Hcmute khảo sát một số phương pháp trích ly và một số yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của polysaccharide gum từ lá sương sáo (mesona blumes benth)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

KHẢO SÁT MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY
VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ
NHỚT CỦA POLYSACCHARIDE GUM TỪ LÁ
SƯƠNG SÁO (MESONA BLUMES BENTH)

MÃ SỐ: T2017-51TĐ

SKC 0 0 6 0 5 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2017

Luan van


Mẫu 2T. Trang bìa phụ của báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

KHẢO SÁT MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY VÀ

MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NHỚT CỦA
POLYSACCHARIDE GUM TỪ LÁ SƯƠNG SÁO
(MESONA BLUMES BENTH)
Mã số: T2017-51TĐ

Chủ nhiệm đề tài: TS. TRỊNH KHÁNH SƠN
Thành viên đề tài: KS. PHẠM THỊ NHÀN
KS. LÊ NGỌC THIỆN

TP. HCM, tháng 12 năm 2017

Luan van


MỤC LỤC

MỤC LỤC ...................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................ 3
DANH MỤC BẢNG....................................................................................................... 3
TÓM TẮT ....................................................................................................................... 4
1. MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 5
1.1.

Giới thiệu về lá Sương sáo ................................................................................ 5

1.2.

Phân loại khoa học ............................................................................................ 5

1.3.

Phân bố .............................................................................................................. 5

1.4.

Mô tả.................................................................................................................. 6

1.5.

Gum lá sương sáo (Mesona Blumes Gum – MBG) .......................................... 7

1.6.

Một số nét chung về sự hình thành gel của polysacharide ................................ 8

1.7.

Cơ chế tạo gel .................................................................................................... 9

1.8.

Tính chất chung của gel polysaccharide ......................................................... 10

1.9.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo gel .............................................................. 10

1.10.

Các gel của polysaccharide .......................................................................... 12

1.11.

Polysaccharide trong gum lá sương sáo (Mesona Blumes Gum – MBG) ... 12

1.12.

Độ nhớt và cơ lưu chất ................................................................................. 14

1.13.

Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước .................................................. 20

1.14.

Mục tiêu của nghiên cứu .............................................................................. 23

2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ...................................................................... 24
2.1.

Phương pháp thu nhận gum Sương sáo ........................................................... 24

2.2.

Phổ hồng ngoại Fourier (FTIR) ....................................................................... 25

2.3.

Các tính chất về độ nhớt .................................................................................. 26

2.4.

Xác định thành phần hóa học .......................................................................... 26

2.5.

Phân tích thống kê ........................................................................................... 26

3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................................. 28
3.1.

Thành phần hóa học của bột lá sương sáo....................................................... 28

3.2. Ảnh hưởng của các phương pháp thu nhận đến khả năng tạo gel của gum
sương sáo ................................................................................................................... 28
1

Luan van


3.3.

Phổ FTIR ......................................................................................................... 29

3.4.

Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng lên độ nhớt của 2 mẫu ETH và CAS.......... 31

3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng gum lên độ nhớt của 2 mẫu ETH và
CAS 33

3.6.

Ảnh hưởng của pH và đường lên độ nhớt của 2 mẫu ETH và CAS ............... 36

4. KẾT LUẬN ............................................................................................................ 39
5. ĐỀ XUẤT .............................................................................................................. 40
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 41

2

Luan van


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Lá cây Sương sáo .......................................................................................... 6
Hình 1. 2. Phân loại thuộc tính cơ lưu chất của chất lỏng (James F. Steffe, 1996). ..... 16
Hình 1. 3. Mối quan hệ giữa ứng suất trượt và tốc độ biến dạng của các loại chất lỏng
độc lập với thời gian (James F. Steffe, 1996). .............................................................. 17
Hình 1. 4. Sản phẩm bột sương sáo trên thị trường ..................................................... 21
Hình 3. 1. Phổ FITR của mẫu gum ETH và CAS ......................................................... 30
Hình 3. 2. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng lên độ nhớt của gum (25oC).................... 32
Hình 3. 3. Ảnh hưởng của hàm lượng và nhiệt độ lên độ nhớt của gum (100 rpm)..... 35
Hình 3. 4. Ảnh hưởng của pH, đường sucrose và glucose lên độ nhớt của gum.......... 37
Hình 3. 5. Ảnh hưởng của pH lên độ nhớt của gum sương sáo trong dung dịch (James
F. Steffe, 1996). ............................................................................................................ 38

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Chất lỏng Newton, Power Law và Bingham Plastic là các trường hợp đặc
biệt của mơ hình Herschel-Bulkley (James F. Steffe, 1996). ....................................... 19
Bảng 3. 1. Phương trình Arrhenius và năng lượng hoạt hóa (Ea) của các mẫu gum

sương sáo. ..................................................................................................................... 34

3

Luan van


TÓM TẮT
Gum từ lá sương sáo được thu nhận bằng bằng nhiều phương pháp. Việc sử dụng
nhiệt và bổ sung CaSO4 hoặc ethanol giúp tạo gel của gum (mẫu CAS và ETH). Phổ
FTIR cho thấy các mẫu gum sương sáo có chứa xylan và pectin có mức độ methoxyl
thấp với các tỉ lệ khác nhau. Tùy theo nồng độ gum và tốc độ biến dạng mà gum sương
sáo thể hiện đặc tính của chất lỏng Newton hay giả dẻo. Năng lượng hoạt hóa (Ea) của
các mẫu gum sương sáo ở mức từ -15,71 đến -23,02 (kJ/mol) chứng tỏ các gum này khá
nhạy cảm với nhiệt độ và khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt của mẫu gum giảm. Độ nhớt gum
tăng mạnh ở pH 6-10 hoặc khi có bổ sung đường (glucose, sucrose).

4

Luan van


1. MỞ ĐẦU
1.1. Giới thiệu về lá Sương sáo
Liangfen cao (Mesona Blumes Benth), còn được gọi là Hsiantsao, là một cây thảo
dược hàng năm của Nam Trung Quốc và các nước Đông Nam Á (Indonesia, Việt Nam,
và Myanmar). Cây sương sáo đã được sử dụng như một loại thảo dược trong y học dân
gian Trung Quốc và được báo cáo là có hiệu quả trong việc ngăn ngừa say nắng, ngừa
tăng huyết áp, bệnh tiểu đường, và đau cơ bắp hoặc đau khớp. Hương thơm độc đáo và
lợi ích sức khỏe của của loại thảo dược này làm cho nó phổ biến với người Trung Quốc.

Theo truyền thống, cây sương sáo được tiêu thụ như là một trà thảo dược hoặc là một
loại thạch tráng miệng. Tên gọi khác: Sương sáo, Thủy cẩm, Thạch đen. Tên tiếng Anh:
Asian grass jelly. Tên khoa học: Mesona Chinensis Benth. Các loài tương cận: Mesona
procumbens Hemsley, Mesona palustris (Lai L.S và Liao C.L, 2002a-b).

1.2. Phân loại khoa học
Bộ (Order): Hoa môi (Lamiales); Họ (Family): Hoa mơi/Bạc hà (Lamiaceae);
Chi (Genus): Cỏ thạch (Mesona); Lồi (Species): Mesona chinensis. Chi Cỏ thạch
(Mesona) là một chi thực vật thân thảo thuộc Họ Bạc hà (Lamiaceae). Cây Sương sáo
(Mesona chinensis) là lồi thực vật thân thảo thấp, có nhựa kết thạch trong nước được
dùng để làm thức uống giải khát.Ở Trung Quốc, tiếng Quan Thoại gọi là “xiancao” (tiên
thảo), người Mân cao ở Đài Loan gọi là “sian-chháu”, người Quảng Đông gọi là “leung
fan cao” (lương phấn thảo). Người Việt Nam gọi là “sương sáo”.

1.3. Phân bố
Cây sương sáo (Mesona chinensis Benth.) có nguồn gốc ở Đơng và Đơng Nam
Châu Á, phân bố nhiều ở Đông Nam Trung Quốc, Đài Loan và khu vực Đơng Nam Á.
Lồi này mọc mạnh trên các khu vực đất cỏ, đất cát và đất khô.Ở Việt Nam cây sương

5

Luan van


sáo mọc hoang dại ở vùng rừng núi và về sau này được trồng ở nhiều vùng đồng bằng
như ở Đồng bằng sông Cữu Long và Miền Đông Nam Bộ.

1.4. Mô tả
Cây sương sáo là cây thân thảo hằng năm. Thân: cây cao 15-50 cm (có thể đến 1
m). Ít phân nhánh, có lơng thơ, rậm. Lá: lá ngun, mọc đối, hình trứng hoặc hình thn,

dày (Hình 1.1). Thon, hẹp ở gốc, nhọn ở chóp, dài 3-6 cm, rộng 1-2 cm, mép lá có hình
răng cưa. Cuốn lá dài 1-2 cm. Hoa: cụm hoa ở ngọn, khá dày đặc vào lúc hoa nở, kéo
dài ra và dài tới 10-12 cm, có lá bắc màu hồng ở gốc, hoa có cuống dài, có lơng; đài có
lơng, 3 răng ở mơi trên; tràng trắng hay hồng nhạt, môi trên 3 thuỳ, môi dưới to; nhị 2,
thị dài, chỉ nhị tím. Cây ra hoa vào mùa thu, mùa đơng.

Hình 1. 1. Lá cây Sương sáo

6

Luan van


1.5. Gum lá sương sáo (Mesona Blumes Gum – MBG)
“Glycans "là một thuật ngữ chung cho polysaccharides trong đó số lượng lớn
của monosaccharides đều cùng có sự tham gia của các mối liên kết O-glycosidic.
Polysaccharides là các polymer ngưng tụ trong đó liên kết glycosidic, được hình thành
từ các phân nửa glycosyl của hemiacetal (hoặc hemiketal) và một nhóm hydroxyl của
một đơn vị đường, hoạt động như một phân tử chất nhận hay, aglycone…Căn cứ vào số
lượng các monome khác nhau hiện nay, polysaccharides có thể được chia thành hai loại:
homopolysaccharide, bao gồm chỉ có một loại monosacaride. Heteropolysaccharide, bao
gồm hai hoặc nhiều loại của các đơn vị monosaccharide. Polysaccharide gồm gốc
monosaccharide có tham gia các mối liên kết O-glycosidic. Sự đa dạng tuyệt vời của
đặc điểm cấu trúc của polysaccharide, mà bắt nguồn từ sự khác biệt trong thành phần
monosaccharide, các loại liên kết và kiểu liên kết, hình dạng chuỗi, và mức độ trùng
hợp,do đó hình thành tính chất vật lý của nó bao gồm cả khả năng hịa tan, trạng thái,
khả năng tạo gel, và đặc tính phân lớp… Sự đa dạng về cấu trúc cũng hình thành các
tính năng độc đáo thể hiện theo từng polysaccharide. Các polysaccharide thương mại sử
dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm và phi thực phẩm có vai trị như chất ổn
định, làm dày và chất tạo gel, các chất ức chế kết tinh, và vật liệu bao gói, vv, cũng được

gọi là hydrocolloids hay gel. Những loại gel polysaccharide xuất hiện trong tự nhiên
như lưu trữ vật chất, thành phần cấu tạo vách tế bào và các chất ngoại bào từ thực vật
hoặc vi sinh vật… Biến thể hóa học của cellulose và chitin cung cấp thêm nguồn
hydrocolloid hay các gel với chức năng cải tiến (Aspinall G.O and Rosell K-G, 1978).
Homopolysaccharide có thể được chia theo loại của các mối liên kết glycosidic
mà tham gia là các đơn vị monosaccharide. Các liên kết glycosidic có thể có một trong
hai dạng α- hay β-, và các vị trí khác nhau, ví dụ, α-1 → 2, α-1 → 3, α-1 → 4, và như
vậy, hoặc β-1 → 2, β- 1 → 3, β-1 → 4. Heteropolysaccharide ngồi việc có các loại
monosaccharide khác nhau, chúng cũng có các loại liên kết đa dạng như
homopolysaccharide. Như vậy, có thể có các loại heteropolysaccharide khác nhau và
trình tự của các đơn vị monosaccharide cũng khác nhau và các mối liên kết glycosidic
7

Luan van


cũng có thể khác nhau. Điều này cho phép một sự đa dạng gần như vô hạn trong cấu
trúc của chúng. Một số polysaccharide gồm các đơn vị đường duy nhất được gọi là
polysaccharides trung tính (ví dụ, amylose, amylopectin, cellulose). Polysaccharides có
chứa acid đường trong cấu trúc của chúng sẽ mang điện tích âm, và, do đó, nó là
polysaccharides anion. Ví dụ, pectin có dư lượng acid galacturonic, trong khi alginat
chứa cả dư lượng acid guluronic và mannuronic. Dựa vào các loại chuỗi của đơn vị
đường, polysaccharide có thể được chia thành ba nhóm: (a) loại chuỗi tuần hồn: các
đơn vị đường sắp xếp theo một trật tự được lặp lại; (b) loại chuỗi gián đoạn: các chuỗi
có trình tự lập đi lặp lại nhưng cách nhau bởi chuỗi bất thường; (c) loại khơng tuần hồn:
các monosaccharide có các vị trí liên kết khác nhau, cấu hình khác nhau và sắp xếp
khơng theo một trình tự nhất định (Steve W. Cui, 2005).

1.6. Một số nét chung về sự hình thành gel của polysacharide
Cần phân biệt sự tạo gel với các hiện tượng khác tương tự, trong đó cũng có sự

giảm mức độ phân tán của dung dịch protein như sự liên hợp, sự tập hợp, sự trùng hợp,
sự kết tủa, sự kết tụ và sự đông tụ. Các phản ứng liên hợp protein thường có quan hệ với
các biến đổi ở mức dưới đơn vị hoặc ở mức phân tử trong khi đó các phản ứng trùng
hợp hố hoặc tập hợp hố lại tạo ra các phức hợp có kích thước lớn. Sự kết tủa lại bao
hàm tất cả các phản ứng tập hợp có thể dẫn đến mất toàn phần hoặc mất toàn bộ độ hoà
tan. Khi polysacharide khơng bị biến tính nhưng do giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các
mạch mà dẫn đến các phản ứng tập hợp khơng trật tự thì sẽ xảy ra hiện tượng kết tụ. Các
phản ứng tập hợp không trật tự xảy ra do biến tính và các phản ứng tập hợp xảy ra do
tương tác polysacharide – polysacharide chiếm ưu thế so với tương tác polysacharide –
dung môi sẽ dẫn dến tạo thành một khối lớn và thô, gọi là sự đơng tụ. Khi các phân tử
bị biến tính tự tập hợp lại để tạo thành một mạng lưới có trật tự thì hiện tượng đó được
gọi là sự tạo gel. Khả năng tạo gel là một tính chất chức năng rất quan trọng của
polysaccharide và đóng vai trị chủ yếu trong việc tạo cấu trúc hình thái do đó cũng là
cơ sở để chế tạo ra nhiều sản phẩm thực phẩm (Steve W. Cui, 2005).
8

Luan van


1.7. Cơ chế tạo gel
Gel polysaccharide thực phẩm được chế biến từ dung dịch nước hoặc chất phân
tán của các polysaccharide. Các chuỗi polymer được kết nối chéo qua kết cộng hóa trị
hoặc khơng phải liên kết cộng hóa trị để hình thành một mạng lưới polymer ba chiều lấp
đầy khối lượng của môi trường lỏng. Để gây sự tạo gel, đầu tiên polysaccharide được
hòa tan hoặc phân tán trong dung dịch, để phá vỡ hầu hết các liên kết hydro ở trạng thái
rắn. Việc chuyển đổi tiếp theo của sol gel để đạt được bằng cácc tác động như sự thay
đổi của nhiệt độ ngoài của các cation hoặc cosolutes, và sự thay đổi của pH…
Mục đích của các phương pháp trên là làm giảm sự tương tác nội phân tử và tăng
cường sự tương tác giữa các phân tử. Sự tạo gel tốt của các polysaccharide mạch nhánh
như Arabic gum đơn giản là do mạng lưới phân tử dày đặc. Tuy nhiên, việc áp dụng các

cấu trúc ba chiều thông thường, chẳng hạn như xoắn hoặc dãy phẳng, là một điều kiện
tiên quyết cho sự đông tụ của các polysaccharide. Chuỗi polysaccharide mở rộng có xu
hướng bị rối ở nồng độ cao hơn. Phân tử tương tự (hoặc đoạn) có thể quấn quanh nhau,
tạo thành nhiều xoắn, mà không làm mất liên kết hydro nhưng ko làm giảm sự khơng
đồng nhất về hình dạng và giảm thiểu tiếp xúc bề mặt kỵ nước. Một số lượng tối thiểu
của các liên kết chéo cần được thành lập để khắc phục hiệu ứng entropy và để tạo thành
một mạng lưới ổn định. Các mối liên kết chéo trong gel polysaccharide thường liên quan
đến phân đoạn ra lệnh mở rộng từ hai hoặc nhiều chuỗi polysaccharide, tạo thành một
cấu trúc gọi vùng tiếp xúc. Một số loại tương tác giữa các phân tử có thể đóng góp vào
sựgel của polysaccharides. Chúng bao gồm các liên kết hydro, liên kết ion hoặc liên kết
van der Waals, và tương tác kỵ nước (Steve W. Cui, 2005).

9

Luan van


1.8. Tính chất chung của gel polysaccharide
Các polysaccharide có thể tạo gel với một loạt các cấu trúc và tính chất. Kết cấu
gel đặc trưng bởi tính chất cơ học có thể là từ đàn hồi đến giịn, và từ mềm đến cứng
như tóm tắt bởi Williams vàPhillips. Các kết cấu gel có thể được kiểm sốt bởi các đặc
điểm phân tử các polysaccharide hoặc do điều kiện tạo gel. Hầu hết các gel
polysaccharide được chuẩn bị bằng cách làm lạnh một dung dịch của một polysaccharide
tạo gel, trừ methylcellulose và các dẫn xuất của nó có thể tạo thành gel khi làm nóng.
Gel tạo thành bằng cách nung nóng được gọi là gel nhiệt thiết; trong khi gel được hình
thành bằng cách làm lạnh là gel lạnh-thiết. Sự đơng tụ lại của một số polysaccharide
phục hồi sau xử lý nhiệt (thermoreversible), tức là các hình thức tạo gel khi làm lạnh
dung dịch nóng và tạo gel khi hịa tan vào nước nóng, hoặc ngược lại. Dưới một điều
kiện nhất định, mỗi polysaccharide có một nhiệt độ đặc trưng (Ts) và nhiệt độ nóng chảy
(Tm) nếu gel phục hồi sau xử lý nhiệt (thermoreversible) được hình thành. Khi Tm> Ts,

một gel được cho là biểu hiện trễ nhiệt). Một số polysaccharides khác tạo thành gel mà
khơng thể đảo ngược;. Ví dụ là gel alginate hình thành trên sự bổ sung của các cation
polyvalent và methoxyl pectin cao gel hình thành ở pH thấp (Steve W. Cui, 2005).

1.9. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo gel
Cấu trúc hóa học và cấu tạo phân tử của polysaccharide là những yếu tố chính
xác định tính chất gel và cơ chế tạo gel của chúng. Để tạo gel, chuỗi polysaccharide
hoặc phân đoạn chuỗi phải được sắp xếp và tương tác với nhau theo thứ tự liên kết với
nhau để tạo thành một mạng lưới ba chiều ổn định. Đối với cùng một loại
polysaccharide, sự biến đổi trong cấu trúc của các chuỗi polymer dẫn đến kết quả là cơ
chế tạo gel khác nhau và gel có tính chất khác nhau. Pectin là một ví dụ điển hình, các
cơ chế tạo gel, do đó tính chất gel của pectin có độ methy hóa cao là rất khác nhau với
pectin có độ methy hóa thấp. Mức độ este hóa của pectin độ methy hóa cao xác định tỷ
lệ và nhiệt độ tạo gel, cũng như số lượng hợp chất tan cần thiết cho sư tạo gel. Một ví
dụ khác là alginat. Alginat acid D-mannuronic cao tạo thành gel đục với môđun đàn hồi
10

Luan van


thấp; Ngược lại, alginate acid L-guluronic cao tạo thành gel trong suốt, cứng và giòn
hơn (Steve W. Cui, 2005)
Gel chỉ được hình thành khi nồng độ polymer vượt quá nồng độ tới hạn. Khối
lượng phân tử cũng rất quan trọng đối với sự tạo gel, các mô đun đàn hồi tăng khi khối
lượng phân tử tăng đến một điểm nhất định và sau đó độc lập với khối lượng phân tử;
trong khi lực phá vỡ càng tăng khi khối lượng phân tử tăng (Whistler, R.L, 1973 &
Mitchell, J. R. and Blanshard, J. M. V, 1979). Tuy nhiên đối với các polysaccharide
trung tính thì tỷ lệ tạo gel tỉ lệ nghịch với khối lượng phân tử của các polysaccharide
(Böhm, N. and Kulicke, W. M, 1999), do đó các mẫu có khối lượng phân tử thấp tạo gel
mạnh hơn các mẫu có khối lượng phân tử cao trong khoảng thời gian nhất định (Steve

W. Cui, 2005).
Đối với một số polysaccharide, làm thay đổi pH hoặc loại ion cũng như là số
lượng của chúng có thể thay đổi đáng kể các thuộc tính của gel tạo thành. Gel của
polysaccharide anion đặc biệt bị ảnh hưởng bởi các loại và nồng độ của các cation liên
quan. Nhìn chung, tại tỷ lệ polysaccharide cation thấp, tăng nồng độ cation cải thiện tính
tạo gel cho đến khi tối ưu có thể đạt được. Sau khi nồng độ ion tối ưu đạt được, tiếp tục
bổ sung của các cation sẽ dẫn đến một sự suy giảm sức mạnh của gel, sự tạo gel hoặc
kết tủa các polysaccharide. Sự kết hợp của các cấu trúc mang điện tích có thể được thúc
đẩy bởi đặc tính ion có bán kính và phù hợp để đưa vào cấu trúc của các vùng tiếp xúc.
Ví dụ, mặc dù cả hai ion K + và Ca 2+ tạo gel cho một trong hai κ-carrageenan hoặc ιcarrageenan, khi cả hai cation này, nồng độ K + là yếu tố xác định các quá trình chuyển
đổi sol-gel của κ-carrageenan, trong khi nồng độ Ca 2 + quyết định chuyển sol-gel của ιcarrageenan (Steve W. Cui, 2005).
Sự hiện diện của một số trọng lượng phân tử hợp chất tan thấp như các loại đường
đường có thể tăng cường sự tạo gel của polysaccharides. Sự hiện diện của hợp chất tan
sẽ cạnh tranh với các polysaccharides để lấy nước, trong đó khuyến khích sự tương tác
giữa các phân tử polysaccharide. Đặc tính gel thường tăng lên cùng với tăng nồng độ
của chất tan để đạt cực đại (Steve W. Cui, 2005).
11

Luan van


Gel hỗn hợp được hình thành bởi hai hoặc ba polysaccharide có thể kết hợp và
cải thiện các đặc tính lưu biến các sản phẩm thực phẩm. Hiệu ứng tương tác được quan
sát cho một số hệ thống hỗn hợp hai cấu tử bao gồm pectin-alginate, galactomannans
với các polysaccharide có cấu tạo bền vững , như xanthan, agarose, carrageenan, và
yellow mustard gel. Trong các hỗn hợp, hiệu ứng tương tác có thể tăng các cường tính
chất ở nồng độ polysaccharide có sẵn, hoặc tạo gel lại theo các điều kiện trong đó các
thành phần riêng lẻ sẽ khơng tạo gel. Bằng cách thay đổi tỷ lệ của hai hoặc ba
polysaccharide, có thể tạo ra một loạt các cấu trúc gel (Steve W. Cui, 2005).

1.10. Các gel của polysaccharide
(a) Gel polysaccharide thực vật: Cellulose và các dẫn xuất, hemicelluloses, pectins,
các gel rỉ dịch, các gel nhầy, fructans.
(b) Gel polysaccharide từ tảo biển: Alginates, Carrageenans, Agar.
(c) Gel polysaccharide từ vi sinh vật : Xanthan Gel, Pullulan, Gellan Gel.
(d) Gel polysaccharide từ động vật: Chitin and Chitosan.

1.11. Polysaccharide trong gum lá sương sáo (Mesona Blumes Gum – MBG)
Sương sáo là một loại cây dược liệu được sử dụng nhiều ở Trung Quốc và vùng
Đông Nam Á như một dược phẩm truyền thống (Lai L.S và cs, 2004). Gum sương sáo
có độ nhớt thấp và có nhiều ứng dụng trong thực phẩm như dùng trong các sản phẩm
kem (Feng T. và cs, 2007). Đã có nhiều nghiên cứu về thu nhận và đánh giá các tính
chất về độ nhớt của gum sương sáo (Feng T. và cs, 2007; Feng T. và cs, 2008; Lai L.S
và cs, 2000). Gum sương sáo được thu nhận bằng cách sử dụng NaHCO3 và được kết
tủa bằng nhiều tác nhân khác nhau trong đó có ethanol (Lai L.S và cs, 2000; Lii C.Y.,
Chen L.H., 1980; Fang L.J., 1998; Chao S.J. và Lai L.S., 1999a-b-c; Lai L.S. và cs,
2000).

12

Luan van


Gum sương sáo thu được theo cách này là màu nâu sẫm đến màu đen (Chen Y.H.
và cs, 1996). So với lợi các loại polysaccharide khác, polysaccharide lá sương sáo là
một dung dịch có độ nhớt thấp với các đặc tính shear-thinning rõ rệt (Tung J., 1998).
Thử nghiệm nhỏ về độ biến dạng cịn thể hiện tính chất gel yếu của polysaccharide lá
sương sáo (Tung J., 1998). Mặc dù các đặc điểm cấu trúc của gel lá sương sáo vẫn còn
chưa rõ ràng, Yang C.C và Huang S.H. (1990) cho biết cốt lõi của cấu trúc là một
heteroglycan, gồm galactose, glucose, rhamnose, arabinose, và acid uronic tại một tỷ lệ

mol 2: 1: 1 : 1: 2. Lai và cs (2000) báo cáo rằng, monosaccharide của MBG là rhamnose,
arabinose, galactose, glucose, xylose, mannose, fructose và erythrose có tỷ lệ mol 1,8:
1,5: 2,5: 2,8: 1: 1,8: 1,3: 0,025, nhưng thành phần acid uronic khơng được tìm thấy.
Theo Feng T. và cs (2007), độ nhớt của gum sương sáo tăng khi tăng hàm lượng
gum, hay tăng hàm lượng sucrose bổ sung. Gum sương sáo đạt độ nhớt cao nhất ở pH
10 và thấp nhất ở pH 6. Thêm vào đó, nhiệt độ của mẫu gum tỉ lệ nghịch với độ nhớt.
Tuy vậy, hầu như chưa có nhiều nghiên cứu trong nước đề cập đến những vấn đề nêu
trên. Chính vì vậy, chúng tơi thực hiện nghiên cứu này nhằm mục đích thu nhận, đánh
giá và so sánh các đặc tính lưu biến của gum sương sáo, đặc biệt là với cây sương sáo
được trồng ở thổ nhưỡng Việt Nam, với các kết quả ngồi nước. Từ đó, giúp các nhà
sản xuất hiểu rõ hơn các thay đổi về lưu biến của sản phẩm có sử dụng gum sương sáo.

13

Luan van


1.12. Độ nhớt và cơ lưu chất
a.

Đại cương về cơ lưu chất
Cơ lưu chất là một môn khoa học thuộc lĩnh vực cơ học, nghiên cứu các quy luật

chuyển động và đứng yên của lưu chất và các quá trình tương tác của nó với các vật
khác. Lưu chất bao gồm chất lỏng và khí giống như các mơi trường liên tục, được cấu
tạo từ nhiều phân tử (chất điểm). Khác với vật rắn, các phân tử của lưu chất có thể
chuyển động hỗn loạn bên trong khối lưu chất, vì vậy lưu chất ln có hình dạng thay
đổi phụ thuộc hình dạng bình chứa. Chất khí khác với chất lỏng ở chỗ thể tích của một
khối khí có thể thay đổi phụ thuộc thể tích bình chứa, khối lượng riêng hay mật độ phân
tử của chất lỏng lớn hơn hàng ngàn lần so với của chất khí. Ở điều kiện bình thường,

các phân tử của chất lỏng ln giữ khoảng cách trung bình cố định ngay cả trong quá
trình chuyển động hỗn loạn, vì vậy chất lỏng được xem là không chịu nén dưới tác động
của ngoại lực. Đối với chất khí, lực đẩy giữa các phân tử chỉ xuất hiện khi khoảng cách
giữa các phân tử giảm khá nhỏ, cho nên ở điều kiện bình thường chất khí bị nén dễ dàng.
Phạm vi nghiên cứu của học phần cơ lưu chất là các trạng thái vật lý, các qui luật vận
động và tương tác của lưu chất ở trạng thái tĩnh và động. Mục đích của học phần cơ lưu
chất là trang bị cho người học những hiểu biết nền tảng về các hiện tượng vật lý xảy ra
trong lưu chất, có kiến thức cơ bản để giải quyết các bài tốn về cơ lưu chất. Có thể vận
dụng kiến thức để làm việc trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: thiết kế các phương tiện
vận chuyển; tính tốn cho cấp, thốt nước, cơng trình thủy lợi và xây dựng, thiết kế các
thiết bị thủy lực (James F. Steffe, 1996).

b.

Độ nhớt của cơ lưu chất
Độ nhớt là một đặc tính vật lý quan trọng, liên quan đến chất lượng của các sản

phẩm thực phẩm dạng lỏng. Các số liệu về độ nhớt cũng rất cần thiết cho việc thiết kế
và thẩm định các thiết bị chế biến thực phẩm như máy bơm, đường ống, thiết bị trao đổi
nhiệt, thiết bị bay hơi, tiệt trùng, lọc và trộn (Saravacos G.D., 1970). Theo James F.
Steffe (1996), độ nhớt của thực phẩm lỏng phụ thuộc vào thành phần của nó và nhiệt
14

Luan van


độ; trong một số trường hợp độ nhớt còn phụ thuộc vào tốc độ biến dạng (shear rate)
hoặc ứng suất trượt (shear stress) và thời gian trượt. Tính lưu chất biến của chất lỏng
Newton không phụ thuộc vào tốc độ biến dạng mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và thành
phần của chất lỏng. Những chất lỏng không phải là chất lỏng Newton thì được gọi là

chất lỏng phi Newton. Chất lỏng phi Newton có thể được chia thành hai loại là phụ thuộc
vào thời gian và độc lập với thời gian. Đối với chất lỏng phi Newton độc lập với thời
gian, ở một nhiệt độ không đổi, độ nhớt chỉ phụ thuộc vào cường độ ứng suất trượt hoặc
tốc độ biến dạng. Nếu độ nhớt giảm khi tốc độ biến dạng tăng lên thì chất lỏng đó được
gọi là chất lỏng shear-thining hoặc pseudoplastic (độ nhớt tỉ lệ nghịch với tốc độ biến
dạng). Nếu độ nhớt tăng khi tốc độ biến dạng tăng thì chất lỏng đó được gọi là chất lỏng
shear-thickening (độ nhớt tỉ lệ thuận với tốc độ biến dạng). Chất lỏng phi Newton phụ
thuộc vào thời gian được chia thành hai loại. Ở một nhiệt độ và tốc độ biến dạng không
đổi, nếu độ nhớt giảm theo thời gian thì chất lỏng đó là chất lỏng thixotropic (độ nhớt
giảm theo thời gian); còn nếu độ nhớt tăng theo thời gian thì đó là chất lỏng rheopectic
(độ nhớt tăng theo thời gian) (hình 1.3, bảng 1.1) (James F. Steffe, 1996).

15

Luan van


Phân loại chất lỏng theo tính lưu biến được trình bày ở hình 1.2:

Chất lỏng

Chất lỏng Newton

Chất lỏng phi Newton

Độc lập thời gian

Phụ thuộc thời gian

Thixotropic

Rheopectic

Shear-thinning

Shear-thickening

Hình 1. 2. Phân loại thuộc tính cơ lưu chất của chất lỏng (James F. Steffe, 1996).

16

Luan van


Hình 1. 3. Mối quan hệ giữa ứng suất trượt và tốc độ biến dạng của các loại chất lỏng
độc lập với thời gian (James F. Steffe, 1996).

Lưu chất không có khả năng chịu lực cắt, khi có lực này tác dụng, nó sẽ chảy và
xuất hiện lực ma sát bên trong. Ứng suất ma sát giữa các lớp lưu chất song song do sự
chuyển động tương đối giữa các lớp phụ thuộc vào gradient vận tốc (James F. Steffe,
1996).
Để đặc trưng cho ma sát giữa các phần tử lưu chất trong chuyển động, ta xét một
chất lỏng Newton chảy tầng theo phương vng góc với y theo định luật ma sát nhớt
17

Luan van


Newton ta có biểu thức: τ = µ

𝑑𝑢
𝑑𝑦

; Trong đó: τ là ứng suất ma sát (đơn vị là N/m2), µ là

hệ số nhớt động lực học, u là vận tốc lưu chất, phụ thuộc vào y. Trong hệ đơn vị SI , đơn
vị của µ là N.s/ m2 = Pa.s = kg/ms. Trong thực tế còn dùng đơn vị Poise, 1 poise = 0,1
Pa.s (James F. Steffe, 1996).
Chất lỏng Newton: có ứng suất ma sát tỉ lệ thuận với suất biến dạng, hay độ nhớt
động lực học µ = const. Chất lỏng phi Newton: có ứng suất ma sát không tỉ lệ với suất
biến dạng, hay độ nhớt động lực học µ ≠ const.
Độ nhớt động lực học µ = 0 đối với lưu chất lý tưởng, hệ số nhớt µ phụ thuộc vào
nhiệt độ và áp suất. Khi nhiệt độ tăng đối với chất lỏng µ giảm, cịn đối với chất khí thì
ngược lại. Khi áp suất tăng µ của chất lỏng tăng, cịn đối với chất khí µ hầu như không
thay đổi khi áp suất tăng. Hầu hết các loại lưu chất thông thường như nước, xăng, dầu,
… đều thỏa mãn công thức Newton, tuy nhiên một số chất lỏng kém linh động như hắc
ín, nhựa nóng chảy, dầu thô, ... không tuân theo công thức Newton được gọi là chất lỏng
phi Newton. Đối với chất lỏng thông thường khi chảy ở trạng thái chảy rối cũng không
tuân theo công thức Newton. Với khái niệm hệ số nhớt có thể định nghĩa lưu chất lý
tưởng là lưu chất có 6 hệ số nhớt (ma sát) bằng khơng, cịn lưu chất thực có hệ số nhớt
(ma sát) ln khác không (James F. Steffe, 1996).
Ðộ nhớt trong chuyển động của lưu chất thực có hai vai trị: (a) Thứ nhất là tạo
ra sự truyền chuyển động từ lớp nọ qua lớp kia, nhờ đó mà vận tốc trong dịng lưu chất
thay đổi liên tục từ điểm này qua điểm khác; (b) Thứ hai là chuyển một phần cơ năng
của dịng thành nội năng của nó, tức là tạo ra sự khuếch tán cơ năng (James F. Steffe,
1996).

18

Luan van

Bảng 1. 1. Chất lỏng Newton, Power Law và Bingham Plastic là các trường hợp đặc
biệt của mơ hình Herschel-Bulkley (James F. Steffe, 1996).

19

Luan van


1.13. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
a)

Tình hình nghiên cứu trong nước
Việc xác định thành phần hóa học cũng như nghiên cứu quá trình tách chiết từ lá

sương sáo được thực hiện ở nước ta chưa nhiều. Hiện nay đã có nghiên cứu về xây dựng
quy trình sản xuất bột thạch từ lá sương sâm, và các sản phẩm giải khát từ lá sương sáo.
Ở Việt Nam, trong thời gian gần đây bột cây sương sáo và thạch sương sáo đã được
nghiên cứu chế thành thức uống công nghiệp. Sản phẩm của cơ sở Thuận Phát
(TP.HCM) làm ra đều đã trải qua quá trình kiểm nghiệm và được chứng nhận đạt tiêu
chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm của Sở y tế TP. Hiện nay, có 3 dịng sản phẩm được
tung ra thị trường là sương sáo tươi đóng hộp, bột sương sáo và bột sương sáo – hạt é.
Ở trong nước, Cao bằng là vùng có trồng nhiều cây sương sáo nên từ đó Trung tâm
chuyển giao công nghệ và tư vấn đầu tư (Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau
thu hoạch) đã triển khai đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất một số sản phẩm từ cây
sương sáo tỉnh Cao Bằng thành hàng hố”.
Qua phân tích cho thấy, cây Sương sáo có tổng hàm lượng polyphenol tổng, hàm
lượng tanin và pectin chiếm trên 50%. Tanin và phenolic là nhóm chất quan trọng quyết
định chất lượng thạch. Tanin có tính chất của vitamin P và làm tăng đáng kể tính dãn nở

của mạch máu, tanin thạch cịn có tác dụng như chất chống oxy hoá, bảo vệ vitamin C,
giảm cholesterol trong máu.Trong lá và cây sương sáo có các chất như nước,
hydratcacbon, protein, polyphenol tổng. Qua phân tích cho thấy thành phần hố học
trong lá sương sáo tốt hơn trong thân cây thạch.Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy sương
sáo không chỉ là thứ giải khát thơng thường mà cịn là một dược liệu. Lá của nó có vị
ngọt, tính mát, có tác dụng giải nhiệt, giúp hạ huyết áp, trị cảm mạo, đau khớp. Cây
sương sáo chỉ nhân giống bằng con đường vô tính, nguồn giống chủ yếu bằng gốc thân
của vụ trước.
Kinh nghiệm sản xuất thạch của nông dân Việt Nam: nấu thạch sương sáo từ thân
lá khô: Thu hoạch khi cây xuất hiện nụ hoa ở ngọn là năng xuất cao nhất. Cần cắt sát
20

Luan van


gốc, thân và lá thu về rải đều phơi nắng nhẹ một ngày sau đó đánh đóng lại 1 – 2 ngày
mới đem ra phơi tiếp, khoảng 2 – 3 ngày phơi là khô. Thường 10 kg thân lá sương sáo
tươi thì thu được 1 kg khơ. Xay thân lá cây sương sáo khô thành bột, thêm nước vào nấu
kĩ, lọc lấy nước, thêm ít bột sắn hay bột gạo vào nấu cho sôi lại, để nguội làm thạch
mềm màu đen; để cho mau đông, người ta thêm nước tro. Khi ăn thạch, thái miếng nhỏ
cho vào chén, thêm nước đường, tinh dầu thơm, dùng ăn như các loại thạch khác.

Hình 1. 4. Sản phẩm bột sương sáo trên thị trường

b)

Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Ở Đài Loan và Indonesia cho rằng bột lá sương sáo có tác dụng lợi tiểu. Người

Đài loan dùng loại bột lá sương sáo làm thức uống nóng sền sệt. Ở Indonesia bột lá cây

sương sáo (loài Mesona palustris) được bán dạng bột uống liền (instant powder) trong
các cửa hàng thực phẩm chức năng và trong các siêu thị.
Trong nghiên cứu của T.Feng và cs (2012), trạng thái nhiệt và khả năng tương
tác tạo gel của Mesona Blumes Gel (MBG) và hỗn hợp tinh bột gạo đã được nghiên cứu
rộng rãi. Gel của hỗn hợp MBG / tinh bột gạo hiển thị đáng kể tính chất thu nhiệt và tỏa
nhiệt và ở nồng độ MBG khác nhau, cho thấy sự tương tác giữa MBG và tinh bột gạo.
21

Luan van


Ngoài ra, sự tương tác tạo gel gữa MBG và tinh bột gạo đã được nghiên cứu bằng cách
sử dụng tác nhân liên kết hydro tạo cấu trúc (1,4-butanediol, etan-1,2-diol, glycerol) tác
nhân liên kết hydro phá vỡ cấu trúc (urea, tetramethyl urê, ethanol, methanol) vào phổ
lưu biến. Kết quả cho thấy các liên kết hydro giữa MBG, tinh bột gạo và nước có thể là
thành phần chủ yếu của việc duy trì cấu trúc hồn chỉnh của gel hỗn hợp.
MBG được thêm vào bột gạo ở mức 0%, 5%, 10%, 15% và 20 % (w/w) theo
khối lượng. Chỉ số độ tan trong nước (WSI) tăng từ 4,19% đến 15,32% khi thêm MBG.
Cả hai chỉ số hấp thụ nước (WAI) và chỉ số duy trì độ ẩm (MR) đạt tối đa ở mức 15%
MBG. Mật độ số lượng (BD) là cao nhất ở mức 5% (131,22 g cm-3) và thấp nhất ở mức
15% MBG (121,44 g cm-3). Độ cứng tối đa là 5% (8.44 N mm-2) và tối thiểu là 15%
MBG (5,98 N mm-2). Tỷ lệ mở rộng (ER) và độ sáng (L *) giảm cho tất cả các sản phẩm
gạo ép đùn với MBG. MBG ở mức 5% hoặc 10% có thể cải thiện các đặc tính cảm quan
của sản phẩm gạo ép đùn. Gạo ép đùn chứa 15% MBG có khả năng chống oxy hóa cao
nhất trong số những sản phẩm gạo ép đùn khác. Vì vậy, đã có thể sản xuất một sản phẩm
gạo ép đùn ngon miệng mới với MBG (Haining Zhuang và cs, 2010).
Trong nghiên cứu của John .J Cael và cs (1999), các cấu trúc của hạt tinh bột
khoai tây hồ hóa có bổ xung và không bổ xung Mesona Blumes gel (MBG) ở nhiệt độ
khác nhau và thời điểm đã được nghiên cứu. Kết quả chỉ ra rằng cấu trúc chỉ có thể hình
thành chỉ sau khi đã hoàn toàn tách amylose từ hạt. Ngồi ra, MBG có thể ngăn chặn

amylose chảy ra bên ngồi các hạt nhỏ , và do đó kéo dài cấu trúc tồn tại trong dung
dịch nước. Hơn nữa, sự tương tác trong tám loại tinh bột và MBG được đánh giá bằng
các thơng số Brabender. Đó là kết luận mà gạo, lúa mì, đậu và các loại tinh bột ngơ có
thể là chịu ảnh hưởng đáng kể của MBG (P <0,05), sau đó theo sau đậu xanh và tinh bột
khoai lang, trong khi ảnh hưởng của bột sắn và tinh bột khoai tây có thể là khơng đáng
kể (P> 0,05). Đo lường kết cấu cho thấy rằng gel của MBG và tinh bột gạo là cứng nhất
trong số tất cả các mẫu trong nghiên cứu này. Tính chất lưu biến của tinh bột gạo và
hydrocolloid khác nhau được đánh giá ở 25 oC bởi tần số quét 1-10 Hz với một dòng

22

Luan van


liên tục 1%. Nó đã được chứng minh rằng tinh bột gạo và MBG cũng có thể hình thành
gel mạnh.

1.14. Mục tiêu của nghiên cứu
Chúng tôi thực hiện nghiên cứu này nhằm mục đích thu nhận, đánh giá và so sánh
các đặc tính lưu biến của gum sương sáo, đặc biệt là với cây sương sáo được trồng ở thổ
nhưỡng Việt Nam, với các kết quả ngồi nước. Từ đó, giúp các nhà sản xuất hiểu rõ hơn
các thay đổi về lưu biến của sản phẩm có sử dụng gum sương sáo.

23

Luan van