Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 1. Lý do chọn đề tài .3 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PECTIN 5 1.1. Tình hình nghiên cứu về pectin 5 1.1.1. Tình hình nghiên cứu pectin trong nước .5 1.1.2. Tình hình nghiên cứu pectin trên thế giới .5 1.2. Nguồn gốc, cấu tạo và tính chất của pectin .6 1.2.1. Nguồn gốc .6 1.2.2. Cấu tạo 7 1.2.3. Tính chất .8 1.3. Phân loại và các chỉ số đặc trưng .9 1.3.1. Phân loại .9 1.3.2. Chỉ số đặc trưng .11 1.4. Cơ chế tạo gel .11 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel 13 1.5.1. Pectin 13 1.5.2. Nước .14 1.5.3. Đường .15 1.5.4. Acid .15 1.6. Ứng dụng 16 1.6.1. Trong công nghệ thực phẩm 16 1.6.2. Trong công nghệ dược phẩm .20 1.7. Tác dụng dược lý của pectin .21 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU .22 SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 1 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga 2.1. Đặc tính thực vật của cây bưởi .22 2.2. Các loại bưởi thường gặp 23 2.3. Thành phần hoá học của bưởi 26 2.4. Các dạng bưởi và phế liệu bưởi 26 2.3.1. Bưởi 26 2.3.2. Phế liệu bưởi .26 2.5. Ứng dụng của bưởi và phế liệu bưởi 27 2.5.1. Bưởi 27 2.5.2 Phế liệu bưởi 29 2.6. Tác dụng của bưởi và phế liệu bưởi .30 2.6.1. Bưởi 30 2.6.2. Phế liệu bưởi .31 Chương 3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT PECTIN32 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ 32 3.2. Thuyết minh quy trình .33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .43 TÀI LIỆU THAM KHẢO .44 SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 2 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga LỜI MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, đất nước đang trên đà phát triển theo đường lối công nghiệp hoá, hiện đại hoá thì các ngành công nghiệp, nông nghiệp cũng càng ngày phát triển. Đặc biệt ngành công nghệ thực phẩm cũng đang rất phát triển ở nước ta hiện nay, nó góp phần không nhỏ và cung cấp một lượng lớn thực phẩm cho xã hội, các sản phẩm của nó như bánh kẹo, nước giải khát, sữa, mứt đông, mứt đáp ứng một lượng lớn cho nhu cầu xã hội của nước ta hiện nay và sau này. Để có được những sản phẩm như vậy, một thành phần không thể thiếu và đóng vai trò quan trọng trong các sản phẩm đó là pectin, là một loại phụ gia quí và vô hại có khả năng tạo gel, tạo đông trong công nghệ chế biến để tạo ra các sản phẩm đa dạng và phong phú, dễ bảo quản khi vận chuyển. Mặt khác, nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới nên thuận lợi cho việc trồng và sản xuất nhiều loại rau quả. Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất pectin. Lượng pectin còn có nhiều trong phế liệu rau quả trong công nghệ chế biến nước ép trái cây như bã cam, chanh, táo, vỏ xoài, vỏ - cùi bưởi, đu đủ .Đây là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm từ nguyên liệu là phế liệu những phần ta không ăn được hay những phần kém giá trị dinh dưỡng mà ta có thể sử dụng lại để chiết xuất lấy pectin có trong những phế liệu đó làm cho chúng có tác dụng và ứng dụng nhiều, hơn nữa việc thu mua phế liệu không sử dụng của các nhà máy và xử lý chúng để đem dùng là có tác dụng lớn trong việc bảo vệ môi trường và đem lại giá trị kinh tế cao. Đây là sản phẩm còn ít người được biết đến và nghiên cứu về nó cũng chưa nhiều, mặc dù nhu cầu tiêu thụ tương đối lớn. Vì vậy, việc tìm hiểu về nguyên liệu các tính chất biến đổi và qui trình công nghệ thích hợp để sản xuất và ứng dụng hợp lý đang là vấn đề cần thiết, đem lại hiệu suất thu hồi pectin cao hơn, đóng góp thiết thực cho sự phát triển chung của ngành công nghệ thực phẩm trong việc đa dạng hoá các sản phẩm. SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 3 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa về mặt kinh tế: Nguyên liệu là phế liệu bưởi giá cả thu mua rẻ nên dẫn đến chi phí về một sản phẩm thấp. - Ý nghĩa về mặt xã hội: Khi chi phí cho một đơn vị sản phẩm thấp đồng nghĩa với giá thành sản phẩm không cao nên chi phí về chi tiêu giảm dẫn đến chi phí về giáo dục cao. Trình độ con người trong xã hội ngày càng được nâng cao. - Ý nghĩa về mặt sức khỏe: Có nhiều giá trị dinh dưỡng trong khẩu phần ăn hằng ngày, phòng và chữa một số bệnh như: hạ cholesterol trong máu, chống tăng cường đường huyết ở người mắc bệnh tiểu đường, kích thích bài tiết dịch vị…. - Ý nghĩa trong công nghệ thực phẩm: Ứng dụng trong chế biến đồ hộp và rau quả, bánh kẹo, mứt, mứt đông… SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 4 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PECTIN 1.1. Tình hình nghiên cứu về pectin [25], [26], [27] 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước - Có công trình nghiên cứu thu nhận pectin từ phế liệu quả bưởi và ứng dụng để sản xuất mứt xoài đông do hai sinh viên Võ Thị Xuân Hạ- Trương Thị Thu Hà. Trường cao đẳng công nghệ, năm 2010. - Nghiên cứu thu nhận pectin từ vỏ cà phê do tác giả Bùi Anh Võ và Nguyễn Đức Lượng. Trường Đại học Tôn Đức Thắng và trường Đại học Bách khoa, ĐHQG – HCM, năm 2009. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Pectin là polysaccharides hành động như một chất kết dính tế bào trong vỏ của nhiều loại hoa quả khác nhau và rau quả. Một tính năng quan trọng của pectin là este hóa của acid galacturonic với methanol. Mức độ methyl hóa được định nghĩa là số mol của methanol trên 100 mol của acid galacturonic. - Công trình nghiên cứu về chỉ số pectin do ông Padivalet al. (năm 1979), nghiên cứu này được hỗ trợ bởi tài trợ nghiên cứu từ CONICET (Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas) và Universidad Nacional del Sur, Argentina. (Planta Piloto de Ingeniería Química (UNS-CONICET) Camino "La Carrindanga" Km 7. CC 717. (8000) Bahía Blanca. Argentina). - 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. SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 5 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga - Hội thảo quốc tế lần thứ hai về Pectins và Pectinaza được tổ chức bởi Đại học Wageningen và Trung tâm nghiên cứu và được tổ chức tại Rotterdam, Ngày 06- ngày 10 tháng 5, năm 2001. Cuộc họp này có hiệu quả sự tham dự của khoảng 130 đại biểu từ hơn 20 quốc gia, đại diện cho gần như tất cả các nhóm / ngành công nghiệp làm việc trên toàn thế giới về pectins và pectinaza. Sau cuộc họp đầu tiên về chủ đề này được tổ chức vào tháng 12 năm 1995, hội nghị chuyên đề chắc chắn tạo thành một nền tảng cho các nhà nghiên cứu và các ngành công nghiệp làm việc trong lĩnh vực này, tất cả trong kỷ luật chuyên môn riêng của họ. - Nghiên cứu công nghệ chiết xuất pectin từ Artocarpus heterophyllus lam. Được nghiên cứu bởi Guo Fei-yan, JI Ming-hui *, SHU Huo-ming, Chen Jing, Chen Yi-nan (Khoa Hóa, Đại học Hải Nam bình thường, chính Lab của Herb Hóa Dược phẩm nhiệt đới của tỉnh Hải Nam, 571.158 Hải Khẩu, Trung Quốc). - Pectin, một loại chất xơ được tìm thấy trong trái cây và rau quả, theo một nghiên cứu trong phòng thí nghiệm mới từ Mỹ, được viết trên tạp chí Glycobiology, thì pectin có thể gây chết tế bào lập trình trong các tế bào ung thư tuyến tiền liệt. Những gì báo cáo này cho thấy là nếu bạn lấy tế bào ung thư tuyến tiền liệt của con người và thêm pectin, bạn có thể tạo ra tế bào chết được lập trình", ông Debra Mohnen nhà nghiên cứu tế bào. "Nếu bạn làm như vậy không phải ung thư bằng tế bào chết không xảy ra . " 1.2. Nguồn gốc, cấu tạo và tính chất của pectin 1.2.1. Nguồn gốc - Pectin là chất phụ gia thực phẩm ngày nay thường được dùng để tạo gel, tạo đông. - Pectin có mặt trong củ quả, thân cây. Đóng vai trò vận chuyển nước và lưu chất cho các trái cây đang trưởng thành. Duy trì hình dáng và sự vững chắc của trái cây. Tiền thân của pectin là protopectin không tan trong nước và có nhiều trong mô trái cây còn xanh, quá trình chín sẽ kèm theo sự thủy phân protopectin thành SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 6 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga pectin. Sau đó kết hợp với sự demetyl hóa dưới tác dụng của enzyme và sự depolymer hóa của pectin thành pectate và cuối cùng là các loại đường hòa tan và acid. - Từ thời tiền sử chất pectin đã là thành phần trong khẩu phần ăn của con người. Nhưng chỉ mới nửa thế kỷ trước ngành công nghệ thực phẩm mới nhận biết được vai trò quan trọng của phụ gia pectin trong việc đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm. - Trong công nghiệp pectin được thu nhận từ dịch chiết của các nguyên liệu thực vật thường là táo hay các quả có múi như: cam, quýt, bưởi…Phần lớn các quốc gia xem pectin là phụ gia quý và vô hại được sử dụng với liều lượng phụ thuộc vào từng quy trình công nghệ. 1.2.2. Cấu tạo [4], [5], [12], [14] - Pectin là một polymer của các acid polygalacturonic và các este methyl của chúng. Pectin có nhiều ở quả, củ hoặc thân cây. Trong thực vật, pectin tồn tại dưới hai dạng: + Dạng protopectin không tan, tồn tại chủ yếu ở thành tế bào dưới dạng kết hợp với polysaccharide araban. + Dạng hòa tan của pectin, tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào. SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 7 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga Hình 1: Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật. - Các chất pectin là các polysaccharide, mạch thẳng, cấu tạo từ sự liên kết giữa các mạch của phân tử acid D- galacturonic C 6 H 10 O 7, liên kết với nhau bằng liên kết 1,4- glucoside. Trong đó một số gốc acid có chứa nhóm methoxyl (-OCH 3 ). Chiều dài của chuỗi acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị acid polygalacturonic. - Cấu tạo 1 đơn vị của chuỗi pectin: Hình 2: Cấu tạo một đơn vị chuỗi pectin. - Phân tử lượng: của các loại pectin tách từ các nguồn quả khác nhau thay đổi trong giới hạn rộng tùy theo số phân tử acid galaturonic và thường thay đổi trong phạm vi từ 10.000 ÷ 100.000. Trong các hợp chất dạng glucid so về chiều dài phân tử thì pectin cao hơn tinh bột nhưng thấp hơn cellulose. Ví dụ từ nguồn táo, mận thu được pectin có phân tử lượng từ 25.000 ÷ 35.000, trong khi đó pectin lấy từ cam lại có phân tử lượng đạt tới 50.000. - Trong thực tiễn thì tên pectin dùng để chỉ cả acid pectinic và pectin. 1.2.3. Tính chất SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 8 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga - Pectin thuộc nhóm các chất làm đông tụ. Pectin được xem là một trong những chất phụ gia thực phẩm an toàn và được chấp nhận nhiều nhất, và điều này được chứng minh bởi hàm lượng ADI cho phép là “không xác định” được ban hành bởi các tổ chức JECFA (Joint Food Expert Committee), SCF (Scientific Committee for Food) ở liên minh châu Âu và GRAS (Generally Regarded). - Mã hiệu quốc tế của pectin là E440. - 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 Ca và Mg) 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 các chất pectin. 1.3. Phân loại và các chỉ số đặc trưng 1.3.1. Phân loại a. Theo % nhóm methoxyl có trong phân tử SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 9 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga - 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%). Hình 3: Công thức HM pectin. - 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%). Hình 4: Công thức LM pectin. + Trong đó một vài pectin phản ứng với amoniac để tạo ra pectin được amid hóa ứng dụng trong một số lĩnh vực khác. Hình 5: Công thức pectin được amid hóa. b. Theo khả năng hòa tan trong nước SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc Lớp: 08C3 10 [...]... Ngọc 32 Lớp: 08C3 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga Chương 3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT PECTIN TỪ PHẾ LIỆU BƯỞI 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ Nguyên liệu Xử lý nguyên liệu Xay nhỏ Dd HCl loãng Trích ly pectin Dd Na2CO3 Trung hòa Ép Bã ép Lọc Lọc Bã lọc Cô đặc chân không Kết tủa Rót bao bì Lọc lấy bã Thanh trùng Bao bì Rửa bã Chế phẩm pectin cô đặc Bảo quản Sấy... Các dạng bưởi và phế liệu bưởi [21], [22], [23] 2.4.1 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 2.4.2 Phế liệu bưởi - Lá bưởi: có vị cay, đắng, the, mùi thơm, tính ấm - Cùi bưởi: vị ngọt đắng, tính ẩm Vỏ hạt có chứa nhiều pectin có tác dụng cầm máu.Trong cùi bưởi tươi... núm, bưởi da láng, bưởi da xanh, bưởi da cóc, bưởi bung, bưởi chùm, bưởi ổi Mỗi năm, bưởi ra hoa khoảng 2 lần, nhất là những tháng mưa Dễ dàng ra trái vụ Bưởi thích hợp với đất phù sa, SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc 23 Lớp: 08C3 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga nhiều mùn và khí hậu mát mẻ Sau đây chúng ta có thể tìm hiểu một số loại bưởi sau: a Giống bưởi da xanh Người... Bột pectin SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc 33 Lớp: 08C3 Dịch lọc Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga 3.2 Thuyết minh quy trình 3.2.1 Nguyên liệu, Xử lý nguyên liệu 3.2.1.1 Nguyên liệu Là phế phẩm của nhà máy trong quá trình ép nước quả 3.2.1.2 Xử lý nguyên liệu Rửa, xé tơi nguyên liệu - Mục đích: + Loại bỏ một phần tạp chất… + Loại bỏ phần lớn vi sinh vật bám trên nguyên liệu. .. giống từ một cây bưởi hạt đã trên 90 năm nay g Bưởi “ Lã Thiên Hương” – Một giống bưởi quý của Đoan Hùng SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc 25 Lớp: 08C3 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga Được trồng ở Đoan Hùng – Tuyên Quang h Bưởi Phúc Trạch Bưởi là cây ăn quả đem lại hiệu quả kinh tế cao trong phát triển kinh tế vườn hộ, trang trại hiện nay tại Hà Tĩnh đang trồng chủ yếu l 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 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) SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc 27 Lớp: 08C3 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD:... liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga Bảng 2.1 Phần trăm pectin trong các phế liệu của quả bưởi Khối lượng Các phế liệu Vỏ xanh Cùi trắng Vỏ múi Vỏ hạt Bã tép Hàm lượng Hiệu suất (%) 8 ÷ 11 15 ÷ 30 8 ÷ 12 3 ÷ 3,5 10 ÷ 16 Pectin ( % ) 3,1 5,8 5,3 5,2 thu hồi ( % ) 15,6 25,2 12,4 - 2.5 Ứng dụng của bưởi và phế liệu bưởi [23], [24], [28] 2.5 1 Bưởi Bưởi là loại trái cây ngon miệng, giàu dinh dưỡng, vitamin…... sử dụng nhiều trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm - Chiết xuất pectin, một phụ gia quý ứng dụng nhiều trong ngành thực phẩm như công nghệ chế biến rau quả, bánh kẹo, sữa, mứt đông… SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc 28 Lớp: 08C3 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga - Chiết xuất naringin: Chất naringin, một flavonoid tập trung ở bưởi, giúp sửa chữa ADN bị hư hại trong các tế bào... pectin và carragenan b Ứng dụng của pectin trong công nghiệp bánh kẹo Hình 9 : Các sản phẩm bánh kẹo có sử dụng pectin SVTH: Phạm Thị Thanh Ngọc 19 Lớp: 08C3 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga - Pectin tăng tính hấp dẫn, tạo cấu trúc đàn hồi, tăng mùi vị trái cây tự nhiên và tạo bề mặt bóng láng cho sản phẩm Pectin là chất tạo gel tốt, tan nhanh, ổn định Vì vậy, pectin. ..Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga - Pectin hòa tan (methoxyl polygalacturonic): Pectin hòa tan là polysaccharide 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) 1.3.2 Chỉ số đặc trưng Pectin được đặc trưng . tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa về mặt kinh tế: Nguyên liệu là phế. 08C3 4 Đề tài: Chiết xuất pectin từ phế liệu bưởi GVHD: Nguyễn Thị Thanh Nga Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PECTIN 1.1. Tình hình nghiên cứu về pectin [25], [26],