CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu
Pectin lần đầu tiên được chiết tách và mô tả bởi Braconnot H. (1825) để sử dụng làm chất phụ gia tạo gel và ổn định. Ngày nay, pectin đã được thương mại hoá ở dạng bột từ màu trắng đến màu nâu nhưng chủ yếu chỉ được sản xuất từ trái cây chi Citrus và được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực thực phẩm.
Whister & BeMiller (1973) đưa ra phương pháp chiết tách pectin bằng acid lỗng nóng, NaOH lạnh lỗng, kết tủa pectin bằng rượu etylic. Việc kết tủa pectin
cũng được Norziah, Fang, và Abd Karim (1999) nghiên cứu bằng các dung môi khác nhau như etanol, muối nhôm và axeton.
Trong những năm gần đây, ứng dụng pectin rất đa dạng, phong phú và bao gồm nhiều lĩnh vực như sản xuất các sản phẩm truyền thống như là mứt và thạch, sản xuất rau quả, công nghiệp chế biến các sản phẩm sữa, bánh kẹo, những loại nước giải khát trong đó có sữa lên men và sữa acid hóa, nước uống từ đậu nành, sản xuất bánh mì, thực phẩm chức năng và cả trong cơng nghiệp dược. Vì vậy rất nhiều nghiên cứu về chiết tách pectin được thực hiện, sau đây là một số cơng trình nghiên cứu:
Asseel M.R. (2008) đã nghiên cứu điều kiện tốt nhất để chiết pectin từ vỏ dưa hấu bằng các khảo sát đơn biến. Kết quả khảo sát cho thấy điều kiện thích hợp để chiết tách pectin là nồng độ acid citric 5g/100ml và thời gian chiết 110 phút được thực hiện ở nhiệt độ cố định là 97oC và đã xác định được chỉ số DE của pectin thu nhận là 44,37%.
Tạ D.T. và cộng sự (2008) đã nghiên cứu chiết pectin từ lá dây hoàng thanh
Cocculus sarmentosus (Lour.) Diels, hàm lượng pectin thu được cao nhất là 9,63%
trong điều kiện tách chiết là dung mơi nước có pH = 3 ở 850C. Sản phẩm nhận được có hàm lượng pectin khoảng 78,51%, với tỷ lệ este hóa là 77,51%.
Bùi A.V. và Nguyễn Đ.L. (2009) đã chiết tách pectin từ vỏ cà phê, kết quả thu được lượng pectin thô khoảng 16,25% so với nguyên liệu, dung môi dùng để chiết tách là H2SO4, nhiệt độ chiết tách là 1000C, pH = 1, thời gian là 1 giờ.
Nghiên cứu của Piriyaprasarth và Sriamornsak (2011) cho thấy điều kiện để chiết pectin từ bưởi tốt nhất là 80oC trong 3 – 5 giờ. Ngồi ra cũng có những nghiên cứu khác như khai thác pectin bằng nước sôi trong 1 giờ, 1% amoni oxalat trong điều kiện pH = 6,5; 30oC, 1 giờ hoặc bằng HCl loãng (pH 3,5, 100oC, 1 giờ).
Một phương pháp để sản xuất pectin từ vỏ cam quýt là sử dụng loại enzyme hòa tan protopectin được phân lập từ Trichosporon penicillatum. Bằng phương pháp này, có thể thu được 20-25 g pectin trên mỗi kg vỏ. Phương pháp này có nhược điểm là thời gian chiết tách dài và phải thực hiện nhiều công đoạn phụ khác gây tốn nhiều
năng lượng và thời gian. Trong luận án tiến sĩ của Yuliarti O. (2011), tác giả đã nghiên cứu chiết pectin từ vỏ kiwi bằng những dung môi khác nhau như nước, acid, enzym, v.v. trong những điều kiện công nghệ khác nhau về nhiệt độ, pH, nồng độ enzym, thời gian, v.v. Kết quả cho thấy khi sử dụng dung mơi là nước thì pectin thu nhận có khối lượng phân tử lớn nhất 3,75.106g/mol, cao hơn so với mẫu chiết bằng acid 2,2.106
g/mol và pectin chiết bằng enzyme có khối lượng phân tử thấp nhất 1,65.106 g/mol. Nghiên cứu này cũng đưa ra kết luận là các pectin thu nhận bằng những phương pháp khác nhau có tính chất hố lý, tính chất chức năng khác nhau.
Ashtiani F.Z. và cộng sự (2011) nghiên cứu so sánh các phương pháp chiết pectin từ vỏ bưởi: phương pháp vi sóng, sóng siêu âm và phương pháp chiết bằng nhiệt thông thường. Kết quả cho thấy, hàm lượng pectin thu nhận được lớn nhất khi chiết bằng phương pháp vi sóng là 27,81% (w/w). Hàm lượng acid galacturonic và chỉ số este hóa (DE) tăng khi cơng suất và thời gian gia nhiệt tăng. Điều kiện siêu âm để thu được hàm lượng pectin cao nhất 17,92% có độ nhớt 3,23 dL/g là 25 phút, nhiệt độ siêu âm 70oC. Chiết bằng phương pháp gia nhiệt ở 90oC; 90 phút; pH = 1,5 thì hàm lượng pectin thu được 19,16% có độ nhớt 3,98 dL/g. Như vậy chiết bằng phương pháp thông thường thu được hàm lượng pectin tương đối cao mà lại đảm bảo độ nhớt, khối lượng phân tử cao.
Ranajit K.S. và cộng sự (2013) nghiên cứu chiết tách pectin từ vỏ chanh Kaffir sử dụng ba loại acid khác nhau (acid citric, nitric, hydrochloric) ở ba nhiệt độ khác nhau (45, 65 và 90°C). Kết quả phân tích cho thấy điều kiện chiết tách tốt nhất là sử dụng acid citric ở 90°C, pectin từ vỏ chanh có chỉ số methoxyl hóa thấp.
Trong nghiên cứu của Trình L.V. và Trần T.X. đã xác định được một số thành phần hóa học của lá cây sương sâm thu hái tại Quảng Nam có hàm lượng pectin 15,87% với dung môi chiết là nước và acid citric 5% và pectin chiết tách được thuộc nhóm pectin metoxyl thấp với độ este hóa là 39,92%.
Việc sử dụng các phương pháp hiện đại nhằm rút ngắn thời gian chiết tách pectin ở trong nước vẫn cịn rất ít. Nhóm tác giả Lê T.K.P. và Trần.T.T.A. (2013) thực hiện nhằm đưa ra quy trình với các thơng số chiết tách pectin từ vỏ cóc bằng phương pháp hỗ trợ vi sóng. Kết quả nghiên cứu cho thấy: điều kiện tối ưu cho việc
chiết tách pectin từ vỏ cóc bằng phương pháp chiết thơng thường là dùng tác nhân chiết là HCl 0,01N, pH=2, tỷ lệ nguyên liệu: dung môi là 1:20 v:w, đun 60 phút; trong điều kiện chiết pectin bằng phương pháp hỗ trợ vi sóng thì điều kiện tối ưu khi sử dụng công suất 400 W, xử lý 10 phút. Tuy phương pháp này không nâng cao hàm lượng pectin nhưng làm giảm thời gian chiết tách đến 6 lần, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất pectin.
Xin và cộng sự (2014) đã chiết pectin từ vỏ quýt và bã táo bằng nước tới hạn ở những khoảng nhiệt độ 130oC, 150oC, 170oC đối với bã táo và 100oC, 120oC, 140oC đối với vỏ quýt. Kết quả cho thấy nhiệt độ tốt nhất để thu được hàm lượng pectin cao nhất từ vỏ bưởi là 120oC và 150oC đối với bã táo và hàm lượng pectin thu được lần lượt là 16,68% và 21,95%. Tuy nhiên, khối lượng phân tử của pectin bã táo khi chiết ở 150oC đã giảm đi nhiều còn khối lượng phân tử của pectin vỏ bưởi khi chiết ở 120oC vẫn không thay đổi nhiều. Khi phân tích bằng quang phổ FTIR của hai mẫu pectin này thì thấy khơng có sự khác biệt đáng kể. Khảo nghiệm ban đầu cho thấy hai pectin này có khả năng chống oxy hố và chống ung thư.
Theo nghiên cứu của Pawadee M. (2014) thì pH đóng vai trị quan trọng trong việc kiểm soát hàm lượng pectin thu nhận từ vỏ bưởi. Tác giả cịn chỉ ra rằng ngồi pH thì nhiệt độ chiết cũng ảnh hưởng lớn đến năng suất và khối lượng phân tử (MW) nhưng khơng ảnh hưởng đến mức độ este hóa (chỉ số DE). Trong điều kiện chiết tối ưu, lượng pectin thu được là 23,19 % và giá trị DE và MW của pectin lần lượt khoảng 57,87 % và 353 kDa.
Rui-hong L. và các cộng sự (2014) đã nghiên cứu chiết pectin từ lá Premna microphylla turcz Trung Quốc bằng các dung môi: nước, amoni oxalat, acid clohiđric
và NaOH. Kết quả cho thấy amoni oxalat là các tác nhân chiết tách hiệu quả nhất, (20,61%) và làm thay đổi đáng kể hình thái học của pectin. Pectin thu nhận được có hàm lượng acid galacturonic (76,15%) và khối lượng phân tử trung bình (980,67 kDa) và mức độ methoxyl hóa (14,90%).
Anil G. và cộng sự (2014) đã nghiên cứu chiết pectin từ bã táo bằng các dung môi khác nhau như nước, dung dịch HCl 0,05N và hỗn hợp amoni oxalate-acid oxalic tỷ lệ 1:1. Hàm lượng pectin có trong nguyên liệu là 13,3%. Trước khi chiết, bã táo
thu nhận về được đun sôi với nước ở nhiệt độ 95oC trong 5 phút sau đó làm lạnh và sấy khô ở nhiệt độ 50oC. Kết quả nghiên cứu cho thấy: chiết bằng dung dịch HCl 0,05N ở 95oC cho hàm lượng pectin cao nhất 10,5%. Pectin thu nhận được chứa 59,1% acid galacturonic, có chỉ số DE là 71,2% và năng lực tạo gel là 110 còn chiết bằng nước và hỗn hợp amoni oxalate-acid oxalic tỷ lệ 1:1 cho hàm lượng pectin thấp hơn chỉ đạt 3,4% và 8% tương ứng.
Mohamed Y.S. và cộng sự đã nghiên cứu quá trình chiết pectin từ vỏ cam Maroc bằng các loại acid khác nhau. Kết quả cho thấy, hàm lượng pectin thu nhận bằng dung môi acid sulfuric, hydrochloric, acid citric lần lượt là 6,49%; 7,96% và 10,19% và khi chiết bằng acid citric hàm lượng pectin cao nhất (25,71%).
Trong một nghiên cứu chiết tách pectin từ vỏ quả chanh Poncirus trifoliate,
tác giả khảo sát pH chiết (1,0, 1,5, và 2,0). Khi cố định các điều kiện chiết: tỷ lệ rắn/chất lỏng là 1/25 (w/v), nhiệt độ 75oC và thời gian tương ứng là 90 phút thì kết quả cho thấy rằng năng suất của pectin chịu ảnh hưởng mạnh bởi pH dung môi (7,4% - 19,8%). Tương tự như vậy, hàm lượng acid galacturonic, mức độ este hóa, độ nhớt trung bình, khối lượng phân tử và khả năng tạo gel đều bị ảnh hưởng bởi pH. pH tối ưu cho sản xuất pectin từ vỏ chanh là pH 1,5.
Nghiên cứu của tác giả Nyuk L.C. và cộng sự về quá trình chiết pectin từ vỏ chanh dây cho thấy pH là yếu tố ảnh hưởng nhiều hơn so với yếu tố thời gian và nhiệt độ. Kết quả khảo sát đơn biến cho thấy khi chiết pectin bằng acid citric trong thời gian 75 phút ở pH =2 thì thu được hàm lượng pectin là 14,6% và chỉ số DE của pectin là 54,78% và có thể được khẳng định pectin thu nhận từ nguồn vỏ chanh dây này thuộc nhóm HMP.
Paulo H.F.P. và cộng sự (2016) nghiên cứu chiết tách pectin từ vỏ lựu bằng acid citric bằng cách thiết kế các thí nghiệm theo phương pháp cấu trúc có tâm với ba biến: pH (2-4), nhiệt độ (70-90°C) và thời gian (40-150 phút). Kết quả khảo sát cho thấy điều kiện chiết tách tốt nhất cho lượng acid galacturonic cao là: 88°C, 120 phút, pH 2,5.
Ermias G. và Teshome W. (2016) đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của 3 yếu tố nhiệt độ, thời gian và pH đến quá trình chiết tách pectin từ vỏ chuối và vỏ xoài. Điều
kiện chiết tối ưu 82oC, 105 phút và pH=2 và hàm lượng pectin thu nhận được từ vỏ chuối và vỏ xoài tương ứng là 11,31% và 18,50% (w/w). Phân tích thống kê chỉ ra rằng nhiệt độ, thời gian khai thác và pH có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của pectin từ vỏ xồi trong khi tác động khơng đáng kể đến pectin chuối vỏ.
Cibele F.O. và cộng sự (2016) nghiên cứu chiết tách pectin từ vỏ quả chanh dây (Passiflora edulis f. flavicarpa) dưới nhiệt lị vi sóng. Khảo sát với ba loại dung môi (tartaric, acetic và acid nitric). Trong điều kiện công suất và thời gian tối ưu, acid tartaric là tác nhân chiết tách cho sản lượng tốt nhất (18,2%), tuy nhiên, pectin thu được lại có độ tinh khiết thấp và mức độ este hóa thấp.
Liu D. và cộng sự nghiên cứu sự ảnh hưởng của siêu âm và nhiệt đến hàm lượng pectin thu nhận từ vỏ bưởi. Các điều kiện chiết tách pectin tối ưu khi chiết ở nhiệt độ cao có sự hỗ trợ của siêu âm khi khảo sát đơn biến là: cơng suất siêu âm 0,4WW/ml, chu kì 50%, nhiệt độ 60oC, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/50 g/ml. So với phương pháp chiết thông thường ở 80oC trong 60 phút, phương pháp chiết có hỗ trợ siêu âm cải thiện đáng kể năng suất (26,74%) so với phương pháp chiết bằng nhiệt thông thường là 23,44%, thời gian chiết tách ngắn hơn (51,79 phút so với phương pháp chiết thông thường 72,26 phút) và giảm nhiệt độ (60°C). Những kết quả này gợi ý rằng phương pháp chiết có hỗ trợ siêu âm có thể là một kỹ thuật hiệu quả cho việc khai thác pectin từ nguyên liệu thực vật.
Từ việc tìm hiểu tài liệu nghiên cứu trên thế giới và trong nước, có thể rút ra một số nhận xét như sau:
Pectin được chiết tách từ nhiều nguồn nguyên liệu thực vật khác nhau nhưng chủ yếu là từ lá và vỏ quả. Hàm lượng pectin thu nhận được tùy thuộc vào loại nguyên liệu, vào vùng miền. Đã có nhiều cơng bố về nghiên cứu điều kiện chiết tách để thu được hàm lượng pectin cao nhất, nhưng chưa có nhiều cơng bố đánh giá cấu trúc và tính chất của pectin thu nhận được, đặc biệt trên vỏ quả thanh long.
Các cơng trình nghiên cứu chiết tách pectin được thực hiện với các phương pháp riêng. Qua các tài liệu tham khảo, chúng tôi nhận thấy rằng chiết bằng chiết bằng dung môi acid citric thu được pectic có chỉ số methoxyl hóa thấp. Do đó, chọn dung mơi acid citric để chiết tách pectin từ vỏ quả thanh long.