CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.5 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cồn và dịch pectin đến hiệu suất thu hồi pectin
ly thành dạng ion, làm cho pectin mang điện tích âm, dẫn đến pectin là polysaccharides ưa nước và tương tác nhiều với phân tử nước trong dung dịch nước. Và các chất kết tủa hữu cơ như ethanol được sử dụng để làm gián đoạn tương tác pectin-nước này để tách pectin ra khỏi dung dịch (Yapo, Wathelet, and Paquot, 2007). Ở nồng độ cồn cao làm giảm khả năng hòa tan của pectin trong dung dịch nước, dẫn đến lượng pectin tủa thu được tăng. Khi tủa với cồn 90% (v/v) thì hiệu suất đạt cao nhất và có sự bão hịa lượng pectin. Trong khi đó khi tủa bằng cồn 95% (v/v) thì hiệu suất thu hồi pectin bị giảm xuống.
Biểu đồ 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hiệu suất thu hồi pectin
Theo kết quả xử lý thống kê, ở nồng độ cồn 80, 85 và 90% (v/v)đều có sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê (p<0,05), nhưng ở nồng độ cồn 85 và 90 sự khác biệt khơng có ý nghĩa (p>0,05). Như vậy, hiệu suất thu hồi LMP bị ảnh hưởng bởi nồng độ cồn, ở nồng độ cồn 900 cho hiệu suất thu hồi pectin tối ưu nhất trong tất cả các nồng độ khảo sát. Vì vậy, chọn nồng độ cồn 90% (v/v)để thực hiện các nội dung nghiên cứu tiếp theo.
3.5 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cồn và dịch pectin đến hiệu suất thu hồi pectin pectin
Kết quả ở biểu đồ 3.6 cho thấy ở tỷ lệ cồn và dịch pectin 0,5:1 (v:v) đạt hiệu suất thu hồi pectin thấp nhất 27,03%. Và khi tăng tỷ lệ cồn và dịch lên 1:1 (v:v) thì
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 80 85 90 95 hi ệu suấ t thu hồ i ( %) Nồng độ cồn %v/v Hiệu suất thu hồi (%)
hiệu suất thu hồi tăng lên rất cao từ 27,03% lên 77,17% tăng 50,14%, giảm dần hiệu suất thu hồi khi tiếp tục tăng tỷ lệ cồn và dịch pectin. Ở tỷ lệ 1,5:1 (v:v) hiệu suất thu hồi là 53,93%, so với tỷ lệ 1:1 (v:v) cho thấy hiệu suất thu hồi giảm đi đáng kể từ 77,17 xuống 53,93%, tỷ lệ 2:1 (v:v) hiệu suất thu hồi tiếp tục giảm xuống từ 53,93 xuống còn 31%.
Từ biểu đồ cho thấy hiệu suất thu hồi LMP biến thiên theo quy luật phân bố chuẩn khi tăng dần tỷ lệ cồn và dịch pectin. Do pectin là polyanion mang điện tích âm ưa nước và tương tác nhiều với phân tử nước trong dung dịch nước. Và các chất kết tủa hữu cơ như ethanol được sử dụng để làm gián đoạn tương tác pectin-nước này để tách pectin ra khỏi dung dịch (Yapo, Wathelet, and Paquot, 2007). Do đó khi tăng dần tỷ lệ cồn và dịch pectin thì lượng phân tử cồn tăng làm tăng khả năng tiếp xúc với phân tử pectin để gián đoạn tương tác pectin-nước và tách pectin ra khỏi dung dịch nước. Nhưng khi lượng cồn cho vào quá cao lại làm giảm mật độ pectin, do đó các phân tử pectin khó tiến lại gần nhau để tạo kết tủa, dẫn đến hiệu suất thu hồi pectin giảm. Vì thế nên cho vừa đủ lượng cồn để pectin hòa tan vừa đủ lượng cần và vừa không tiêu tốn quá nhiều nguyên liệu và năng lượng để trích ly.
Khi thay đổi tỷ lệ cồn và dịch pectin thì có sự ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi của pectin. Điều đó là do sự kết tủa của pectin bị chi phối bởi việc thêm lượng cồn thích hợp vào dung dịch pectin, điều này có thể làm tăng sản lượng (Arthey và Ashurt, 1996). Theo Faravash và Ashtiani (2008) nhận thấy rằng sự kết tủa của pectin không thể xảy ra với tỷ lệ cồn thấp và tỷ lệ thu hồi tối đa thu được ở tỷ lệ cồn 1,5 gần giống với kết quả thu được (kết quả cao nhất ở tỷ lệ 2:1 (v:v)). Tuy nhiên, trái ngược với phát hiện của Faravash và Ashtiani (2008), các kết quả hiện tại chỉ ra rằng có thể thu được hiệu suất cao ở tỷ lệ cồn thấp 0,5 nếu sự kết tủa pectin xảy ra ở khoảng pH 3,5 tối ưu do Kalapathy và Proctor (2001) đề xuất. Trên thực tế, quan sát kết quả thu được từ nghiên cứu này. thấy rẳng sự gia tăng tỷ lệ cồn có thể dẫn đến giảm hiệu suất thu hồi pectin.
Theo kết quả xử lý thống kê thì ở tỷ lệ 0,5:1 và 2:1 (v: v) có sự khác biệt khơng có ý nghĩa (p>0,05). Cả 3 tỷ lệ cồn và dịch pectin 0,5:1; 1:1; 1,5:1 (v: v) đều có sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê (p<0,05).
Biểu đồ 3.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ cồn và dịch pectin đến tỷ lệ thu hồi pectin
Tương tự như thời gian ủ, tỷ lệ cồn cũng ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi LMP. Khi tủa pectin bằng cồn, thì phải đảm bảo rằng lượng cồn phải đủ thì mới thu được lượng pectin tối đa. Và khi vượt ngưỡng thì cồn vừa tẩy màu dịch và pha lỗng dịch làm hiệu suất thu hồi giảm. Ngồi ra, nếu tỷ lệ cồn thấp thì khơng dủ cồn để tủa dịch do đó hiệu suất thu hồi cũng khơng đạt được tối đa. Các kết quả cho thấy tỷ lệ phù hợp nhất là tỷ lệ 1 cồn và 1 dịch pectin.
3.6 Ảnh hưởng của điều kiện trích ly bằng acid citric và của nguồn nguyên liệu đến hình thái học bề mặt (hình chụp SEM) của pectin
3.6.1 Ảnh hưởng của nồng độ acid citric đến hình chụp SEM của pectin thu nhận từ bột vỏ quả thanh long
Hình 3.4 Hình ảnh chụp SEM (độ phóng đại 100 lần) ở nồng độ acid citric 0,5M (A), 1M (B), 1,5M (C), 2M (D)
Kết quả chụp SEM ở độ phóng đại 100 lần ở hình 3.4 cho thấy cấu trúc bề mặt của pectin thu được từ vỏ quả thanh long ở các nồng độ acid citric 0,5M, 1M, 1,5M và 2M tương ứng với các hình A, B, C, D. Các hạt pectin chủ yếu xuất hiện ở dạng viên mảnh, hình dạng tương đối giống nhau xen lẫn với các mảnh nhỏ hơn có hình dạng vơ định hình. Ở nồng độ 0,5M hạt pectin có kích thước lớn nhất (300 µm). Hình B (mẫu ở nồng độ 1M), hạt pectin có kích thước nhỏ nhất (khoảng 50 µm). Hình C và D tương ứng ở nồng độ acid citric 1,5M và 2M, kích thước các hạt pectin ở 2 mẫu tương đối đồng đều từ 100-200 µm.
Hình 3.5 Hình ảnh chụp SEM (độ phóng đại 1500 lần) ở nồng độ acid citric 0,5M (A1500), 1M (B1500), 1,5M (C1500), 2M (D1500), và mẫu trích ly ở
điều kiện tối ưu (Opt1500)
Quan sát ở độ phóng đại 1500 lần (hình 3.5) cho thấy bề mặt các hạt pectin ở tất cả các nồng độ 0,5M, 1M, 1,5M, 2M (hình A1500, B1500, C1500, D1500 tương
ứng) đều thể hiện dễ bị bong tróc và bề mặt xốp. Đặc biệt mẫu pectin ở điều kiện trích ly tối ưu trong nghiên cứu (hình Opt1500) cịn cho thấy ngồi bề mặt xốp cịn có cấu trúc lỗ xốp.
Hình 3.6 Hình ảnh chụp SEM (độ phóng đại 2000 lần) ở nồng độ acid citric 0,5M (A2000), 1M (B2000), 1,5M (C2000), 2M (D2000), và hình ảnh SEM
Quan sát hỗn hợp các hạt nhỏ ở các nồng độ ở độ phóng đại 2000 lần (hình 3.6) thấy hiện tượng hỗn hợp các mảnh nhỏ dính kết và vón cục. Hiện tượng này quan sát thấy rõ rệt ở nồng độ 0,5M và 2M nhưng ít hơn ở nồng độ 1,5M. Còn ở nồng độ 1M hầu như khơng thấy hiện tượng này. Ngồi ra, ở nồng độ 0,5M còn quan sát thấy sự xuất hiện cấu trúc tinh thể ở các mảnh nhỏ này. Các hạt nhỏ ở mẫu pectin thu được trong điều kiện trích ly tối ưu trong nghiên cứu khơng quan sát thấy có sự kết dính hay vón cục ở các mảnh nhỏ, xét về cấu trúc bề mặt giữa các hạt pectin lớn với các mảnh nhỏ không quan sát thấy sự khác biệt đáng kể.
Hình 3.7 Hình ảnh chụp SEM của pectin thương phẩm trong nghiên cứu của Kharidah Muhammad (2014)
Khi so sánh kết quả nghiên cứu pectin vỏ thanh long thương phẩm trong nghiên cứu của Kharidah Muhammad (2014) (hình 3.7) cho thấy pectin thu được từ vỏ thanh long trong nghiên cứu này có hình thái học tương ứng với pectin vỏ thanh long thương phẩm, chúng có các hạt có dạng mảnh lớn và hỗn hợp các hạt nhỏ hơn. Những mảnh nhỏ này có thể là các polysaccharides trung tính hoặc protein. Mặt khác, kích thước các hạt pectin trong nghiên cứu này và trong nghiên cứu của Kharidah Muhammad là khác nhau đáng kể.
Các kết quan sát được cho thấy pectin thu được từ bột vỏ quả thanh long bằng acid citric có các hạt dạng mảnh lớn xen lẫn là hỗn hợp các hạt nhỏ hơn, bề mặt hạt pectin thu được từ vỏ quả thanh long dễ bong tróc, có cấu trúc lỗ xốp. Nồng độ acid citric khơng làm thay đổi hình thái học bề mặt của pectin vỏ quả thanh long, nhưng có ảnh hưởng đến kích thước hạt pectin thu được.
3.6.2 Ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hình chụp SEM của LMP thu nhận từ bột vỏ quả thanh long:
Hình 3.8 Hình ảnh chụp SEM (độ phóng đại 100 lần) ở các nồng độ cồn (% v/v) 80(E), 85(F), 90(G), 95(H)
Kết quả chụp SEM ở hình 3.8 cho thấy cấu trúc bề mặt của pectin thu được từ vỏ quả thanh long ở các nồng độ cồn lần lượt là 80, 85, 90và 95 % v/v. Ở nồng độ cồn 85, 90và 95 % v/v, các hạt pectin chủ yếu xuất hiện ở dạng viên mảnh lớn, hình dạng tương đối giống nhau xen lẫn với một số các mảnh nhỏ hơn có hình dạng khác nhau.
Ở nồng độ cồn 80% v/v, các hạt pectin dày hơn và có kích thước lớn hơn so với pectin ở các nồng độ còn lại. Kích thước hạt pectin ở các nồng độ cồn 80, 85, 90 và 95 % v/v lần lượt là 100-300 µm, 50-250 µm, 50-300 µm, 50-300 µm. Như vậy kích thước hạt pectin có khác nhau nhưng khơng đáng kể giữa các nồng độ. Có thể nồng độ cồn khơng ảnh hưởng đến kích thước hạt pectin.
Hình 3.9 Hình ảnh chụp SEM (độ phóng đại 1500 lần) ở độ cồn 800
(E1500), 850 (F1500), 900 (G1500), 950 (H1500)
Quan sát bề mặt hạt pectin ở độ phóng đại 1500 lần (hình 3.9) ta thấy bề mặt các hạt pectin dễ bị bong tróc và có bề mặt xốp ở các nồng độ cồn khác nhau 80, 85, 90và 95 % v/v, giống kết quả thu được ở các mẫu xử lý ở các nồng độ acid citric khác nhau.
Hình 3.10 Hình ảnh chụp SEM (độ phóng đại 2000 lần) ở độ cồn (%v/v) 80(E2000), 85(F2000), 90(G2000), 950 (H2000)
Quan sát hỗn hợp các hạt nhỏ ở độ phóng đại 2000 lần (hình 3.10), Mặc dù ở cồn 80% v/v, quan sát thấy có sự vón cục các hạt có kích thước nhỏ, khơng quan sát thấy có sự vón cục ở các hạt pectin kích thước lớn. So sánh kết quả SEM ở các mẫu nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ cồn với các mẫu nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ acid citric, hình dạng và bề mặt các hạt pectin thu được giống nhau ở các điều kiện nghiên cứu khác nhau, tất cả các hạt đều có bề mặt dễ bong tróc và xốp, kích thước hạt khác nhau không đáng kể.
Khi so sánh kết quả nghiên cứu pectin vỏ thanh long thương phẩm trong nghiên cứu của Kharidah Muhammad (2014) (hình 3.7), hình thái học bề mặt của pectin thu được ở các nồng độ cồn khác nhau nhưng cho kết quả giống nhau, là các hạt pectin mảnh và các hạt nhỏ khác nhau, và bề mặt hạt pectin dễ bong tróc, sần sùi.
Những điều này cho thấy nồng độ cồn khơng ảnh hưởng đến hình thái học bề mặt, kích thước của hạt pectin thu được từ bột vỏ quả thanh long. Hơn nữa, quan sát kết quả SEM mẫu ở điều kiện tối ưu cho thấy các hạt pectin tương đối đồng đều về hình dáng và kích thước hạt so với các hạt pectin ở các điều kiện nghiên cứu khác nhau. Điều này cũng phù hợp rằng pectin khơng tan trong cồn do đó khơng bị ảnh hưởng bởi nồng độ cồn.
Hình 3.11 Hình ảnh chụp SEM của pectin từ vỏ quả thanh long
Hình 3.11 (ở độ phóng đại 100 lần và 2000 lần) là hình chụp SEM của mẫu pectin được thu cùng phương pháp tách chiết, nhưng phần vỏ quả đã được xử lý loại bỏ phần lớp vỏ bên ngoài, chỉ lấy phần lớp vỏ ở giữa, và được trích ly ở điều kiện trích ly tối ưu (acid citric 1M, ủ ở 60 phút, kết tủa bằng cồn 90% v/vvới tỷ lệ cồn và dịch pectin là 1 :1 (v:v)). Quan sát kết quả chụp SEM ở độ phóng đại 100 lần ta thấy các hạt pectin tương đối đồng nhất về cả hình dạng và kích thước hạt, khơng quan sát thấy sự phân biệt rõ rệt giữa các hạt pectin dạng mảnh lớn so với các hạt nhỏ như hiện tượng quan sát được ở các mẫu bột pectin đã được nghiên cứu ở trên. Hơn nữa khi quan sát kết quả chụp SEM ở độ phóng đại 2000 lần, khơng thấy có sự vón cục các mảnh có kích thước nhỏ như các mẫu pectin khác.
Có thể kết luận được rằng phương pháp xử lý vỏ quả của mẫu này giúp thu được mẫu pectin ít tạp chất hơn.
3.6.3 Đánh giá ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu đến hình thái học SEM của pectin thu được
Hình 3.12 Hình ảnh chụp SEM của pectin từ vỏ quả thanh long và vỏ quả chanh dây
Quan sát kết quả chụp SEM ở hình 3.12 thấy có sự khác biệt về mặt hình thái học ở các hạt pectin từ vỏ quả thanh long và vỏ quả chanh dây. Pectin từ vỏ chanh dây có hình dạng mỏng hơn và có mặt tương đối mịn trong khi pectin từ vỏ thanh long dạng viên mảnh, bề mặt xốp. Kết quả này cũng phù hợp với Jiang et al (2012) xác định rằng pectin thu được từ các ngun liệu khác nhau có cấu trúc hình thái học bề mặt khác nhau. Hơn nữa, các hạt pectin có cấu trúc xốp thường có độ hịa tan tốt hơn so với hạt pectin có cấu trúc cứng và độ xốp ít hơn, do đó tăng độ nhớt dung dịch (Tamnak et al., 2016). Ngoài khả năng làm tăng độ nhớt của pha nước, pectin cũng có thể làm giảm xu hướng của các hạt dầu trong pha dầu-nước chuyển động và kết
dính lại; hơn nữa, chúng có thể hấp thụ dầu bề mặt để tạo thành lớp phủ xung quanh các hạt dầu phân tán và có thể ổn định nhũ tương do lực đẩy tĩnh điện. Do đó, kết quả nghiên cứu hình thái học pectin trong nghiên cứu này chỉ ra rằng pectin tạo thành chịu ảnh hưởng lớn của nguồn nguyên liệu, pectin thu được từ vỏ quả thanh long có độ hòa tan tốt hơn so với pectin thu được từ vỏ quả chanh dây.
3.7 Đánh giá chất lượng pectin thành phẩm
Sau khi xây dựng được quy trình sản xuất bột pectin từ bột vỏ quả thanh long (hình 3.13) và xác định được các thơng số thích hợp (nồng độ acid citric 1M, thời gian ủ 60 phút, nồng độ cồn 90% v/v, tỷ lệ 1 thể tích cồn và 1 thể tích dịch pectin) để tiến hành sản xuất bột pectin từ quy trình này và đánh giá các chỉ tiêu hóa lý, cảm quản của sản phẩm bột pectin thành phẩm.
Theo như kết quả trình bày ở bảng 3.2 cho hiệu suất thu hồi pectin từ bột vỏ quả là 72,05%, độ ẩm pectin là 4,85%, chỉ số ester hóa là 3,82, hoạt độ nước là 0,54. Bột pectin thành phẩm với độ ẩm và hoạt độ nước của bột pectin này khơng có sự phát triển của nấm mốc, do đó có thể bảo quản ở điều kiện bình thường, nhiệt độ phịng và đựng trong bao PP, PE. Màu của vỏ thanh long cũng sẽ quyết định màu của bột pectin thành phẩm.
Hình 3.13 Sự biến đổi từ vỏ thanh long thành bột thanh long
Bảng 3.1 Một số tính chất lý hóa của bột pectin thành phẩm được sản xuất ở quy mơ phịng thí nghiệm
STT Tên chỉ tiêu Kết quả
2 Độ ẩm pectin (%) 4,85 ± 0,021
3 Chỉ số DE 3,82 ± 0,01
4 Hoạt độ nước (%) 0,54 ± 0,02
Hình 3.14 Hình bột pectin thành phẩm
Bảng 3.2 Mô tả sản phẩm bột pectin được sản xuất ở quy mơ phịng thí nghiệm
STT Tính chất Đặc điểm
1 Màu sắc Có màu nâu hồng
2 Mùi vị Khơng có mùi vị lạ
3 Dạng Dạng bột rắn
4 Khả năng hịa
tan Có khả năng hịa tan tốt trong nước 5 Cấu trúc hạt
pectin
Dạng viên mảnh lớn có hình dạng tương đối giống nhau, cấu trúc xốp xen lẫn với một số các mảnh nhỏ hơn. Theo bảng 3.2, bột pectin thành phẩm được sản xuất trong điều kiện tối ưu (nồng độ acid citric 1M, thời gian ủ 60 phút, nồng độ cồn 90% v/v, tỷ lệ cồn và dịch pectin 1:1 (v:v)) ở quy mơ phịng thí nghiệm có dạng bột rắn, màu nâu hồng, khơng