18
Theo khả năng hoà tan trong nước: Pectin hoà tan (metoxyl polygalacturonic)
và pectin không hoà tan (protopectin).
1.3.5 Cơ chế tạo gel
Tuỳ theo loại pectin có mức độ metoxyl hoá khác nhau mà có cơ chế tạo gel khác nhau.
1.3.5.1 HMP tạo gel bằng liên kết hydro:
Điều kiện tạo gel: Đường lớn hơn 50 %; pH= 3,0 – 3,5; pectin = 0,5 – 1,0 %
Đường có khả năng hút ẩm, vì vậy, nó làm giảm mức độ hidrat hoá của phân tử pectin trong dung dịch. Ion H+ được thêm vào hoặc đôi khi chình nhờ độ axit của quả, trung hoà bớt các gốc COO-, làm giảm độ điện tích của phân tử. Vì vậy, các phân tử có thể tiến lại gần nhau để tạo thành liên kết nội phân tử và tạo gel.
Trong trường hợp này, liên kết giữa các phân tử pectin với nhau chủ yếu là các cầu hydro giữa các nhóm hydroxyl. Liên kết hydro được hình thành giữa các phân tử pectin có thể là hydroxyl – hydroxyl, carboxyl – carboxyl, hoặc hydroxyl – carboxyl. Kiểu liên kết này không bền, do đó, các gel tạo thành sẽ mềm dẻo do tính di động của các phân tử trong khối gel, loại gel này khác biệt với gel thạch hoặc gelatin.
Cấu trúc của gel: phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng axit, hàm lượng
pectin, loại pectin và nhiệt độ.
30 – 50 % đường thêm vào pectin là saccarozo. Do đó, cần duy trì pH vì khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường saccarozo, ngăn cản sự kết tinh của nó. Tuy nhiên, không nên dùng quá nhiều axit vì pH quá thấp sẽ gây ra nghịch đảo một lượng lớn saccarozo gây kết tinh glucozo và hoá gel nhanh, tạo vón cục, làm cản trở việc tách chiết pectin [8].
Dùng lượng pectin vượt quá lượng thích hợp sẽ gây ra gel quá cứng, do đó, khi dùng một nguyên liệu có chứa nhiều pectin cần phân giải bớt chúng bằng cách đun lâu hơn. Sử dụng một lượng cố định pectin, pH, nhiệt độ càng giảm và hàm lượng đường càng cao thì gel tạo thành càng nhanh. Không thể tạo gel với lượng đường nhỏ hơn 50 %, pH lớn hơn 4,5 – 5,0.
19
1.3.5.2 LMP tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+
Điều kiện tạo gel: khi có mặt Ca2+, ngay cả ở nồng độ thấp hơn 0,1 %, miễn
là chiều dài phân tử pectin phải đạt mức độ nhất định. Khi đó, gel được tạo thành ngay cả khi không thêm đường và axit. Khi chỉ số metoxyl của pectin thấp, cũng có nghĩa là tỷ lệ các nhóm –COO- cao thì các liên kết giữa các phân tử pectin sẽ là liên kết ion qua các ion hoá trị II, đặc biệt là Ca2+.
Cấu trúc của gel: phụ thuộc nồng độ Ca2+ và chỉ số metoxyl. Gel pectin có chỉ số metoxyl thấp thường có tính chất đàn hồi giống như gel agar – agar.
LMP trong thực tế cho phép tạo gel mà không cần bổ sung đường và sử dụng cho các sản phầm thực phẩm thấp calo, cũng như ăn kiêng.
1.3.6 Phương pháp tách pectin
Tách pectin là quá trình quan trọng nhất trong sản xuất pectin. Hiện nay, đã có nhiều phương pháp để thu hồi pectin từ các loại phụ phẩm nông nghiệp như phương pháp rung siêu âm, phương pháp tách bằng enzym, bằng muối và kiềm, phương pháp tách bằng axit… Trong đó, chiết pectin bằng dung dịch axit loãng được đun nóng là phương pháp đang được sử dụng phổ biến nhất [14]. Các dung dịch axit vô cơ được sử dụng phổ biến nhất là axit sunfuric, axit clohidric, axit nitric… Ngoài ra còn có một số axit hữu cơ và muối của chúng như axit oxalic, axit tartaric, amoni oxalic, axit citric… Trong phương pháp này, axit loãng được ưu tiên sử dụng vì axit đặc có tính ăn mòn cao, hơn nữa, chất thải sau quá trình tách gây ảnh hưởng lớn đến môi trường và có thể phải chịu chi phí cao để xử lý.
1.3.7 Tính chất của pectin
Pectin có dạng chất bột màu trắng đến màu nâu nhạt. Nó cũng là một chất keo hút nước và rất dễ tan trong nước, nhưng không tan trong etanol. Bên cạnh đó, khả năng tạo gel và tạo đông của pectin tốt, đặc biệt, khi có mặt của axit và đường. Ngoài ra, dung dịch pectin có độ nhớt cao [17]. Dưới đây là một số ưu, nhược điểm của pectin:
- Ưu điểm:
+ Có khả năng tạo màng
20
+ Pectin có nhiều trong tự nhiên. Đặc biệt là trong các loại quả như: táo, nho, cam, bưởi…
+ Cấu trúc không gian của pectin cho phép phối trộn thêm các chất khác như: chất kháng khuẩn nhằm tạo màng có tính kháng khuẩn, các chất làm tăng tính chất cơ lý của màng như độ dày, độ dãn dài, độ bền kéo đứt…
- Nhược điểm: Pectin có bản chất ưa nước nên khả năng chống ẩm không cao.
1.4 Tổng quan về xenlulozo
1.4.1 Khái niệm và nguồn gốc của xenlulozo
Xenlulozo là thành phần chính của thành tế bào thực vật cùng với hemixenlulozo và lignin, trong đó, xenlulozo chiếm 40 – 60 %, hemi xenlulozo chiếm 20 – 40 % và lignin chiếm 10 – 25 % [16],[17]. Xenlulozo là loại polyme tự nhiên, có thể tái tạo, phân huỷ sinh học và phổ biến nhất trên Trái đất [18], 19].
Xenlulozo chiếm khoảng 33 % vật chất của tất cả các loài thực vật. Xenlulozo được tìm thấy trong thực vật có dạng sợi nhỏ, là thành phần quan trọng nhất của thành tế bào thực vật (Kirk & Othmer, 1967). Có nhiều nguồn xenlulozo tiềm năng như vỏ cam, nhân cọ và vỏ bưởi (Benyounes & Benmounah, 2013; Chumee, & Seeburin, 2014; Yan, Krishniah, Rajin, & Bono, 2009).
1.4.2 Cấu trúc phân tử và tính chất của xenlulozo