CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.3. Kết quả ảnh hưởng của các điều kiện trích ly đến cấu trúc phân tử của gum lá găng
3.3.2. Ảnh hưởng của các điều kiện trích ly đến cấu trúc phân tử của gum lá găng
3.3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến cấu trúc phân tử của gum lá găng
Sau khi đo phổ FTIR của các mẫu bột gel lá găng trích ly trong các điều kiện nhiệt độ trích ly khác nhau, chúng tơi thu được kết quả như hình 3.4 và bảng 3.6.
Hình 3.4. Phổ FTIR của các mẫu gum lá găng theo từng nhiệt độ sấy khác nhau
Dựa vào hình 3.4, chúng tôi nhận thấy rằng nhiệt độ trích ly khơng gây ảnh hưởng nhiều tới các nhóm chức trong phân tử gum lá găng. Cụ thể, các mẫu bột gum đều có đỉnh hấp thụ ở các số sóng: 3237 cm-1, 2914 cm-1, 1730 cm-1, 1600 cm-1, 1200 – 950 cm-1.
36
Bảng 3.6. Kết quả các giá trị DM của các mầu bột gum lá găng khi trích ly ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ trích ly (oC) R DM (%) 50 0,2074±0,0003f 32,367±0,034f 60 0,2834±0,0002e 42,773±0,027e 70 0,2913±0,0002d 43,859±0,021d 80 0,3015±0,0002c 45,426±0,028c 90 0,3105±0,0002b 46,477±0,021b 95 0,3295±0,0001a 49,082±0,014a
Các chữ cái khác nhau thể hiện sự khác biệt của các số trong cùng một cột ở mức ý nghĩa p<0,05
Theo kết quả của bảng 3.6, chúng tôi nhận thấy rằng, khi tăng nhiệt độ trích ly càng cao thì chỉ số DM càng tăng. Cụ thể giá trị DM tăng từ 32,367% lên đến 49,082% khi tăng nhiệt độ trích ly từ 50 – 95oC. Nguyên nhân của hiện tượng này là do ở nhiệt độ cao, các phản ứng ester diễn ra mạnh hơn so với nhiệt độ thấp (Sayah, M.Y., và cộng sự, 2016; Shpigelman, A., và cộng sự, 2014). Điều này cũng phù hợp với báo cáo của Minjares, F. R. và cộng sự (2014), khi trích ly pectin từ bã nho, mức độ ester hóa của pecin tăng từ 20% tới 50% khi nhiệt độ trích ly tăng từ 35 tới 75oC với điều kiện trích ly là 1 giờ.
3.3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến cấu trúc phân tử gum lá găng
Sau khi đo phổ FTIR của các mẫu bột gum lá găng trích ly trong các điều kiện thời gian khác nhau, chúng tơi thu được kết quả như hình 3.5 và bảng 3.7.
37
Hình 3.5. Phổ FTIR của các mẫu gum lá găng theo thời gian trích ly khác nhau
Dựa vào hình 3.5, chúng tơi nhận thấy rằng thời gian trích ly khơng gây ảnh hưởng nhiều tới các nhóm chức trong gum lá găng. Cụ thể, các mẫu bột gum đều có đỉnh hấp thụ ở các số sóng: 3278 cm-1, 2918 cm-1, 1730 cm-1, 1597 cm-1, 1200 – 950 cm-1.
Bảng 3.7. Kết quả giá trị DM của các mẫu bột gum lá găng khi trích ly ở các điều kiện thời gian khác nhau Thời gian trích ly (phút) R DM (%) 30 0,2581±0,0003a 39,311±0,036a 60 0,2074±0,0003b 32,367±0,034b 90 0,1780±0,0005c 28,344±0,069c 120 0,1714±0,0004d 27,449±0,055d 150 0,0872±0,0004e 15,926±0,048e
Các chữ cái khác nhau thể hiện sự khác biệt của các số trong cùng một cột ở mức ý nghĩa p<0,05
Theo kết quả của bảng 3.7, chúng tơi nhận thấy rằng, khi tăng thời trích ly thì chỉ số DM càng giảm. Cụ thể giá trị DM giảm từ 39,311% lên đến 15,926% khi tăng thời gian trích
38
ly từ 30 – 150 phút. Điều này cũng phù hợp với báo cáo của Bagherian, H. và cộng sự (2011) khi tăng thời gian siêu âm pectin của trái nho từ 10 phút lên 30 phút thì mức độ ester hóa của pectin giảm từ 76,28% cịn 74,88% với nhiệt độ bể siêu âm là 70oC.
3.3.3. Ảnh hưởng của các chế độ sấy khác nhau đến cấu trúc phân tử gum lá găng
Sau khi tiến hành sấy các mẫu gum lá găng ở các chế độ sấy đối lưu, sấy chân không, sấy hồng ngoại, sấy lạnh và đo phổ FTIR, chúng tôi thu được kết quả như hình 3.6 và bảng 3.8.
Hình 3.6. Phổ FTIR của các mẫu gum lá găng theo chế độ sấy khác nhau
Bảng 3.8. Kết quả giá trị DM của các mẫu bột gum lá găng khi sấy ở các chế độ sấy khác nhau
Chế độ sấy R DM (%)
Sấy đối lưu 0,2583±0,0001a 39,338±0,014a
Sấy lạnh 0,2576±0,0003b 39,238±0,044b
Sấy chân không 0,2585±0,0002a 39,365±0,027a
Sấy hồng ngoại 0,2587±0,0006a 39,393±0,036a
Các chữ cái khác nhau thể hiện sự khác biệt của các số trong cùng một cột ở mức ý nghĩa p<0,05
Từ bảng 3.8 chúng tôi nhận thấy, khi thay đổi phương pháp sấy gum lá găng bằng các phương pháp sấy hồng ngoại, sấy lạnh, sấy chân khơng, sấy đối lưu thì giá trị DM của gum lá
39
găng thành phẩm thay đổi không nhiều. Cụ thể, giá trị DM ở phương pháp sấy hồng ngoại là 39,393%; sấy lạnh là 39,238%; sấy đối lưu là 39,338%; sấy chân không là 39,365%. Với chế độ sấy lạnh, mẫu bột gum lá găng thu được có DM thấp hơn so với các mẫu cịn lại. Nguyên nhân là do mẫu sấy lạnh, nhiệt độ trong quá trình sấy thấp hơn so với các mẫu cịn lại nên ít ảnh hưởng tới chỉ số DM (Sayah, M.Y., và cộng sự, 2016). Giải thích cho kết quả này, theo tác giả Monsoor, M. A. năm 2005 cho rằng, các phương pháp sấy khô khác nhau dường như khơng có tác động bất lợi đến hàm lượng galacturonic acid và mức độ ester hoá của pectin. Kết quả này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp làm khơ đến tính chất chức năng của pectin vỏ đậu nành (Monsoor, M. A., 2005).
3.4. Kết quả các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu gel lá găng
3.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ bột gum lá găng tới kết cấu gel lá găng
Sau khi khảo sát ảnh hưởng của nồng độ bột gum tới kết cấu gel lá găng với các tỷ lệ 1,7-2,5% (w/v), chúng tôi thu được kết quả như bảng 3.9 và bảng 3.10.
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ bột gum tới kết cấu của gel lá găng Nồng độ Nồng độ (w/v) Độ cứng (g) Độ cố kết Độ dẻo (g) Độ dai (mJ) Độ đàn hồi (mm) 1,7% - - - - - 1,9% - - - - - 2,1% 95,00±2,00c 0,80±0,05a 75,57±3,92b 2,12±0,11c 2,72±0,02b 2,3% 130,17±6,93a 0,74±0,06a 96,67±4,05a 3,40±0,12a 3,59±0,03a 2,5% 112,67±5,11b 0,84±0,02a 94,30±5,59a 2,55±0,16b 2,76±0,08b
“-“ không đo cấu trúc được
Các chữ cái khác nhau thể hiện sự khác biệt của các số trong cùng một cột ở mức ý nghĩa p<0,05
Polysaccharide phải được hịa tan hồn tồn và nhanh chóng trước khi tạo gel. Sau khi hoà tan, một mạng lưới các đại phân tử dạng sợi được xây dựng bằng cách liên kết các chuỗi polysaccharide lân cận qua các vùng tiếp giáp (liên kết polysaccharide-polysaccharide) và một lượng nước lớn có thể được giữ cố định trong các khoảng trống của mạng lưới (Einhorn-Stoll, U., 2018). Điều này giải thích cho kết quả của bảng 3.9, khi khuấy bột gel lá găng trong nước ở nồng độ lần lượt là 1,7% và 1,9% (khối lượng/thể tích) với thời gian 30 phút, nhiệt độ 50oC
40
gel lá găng thu được thiếu ổn định về mặt cơ học (gel mềm và thiếu ổn định). Vì khi hàm lượng polysaccharide trong dung môi thấp, khoảng cách giữa các vùng tiếp giáp trở nên quá dài làm cho liên kết polysaccharide-polysaccharide yếu thì sẽ hình thành một cấu trúc gel mềm rất mỏng manh với độ ổn định cơ học thấp (Einhorn-Stoll, U., 2018).
Bảng 3.10. Mô tả cấu trúc gel lá găng theo từng nồng độ bột gum lá găng Nồng độ Nồng độ (w/v) Khả năng tạo gel Khả năng tách khuôn Mô tả
1,7% + - Gel mềm, không tách khuôn được
1,9% + + Gel mềm, khơng giữ được hình dạng sau khi tách
khn
2,1% + + Gel mềm, giữ được hình dạng sau khi tách khuôn
2,3% + + Gel mềm, giữ được hình dạng sau khi tách khn
2,5% + + Gel mềm, giữ được hình dạng sau khi tách khn
“+” có sự tạo gel/ có thể tách khn, “-“ khơng tạo gel/ khơng tách khuôn được
Khi nồng độ gum lá găng được khuấy trong nước tăng lên 2,1% và 2,3%, các chuỗi polysaccharide tồn tại trong hỗn hợp đủ nhiều dẫn đến các liên kết giữa các chuỗi polysaccharide tăng lên làm cho cấu trúc của gel có sự khác biệt có nghĩa về mặt thống kê của các lực cơ học (độ cứng, độ dai, độ cố kết…) và có xu hướng tăng lên (cụ thể độ cứng tăng từ 95,00 lên 130,17 g; độ dẻo tăng từ 75,57 lên 96,67 g khi nồng độ tăng từ 2,1 lên 2,3%). Giải thích cho kết quả trên, theo tác giả Einhorn-Stoll, U., (2018) khi tăng nồng độ polysaccharide thì khoảng cách giữa các vùng tiếp giáp ở các chuỗi đại phân tử polysaccharide trở nên ngắn hơn và khoảng cách nhỏ hơn làm cho các liên kết polysaccharide-polysaccharide tốt hơn dẫn đến gel có tính ổn định về mặt cơ học.
Nếu tiếp tục tăng nồng độ gel lên 2,5%, tính chất của gel về mặt cơ học (độ cứng, độ dẻo, độ dai…) có xu hướng giảm. Cụ thể, độ cứng giảm từ 130,17 g xuống 112,67 g, độ dai giảm từ 3,40 mJ xuống 2,55 mJ, tương ứng với nồng độ 2,3% và 2,5%. Giải thích về vấn đề này, theo tác giả Kravtchenko, T. P., và cộng sự, 1999 cho rằng khi hoà tan polysaccharide trong nước, nước sẽ hấp thụ trên bề mặt và thâm nhập vào hạt polysaccharide. Điều này đi kèm với sự trương nở và thường hình thành một lớp giống như gel trên bề mặt “hạt polysaccharide”. Những lớp giống như gel này có thể nhanh chóng hình thành xung quanh
41
“hạt polysaccharide” và tạo ra hiện tượng vón cục (Hirata, T. A. M., 2013). Nếu tăng hàm lượng bột gum lá găng lên cao, hiện tượng vón cục này sẽ ngăn cản sự hồ tan bột gum trong nước làm cho các đặc tính kết cấu của gel lá găng ở nồng độ 2,5% giảm.
Kết luận: từ kết quả khảo sát về ảnh hưởng của nồng độ bột gum đến kết cấu gel lá găng chúng tôi thấy rằng nồng độ bột gum lá găng ở 2,3% là nồng độ tạo kết cấu gel lá găng tốt nhất.
3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt tới kết cấu của gel lá găng
Sau khi khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt tại các nhiệt độ 50, 60, 70, 80, 90oC tới kết cấu gel lá găng, chúng tôi thu được kết quả như bảng 3.11 và bảng 3.12.
Bảng 3.11. Các thông số về kết cấu gel lá găng theo từng nhiệt độ gia nhiệt khác nhau Nhiệt độ Nhiệt độ (oC) Độ cứng (g) Độ cố kết Độ dẻo (g) Độ dai (mJ) Độ đàn hồi (mm) 50 133,5±3,04 0,73±0,04 97,37±3,74 3,41±0,11 3,57±0,03 60 - - - - - 70 - - - - - 80 - - - - - 90 - - - - -
“-“ không đo cấu trúc được
Bảng 3.12. Mô tả cấu trúc gel lá găng theo từng nhiệt độ gia nhiệt Nhiệt độ Nhiệt độ (oC) Khả năng tạo gel Khả năng tách khuôn Mô tả
50 + + Gel mềm, giữ được hình dạng sau khi tách khn
60 + - Gel mềm, không tách khuôn được
70 + - Gel mềm, không tách khuôn được
80 - - Tạo nhớt, không tạo gel
90 - - Tạo nhớt, khơng tạo gel
“+” có sự tạo gel/ có thể tách khn, “-“ không tạo gel/ không tách khuôn được
Kết quả của chúng tôi về khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt tới kết cấu của gel lá găng theo bảng 3.11 cho thấy. Khi gia nhiệt bột gum ở tỷ lệ 2,3% (w/v), trong thời gian 30 phút ở các nhiệt độ khác nhau (từ 50-90oC), chỉ có duy nhất gel lá găng gia nhiệt ở nhiệt độ
42
50oC là giữ được kết cấu gel ổn định, khi tăng nhiệt độ gia nhiệt từ 60oC lên 90oC gel có cấu trúc lỏng lẻo và không thể đo được theo phương pháp nghiên cứu của chúng tôi. Nguyên nhân dẫn đến kết quả trên là do việc xử lý polysaccharide ở nhiệt độ cao (>50°C), đặc biệt trong môi trường ẩm cao (>60%), có thể dẫn đến sự phân hủy hoá học polysaccharide (Einhorn- Stoll, U. và cộng sự, 2009). Đồng thời khi tăng nhiệt độ xử lý phản ứng -elimination diễn ra mạnh mẽ hơn. Các phản ứng -elimination sẽ làm giảm trọng lượng phân tử polysaccharide
(Diaz, J. V., và cộng sự, 2007) dẫn đến các liên kết polysaccharide- polysaccharide và liên kết polysaccharide -nước thiếu chặt chẽ làm cho cấu trúc gel khi khuấy ở nhiệt độ cao có kết cấu thiếu ổn định về mặt cơ học.
Kết luận: từ kết quả khảo sát nhiệt độ gia nhiệt đến kết cấu gel lá găng, chúng tôi nhận thấy cấu trúc gel khi được gia nhiệt tại 50°C là có thể tạo gel và ổn định nhất. Vì vậy chúng tơi kết luận rằng nhiệt độ gia nhiệt gel ở 50°C giúp cho gel lá găng đạt các đặc tính về kết cấu tốt nhất.
3.4.3. Ảnh hưởng của nồng độ cation Ca2+ tới kết cấu của gel lá găng
Sau khi tiến hành bổ sung hàm lượng của cation Ca2+ (dưới dạng muối CaCl2) vào gel lá găng ở các nồng độ từ 0 – 10 mM, chúng tôi thu được kết quả trong bảng 3.13 và 3.14.
Bảng 3.13. Các thông số về kết cấu gel lá găng theo nồng độ cation Ca2+
[Ca2+] (mM) Độ cứng (g) Độ cố kết Độ dẻo (g) Độ dai (mJ) Độ đàn hồi (mm) 0 134,00±2,00d 0,73±0,04d 97,77±4,58d 3,41±0,12d 3,56±0,04d 0,1 134,17±5,97d 0,74±0,01cd 99,71±3,71d 3,44±0,17d 3,52±0,12d 0,5 127,33±6,43d 0,75±0,03cd 94,95±1,30d 3,28±0,16d 3,52±0,14d 1 163,83±4,73c 0,81±0,02bc 132,21±6,28c 5,23±0,32c 4,04±0,06c 2 258,00±3,12b 0,87±0,02ab 224,50±7,82b 10,49±0,47b 4,77±0,05b 5 363,33±3,25a 0,9±0,01a 327,20±6,56a 20,03±0,62a 6,25±0,07a 10 - - - - -
“-“ không đo cấu trúc được
Các chữ cái khác nhau thể hiện sự khác biệt của các số trong cùng một cột ở mức ý nghĩa p<0,05
43
Bảng 3.14. Mô tả cấu trúc gel lá găng theo nồng độ cation Ca2+ bổ sung [Ca2+] [Ca2+] (mM) Khả năng tạo gel Khả năng tách khuôn Mô tả
0 + + Gel mềm, giữ được hình dạng sau khi tách khn
0,1 + + Gel mềm, giữ được hình dạng sau khi tách khn
0,5 + + Gel mềm, giữ được hình dạng sau khi tách khuôn
1 + + Gel mềm, giữ được hình dạng sau khi tách khn
2 + + Gel cứng, giữ được hình dạng sau khi tách khuôn
5 + + Gel cứng, giữ được hình dạng sau khi tách khn
10 + + Gel cứng, bị tách nước sau q trình bảo quản
“+” có sự tạo gel/ có thể tách khn, “-“ khơng tạo gel/ khơng tách khn được
Hình 3.7. Cơ chế hình thành cấu trúc trong quá trình tạo gel của pectin (Han, W. và cộng sự, 2017) (Han, W. và cộng sự, 2017)
Theo nghiên cứu của Han, W. và cộng sự (2017), cơ chế hình thành cấu trúc trong quá trình tạo gel của pectin trong mơi trường có muối Ca2+ dựa vào 3 liên kết: liên kết hydro của các nhóm –COOH khơng phân ly, tương tác kỵ nước và qua các cầu nối Ca2+, điều này được thể hiện trong hình 3.7. Dựa vào kết quả của bảng 3.13 và bảng 3.14 có thể thấy được rằng khi tăng nồng độ cation Ca2+ (bổ dung dưới dạng muối CaCl2) thì các tính chất về kết cấu của gel lá găng đều tăng. Trong khoảng nồng độ cation Ca2+ từ 0 – 0,5 mM thì các đặc tính về kết cấu của gel lá găng hầu như không thay đổi (cụ thể độ cứng thay đổi từ 134,00 đến 127,33 g; độ cố kết thay đổi từ 0,73 đến 0,75; độ dẻo thay đổi từ 97,77 đến 94, 95g; độ dai thay đổi từ 3,41 đến 3,28 mJ; độ đàn hồi thay đổi từ 3,56 đến 3,52 mm), hoặc nếu có thay đổi cũng là những thay đổi khơng có nghĩa về mặt thống kê. Cụ thể khi tăng nồng độ cation Ca2+ từ 0 – 0,5 mM Từ đó có thể kết luận rằng, với [Ca2+] ≤ 0,5 mM thì khơng gây ảnh hưởng tới việc tạo gel và các
44
tính chất về kết cấu của gel lá găng. Nguyên nhân của hiện tượng này là do ở nồng độ cation Ca2+ thấp, các liên kết ion của Ca2+ và nhóm carboxyl (-COO-) trong phân tử pectin chưa đủ để tạo nên sự thay đổi độ rắn chắc cho gel, kết quả này phù hợp với báo cáo của Garnier, C. và cộng sự, 1993.
Kết quả của thí nghiệm cũng chỉ ra rằng khi tăng nồng độ cation Ca2+ từ 0,5 – 5 mM thì các đặc tính về cấu trúc của gel lá găng cũng tăng theo. Cụ thể, khi tăng nồng độ Ca2+ lên 10 lần thì giá trị về độ cứng tăng lên khoảng 2,8 lần (từ 127,33 g đến 363,33 g), giá trị về độ cố kết cũng được cải thiện (từ 0,75 đến 0,9), giá trị về độ dẻo tăng 3,4 lần (từ 94,95 g đến 327,20 g), giá trị về độ dai tăng 6,1 lần (từ 3,28 mJ đến 20,03 mJ) và giá trị về độ đàn hồi tăng 1,8 lần (từ 3,52 mm đến 6,25 mm). Nguyên nhân là do khi tăng nồng độ Ca2+ thì số liên kết giữa Ca2+ và gốc -COO- trong gel lá găng tăng lên, từ đó giúp tạo ra các tương tác mạnh hơn nên sự tạo gel được tốt hơn, điều này cũng phù hợp với kết quả của Beaulieu, M. và cộng sự,