nghiên cứu khoa học ứng dung

Lý do chọn đề tài Để đáp ứng sự phát triển và đa dạng hóa sản phẩm cho ngành côngnghiệp thực phẩm, chất phụ gia là thành phần chiếm một phần rất quan trọng.Trong số đó, pectin là loại p

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Thành phần hóa học trong lá và vỏ quả bứa, trang 16.Bảng 3.2 Hàm lượng kim loại nặng trong lá và vỏ quả bứa, trang 16

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Quả, lá, hoa cây bứa, trang 5

Hình 1.2 Cấu tạo của pectin, trang 7

Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu, trang 15

Hình 3.2 Hàm lượng pectin ở các tỉ lệ thể tích dịch chiết 1/cồn 960 khác nhau, trang 17

Hình 3.3 Hàm lượng pectin thu được ở các nhiệt độ khác nhau, trang 18.Hình 3.4 Lượng pectin ở các thời gian kết tủa khác nhau, trang 19

Hình 3.5 Hàm lượng pectin thu được ở các pH khác nhau, trang 20

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3.1 Đối tượng 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

4 Hóa chất và phương tiện nghiên cứu 2

4.1 Các loại hóa chất, dụng cụ 2

4.2 Các máy móc, thiết bị phân tích 2

5 Nội dung phương pháp nghiên cứu 2

5.1 Nghiên cứu lý thuyết 2

5.2 Nghiên cứu thực nghiệm 3

6 Cấu trúc của bài báo cáo 3

NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 Đặc điểm, phân bố cây bứa 5

1.2 Pectin 6

1.2.1 Nguồn gốc của pectin 6

1.2.2 Khái niệm và phân loại pectin 6

1.2.2.1 Khái niệm 6

1.2.2.2 Phân loại 6

1.2.3 Cấu tạo và tính chất của pectin 7

1.2.3.1 Cấu tạo 7

1.2.3.2 Tính chất 7

1.2.4 Công dụng 8

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

2.1 Nguyên liệu 9

2.1.1 Nguyên liệu 9

2.1.2 Xử lý nguyên liệu 9

2.2 Phương pháp nghiên cứu 9

2.2.1 Phương pháp chiết tách 10

2.2.2 Phương pháp vật lý 10

2.2.2.1 Xác định độ ẩm 10

2.2.2.2 Xác định hàm lượng tro 11

2.2.3 Phương pháp hóa sinh 11

2.2.4 Phương pháp xác định hàm lượng pectin 12

2.2.5 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 13

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 15

3.1 Sơ đồ nghiên cứu 15

3.2 Thành phần hóa học trong lá và vỏ quả bứa 15

3.3 Hàm lượng kim loại nặng 16

3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tách pectin 17

3.4.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi đến hiệu quả tách pectin 17

3.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả tách pectin 17

3.4.3 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả tách pectin 18

3.4.4 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả tách pectin 19

KẾT LUẬN 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Để đáp ứng sự phát triển và đa dạng hóa sản phẩm cho ngành côngnghiệp thực phẩm, chất phụ gia là thành phần chiếm một phần rất quan trọng.Trong số đó, pectin là loại phụ gia tạo cấu trúc hàng đầu trong thực phẩm.Ngoài khả năng tạo gel nổi bật, pectin còn là một chất tạo đặc, tạo nhũ tương và

ổn định rất hiệu quả Vì thế, việc nghiên cứu về pectin từ các nguồn nguyên liệumới sẽ tạo nên cơ sở dữ liệu quan trọng rất hữu ích, phục vụ cho qua trình khaithác, ứng dụng pectin vào các ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệpthực phẩm

Pectin là một hợp chất tự nhiên có trong thành phần cấu tạo của màng tếbào của các loài thực vật bậc cao, phân bố chủ yếu ở các bộ phận như quả, củ,

lá, thân Trong màng tế bào, pectin có mặt ở phiến giữa (với hàm lượng caonhất) và ở vách tế bào sơ cấp [3]

Cây bứa – tên khoa học là Garcinia oblongifolia Champ Ex Benth, thuộc

họ măng cụt và chi bứa Ở Việt Nam, cây bứa phát triển tốt, cho năng suất cao

và mọc nhiều trên địa bàn Miền Trung, Tây Nguyên, Nam Bộ [4] Từ lâu, ngườidân đã biết sử dụng lá và vỏ quả bứa như một “loại gia vị” tạo vị chua cho cácmón ăn hằng ngày Thành phần pectin có trong lá và vỏ quả bứa có khả nănggiúp cho cấu trúc mứt đông và mứt trái cây không bị thay đổi trong quá trìnhvận chuyển, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản phẩm Ngoài các công dụng trênthì trong ngành dược phẩm, Pectin được dùng chế thuốc uống, thuốc tiêm (bắp,dưới da) để cầm máu trước và sau phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng, phụkhoa Chữa chảy máu đường tiêu hóa, tiết niệu Dung dịch pectin 5% còn được

sử dụng như thuốc sát trùng H2O2 trong phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng(không gây xót lại cầm máu tốt)

Hiện nay, hợp chất pectin còn được ít người biết đến và đề tài nghiên cứu

về nó chưa nhiều mặc dù nhu cầu tiêu thụ tương đối lớn Trên cơ sở đó, tôi chọn

đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình tinh chế pectin từ lá và vỏ quả bứa”.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục đích chính của nghiên cứu là tìm ra quy trình chiết tách pectin từ vỏquả bứa với hiệu suất cao nhất và xác định tính chất của pectin

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Nghiên cứu chiết pectin từ vỏ quả bứa

• Xác định một số tính chất của pectin chiết tách

4 Hóa chất và phương tiện nghiên cứu

4.1 Các loại hoá chất, dụng cụ

• Hóa chất: những hóa chất sử dụng trong nghiên cứu này là những hóa

chất có độ tinh khiết cao, sử dụng trong phân tích, được mua của hãngMerk và Trung Quốc Các dụng cụ và hóa chất thuộc phòng thínghiệm khoa Hóa – Đại học Sư Phạm – ĐH Đà Nẵng

• Dụng cụ: cân phân tích, nhiệt kế các loại, ống đong các loại, buret, cốc

thủy tinh các loại, đũa thủy tinh, bình cầu các loại, bình tam giác cácloại, sinh hàn và các dụng cụ khác

4.2 Các máy móc, thiết bị phân tích

• Tủ sấy, lò nung, bếp điện, tủ lạnh

• Máy đo Ph

• Máy xay sinh tố

• Bộ dụng cụ chưng ninh

5 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

5.1 Nghiên cứu lý thuyết

5.2 Nghiên cứu thực nghiệm

∗ Một số phương pháp xác định tính chất nguyên liệu

Phương pháp hóa sinh:

• Định lượng cellulose thô theo phương pháp dùng acid mạnh phân giảicác chất khác, chỉ để lại cellulose, rửa sạch, sấy khô, cân xác địnhtrọng lượng cellulose

• Vỏ quả bứa được nghiền nhỏ, chiết pectin ra dịch, xác định hàm lượngpectin theo phương pháp Calci pectat.…

• Phương pháp chiết: phương pháp chưng ninh.

• Yếu tố pH, tỷ lệ dịch chiết/ dung môi, thời gian, nhiệt độ trong quátrình kết tủa pectin sao cho hiệu suất thu được là lớn nhất

6 Cấu trúc của bài bài báo cáo

Bài báo cáo gồm 22 trang, trong đó 2 bảng và 7 hình Phần mở đầu 4trang, kết luận 1 trang, tài liệu tham khảo 1 trang Nội dung của đề cươngchia làm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan, 4 trang

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu, 6 trang

Chương 3: Kết quả và thảo luận, 6 trang

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Đặc điểm, phân bố cây bứa

Bứa, bứa lá tròn, dài - Garcinia oblongifolia Champ Ex Benth., thuộc họMăng cụt - Clusiaceae [2], [6]

Mô tả: Cây gỗ thường xanh cao 6 - 7 m Cành non thường vuông, xoè

ngang và rủ xuống Lá hình thuẩn, hơi dài, đuôi nhọn, chóp dài, mép nguyên,nhẵn bóng, có nhiều điểm mờ Hoa đực mọc thành cụm 3 - 5 hoa ở nách lá, 4 láđài và 5 cánh hoa, 20 nhị có chỉ nhị ngắn Hoa lưỡng tính có lá đài và cánh hoanhư ở hoa đực, màu hơi vàng hoặc trắng; bầu 4 (6 - 10) ô, hình cầu, vòi ngắn.Quả mọng mang đài; vỏ quả dày, có khía múi, khi chín màu vàng, phía tronghơi đỏ chứa 6 - 10 hạt Mùa hoa, quả tháng 3 - 6 Hình ảnh của quả, lá, hoa vàcây bứa được thể hiện ở hình 1.1

Hình 1.1 Quả, lá, hoa cây bứa Thành phần hóa học: Trong quả chứa nhiều axit hữu cơ, vitamin C (100

g có 61 mg vitamin C), flavonoid, pectin

Bộ phận dùng: Vỏ Cortex Garciniae.

Nơi sống và thu hái: Cây mọc hoang trong rừng thứ sinh của các tỉnh từ

Hà Tuyên, Vĩnh Phú đến Quảng Nam - Đà Nẵng Cũng thường được trồng lấy

lá tươi và quả nấu canh chua Thu hái vỏ quanh năm, cạo bỏ lớp vỏ ngoài, tháinhỏ, phơi khô

Tính vị, tác dụng: Vỏ có tính săn da và hơi đắng, mát, hơi độc, có tác

dụng tiêu viêm, hạ nhiệt, làm săn da, hàn vết thương Lá có vị chua thườngđược dùng thái nhỏ nấu canh chua Hạt có áo hạt chua, ăn được, dùng nấu canhchua Vỏ thường dùng trị: loét dạ dày, loét tá tràng; viêm dạ dày ruột, kém tiêuhóa; viêm miệng, ho ra máu; bỏng, mụn nhọt, sâu quảng, eczema, dị ứng mẫnngứa; Nhựa bứa dùng trị bỏng

1.2 Pectin

1.2.1 Nguồn gốc của pectin

Từ thời tiền sử chất pectin đã là thành phần trong khẩu phần ăn của conngười Nhưng chỉ mới nữa thế kỷ trước ngành công nghệ thực phẩm mới nhậnbiết được vai trò quan trọng của phụ gia pectin trong việc đa dạng các sản phẩmthực phẩm

Pectin là một hợp chất tự nhiên có nhiều trong màng tế bào của các loàithực vật bậc cao, phân bố chủ yếu ở các bộ phận của cây và một số tảo Đặc biệtcùi ( vỏ quả giữa) của một số cây họ Cam (Rutaceae) như bưởi, cam, chanh…thì hàm lượng rất cao, có thể đến 30% Trong màng tế bào, pectin có mặt ởphiến giữa ( với hàm lượng cao nhất) và vách tế bào sơ cấp [7]

1.2.2 Khái niệm và phân loại của pectin

1.2.2.1.Khái niệm

Pectin là một polime của các axit polygalacturonic và ester metyl củachúng Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất khi chuyển hóacác chất và trong quá trình chín của rau quả

- Pectin hòa tan: Dạng này tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào Protopectin dướitác dụng của axit, enzim protopectinase hoặc khi đun sôi sẽ chuyển thành dạngpectin hòa tan Đây là sự chuyển hóa quan trọng trong quá trình quả chín

1.2.3 Cấu tạo và tính chất của pectin

1.2.3.1 Cấu tạo

Phân tử của pectin gồm vài trăm đơn vị axit D- galacturonic (C6H10O7)được liên kết với nhau bởi liên kết α-(1,4)-glycozit, trong đó một số gốc –COOH được methoxyl hóa –CH3O Tùy theo mức độ ester hóa mà người ta chia

ra loại “ pectin có nhiều nhóm methoxyl” và loại “ pectin có ít nhóm methoxyl”[7]

Hình 1.2 Cấu tạo của pectin

1.2.3.2 Tính chất

• Khả năng tạo gel:

Khả năng tạo gel là đặc tính quan trọng của pectin chính vì vậy nó đượcứng dụng phổ biến trong công nghệ sản xuất mứt, kẹo gôm, kẹo dẻo

Khả năng tạo gel của pectin tùy thuộc hàm lượng pectin, mức độ methoxyl hóa

và phân tử lượng của pectin [9]

• Các tính chất khác:

Pectin tinh chế có dạng chất bột trắng hoặc hơi vàng hoặc màu xám nhạt,

và tan trong nước Mã hiệu quốc tế của pectin là E440 Từ dung dịch nước,pectin có thể bị kết tủa với rượu, axeton, ete hoặc benzen Khi có mặt củađường và acid, pectin có khả năng tạo gel Dung dịch pectin có tính keo cao, độnhớt và độ bền của keo lớn, gây khó khăn cho nhiều quá trình chế biến như: lọc,làm trong, cô đặc nước quả Vì vậy, người ta thường sử dụng enzim pectinase

để thủy phân pectin nhằm tăng hiệu suất cho quá trình này [8]

- Giảm béo do tạo cảm giác no bụng kéo dài, giảm năng lượng ăn vào, do

đó giúp giảm cân ở người béo phì

- Dung dịch pectin 5% có tác dụng như thuốc sát trùng H2O2 trong phẫuthuật răng, hàm, mặt, tai mũi họng (không gây xót lại cầm máu tốt)

- Những người có nguy cơ ô nhiễm Hg (đãi vàng, nơi dùng thuốc nhộm

gổ, giấy…) nên ăn thực vật có chứa nhiều pectin Do pectin trong thực vật sẽkết hợp với Hg, làm giảm nồng độ ion Hg trong máu giúp tăng tốc bài trừ Hg

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu

2.1.1 Nguyên liệu

Vỏ quả và lá bứa (Garcinia oblongifolia Champ Ex Benth.) được thu hái

tại xã Hòa Liên, huyện Hòa Vang, Thành phố Đà Nẵng

2.1.2 Xử lý nguyên liệu

Tiến hành xử lý nguyên liệu theo phương pháp thủ công Đầu tiên, nguyênliệu quả được thu nhận về cần loại bỏ những quả bị hư tổn, quả xanh, loại bỏ hếtbụi bẩn, tạp chất bằng cách rửa với nước và lau khô bằng vải sạch Sau khi khônước, cắt bỏ cuống quả, tách bỏ ruột chỉ lấy phần vỏ, tiến hành làm sạch ruột vàphơi khô phần vỏ của quả và lá Đem sấy khô nguyên liệu đã xử lý sơ bộ rồi xaythành bột

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Đun nóng hợp chất với dung môi trong nồi áp suất trong khoảng thời giannhất định thu được dịch chiết có lẫn bã rắn Lọc nóng hoặc để lắng cho trong rồilọc bỏ bã rắn, sẽ thu được dịch chiết Tuy là phương pháp đơn giản nhưng việclựa chọn dung môi cũng hết sức nghiêm ngặt Dung môi sử dụng phải thỏa mãncác điều kiện sau:

- Hòa tan tốt các cấu tử cần chiết tách, không hòa tan hay hòa tan rất ítcác cấu tử khác Đây là điều kiện quan trọng hàng đầu bắt buộc phải có

- Không tương tác với các cấu tử hóa học cần chiết tách

- Không gây độc hại cho người sử dụng và môi trường xung quanh

- Dễ kiếm, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường

- Không có tương tác, phá hủy dụng cụ chiết tách,

Dùng phương pháp chưng ninh trong nồi áp suất để chiết tách axithydroxycitric và pectin có trong mẫu bột vỏ và lá bứa sấy khô

Khối lượng ẩm của mỗi mẫu là hiệu số giữa khối lượng mẫu trước và saukhi sấy m = (m1 + m2) – m3 Độ ẩm trung bình của các mẫu tính ra % theo khốilượng hạt ban đầu

Tiến hành thí nghiệm tương tự cho việc xác định độ ẩm của bột lá bứa

 Công thức tính độ ẩm của mỗi mẫu:

% , 100 )

(

%

2

3 2

1+ − ×

=

m

m m

m W

Độ ẩm trung bình:

5

(%)

5 1

- m2: khối lượng nguyên liệu, (g)

- m3: khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy, (g)

- W: độ ẩm của mỗi mẫu, (%)

- WTB: độ ẩm trung bình, (%)

2.2.2.2 Xác định hàm lượng tro.

 Cách tiến hành

Tiến hành thí nghiệm với 5 mẫu bột vỏ bứa và lấy kết quả trung bình.Các mẫu bột vỏ quả bứa (khối lượng m3) đã xác định độ ẩm ở trên tiếptục được sử dụng để tro hoá Các mẫu được đốt trên bếp điện, than hoá sơ bộ,sau đó cho vào lò nung và tiến hành tro hoá mẫu ở nhiệt độ 5000- 5500C trongthời gian từ 4-6 tiếng, cho đến khi thu được tro trắng

Lấy mẫu ra làm nguội đến nhiệt độ phòng trong bình hút ẩm, cân lại mẫuđến khối lượng không đổi, có khối lượng m4 Khối lượng tro là phần chất còn lạisau khi nung

Tiến hành thí nghiệm tương tự để xác định hàm lượng tro của bột lá bứa

 Công thức tính

%Tro

%,100

Lượng tro trung bình

%Tro trung bình 4

- m2: khối lượng nguyên liệu ban đầu, (g)

- m3: khối lượng cốc sứ và mẫu sau khi xác định độ ẩm, (g)

- m4: khối lượng cốc sứ và mẫu sau khi tro hoá, (g)

2.2.3 Phương pháp hóa sinh

Hàm lượng xenlulozơ được xác định theo phương pháp thủy phân bằngaxit mạnh [1]

 Nguyên tắc

Sử dụng kiềm và natri hypoclorit (NaClO) loại bỏ các chất lignin,hemixenlulozơ, tro để thu hồi xenlulozơ Kỹ thuật này không ảnh hưởng gì đếnxenlulozơ ngay cả những phân tử thấp nhất

 Cách tiến hành

Cân chính xác 2g nguyên liệu cho vào bình cầu dung tích 500ml cùng với200ml dung dịch NaOH 0,5%, lắp ống sinh hàn ngược hồi lưu và đun sôi nhẹtrong thời gian 30 phút kể từ lúc sôi Sau đó, lọc và thu lấy bã xenlulozơ Cho

bã xenlulozơ tác dụng với 10ml dung dịch HCl 10% trong bình cầu ở nhiệt độthường, thêm 10ml dung dịch natri hypochlorit (NaClO) từng giọt một, vừa chovừa khuấy đều, để yên trong 5 phút rồi lọc Tiếp tục cho bã xenlulozơ tác dụngtrở lại với dung dịch NaOH 0,5% ở nhiệt độ 400C để yên trong vài phút và lọc.Làm như vậy một, hai lần nữa để có xenlulozơ thật trắng Rửa thật kĩ bằng nướcsôi, sấy khô đến trọng lượng không đổi

 Công thức tính kết quả

Hàm lượng xenlulozơ được tính theo công thức sau:

X = x 100, %

Trong đó,

- X: hàm lượng xenlulozơ, (%)

- m1: khối lượng nguyên liệu, (g)

- m2: khối lượng xenlulozơ, (g)

2.2.4 Phương pháp xác định hàm lượng pectin

Hàm lượng pectin trong vỏ quả và lá bứa khô được xác định bằng phươngpháp canxi pectat [1]

 Nguyên tắc

Trong môi trường kiềm loãng, pectin hòa tan sẽ giải phóng ra nhómmetoxyl thành rượu metylic và axit pectic tự do Axit pectic tự do trong môitrường có mặt axit axetic sẽ kết hợp với CaCl2 thành dạng muối kết tủa canxipectat Từ hàm lượng muối kết tủa có thể tính được hàm lượng pectin có trongmẫu phân tích

 Cách tiến hành

Cân 2g nguyên liệu xay cho vào 500 ml dung dịch axit citric 0,1N, đuncách thủy ở 900C trong vòng 1 giờ, thêm nước cất đủ thể tích bằng 500ml Lọcdung dịch và cho vào bình nón khô sạch Lấy 100ml dung dịch lọc cho vào bìnhtam giác rồi cho thêm 500ml NaOH 0,1N để yên trong 7h (có thể để qua đêm).Sau đó thêm 250ml dung dịch CH3COOH 1N, sau 5 phút thêm 250ml dung dịchCaCl2 2N để yên trong 1 giờ Đem đun sôi 5 phút và lọc qua giấy lọc đã đượcsấy khô đến trọng lượng không đổi, rửa kết tủa canxi pectat bằng nước cất nóng