng độ axit citric 9% hiệu suất thu pectin cao (26,46%) Kết luận Pectin thu từ cùi bưởi với hiệu suất cao 16,46% điều kiện tách chiết nồng độ axit citric 9%, 85 phút 90oC Pectin từ cùi bưởi thu có độ tinh khiết khoảng 49,43% với độ ester 51,15% Pectin tách chiết từ cùi bưởi có tiềm ứng dụng chế biến thực phẩm Lời cảm ơn Nghiên cứu hỗ trợ Trường Đại học Thủ Dầu Một TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Liu, Y., Shi, J., Langrish, T A G (2006) Water- based extraction of pectin from flavedo and albedo of orange peels Chemical Engineering Journal, 120(3), 203-209 [2] Joye, D D., Luzio, G A (2000) Process for selective extraction of pectins from plant material by different pH Journal of Carbohydrate Polymers, 43(4), 337-342 [3] Quoc, L P T., Anh, L T L., Tien, M V T K., Trang, L T (2014) Optimization of the pectin extraction from pomelo peels by oxalic acid and microwave Banat’s Journal of Biotechnology, 9, 67-73 [4] Mui, N V (2001) Biochemical Practice National University Hanoi Publisher -Vietnam (in Vietnamese), 68-72 70 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 3(46)-2020 [5] Pinheiro, E R., Silva, I M D A (2008) Gonzaga, L V., Amante, E R., Reinaldo, F T., Ferreira, M M C., Amboni, R D M C., Optimization of extraction of highester pectin from passion fruit peel (Passiflora edulis flavicarpa) with citric acid by using response surface methodology Journal of Bioresource Technology, 99(13), 5561-5566 [6] Liew, S Q., Ngoh, G C., Yusoff, G., Teoh, W H (2016) Sequential ultrasoundmicrowave assisted acid extration (UMAE) of pectin from pomelo peels International Journal of Biologicial Macromolecules, 93, 426-435 [7] Ngô Thị Minh Phương (2016) Nghiên cứu thu nhận, biến tính pectin từ nguồn thực vật khu vực miền Trung – Tây Nguyên ứng dụng tạo màng bao bảo quản xoài, gừng Trường Đại học Đà Nẵng [8] Norziah, M H., Fang, E O., Abd Karim A (2000) Extraction and charactercia of pectin from pomelo fruit peels Gums and Stabilisers for the Food Industry, 10, 28-37 [9] Pawadee, M., Jaruwan K., Chaiwut G (2014) Pomelo (Citrus maxima) pectin: Effect of extraction parameters and its properties Food Hydrocolloids, 35, 383-391 71 ... 2016) Mục tiêu nghiên cứu khảo sát điều kiện tối ưu trích ly pectin từ cùi bưởi để đạt hiệu suất thu pectin cao, làm sở liệu cho nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất pectin từ cùi bưởi quy mô... suất thu pectin từ quy trình trích ly pectin từ cùi bưởi cao Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất pectin thu tách chiết: Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất pectin thu từ cùi bưởi, ... thu pectin từ quy trình trích ly pectin từ cùi bưởi cao Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit citric hiệu suất pectin thu tách chiết: Để khảo sát ảnh hưởng axit citric đến hiệu suất pectin thu từ cùi