Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp xử lý hóa học đến tính chất lý hóa của LMP (low methoxyl pectin) từ vỏ quả thanh long (hylocereusundatus)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN NGUYỄN THỊ RY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC ĐẾN TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA LMP (LOW METHOXYL PECTIN) TỪ VỎ QUẢ THANH LONG (HYLOCEREUS UNDATUS) LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành Công nghệ Thực Phẩm Mã số ngành 8540101 TP HCM, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN NGUYỄN THỊ RY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC ĐẾN TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA LMP (LOW METHOXYL PEC.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

-

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN THỊ RY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC ĐẾN TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA LMP (LOW METHOXYL PECTIN)

TỪ VỎ QUẢ THANH LONG (HYLOCEREUS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

-

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN THỊ RY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC ĐẾN TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA LMP (LOW METHOXYL PECTIN)

TỪ VỎ QUẢ THANH LONG (HYLOCEREUS

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Lâm Văn Mân

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 12 tháng 09 năm 2021

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

2 GS.TS Đống Thị Anh Đào Phản biện 1

5 TS Nguyễn Minh Xuân Hồng Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ RY Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 22/ 05/ 1986 Nơi sinh: Huế Chuyên ngành: Công nghệ Thực Phẩm MSHV: 1841910011

I- Tên đề tài:

Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp xử lý hóa học đến tính chất lý hóa của LMP

(Low Methoxyl Pectin) từ vỏ quả thanh long (hylocereus undatus)

II- Nhiệm vụ và nội dung:

• Xác định ảnh hưởng của phương pháp xử lý bằng acid citric đến tính chất lý hóa của LMP từ vỏ quả thanh long

• Đánh giá hiệu suất thu hồi LMP

• Xác định cấu trúc hình thái học bề mặt của pectin thu nhận từ vỏ quả thanh long

III- Ngày giao nhiệm vụ: (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong QĐ giao đề tài)

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

V- Cán bộ hướng dẫn: (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên) Tiến sĩ Lâm Văn Mân

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM – HUTECH, các quý thầy cô của Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Khoa học Ứng dụng,

đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt 2 năm vừa qua và trong khoảng thời

gian thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Lâm Văn Mân, giảng viên hướng dẫn luận văn Thạc sĩ này của tôi, thầy đã

trực tiếp chỉ dạy, giải đáp các thắc mắc của tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu

Tôi xin cảm ơn Ngô Thị Mỹ Hòa, Nguyễn Hoàng Sang, sinh viên lớp 16DTPB1

đã hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm ở phòng thí nghiệm khu E của trường

Bên cạnh đó, tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các cán bộ quản lý phòng thí nghiệm là những người đã giúp đỡ tôi khi trong quá trình thực hiện các thí nghiệm ở phòng thí nghiệm của trường

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè lớp 18STP đã tạo điều kiện, luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn Thạc sĩ

Mặc dù đã nỗ lực hết sức trong quá trình thực hiện và hoàn thành đồ án nhưng chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót không tránh khỏi, tôi rất mong nhận được những nhận xét, ý kiến đóng góp từ quý thầy cô và bạn bè để nhóm có thể hoàn thành đề tài báo cáo một cách hoàn thiện hơn

Tôi xin gửi những lời chúc tốt đẹp nhất đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè

Tác giả Luận văn NGUYỄN THỊ RY

TÓM TẮT

Thanh long là một trong những loại trái cây nhiệt đới có nguồn gốc từ Việt Nam được biết đến nhiều nhất trên toàn thế giới, đã và đang được xuất khẩu với

số lượng lớn mỗi năm Để tăng lợi nhuận cho người trồng và chế biến thanh long,

vỏ thanh long thường được coi là một sản phẩm phụ từ quá trình chế biến thanh long được tận dụng là nguồn sản xuất pectin, một loại polymer được ưa chuộng trong công nghiệp thực phẩm, dinh dưỡng, mỹ phẩm và dược phẩm Do đó, tên

đề tài là “Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp xử lý hóa học đến tính

chất lý hóa của LMP (Low methoxyl pectin) từ vỏ quả thanh long (Hylocereus

Undatus)” Mục tiêu của nghiên cứu là xác định ảnh hưởng của một số điều kiện

trích ly bằng acid citric để thu nhận LMP, xác định hiệu suất thu hồi LMP, và xác định cấu trúc hình thái học SEM của pectin thu được từ vỏ quả thanh long Trích

ly pectin ở các điều kiện khác nhau: ở 4 nồng độ acid citric 0,5M, 1M, 1,5M, 2M; trong 4 khoảng thời gian trích ly 30, 60, 90, 120 phút; 4 nồng độ cồn khác nhau

80, 85, 90, 95% (v/v); 4 tỷ lệ cồn và dịch pectin khác nhau tỷ lệ 0,5:1, tỷ lê 1:1, tỷ

lệ 1,5:1, tỷ lệ 2:1 Chỉ số ester hóa DE là một chỉ tiêu để đánh giá ảnh hưởng của điều kiện trích ly pectin thành phẩm Bột pectin thu được từ vỏ quả thanh long bằng acid citric là pectin methoxyl hóa thấp với chỉ số DE là 3,82 Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất thu hồi pectin bằng phương pháp trích ly bằng acid citric đạt tối ưu ở điều kiện trích ly acid citric 1M, thời gian trích ly 60 phút, cồn 90% (v/v), tỷ lệ cồn dịch (v:v) là 1:1 Do đó, vỏ thanh long có thể là một nguồn nguyên liệu giá trị trong ngành thực phẩm Khi xem xét về mặt hình thái học bằng phương pháp chụp SEM cho thấy pectin thu được từ vỏ quả thanh long bằng acid citric là các hạt mảnh, có bề mặt xốp, do đó khả năng hòa tan tốt hơn so với pectin thu được từ vỏ quả chanh dây Kết quả phân tích cấu trúc hình thái học chỉ ra rằng pectin cấu thành bị ảnh hưởng bởi nồng độ acid citric và nguồn nguyên liệu

ABSTRACT

Dragon fruit which is one of the most famous tropical fruits of Vietnam in the world, has being exported with a giant number per year In order to increase profits for dragon fruit growers and processors, dragon fruit peels, a by-product

of dragon fruit processing, were investigated as a source of pectin, polymer of great interest to the food industry, nutrition, cosmetics, and pharmaceutical

Therefore, the topic is “Research on effects of chemical extraction method on chemical and physical properties of LMP (Low Methoxyl Pecin) extracted

from dragon fruit peel (Hylocereus Undatus)” The objectives of this study

were to determine influence of different extraction conditions by conventional extraction with citric acid to obtain LMP, to determine the LMP extraction yield, and study the morphology of pectin from dragon fruit peel by SEM Pectin was extracted under various conditions: 4 concentration (M) levels of citric acid 0.5M, 1M, 1.5M, 2M; 4 extraction periods 30, 60, 90 and 120 min, concentration of ethanol 80, 85, 90 to 95% (v/v); ethanol ratios (ER) from 0.5: 1; 1:1; 1.5:1 and 2:1 Preliminary characterization of pectin, in terms of degree of esterification (DE) was also carried out in order to investigate the influence of different extraction conditions on the chemical composition of the extracts Pectin powder extracted from dragon fruit peel powder by acid citric is

a low methoxyl pectin (LMP) confirmed by the decree of esterification constant (3.82) The results imply that dragon fruit peels could be a substantial source in food production with the highest pectin yield found and the optimal extraction conditions was at pH 3.5 with 1M acid citric, extraction period of 60 minutes, ethanol 90% (v/v), ethanol ratio of 1:1 In term of morphology by SEM, the LMP particles extracted from dragon fruit peel using citric acid method were flaky pellets in shape with more porous surfaces, that tentatively assume that pectin extracted from dragon fruit had a better solubility than pectin from passion fruit peel Our pectin morphology analysis indicated that the pectin formation was greatly influenced by concentration of citric acid and source of the raw material

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG 13

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ 14

DANH MỤC CÁC HÌNH 15

MỞ ĐẦU 1

Đặt vấn đề 1

Mục tiêu của đề tài 2

Ý nghĩa của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về thanh long 4

1.1.1 Đặc điểm hình thái 4

1.1.2 Giá trị dinh dưỡng của quả thanh long 5

1.1.3 Đặc điểm vỏ thanh long 7

1.1.4 Tình hình sản xuất, tiêu thụ và chế biến thanh long ở Việt Nam và trên thế giới 9 1.2 Tổng quan về pectin 10

1.2.1 Giới thiệu chung về pectin 10

1.2.2 Cấu trúc và thành phần hoá học của pectin 11

1.2.3 Tính chất của pectin 13

1.2.4 Giá trị dinh dưỡng và giá trị sinh học của pectin LMP 15

1.2.5 Ứng dụng của pectin 16

1.2.6 Các phương pháp trích ly pectin 18

1.2.6.1 Chiết bằng phương pháp ngâm chiết 19

1.2.6.2 Chiết tách bằng enzyme 20

1.2.6.3 Chiết tách bằng dung dịch muối và kiềm 20

1.2.6.4 Chiết tách pectin bằng phương pháp siêu âm 20

1.2.7.1 Kích thước của nguyên liệu 21

1.2.7.2 Tỷ lệ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môi 21

1.2.7.3 Nhiệt độ trích ly 21

1.2.7.4 Thời gian trích ly 22

1.2.7.5 Nồng độ acid 22

1.2.7.6 Nồng độ cồn 22

1.2.7.7 pH 23

1.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu 23

CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 Nguyên vật liệu 29

2.1.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 29

2.1.2 Nguyên vật liệu 29

2.1.2.1 Vỏ thanh long 29

2.1.2.3 Acid citric 29

2.1.2.4 Cồn thực phẩm 29

2.1.2.5 Hóa chất khác 30

2.2 Dụng cụ và thiết bị 31

2.3 Quy trình khảo sát thí nghiệm thực hiện 31

2.3.1 Quy trình thu nhận bột vỏ thanh long 31 2.3.2 Quy trình thu nhận pectin có chỉ số methoxyl hóa thấp (LMP) từ bột vỏ

quả thanh long 32

2.4 Phương pháp nghiên cứu 37

2.4.1 Bố trí thí nghiệm 37

2.4.2 Phương pháp phân tích sử dụng trong nghiên cứu 46

2.4.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu 49

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49

3.1 Khảo sát tính chất lý hóa của vỏ thanh long 49

3.2 Ảnh hưởng của acid citric đến chỉ số ester hóa (DE), tỷ lệ thu hồi pectin LMP từ vỏ thanh long 50

3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ acid citric đến chỉ số DE 50

3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ acid citric đến tỷ lệ thu hồi LMP 51

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến chỉ số ester hóa(DE), hiệu suất thu hồi LMP 52

3.3.1 Ảnh hưởng của thời gian ủ đến chỉ số DE 52

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hiệu suất thu hồi pectin 54

3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hiệu suất thu hồi LMP 55

3.5 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cồn và dịch pectin đến hiệu suất thu hồi pectin 59 3.7 Đánh giá chất lượng thành phẩm 68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADI: Acceptable daily intake

DE: Degree of Esterification

FTIR: Fourier Transform InfraRed spectroscopy

GAP: Good Agricultural Practice

GRAS: Generally Recognized as Safe

HMP: High Methoxyl Pectin

JECFA: The Joint Expert Committee on Food Additives

LMP: Low Methoxyl Pectin

SCF: Scientific Committee for Food

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của vỏ thanh long

Bảng 1.4 Tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm pectin theo tiêu chuẩn IPPA

Bảng 3.1 Một số chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm bột pectin được sản xuất ở quy

Bảng A-3 Chỉ tiêu lý hóa của axit citric

Bảng A-4 Các yêu cầu chỉ tiêu hóa học của etanol tinh chế

Bảng A-5 Các chỉ tiêu chất lượng của natri hydroxit kỹ thuật

Bảng A-6 Chỉ tiêu và mức của axit clohidric kỹ thuật

Bảng C-1 Kết qủa xử lý tính chất lý hóa của vỏ thanh long qua các lần đo

Bảng D-1 Số liệu thống kê hiệu suất thu hồi pectin ở các nồng độ acid citric khác nhau

Bảng D-2 Kết quả mức độ ester hóa của petin ở các nồng độ acid citric khác nhau Bảng D-3 Kết quả hiệu suất thu hồi của pectin ở các thời gian ủ khác nhau

Bảng D-4 Kết quả mức độ ester hóa (DE) của pectin ở các thời gian ủ khác nhau Bảng D-5 Kết quả hiệu suất thu hồi pectin ở các nồng độ cồn khác nhau

Bảng D-6 Kết quả hiệu suất thu hồi pectin ở các tỷ lệ cồn và dịch pectin khác nhau Bảng E-1 Kết quả đánh giá chất lượng pectin thành phẩm

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1 Chỉ số DE của pectin ở từng nồng độ acid citric khác nhau Biểu đồ 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ acid citric đến tỷ lệ thu hồi pectin Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng của thời gian ủ đến chỉ số DE

Biểu đồ 3.4 Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hiệu suất thu hồi pectin

Biểu đồ 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ cồn đến tỷ lệ thu hồi pectin

Biểu đồ 3.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ cồn và dịch pectin đến tỷ lệ thu hồi pectin

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Phân loại thực vật (A) Hylocereus undatus (B) Hylocereus polyrhizus

Hình 1.2 Cấu tạo thành tế bào thực vật

Hình 1.3 Một đoạn của phân tử pectin có nhóm chức năng: carboxyl và este; b) amide Hình 1.4 Công thức HMP

Hình 1.5 Công thức LMP

Hình 1.6 Công thức pectin được amid hóa

Hình 1.7 Sơ đồ tạo gel của HMP (nguồn: Debabandya M., 2010)

Hình 1.8 Sơ đồ tạo gel của LMP (nguồn: Chatchaya O., 2011)

Hình 1.9 Các sản phẩm rau quả sử dụng pectin

Hình 2.1 Quy trình sản xuất bột thanh long

Hình 2.11 Sơ đồ bố trí nội dung 1

Hình 2.12 Sơ đồ bố trí nội dung 2

Hình 2.13 Sơ đồ bố trí nội dung 3

Hình 2.14 Sơ đồ bố trí nội dung 4

Hình 2.15 Sơ đồ bố trí nội dung 5

Hình 3.7 Hình ảnh chụp SEM của pectin thương phẩm trong nghiên cứu của Kharidah Muhammad (2014)

Hình 3.8 Hình ảnh chụp SEM (độ phóng đại 100 lần) ở độ cồn 80% (v/v) (E), 85% (v/v) (F), 90% (v/v) (G), 95% (v/v) (H)

Hình 3.9 Hình ảnh chụp SEM (độ phóng đại 1500 lần) ở cồn 80% (v/v) (E1500), 85% (v/v) (F1500), 90% (v/v) (G1500), 95% (v/v) (H1500)

Hình 3.10 Hình ảnh chụp SEM (độ phóng đại 2000 lần) ở độ cồn 80% (v/v) (E2000), 85% (v/v) (F2000), 90% (v/v) (G2000), 95% (v/v) (H2000)

Hình 3.11 Hình ảnh SEM của pectin từ vỏ quả thanh long

Hình 3.12 Hình ảnh SEM của pectin từ vỏ quả thanh long và vỏ quả chanh dây Hình 3.13 Sự biến đổi từ vỏ thanh long thành bột thanh long

Hình 3.14 Hình bột pectin thành phẩm

1

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề

Việt Nam hiện nay là nước có diện tích và sản lượng thanh long lớn nhất Châu

Á và cũng là nước xuất khẩu thanh long hàng đầu thế giới (nongnghiep.vn) Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cho biết, hiện nay có 60/63 tỉnh thành trồng thanh long, với diện tích và sản lượng tăng rất nhanh Nếu năm 1995 cả nước có hơn 2.200

ha trồng thanh long, sản lượng gần 23.000 tấn thì đến năm 2018 tăng lên gần 54.000

ha trồng thanh long (trong đó diện tích đang cho thu hoạch hơn 45.000 ha), sản lượng đạt hơn 1 triệu tấn, tăng 24 lần về diện tích và tăng hơn 46 lần về sản lượng Thanh long hiện được trồng ở 30 tỉnh thành, nhưng phát triển mạnh thành các vùng chuyên canh quy mô lớn tập trung ở các tỉnh Bình Thuận (29.000 ha), Long An (11.000 ha)

và Tiền Giang (8.000 ha) chiếm 93,6% diện tích và 95,5 % sản lượng cả nước Phần diện tích thanh long còn lại phân bố ở một số tỉnh miền Nam như Vĩnh Long, Trà Vinh, Tây Ninh, Bà Rịa – Vũng Tàu và một số tỉnh Miền Bắc như Lạng Sơn, Vĩnh Phúc, Hải Dương, Quảng Ninh, Thanh Hóa và Hà Nội

Thanh long có nhiều chất dinh dưỡng, chẳng hạn như beta-carotene, lycopene

và vitamin E, và nó có chứa các axit béo thiết yếu (Ariffin và cộng sự, 2008; Charoensiri và cộng sự, 2009) Hiện nay, thanh long được chế biến thành các sản phẩm như bột thanh long, thanh long chiên, sấy (chips, snack), nước thanh long đón hộp (theo trang triển lãm các sản phẩm tự nhiên- natural products expo connect) Vỏ thanh long thường được coi là chất thải, trong khi đó lượng bỏ thải này chiếm 25% trọng lượng quả thanh long (Liaotrakoon, 2013) Tuy nhiên, đã có báo cáo rằng vỏ thanh long có thể được sử dụng làm nguyên liệu để chiết xuất pectin (Muhammad và cộng sự, 2014; Thirugnanasambandham và cộng sự, 2014)

Pectin là một họ của polysaccharides giàu acid galacturonic bao gồm homogalacturonan, rhamnogalacturonan I, rhamnogalacturonan II và xylogalacturonan (Mohnen, 2008) Tùy theo mức độ este hóa (DE), pectin được chia thành hai nhóm chính: pectin có DE>50% được gọi là pectic methoxyl cao (pectin có

2

phân tử lượng cao) trong khi pectin methoxyl thấp (pectin có phân tử lượng thấp) có DE<50% (Morris và cộng sự, 2000) Pectin được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như chất làm đặc, chất nhũ hóa, chất tạo gel, chất ổn định và cũng là chất thay thế chất béo (Maran và cộng sự, 2013)

Mục tiêu của đề tài

1 Xác định ảnh hưởng của phương pháp xử lý bằng acid citric đến tính chất lý hóa của LMP từ vỏ quả thanh long;

2 Đánh giá hiệu suất thu hồi LMP;

3 Xác định cấu trúc hình thái học bề mặt của pectin thu nhận từ vỏ quả thanh long

Ý nghĩa của đề tài

Pectin phân tử lượng cao (HMP) tạo gel ở khoảng pH hẹp (2,0-3,5) với sự có mặt của đường sucrose ở nồng độ cao hơn 55% w/v trong môi trường Trong quá trình tạo gel của HMP, các vùng liên kết được tạo ra nhờ liên kết chéo của hai hoặc nhiều phân tử pectin Những liên kết này được ổn định bởi lực tương tác phân tử yếu như liên kết hydro và nhóm kỵ nước giữa các nhóm methyl-este phân cực và không phân cực; và đòi hỏi hàm lượng đường cao và pH thấp (McClements DJ, 2016) Pectin phân tử lượng thấp (LMP) được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm

để tạo thành các loại mứt có hàm lượng đường thấp vì nó không yêu cầu một lượng lớn đường để tạo gel Nó cho thấy ít nhạy cảm hơn đối với axit và yêu cầu các ion Ca2 + tạo thành gel Cơ chế tạo gel trong LMP được trung gian bởi sự hình thành các liên kết canxi giữa hai nhóm cacboxyl từ hai chuỗi tiếp xúc gần nhau Han và cộng

sự (2017) quan sát thấy giá trị pH gần với điểm đẳng điện (pH = 3,50) và nồng độ canxi cao tăng cường mô đun lưu trữ và độ bền của gel bằng cách hình thành các cầu canxi ở các nhóm cacboxyl phân ly Ngoài ra, hàm lượng sucrose cải thiện độ bền của gel vì đường trung tính cung cấp các nhóm hydroxyl để ổn định gel và góp phần hình thành liên kết hydro để cố định nước tự do Mặt khác, theo Yang và cộng sự

3

(2018), LMP có thể tạo gel tương đối ổn định trong phạm vi pH từ 3,5- 9,5 sử dụng NaOH làm chất điều chỉnh pH Do đó, LMP được lựa chọn trong sản xuất thực phẩm năng lượng thấp như món tráng miệng sữa, mứt, thạch và chất bảo quản Pectin phân

tử lượng thấp (LMP) ổn định hơn so với pectin phân tử lượng cao (HMP) ở điều kiện

pH thấp và nhiệt độ cao và có thể được lưu trữ hơn một năm (Vanitha, T., & Khan,

M (2020)) Chính vì những lý do trên thêm nữa ở Việt Nam chưa có nhà máy nào sản xuất pectin mặc dù có rất nhiều nguồn thực vật chứa pectin và hàng năm có rất nhiều phế liệu thải ra từ các nhà máy sản xuất nước ép quả là nguồn chứa nhiều pectin

nên việc nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp xử lý hóa học đến

tính chất lý hóa của LMP (low methoxyl pectin) từ vỏ quả thanh long (hylocereus

undatus)” là cần thiết để đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống “xanh -

sạch - đẹp” Cụ thể, tận dụng nguồn vỏ quả thường được xem là phế liệu góp phần bảo vệ môi trường tạo ra sản phẩm an toàn và được sử dụng trong sản xuất thực phẩm năng lượng thấp

Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 80 trang, trong đó có 21 bảng, 6 biểu đồ, 37 hình Phần mở đầu

3 trang, kết luận và kiến nghị 2 trang, tài liệu tham khảo 7 trang (53 tài liệu tiếng Anh,

8 tiếng Việt và trang web) Nội dung chính của luận văn chia làm 03 chương: Chương

1 Tổng quan gồm 26 trang; chương 2 Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu gồm 21 trang và chương 3 Kết quả và thảo luận 21 trang; 6 Phụ lục minh họa phương pháp, thiết bị nghiên cứu và một số kết quả nghiên cứu

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về thanh long

1.1.1 Đặc điểm hình thái

Tên Việt Nam: Thanh long

Họ: Xương rồng

Tên tiếng Anh: Pitaya (hay Pitahaya), dragon fruit

Tên khoa học: Hylocereus spp

Thanh long có nguồn gốc từ Mexico và trung và nam Mỹ (Benzing, 1990; Britton & Rose, 1963; Haber, 1983) và sau đó thì được trồng trọt rộng rãi ở các nước Campuchia, Israel, Úc, Nicaragua, ở châu Á như Việt Nam, Đài Loan, Malaysia, Philippines (Mizrahi, Nerd & Nobel, 1997) Ở Việt Nam, thanh long đã được trồng

ít nhất 100 năm Ở châu Á thì hay được gọi với tên “dragon fruit” vì màu đỏ sáng với các “vây” (tai) xanh trên vỏ của trái

Thanh long thuộc loại thân leo trườn, dài đến 10 m, phân nhánh nhiều, bám vào các giá thể nhờ các rễ phụ rất phát triển Thân và cành đều có màu xanh lục, có 3 cạnh dẹp, mép có gai nhỏ, ngắn (2-4 gai ở mỗi mắt thân) Hoa rất to, mọc đơn độc trên cành, đường kính có thể đến 30 cm, màu trắng hay trắng ngà Hoa có nhiều lá đài và cánh, dính với nhau tạo thành ống Hoa có rất nhiều nhị Trái màu đỏ tươi, hồng hay vàng vàng, mọng nước, có nhiều gai mềm do những lá hoa còn lại, đường kính khoảng 10 cm Vỏ trái rất dễ bóc Phần thịt màu trắng hồng chứa nhiều hột nhỏ

li ti màu đen

Thanh long có các loại sau: Hylocereus undatus thuộc chi Hylocereus: có ruột

trắng với vỏ hồng hay đỏ Loại này được trồng rộng rãi ở các tỉnh Bình Thuận, Long

An, Tiền Giang, v.v Hylocereus polyrhizus (hay Hylocereus costaricensis) thuộc chi

Hylocereus có ruột đỏ với vỏ hồng hay đỏ Loại này được lai tạo từ giống thanh long

ruột trắng Bình Thuận với giống ruột đỏ nhập từ Colombia Selenicereus megalanthus

thuộc chi Selenicereus: có ruột trắng với vỏ vàng

5

Hình 1.1 Phân loại thực vật (A) Hylocereus undatus (B) Hylocereus polyrhizus

(Modh, 2010)

1.1.2 Giá trị dinh dưỡng của quả thanh long

Thanh long có nhiều thành phần chức năng và thành phần dinh dưỡng Bảng 1.1 chỉ ra thành phần hóa học trong 100g thanh long so với các trái cây nhiệt đới khác Thanh long chứa một lượng đáng kể khoáng chất như kali, phospho, natri và magie Hàm lượng các khoáng chất này trong thanh long cao hơn nhiều so với quả măng cụt, xoài và dứa (Gunasena, 2007; Stintzing, 2003; To, 1999) Các vitamin như

là vitamin C (33mg/ 100g) (Choo và Yong, 2011), vitamin B3 (0,2- 2,8 mg/ 100g), cũng được tìm thấy với hàm lượng cao ở thanh long, và một lượng nhỏ vitamin B1, B2, và A (≤ 0,05 mg/ 100g) (Stintzing, 2003; To, 1999) Giá trị năng lượng trong thanh long ruột trắng tương đối thấp so với thanh long ruột đỏ (130 kJ/ 100g so với

283 kJ/ 100g) và các loại trái cây nhiệt đới khác Tuy nhiên giá trị năng lượng của

đó có một lượng sucrose và maltose nhưng không đo đạc được (Stintzing, 2003; To, 1999) Thanh long là một loại thực phẩm axit thấp, pH từ 4,4 đến 5,1 (Gunasena, 2007; Stintzing, 2003), axit malic là axit chính trong thanh long (Nomura, 2005) Cũng như hầu hết các loại trái cây, hàm lượng ẩm trong thanh long tương đối cao (83-89g/ 100g quả tươi)

Một lượng pectin cũng được tìm thấy trong thịt quả thanh long (Mahattanatawee, 2006) và trong vỏ quả thanh long (Jamilah, 2011) Chất nhầy trong

mô thịt bao bọc hạt có chứa các polysaccharide (Wichienchot, 2010) Thanh long chứa các oligosaccharides (khoảng 90g/ kg) bao gồm một số fructooligosaccharides như 1-kestose, 6-kestose, và neokestose (1 đường glucose à 2 đường fructose), hoặc nystose, bifurcose và neobifurcose (1 đường glucose và 3 đường fructose), hoặc stachyose (3 đường glucose và 1 đường fructose) Các fructooligosaccharides mang đặc tính của prebiotic và mang lại nhiều lợi ích cho đường tiêu hóa, bao gồm hạn chế axit trong dạ dày, hạn chế một phần enzyme α-amylase trong tuyến nước bọt, và có thể tăng khả năng kích thích sự phát triển lợi khuẩn lactobacilli và bifidobacterial (Wichienchot, 2010)

Giá trị dinh dưỡng của thanh long không chỉ giới hạn trong thịt quả và vỏ quả

mà còn trong hạt thanh long Hạt thanh long ăn được và có chứa hàm lượng cao chất béo tốt cho sức khỏe (Ariffin, 2009) Điều này phụ thuộc vào lượng vitamin E (tocopherol) và các axit béo thiết yếu (Chemah, 2010; Lim, 2010) Bên cạnh tocopherol và các axit béo, hạt thanh long còn chứa chấ xơ hòa tan như cellulose, hemicellulose và lignin (Tarpila, 2005) Tiêu thụ thanh long mang lại các lợi ích sức

7

khỏe nhờ vào các thành phần hóa học trong trong thịt quả và hạt và hoạt tính sinh khả dụng của chúng

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng (trong 100g khẩu phần ăn thịt quả thanh

long, măng cụt, xoài, và dứa)

STT Thành phần Thanh long

ruột trắng

Thanh long ruột đỏ

Măng cụt

(Ganusena, 2007; Kansci, 2008; Stintzing, 2003; To, 1999)

1.1.3 Đặc điểm vỏ thanh long

Vỏ trái thanh long là phế phẩm chính còn lại từ thanh long tươi hoặc từ quá trình chế biến thanh long Vỏ chiếm khoảng 24,5% - 25,2 %(w/w) so với quả và có

8

chứa một số thành phần có giá trị (Liaotrakoon W., 2013) Giá trị pH tương đương với giá trị chất khô (7 - 9 g/ 100 g trọng lượng tươi) Hàm lượng vitamin C trong vỏ quả thanh long ruột đỏ gấp 2,5 lần so với trong vỏ quả thanh long ruột trắng tương đương với 13 mg/ 100 g và 5 mg/ 100 g Không có sự khác biệt đáng kể giữa giá trị L* (độ sáng) và giá trị a* (độ đỏ) của cả hai vỏ thanh long Trong khi giá trị b * (độ vàng) của vỏ thanh long ruột đỏ cao hơn vỏ thanh long ruột trắng

Cả hai loại vỏ thanh long cũng chứa một lượng đáng kể betacyanin (sắc tố đỏ/ tím) Theo bảng 1, tổng hàm lượng betacyanin trong vỏ quả thanh long đỏ là gấp đôi trong vỏ thanh long trắng tương đương 20 mg/100 g và 10 mg/ 100 g

Bảng 1.2 Hàm lượng chất dinh dưỡng trong vỏ thanh long ruột trắng và thanh

9

Qua khảo sát thành thành phần hóa học vỏ thanh long của P.Y.Tang (2011 (Tối ưu hóa việc tách pectin thành vỏ quả thanh long năm 2011) cho thấy vỏ thanh long chứa hàm lượng pectin cao 12,52% nên có thể nghiên cứu pectin từ nguyên liệu này

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của vỏ thanh long

Những năm gần đây thanh long luôn là loại trái cây có kim ngạch xuất khẩu

ổn định Thanh long là một trong 40 mặt hàng xuất khẩu lợi thế của quốc gia đã được Chính Phủ phê duyệt Do đặc điểm khí hậu thuận lợi, thanh long ở Bình Thuận có thể đạt năng suất tới 25 tấn/hecta Chỉ tính riêng Bình Thuận, năm 2006 tổng sản lượng trái thanh long đạt 130 nghìn tấn, trong đó xuất khẩu đạt 23 nghìn tấn thu về kim ngạch gần 14 triệu USD Theo số liệu thống kê năm 2015, Việt Nam xuất khẩu

10 khoảng 900,000 tấn thanh long (trang thương mại điện tử Việt Nam tại Úc (27 tháng

12, 2020))

Hiện nay trên thị trường thế giới có 4 loại thanh long: vỏ đỏ ruột trắng, vỏ đỏ ruột đỏ, vỏ hồng ruột đỏ và vỏ vàng ruột trắng Việt Nam xuất khẩu nhiều nhất loại thanh long vỏ đỏ ruột trắng Gần đây đã trồng được và xuất thêm loại thanh long vỏ

đỏ ruột đỏ

Thanh long nước ta được xuất khẩu sang trên 20 thị trường trong đó các thị trường lớn là Đài Loan, Trung Quốc, Hồng Kong, Singapore, Malaysia, Thái Lan, v.v và một số nước châu Âu Thị trường châu Âu dù mới thâm nhập nhưng có triển vọng phát triển, nhất là ở các nước Hà Lan, Pháp, Đức, Anh Để tăng và mở rộng cũng như thâm nhập vào nhiều thị trường hơn nữa thì Việt Nam đã xây dựng dự án GAP Dự án thanh long GAP đang hợp tác với các hộ trồng, nhà xuất khẩu và các cơ quan nhà nước nỗ lực đạt chứng nhận EuroGAP và xây dựng chiến lược quảng bá để đẩy mạnh xuất khẩu cũng như củng cố thương hiệu thanh long chất lượng cao của Việt Nam

Bên cạnh việc xuất khẩu thanh long tươi, tỉnh Bình Thuận đang xây dựng một

dự án sản xuất thanh long đóng hộp xuất khẩu trong giai đoạn 2015-2020 với công suất khoảng 4.000 tấn/ năm (Ủy ban nhân dân tỉnh Bình Thuận, Sở Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, 2015) Khi dây chuyền này đi vào hoạt động sẽ thải ra một khối lượng đáng kể vỏ thanh long (trên 1.000 tấn/ năm) Vì vậy, song song với việc phát triển các sản phẩm chế biến từ thanh long, vấn đề nghiên cứu để tận dụng vỏ quả thanh long nhằm ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm là rất cần thiết

1.2 Tổng quan về pectin

1.2.1 Giới thiệu chung về pectin

Thành tế bào thực vật được cấu tạo từ nhiều loại polysacccaride như cellulose, pectin, xyloglucan và cả protein Các thành phần này gắn kết với nhau và tạo thành

11 một mạng lưới không gian chặt chẽ Pectin chiếm một lượng khá lớn trong thành tế bào và chủ yếu nằm ở phiến giữa trong mô tế bào thực vật bậc cao

Hình 1.2 Cấu tạo thành tế bào thực vật 1.2.2 Cấu trúc và thành phần hoá học của pectin

Giống như hầu hết các polysaccharide thực vật khác, thành phần hóa học của pectin thay đổi tùy theo nguồn nguyên liệu và điều kiện chiết tách Mặc dù pectin được phát hiện cách đây 200 năm nhưng thành phần và cấu trúc của pectin vẫn chưa được xác định rõ Cấu trúc của pectin rất khó xác định vì pectin có thể thay đổi trong quá trình chiết tách, quá trình bảo quản, chế biến nguyên liệu thực vật (Novosel’ skaya, 2000) Hiện nay, pectin chủ yếu là do các acid D-galacturonic tham gia tạo thành chuỗi polymer bằng liên kết α (1-4) glycosidic, trong đó có một số có nhóm carboxyl bị este hóa với methyl đối với pectin tự nhiên và trong một số loại pectin thương mại còn chứa cacboxamide (Hình 1.3) (Mukhiddinov Z.K., 2000)

Tỷ lệ giữa lượng acid galacturonic este hóa với methyl so với tổng số đơn vị acid glacturonic hiện diện trong pectin được gọi là mức độ este hóa Dựa vào chỉ số

DE có thể phân loại pectin thành hai nhóm: pectin có DE> 50% gọi là HMP, pectin

có DE< 50% gọi là LMP Amidated pectin là pectin chiết tách bằng dung dịch amoniac, kết quả tạo ra sản phẩm có chứa các nhóm chức este với nhóm amide (Oni

Trong dung dịch, pectin xoay tròn và cong chiếm một khoảng không gian lớn, chúng thường xuyên va chạm với nhau, tạo ra ma sát, tiêu thụ năng lượng và do đó tạo ra độ nhớt Khi có mặt của calcium, độ nhớt của dung dịch pectin tăng hơn 80 lần

so với độ nhớt của dung dịch không có canxi vì canxi có thể tương tác với pectin để tạo gel (Alistair M.S., 2006; Terpstra L.J., 1998)

Tính chất độc đáo nhất của pectin là khả năng tạo gel với sự có mặt của đường

và acid hoặc các ion Ca2+ Tính chất tạo gel này làm cho nó có một vai trò quan trọng trong nhiều sản phẩm thực phẩm Cơ chế tạo gel của pectin được điều chỉnh chủ yếu bởi mức độ este hóa

14

HMP tạo gel khi có mặt của đường và acid bằng cách giảm hiện tượng hydrate hoá Khi thêm acid vào, các nhóm tích điện có khả năng ngậm nước cao chuyển thành nhóm acid carboxylic ít ngậm nước và không tích điện Việc giảm số lượng điện tích

âm này không chỉ làm giảm lực hút giữa các phân tử pectin và nước mà còn làm giảm lực đẩy giữa các phân tử pectin Đường tiếp tục làm giảm khả năng hydrate hóa của pectin bằng cách cạnh tranh lấy nước Những điều kiện này làm giảm khả năng phân tán của pectin (Alborzi, S., 2012; Alistair M.S., 2016) Quá trình tạo gel của HMP và LMP được thể hiện như sơ đồ hình 1.7 và hình 1.8 Giá trị pK của pectin rất khác nhau tuỳ theo chỉ số DE của pectin (Oni Y., 2011)

Hình 1.7 Sơ đồ tạo gel của HMP (Debabandya M.,

2010)

Hình 1.8 Sơ đồ tạo gel của LMP (Chatchaya O., 2011)

LMP tạo gel cần phải có cation hóa trị hai, thường là canxi Ở LMP, tỷ lệ các nhóm COO- cao do đó các liên kết giữa những phân tử pectin sẽ được tạo thành qua

15 cầu nối là Ca2+ Cơ chế tạo gel của LMP được dựa trên mô hình “hộp trứng” như mô hình tạo gel ở hình 1.8 Cấu trúc của gel phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ và gel này có tính đàn hồi (Pranoto Y., 2011)

Pectin có khả năng kết hợp với các polysaccharide khác và tạo thành gel, đặc biệt là với alginate Sự tương tác hiệu quả giữa các pectin và protein được cho là trung tâm để phát triển kết cấu thực phẩm đạt yêu cầu Những hệ gel này mạnh và đàn hồi hơn khi thêm cầu nối liên kết như ion canxi (Odoric P.T., 2012) Gần đây người ta nghiên cứu đến sự tương tác giữa pectin và một số loại keo khác như quá trình tạo gel của LMP với guar, tinh bột oxy hóa, maltodextrin từ khoai tây và gum arabic Khả năng tương tác giữa các chất này tốt khi các chất có khả năng tương thích không gian cao (Odoric P.T., 2012)

1.2.4 Giá trị dinh dưỡng và giá trị sinh học của pectin LMP

Pectin dùng để chế biến thuốc tiêm để cầm máu trước và sau khi phẫu thuật răng hàm, tai mũi họng, phụ khoa, chữa chảy máu đường tiêu hóa, tiết niệu Dung dịch 5% còn được sử dụng như thuốc sát trùng H2O2 (nước oxy già) trong răng hàm mặt, tai mũi họng (không gây sót lại cầm máu tốt)

Các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Thực phẩm Anh mới đây phát hiện một loại sợi gọi là pectin trong phần lớn rau quả tươi, có thể ngăn chặn nguy cơ phát triển ung thư Sau khi nghiên cứu tác dụng của pectin trong phòng thí nghiệm nhóm chuyên gia do giáo sư Vic Morris dẫn đầu (Victor J Morris và cộng sự, 2013)

Pectin còn được sử dụng nhiều trong thức ăn kiêng cho những người mắc bệnh tiểu đường Loại thức ăn này thường có hàm lường đường thấp Chế độ ăn uống không hợp lý có thể dẫn đến nhiều bệnh về lối sống như béo phì, tăng huyết áp và ung thư Việc giảm lượng đường và chất béo, và đưa vào các chất phụ gia thực phẩm không làm giảm chất lượng của sản phẩm, sau đó được người tiêu dùng đánh giá là hấp dẫn hơn Các chất phụ gia như vậy bao gồm hydrocolloid từ rau quả có khả năng liên kết nước cao cũng như khả năng làm đặc, tạo keo và mang lại giá trị lợi ích sức khỏe Như đóng vai trò của chất xơ và do đó cho phép tạo ra cảm giác no Do đó là một thành phần trong chất xơ ăn kiêng (Agnieszka Ciurzynska, 2016)

để tăng hiệu quả tạo gel

Bảng 1.4 Tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm pectin theo tiêu chuẩn IPPA STT Tên các chất trong sản phẩm Đơn vị Hàm lượng cho phép

(Nguồn: Hiệp hội các nhà sản xuất pectin trong thế giới)

1.2.5.1 Ứng dụng của pectin trong công nghệ thực phẩm

Ứng dụng của pectin trong công nghệ chế biến rau quả (Nguyễn Anh Trinh, 2011)

Pectin là chất tạo đông tốt nhất được sử dụng để tạo ra cấu trúc gel cho sản phẩm, chủ yếu là những thực phẩm có nguồn gốc từ rau quả Nó có khả năng giữ mùi

tự nhiên trong kẹo đông hay các sản phẩm khác, không gây mùi lạ

Tác dụng tạo đặc của pectin được sử dụng chủ yếu ở những loại thực phẩm

mà quy định không cho phép sử dụng những loại gum có giá thành rẻ hơn hay ở những sản phẩm cần có hình dáng thật tự nhiên

17

Hình 1.9 Các sản phẩm rau quả sử dụng pectin

High methoxyl pectin (HMP) dùng trong mứt trái cây và mứt đông Vai trò của pectin là nhằm tạo ra cấu trúc cho mứt đông và mứt trái cây để cho những sản phẩm này khi vận chuyển vẫn không bị thay đổi cấu trúc, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản phẩm và làm giảm tối đa sự phân rã Quá trình sản xuất mứt đông và mứt trái cây phải đảm bảo sự phân bố đông đều của các phân tử trong pha liên tục ngay từ khi quá trình khuấy trộn ngừng lại Hàm lượng pectin sử dụng trong mứt và mứt đông thường trong khoảng 0,2 - 0,4%

Pectin có khả năng tạo gel nhanh có giá trị đặc biệt trong sản xuất mứt vì yêu cầu của sản phẩm phải tạo được gel, tạo đặc trước khi đóng hộp

Ứng dụng của pectin trong công nghiệp bánh kẹo

Pectin tăng tính hấp dẫn, tạo cấu túc đàn hồi, tăng mùi vị trái cây tự nhiên và tạo bề mặt láng bóng cho sản phẩm Pectin là chất tạo gel tốt, tan nhanh và ổn định

Vì vậy, pectin được sử dụng nhiều trong công nghiệp bánh kẹo như: mứt quả, kẹo dẻo, lớp mặt của bánh kem, bánh ngọt nhân hoa quả…

Ứng dụng của pectin trong công nghiệp chế biến sữa

Pectin bổ sung hương vị trái cây cho các sản phẩm sữa chua Cho pectin vào sữa lên men với liều lượng vừa đủ, trộn đều để được dung dịch đồng nhất Trong yaourt trái cây, pectin tạo nên cấu trúc mịn, giúp phân bố đều các mẫu trái cây nhỏ trong sữa và nó còn làm cho sản phẩm có bề mặt nhẵn bóng Trong các sản phẩm nhiều lớp, pectin còn có tác dụng ổn định và giữ cho trái cây không bị tách khỏi yaourt Trong yaourt uống, pectin bảo vệ protein không bị biến tính trong quá trình tiệt trùng, ngăn chặn protein kết tủa và kết tủa đông, giúp sản phẩm ổn định và đạt tính chất cảm quan tốt không bị giảm chất lượng ngay cả khi bảo quản một thời gian

18 dài, nhằm cải thiện cấu trúc yaourt, tạo kết tủa dạng mịn và làm tăng giá trị cảm quan thực phẩm trong sữa chua

Ứng dụng trong chế biến nước giải khát

Việc sử dụng pectin trong sản xuất đồ uống rất phù hợp vì chúng có carbohydrat tự nhiên năng lượng thấp và ổn định tính đục của sản phẩm

1.2.5.2 Ứng dụng trong y tế

Pectin là một loại chất xơ hòa tan có tác dụng giảm cholesterol trong máu, chữa các bệnh đường ruột Dung dịch pectin 5% còn được sử dụng như thuốc sát trùng H2O2

Pectin đã được chứng minh là có nhiều hoạt tính dược lý như một số hoạt động kích thích miễn dịch, hoạt động chống di căn, hoạt động chống loét, hoạt động chống thận, tác dụng giảm cholesterol, v.v Pectin cũng được áp dụng để phân phối thuốc

và làm thuốc chủng ngừa bệnh sốt thương hàn Các hoạt động dược lý được quan sát thấy trong pectin và polysaccharid pectic dường như phụ thuộc vào cấu trúc carbohydrate Nhiều hoạt động dược lý đã được xuất hiện ở vùng phân chia này, nhưng một số vùng như rhamnogalacturonan II trọng lượng phân tử cao cũng cho thấy khả năng điều hòa lên thụ thể Fc đối với đại thực bào Ngay cả khi pectin tự nhiên không có hoạt tính, các biến đổi hóa học và enzym có thể cung cấp sản phẩm hữu ích cho việc chăm sóc sức khỏe Các quan sát hiện tại cho thấy rằng ứng dụng của pectin trong việc chăm sóc sức khỏe mang lại nhiều khả năng có lợi cho con người (Yamada H., 1996)

1.2.6 Các phương pháp trích ly pectin

Quá trình thu nhận pectin gồm 3 công đoạn chính như sau:

Chiết tách pectin trong nguyên liệu → Kết tủa pectin → Hoàn thiện sản phẩm pectin

Công đoạn chiết tách pectin: pectin trong nguyên liệu bao gồm pectin hòa tan và

protopectin không tan Protopectin nằm dưới dạng liên kết với các thành phần khác của thành tế bào thực vật, vì vậy công đoạn đầu tiên trong qui trình thu nhận pectin

là làm đứt các liên kết để chuyển protopectin từ thành tế bào ra bên ngoài dưới dạng pectin hòa tan

Công đoạn kết tủa pectin: để kết tủa pectin có thể sử dụng các loại rượu như

19 isopropanol, methanol, ethanol Ngoài ra có thể dùng các tác nhân kết tủa khác như nhôm clorua, nhôm hydroxide và sunfate Theo Ranajit K.S và cộng sự (2013), các pectin mang điện tích âm sẽ liên kết với keo mang tích điện dương tạo kết tủa, sau đó tạo thành các mạng liên kết hình giống cái lược nổi lên trên bề mặt Trong thực tế, người ta thường sử dụng rượu vì pectin có chỉ số DE cao (>70%) không kết tủa tốt với các muối và hơn nữa khi kết tủa bằng muối, phải có công đoạn rửa và loại bỏ muối ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi pectin

1.2.6.1 Chiết bằng phương pháp ngâm chiết

Chiết tách trong nước

Bằng cách gia nhiệt nguyên liệu trong nước có thể chiết tách pectin Phương pháp này không được sử dụng trong công nghiệp vì phải thực hiện trong thời gian dài

và nhiệt độ cao Hai yếu tố này sẽ dẫn đến sự thủy phân pectin trong quá trình chiết tách và rất tốn kém vì nhu cầu năng lượng cao

Chiết tách trong dung dịch acid

Hiện nay sản xuất pectin công nghiệp chủ yếu sử dụng phương pháp ngâm chiết trong dung dịch acid Protopectin trong nguyên liệu sẽ chuyển thành pectin hòa tan dưới tác dụng của acid (Khodzhaev M.A., 1993) Pectin có chỉ số este hóa cao được chiết tách hiệu quả bằng dung dịch acid yếu vì các liên kết hóa học của protopectin yếu Để thúc đẩy quá trình thủy phân của protopectin và tách pectin, người ta thường dùng dung dịch acid vô cơ (HC1, H2SO3, H2SO4, HNO3) và một số acid hữu cơ có khối lượng phân tử thấp (acetic; oxalic, citric, tartaric, v.v) (Shelukhina N.P., 1998) Trong môi trường acid mạnh liên kết glycosidic của pectin

bị thủy phân nhiều

1.2.6.2 Chiết tách bằng enzyme

Chiết bằng enzyme sẽ tạo được sản phẩm xanh và sạch nhưng giá thành cao Hơn nữa, chiết bằng phương pháp này kéo dài thời gian xử lí nguyên liệu (khoảng 20 giờ) và pectin thu được có khả năng tạo gel thấp (Sakai T., 1980) Kết quả nghiên cứu của tiến sĩ của Oni Yuliarti năm 2011 cho thấy pectin thu nhận bằng hỗn hợp chế phẩm enzyme thương mại (Cellulast 1,5L, Cellullyve TR 400 và Cytolase CL) có khối lượng phân tử thấp hơn so với pectin thu nhận bằng phương pháp acid và nước

20 Thành tế bào thực vật được cấu tạo bởi một mạng lưới chằng chịt polysaccharid bao gồm pectin Hai cách tiếp cận được phân biệt trong chiết tách pectin bằng enzyme: (a) sử dụng enzyme phân hủy và cô lập các đoạn pectin cụ thể, (b) sử dụng các enzyme có khả năng phân giải cấu trúc thành tế bào thực vật và cô lập toàn bộ phân tử pectin (Sandarani MDJC, 2017)

1.2.6.3 Chiết tách bằng dung dịch muối và kiềm

Việc sử dụng muối làm tác nhân chiết tách chủ yếu để thay thế các ion kim loại hóa trị 2 hoặc 3 của pectin hòa tan hoặc muối của pectin Các tác nhân được sử dụng là muối của kim loại hóa trị 2 hoặc 3 của acid nitric, sulfuric, acid phosphoric,

cả polyphosphat và oxalat Trên quy mô công nghiệp, việc chiết tách pectin này không còn thực hiện vì phải sử dụng một lượng muối rất lớn Hơn nữa dịch chiết pectin có chứa nồng độ muối lớn do đó rất khó để làm sạch và xử lí chất thải về sau

Chiết pectin bởi dung dịch kiềm diễn ra hiệu quả ở độ pH 7-12 Tác nhân chiết tách thường sử dụng nhất là các dung dịch của NH4OH Trong dung dịch kiềm, protopectin bị thủy phân, quá trình de-este hóa của pectin diễn ra, mạch pectin bị cắt đứt rất mạnh do đó khả năng tạo gel không cao

1.2.6.4 Chiết tách pectin bằng phương pháp siêu âm

Các phương pháp truyền thống để chiết tách pectin là gia nhiệt trực tiếp khoảng 60-100oC trong khoảng thời gian 20-360 phút và pH 1-3 Quá trình chiết này có nhược điểm là thời gian dài (Cibele F.O et al., 2016) Việc chiết có hỗ trợ siêu âm được thực hiện dựa vào cơ chế là do tác động cơ học, xâm thực khí và những hiệu ứng nhiệt dẫn đến sự tác động đến thành tế bào thực vật, làm phá vỡ thành tế bào, giảm kích thước của các chất và tăng sự chuyển động của các chất qua màng tế bào Một vài nghiên cứu cho thấy siêu âm làm tăng năng suất hoặc hiệu suất chiết cũng như giảm thời gian chiết tách pectin (Farzin Z.A et al., 2011)

21

1.2.7 Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng trích ly

1.2.7.1 Kích thước của nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu càng nhỏ thì diện tích về mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn Do đó, việc trích ly các cấu tử nguyên liệu vào dung môi sẽ trở nên dễ dàng hơn (Oana Alexandra Pătrăuţanu, 2018) Tuy nhiên, nếu kích thước của nguyên liệu quá nhỏ thì chi phí cho quá trình nghiền xé nguyên liệu sẽ gia tăng

1.2.7.2 Tỷ lệ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môi

Với cùng một lượng nguyên liệu, nếu tăng lượng dung môi sử dụng thì hiệu suất trích ly sẽ tăng theo Đó là do sự chênh lệch nồng độ của cấu tử cần trích ly trong nguyên liệu và trong dung môi sẽ càng lớn Tuy nhiên, nếu lượng dung môi sử dụng quá lớn sẽ làm loãng dịch trích ly Khi đó, phải thực hiện quá trình cô đặc hoặc xử lý dịch trích ly bằng phương pháp khác để tách bớt dung môi Như vậy, cần xác định tỷ

lệ phù hợp giữa khối lượng và dung môi

1.2.7.3 Nhiệt độ trích ly

Về mặt lý thuyết, dưới nhiệt độ cao, các mô thực vật bị mềm đi và các tương tác yếu ảnh hưởng đến màng tế bào Kết quả là, các hợp chất phenolic có thể được chiết xuất dễ dàng vào dung môi (Shi J và cộng sự, 2003) Tuy nhiên, thời gian chiết kéo dài ở 80°C sẽ làm giảm năng suất chiết vì nhiệt độ cao gây ra quá trình oxy hóa

và phân hủy các hợp chất mong muốn (Naczk M., 2004)

22

1.2.7.4 Thời gian trích ly

Khi tăng thời gian trích ly thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ gia tăng Tuy nhiên, nếu thời gian trích ly quá dài thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ không tăng thêm đáng kể Theo kết quả nghiên cứu của Mollea và cộng sự (2008), Wai và cộng

sự (2009) thì cho thấy hiệu suất thu hồi pectin của ông cũng đạt cao nhất khi ủ trong

60 phút

1.2.7.5 Nồng độ acid

Sử dụng acid citric để chuẩn hóa do các nghiên cứu trước đã tiến hành khảo sát loại dung môi cho hiệu suất pectin cao Bên cạnh đó, acid citric là một acid hữu cơ có tác dụng điều vị trong thực phẩm và an toàn cho người sử dụng Tuy nhiên, tùy theo loại vỏ nguyên liệu mềm hay cứng như vỏ cà phê, vỏ dưa hấu mà lựa chon sử dụng acid mạnh hơn để phá vỡ tế bào tách pectin mà sử dụng HCl, H2SO4 để trích ly Khi chuẩn hóa nồng độ acid cao có thể gây ra sự thủy phân một phần pectin (Shaha R.K

và cộng sự, 2013) (Domeny J và cộng sự, 2014) Do đó, nó sẽ tạo ra các hạt pectin nhỏ hơn dẫn đến sự tăng độ hòa tan của chúng đến mức không có kết tủa được hình thành khi cho cồn vào (Didier Looten, 2013)

Khi nồng độ acid citric tăng từ 3 - 12% hiệu suất trích ly liên tục tăng từ 4,34

- 18,22% Tuy nhiên, khi nồng độ acid tăng từ 12% - 15% thì hiệu suất trích ly pectin giảm còn 16,03% (Phan Văn Kim Thi và cộng sự, 2016) Có thể nồng độ acid tăng làm cho các liên kết giữa các mạch polysaccharide trong vách tế bào bị phá vỡ giúp pectin được giải phóng dễ dàng hơn Nhưng khi nồng độ acid citric tăng làm pH giảm

có thể làm cho các liên kết trong chuỗi acid polygalacturonic bị phân cắt mạnh, một phần pectin bị phân hủy và dẫn đến hiệu suất trích ly pectin giảm Xu hướng tương

tự cũng được tìm thấy trong các công trình của P Kanmani và cộng sự, (2014) khi nghiên cứu trích ly pectin từ vỏ quả citrus, của Ermias Girma và cộng sự, (2016) khi nghiên cứu trích ly pectin từ vỏ chuối và vỏ xoài

1.2.7.6 Nồng độ cồn

Hiệu suất pectin tăng theo độ phân cực của dung môi kết tủa, nghĩa là cao hơn đối với metanol, tiếp theo là etanol và 1-propanol (Norziah, Fang và Karim, 2000)

23

người cũng thu được sản lượng cao hơn với etanol so với 1-propanol Metanol cho thấy ái lực hóa học cao hơn với các dung dịch pectin, và tốc độ hình thành metyl este cao hơn và dễ dàng hơn từ các nhóm cacboxylic của axit galacturonic (GalA) Do đó, metanol thúc đẩy quá trình kỵ nước tương tác và liên kết hydro cho phép tạo ra polysaccharide từ dung dịch pectic

1.2.7.7 pH

Do trong môi trường pH thấp, các liên kết giữa các mạch polysaccharide trong vách tế bào và phiến giữa bị phá vỡ, do đó pectin dễ dàng được giải phóng để khuếch tán vào dung môi Ở môi trường pH thấp hơn (pH 1,5 và pH 2,5) không chỉ các chất

có phân tử lượng lớn bị thủy phân mà các liên kết trong chuỗi axit polygalacturonic cũng bị phá vỡ dẫn đến hiệu suất thu hồi thấp (Trần Thị Định, 2007) Theo Thakur

và cộng sự (2017) và Hoefler (1999) thì gel pectin có độ bền gel cao nhất ở pH 3,2 đến 3,5 và pH tối ưu để chiết xuất pectin trong khoảng pH 2 - 2,8 (Masmoudi và cộng

sự (2008), Mollea và cộng sự, 2008, Wai và cộng sự (2009) Tuy nhiên trong nghiên cứu của Tang P.Y., Wong C.J., và Woo K.K (2011) chỉ ra rằng pH 3,5 là pH thích hợp nhất để đạt hiệu suất thu hồi pectin từ vỏ thanh long Và cũng mâu thuẫn với kết quả nghiên cứu của Wang và cộng sự (2007) và Yujaroen và cộng sự (2008) báo cáo

pH tối ưu lần lượt là 1.01 và 6

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 loãng nóng, NaOH lạnh loãng, kết tủa pectin bằng rượu etylic Việc kết tủa pectin

mì, thực phẩm chức năng và cả trong công nghiệp dược Vì vậy rất nhiều nghiên cứu

về chiết tách pectin được thực hiện, sau đây là một số công 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 môi 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 Ngoài 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