6. Cấu trúc của luận văn
3.2.2.Nghiên cứu kết tủa pectin từ vỏ quả bứa khô
a. Nghiên cứu tỉ lệ thể tích dịch chiết 1 / thể tích cồn 960
Pectin có trong dịch chiết 1 trích ly từ nguyên liệu vỏ quả bứa khô. Đây là hợp chất polisaccarit không tan trong: propanol, cồn, axeton, pyridin, dung môi hữu cơ…Dựa trên nguyên tắc này, chúng ta có thể sử dụng hiệu quả những dung môi kể trên để kết tủa pectin từ dịch chiết 1. Qua việc tham khảo một số tài liệu nghiên cứu về pectin từ các nguyên liệu khác như quả rồng đỏ, táo, bưởi … các nhóm nghiên cứu đều sử dụng cồn 960 để kết tủa pectin. Chúng tôi cho rằng đây là lựa chọn hợp lý bởi hầu hết những đề tài liên quan đến pectin thì được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm nên dung môi sử dụng sử dụng trong quá trình kết tủa phải an toàn và có hiệu quả kinh tế. Do đó, chúng tôi cũng lựa chọn dung môi cồn 960 để kết tủa pectin.
Tuy nhiên, hiệu suất của quá trình kết tủa pectin không những phụ thuộc vào bản chất của dung môi kết tủa mà còn phụ thuộc vào lượng dung môi sử dụng. Trong thực tế sản xuất, cần xác định một tỷ lệ thể tích cụ thể giữa dịch chiết 1 và cồn 960 để đảm bảo cả hai tiêu chí đặt ra là đạt hiệu quả kết tủa và tiết kiệm dung môi.
Việc tối ưu hóa tỷ lệ thể tích dịch chiết 1/ cồn 960 cho việc kết tủa pectin được thực hiện như sau: lấy chính xác 40ml dịch chiết 1 (thể tích mẫu), thêm thể tích cồn 960 vào dịch chiết để kết tủa pectin tại các nồng độ cồn từ 550 - 850. Lọc thu kết tủa và sấy khô đến khối lượng không đổi. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình kết tủa pectin theo tỷ lệ thể tích dịch chiết 1/ cồn 960 được thể hiện ở bảng 3.16 và hình 3.3.
Bảng 3.16. Kết quả sự phụ thuộc của quá trình kết tủa pectin theo tỉ lệ thể tích dịch chiết 1/ cồn 960 Vmẫu (ml) Vcồn (ml) Tỷ lệ Vmẫu/ Vcồn Nồng độ cồn
kết tủa pectin mpectin (g)
40 50 1 / 1.25 550 0,237 40 60 1 / 1.5 600 0,248 40 71 1 / 1.775 650 0,264 40 84 1 / 2.1 700 0,298 40 100 1 / 2.5 750 0,322 40 121 1 / 3.025 800 0,335 40 147 1 / 3.675 850 0,337 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3 0.32 0.34 0.36 1/1.25 1/1.5 1/1.775 1/2.1 1/2.5 1/3.025 1/3.675
Hình 3.3. Hàm lượng pectin ở các tỉ lệ thể tích dịch chiết 1/cồn 960 khác nhau
Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.3 chúng tôi thấy rằng ở các tỷ lệ thể tích dịch chiết 1/cồn 960 khác nhau thì hiệu suất kết tủa pectin cũng khác nhau, cụ thể là lượng pectin càng tăng khi tỷ lệ này càng giảm. Đến khi tỷ lệ đạt tới 1/3 thì quá trình kết tủa pectin trong dịch chiết đạt hiệu quả. Điều này, có thể giải
Tỉ lệ: Vmẫu / Vcồn Hà m l ượ ng pe cti n t hô t h u đ ượ c (g)
thích như sau: dịch chiết 1 chứa pectin được trích ly bằng nước, mà nước lại có độ phân cực lớn hơn cồn. Khi cho thể tích cồn vào càng nhiều, độ phân cực của hệ dung môi mới (cồn + nước) càng giảm so với độ phân cực của dịch chiết 1, dẫn đến sự giảm mạnh độ hòa tan của pectin trong dịch chiết 1 nên pectin tách ra khỏi dịch và kết tủa càng nhiều. Tiếp tục thay đổi tỷ lệ đến 1/3.675 thì lượng pectin tăng lên không đáng kể. Nếu tiếp tục tăng lượng cồn 960 mà lượng tăng pectin lại quá ít thì điều này sẽ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất, gây lãng phí lượng cồn và làm tăng giá thành sản phẩm. Vì vậy, chúng tôi quyết định lựa chọn tỷ lệ thể tích dịch chiết 1/cồn 960 là 1/3 để đảm bảo hiệu suất pectin thu được lẫn hiệu quả kinh tế khi áp dụng vào quy mô công nghiệp.
b. Khảo sát môi trường kết tủa pectin
Lựa chọn môi trường phù hợp sẽ nâng cao hiệu quả của quá trình kết tủa pectin. Việc lựa chọn môi trường phụ thuộc vào đặc điểm của từng nguyên liệu và cấu tử được kết tủa.
Các phân tử pectin trong môi trường axit có khả năng xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên mạng lưới ba chiều chứa pha lỏng bên trong. Vì thế khả năng tạo gel của pectin tăng lên. Ngoài ra, trong vỏ quả bứa có chứa axit HCA, môi trường trong dịch bào của vỏ cũng có tính axit nhẹ. Nên chúng tôi thử tiến hành khảo sát kết tủa pectin trong các loại môi trường axit khác nhau.
Chúng tôi cố định các thông số thể tích dịch chiết 1, thể tích cồn 960. Sau đó tiến hành khảo sát các môi trường: axit nitric, axit sunfuric, axit clohydric, axit axetic, axit citric, axit photphoric. Cách thực hiện như sau: lấy chính xác 40ml dịch chiết 1, lần lượt cho vào các loại axit khác nhau với môi trường pH=2. Sau đó tủa bằng 120ml cồn 960, lọc và sấy đến khối lượng không đổi. Kết quả khảo sát được thể hiện ở bảng 3.17 và hình 3.4.
Bảng 3.17. Hàm lượng pectin trong các môi trường axit khác nhau
Môi trường mg (g) mt (g) mpectin (g)
Axit nitric 0,759 1,086 0,307 Axit sunfuric 0,756 1,060 0,284 Axit clohydric 0,760 1,096 0,316 Axit photphoric 0,755 1,133 0,378 Axit citric 0,761 1,137 0,376 Axit axetic 0,763 1,124 0,361
Hình 3.4. Hàm lượng pectin ở các môi trường axit khác nhau
Nhận xét: Từ kết quả của đồ thị hình 3.4 cho thấy khi kết tủa pectin trong các môi trường axit khác nhau thì hiệu suất thu nhận pectin cũng hoàn toàn khác nhau. Trong các môi trường axit nitric, axit sunfuric, axit clohydric (axit nhóm 1), lượng pectin tủa được thấp hơn so với lượng pectin trong các môi trường axit còn lại (axit nhóm 2). Có thể là do nguyên nhân sau: khả năng tạo gel của pectin phụ thuộc nhiều vào chiều dài phân tử pectin. Nếu chiều dài phân tử quá thấp thì pectin cũng không tạo gel được, nên khi cho các axit nhóm 1 vào dịch chiết 1 thì các axit nhóm này với độ phân cực mạnh có thể cắt đứt một số liên kết trong chuỗi pectin làm giảm chiều dài của chuỗi, dẫn
đến sự giảm sút khả năng tạo gel. Ngoài ra, nhóm axit này cũng có khả năng lôi kéo các hợp chất màu cộng kết cùng pectin ở lại trong dịch chiết dẫn đến sự sụt giảm hiệu suất kết tủa. Với các axit nhóm 2, lượng pectin thu được trong các môi trường này đạt hiệu quả tốt hơn. Trong môi trường axit citric, tuy lượng pecptin thu được thấp hơn trong môi trường axit photphoric nhưng sự chênh lệch này là không đáng kể. Bên cạnh đó, việc sử dụng axit citric làm môi trường có giá trị kinh tế cao vì giá thành sản phẩm thấp và không ảnh hưởng đến sức khỏe cũng như môi trường sống xung quanh. Như vậy từ việc phân tích kết quả trên chúng tôi lựa chọn môi trường axit citric để kết tủa pectin từ dịch chiết 1.
c. Xác định nhiệt độ tủa pectin
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng, góp phần không nhỏ đến hiệu quả kết tủa pectin. Đặc biệt khi ứng dụng vào quy mô công nghiệp, công đoạn lọc kết tủa pectin phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Nếu lọc nóng, độ nhớt của pectin sẽ giảm xuống, quá trình lọc diễn ra nhanh chóng, tiết kiệm thời gian và ít tốn kém công nghệ cho giai đoạn này nhưng lượng pectin thu được có thể ít. Ngược lại nếu lọc nguội, độ nhớt tăng, quá trình lọc diễn ra chậm nhưng lượng pectin thu được nhiều hơn. Vì vậy, chúng tôi tiến hành khảo sát quá trình kết tủa pectin ở những khoảng nhiệt độ khác nhau. Để xem xét khuynh hướng nhiệt độ tối ưu của dịch chiết 1 khi kết tủa pectin, chúng tôi cố định các thông số như thể tích dịch chiết 1, tỉ lệ cồn 960 . Tiến hành khảo sát nhiệt độ kết tủa pectin khi nhiệt độ dịch chiết 1 nằm trong khoảng 300-800C. Phương pháp thực hiện như sau: lấy chính xác 40ml dịch chiết 1, thêm vào 10ml axit citric 0,1N, đun trong bếp cách thủy trong vòng 60 phút lần lượt ở các nhiệt độ 300C, 400C, 500C, 600C, 700C, 800C. Tiếp tục thêm 120ml cồn 960 vào dịch chiết để tủa pectin. Lọc và sấy đến khối lượng không đổi. Kết
quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình kết tủa pectin vào nhiệt độ được thể hiện ở bảng 3.18 và hình 3.5.
Bảng 3.18. Hàm lượng pectin thu được ở các nhiệt độ khác nhau
Vmẫu (ml) t0mẫu Vcồn (ml) mg (g) mt (g) mpectin (g) 40ml 300C 120 0,763 1,142 0,379 40ml 400C 120 0,767 1,136 0,369 40ml 500C 120 0,770 1,138 0,368 40ml 600C 120 0,761 1,124 0,363 40ml 700C 120 0,769 1,115 0,346 40ml 800C 120 0,764 1,105 0,341
Hình 3.5. Hàm lượng pectin thu được ở các nhiệt độ khác nhau
Nhận xét: Hiệu suất thu nhận pectin có khuynh hướng tăng dần khi nhiệt độ của dịch chiết giảm xuống. Khoảng nhiệt độ dịch chiết ở 300C - 600C thì không ảnh hưởng nhiều đến lượng pectin kết tủa, nhưng khi nhiệt độ dịch chiết ở 700C - 800C thì độ giảm hàm lượng là rất đáng chú ý. Điều này có thể giải thích như sau: khi giảm dần nhiệt độ dịch chiết từ 800 xuống 300C sẽ dẫn theo sự thay đổi độ tan của pectin trong dịch chiết 1. Ở nhiệt độ càng thấp, độ tan pectin càng giảm. Điều này cũng có nghĩa là lượng pectin tủa được trong cồn sẽ càng lớn. Khi nhiệt độ lên cao thì có khả năng làm biến đổi cấu trúc và
tính chất của pectin dẫn đến hiệu suất thu hồi pectin là thấp. Như vậy, mặc dù ở nhiệt độ cao, quá trình lọc kết tủa diễn ra nhanh chóng nhưng lượng pectin thu được là không đáng kể. Vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi quyết định lựa chọn kết tủa pectin ở nhiệt độ dịch chiết 1 là 300C.
d. Xác định thời gian tủa pectin
Về mặt lý thuyết, khi tăng thời gian kết tủa thì hiệu suất thu nhận sản phẩm thường tăng theo do các cấu tử cần thiết có đủ thời gian kết tủa trong dung môi. Chính vì thế, khảo sát để lựa chọn thời gian kết tủa thích hợp là rất cần thiết. Trong nghiên cứu này chúng tôi cố định thể tích dịch chiết 1, tỉ lệ cồn 960, nhiệt độ và khảo sát chọn một số khoảng thời gian kết tủa như sau: 15 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút và 180 phút. Phương pháp thực hiện: lấy chính xác 40ml dịch chiết 1, thêm vào 10ml axit citric 0,1N, để ở nhiệt độ phòng. Tiếp tục thêm 120ml cồn 960 vào dịch chiết và để yên trong các khoảng thời gian khác nhau. Sau đó, lọc kết tủa và sấy đến khối lượng không đổi. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình kết tủa pectin vào nhiệt độ được thể hiện ở bảng 3.19 và hình 3.6. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.19. Hàm lượng pectin ở những khoảng thời gian kết tủa khác nhau
Vmẫu Thời gian tủa (phút) mg (g) mt (g) mpectin (g)
40ml 15 0,754 1,133 0,379 40ml 30 0,758 1,159 0,401 40ml 60 0,762 1,168 0,406 40ml 90 0,761 1,182 0,421 40ml 120 0,747 1,173 0,426 40ml 180 0,751 1,180 0,429
Hình 3.6. Lượng pectin ở các thời gian kết tủa khác nhau
Nhận xét: Dựa theo kết quả đồ thị cho thấy tại những khoảng thời gian tủa khác nhau thì hiệu suất thu nhận pectin cũng khác nhau. Khi tủa pectin trong khoảng thời gian từ 15 phút đến 30 phút, hàm lượng pectin thu được là ít nhất. Tiếp tục tăng thời gian kết tủa thì hàm lượng pectin tăng theo cho đến 90 phút. Từ 90 phút đến 180 phút, hàm lượng pectin vẫn tăng nhẹ. Có thể giải thích rằng: các phân tử pectin trong dịch chiết 1 tồn tại ở nhiều dạng cấu tạo khác nhau. Trong khoảng thời gian ngắn, pectin đã tủa một phần, nhưng có thể một số cấu trúc pectin phức tạp khác vẫn chưa kết tủa. Đến 90 phút, hầu hết các cấu tử pectin đều bị tách ra khỏi dịch chiết và tủa xuống nên lượng pectin thu được nhiều. Sau đó tăng thêm thời gian kết tủa thì hàm lượng pectin tăng nhẹ. Tuy nhiên, việc kéo dài thời gian kết tủa cũng có thể kéo theo một số nhược điểm như tạo điều kiện cho một số hợp chất không mong muốn cũng bị tủa theo làm ảnh hưởng đến chất lượng pectin thu được. Do đó, để tiết kiệm thời gian cũng như đảm bảo hiệu suất kết tủa pectin, chúng tôi lựa chọn thời gian tủa là 90 phút.
e. Khảo sát pH tủa pectin
pH là yếu tố không kém phần quan trọng trong quá trình kết tủa pectin. Phân tử pectin chịu tác động rất lớn của pH môi trường. Khi pH của môi trường thay đổi thì đặc tính tạo gel của pectin cũng thay đổi theo. Qua tham khảo nhiều tài liệu nghiên cứu về tính chất tạo gel của pectin cho thấy khoảng pH thích hợp từ 2-6. Trên cơ sở đó, trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành khảo sát kết tủa pectin tại các giá trị pH khác nhau: 2,3,4,5,6 để xem xét khuynh hướng pH tối ưu kết tủa pectin. Chúng tôi sử dụng dung dịch natri citrate 0,1N để tạo pH cho dịch chiết. Cách tiến hành như sau: Lấy chính xác 40ml dịch chiết 1, thêm vào 10ml dung dịch axit citric 0,1N, thêm dung dịch natri citrat để tạo môi trường pH lần lượt: 2,3,4,5,6. Tiếp tục thêm 120ml cồn 960 vào dịch chiết để tủa pectin. Để yên trong 90 phút rồi lọc và sấy đến khối lượng không đổi. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của quá trình kết tủa pectin vào pH được thể hiện ở bảng 3.20 và hình 3.7.
Bảng 3.20. Hàm lượng pectin ở các khoảng pH khác nhau
pH mg (g) mt (g) mpectin (g) 2 0,744 1,167 0,423 3 0,745 1,191 0,446 4 0,751 1,200 0,449 5 0,748 1,177 0,429 6 0,760 1,181 0,421
Hình 3.7. Hàm lượng pectin thu được ở các pH khác nhau
Nhận xét: Từ đồ thị cho thấy hiệu suất kết tủa pectin khác nhau tại các giá trị pH khác nhau. Tại pH = 2 hiệu suất kết tủa pectin là thấp nhất, tiếp tục tăng pH thì hiệu suất kết tủa tối ưu nằm trong khoảng pH = 3-4. Tại pH = 6, hiệu suất kết tủa lại có chiều hướng giảm xuống. Điều này có thể giải thích như sau: môi trường pH=2 sẽ dẫn đến sự phân hủy phân tử pectin tạo thành những phân tử nhỏ hơn ảnh hưởng đến quá trình tạo gel. Nhưng khi tăng pH lên 6, hiệu suất kết tủa pectin cũng thấp, có thể là do lúc này pectin hòa tan có thể giải phóng nhóm metoxyl thành rượu metylic, khi đó polisaccarit còn lại chuyển sang dạng axit pectic tự do và ảnh hưởng đến quá trình tạo gel khi cho cồn 960 vào, làm giảm hiệu suất kết tủa. Chính vì vậy chúng tôi chọn pH=4.
f. Xác định hàm lượng pectin thô có trong 40ml dịch chiết 1 sau khi đã áp dụng các điều kiện kết tủa tối ưu
Sau khi đã nghiên cứu khảo sát và lựa chọn các thông số tối ưu, chúng tôi tiến hành xác định hàm lượng pectin có trong 40ml dịch chiết 1 được trích ly từ vỏ quả bứa khô. Phương pháp thực hiện như sau: hút chính xác 40ml dịch chiết 1 cho vào cốc thủy tinh, thêm vào 10ml dung dịch axit citric 0,1N, ổn định ở pH=4, để ở nhiệt độ phòng. Kết tủa bằng 120ml cồn 960 trong
H àm l ư ợ n g P ec tin ( g) pH
khoảng thời gian 90 phút. Cân chính xác khối lượng giấy lọc đã sấy khô đến khối lượng không đổi. Lọc kết tủa và rửa lại bằng cồn rồi đem đi sấy đến khi khối lượng không đổi. Kết quả lượng pectin thu được khi áp dụng các điều kiện kết tủa tối ưu được thể hiện ở bảng 3.21.
Bảng 3.21. Hàm lượng pectin trong điều kiện kết tủa tối ưu
Thí nghiệm mg (g) mt (g) mpectin (g) TB (g)
1 0,769 1,218 0,449
2 0,765 1,211 0,446
3 0,771 1,219 0,448
0,447
Nhận xét: Như vậy hàm lượng pectin tối đa có thể kết tủa được trong dịch chiết 1 là: 0,447g/40ml. Và pectin thu được sau quá trình này là pectin thô có màu nâu đen.
g. Xác định hàm lượng pectin thực có trong pectin nâu đen
Pectin thô thu được sau khi kết tủa dịch chiết 1 vẫn còn lẫn một số tạp chất. Chính vì thế, ta cần xác định hàm lượng pectin thực có trong pectin thô bằng phương pháp canxi pectat. Cách tiến hành được trình bày cụ thể tại phần