1.1. TỔNG QUAN VỀ PECTIN
1.1.5. Cơ chế tạo gel
Tính chất đặc trƣng của Pectin là tạo gel, tùy loại Pectin có mức độ methoxyl hoá khác nhau mà cơ chế tạo gel cũng khác nhau.
a. HMP : Tạo gel bằng liên kết hydro:
- Điều kiện tạo gel: [Đường] > 50%, pH = 3 ÷ 3,5; [Pectin] = 0,5 ÷ 1%
+ Đường có khả năng hút ẩm, vì vậy nó làm giảm mức độ hydrat hóa của phân tử Pectin trong dung dịch.
+ Ion H+ đƣợc thêm vào hoặc đôi khi chính nhờ độ acid của quá trình chế biến
trung hòa bớt các gốc COO-, làm giảm độ tích điện của các phân tử. Vì vậy các phân tử có thể tiến lại gần nhau để tạo thành liên kết nội phân tử và tạo gel.
Hình 1.7 Cơ chế tạo gel bằng liên kết hydro.
+ Trong trường hợp này liên kết giữa các phân tử Pectin với nhau chủ yếu nhờ các cầu hydro giữa các nhóm hydroxyl. 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 acid, hàm lƣợng Pectin, loại Pectin và nhiệt độ.
+ 30 ÷ 50% đường thêm vào Pectin là saccharose. Do đó cần duy trì pH acid để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường saccharose, ngăn cản sự kết tinh của đường saccharose. Tuy nhiên cũng không nên dùng quá nhiều acid vì pH quá thấp sẽ gây ra nghịch đảo một lƣợng lớn saccharose gây kết tinh glucose và hóa gel nhanh tạo nên các vón cục.
+ Khi dùng lƣợng Pectin vƣợt quá lƣợng thích hợp sẽ gây ra gel quá cứng do đó khi dùng một nguyên liệu có chứa nhiều Pectin cần tiến hành phân giải bớt chúng bằng cách đun lâu hơn.
+ Khi sử dụng một lƣợng cố định bất cứ một loại Pectin nào pH, nhiệt độ càng giảm và hàm lượng đường càng cao thì gel tạo thành càng nhanh.
Hình 1.8 Cơ chế tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+. b. LMP : Tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+:
Điều kiện tạo gel: khi có mặt Ca2+, ngay cả ở nồng độ < 0,1% khi đó gel đƣợc tạo thành ngay cả khi không thêm đường và acid.
Khi chỉ số methoxyl của Pectin thấp, cũng có nghĩa là tỷ lệ các nhóm –COO- cao thì các liên kết giữa những phân tử Pectin sẽ là liên kết ion qua các ion hóa trị hai đặc biệt là Ca2+.
- Cấu trúc của gel: phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ và chỉ số methoxyl. Gel Pectin có chỉ số methoxyl thấp thường có tính chất đàn hồi giống như gel agar – agar [3].
c. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel - Nồng độ và tính chất Pectin:
+ Mạch phân tử của Pectin là cơ cấu chính của hiện tƣợng tạo gel. Vì thế, lượng Pectin có trong dịch đường phải đạt một hàm lượng tối thiểu nào đó mới tạo đƣợc sự keo tụ. Nồng độ Pectin trong dung dịch càng lớn thì sự liên hợp giữa các phân tử xảy ra càng nhanh, hệ keo đông tụ càng bền. Thường lượng Pectin sử dụng khoảng từ 0,5 ÷ 1%. Khi dùng cao quá lƣợng thích hợp sẽ thu đƣợc gel quá cứng, vì vậy đối với các loại quả chứa dư Pectin người ta cần tiến hành phân giải bớt chúng bằng cách đun lâu hơn.
+ Phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của Pectin. Hai yếu tố quan trọng hàng đầu là chiều dài mạch phân tử Pectin và mức độ methoxyl hóa trong phân tử của chúng.
+ Chiều dài của phân tử quyết định độ cứng của gel:Nếu phân tử Pectin quá
ngắn thì nó sẽ không tạo gel mặc dù sử dụng với liều lƣợng cao. Nếu phân tử Pectin quá dài thì gel tạo thành quá cứng [4].
+ Mức độ methoxyl hóa quy định cơ chế tạo gel: Khả năng keo hóa của Pectin phụ thuộc tương đối vào mức độ hiện diện của các nhóm methoxyl. Tùy thuộc vào chỉ số methoxyl cao (>7%) hoặc thấp (3-5%) ở phân tử Pectin mà các kiểu kết hợp giữa chúng sẽ khác nhau trong việc tạo gel.
Bảng 1.1. Tác dụng của DE lên sự tạo gel.
- Nước: là dung môi để Pectin có thể trương nở và khuếch tán tạo nên dung dịch đồng thể. Nước đóng vai trò quan trọng giúp Pectin định hướng và sắp xếp lại mạch phân tử của chúng. Thông thường lượng nước của dung dịch tạo keo tăng lên thì quá trình keo hoá diễn ra càng nhanh.
- Đường:
+ Trong dung dịch nước, Pectin ở trạng thái hòa tan do có sự tạo thành các liên kết hydro giữa các nhóm OH- của mạch phân tử Pectin và H+ của phân tử nước.
+ Khi đường xuất hiện, đường đóng vai trò của chất hydrate hóa, ngậm mất phần nước đang liên kết với Pectin. Khi đó Pectin trở nên không hòa tan. Cộng với tác động của ion H+ từ lƣợng acid sử dụng để tạo đông, H+ làm trung hòa điện tích của các gốc COO- trên mạch phân tử Pectin, tạo gốc -COOH. Vì thế sợi Pectin không còn đẩy nhau mà tiến lại gần nhau và tạo mạng.
+ Lượng đường trong hỗn hợp Pectin – đường – acid thường phải lớn hơn 50%thì mới có khả năng tạo gel. Thông thường người ta tạo hỗn hợp có 65% đường để tiến hành keo đông. Nếu dùng cao hơn, sự kết tinh đường có thể xảy ra trên bề
DE (%)
Điều kiện tạo gel
pH Đường(%) Ion hóa trị II Tốc độ tạo gel
> 70 2,8 ÷ 3,4 65 Không Nhanh
50 ÷ 70 2,8 ÷ 3,4 65 Không Chậm
< 50 2,5 ÷ 6,5 0 Có Nhanh
mặt hạt keo, hoặc ngay trong hệ keo. Để khắc phục có thể thay thế một phần đường saccharose bằng đường glucose nhằm tránh hiện tượng kết tinh đường.
- Acid: Pectin chỉ có thể tạo gel trong môi trường acid có pH <4.
+ Trong môi trường có H+, các phân tử Pectin tích điện âm sẽ bị trung hòa và trở thành dạng trung hòa điện dễ tạo đông tụ và có thể chuyển dạng muối pectat (không tạo đông) thành dạng Pectin (có tạo đông).
+ Acid sử dụng để tạo đông cần có mức độ phân ly cao hơn acid Pectin để acid này có thể ngăn cản sự phân ly của acid Pectin, và giữ cho chúng ở dạng trung hòa điện tích.
+ Nồng độ ion H+ càng lớn thì khả năng tạo gel của dung dịch Pectin sẽ càng cao. Cần duy trì độ pH thấp để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường saccharose (30 ÷ 50 đường thêm vào Pectin) để ngăn cản sự kết tinh của đường.
Cũng không nên dùng quá nhiều acid, vì pH quá thấp sẽ gây ra sự nghịch đảo một lƣợng lớn saccharose từ đó kết tinh glucose và hoá gel nhanh tạo nên các vón cục.
Thường dùng độ pH từ 3 ÷ 3,5.
+ Mức độ tạo gel chỉ tăng đến một giới hạn nào đó của nồng độ acid rồi sẽ ngừng lại bởi vì ở ngƣỡng nồng độ đó toàn bộ gốc COO- của phân tử Pectin đã đƣợc trung hòa điện tích.
+ Nếu phải sử dụng Pectin có khả năng đông tụ yếu thì nên tăng nồng độ acid lên. Nhưng việc tăng nồng độ này lại dễ làm tăng lượng đường chuyển hóa và làm tăng tính háo nước của sản phẩm.