nghiên cứu quy trình chiết tách pectin từ lá xương rồng bàn chải( opuntina dillenii) và khảo sát khả năng ứng dụng dịch chiết từ lá xương rồng này làm màng bao bảo quản trái cây

Bên cạnh đó, trên thê giới hiện này đã có nhiều nghiên cứu về tác dụng dược lý của pectin trong lá xương rồng điển hình là pectin từ xường rồng Opuntina giúp điều hòa lượng đường trong m

i

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH PECTIN

TỪ LÁ XƯƠNG RỒNG BÀN CHẢI (OPUNTINA DILLENII) VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG

DỤNG DỊCH CHIẾT TỪ LÁ XƯƠNG RỒNG NÀY LÀM MÀNG BAO BẢO QUẢN TRÁI CÂY

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn : Th.s Chu Thị Bích Phượng Sinh viên thực hiện : Lương Huỳnh Ngọc Diễm MSSV: 0951100018 Lớp: 09DTP1

TP Hồ Chí Minh, 2013

ii

Minh đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài một cách thuận lợi nhất Cảm ơn phòng thí nghiệm trường đã cung cấp và phục vụ các hóa chất, dụng cụ trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Em vô cùng biết ơn sự hướng dẫn của cô Chu Thị Bích Phượng đã truyền đạt kiến thức cũng như cách hoàn thành một bài báo cáo có khoa học nhất Cảm ơn cô đã luôn theo sát chúng em trong thời gian qua

Xin cảm ơn đến các quý thầy cô và các bạn đã đóng góp ý kiến để hoàn thành đề tài một cách thuận lợi

Do kiến thức và khả năng tìm hiểu có hạn, nên chỉ dừng lại những điểm cơ bản chưa đi sâu vào các vấn đề mà cô yêu cầu Mong quý thầy cô và các bạn đóng góp thêm ý kiến để em hoàn thành bài báo cáo một cách khoa học nhất

`Xin cảm ơn

Tp Hồ Chí Minh, Ngày 10, tháng 07, năm 2013

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm

iii

vùng đất khô hạn, nghèo dinh dưỡng của Việt nam như vùng đất ven biển miền Trung, Tây Nguyên và cả trên đảo Trường Sa Ngoài tính sinh trưởng tốt trên đất xấu, đất bạc màu, xương rồng Nopal còn có ưu điểm là có độ che phủ cao, chống được cát bay Người dân các vùng này thường dùng làm hàng rào, thức ăn gia súc và chưa có thói quen dùng làm rau thực phẩm Theo

y học cổ truyền các loài xương rồng có khả năng chữa bệnh, trong đó có loại Opuntina người ta

cho rằng cây xương rồng vợt gai có tác dụng làm thuốc do trong cây có một chất nhày là heterosid flavonic Bên cạnh đó, trên thê giới hiện này đã có nhiều nghiên cứu về tác dụng dược

lý của pectin trong lá xương rồng điển hình là pectin từ xường rồng Opuntina giúp điều hòa lượng đường trong máu ở bệnh nhân tiểu đường loại II…, khả năng chiết tách và sử dụng xương

rồng còn rất ít

Xuất phát từ những vấn đề trên tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của mình là:“ Nghiên cứu quy trình chiết tách pectin từ xương rồng bàn chải (Opuntina dillenii) và khảo sát khả năng ứng dụng của dịch chiết từ lá xương rồng này làm màng bao bảo quản trái cây.”

Đề tài được thực hiện từ 22/04/2013 đến ngày 08/07/ 2013 tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp Hồ Chí Minh Đề tài đã thu nhận được các kết quả như sau:

Ở nội dung 1, chúng tôi xác định được trông xương rồng Opuntina dillenii có hàm lượng

ẩm cao 89 -92%, hàm lượng nito tổng là 0,527%, hàm lượng tro và lipid thì khá thấp lần lượt là 1,29 và 1,22%, hàm lượng vitamin C trong mẫu khá cao lên đến 110,88 mg/100g, protein trong mẫu chiếm 0,312 – 0,63%, đường khử chiếm 0,225%

Ở nội dung 2, chúng tôi đã xác định được mẫu xương rồng trưởng thành thích hợp để chiết tách pectin bằng phương pháp kiềm hóa với tỷ lệ mẫu/ dung môi thích hợp là 1/1 với pH chiết tách tối ưu cho công đoạn khử enzyme là pH4, pH cho công đoạn tách pectin là pH12, pH cho công đoạn tủa enzyme là pH2 với tác nhân acid là HCl., hàm lượng pectin thô thu được trong quy trình trên là 0,271 % và độ tinh khiết của petin thu dduocj khi thử bằng phương pháp

canxi pectac là 61,73% Chúng tôi nhận thấy rằng, pectin trong Opuntina dillenii có hàm lượng

thấp khó có thể ứng dụng để chiết tách pectin từ xương rồng này

Ở nội dung 3, chúng tôi nhận thấy dịch chiết từ xương rồng có độ nhớt rất cao có khả năng bám tốt, khi có bổ sung PEG 10% kết hợp với CaCl2 3% có thể nâng cao thời gian bảo quản sơ ri lên đến 10 ngày

Đây là đề tài có tính ứng dụng cao, nếu được tiếp tục đầu tư nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao giá trị kinh tế của cây xương rồng, góp phần phủ xanh những vùng đất khô cằn, hạn hán ở các tỉnh miền trung nước ta và cải thiện đời sống cho người nông dân

iv

1.1 Tổng quan về xương rồng Nopal Error! Bookmark not defined

1.1.1 Đặc điểm thực vật và phân bố Error! Bookmark not defined

1.1.2 Cấu trúc hình thái của cây Error! Bookmark not defined

1.1.3 Tính dược lý của cây Error! Bookmark not defined

1.1.4 Ứng dụng trong đời sống Error! Bookmark not defined

1.1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ Error! Bookmark not defined

1.2 Tổng quan về pectin Error! Bookmark not defined

1.2.1 Nguồn gốc của pectin Error! Bookmark not defined

1.2.2 Cấu tạo của pectin Error! Bookmark not defined

1.2.3 Tính chất của pectin Error! Bookmark not defined

1.3 Phân loại và các chỉ số đặc trưng Error! Bookmark not defined

1.3.2 Cơ chế tạo gel Error! Bookmark not defined

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel Error! Bookmark not defined

1.3.4 Ứng dụng của pectin Error! Bookmark not defined

1.3.5 Một số phương pháp được sử dụng để chiết tách pectin từ thực vậtError! Bookmark not defined

1.4 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước có liên quan đến đề tàiError! Bookmark not defined

1.5 Tổng quan về màng bao trong bảo quản rau quả Error! Bookmark not defined

1.5.1 Khái niệm về màng bao bảo quản rau quả Error! Bookmark not defined

1.5.2 Màng polymer sinh học Error! Bookmark not defined

2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.2 Vật liệu, hóa chất và dụng cụ nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.2.1 Vật liệu nghiên cứu Error! Bookmark not defined

v

2.3 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.3.1 Nội dung 1: Xác định một số thành phần hóa sinh của xương rồng Nopal Opuntina

dillenii Error! Bookmark not defined

2.3.2 Nội dung 2: Nghiên cứu quy trình trích ly pectin bằng phương pháp kiềm hóaError! Bookmark not defined

2.3.3 Nội dung 3: Nghiên cứu xác định các thông số thích hợp cho quá trình thu nhận

dịch chiết từ xương rồng Nopal và khảo sát khả năng sử dụng dịch chiết này làm màng

bao bảo quản trái sơ ri Error! Bookmark not defined

3.1.1 Kết quả phân tích thành phần hóa học cơ bản của lá xương rồngError! Bookmark not defined

3.1.2 Kết quả định tính hàm lượng pectin trong nguyên liệu Error! Bookmark not defined

3.2 Nội dung 2: Nghiên cứu quy trình chiết tách pectin bằng phương pháp kiềm hóaError! Bookmark not defined

3.2.1 Thí nghiệm 1: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu

suất chiết tách pectin Error! Bookmark not defined

3.2.2 Thí nghiệm 2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ở giai đoạn khử enzyme trong

quy trình tách chiết pectin từ lá xương rồng Error! Bookmark not defined

3.2.3 Thí nghiệm 3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến giai đoạn tách pectin trong

bã Error! Bookmark not defined

3.2.4 Thí nghiệm 4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến giai đọan thu pectinError! Bookmark not defined

3.2.5 Thí nghiệm 6: Kết quả xác định hàm lượng pectin có trong pectin thô bằng phương

pháp canxi pectat Error! Bookmark not defined

3.3 Nội dung 3: Nghiên cứu xác định các thông số thích hợp cho quá trình thu nhận dịch

chiết từ xương rồng Nopal và khảo sát khả năng bảo quản của dịch chiết này trên trái sơ

ri Error! Bookmark not defined

vi

3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ổn định đến quá trình chiết dịchError! Bookmark not defined

3.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát khả năng tạo màng bảo quản của dịch chiết có bổ sung

PEG Error! Bookmark not defined

4.1 Kết luận Error! Bookmark not defined

4.2 Kiến nghị Error! Bookmark not defined

vii

Hình 1 2: Cấu tạo của phiến lá xương rồng Nopal OpuntinaError! Bookmark not defined

Hình 1 3: Chồi lá xương rồng Nopal (Lê Anh Tuấn, 2008) Error! Bookmark not defined.

Hình 1 4: Hoa và gai xương rồng Nopal Opuntia (Lê Anh Tuấn, 2008)Error! Bookmark not defined

Hình 1 5: Phiến lá xương rồng Nopal Opuntia. Error! Bookmark not defined.

Hình 1 6: Rễ xương rồng Nopal Opuntia Error! Bookmark not defined.

Hình 1 7: Mặt cắt ngang thân xương rồng Nopal Opuntia Error! Bookmark not defined.

Hình 1 8: Hoa xương rồng Nopal Error! Bookmark not defined.

Hình 1 9: Quả xương rồng Nopal Opuntia Error! Bookmark not defined.

Hình 1 10:Quả Nopal Opuntia cắt đôi với các hạt nhỏ và kích thước quả.Error! Bookmark not defined

Hình 1 11: Hạt xương rồng Nopal Error! Bookmark not defined.

Hình 1 12: Liên kết của cellulose với pectin Error! Bookmark not defined.

Hình 1 13: Cấu tạo đơn vị của chuỗi pectin Error! Bookmark not defined.

Hình 1 14 Công thức HM pectin Error! Bookmark not defined.

Hình 1 15:Công thức LM pectin Error! Bookmark not defined.

Hình 1 16 : Cơ chế tạo gel bằng liên kết hidro Error! Bookmark not defined.

Hình 1 17 Cơ chế tạo gel bằng liên kết canxi Error! Bookmark not defined

Hình 3 1Hình minh họa mẫu lá xương rồng già và non Error! Bookmark not defined.

Hình 3 2Kết quả thí nghiệm định tính pectin (A, B: lần lượt là mẫu lá xương rồng già và

non; mũi tên chỉ vết vẩn đục hay kết tủa) Error! Bookmark not defined.

Hình 3 3.Ảnh hưởng của pH đến tốc độ phản ứng của enzymeError! Bookmark not defined

Hình 3 4 Lá xương rồng trước và sau khi cắt gai. Error! Bookmark not defined.

Hình 3 5: Lá cương rồng đã được cắt hạt lựu Error! Bookmark not defined.

Hình 3 6Đun xương rồng ở 85oC trong 20 phút. Error! Bookmark not defined.

Hình 3 7Mẫu xương rồng sau khi đun và đang làm nguội Error! Bookmark not defined.

Hình 3 8Thao tác lọc hỗn hợp sau quá trình đun và làm nguội.Error! Bookmark not defined

Hình 3 9Dùng mấy lắc để khuấy đảo hỗn hợp Error! Bookmark not defined.

Hình 3 10Pectin thô thu được trong giai đoạn tủa pectin từ phần rắnError! Bookmark not defined

viii

Hình 3 13Sản phẩm pectin thô thu được. Error! Bookmark not defined.

Hình 3 14:Sự biến đổi màu sắc, trạng thái của mẫu trái sơ ri theo thời gian bảo quảnError! Bookmark not defined

Hình 3 15:Sự biến đổi màu sắc, trạng thái của mẫu trái sơ ri theo thời gian bảo quảnError! Bookmark not defined

ix

Bả ng 1 2 Thành phần hóa học của quả O dillenii tại một số vị trí địa lýError! Bookmark not defined

Bả ng 1 3:Thành phần hợp chất flavonoid trong Opuntia dilleniiError! Bookmark not defined

Bảng 1 4: Điều kiện tạo gel của pectin Error! Bookmark not defined

Bảng 3 1:Thành phần hóa học cơ bản của lá xương rồng Opuntina dilleniiError! Bookmark not defined

Bảng 3 2Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi đến hàm lượng

pectin thu được Error! Bookmark not defined.

Bảng 3 3Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH khử enzyme đến hàm lượng pectin thôError! Bookmark not defined

Bảng 3 4Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH giai đoạn tách đến hàm lượng pectin thôError! Bookmark not defined

Bảng 3 5: Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng trong giai đoạn thu pectinError! Bookmark not defined

Bảng 3 6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại acid đến hàm lượng pectin thôError! Bookmark not defined

Bảng 3 7: Hàm lượng pectin có trong mẫu pectin thô Error! Bookmark not defined.

Bảng 3 8 Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ mẫu /dung môi đên khả năng thu hồi dịch chiếtError! Bookmark not defined

Bảng 3 9Kết quả ảnh hưởng của thời gian ổn định đến khả năng thu hồi dịchError! Bookmark not defined

x

pectin thu được Error! Bookmark not defined.

Biểu đồ 3 2Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH khử enzyme đến hàm lượng pectin thôError! Bookmark not defined

Biểu đồ 3 3Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH giai đoạn tách đến hàm lượng pectin thôError! Bookmark not defined

Biểu đồ 3 4 Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng trong giai đoạn thu pectinError! Bookmark not defined

Biểu đồ 3 5: Ảnh hưởng của loại acid đến hàm lượng pectin thôError! Bookmark not defined

Biểu đồ 3 6: Kết quả khảo sát khả năng thu hồi dịch với các tỷ lệ mẫu/dung môi khác

nhau Error! Bookmark not defined.

Biểu đồ 3 7: Khảo sát khả năng thu hồi dịch với các tỷ lệ mẫu/dung môi khác nhauError! Bookmark not defined

Biểu đồ 3 8: khảo sát sụ hao hụt khối lượng khi bổ sung PEG (bảng khác).Error! Bookmark not defined

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 1

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài:

Xương rồng bàn chải (Opuntina dillenii ) thuộc họ Cactaceae có thân lá

phủ đầy gai, hình như tai vợt, mộc thành bụi lớn, phân bố dều ở các tỉnh miền Trung Nam Bộ Xương rồng Nopal sinh trưởng rất nhanh và rất thích hợp với vùng đất khô hạn, nghèo dinh dưỡng của Việt nam như vùng đất ven biển miền Trung, Tây Nguyên và cả trên đảo Trường Sa Ngoài tính sinh trưởng tốt trên đất xấu, đất bạc màu, xương rồng Nopal còn có ưu điểm là có độ che phủ cao, chống được cát bay Người dân các vùng này thường dùng làm hàng rào, thức ăn gia súc và chưa có thói quen dùng làm rau thực phẩm Theo y học cổ

truyền các loài xương rồng có khả năng chữa bệnh, trong đó có loại Opuntina

người ta cho rằng cây xương rồng vợt gai có tác dụng làm thuốc do trong cây

có một chất nhày là heterosid flavonic Bên cạnh đó, trên thê giới hiện này đã

có nhiều nghiên cứu về tác dụng dược lý của pectin trong lá xương rồng, khả

năng chiết tách và sử dụng xương rồng còn rất ít

Xuất phát từ những vấn đề trên tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của mình là: “

Nghiên cứu quy trình chiết tách pectin từ xương rồng bàn chải (Opuntina dillenii) và khảo sát khả năng ứng dụng của dịch chiết từ lá xương rồng này dung làm màng bao bảo quản trái cây.”

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

-Xương rồng bàn chải (Opuntina dillenii ) được thu hái ở các tỉnh miền

trung

3.2 Phạm vi nghiên cứu

-Nghiên cứu chiết pectin từ xương rồng

-Xác định tính chất của pecin chiết tách

-Ứng dụng kết quả nghiên cứu tạo màng bao bảo quản trái cây

4.Phương pháp nghiên cứu:

4.1 Xác định một số thành phần hoá sinh của lá xương rồng

- Xác định hàm lượng nước phương pháp trọng lượng

- Xác định hàm lượng protein thô theo phương pháp Kjeldahl

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 2

- Xác định hàm lượng đường khử theo phương pháp DNS

- Xác định hàm lượng vitamin C bằng phương pháp chuẩn độ vứi iod

- Xác định hàm lượng khoáng tổng số bằng phương pháp tro hoá

- Xác định hàm lượng lipid theo phương pháp Soxhlet

4.2 Xây dựng quy trình chiết tách pectin

- Lựa chọn quy trình chiết tách

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng pectin : dung môi, tỷ lệ dung môi,nhiệt độ, thời gian, pH

5.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.1 Ý nghĩa khoa học

- Xác định một số thành phần hoá học của xương rồng

- Xác định một số yếu tố công nghệ trong quá trình chiết tách, thu nhận pectin với hiệu suất cao

- Xây dựng quy trình tạo màng

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Cung cấp thông tin về nguồn pectin trong thân xương rồng phục vụ cho quá trình khai thác, ứng dụng pectin sau này

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về xương rồng Nopal

1.1.1 Đặc điểm thực vật và phân bố

Hình 1.1 Lá xương rồng Nopal Opuntina dillenii

Xương rồng Nopal thuộc xương rồng dạng phiến là loại xương rồng ăn được, mọc tự nhiên rất nhiều trong các xa mạc Tây Bắc Mexico và Tây Nam Hoa Kỳ,

có tên tiếng Anh là Prickly Pear Cactus ( tạm gọi là Xương rồng lê gai ) Tên dân gian là xương rồng bàn chải, xương rồng vợt, xương rồng tay thỏ…

Theo hệ thống phân loại thực vật :

Tên khoa học của cây là: Opuntia dillenii

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 4

Xương rồng Nopal là một cây rất dễ tính Vốn là cây của sa mạc, với đặc điểm hình thái phù hợp: lớp bì sáp trên lá dày tránh mất nước, cành lá chứa một lượng lớn nhu mô có tác dụng như một “ bể nước” cho mô diệp lục tố hoạt động, xương rồng Nopal có thể sinh trưởng và phát triển trên đất cát sa mạc, trên vùng đất khô cằn, đất bạc màu, nghèo dinh dưỡng với một lượng mưa hằng năm cực thấp

Ở Việt Nam, cũng có loại xương rồng Nopal bản địa, mọc tự nhiên, nông dân cũng có dùng cho gia súc nhưng chưa có thói quen dùng làm thực phẩm cho người Xương rồng Nopal châu Mỹ được du nhập và nghiên cứu từ năm 2002 tại Trung tâm sinh học thực nghiệm Hà Nội (Viện ứng dụng công nghê, Bộ khoa học và công nghệ) Hiện nay, xương rồng Nopal đã được nhân giống thành công bằng 2 phương pháp nuôi cấy mô và kỹ thuật phân nhánh Năm 2006 -2007, trung tâm đã đưa trồng khảo nghiệm tại tỉnh Bình Phước và

Bà Rịa – Vũng Tàu Cây xương rồng tiểu mộc cao đến 0,5 -3m, thân có những lóng dẹp hình vợt, xanh dợt, mang nhiều nuốm có gai Hoa vàng rồi đỏ to, phiến hoa nhiều Phì quả to 4-5 cm màu đỏ đậm Hiện nay, xương rồng Nopal được trồng rải rác (làm hàng rào hoặc làm cảnh) ở vùng Duyên Hải từ Huế đến Bình Thuận (Trần Bá Thoại, 2011)

Hình 1.2 Cấu tạo của phiến lá xương rồng Nopal Opuntina

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 5

Hình 1.2 thể hiện cấu tạo của phiến lá xương rồng Nopal Opuntina

Phiến lá có dạng phẳng hình thành từ các khớp nối với thân (cladode) Trên phiến lá có những gai nhọn, cứng, kích thước 2 - 3cm (spine) Dưới chân gai là các núm gai (areole) có chứa các sợi lông nhỏ (glochids), chúng bám chặt vào gốc gai và sẽ bung ra khi nhổ phần gai

Xương rồng Nopal sinh trưởng rất nhanh và rất thích hợp với vùng đất khô hạn, nghèo dinh dưỡng của Việt nam như vùng đất ven biển miền Trung, Tây Nguyên và cả trên đảo Trường Sa Ngoài tính sinh trưởng tốt trên đất xấu, đất bạc màu, xương rồng Nopal còn có ưu điểm là có độ che phủ cao, chống được cát bay ( Trần Bá Thoại, 2008)

Nopal sinh trưởng nhanh, đạt chiều cao 4 - 5 m, đường kính tán 3 - 4 m, sinh khối có thể đạt từ 120 - 400 tấn/ha Cây sinh trưởng và phát triển tốt ở địa hình có độ cao từ 0 - 2.400 m, chịu nóng đến 500C và thời tiết khô hạn Về mặt dinh dưỡng, lá xương rồng Nopal giàu carbohydrat, vitamin, canxi, acid amin (lysin, isoleucin, treonin, valin, leucin, triptophan, metiomin và phenilanin, ) nên có thể dùng làm rau (vị gần giống như ớt Đà Lạt, chế biến hoặc ăn sống như dưa leo), dược liệu (phòng trị các bệnh rối loạn tiêu hóa, béo phì, tim mạch, tiểu đường Trái có vị chua ngọt, có thể dùng làm trái cây ăn tươi (có khả năng giảm cholesterol, kháng viêm, chữa khô miệng, chán ăn) Theo các nghiên cứu nước ngoài thì hoa xương rồng đặc biệt hiệu quả trong điều trị u tuyến tiền liệt Ngoài ra, Nopal còn được ứng dụng trong sản xuất mỹ phẩm (hiện đã có trên 50 sản phẩm), làm chất nhuộm màu thực phẩm không độc hại…

Hiện tại, các nhà khoa học Việt Nam đã nhân giống được 15 loại xương rồng Nopal gồm 7 loại Nopal rau, 5 loại Nopal ăn quả và 3 loại Nopal làm thức

ăn cho gia súc và sẵn sàng chuyển giao cho bà con nông dân (Nguyễn Thị Ngọc Mai, Lương Thị Loan, 2010)

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 6

Hình 1.3 Chồi lá xương rồng Nopal (Lê Anh Tuấn, 2008)

1.1.2 Cấu trúc hình thái của cây

Gai

Liên tưởng đến cây xương xồng, mọi người đều nghĩ hình ảnh một loại thực vật trơ trụi lá, thân thể bao quanh bằng các lưỡi gai nhọn Gai xương rồng chính là lá của chúng bị biến đổi Một số xương rồng, gai và lông đều mọc lên

từ các cụm chân gai (areoles) Mục đích gai và lông là:

- Giảm thiểu tối đa sự thoát hơi nước

- Đón bắt lượng mưa và sương đêm ít ỏi của vùng hoang mạc

Chống lại các kẻ thù gây hại, nhất là các loài thú Đối với các cây con mọc ra từ thân, nếu vì một nguyên nhân nào đó mà rụng xuống, gai có nhiệm

vụ cố định chúng lại chung quanh thân cây mẹ hoặc bám vào lông thú vật để chuyển đến một vùng đất khác Nhờ có gai, cây con ít bị gió lốc và dòng chảy cuốn đi khỏi nơi chúng vừa bám rễ

Hình 1.4 Hoa và gai xương rồng Nopal Opuntia (Lê Anh Tuấn, 2008)

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 7

Da cây

Da cây xương rồng thường trơn láng, có độ dai dẻo nhất định, ít có tế bào khí khổng Mục đích là để hạn chế sự mất nước và giảm ảnh hưởng của bức xạ mặt trời

Hình 1.5 Phiến lá xương rồng Nopal Opuntia

Rễ

Bộ rễ xương rồng thường bò lan theo chiều ngang hơn là chiều sâu Lý

do chính là lượng nước trong đất nơi nó sống thường tập trung ở phần lớp đất mặt (do lượng mưa ít nên những vùng này nước ngầm rất sâu hoặc không có vỉa nước ngầm)

Hình 1.6 Rễ xương rồng Nopal Opuntia

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 8

Cấu tạo thân lá

Bên trong thân cây xương rồng là các màng nhầy dạng gel Chính có dạng này xương rồng mới giữ được một lượng nước lớn trong cơ thể để có thể chịu đựng sự khô hạn trong một thời gian dài

Hình 1.7 Mặt cắt ngang thân xương rồng Nopal Opuntia

Lá của O dillenii đã được phân tích một cách tương ứng với lá của O

inermis có thành phần trung bình sau khi thu hoạch 13-20 cm chiều dài, độ ẩm

91,7% trọng lượng tươi; protein 12,2, lipid 2,3, carbohydrate 55,5, chất xơ thô 13,8, và tro 16,8 phần trăm chất khô; acid ascorbic 17,9 và carotenoids 38,4 mg trên 100 g nguyên liệu tươi (Rodriguez – Felix and Cantwell, 1998)

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 9

Bảng 1.1 Hàm lượng pectin trong Opuntia và 1 số loài khác

(M.Goycoolea,2003)

Loài Pectin tổng số(%) Protopectin (%) Pectin hòa tan(%)

Wet Weight

Dry Weight

Wet Weight

Dry Weight

Wet Weight

Dry Weight

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 10

Hoa

Hoa xương rồng thường có màu sắc rực rỡ, nổi bậc trong khung cảnh hoang vắng của hoang mạc Mục đích của màu sắc là để hấp dẫn các loại côn trùng đến để tạo thuận lợi cho sự thụ phấn giúp bảo tồn nòi giống

Hình 1.8 Hoa xương rồng Nopal

Trái

Trái xương rồng có vị ngọt, nhiều hạt Điều này kích thích các loại chim, dơi đến ăn và sau đó mang các hạt đi phát tán nhiều nơi khác để có thế hệ xương rồng về sau

Hình 1.9 Quả xương rồng Nopal Opuntia

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 11

Hình 1.10 Quả Nopal Opuntia cắt đôi với các hạt nhỏ và kích thước

quả

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của quả O dillenii tại một số vị trí địa lý

Phía nam đảo

Tenerife – Tây Ban

(Rodriguez – Felix and Cantwell, 1998)

Hạt

Hạt có nhiều trong quả của cây Nopal, hạt cứng, dẹp, màu nâu xám Hạt gồm có 2 lớp: lớp ngoài rắn chắc, lớp trong mọng nước Theo nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Bách Khoa (ĐHQG thành phố HCM) và Đại học Bách khoa Hà Nội đã lấy hạt từ quả chín đỏ của cây xương rồng Nopal được trồng tại huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận và tiến hành tách dầu béo Kết

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 12

quả thu được lượng acid béo của dầu béo từ hạt xương rồng từ 63,62% - 69,06% So sánh hàm lượng acid béo của dầu béo hạt xương rồng với các loại dầu béo từ các loại hạt khác như ngô (59%), hạt coton (49-58%), hạt đậu nành (51%), hạt thược dược (78%) hạt thuốc phiện (70%), dầu olive (10%), dầu cọ (10%), hạt hướng dương (68%), hạt nho (73%), hạt vừng (45%)… có thể nhận thấy axít béo trong dầu béo hạt xương rồng là khá cao

Đặc biệt, khi so sánh hàm lượng axít béo thu được từ dầu béo hạt xương rồng Nopal Ninh Thuận với hàm lượng axít béo thu được của dầu béo hạt xương rồng của một số nước thấy rằng: tương đương với dầu Tunisia (khoảng 70%), nhưng lại cao hơn dầu Đức (53%) tới hơn 10% và cao hơn rất nhiều so với dầu tại Trung Quốc (3%) Đây là loại axít rất tốt cho sức khoẻ, hoàn toàn không thể thiếu cho quá trình trao đổi chất ở những cơ thể mà không có khả năng tự sinh ra loại axít này

TS Trần Thượng Quảng, năm 2010, Đại học Bách khoa Hà Nội cho biết, chất béo của hạt xương rồng thường được sử dụng bổ sung để ngăn ngừa một số bệnh như ung thư, viêm da, tiểu đường, xơ vữa động mạch, cao huyết

áp, đột quỵ, chống oxy hoá, giảm đau và sử dụng trong công nghiệp làm xà

phòng, mỹ phẩm, chất nhũ hoá,…)

Hình 1.11 Hạt xương rồng Nopal

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 13

1.1.3 Tính dược lý của cây

Theo y học cổ truyền các loài xương rồng có khả năng chữa bệnh, trong

đó có loại Opuntina Trong Đông Y người ta cho rằng cây xương rồng vợt gai

có tác dụng làm thuốc do trong cây có một chất nhày là heterosid flavonic

Xương rồng có tính vị đắng, tính mát, có tác dụng hành khí, hoạt huyết, thanh nhiệt, giải độc, tán ứ, giảm ho

Rễ và thân xương rồng được dùng để chữa tâm vị khí thống, bang, lỵ, trĩ

ra máu, ho, đau họng, nhọt phổi…Người ta dung toàn cây và rễ chữa viêm loét

dạ dày – hành tá tràng, ly, cấp tính, ung độc và phỏng

Theo Tây y, xương rồng Nopal cho nhiều lợi ích , trong đó có tác dụng điều hòa đường huyết và sức khỏe tim mạch Cây xương rồng lê gai là thực phẩm dinh dưỡng với 18 axit amin, vitamin B, khoáng chất và nhiều chất có hoạt tính sinh học Cây xương rồng cung cấp nhiều lợi ích sức khỏe:

 Làm giảm đường huyết và điều chỉnh khối lượng đường huyết

Cây xương rồng đã được chứng minh là rất có triển vọng trong việc giảm sự tăng đường huyết và giúp điều hòa lượng đường trong máu ở bệnh nhân tiểu đường loại II Chúng có chứa hàm lượng xơ hòa tan và không hòa tan Khi ăn hoặc trước khi ăn, các loại xơ giúp ngăn chặn sự hấp thụ carbohydrate và đường vào máu khi bữa ăn đã được tiêu hóa Quá trình này có tác dụng làm giảm chỉ số đường huyết của bữa ăn và hỗ trợ sự trao đổi chất ổn định hơn của lượng đường trong máu Ngoài ra, cây xương rồng có chứa dinh dưỡng thực vật xâm nhập vào máu và giúp điều chỉnh các phản ứng tế bào với insulin Đây là một cơ chế cực kỳ quan trọng đối với những bệnh nhân bị bệnh tiểu đường loại II Một nghiên cứu lâm sàng đánh giá một nhóm người bị tiểu đường loại II, nhóm cao chỉ số đường trong máu này đã được giảm xuống mức bình thường trong vòng một giờ sau khi sử dụng chúng Người khỏe mạnh không bị tiểu đường không bị ảnh hưởng gì và không gặp bất kỳ hiện tượng giảm lượng đường trong máu

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 14

 Cây xương rồng làm giảm nồng độ cholesterol LDL

Lá cây xương rồng có chứa sợi polysaccharide và sterol làm việc với nhau để giúp LDL cholesterol thấp hơn cũng như triglyceride Chủ yếu, cây có thể làm giảm nồng độ chất béo không tốt trong máu bởi vì nó liên kết với muối mật trong ruột, ngăn ngừa tái hấp thu vào máu Ngoài ra, cây xương rồng có chứa carotenoids và glycoprotein làm tăng hoạt động trong các thụ thể gan, hỗ trợ mức lipid trong máu khỏe mạnh

 Cây xương rồng có tác dụng chống viêm

Cây xương rồng có chứa polyphenol, sterol, và glycoprotein, đó là chất chống oxy hóa và có tác dụng kháng viêm Điều này là quan trọng bởi vì các thành phần này giúp loại bỏ và ngăn ngừa mảng bám trong mạch máu Ngoài

ra, cây xương rồng có hiệu quả trong việc phòng chống bệnh viêm tim mạch

Nó thúc đẩy phục hồi nhanh hơn, chữa lành và làm dịu kích ứng da Trong nhiều thế kỷ, xương rồng đã được sử dụng để điều trị bỏng nhẹ da, vết cắt, trầy xước, vết côn trùng cắn

 Cây xương rồng và tiêu hóa

Như đã đề cập trước đây, cây xương rồng có đầy đủ các chất xơ hòa tan

và không hòa tan Các chất xơ không hòa tan trong cây cây xương rồng kích thích nhu động ruột hoạt động đều đặn Cây xương rồng hỗ trợ đường ruột khỏe mạnh và chức năng ruột Cây chứa xơ và chất nhầy đã được chứng minh giúp kiểm soát sự sản xuất acid dạ dày quá mức Chúng giúp bảo vệ màng nhầy

dạ dày, cung cấp một pH đệm và lớp phủ trong dạ dày và đường tiêu hóa có thể giúp ngăn chặn thiệt hại có thể xảy ra do ăn thức ăn quá nhiều gia vị, rượu, aspirin và các dược phẩm khác Nghiên cứu cho thấy cây xương rồng lê gai làm giảm đáng kể tình trạng viêm đường tiêu hóa và gây ra một quá trình chữa bệnh nhẹ nhàng trong trường hợp bị loét dạ dày

 Cây xương rồng Nopal còn có tác dụng giảm cân

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 15

Các chất xơ trong cây xương rồng thúc đẩy giảm cân lành mạnh bằng cách tạo cảm giác no để mọi người không cảm thấy đói và ít có khả năng ăn quá nhiều Các chất xơ cũng giúp ức chế sự hấp thu đường vào máu, có thể dẫn đến tăng cân Điều đáng khích lệ về xương rồng so với các loại hình thức giảm cân khác là xương rồng cung cấp nhiều chất dinh dưỡng và chất chống oxy hóa

có hỗ trợ sức khỏe tổng thể và dinh dưỡng

Ngoài ra, Opuntina dillenii còn có các hoạt chất chống oxy hóa

Bảng 1.3 Thành phần hợp chất flavonoid trong Opuntia dillenii

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 16

1.1.4.Ứng dụng trong đời sống

Ở Mexico , xương rồng Nopal thường được bán dạng rau qủa tươi sống, dạng đóng hộp hoặc phơi khô chủ yếu để xuất khẩu ra nước ngoài Thống kê cho thấy người dân Mexico mỗi năm sử dụng trung bình đến 6,4 kg xương rồng Có rất nhiều thức ăn thức uống của Mexico sử dụng Nopal làm nguyên liệu như: Trứng với nopal, thịt với nopal, salads Nopal, nước uống Nopal,…

Thành phần dinh dưỡng của 100g xương rồng Nopal: năng lượng 27 calo, protide 1,7g, lipid 0,3 g, glucid dạng xơ sợi hòa tan và không hòa tan, pectin, nhiều vitamin như vitamin A, vitamin nhóm B, vitamin C, nhiều chất khoáng như calci, magie, sắt , đồng (Trần Bá Thoại,2008)

Dầu béo trong hạt xương rồng chứa các acid béo không no, giá trị cao cho nhiều ứng dụng trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm Dầu béo trong hạt xương rồng chủ yếu là acid linoleic (omega 6) và acid oleic (omega 3)

1.1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ

Xương rồng Nopal Opuntia được xem là một loại cây đa lợi nhuận và

chức năng không chỉ vì đặc điểm sống dễ dàng trên vùng đất khô cằn và năng suất cao mà sản phẩm từ loại cây này cũng không ít Nổi tiếng khắp châu Mỹ La Tinh như một tá dược Loại cây này được trồng nhiều tại Mexico với 24 loài, trong đó 15 loài dùng làm thức ăn gia súc, 6 loài lấy quả

và 3 loài làm rau xanh (Opuntia ficus indi, Opuntia robusta và Nopan

cochellinifera) Mức tiêu thụ sản phẩm từ cây xương rồng bình quân của

người dân Mexico cũng đáng kể, khoảng 6.4kg/người/năm Với diện tích trồng trên 100.000 ha và năng suất thu hoạch là 350.000 tấn/năm Không chỉ

Mexico nổi tiếng với khả năng tiêu thụ Nopal mà các nước khác như

Argentina, Italia, Hoa Kỳ, Nhật Bản và Hàn Quốc cũng là những nước nhập

khẩu các sản phẩm của Nopal khá lớn

Tại Việt Nam, những vùng khô hạn miền Trung, Tây Nguyên, Ninh Thuận, Bình Thuận, Hà Tây, Hưng Yên, Thừa Thiên Huế, … là những vùng đất được hồi sinh với sức sống mới bằng loại xương rồng này, vừa tận dụng

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 17

được những vùng đất cát nóng, đất trống, tận dụng được cây bụi làm thức ăn

cho gia súc gia cầm, vừa có thêm khoảng thu nhập cho nông dân Thực trạng

chăn nuôi tại miền Trung nước ta cũng có nhiều biến động lớn, trước đây

các tỉnh như Bình Thuận, Ninh Thuận và Khánh Hòa là những vùng sỏi đá

hay cát bụi, khó có một loại cây nào sinh sống lâu bền dẫn đến việc chăn

nuôi gia súc gia cầm đều khó khăn Có lúc đàn gia súc (bò, dê, cừu) khoảng

trên 1 triệu con và đang tiếp tục tăng trưởng mạnh với tỷ lệ khoảng 20 -

25%/năm Nhu cầu thức ăn cho gia súc là một vấn đề khó khăn, trong khi

sản lượng cỏ trồng phục vụ cho ngành thức ăn gia súc chỉ mới đáp ứng được

khoảng 3.000 ha cỏ cao sản Trong suốt 6 tháng mùa khô, các nguồn cỏ và

thức ăn tự nhiên khác bị cạn kiệt Tình trạng thiếu thức ăn kéo dài đã khiến

cho 20 - 30% tổng đàn gia súc (khoảng 400.000 con) bị suy dinh dưỡng dẫn

đến bệnh dịch (lở mồm long móng, các trận rét đậm hay các đợt nắng nóng

đỉnh điểm) và chết hàng loạt Trong khi đó, vùng Nam Trung bộ có đến vài

trăm ngàn ha đất không có nước tưới trong diện có nguy cơ hoang mạc hóa,

phần lớn hầu như không thể sản xuất phần đất này có thể khai thác một

phần để đưa vào dự án “trồng xương rồng xóa đói giảm nghèo” - một giải

pháp cho vùng khô hạn Ngoài là nguồn rau xanh, thức ăn cho gia súc,

xương rồng thực phẩm còn giúp cải tạo đất, tăng độ che phủ, chống xói mòn

rửa trôi và góp phần cải thiện nguồn nước ngầm vốn rất khan hiếm tại đây

Nếu được quan tâm một cách đúng mức, rất có thể nhiều khu vực của

Khánh Hòa và các tỉnh Nam Trung Bộ sẽ có thêm một loại đặc sản hàng hóa

đặc trưng của vùng khô hạn và ngoài ra còn cải thiện tình trạng “có đất

không dùng được” của người dân nơi đây, “tăng đất trồng, tăng thu nhập”

Xương rồng Nopal trồng tại Việt Nam vẫn có chất lượng tốt để làm rau thực

phẩm.Ngoài ra, đây cũng là loài cây có giá trị về mặt dược liệu Hiện nay,

loài cây này đã được sử dụng nhiều trong các bữa ăn hàng ngày, đặc biệt tại

các hải đảo Bên cạnh đó, xương rồng Nopal là 1 loài cây đang thu hút sự

quan tâm của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 18

1.2 Tổng quan về pectin

1.2.1 Nguồn gốc của pectin

Pectin là polysaccharide có nhiều trong quả, củ, thân cây, cây có sợi như đay, gai Trong thực vật pectin tồn tại ở hai dạng: protopectin là dạng không tan, vốn có mặt chủ yếu ở thành tế bào, pectin được xem là một chất gắn kết giữa các tế bào và pectin hòa tan tồn tại chủ yếu trong dịch tế bào Khi quả đang phát triển, protopectin phân bố ở thành tế bào; khi quả bắt đầu chín, protopectin chuyển dần sang dạng pectin hòa tan dưới tác dụng của acid hữu cơ

và enzyme protopectinase có trong quả làm cho vỏ quả mềm khi chín Trong quá trình bảo quản cũng nhận thấy sự giảm dần của lượng protopectin và tăng dần lượng pectin hòa tan trong dịch quả Quá trình này cũng có thể xảy ra dưới tác dụng của acid và quá trình đun sôi Đối với các loài thực vật có sợi như đay gai thì pectin có tác dụng gắn kết các sợi lại với nhau Khi ngâm đay, gai trong điều kiện yếm khí, các vi sinh vật tiết enzyme phân giải pectin và làm cho các sợi rời ra (Lê Ngọc Tú, 2005)

Hình 1 12: Liên kết của cellulose với pectin

Pectin công nghiệp được sản xuất từ nguyên liệu là các phụ phẩm nông nghiệp như: bã táo, vỏ bưởi, cam, chanh Pectin họ cam quýt chiếm tỉ lệ 20 – 50% trọng lượng khô, còn ở bã táo từ 10 – 20% (Lê Ngọc Tú, 2005) Trong cùng một loại quả nhưng các thành phần khác nhau thì hàm lượng pectin cũng không giống nhau Đối với quả bưởi, pectin là chất nhớt bao quanh hạt, ở vỏ, trong cùi bưởi Pectin là một chất có thể tan trong nước và có độ nhớt cao

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 19

(Hoàng Kim Anh, 2006) Độ nhớt của pectin phụ thuộc vào kích thước của phân tử pectin, mức độ methyl hóa, pH, lượng đường và hàm lượng của một số ion

1.2.2 Cấu tạo của pectin

Pectin là một polysaccharide mạch thẳng, mạch pectin được hình thành từ

các gốc α-D-galacturonide liên kết với nhau bởi các liên kết α-1,4-glycoside

(trong đó có một phần các nhóm carboxyl bị oxi hóa) chính là cơ sở cấu tạo của chất pectin Các liên kết trong mạch pectin bị phá hủy bởi enzyme pectinase và dưới tác dụng của acid Ngoài ra, trong thành phần mạch chính của pectin còn

có các gốc đường rhamnose nằm xen kẽ hay liền kề nhau Pectin chứa một lượng nhỏ D-galactan, araban (trong những đoạn mạch mở rộng) và một lượng

ít hơn là fucose và xylose ở những đoạn mạch ngắn (thường chỉ gồm từ 1 – 3 gốc đường) Những đoạn mạch ngắn này không được coi là thành phần mạch chính của pectin Gốc carboxyl của acid galacturonide trong mạch pectin bị ester hóa (ở nhiều mức độ khác nhau) với methanol Còn các gốc –OH ở vị trí

C2 và C3 có thể bị acetyl hóa với tỉ lệ thấp (Hoàng Kim Anh, 2006)

Hình 1 13: Cấu tạo đơn vị của chuỗi pectin

http://www.epharmacognosy.com/2012/03/pectin.html

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 20

Pectin từ các nguồn khác nhau có khối lượng phân tử không giống nhau, dao động trong phạm vi rộng từ 20.000 – 50.000 Da (Mai Xuân Lương, 2001) Nguồn táo, mận đã thu được pectin có khối lượng phân tử từ 25.000 – 35.000

Da, trong khi pectin lấy từ vỏ cam lại có khối lượng phân tử đạt tới 50.000 Da (Lê Ngọc Tú, 2005)

1.2.3 Tính chất của pectin

Pectin thuộc nhóm chất đông tụ, được xem như là một chất phụ gia an toàn và được chấp nhận nhiều nhất trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

Pectin công nghiệp là có dạng bột màu trắng, hút nước, dễ tan trong nước, không tan trong ethanol

Pectin có tính chất keo háo nước nên chúng có khả năng hydrate hóa cao nhờ sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydrôxyl của mỗi chuỗi polymethyl galacturonide Ngoài ra, phân tử pectin mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau, làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch Nên khi làm giảm độ tích điện và hydrate hóa sẽ làm cho các sợi pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau, tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng bên trong (Nguyễn Văn khôi, 2006)

Pectin hòa tan trong nước, amoniac, dung dịch kiềm, carbonate natri và trong glycerine nóng Độ hòa tan của pectin trong nước tăng lên khi mức độ ester hóa trong phân tử pectin tăng và khi khối lượng phân tử của pectin giảm Pectin bị kết tủa bởi ethanol (Lê Ngọc Tú, 2005)

Pectin tự do, nó mất khả năng tạo đông khi có đường Vì vậy để duy trì khả năng tạo gel của pectin hòa tan cần chú ý tránh môi trường kiềm hoặc tác dụng thủy phân của enzyme pectinase

- Dung dịch pectin có độ nhớt cao Nếu muốn thu dịch quả ép thì dung dịch này bất lợi, người ta phải dùng enzyme pectinase để thủy phân pectin, giảm độ nhớt

Còn đối với pectin tan thì dưới tác dụng của pectinase sẽ biến thành

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 21

acid pectinic (thường dưới dạng muối Ca2+ và Mg2+) và các chất đơn giản khác như rượu methylic, acid acetic, arabinose, galactose

Pectin hòa tan khi bị tác dụng của chất kiềm loãng hoặc enzyme pectinase sẽ giải phóng nhóm methyl dưới dạng rượu methylic, polysaccharide còn lại khi đó gọi là acid pectin tự do, nghĩa là chứa acid polygalacturonic Acid pectin có thể tạo nên dạng muối canxi pectat, chất này chuyển thành dạng kết tủa dễ dàng, do đó được dùng để định lượng pectin

1.3 Phân loại và các chỉ số đặc trưng

1.3.1.1 Phân loại

a Theo % nhóm methoxyl có trong phân tử

HMP (High Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl cao (HMP): MI > 7%, trong phân tử pectin có trên 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE > 50%)

LMP (Low Methoxy/ Pectin): Nhóm có chi số methoxyl thấp: MI < 7%, khoảng từ 3 + 5%, trong phân tử pectin có dưới 50% các nhóm acid bị ester hóa

(DE <50%)

Hình 1 14 Công thức HMP

Hình 1 15 Công thức LMP

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 22

b Theo khả năng hòa tan trong nước

- Pectin hòa tan (methoxyl polygalacturonic): Pectin hòa tan là

polysacharide cấu tạo bởi các gốc acid galacturonic trong đó một số gốc acid

có chứa nhóm thế methoxyl

-Pectin không hòa tan (protopectin): Là dạng kết hợp của pectin với

araban (polysaccharide ở thành tế bào)

1.3.1.2 Chỉ số đặc trưng

Pectin được đặc trưng bởi các chỉ số sau

- Chỉ số methoxyl (MI): biểu hiện methyl hóa, là phần trăm khối lượng

nhóm

methoxyl (-OCH3) trên tổng khối lượng phân tử Sự methyl hóa hoàn toàn tương ứng với chi số methoxyl bằng 16,3% còn các pectin tách ra từ thực vật thường có chi số methoxyl từ 10% đến 12%

- Chỉ số ester hóa (DE): thể hiện mức dộ ester hóa của pectin, là tỉ lệ

phần

trăm về số lượng cùa các gốc acid galactoronic được ester hóa trên tồng số lượng

gốc acid galacturonic có trong phân tử

1.3.2 Cơ chế tạo gel

Tùy loại pectin có mức độ methoxyl hoá khác nhau mà cơ chế tạo gel cũng khác nhau

HMP : Tạo gel bằng liên kết hydro

Hình 1 15 Cơ chế tạo gel bằng liên kết hidro

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 23

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

+ lon H+ được 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

+ 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

lượng 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 lượng lớn saccharose gây kết tinh glucose và hóa gel nhanh tạo nên các vón cục

+ Khi dùng lượng pectin vượt quá lượng 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 lượng 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 16 Cơ chế tạo gel bằng liên kết canxi

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 24

-LMP tạo gel liên kết bằng ion Ca 2+

Điều kiện tạo gel: khi có mặt Ca2+, ngay cả ở nồng độ < 0,1% miễn là chiều

dài phân tử pectin phải đạt mức độ nhất định Khi đó gel được 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 – COOcao 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

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel

1.3.3.1 Pectin

Mạch phân tử của pectin là cơ cấu chính của hiện tượng tạo gel Vì thế, lượng pectin có trong dịch đường phải đạt một hàm lượng tối thiểu nào đó mới tạo được 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 lượng thích hợp sẽ thu được 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

Bảng 1 4: Điều kiện tạo gel của pectin

Điều kiện tạo gel

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 25

+ 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 lượng cao còn nếu phân

tử pectin quá dài thì gel tạo thành quá cứng

+ 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

1.3.3.2.Nước

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 khi độ ẩm của dung dịch tạo keo tăng lên thì quá trình keo hoá diễn ra càng nhanh

1.3.3.3.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 lượng acid sử dụng để tạo đông, H+ làm trung hòa điện tích của các gốc COO- trên mạch phân tử pectin, tạo gốc COO-.

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 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

1.3.3.4.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

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 26

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 lượng 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 ngưỡng nồng độ đó toàn bộ gốc COO- của phân tử pectin

đã được 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

1.3.4 Ứng dụng của pectin

Pectin là chất tạo gel quan trọng nhất được sử dụng đế tạo ra cấu trúc gel cho thực phẩm Khả năng tạo gel của nó được sử dụng trong những thực phẩm cần có sự ổn định của nhiều pha Tác dụng tạo gel của pectin được sử dụng chủ yếu trong các sản phấm mứt trái cây và mứt đông

Tác dụng của pectin là tạo ra cấu trúc mút đông và mứt trái cây không

bị thay đối trong quá trình vận chuyến, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản phẩm

và giảm sự phá vỡ cấu trúc Trong một số trường hợp, pectin còn được sử dụng với carageenan để tăng hiệu quả tạo gel Trong y dược, pectin là một chất xơ hòa tan có tác dụng giảm cholesterol trong máu, chữa các bệnh đường ruột Dung dịch pectin 5% còn có tác dụng như thuốc sát trùng

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 27

1.3.5 Một số phương pháp được sử dụng để chiết tách pectin từ thực vật

Hiện nay nguyên liệu thường dùng để chiết tách pectin sử dụng trong công nghệ thực phẩm là vỏ quả của các loại cây thuộc họ cam, quýt và từ bã táo Các phụ phế phẩm được thu thập, sấy khô và bảo quản để sử dụng suốt năm Pectin từ các loại nguyên liệu này được chiết tách bằng các sử dụng nước

và acid Pectin từ thực vật được thực hiện theo một số phương pháp sau:

 Phương pháp chiết pectin bằng cách sử dụng nước (Hardy,1923)

Phương pháp này áp dụng đối với một số loại cây có hàm lượng pectin tổng số cao Phương pháp này được thực hiện bằng cách thủy phân nguyên liệu trực tiếp trong nước, gia nhiệt trong suốt quá trình chiết Lượng pectin chiết nhiều hay ít phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu với nước, nhiệt

độ là một trong những nhân tố quan trọng quyết định thời gian chiết dài hay ngắn Tuy nhiên phương pháp này ít được sử dụng do hiệu suất chiết không

cao, thời gian chiết dài

 Phương pháp chiết pectin bằng cách thủy phân trong môi trường acid

Thông thường pectin được chiết với acid chlohydric hoặc acid citric cũng được sử dụng nhưng sử dụng ít hơn acid chlohydric, Nhiệt độ, nồng độ và thời gian chiết là những yếu tố quyết định đến hiệu suất chiết pectin Phương pháp này cho hiệu suất cao hơn so với phương pháp chiết pectin với nước và thời

gian chiết cũng ngắn hơn

Đối với xương rồng Nopal hầu chưa có nghiên cứu nào chiết tách pectin

từ nguyên liệu này từ các phương pháp trên Trong quá trình tham khảo tài liệu, chúng tôi tìm được quy trình chiết tách pectin bằng phương pháp kiềm hóa (cactus pectin alkaline extract (CPAE)) Phương pháp này được tìm thấy bởi M.Goycoolea và Adriana Cárdenas vào năm 2003

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 28

Sơ đồ 1.1: Quy trình chiết tách pectin theo phương pháp kiềm hóa

GĐ 1

GĐ 2

GĐ 3

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 29

Chú thích: GĐ 1: giai đoạn chiết khử enzym GĐ 2: gai đoạn tách pectin

GĐ 3: giai đọan tủa pectin

1.4 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước có liên quan đến đề

tài

Trên thế giới hiện nay đã có một số nghiên cứu về quá trình chiết tách pectin trên cây xương rồng và thành phân hóa học của chất nhầy trong cây Nghiên cứu của trường Đại học Quốc gia Mexico (UNAM, 2011), phát hiện cây Nopal, một loại xương rồng rất phổ biến tại Mexico, có tác dụng ngăn ngừa bệnh tiểu đường Nghiên cứu của Li CY và cs (2005) về tác dụng của bột Opuntia trên lipid máu ở chuột và cơ chế của nó Bên cạnh đó còn có nghiên cứu của Fernandez ML và cs về pectin của Opuntia làm thay đổi chuyển hóa cholesterol ở gan mà không ảnh hưởng đến sự hấp thụ cholesterol trong chuột lang và lợn được cho ăn một chế độ ăn uống hypercholesterolemic (tăng cholesterol trong máu) và nghiên cứu của Budinsky A và cs với vấn đề thường xuyên uống cà phê robusta opuntia làm giảm tổn thương oxy hóa Năm 1998, Miguel Angel Gutierrez đã có báo cáo về việc sử dụng thuốc của Nopales thực phẩm chủ lực

Ngoài ra còn có các nghiên cứu khác như nghiên cứu của Lee EH và cs

về thành phần của thân cây và trái cây của Opuntia Ficus-indi; nghiên cứu của

D Sreekanth và cs về betanin- một sắc tố betacyanin tinh khiết từ trái cây của

Opuntia Ficus-indi gây ra cơ chế chết tế bào trong nhân tế bào bệnh bạch cầu

dòng tủy mãn tính; nghiên cứu của Ahmad A và cs về đặc tính kháng siêu vi

chiết xuất của Opuntia streptantha Nghiên cứu của Trombetta D và cs về hiệu lực của polysaccharides từ phiến lá Opuntia Ficus indi chữa lành vết thương da

ở chuột

L Tesoriere và cs (2011) với vấn đề nghiên cứu tính ổn định và khả năng tác dụng sinh học của betaxanthins và betacyanins cũng như tiềm năng chống oxy hóa của thực phẩm,… Ngoài ra, còn có nhiều nghiên cứu nổi bật về

SVTH: Lương Huỳnh Ngọc Diễm 30

trích ly pectin từ xương rồng như: nghiên cứu của Casrdenas A và cs (2003)

về khả năng tạo gel của LMP từ ‘nopal’ (Opuntina ficus indica) Nghiên cứu của M Goycoolea và Ariana Cárdenas (2003) về dịch chiết pectin từ Opuntina

spp

Trong thời gian gần đây, xương rồng Nopal cũng thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học ở Việt Nam Năm 2010, Trần Bá Thoại (bệnh viện Đà Nẵng) đã tổng hợp các nghiên cứu và xuất bản sách: “ Xương rồng Nopal: thức ăn và vị thuốc” Đặng Thị Thu Hằng (2006) tại Trung tâm sinh học thực nghiệm (Viện nghiên cứu ứng dụng, Bộ Khoa học và Công nghệ)

đã nghiên cứu nhân giống thành công nhiều giống xương rồng Nopal tại Việt Nam Võ Thị Mai Hương và cs., (2008) đã có báo cáo về thành phần hóa sinh của giống Nopal (xương rồng Bà) Các nhà khoa học thuộc Đại học Bách khoa (ĐHQG TP HCM) và Đại học Bách khoa Hà Nội đã lấy hạt từ quả chín đỏ của cây xương rồng Nopal được trồng tại huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận và tiến hành tách dầu béo

Tuy nhiên, các nghiên cứu về quá trình chiết tách petin ở nước ta chưa nhiều Việc xác định thành phần hóa học cũng như nghiên cứu quá trình chiết tách pectin từ xương rồng bàn chải chưa được thực hiện ở nước ta

1.5 Tổng quan về màng bao trong bảo quản rau quả

1.5.1 Khái niệm về màng bao bảo quản rau quả

Màng bảo quản rau quả tươi là vật liệu bao quanh rau quả sau thu hoạch nhằm ngăn cản sự tiếp xúc giữa rau quả tươi và các vi sinh vật phá hủy, khí oxy, hạn chế một phần độ ẩm Từ đó rau quả sẽ không bị dập úng, không bị phá hủy bởi vi sinh vật hay các tác nhân khác từ môi trường Hiện nay người ta đã tạo ra rất nhiều loại màng bảo quản, nhưng chúng ta cần chọn lựa loại màng nào tối ưu nhất (rẻ tiền, dễ kiếm, không ô nhiễm môi trường…)