CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.2.2. Đa dạng cấu trúc của pectin
1.2.2.1. Cấu tạo chung
Pectin là một polysaccharide tồn tại phổ biến trong thực vật, là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật và nĩ cĩ chứa ít nhất 65% acid galacturonic đƣợc liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4-glycoside, trong đĩ một số gốc –COOH đƣợc methoxyl hĩa thành –CH3O. Pectin là hợp chất cao phân tử polygalactoronic cĩ đơn phân tử là galactoronic và rƣợu metylic. Trọng lƣợng phân tử từ 20.000 - 200.000 đvC. Hàm lƣợng pectin 1% trong dung dịch cĩ độ nhớt cao, nếu bổ sung 60% đƣờng và điều chỉnh pH từ 3,1 - 3,4 sản phẩm sẽ tạo đơng.
Hình 1.3: Cấu trúc hĩa học của petin. (a) phân tử acid galacturonic,
(b) cấu trúc của pectin homogalacturonan
Pectin gồm cĩ 3 loại polysaccharide: (1) dạng homopymer mạch thẳng là homogalacturonan (HG); (2) dạng polymer mạch nhánh là rhamnogalacturonan I (RG-I) và dạng (3) là rhanogalacturonan II (RG-II) với các gốc galacturonan ở mạch nhánh. Đây là dạng cĩ phân bố rộng rãi nhất [25]. HG cấu tạo nên 57-69% pectin với các gốc acid α-D-galacturonic liên kết 1,4 trong đĩ 8-74% các nhĩm cacboxyl đƣợc ester hĩa bởi methanol. RG- I đƣợc tạo nên bởi các gốc galacturonan liên kết với nhau thơng qua một hoặc hai gốc α-L-rhamnose bằng liên kết 1,2. Chiều dài đoạn mạch HG vẫn chƣa đƣợc biết nhƣng mức độ polymer hĩa của nĩ nằm trong khoảng từ 30-200. RG-I chiếm từ 7-14% pectin, khoảng 20-80% rhamnose đƣợc chẻ nhánh bởi các gốc L-arainose, D-galactose, L-aranbinan, galactan, hoặc arabinogalactan, mạch nhánh gồm các kiểu liên kết khác nhau của các gốc arabinan liên kết α- 1,5; α-1,3 và các gốc galactan và arabinogatactan liên kết ꞵ-1,4 hoặc ꞵ-1,3 và ꞵ-1,6. Pectin cỏ biển đƣợc đặc trƣng bởi sự thể hiện của các mảnh apiogalacturonan trong đĩ các gốc D-apiose liên kết với gốc acid D- galacturonic bởi các liên kết 1,2- và 1,3- [26]. Khoảng 10-11% pectin đƣợc tạo nên RG-II bao gồm mạch chính là các gốc galacturonan với 4 kiểu mạch nhánh cĩ cấu trúc phức tạp cĩ thể cấu tạo bởi 12 loại đƣờng khác nhau, bao
gồm cả gốc đƣờng nhƣ 2-O-methylxylose, 2-O-methylfucose, apiose, v.v.. [27].
Những nghiên cứu mới về cấu trúc phân tử pectin cho thấy pectin cĩ hai vùng cấu tạo chính là vùng suơn thẳng (smooth regions) chiếm khoảng 60 – 90% khối lƣợng và vùng rậm (vairy region) chiếm 10 – 40% khối lƣợng.
Pectin là một hợp chất tự nhiên cĩ nhiều trong màng tế bào của các lồi thực vật bậc cao, phân bố chủ yếu ở các bộ phận nhƣ quả, củ, thân. Trong màng tế bào, pectin cĩ mặt ở phiến giữa (với hàm lƣợng cao nhất) và ở vách tế bào sơ cấp (Hình 1.4)
Hình 1.4: Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật
Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng là pectin hịa tan và protopectin khơng hịa tan. Dƣới tác dụng của acid, enzyme protopectinaza hoặc khi gia nhiệt thì protopectin chuyển thành pectin.
Protopectin: Là dạng khơng tan, chủ yếu ở thành tế bào. Pectin hịa tan: tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào.
Phân tử lƣợng của các loại pectin tách từ các nguồn quả khác nhau thay đổi trong giới hạn rộng 25000 – 50000.
Hình 1.5: Các dạng cấu trúc hĩa học của pectin
Cấu trúc của HG và RG-I biến đổi theo lồi thực vật và các dạng tế bào khác nhau do sự khác biệt về kích thƣớc phân tử polymer, mơ hình acetyl hĩa, mức độ methoxyl hĩa cũng nhƣ sự khác biệt về chiều dài và loại mạch nhánh của RG-I. Các pectin thƣơng mại thƣờng đƣợc thu nhận theo phƣơng pháp chiết acid, dẫn tới kết quả là sự phá vỡ hoặc làm mất nhĩm pectin RG-II và một lƣợng nào đĩ nhĩm RG-I. Trong một số trƣờng hợp pectin cũng đƣợc thu nhận bằng phƣơng pháp chiết kiềm hoặc chiết ở nhiệt độ cao để thu nhận các phân mảnh hoặc các pectin bị biến đổi về cấu trúc. Do cấu trúc phức tạp và đa dạng nên pectin sở hữu nhiều hoạt tính sinh học khác nhau.
Pectin đặc trƣng bởi 2 chỉ số quan trọng là chỉ số methoxyl “MI” biểu hiện cho phần trăm khối lƣợng nhĩm methoxyl –OCH3 cĩ trong phân tử pectin và chỉ số DE thể hiện mức độ ester hĩa của các phân tử acid galactoronic trong phân tử pectin. Dựa trên mức độ methoxyl hĩa và ester hĩa, trong thƣơng mại chia pectin thành 2 loại: pectin cĩ độ methoxyl hĩa cao và pectin cĩ độ methoxyl thấp. Pectin methoxyl hĩa cao (Hight Methoxyl Pectin – HMP) : DE > 50% hay MI >7% (Hình 1.6). Pectin methoxyl hĩa thấp (Low Methoxyl Pectin- LMP): DE<50% hay MI<7% (Hình 1.7) [28]. Pectin tự nhiên đƣợc đặc trƣng bởi mức độ methoxyl hĩa trên 50% ngoại trừ pectin từ cỏ biển cĩ mức độ methoxyl hĩa chỉ từ 8-10%. Pectin methoxyl thấp cĩ thể tạo đơng trong khơng cĩ đƣờng. Chúng thƣờng đƣợc dùng làm màng bao bọc các sản phẩm.
Hình 1.6: Cấu trúc của pectin cĩ mức độ methoxyl hĩa cao
Hình 1.7: Cấu trúc của pectin cĩ mức độ methoxyl hĩa thấp
Tĩm lại, các nghiên cứu trƣớc đây về chiết tách và xác định cấu trúc của pectin từ cỏ biển Zostera marina L (hợp chất Zosterin) lần đầu tiên đƣợc nghiên cứu bởi Miroshnikov và cộng sự, 1940 [29], tiếp sau đĩ đã cĩ một số cơng trình nghiên cứu về sự chiết tách và đặc điểm cấu trúc của pectin từ cỏ biển thuộc họ Zosteraceae và từ lồi Phyllospadix iwatensi [10, 30, 31]. Bên
cạnh đĩ cũng cĩ một số cơng trình nghiên cứu tách chiết pectin từ một số lồi trên cạn nhƣ: vỏ chanh [32], vỏ cam [33], vỏ chanh dây [34], vỏ măng cụt Indonesia [35], … Tuy nhiên, cho tới nay so với các thực vật trên cạn thì các nghiên cứu về pectin từ cỏ biển vẫn cịn rất ít.