CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến chỉ số ester hóa(DE), hiệu suất thu
acid citric và biến thiên theo quy luật phân bố chuẩn, ở nồng độ 1M là nồng độ cho hiệu suất thu hồi pectin tối ưu nhất và ít tiêu tốn ngun liệu. Chính vì vậy, nồng độ acid citric 1 M được chọn để tiến hành cho các nội dung nghiên cứu tiếp theo.
3.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến chỉ số ester hóa (DE), hiệu suất thu hồi LMP thu hồi LMP
Kết quả nghiên cứu ở biểu đồ 3.3 kết quả cho thấy chỉ số DE biến thiên theo quy luật tuyến tính giảm dần, tức là thời gian ủ càng tăng thì chỉ số DE càng giảm dần. Tuy nhiên, ở cả 4 thời gian ủ đều cho chỉ số ester hóa nhỏ hơn 50.
Khi ta thay đổi thời gian ủ thì chỉ số DE cũng thay đổi theo chiều giảm dần từ 5,54 xuống 3,48. Khi ủ ở thời gian 30 phút thì chỉ số DE đạt cao nhất là 5,54 và có sự giảm dần khi tăng nhiệt độ ủ lần lượt ở 60 phút, 90 phút và 120 phút là 4,54; 4,26 và 3,48. Nguyên nhân khi tăng thời gian ủ (thời gian chiết xuất) thì chỉ số DE pectin thành phẩm giảm là do khi ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, chuyển động phân tử của các phân tử pectin được tăng cường dẫn đến hoạt động cắt mạch nhóm methoxyl tách khỏi pectin trong môi trường thủy phân bằng acid và base yếu càng tăng, do đó làm giảm sự có mặt của các nhóm methoxyl trong pectin. Thời gian chiết xuất càng tăng thì hoạt động cắt mạch càng tăng, làm chỉ số ester hóa (chỉ số DE) càng giảm (Nguyen & Pirak, 2019; Ngô Thị Minh Phương, 2016).
Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng của thời gian ủ đến chỉ số DE
Theo kết quả xử lý thống kê, ở thời gian 30 phút 60 phút có sự khác biệt có ý nghĩa (p<0,05), thời gian 60 phút và 90 phút lại có sự khác biệt khơng có ý nghĩa (p>0,05). Và ở thời gian 30 phút và 90 phút và 120 đều có sự khác biệt có ý nghĩa
(p<0,05). Kết quả từ biểu đồ cho thấy pectin thu được là LMP, chỉ số DE bị ảnh hưởng bởi thời gian ủ và biến thiên theo quy luật tuyến tính giảm dần.
3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hiệu suất thu hồi pectin
Kết quả nghiên cứu ở biểu đồ 3.4 cho thấy hiệu suất thu hồi của pectin thay đổi theo quy luật phân bố chuẩn. Ở thời gian ủ 30 phút cho hiệu suất pectin thấp 53,33% và tăng lên khá cao khi ủ ở nhiệt độ 60 phút đạt tới 78,23%. Nhưng khi ủ ở 90 phút thì hiệu suất pectin lại giảm còn 62,76% và lại tăng lên 67,70% ở nhiệt độ 120 phút.
Khi tăng thời gian ủ từ 30 phút đến 60 phút thì hiệu suất thu hồi pectin tăng dần do khi pectin được chiết xuất ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, chuyển động phân tử của các phân tử pectin được tăng cường, dẫn đến làm rối cấu trúc của các chuỗi phân tử. Khi cấu trúc bị rối tạo sẽ ra nhiều vùng tiếp giáp tiếp xúc với các ion canxi tự do, làm tăng cường thủy phân pectin, do đó có ảnh hưởng lớn đến việc giải phóng pectin khơng hịa tan thành pectin hịa tan (Nguyen & Pirak, 2019). Khi thời gian tăng hoạt động này tăng lên dẫn đến hiệu suất thu hồi pectin tăng. Ở thời gian 60 phút là khoảng thời gian vừa và đủ để hòa tan lượng pectin trong nguyên liệu và làm mềm cấu trúc chiết xuất pectin. Nhưng nếu kéo dài thời gian chiết xuất thì có thể gây ra phân hủy pectin do tác dụng của acid có thể phá hủy liên kết glycoside và liên kết ester của pectin dẫn đến việc giảm hiệu suất (Xue và cộng sự, 2011). Điều này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Xue và cộng sự (2011), Kualkarni và cộng sự (2010) Agarwal và cộng sự (1968) trên chất thải từ cam quýt, vỏ chanh dây và quýt tương ứng. Kết quả nghiên cứu của Mollea và cộng sự (2008), Wai và cộng sự (2009) thì cho thấy hiệu suất thu hồi pectin cũng đạt cao nhất khi ủ ở trong 60 phút.
So sánh với các nghiên cứu trong và ngồi nước khác thì thời gian 60 là khoảng thời gian được nhiều nghiên cứu lựa chọn như: Nghiên cứu chiết tách pectin từ vỏ cà phê do Bùi Anh Võ và Nguyễn Đức Lượng (2009), nghiên cứu pectin và xây dựng quy trình sản xuất bột thạch từ lá sương sâm, Trình Liên Vy (2012) hay nghiên cứu tối ưu hóa q trình chiết tách pectin từ vỏ dưa hấu và thăm dò ứng dụng tạo màng bao bảo quản sapoche của Ngô Thị Minh Phương và Trương Thị Minh Hạnh (2015) cũng có thời gian este hóa là 60 phút.
có ý nghĩa (p<0,05), ở thời gian 90 phút và 120 phút có sự khác nhau khơng có ý nghĩa về mặt thống kê (p>0,05) và ở 30 phút và 90 phút cũng khơng có sự khác nhau về mặt ý nghĩa (p>0,05). Kết quả từ đồ thị cho thấy hiệu suất thu hồi của pectin bị ảnh hưởng bởi thời gian ủ và biến thiên theo quy luật phân bố chuẩn. Thời gian ủ 60 phút cho hiệu suất thu hồi tốt nhất và được chọn để tiến hành các nội dung nghiên cứu tiếp theo.
Từ những dẫn chứng trên, ta có thể kết luận được rằng thời gian ủ dịch cần phải đủ thì mới trích ly được hết pectin ra. Tuy nhiên, khi ta vượt quá quãng thời gian tối ưu thì pectin thu được dễ bị phân hủy bởi nhiệt độ cao trong thời gian dài. Do đó, khoảng thời gian thích hợp nhất được lựa chọn tại thí nghiệm này là 60 phút.
Biểu đồ 3.4 Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hiệu suất thu hồi pectin 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hiệu suất thu hồi LMP
Kết quả nghiên cứu ở biểu đồ 3.5 cho thấy hiệu suất thu hồi pectin tăng đều khi tăng nồng độ. Ở nồng độ cồn 800 thì hiệu suất thu hồi pectin thấp nhất 57,33% và có sự tăng dần nồng độ cồn từ 85và 90% (v/v)là 70,73% và 81,47% tương ứng. Có sự giảm hiệu suất thu hồi pectin ở nồng độ cồn 950 từ 81,47% xuống 70,23% giảm 11,24%.
Từ biểu đồ cho thấy hiệu suất thu hồi LMP biến thiên theo quy luật phân bố chuẩn. Hiệu suất thu hồi LMP tăng khi nồng độ cồn tăng từ 80đến 90% (v/v) do
pectin được coi là polyanion có các nhóm carboxyl dọc theo đường trục có thể phân 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 hịa tan vừa đủ lượng cần và vừa khơng 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. Cịn 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 khơng 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 cịn 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