6. Cấu trúc của luận văn
3.2.NGHIÊN CỨU TINH CHẾ PECTIN TỪ VỎ QUẢ BỨA KHÔ
3.2.1. Nghiên cứu chiết tách pectin từ vỏ quả bứa khô
Nghiên cứu chiết tách pectin từ dịch chiết của bột vỏ quả và lá bứa khô rất có ý nghĩa trong việc tận dụng và tái tạo nguồn nguyên liệu còn thừa sau khi điều chế axit HCA để phục vụ cho công nghiệp. Với mục tiêu xác định hiệu quả tách loại pectin cao nhất, chúng tôi tiến hành nghiên cứu khảo sát nguồn nguyên liệu và một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu nhận pectin cao nhất, định lượng pectin thực có trong mẫu pectin thô thu được. Đồng thời nghiên cứu tìm cách tẩy trắng pectin để ứng dụng vào trong thực phẩm.
a. Nghiên cứu khảo sát nguyên liệu
Việc nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu có thể giúp chúng ta khai thác và sử dụng có hiệu quả lượng pectin thu được, đồng thời có định hướng cụ thể về việc quy hoạch vùng nguyên liệu để phục vụ cho sản xuất.
theo của quy trình chiết tách axit HCA từ vỏ quả và lá bứa khô. Cụ thể là nguyên liệu bột bứa khô ban đầu được trích ly trong khoảng thời gian nhất định, các hợp chất chính được tách ra khỏi nguyên liệu trong dung môi thích hợp tạo thành dịch chiết 1 ( dịch chiết HCA). Thành phần chính trong dịch chiết 1 bao gồm axit HCA, pectin, tanin, tanan và một số hợp chất màu khác,…Điều này cho thấy hàm lượng pectin thu được trong giai đoạn kết tủa phụ thuộc rất nhiều vào giai đoạn trích ly axit HCA. Hiệu suất trích ly càng cao thì lượng pectin thu được càng lớn. Nguyên liệu được chọn phải có khả năng trích ly tốt và chứa hàm lượng pectin cao. Chính vì vậy, chúng tôi quyết định khảo sát hàm lượng pectin có trong vỏ quả và lá bứa khô để lựa chọn nguyên liệu thích hợp tiến hành nghiên cứu.
Trước tiên chúng tôi tiến hành làm sạch nguyên liệu. Mục đích của việc này là tách các tạp chất có hại ra khỏi nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất. Những tạp chất thuộc nhóm vô cơ, đất, đá, tạp chất hữu cơ, rác... làm tăng ẩm, tăng vi sinh vật hoạt động, đồng thời gây khó khăn trong việc tách loại pectin….Sau đó, nguyên liệu được phơi khô và nghiền nhỏ. Công đoạn nghiền là công đoạn phá vỡ cấu trúc của nguyên liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hòa tan khi trích ly để thu được dịch chiết 1 có hàm lượng HCA và pectin tối ưu nhất. Phương pháp xác định hàm lượng pectin từ vỏ quả và lá bứa khô được trình bày cụ thể tại phần nghiên cứu (mục 2.2.4.d). Kết quả được biểu diễn trên bảng 3.14, 3.15 và hình 3.2.
Bảng 3.14. Hàm lượng pectin có trong bột vỏ quả bứa khô
Thí nghiệm mg (g) mt (g) B (g) P (%) TB (%)
1 0,764 0,810 0,046 10,58
2 0,769 0,814 0,045 10,35
3 0,768 0,816 0,048 11,04
Bảng 3.15. Hàm lượng pectin có trong bột lá bứa khô Thí nghiệm mg (g) mt (g) B (g) P (%) TB (%) 1 0,769 0,795 0,026 5,98 2 0,764 0,792 0,028 6,44 3 0,768 0,793 0,025 5,75 6,06% 10.66 6.06 0 2 4 6 8 10 12 Vỏ khô Lá khô
Hình 3.2. Hàm lượng pectin có trong vỏ quả và lá bứa khô
Nhận xét: Hàm lượng pectin trung bình trong bột vỏ quá bứa khô (10,66%) gần gấp đôi hàm lượng pectin trong bột lá khô (6,06%). Như vậy, có thể sử dụng nguyên liệu lá bứa khô hoặc vỏ quả bứa khô để tiến hành chiết tách axit HCA, đồng thời kết tủa pectin. Điều này có ý nghĩa rất lớn trong việc chủ động nguồn nguyên liệu. Tuy nhiên, hàm lượng pectin có trong vỏ quả bứa khô gấp khoảng 2 lần lượng pectin có trong lá khô. Nên chúng tôi chọn nguyên liệu vỏ quả bứa khô để tiến hành khảo sát công đoạn kết tủa và tinh chế pectin.
b. Nghiên cứu chọn dung môi và phương pháp chiết tách pectin
Pectin là thành phần có trong dịch chiết HCA. Trích ly axit HCA cũng đồng nghĩa với việc trích ly pectin ra khỏi nguyên liệu khô ban đầu. Chính vì vậy, nếu lựa chọn dung môi và quy trình chiết tách HCA một cách phù hợp sẽ nâng cao hiệu quả của quá trình kết tủa pectin, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Hà m l ượ n g p ect in ( %)
Qua tìm hiểu tài liệu nghiên cứu [18], chúng tôi nhận thấy rằng người ta có thể trích ly vỏ quả bứa khô bằng các dung môi khác nhau như: nước, axeton, etanol và metanol. Trong đó tổng lượng axit HCA được chiết ra trong vỏ quả bứa khô bằng dung môi nước là cao nhất khoảng 19%. Nước là dung môi ít độc hại, giá thành rẻ và đảm bảo được yếu tố an toàn khi đưa chế phẩm pectin vào ứng dụng trong thực phẩm. Mặt khác, trong bốn dung môi kể trên, nước cũng là dung môi phù hợp nhất để trích ly pectin vì pectin tan tốt trong nước và bị tủa trong các dung môi còn lại.. Chính vì những lý do trên, chúng tôi lựa chọn nước làm dung môi trích ly pectin và axit HCA.
Một số nghiên cứu khác lại cho thấy, khi sử dụng dung môi để chiết tách axit HCA từ vỏ quả bứa khô bằng hai phương pháp thông thường: chiết Soxhlet và chưng ninh từ 2h đến 8h thì quá trình chưng ninh luôn cho hiệu suất chiết tách axit HCA cao hơn so với phương pháp chiết soxhlet với tổng lượng axit chuẩn độ được trong mẫu vỏ quả bứa khô là 19,751% [44].
Nên trong nghiên cứu này, chúng tôi quyết định sử dụng phương pháp chưng ninh nguyên liệu vỏ quả bứa khô bằng dung môi nước để trích ly pectin và axit HCA.
ü Quy trình chiết tách pectin như sau
Nguyên liệu vỏ quả bứa được xay nhỏ thành bột (kích thước hạt nguyên liệu khoảng 1,36mm), cho vào túi vải được buộc chặt. Tiến hành trích ly với nước trong nồi áp suất với tỉ lệ: bột vỏ bứa/nước = 1kg/6lít. Đậy nắp nồi, vặn chặt, điều chỉnh kim khống chế ở áp suất 1,2atm (1300C) [44]. Mở van thông giữa nồi và vỏ gia nhiệt. Đổ nước vào vỏ gia nhiệt theo đường ống (lưu ý: mở van lưu thông kiểm tra mực nước đến vạch hoặc cao hơn và đánh dấu mực nước trên ống). Bật công tắc điện và đun nấu trong khoảng thời gian 63 phút. Sau đó, ngắt toàn bộ hệ thống điện, mở van xả áp. Để nguội rồi kéo túi vải ra, vắt kiệt để thu được dịch chiết có hàm lượng axit HCA cao nhất. Cô cạn dịch chiết để tách bớt nước.
Kết quả thu được sau khi tiến hành chưng ninh như sau: Cứ 7kg bột vỏ/ 1mẻ thu được khoảng 36-37 lít dịch chiết có chứa axit HCA, pectin, các hợp chất có màu khác,…
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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