Tiểu luận Chiết xuất Pectin từ phế liệu Bưởi

Thịt quả là phần được dùng chủ yếu nhưng vỏ quả lại chiếm một tỷ lệ lớn và mang nhiều thành phần có giá trị, trong đó có pectin.. Một lượng lớn vỏ bưởi chưa được tận dụng, điều này làm g

MỤC LỤC

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 2

2.Đặc tính thực vật của cây bưởi 3

1.Thành phần hóa học của bưởi 4

2.Các dạng bưởi và phế liệu bưởi 5

3Tổng quan về pectin 6

1.Vật liệu 13

2 Hóa chất 13

3.Dụng cụ 13

4.Quy trình 14

5.Thuyết minh quy trình 15

6.Kết quả: 16

Tài liệu tham khảo chính 19

CHIẾT XUẤT PECTIN TỪ PHẾ LIỆU

BƯỞI

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Trong công nghệ dược phẩm, pectin được dùng chế thuốc uống, thuốc tiêm để cầm máu trước và sau phẫu thuật Chữa chảy máu đường tiêu hóa, tiết niệu Dung dịch pectin 5% còn được sử dụng như thuốc sát trùng H2O2 (nước oxy già) trong phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng (không gây xót lại cầm máu tốt)

Bưởi là một loại cây ăn trái quen thuộc với người Việt Nam Mỗi bộ phận của quả bưởi đều có tác dụng riêng Thịt quả là phần được dùng chủ yếu nhưng vỏ quả lại chiếm một tỷ lệ lớn và mang nhiều thành phần có giá trị, trong đó có pectin Một lượng lớn vỏ bưởi chưa được tận dụng, điều này làm giảm tính kinh tế của quả bưởi và còn gây ra ô nhiễm môi trường nếu nguồn vỏ bưởi không được xử lý tốt Vỏ bưởi là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất pectin

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi làm đề tài này để nghiên cứu quy trình chiết xuất pectin nhằm tận dụng phế liệu bưởi và giảm chi phí sản xuất

A TỔNG QUAN

I TỔNG QUAN VỀ THỰC VẬT HỌC

1 Giới thiệu về cây bưởi

- Bưởi là loại cây ăn quả thuộc họ quýt cam, có tên khoa học là Citrus maxima thuộc nhóm Citrus trong họ Rutaceae Có nguồn gốc tại các nước nhiệt đới hay bán nhiệt đới

vùng Đông Nam Á và Nam Thái Bình Dương

- Trên thế giới có nhiều giống bưởi, ở Việt Nam có một số giống bưởi như bưởi da xanh (Bến Tre), bưởi lông Cổ Cò (Vĩnh Long, Bến Tre), bưởi đường (Hương Sơn, Hà Tĩnh), bưởi Năm roi, bưởi đường lá cam, bưởi Quế Dương …

2 Đặc tính thực vật của cây bưởi

Bưởi có tên khoa học là Citrus grandis Linn hay Citrus grandis Osbeck thuộc họ Cam (Rutaceae)

- Có thân gai cao từ 1,5 ÷ 4m hoặc hơn, nhiều nhánh, sống lâu năm

- Lá lớn, dai nguyên Trong lá có dầu, chủ yếu Dipenten, Linalola và Xitrala

- Hoa bưởi trắng, mọc đơn hay thành từng chùm từ 2 ÷ 10 hoa với 4 ÷ 5 lá đài, 4 ÷ 5 cánh hoa, nhiều nhị và 5 ÷ 10 tâm bì

- Quả bưởi hình cầu, đường kính từ 10 ÷ 13 cm, màu xanh, khi chín hơi ngả vàng, có

vỏ dày 1 ÷ 2 cm Vỏ ngoài chứa ester và khoảng 26% Xitrala Vỏ trong có Nigin, đường Ramnoza, vitamin A, C, Hesperidin

- Múi bưởi chứa 9% acid citric, 14% đường, các men, các vitamin như A, C, B1

II TỔNG QUAN

VỀ HÓA HỌC

1 Thành phần hóa học của bưởi

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của bưởi

Thành phần Hàm lượng

Vitamin:

Khoáng:

(Nguồn: www.duoclieu.org)

- Nước quả bưởi chứa nhiều chất bổ dưỡng như các loại đường trái cây, đạm, béo, acid tannic, beta - caroten và các chất khoáng như phospho, magiê, sắt, calci, kali, các vitamin B1, B2, C

- Vỏ quả ngoài rất giàu narin – gosid, do đó có vị đắng, trong vỏ có tinh dầu, tỷ lệ 0,8

÷ 0,84% Tinh dầu vỏ quả chứa d – limemen, a – pinen, linadol, geraniol, citral, còn có các alcol, pectin, acid citric

- Quả chứa 0,5% tinh dầu

- Trong lá cũng có tinh dầu

- Dịch quả chín có nhiều chất bổ dưỡng: nước 49%, glucid 9%, protid 0,6%, lipid 0,1%, và các chất khoáng Ca 20mg%, P 20mg%, K 190mg%, Mg 12mg%, S 7mg%, và Na,

Cl, Fe, Cu, Mn….Có các vitamin (tính theo mg%) C 40; B 0,07; B2 0,05; PP 0,3 và tiền sinh tố A 0,1 100ml dịch quả cung cấp cho cơ thể 43 calo

2 Các dạng bưởi và phế liệu bưởi

2.1 Bưởi

- Dạng lỏng: Nước bưởi trong, nước bưởi đục, nước bưởi có tép…

- Dạng cô đặc: Mứt vỏ bưởi, Tarami thạch trái cây bưởi…

- Dạng nguyên trái: Dùng để ăn và chế biến các món khác

2.2 Phế liệu bưởi

- Lá bưởi: có vị cay, đắng, the, mùi thơm, tính ấm

- Cùi bưởi: vị ngọt đắng, tính ẩm Trong cùi bưởi tươi chứa từ 1 ÷ 2% pectin (khô), nhưng khi phơi cùi bưởi khô thì chỉ còn 0,5 ÷ 1% pectin (khô)

- Hạt bưởi: chứa 40 ÷ 70% dầu béo, vị đắng, tính ấm Vỏ hạt có chứa nhiều pectin có

tác dụng cầm máu.

- Vỏ quả: Vị đắng, cay, mùi thơm, tính bình

- Trong quả bưởi tươi, cùi tươi chiếm 10 ÷ 40% Hạt tươi chiếm 3 ÷ 6%, vỏ ngoài 10% (có quả hạt lép hết chỉ còn vài hạt mẩy)

3 Tổng quan về pectin

3.1 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 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)

Tế bào thực vật gồm ba loại polysaccharide quan trọng được coi như bức tường vững chắc bảo vệ tế bào: Cellulose, hemicellulose và pectin Trong thực vật, pectin thường liên kết với cellulose ở vách tế bào dưới dạng phức hợp mà cho đến nay vẫn chưa được biết rõ

Pectin công nghiệp được sản xuất từ nguyên liệu là các phụ phẩm nông nghiệp như: bã

Hình 1.1 Liên kết cellulose và pectin

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 (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

3.2 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)

Pectin từ các nguồn khác nhau có khối lượng phân tử không giống nhau, dao động

Hình 1.2 Cấu tạo đơn vị của chuỗi pectin

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

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)

3.3 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)

Cơ chế của quá trình thủy phân pectin rất phức tạp và được chia làm hai giai đoạn Quá trình chuyển hóa pectin có thể xảy ra trong điều kiện yếm khí, cả hai quá trình này đều xảy ra rất mạnh trong điều kiện tự nhiên Ta có thể xem quá trình xảy ra từng bước đó như sau:

- Giai đoạn thứ nhất: Thủy phân pectin thành đường

 C46H68O40 + 10H2O = 4CHO(CHOH)4COOH + C6H12O6 + C5H10O5 + C5H10O5 + 2CH3COOH + 2CH3OH

- Giai đoạn thứ hai: Biến đường thành các sản phẩm lên men

Khi lên men galactose sẽ tạo thành acid buthyric, khí carbonic, hydro và tỏa một ít năng lượng

 C6H12O6 = CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2 + Q

Khi lên men arabinose sẽ tạo thành acid buthyric, khí carbonic, nước và tỏa một ít năng lượng

 C5H10O5 = CH3CH2CH2COOH + CO2 + H2O + Q

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).

- Mã hiệu quốc tế của pectin là E440

- Công thức phân tử C28H33O14

- Pectin tinh chế có dạng chất bột trắng, màu xám nhạt

- Là một chất keo hút nước và rất dễ tan trong nước, không tan trong ethanol

- Khả năng tạo gel và tạo đông, khi có mặt của acid và đường

- 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 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 calci pectat, chất này chuyển thành dạng kết tủa dễ dàng, do đó được dùng để định lượng pectin

3.4 Tác dụng dược lý của pectin

- Pectin là một loại chất xơ hoà tan trong nước Nó không cung cấp năng lượng nhưng

có nhiều giá trị phòng, chữa bệnh như:

+ Kéo dài thời gian tiêu hoá thức ăn trong ruột, có tác dụng tăng hấp thu dưỡng chất trong thức ăn Giảm béo (do tạo cảm giác no bụng kéo dài, giảm năng lượng ăn vào, do đó giúp giảm cân ở người béo phì)

+ Giảm hấp thu lipid

+ Giảm cholesterol toàn phần trong máu

+ Khống chế tăng đường huyết trước và sau bữa ăn ở người có bệnh tiểu đường + Chống táo bón

+ Cầm máu

+ Sát trùng

+ Hoa quả có nhiều pectin giúp cơ thể hấp thu tốt các acid hữu cơ và là chất trung gian thúc đẩy sự chuyển hoá, tăng khả năng sử dụng các chất dinh dưỡng trong thức ăn

III TỔNG QUAN VỀ TÁC DỤNG, CÔNG DỤNG

1 Tác dụng

 Tác dụng giảm mỡ

Vỏ ngoài của bưởi chứa nhiều tinh dầu Các hoạt chất (tinh dầu) trong vỏ bưởi có tác dụng làm giảm mỡ trong máu, làm giảm gan nhiễm mỡ

 Làm đẹp tóc

Tinh dầu còn có tác dụng trong việc làm đẹp tóc, có thể dùng vỏ bưởi đun nước gội đầu hoặc sau khi gội, bóp tinh dầu vỏ bưởi lên tóc sẽ giúp cho tóc trở nên bóng, chắc, mượt Cách làm này đặc biệt có hiệu quả đối với các bà mẹ sau khi sinh

Một số người còn dùng vỏ ngoài quả bưởi xoa trên da đầu để kích thích lỗ chân lông phòng trị bệnh hói hay rụng tóc

 Chống lão hóa

Tinh dầu vỏ bưởi có thể nuôi dưỡng làn da và kích thích hình thành collagen, giúp thay thế mô da đã lão hoá bằng mô mới khoẻ mạnh hơn, giúp da có bề mặt săn chắc hơn nếu

sử dụng lâu dài

 Trị viêm da và làm đẹp da

Đặc tính làm se của vỏ bưởi rất có ích trong việc chống cũng như ngăn ngừa tình trạng mẩn đỏ, ngứa ngáy Do trong bưởi chứa hàm lượng cao vitamin A và vitamin C nên bưởi có tính chống oxy hoá mạnh, giúp duy trì đủ độ ẩm trong da, bảo vệ da khỏi bị khô, bệnh vẩy nến, mụn trứng cá và nếp nhăn

 Phòng chống ung thư

Bưởi rất giàu chất chống oxy hoá như vitamin C, góp phần làm giảm nguy cơ stress có liên quan đến nhiều bệnh ung thư Hợp chất naringenin trong quả bưởi được chứng minh là

có hiệu quả chống lại ung thư tuyến tiền liệt, vì nó giúp sửa chữa hư hỏng DNA trong các tế bào tuyến tiền liệt của con người

Một số nghiên cứu đã chứng minh trong quả bưởi có chứa limonoids, hoạt chất này giúp ngăn ngừa khối u bằng cách hoạt hóa một loại enzyme tác động lên gan thúc đẩy quá trình bài thải chất độc ra ngoài cơ thể Limonoids còn trợ giúp chống lại ung thư miệng, da, phổi, dạ dày Phần ruột bên trong bưởi có chứa glucarates, một loại phytochemical đã được chứng minh hiệu quả chống lại bệnh ung thư vú

 Giảm cân

Bản thân bưởi không có chất béo, có chứa một số enzyme đốt cháy chất béo cao Các nghiên cứu cho thấy chúng góp phần thay đổi nồng độ insulin, do đó ảnh hưởng đến tỉ lệ trao đổi chất cao

Ngoài ra, các công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng, ăn bưởi giúp tiết nước bọt và dịch

vị, vì thế có khả năng hỗ trợ hệ tiêu hoá Ăn bưởi hay uống nước ép từ bưởi đều đem lại

hiệu quả cao trong việc ngăn chặn hay chống lại nhiều căn bệnh khác có liên quan do việc

dư thừa acid gây nên

Bưởi cung cấp một lượng lớn chất xơ, có tác dụng chống lại bệnh táo bón, và được xem như một loại “thực phẩm chức năng” Bởi nó có thể ngăn ngừa bệnh lỵ, bệnh tiêu chảy, bệnh viêm ruột non

Bưởi có thể điều trị bệnh cúm Ngoài ra bưởi còn dùng giải khát và có tác dụng hạ sốt Trong bưởi có chứa “quinine”, rất hữu ích trong việc điều trị bệnh sốt rét và chứng cảm lạnh Đặc biệt, có khả năng giảm căng thẳng và mệt mỏi

2 Công dụng

2.1 Bưởi

- Chữa ho nhiều, đàm nghịch khí

- Rối loạn tiêu hóa, thai phụ miệng nhạt, nước dãi trào ngược

- Chữa đau dạ dày cơn

- Hôi miệng, giải rượu

- Say tàu xe hay rối loạn tiêu hóa, miệng nhạt buồn nôn do cảm

- Đau khớp hay té ngã sưng đau

- Dị ứng da hay mẩn ngứa không rõ nguyên nhân

- Thoát vị bẹn, sa đì

- Bong gân, sưng khớp do lạnh, chấn thương

- Chữa phù thũng, trướng bụng

2.2 Phế liệu bưởi

- Lá bưởi: được dùng để chữa viêm khớp dạng thấp, thể hàn thấp, đau bụng do trực trệ, cảm mạo, tán khí, thông kinh lạc, giải cảm – sốt, trừ đờm, tiêu thực, hoạt huyết, tiêu sưng, nhức đầu, hắt hơi, kém ăn, còn chữa viêm vú, viêm amydal

- Vỏ quả: trừ phong, hóa đờm, tiêu báng (lách to), tiêu phù thũng, hoạt huyết, giảm đau…

- Cùi bưởi: hóa đàm, ho, tiêu thực, hạ khí và làm khoan khoái lồng ngực, đau bụng do lạnh, phụ nữ mang thai nôn nhiều, viêm loét ngoài da…

- Hoa bưởi: có tác dụng hành khí, tiêu đờm, giảm đau, chữa đau dạ dày, đau tức ngực

- Hạt bưởi: có tác dụng trị sán khí, bị hóc xương cá, bị gai đâm không nhổ ra được, đốt

cháy thành than nghiền nhỏ và rắc lên vùng tổn thương….

B THỰC NGHIỆM

I QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT PECTIN

1 Vật liệu

Phế liệu bưởi thu nhận từ các chợ, sạp trái cây, xe trái cây, nhà máy làm nước ép bưởi và các sản phẩm từ bưởi,… Sau đó phế liệu bưởi được phơi khô hay sấy khô đến khối lượng không đổi ở 500C

2 Hóa chất

- Acid citric

- Cồn 96°

- H2O2

- Và một số hóa chất sử dụng khác

3 Dụng cụ

- Ống đong các loại 50ml, 250ml

- Becher 250ml, 500ml, 1000ml

- Pipet 2ml, 10ml, 25ml

- Bình tam giác 100ml, 200ml, 250ml, 1000ml

- Giấy lọc

- Vải lọc

- Phễu thủy tinh

- Cân điện tử (chính xác 0,001g)

- Tủ sấy

- Máy đo pH

- Các dụng cụ thử nghiệm khác