Luận án Nghiên cứu thu nhận pectin từ một số nguồn thực vật và sản xuất màng pectin sinh học ứng dụng trong bảo quản trái cây - Ngô Thị Minh Phương

MỤC LỤC. i

LỜI CAM ĐOAN. iv

DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT. v

DANH MỤC CÁC BẢNG . vii

DANH MỤC CÁC HÌNH . ix

MỞ ĐẦU . 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU . 5

1.1. Tổng quan về pectin . 5

1.1.1. Giới thiệu chung về pectin . 5

1.1.2. Kĩ thuật thu nhận pectin . 8

1.1.3. Tổng quan về nguồn nguyên liệu chiết tách pectin . 10

1.1.4. Một số ứng dụng của pectin . 12

1.2. Tổng quan về màng pectin sinh học . 13

1.2.1. Tổng quan về màng pectin . 13

1.2.2. Khả năng đồng tạo màng giữa các polysaccharide . 14

1.2.3. Nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu tạo màng pectin sinh học . 15

1.2.4. Các phương pháp tạo màng phim và màng phủ. 19

1.3. Một số phương pháp bảo quản trái cây . 20

1.3.1. Bảo quản ở nhiệt độ thấp . 20

1.3.2. Bảo quản bằng điều chỉnh thành phần khí quyển . 22

1.3.3. Bảo quản trái cây bằng phương pháp phủ màng . 23

1.3.4. Các phương pháp xử lý khác . 24

1.4. Giới thiệu về xoài và bơ . 24

1.4.1. Giới thiệu về xoài . 24

1.4.2. Giới thiệu về bơ . 25

1.5. Tình hình nghiên cứu chiết tách pectin và tạo màng pectin ứng dụng trong bảo quản thực

phẩm . 27

1.5.1. Ngoài nước . 27

1.5.2. Trong nước . 35

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 39

2.1. Vật liệu nghiên cứu . 39

2.1.1. Nguyên liệu . 39ii

2.1.2. Hóa chất . 41

2.1.3. Chủng VSV chỉ thị . 41

2.1.4. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm . 41

2.2. Phương pháp nghiên cứu . 41

2.2.1. Phương pháp xác định thành phần hóa học của nguyên liệu . 41

2.2.2. Quy trình chiết tách pectin . 42

2.2.3. Phương pháp xác định cấu trúc bằng phổ hồng ngoại FTIR . 44

2.2.4. Phương pháp đo độ màu . 45

2.2.5. Phương pháp xác định tính chất của pectin . 45

2.2.6. Phương pháp tạo màng . 47

2.2.7. Phương pháp xác định tính chất của màng . 48

2.2.8. Phương pháp phủ màng bảo quản xoài, bơ . 52

2.2.9. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu của quả trong thời gian bảo quản . 53

2.2.10. Phương pháp đánh giá chất lượng vi sinh . 54

2.2.11. Phương pháp toán học . 54

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. 56

3.1. Xác định một số thành phần hóa học của nguyên liệu . 56

3.2. Nghiên cứu chiết tách pectin . 57

3.2.1. Khảo sát chọn dung môi chiết . 57

3.2.2. Khảo sát các điều kiện chiết tách pectin bằng phương pháp ngâm chiết . 57

3.2.3. Khảo sát các điều kiện chiết tách pectin bằng siêu âm . 69

3.2.4. So sánh kết quả thu nhận pectin bằng phương pháp siêu âm và ngâm chiết thông thường73

3.3. Khảo sát khả năng tạo màng pectin phối hợp (màng pectin sinh học hoặc màng pectin

composite) . 76

3.3.1. Khảo sát độ bền cơ học của màng tạo thành bởi pectin vỏ bưởi (HMP) và pectin lá

sương sâm (LMP) với các polymer đồng tạo màng. . 76

3.3.2. Khảo sát độ hòa tan của màng tạo thành bởi pectin bưởi và pectin lá sương sâm với các

polymer đồng tạo màng . 78

3.3.3. Khảo sát độ truyền hơi nước của màng tạo thành bởi pectin bưởi và pectin lá sương sâm

với các polymer đồng tạo màng . 79

3.3.4. Độ truyền khí oxy của màng tạo thành bởi pectin lá sương sâm và pectin vỏ bưởi với

các polymer đồng tạo màng. 80

3.4. Nghiên cứu tạo màng pectin lá sương sâm (LMP) phối hợp với các polymer đồng tạo

màng (màng pectin composite). 81iii

3.4.1. Kết quả tạo màng pectin lá sương sâm (LMP) – chitosan (CS) . 81

3.4.2. Kết quả tạo màng pectin lá sương sâm (LMP) – alginate (AG) . 88

3.4.3. Kết quả tạo màng pectin lá sương sâm (LMP) - cacboxymethylcellulose (CMC) . 93

3.4.4. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp thụ ẩm của các loại màng . 98

3.5. Nghiên cứu tạo màng pectin lá sương sâm (LMP) phối hợp với vật liệu nano . 99

3.5.1. Nghiên cứu tạo màng pectin lá sương sâm - alginate có cố định nano ZnO (LMP/AG2-

ZnO-NPs) . 100

3.5.2. Nghiên cứu tạo màng pectin lá sương sâm với nanochitosan (LMP/NaCS) . 109

3.6. Nghiên cứu ứng dụng màng pectin sinh học để bảo quản xoài và bơ . 119

3.6.1. Nghiên cứu lựa chọn loại màng pectin sinh học để bảo quản xoài và bơ . 119

3.6.2. Nghiên cứu bảo quản xoài bằng màng P/NaCS . 123

3.6.3. Nghiên cứu bảo quản bơ bằng màng pectin/alginate/ZnO-NPs . 135

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 147

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ . 149

TÀI LIỆU THAM KHẢO . 151

PHỤ LỤC

pdf178 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 563 | Lượt tải: 4download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu thu nhận pectin từ một số nguồn thực vật và sản xuất màng pectin sinh học ứng dụng trong bảo quản trái cây - Ngô Thị Minh Phương, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
t động học của các loại pectin chiết tách Kết quả xác định độ nhớt động học của các loại pectin chiết tách được trình bày ở phụ lục 3. Từ kết quả thí nghiệm xây dựng mối tương quan giữa độ nhớt động học của pectin tách từ các nguồn nguyên liệu khác nhau với nồng độ dung dịch pectin thể hiện ở hình 3.6. Kết quả ở hình 3.6 cho thấy độ nhớt động học của pectin tách từ lá sương sâm cao nhất, sau đó đến độ nhớt của vỏ bưởi còn độ nhớt của hai mẫu pectin vỏ chuối và vỏ dưa hấu là thấp nhất. Độ nhớt và khối lượng phân tử của polymer có mối tương quan với nhau, từ kết quả này dự đoán rằng khối lượng phân tử của pectin từ các nguồn nguyên liệu này cũng khác nhau. 66 Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn tương quan độ nhớt động học của pectin với nồng độ Sử dụng phần mềm Origin 6.0 để thiết lập phương trình đường chuẩn giữa nồng độ và độ nhớt động học của các loại pectin đã thu được các đường chuẩn có dạng y = eax+b (Bảng 3.6). Bảng 3.6. Phương trình đường chuẩn và hệ số tương quan giữa nồng độ và độ nhớt động học của các loại pectin Các loại pectin Phương trình đường chuẩn Hệ số tương quan (R2) Pectin từ vỏ bưởi y = e0,4835x+0,73597 0,9902 Pectin từ vỏ chuối y = e0,4541x+0,41409 0,9926 Pectin từ vỏ dưa hấu y = e0,4324x+0,30336 0,9955 Pectin từ lá sương sâm y = e0,5376x+0,95127 0,9997 Ghi chú: y: độ nhớt động học của dung dịch pectin; x: nồng độ dung dịch pectin Từ những công thức đường chuẩn trên, nếu muốn biết được nồng độ của dung dịch các loại pectin được sản xuất trong cùng điều kiện chỉ cần xác định độ nhớt và ngược lại. c) Xác định khối lượng phân tử của các loại pectin - Khối lượng phân tử trung bình của pectin từ vỏ bưởi Từ số liệu về độ nhớt vốn có và độ nhớt suy giảm theo bảng phụ lục, xây dựng 0 10 20 30 40 50 0.95 1.27 1.69 2.25 3 Đ ộ n h ớ t đ ộn g h ọ c (m 2 / s) Nồng độ pectin, % Pectin vỏ bưởi Pectin vỏ chuối Pectin lá sương sâm Pectin vỏ dưa hấu 0,95 1,27 2,25 1,69 3,0 67 được đường chuẩn thể hiện mối tương quan độ nhớt vốn có và độ nhớt suy giảm của pectin từ vỏ bưởi theo nồng độ lần lượt có dạng là y = -14,85x + 195,4 và y = 189,39x + 209,64 với hệ số tương quan tương ứng là 0,9986 và 0,9104 (phụ lục 3). Áp dụng công thức giải các phương trình để xác định được độ nhớt riêng của pectin từ vỏ bưởi: lim4→ 189,39 + 209,64 và lim4→−14,85 + 195,4 Ta được [η]B = 202,52. Vậy khối lượng phân tử trung bình của loại pectin này là: MB = ==,>=,=?@ ,A A = 71 336,33 (g/mol) = 71,336 kDa Kết quả xác định khối lượng phân tử của pectin tách từ vỏ bưởi trong nghiên cứu này thấp hơn rất nhiều so với pectin tách từ một giống bưởi ở Thái Lan (440 – 645 kDa) trong nghiên cứu của Krongsin và cộng sự năm 2014 [78] nhưng lại cao hơn so với khối lượng phân tử của pectin tách từ vỏ quả Citrus sinensis (32,4 kDa) trong nghiên cứu của Randall và cộng sự vào năm 2003 [115]. - Khối lượng phân tử trung bình của petin từ vỏ chuối Kết quả thu được về thời gian trung bình chảy qua nhớt kế mao quản của pectin từ vỏ chuối và số liệu các loại độ nhớt sau khi tính toán của pectin từ vỏ chuối được thể hiện ở phụ lục. Từ số liệu về độ nhớt vốn có và độ nhớt suy giảm theo (phụ lục 3) xây dựng được đường chuẩn thể hiện mối tương quan độ nhớt vốn có và độ nhớt suy giảm của pectin từ vỏ chuối theo nồng độ lần lượt có dạng là y = -9,4042x + 153,77 và y = 112,22x + 151,23 với hệ số tương quan của hai đường chuẩn này tương ứng là 0,9949 và 0,9474 (phụ lục 3). Áp dụng công thức giải các phương trình để xác định được độ nhớt riêng của pectin từ vỏ chuối: lim4→ 112,22 + 151,23 và lim4→−9,4042 + 153,77 Ta được [η]C = 152,5. Như vậy, khối lượng phân tử trung bình của pectin tách từ vỏ chuối là: MC =  ?>=.>,=?@ ,A A = 50 431,5 (g/mol) = 50,432 kDa Khối lượng phân tử của pectin tách từ vỏ chuối trong nghiên cứu này thấp hơn 68 so với nghiên cứu trước đây của Vania và cộng sự (khoảng 87 - 248 kDa) [144], sự khác biệt này có thể do nguồn nguyên liệu hoặc do điều kiện tách chiết. - Khối lượng phân tử trung bình của pectin từ vỏ dưa hấu Số liệu các loại độ nhớt của pectin từ vỏ dưa hấu sau khi tính toán được thể hiện ở phụ lục 3. Từ số liệu về độ nhớt vốn có và độ nhớt suy giảm theo (phụ lục 3) ta xây dựng được đường chuẩn thể hiện mối tương quan độ nhớt vốn có và độ nhớt suy giảm của pectin từ vỏ dưa hấu theo nồng độ lần lượt có dạng là y = -7,3426x + 136,75 và y = 85,964x + 136,59 với hệ số tương quan của hai đường chuẩn này là 0,9649 và 0,9715 (phụ lục 3). Giải các phương trình để xác định được độ nhớt riêng của pectin từ vỏ dưa hấu: limx→0 85,964x + 136,59 và limx→0 -7,3426x + 136,75 Ta được [η]D = 136,67. Như vậy, khối lượng phân tử trung bình của pectin tách từ vỏ dưa hấu là: MD = ?DE,E@,=?@ ,A A = 44 107,78 (g/mol) = 44,108 kDa - Khối lượng phân tử trung bình của pectin từ lá sương sâm Kết quả thu được về thời gian trung bình chảy qua nhớt kế mao quản của pectin từ lá sương sâm và số liệu các loại độ nhớt sau khi tính toán của pectin từ lá sương sâm được thể hiện ở bảng (phụ lục 3). Từ số liệu về độ nhớt vốn có và độ nhớt suy giảm theo bảng 8 phụ lục, ta xây dựng được đường chuẩn thể hiện mối tương quan độ nhớt vốn có và độ nhớt suy giảm của pectin từ lá sương sâm theo nồng độ lần lượt có dạng là y = -16,84x+ 223,44 và y = 320,72x + 225,23 với hệ số tương quan R2 = 0,9625 và R2 = 0,9848 (phụ lục 3). Giải các phương trình để xác định được độ nhớt riêng của pectin lá sương sâm: lim4→ 320,72 + 225,23 và lim4→−16,84 + 223,44 Ta được [η]L = 224,34. Như vậy khối lượng phân tử trung bình của pectin từ lá sương sâm là: ML = ==F,DF,=?@ ,A A = 80 841,97 (g/mol) = 80,842 kDa Từ phương trình đường chuẩn của bốn loại pectin ta có thể thấy độ nhớt suy 69 giảm luôn tỷ lệ thuận với nồng độ và độ nhớt vốn luôn lại tỷ lệ nghịch với nồng độ. Từ các kết quả phân tích ở trên có thể tổng kết về độ nhớt riêng và khối lượng phân tử trung bình của bốn loại pectin nghiên cứu theo bảng 3.7. Bảng 3.7. Độ nhớt riêng và khối lượng phân tử trung bình của bốn loại pectin nghiên cứu Thông số đo Pectin từ vỏ bưởi Pectin từ vỏ chuối Pectin từ vỏ dưa hấu Pectin từ lá sương sâm Độ nhớt riêng (ml/g) 202,52 152,5 136,67 224,34 Khối lượng phân tử (kDa) 71, 336 50, 432 44, 108 80, 842 Sau khi nghiên cứu quá trình chiết tách pectin bằng phương pháp ngâm chiết ở mục 3.2.2, có thể nhận thấy rằng chiết tách pectin từ vỏ bưởi và lá sương sâm thì hàm lượng pectin thu được cao và sản phẩm pectin có độ nhớt và khối lượng phân tử tương đối cao. Tuy nhiên, so với lượng tổng pectin trong nguyên liệu thì hàm lượng pectin thu nhận vẫn thấp hơn, vì vậy cần tiếp tục nghiên cứu chiết pectin bằng phương pháp siêu âm. Chọn hai nguyên liệu tạo pectin có độ nhớt và khối lượng phân tử lớn là vỏ bưởi và lá sương sâm để tiếp tục nghiên cứu chiết tách pectin bằng phương pháp siêu âm. 3.2.3. Khảo sát các điều kiện chiết tách pectin bằng siêu âm Với kết quả nghiên cứu thu được từ mục 3.2.2 cho thể nhận thấy, phương pháp ngâm chiết bằng nhiệt là phương pháp phù hợp để thu nhận pectin đạt chất lượng và hàm lượng tương đối cao. Tuy nhiên, so với hàm lượng tổng pectin có trong nguyên liệu thì hàm lượng thu nhận vẫn còn thấp. Dựa vào tài liệu tham khảo [51], [55] thì chiết tách bằng phương pháp siêu âm có ưu điểm về hàm lượng pectin thu nhận, thời gian siêu âm và nhiệt độ chiết so với phương pháp chiết bằng nhiệt thông thường. Thực hiện khảo sát các điều kiện chiết tách pectin của vỏ bưởi và lá sương sâm bằng siêu âm. Thực hiện chiết tách theo quy trình được trình bày ở mục 2.2.2. 3.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ sóng siêu âm đến quá trình chiết tách pectin Kết quả khảo sát ảnh hưởng của biên độ sóng siêu âm đến quá trình chiết tách pectin từ vỏ bưởi và lá sương sâm được biểu diễn ở đồ thị hình 3.7. 70 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trong cùng một đường thể hiện sự khác nhau có nghĩa của các giá trị (với mức ý nghĩa p < 0,05) Kết quả ở đồ thị hình 3.7 cho thấy khi tăng biên độ từ 30 – 80% thì hàm lượng pectin thu được ở vỏ bưởi tăng từ 8,5% đến 14,5% và ở lá sương sâm tăng từ 4,7% đến 14,3%. Điều này có thể được giải thích như sau: kích thước của bong bóng cộng hưởng tỉ lệ thuận với biên độ của sóng siêu âm [104], do đó khi biên độ tăng thì các bong bóng “cavitation” bị vỡ nhiều và mạnh hơn do đó tác động mạnh đến các tế bào thực vật và giải phóng pectin ở trạng thái hòa tan. Tuy nhiên khi ta tăng biên độ lên 90% thì hàm lượng pectin lại giảm xuống đáng kể, có thể là do các hoạt động “cavitation” giảm khi lượng thể tích bong bóng lớn. Hơn nữa, nó còn tạo ra một đám mây bong bóng quanh đầu phát, do đó ngăn chặn và làm giảm quá trình truyền năng lượng vào môi trường chiết tách, hiện tượng này gọi là “hiệu ứng bão hòa”. Ngoài ra nó làm xác suất biến dạng của các bong bóng tăng nên khi vỡ không theo cơ chế bình thường, làm giảm hiệu quả truyền năng lượng khi các bong bóng vỡ. Cũng có thể khi biên độ tăng cao quá sẽ làm phân hủy pectin do đó hiệu suất thu hồi giảm [146]. Như vậy từ kết quả khảo sát trên, chọn biên độ siêu âm 80% để thực hiện cho nghiên cứu tiếp theo trong quá trình chiết tách pectin từ vỏ bưởi và sương sâm. 3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của chu kì đến quá trình chiết tách pectin Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chu kì đến quá trình chiết tách pectin được biểu diễn ở đồ thị hình 3.8. 8,53 11,33 11,63 13 13,46 14,5 12,8 4,73 6,83 8,97 9,60 10,63 14,43 11,90 4 6 8 10 12 14 16 30 40 50 60 70 80 90 H àm lư ợ n g pe ct in , % Biên độ, % Vỏ bưởi Lá sương sâm Hình 3.7. Ảnh hưởng của biên độ đến hàm lượng pectin 71 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trong cùng một đường thể hiện sự khác nhau có nghĩa của các giá trị (với mức ý nghĩa p < 0,05) Kết quả ở đồ thị hình 3.8 cho thấy hàm lượng pectin thu nhận thay đổi khi thực hiện chiết tách ở các chu kì siêu âm khác nhau. Khi tăng chu kì từ 30% đến 90% thì ban đầu hàm lượng pectin ban đầu tăng dần và sau đó giảm xuống, hàm lượng pectin thu được cao nhất ở mẫu vỏ bưởi là chu kì 50% và ở mẫu lá sương sâm là chu kì 70%. Có thể giải thích kết quả này như sau: Do ở chu kì 30%, thời gian siêu âm 20 phút tương đối ngắn nên hiệu ứng tạo bọt không đủ để phá vỡ nguyên liệu và tạo điều kiện cho pectin chiết tách vào dung dịch. Còn khi chu kì lớn hơn 50% với vỏ bưởi và 70% với lá sương sâm thì hàm lượng pectin thu được không tăng mà có xu hướng giảm xuống vì khi chu kì tăng cao quá, cường độ tạo bọt rất lớn, các bong bóng vỡ mạnh và nhiều dẫn đến việc tạo bong bóng giảm đi. Kết quả nghiên cứu này cũng tương tự như nghiên cứu của Chavan và Singhal về quá trình chiết tách các chất có hoạt tính sinh học từ hạt cau bằng phương pháp siêu âm, trong đó chu kì thực hiện tốt nhất là 50%; phù hợp với kết quả nghiên cứu của F.Z. Ashtiani và cộng sự khi chiết tách pectin từ vỏ bưởi ở chế độ siêu âm gián đoạn thì hàm lượng pectin thu được cao hơn so với khi siêu âm liên tục [55]. Kết quả nghiên cứu trên cho thấy ảnh hưởng của chu kì đến quá trình chiết tách pectin từ hai nguyên liệu có sự khác nhau. Điều này có thể do sự liên kết giữa pectin với các thành phần khác trong cấu trúc tế bào của mỗi nguyên liệu khác nhau. 12,30 14,07 16,80 14,9313,8 15,5 15,37 15,03 10 12 14 16 18 30 50 70 90 H àm lư ợn g pe ct in , % Chu kì, % Lá sương sâm Vỏ bưởi Hình 3.8. Ảnh hưởng của chu kì đến hàm lượng pectin 72 3.2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến quá trình chiết tách pectin Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết tách pectin được thể hiện ở đồ thị hình 3.9. Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng pectin Ghi chú: các chữ cái khác nhau trong cùng một đường thể hiện sự khác nhau có nghĩa của các giá trị (với mức ý nghĩa p < 0,05 Kết quả ở đồ thị hình 3.9 cho thấy khi thời gian chiết tách tăng từ 10 đến 20 phút (với nguyên liệu lá sương sâm) và từ 10 đến 30 phút (với nguyên liệu vỏ bưởi) thì hàm lượng pectin thu được tăng lên nhưng khi kéo dài thời gian hơn nữa thì hàm lượng pectin thu nhận lại giảm. Hiện tượng này có thể giải thích: trong thời gian đầu, nhờ tác động xâm thực (cavitation) của sóng siêu âm quá trình trương nở và hydrate hóa của các nguyên liệu được tăng lên [104]. Hiện tượng vỡ các bong bóng gần bề mặt cũng liên quan đến các vi cấu trúc có thể là nguyên nhân gây nên sự phá vỡ và xâm nhập tốt của dung môi vào bên trong cấu trúc tế bào thực vật và đồng thời rửa giải pectin thoát ra khỏi nguyên liệu và khuếch tán vào dung môi, làm tăng hiệu quả chiết tách pectin. Bên cạnh đó, dưới sự hỗ trợ của dung môi chiết là acid citric, protopectin chuyển hóa thành pectin và thoát ra bên ngoài. Tuy nhiên, khi kéo dài thời gian, tác động của hiệu ứng nhiệt và các điều kiện siêu âm và cả dung môi acid citric sẽ làm phân hủy pectin, kết quả làm giảm hàm lượng pectin thu hồi được. Thời gian tốt nhất để chiết pectin từ vỏ bưởi và lá sương sâm khác nhau vì hàm 12,97 16,87 16,03 15,63 12,57 15,63 17,23 16,50 10 12 14 16 18 10 20 30 40 H àm lư ợn g pe ct in , % Thời gian, phút Lá sương sâm Vỏ bưởi 73 lượng pectin trong vỏ bưởi cao hơn tạo độ nhớt lớn cản trở quá trình dịch chuyển của pectin từ bên trong nguyên liệu ra ngoài dung môi do đó thời gian chiết tách pectin từ vỏ bưởi dài hơn. Sau đây là hình ảnh thu nhận được trong quá trình chiết tách pectin (hình 3.10). (a) (b) Như vậy điều kiện siêu âm tốt nhất để chiết tách pectin từ vỏ bưởi là biên độ 80%, chu kì 50%, thời gian 30 phút và điều kiện chiết tách pectin từ lá sương sâm là biên độ 80%, chu kì 70%, thời gian 20 phút, được thực hiện trên thiết bị có công suất 400W, tần số 24kHz, 40oC. Kết quả nghiên cứu này tương tự như kết quả nghiên cứu của F.Z. Ashtiani về chiết pectin từ vỏ bưởi bằng phương pháp siêu âm sử dụng thiết bị công suất 200 W, tần số 24 kHz, nhiệt độ 70oC, thời gian 25 phút [55]. 3.2.4. So sánh kết quả thu nhận pectin bằng phương pháp siêu âm và ngâm chiết thông thường Sau khi tìm được điều kiện tốt nhất để chiết tách pectin ở các phương pháp, tiến hành làm thí nghiệm kiểm chứng và lấy mẫu đi phân tích phổ hồng ngoại, so sánh với mẫu chuẩn là pectin thương mại của hãng HiMedia (Ấn Độ). Kết quả phân tích được biểu diễn ở hình 3.11. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của mẫu pectin chuẩn và mẫu pectin vỏ bưởi, lá sương sâm được chiết bằng phương pháp siêu âm và phương pháp ngâm chiết bởi nhiệt (hình 3.11) cho thấy các mẫu đều hấp thụ ở các số sóng tương tự nhau. Hình 3.10. Hình ảnh pectin sau khi kết tủa bằng cồn 96o (a) và sau khi lọc lấy kết tủa (b) 74 (a) (b) Hình 3.11. Phổ FTIR của pectin (a) Từ vỏ bưởi (b) Từ lá sương sâm Từ các kết quả trên đây có thể thấy rằng các điều kiện siêu âm không tác động đến các nhóm chức chính của pectin, ngoại trừ nhóm chức este. Sử dụng dùng phần mềm Origin 6.0 để xác định diện tích peak của các pectin thu được, kết quả được thể hiện ở hình 3.12. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4009001400190024002900340039004400 Đ ộ tr u yề n qu a , % Số sóng, cm-1 Mẫu siêu âm Mẫu chuẩn Mẫu chiết thông thường 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 4009001400190024002900340039004400 Đ ộ tr u yề n qu a , % Số sóng, cm-1 Mẫu siêu âm Mẫu chuẩn Mẫu chiết thông thường 1640-1620 1760-1745 1760-1745 1640-1620 (1) (1) (2) (3) (1) (3) (2) (2) (3) (1) (2) (3) 75 (a) (b) (c) (d) Hình 3.12. Kết quả xác định diện tích peak ở số sóng 1760 - 1745 và 1640 – 1620: pectin lá sương sâm (a) siêu âm (b) ngâm chiết; pectin vỏ bưởi (c) siêu âm (d) ngâm chiết Sau quá trình nghiên cứu chiết tách pectin trên hai nguyên liệu lá sương sâm và vỏ bưởi, rút ra một số kết quả so sánh khi chiết bằng phương pháp siêu âm và phương pháp ngâm chiết thông thường như ở bảng 3.8. Bảng 3.8. Ảnh hưởng của phương pháp chiết tách đến hiệu quả và tính chất của pectin thu nhận Nguyên liệu Phương pháp chiết tách Hàm lượng pectin, % Độ nhớt, cP Chỉ số DE Điều kiện chiết tách Vỏ bưởi Ngâm chiết 17,43±0,18a 236,5±10,4b 58,93±1,41c - Nhiệt độ: 96,89oC - Thời gian: 98,16 phút - Nồng độ acid citric: 7% Siêu âm 17,2±0,36a 224,8± 15,7b 53,8±2,05c - Biên độ: 80%, chu kì 50% - Nhiệt độ: 40oC -Thời gian: 30 phút - Nồng độ acid citric: 7% Lá sương sâm Ngâm chiết 16,43±0,35d 298,1±13,7e 48,36±2,11f - Nhiệt độ: 87,86oC - Thời gian: 74,78 phút - Nồng độ acid citric: 6,48% Siêu âm 16,8±0,49d 278,2 ±17,2e 45,25±3,37f - Biên độ: 80%, chu kì 70% - Nhiệt độ: 40oC - Thời gian: 20 phút - Nồng độ acid citric: 6,48% Ghi chú: các chữ cái giống nhau trong bảng thể hiện sự khác nhau không có nghĩa của các giá trị (với mức ý nghĩa p < 0,05) Kết quả ở bảng 3.8 cho thấy: - Bằng phương pháp siêu âm ta có thể thu nhận lượng pectin tương đương với phương pháp ngâm chiết ở điều kiện nghiên cứu tối ưu. Chiết tách pectin bằng phương pháp siêu âm có lợi là rút ngắn được thời gian chiết tách. 76 - Chỉ số DE giảm đi khi chiết bằng phương pháp siêu âm nhưng không đáng kể. Tuy nhiên, do nhu cầu về lượng pectin sử dụng cho nghiên cứu tạo màng sau này nhiều, cần thực hiện chiết tách với số lượng mẫu lớn, trong khi đó thiết bị siêu âm ở quy mô phòng thí nghiệm vừa có công suất nhỏ, vừa phục vụ nhiều nghiên cứu khác. Mặc dù thời gian chiết tách bằng ngâm chiết có dài hơn phương pháp siêu âm, nhưng để chủ động trong quá trình nghiên cứu, phương pháp ngâm chiết được chọn để chiết tách pectin cho những nghiên cứu tiếp theo. 3.3. Khảo sát khả năng tạo màng pectin phối hợp (màng pectin sinh học hoặc màng pectin composite) Sau khi nghiên cứu chiết tách pectin từ một số nguồn thực vật, chọn hai loại pectin có khối lượng phân tử lớn: pectin từ vỏ bưởi thuộc nhóm HMP và pectin từ lá sương sâm thuộc nhóm LMP để tiếp tục nghiên cứu tạo màng. Nhằm nâng cao các tính chất của màng như độ bền cơ học, độ thấm hơi nước, độ hòa tan và thấm khí oxy, thực hiện nghiên cứu tạo màng pectin phối hợp với CMC, AG và CS. Các loại polysaccharide này được lựa chọn dựa trên cơ sở: - Cả 3 đều là những polysaccharide, không độc hại, có thể sử dụng trong thực phẩm, có khả năng tạo màng với độ bền cơ học cao và có thể đồng tạo màng với các polysaccharide khác. - Có đặc điểm riêng về tính tan: CMC tan trong nước, AG tan trong nước nhưng không tan trong dung dịch Ca2+, CS không tan trong nước. Bước đầu, tiến hành phối trộn pectin với alginate, chitosan và CMC với tỉ lệ pectin:polymer đồng tạo màng là 75:25 và tiến hành đo một số tính chất cơ bản của màng như độ bền cơ học, độ thấm hơi nước, độ hòa tan và thấm khí oxy. 3.3.1. Khảo sát độ bền cơ học của màng tạo thành bởi pectin vỏ bưởi (HMP) và pectin lá sương sâm (LMP) với các polymer đồng tạo màng Tính chất cơ học của màng là một tính chất quan trọng nhất của một bao bì thực phẩm vì nó làm nhiệm vụ bảo vệ và bảo quản nguyên vẹn tính chất của thực phẩm bên trong. Kiểm tra độ bền cơ học của các màng nghiên cứu qua độ bền kéo đứt (TS), độ giãn dài (E) như đã được trình bày ở mục 2.2.7.5, kết quả được biểu diễn ở biểu đồ hình 3.13 và 3.14. 77 Từ kết quả ở biểu đồ hình 3.13 và hình 3.14 có thể thấy khi phối trộn cả hai loại pectin với AG, CMC và CS với tỉ lệ 75:25 đều tạo ra các màng có độ bền kéo đứt cao hơn so với màng pectin. Trong các màng phối hợp, màng P/AG có độ bền kéo đứt cao nhất, tiếp đến là màng P/CMC và cuối cùng là màng P/CS. Màng P/CMC có độ giãn dài lớn nhất, tiếp đến là màng P/CS và cuối cùng là màng P/AG. Hình 3.13. Độ bền kéo đứt của các màng được tạo thành từ pectin vỏ bưởi (HMP) và pectin lá sương sâm (LMP) Hình 3.14. Độ giãn dài của các màng được tạo thành từ pectin vỏ bưởi (HMP) và pectin lá sương sâm (LMP) Kết quả thu nhận trên đây có thể giải thích dựa vào khả năng hình thành liên kết giữa pectin với các polysaccharide đồng tạo màng. Liên kết tạo thành giữa pectin với CMC và pectin với AG chủ yếu là liên kết hydro giữa các nhóm –OH và 5,75 13,12 9,2 8,56 7,1 17,3 13,39 11,3 0 4 8 12 16 20 P P/AG P/CMC P/CS Đ ộ bề n ké o đ ứ t T S, M Pa HMP LMP 1,40 1,34 21,31 13,2 7,17 3,22 45,6 8,9 0 10 20 30 40 50 60 P P/AG P/CMC P/CS Đ ộ gi ãn dà i, % HMP LMP 78 liên kết ngang được hình thành giữa các nhóm –COO- của pectin qua cầu calci với các nhóm –COO- của CMC, hoặc của AG. Liên kết ngang là loại liên kết bền vững nên tạo được mạng lưới không gian vững chắc, tạo cho màng hỗn hợp có độ bền kéo đứt tốt. Riêng màng phối trộn giữa pectin và CS ngoài liên kết hydro và liên kết ngang còn có liên kết tĩnh điện giữa nhóm –NH3+ của chitosan và một số lượng nhóm –COO- của pectin. Màng được tạo thành với 100% thành phần pectin có độ bền kéo đứt thấp hơn so với màng phối trộn do số lượng liên kết ngang ít hơn. Màng P/AG có độ bền kéo đứt cao hơn so với các màng phối trộn khác, điều đó có thể do sự tổ hợp mạng lưới không gian giữa hai loại polysaccharide này phù hợp, cho phép hình thành nhiều liên kết, đặc biệt là các liên kết ngang. Màng tạo thành từ pectin lá sương sâm (LMP) có độ bền kéo đứt cao hơn so với màng được tạo thành từ pectin vỏ bưởi (HMP) vì LMP có chỉ số ester thấp nên có số lượng nhóm –COOH cao, khả năng hình thành nhiều liên kết ngang hơn màng HMP. Sự khác nhau về độ giãn dài thể hiện sự tương hợp không gian giữa các polysaccharide trong màng. 3.3.2. Khảo sát độ hòa tan của màng tạo thành bởi pectin bưởi và pectin lá sương sâm với các polymer đồng tạo màng Độ hòa tan là một chỉ tiêu quan trọng của màng trong việc ứng dụng tạo màng ăn được sử dụng trong thực phẩm. Độ hòa tan của các màng tạo thành từ pectin vỏ bưởi và pectin lá sương sâm với các polymer đồng tạo màng được xác định như mục 2.2.7.4, thu được kết quả biểu diễn ở biểu đồ hình 3.15. Kết quả ở hình 3.15 cho thấy màng được tạo thành từ pectin vỏ bưởi và lá sương sâm đều tan hoàn toàn trong nước sau 24 giờ. Các màng hỗn hợp giữa pectin và các polymer đều có độ hòa tan thấp hơn màng pectin vỏ bưởi và lá sương sâm. Điều này có thể lý giải dựa vào sự hình thành các liên kết giữa pectin với các polysaccharide đồng tạo màng, tương tự như đã trình bày ở phần khảo sát độ bền cơ học. Sự hình thành các liên kết ngang giữa ion Ca2+ với các nhóm –COO- trong màng P/AG, P/CMC và liên kết ngang giữa nhóm –NH3+ của chitosan và –COO- của pectin trong màng P/CS, làm gia tăng độ bền của màng trong môi trường nước. Màng P/AG có độ hòa tan thấp nhất, điều đó một lần nữa khẳng định về sự tổ hợp mạng lưới không gian 79 giữa hai loại polysaccharide này phù hợp, cho phép hình thành nhiều liên kết hơn, đặc biệt là các liên kết ngang so với các loại màng khác. Các màng được tạo thành từ HMP đều có độ hòa tan cao hơn so với màng từ LMP, điều này có thể giải thích do HMP có số lượng nhóm –COO- ít hơn ở LMP nên khả năng hình thành các liên kết ngang bền vững trong môi trường nước ít hơn, làm cho mạng lưới không gian dễ bị phá vỡ dẫn đến độ hòa tan cao. Hình 3.15. Độ hòa tan của các màng được tạo thành từ pectin vỏ bưởi (HMP) và pectin lá sương sâm (LMP) 3.3.3. Khảo sát độ truyền hơi nước của màng tạo thành bởi pectin bưởi và pectin lá sương sâm với các polymer đồng tạo màng Tốc độ truyền hơi nước (WVTR) được định nghĩa là khối lượng hơi nước truyền qua màng phim trên một đơn vị diện tích và thời gian cụ thể trong một điều kiện nhất định. Tiến hành khảo sát độ truyền hơi nước của các màng như mục 2.2.7.6 và kết quả được biểu thị ở biểu đồ hình 3.16. Hình 3.16. Độ truyền hơi nước của các màng được tạo thành từ pectin vỏ bưởi (HMP) và pectin lá sương sâm (LMP) 100 65,2 100 77,5 100 48,6 87,6 65,8 0 20 40 60 80 100 120 P P/AG P/CMC P/CS Đ ộ hò a ta n , % HMP LMP 45,70 46,79 36,79 36,79 38,77 42,09 20,58 22,06 0 10 20 30 40 50 60 P P/AG P/CMC P/CS Đ ộ tr u yề n hơ i n ư ớ c, g/ h. m 2 HMP LMP 80 Kết quả cho thấy rằng màng được tạo thành từ LMP với các polymer như chitosan, alginate, CMC đều có khả năng làm rào cản hơi nước tốt hơn nhiều so với màng được tạo thành từ HMP. 3.3.4. Độ truyền khí oxy của màng tạo thành bởi pectin lá sương sâm và pectin vỏ bưởi với các polymer đồng tạo màng Oxy là nguyên nhân chính gây nên quá trình oxy hóa gây nên các biến đổi về mùi, màu sắc, hương vị và có thể gây ra oxy hóa, bắt đầu một số thay đổi thực phẩm như mùi, màu sắc, hương vị và mất đi các thành phần dinh dưỡng. Màng có khả năng làm rào cản oxy thích hợp có thể giúp nâng cao chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm. Độ truyền khí oxy của các màng được xác định như mục 2.2.7.9, kết quả được biểu diễn ở hình 3.17. Hình 3.17.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_thu_nhan_pectin_tu_mot_so_nguon_thuc_vat.pdf
Tài liệu liên quan