I. Các ứng dụng của pectin trong các lĩnh vực 1 Trong công nghệ thực phẩm
I.2. Khả năng tạo đông của pectin
- Khả năng tại đông tụ của pectin phụ thuộc vào khả năng làm ra chúng, do đó chúng có giá trị khác nhau trong sản xuất bánh kẹo, pectin được lấy từ táo, vỏ cam, chanh, củ cải đường thì có giá trị đông tụ cao nhất, pectin của mận, me, đào, tạo gel kém bền hơn.
- Khả năng tạo gel của pectin ở quả thay đổi theo quá trình phát triển của cây, độ chín của quả cũng như khi bảo quản và chế biến chúng.
- Gía trị chính của pectin trong sản xuất kẹo là khả năng tạo đông của chúng.
- Các pectin và acid pectinic có các nhóm hydroxyl ( -OH) nên có khả năng hydrate hóa cao.
- Các phân tử pectin mang điệ tích âm nên chúng coa khả năng đẩy lẫn nhau, do đó làm giản mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch.
- Vì vậy khi làm giảm độ tích điện và độ hydrate 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.
- Tính chất tạo đông của pectin được xác định phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau:
+ Chiều dài mạch phân tử pectin: Chiều dài mạch phân tẻ pectin 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 có độ cứng. + Mức độ methoxyl hóa qui 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 và vậy nó làm giảm mứt độ hydrate hóa của phân tử pectin trong dung dịch, pH acid trung hòa bởi 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 tại 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, hoặc pectin và nhiệt độ 30 - 35 0c 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 sachrose. Tuy nhiên cũng không nên dùng qua nhiều acid vì pH quá thấp sẽ gây ra nghịch đảo một lượng lớn sacharose gây kết tinh glucose và hoá gel nhanh tạo nên các vón cụt. Khi dung lượng pectin vượt quá lượng thích hợp sẽ gây ra gel qua cứng. Do đó khi dùng một nguyên liệu có chứa nhiều pectin cần tiến hành phân giải bớt chúng bằng cách đun nấu lâu hơn.
Khi sử dụng một lượng cố định bất cứ một loại pectin nào pH, nhiệt độ càng thấp và hàm lượng đường cao thì gel tạo thành càng nhanh.
• LMP: Tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+. + Sự có mặt của các thành phần hữu cơ và vô cơ.
- Sự trùng hợp của phân tử pectin có thể xảy ra dưới tác dụng của men khi bảo quản pure và tác dụng của nhiệt độ và hóa học khi gia công nguyên liệu chứa pectin. Nếu nguyên liệu chịu tác dụng của acid, bazơ và nhiệt càng nhiều thì càng không có lợi cho sự trùng hợp pectin vì sẽ thu được pectin có phân tử lượng bé.
Chiều dài phân tử pectin quyết định độ cứng của gel, chỉ có pectin có khối lượng phân tử không bé hơn 10000 mới có khả năng tạo gel, nếu chiều dau quá thấp thì nó không tạo gel được mặt dù dùng với liều lượng cao.
- Khi pectin có cùng khối lượng phân tử thì khả năng tạo gel phụ thuộc vào mức độ este hóa các gốc của mach galacturonic tại các nhóm metoxyl (- OCH3).
+ Nhóm metoxyl tăng từ 8 -11 % thì độ bền đông tụ của nó tăng, ngược lại khả năng đông tụ giảm.
+ Pectin có từ 9,5 -11% nhóm(-OCH3) ở môi trường pH = 3 và hàm lượng đường 35 % khả năng đông tụ tốt.
+ Khi hàm lượng metoxyl giảm xuống 5% và thấp hơn khi pectin vẫn giữ được khả năng đông tụ tạo đông chậm, đòi hỏi thay đổi hàm lượng đương cũng như pectin và acid.
+ Nếu pectin có hàm lượng từ 3,5 -6 % nhóm metoxyl khi có sự tham gia của các muối kim loại nhiều hóa trị như Ca2+ và trên 35% đường thì nó sẽ tạo ra đông tụ bền vững.
_ Vai trò của Ca2+ và ion kim loại khác trong việc tạo gel là: Cac phân tử acid pectic tác dụng tương hổ lẫn nhau nhờ các nhóm carboxyl tự do, các nhóm này liên kết lại nhờ các ion Ca2+thành khung bền vững như sau:
High Methoxyl pectin
Low methoxyl pectin
+ Dạng cation và anion có ảnh hưởng đến độ bền đông tụ các cation Ca2+, Al3+ làm tăng độ bền gel còn cation hóa trị I như Na+ ở điều kiện xác định có tác dụng ngược lại.
- Trong thành phần của phân tử pectin có thể có nhóm acetyl CH3CO, hàm lượng nhóm CH3CO có trong pectin, este hóa cao không quá 0,8% thì không ảnh hưởng đến khả năng tạo đông của pectin, song cao hơn thì khả năng đông tụ giảm.
I.3. Vai trò các cấu tử trong việc tạo gel pectin I.3.1. Pectin
- Nồng độ của các phân tử 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 chính 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 đoong tụ sẽ yếu và có khả năng đưa đến sự rữa nát ( vì nhả nước ).
I.3.2 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.
I.3.3. 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%.
I.3.4 Acid :
+ 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.