ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, TÍNH CHẤT ỨNG DỤNG CỦA PECTIN

Slide giới thiệu tổng quan về Pectin bao gồm đặc điểm, tính chất, cấu tạo và ứng dụng. Sử dụng cho mục đích tham khảo.......................................................................................

ĐỀ TÀI :

ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, TÍNH

CHẤT & ỨNG DỤNG CỦA PECTIN

Thực hiện : Nguyễn Thùy Linh – 20152214

Phạm Thùy Linh – 20152228

Phạm Thị Ngọc Linh – 20152227 Nguyễn Văn Công – 20150446

I GIỚI THIỆU

CHUNG

 Khái niệm:

⁃ Pectin là polymer mạch thẳng của

polygalactoronic và các este metyl của chúng

Trọng lượng phân tử từ 20.000 - 200.000 đvC

⁃ Bao gồm :

 Protopectin : Là pectin ở trạng thái tự

nhiên, mức độ metyl hóa cao, không hòa

tan

 Acid pecticnic : Mức độ metyl hóa

trung bình, tan, muối là pectinate

 Pectin : Mức độ metyl hóa trung bình, tam, bản chất là keo, có khả năng tạo gel, tạo nhũ, tạo đặc và ổn định

 Axit pectic : Là axit polygalacturonic hoàn toàn không chứa nhóm methoxyl, tan, muối là pectate

Phân tử Pectin

 Nguồn gốc:

⁃ Có nhiều trong màng tế bào của các loài

thực vật bậc cao

⁃ Trong màng tế bào , có mặt ở phiến giữa

và ở vách tế bào sơ cấp, liên kết với xenlulozo ở

dạng phức hợp

⁃ Trong quá trình già chín của rau quả, hàm

lượng pectin cao nhất là khi chín tới sau

đó giảm dần do bị demetoxin hóa và depolymer hóa

Khi bị thối rữa thì hàm lượng pectin bị phân hủy

Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật.

Hàm lượng của pectin (%) trong các loại quả

 Vai trò:

⁃ Đóng vai trò vận chuyển nước và lưu chất, duy trì hình dáng và sự vững chắc cho trái cây đang trưởng thành

⁃ Trong quá trình chín của quả :

⁃ Thuộc nhóm các chất phụ gia tạo gel, tạo sệt Là một trong những phụ gia thực phẩm

an toàn và được chấp nhận nhiều nhất

Protopectin Pectin Pectate Axit & Đường

hòa tan

Thủy phân

Demethyl hóa Depolymer hóa

- Có trong chế độ ăn uống của con người,

nhưng không đóng góp đáng kể đến dinh

dưỡng

- Trong quá trình tiêu hóa, pectin liên kết với cholesterol trong đường và làm chậm sự hấp thu glucose

- Tiêu thụ pectin làm giảm nồng độ cholesterol trong máu Trong ruột già và ruột kết, vi sinh vật phân hủy pectin, giải phóng các axit béo chuỗi ngắn có ảnh hưởng tích cực về sức khỏe (có hiệu lực prebiotic)

II ĐẶC ĐIỂM

CẤU TẠO

 Cấu trúc :

⁃ Pectin không có cấu trúc xác định

⁃ Phần tử đơn vị chính: Các acid D-galacturonic C6 H10O7 liên kết với nhau bằng liên kết α(1,4), phân nhánh với rhamnoza bằng liên kết α(1,2)

⁃ Các nhóm cacboxyl (-COOH) tồn tại tự do hoặc ở dạng liên kết ester, ở dạng muối hoặc bị amin hóa thành các nhóm amid (-CO=NH2)

Acid D- galacturonic

⁃ Chỉ số ester hóa (DE):

 Là phần trăm về số lượng của các gốc acid galacturonic được ester hóa trên tổng số lượng gốc acid galacturonic trong phân tử

 Thể hiện mức độ ester hóa của pectin

 Phân loại :

⁃ 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%)

• Có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH =3,1 -3,4 và nồng độ đường trên 60%

• HMP có nhiều trong : táo, mận, nho, vỏ cam,…

Cấu tạo HMP

 LMP (Low Methoxyl Pectin):

• Nhóm có chỉ số methoxyl thấp: MI < 7%, khoảng từ 3 ÷ 5%, trong phân tử pectin có dưới 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE ≤ 50%)

• Được sản xuất bằng cách giảm nhóm methoxyl trong phân tử pectin Có thể tạo đông trong môi trường không có đường Thường được dung làm màng bao bọc sản phẩm

• LMP có nhiều trong: dâu, đào, dứa, …

Cấu tạo LMP

⁃ Theo khả năng hòa tan trong nước:

 Pectin hòa tan (methoxyl polygalacturonic): Là

polysaccharide cấu tạo bởi các gốc acid galacturonic trong đó một số gốc acid có chứa nhóm thế

I I I TÍNH CHẤT CỦA PECTIN

1. Những tính chất chung:

 Tính tan:

⁃ Pectin tan trong nước, có khả năng hydrat hóa cao

⁃ Khi tiếp xúc với nước sẽ hấp thu

nước và trương nở, sau đó các phân tử pectin tách rời khỏi hạt pectin từ ngoài vào trong cho đến khi biến mất

⁃ Từ dd với nước, pectin có thể kết tủa với rượu, axeton, ete hoặc benzen

⁃ Khi đun nóng trong nước, pectin bị phá hủy, làm giảm tính đông của sp

cô đặc

 Độ nhớt:

⁃ Có độ nhớt và độ bền lớn => Gây khó khăn trong quá trình cô đặc nước quả

⁃ Ca2+ và các ion đa hoá trị khác làm tăng độ nhớt của dung dịch pectin => Độ nhớt của dung dịch pectin phụ thuộc vào độ cứng của nước

⁃ Độ nhớt của dung dịch pectin cũng bị ảnh hường bởi pH,

⁃ Pectin ngăn cản sự tạo giọt, làm giảm sức căng bề mặt của các pha trong hệ,duy trì

được sự ổn định cấu trúc của hệ

⁃ Ứng dụng làm chất ổn định nhũ tương trong thực phẩm như sốt mayonnaise, nước

sốt cho rau trộn…

 Tác động của enzyme lên pectin:

⁃ Pectinesterase (P.E.) : Cắt nhóm ester methylic để tạo thành acid pectic

⁃ Enzym cắt nhỏ phân tử (enzym depolymer hóa) :

 Polymethyl galacturonase (P.M.G.) : Cắt phân tử thành từng đơn vị galacturonic Người ta còn chia ra endopolygalacturonase là enzym cắt một cách ngẫu nhiên vào các dây nối glycosid và exopolygalacturonase là enzym cắt bắt đầu từ đầu mạch

 Pectin Lyase (P.L.) : Cắt dây nối α(1,4) và đồng thời tạo thành các sản phẩm chưa no

Sự tác động của enzyme lên pectin

2 Khả năng tạo gel

 Khái niệm:

⁃ Gel được tạo ra khi các đại phân tử (protein,

polysacarit) bị biến tính tập hợp lại thành 1 mạng lưới không gian có trật tự

- Các pectin và acid pectinic có các nhóm hydroxyl

(-OH) nên có khả năng hydrate hóa cao

- Các phân tử pectin tích điện (-) Lực đẩy tĩnh

điện ngăn cản sự tạo thành liên kết, làm giãn

mạch và tăng độ nhớt của dung dịch

Khi giảm độ tích điện và độ hydrate

hóa, các phân tử pectin xích lại và tương tác với

nhau, tạo nên mạng lưới 3 chiều rắn chứa pha lỏng bên trong

 Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng tạo gel của pectin

⁃ Chiều dài phân tử pectin quyết định độ cứng của gel:

 Nếu phân tử pectin quá ngắn không tạo được gel

 Nếu phân tử pectin quá dài khả năng tạo gel cao nhưng gel tạo thành rất

cứng

⁃ Mức độ methoxyl hóa quyết định cơ chế tạo gel:

 Khả năng tạo gel phụ thuộc mức độ este hóa các gốc của mạch galacturonic tại các nhóm methoxyl (-OCH3)

 Mức độ methoxyl hóa càng cao thì khả năng tạo gel càng cao và ngược lại

 Pectin có khả năng tạo gel theo 1 trong 2 cơ chế:

• HMP tạo gel theo cơ chế đường-acid (tạo gel bằng liên kết hydro)

• LMP tạo gel theo cơ chế liên kết với ion Ca2+

- Nhiệt độ, thời gian tạo gel

 Khi nhiệt độ dung dịch pectin giảm, chuyển động nhiệt của các phân tử pectin giảm, khuynh hướng tạo gel tăng

 Mỗi dung dịch của pectin có nhiệt độ tạo gel tới hạn riêng

 Cơ chế tạo gel của HMP

⁃ Điều kiện tạo gel: [đường] > 60%; pH = 3 - 3,5;

[pectin] = 0,5 -1%

⁃ Cơ chế:

 Sự tương tác của các nhóm kị nước

Các nhóm methylester kỵ nước tụ tập lại làm

bề mặt tiếp xúc với nước là nhỏ nhất, tạo sự kết tụ ban đầu của các mạch pectin

=> Quyết định thời gian tạo gel của HMP

 Sự hình thành các cầu nối hydro

Các cầu nối hydro được hình thành giữa các nhóm cacboxyl tự do => ổn định liên kết trong quá trình kết tụ của các nhóm methylester và giữ chúng lại với nhau

⁃ Gel tạo thành có tính mềm dẻo

Cơ chế tạo gel bằng liên kết với hydro

⁃ Vai trò của đường:

 Đường có khả năng hút ẩm làm giảm mức độ hydrat hóa của phân tử pectin trong dd

 Hàm lượng pectin càng cao, chất lượng của nó càng tốt đòi hỏi hàm lượng

đường trong sự tao đông càng nhiều nhưng nếu lấy lượng đường không tương ứng với pectin

• Cao quá so với pectin => Độ bền đông tụ giảm và giảm tốc độ tạo đông

• Quá ít đường => Gel tạo ra sẽ quá cứng

- Vai trò của acid:

 Ion H+ của axit thay thế các ion kim loại trong nhóm cacboxyl của phân tử

pectin => Tạo ra thêm nhiều nhóm cacboxyl tự do => Tăng tốc độ tạo gel.

 30-50% đường thêm vào pectin là saccharose => Duy trì môi trường acid để gây

ra quá trình nghịch đảo đường saccharose, ngăn cản sự kết tinh của nó

 Hàm lượng đường tỉ lệ nghịch với hàm lượng acid

 Cơ chế tạo gel của LMP

⁃ Điều kiện tạo gel: Khi có mặt Ca2+, ngay cả khi nồng độ <0.1%

Không cần đường và axit

⁃ Cơ chế:

 Các chuỗi pectin khi tham

gia phản ứng với ion Ca2+

sẽ kết hợp lại với nhau

trung gian với ion Ca2+

Cơ chế tạo gel bằng liên kết với Ca 2+

⁃ Khi chỉ số methoxyl của pectin thấp tỷ lệ các nhóm – COO– cao sẽ tạo ra

nhiều liên kết ion với các ion hóa trị hai đặc biệt là Ca2+

⁃ Gel tạo thành có tính đàn hồi

⁃ Vai trò của ion Ca2+ và các ion dương khác:

 Các phân tử pectin tác dụng tuơng hỗ lẫn nhau nhờ các nhóm cacboxyl tự do liên kết lại bởi các ion Ca2+ , tạo thành các khung bền vững

 Khi nồng độ Ca2+ tăng độ bền của gel tăng

 Sự ảnh hưởng của các ion dương khác:

Mỗi ion dương tạo ra xung quanh nó 1 lớp vỏ hydrat kích thước khác nhau, kích thước càng nhỏ, mạch pectin càng lại tiến lại sát nhau, ít bị cản trở hơn

=> Gel tạo thành giòn và đàn hồi hơn

I V ỨNG DỤNG

⁃ Tạo cấu trúc cho mứt để:

Khi vận chuyển cấu trúc không bị thay đổi

Tạo ra mùi vị ngon cho sản phẩm

Giảm tối đa sự phân rã

⁃ Với sản xuất mứt: Sản phẩm yêu cầu tạo gel, tạo đặc

trước khi đóng hộp => Sử dụng pectin có khả năng

tạo gel nhanh

⁃ Với sản xuất mứt đông: Sản phẩm yêu cầu không bị

tác động trong suốt quá trình tạo gel => Sử dụng

pectin có khả năng tạo gel chậm

⁃ HMP được dùng trong chế biến mứt trái cây mứt đông

LMP được dùng trong chế biến mứt trái cây có hàm

lượng chất khô hòa tan < 55%

 Ứng dụng trong chế biến mứt trái cây và mứt đông

 Ứng dụng trong sản xuất kẹo mềm

⁃ Mục đích: Tạo cho khối kẹo tính mềm, dẻo

và đàn hồi

⁃ Được sử dụng đặc biệt cho kẹo mềm với hàm lượng nước cao do ít bị phân hủy, độ đàn hồi tốt

 Ứng dụng trong chế biến sữa chua

⁃ Trong sữa chua trái cây, giúp phân bố đều các mẫu trái cây nhỏ trong sữa, giữ cho trái cây không bị tách khỏi sữa, làm bề mặt sản phâm nhẵn mịn

⁃ Trong sữa chua uống, bảo vệ protein không bị biến tính trong quá trình tiệt trùng, ngăn chặn protein kết tủa

⁃ Phản ứng với canxi trong sữa chua cải thiện cấu trúc sản phẩm

⁃ Casein của sữa chua thường bị vón cục => Giúp casein kết tủa dạng mịn

 Một số ứng dụng khác

⁃ Dùng trong sản xuất màng bọc thực

⁃ Dùng trong sản xuất thức ăn kiêng cho người mắc bệnh tiểu đường