Ảnh hưởng của các phương pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của bột polysaccharides từ lá sương sâm (tiliacora triandra)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY
VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN ĐỘ NHỚT
CỦA BỘT POLYSACCHARIDES
TỪ LÁ SƯƠNG SÂM (TILIACORA TRIANDRA)

GVHD: TS. TRỊNH KHÁNH SƠN
SVTH: NGUYỄN TẤN DANH
MSSV: 11116012

SKL 0 0 3 7 7 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tấn Danh
Ngành: Công nghệ Thực phẩm
1. Tên khóa luận: Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp trích ly và một số yếu tố đến độ
nhớt của bột polysaccharides từ lá sƣơng sâm (Tiliacora triandra)
2. Nhiệm vụ của khóa luận:

-

Khảo sát ảnh hƣởng của các phƣơng pháp trích ly đến độ nhớt của bột
polysaccharide từ lá sƣơng sâm.

-

Khảo sát ảnh hƣởng của một số yếu tố ảnh hƣởng đến độ nhớt của bột
polysaccharides từ lá sƣơng sâm nhƣ: tốc độ quay đầu dò, nhiệt độ, nồng độ,
pH, đƣờng sucrose/ glucose.

3. Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 20/01/2015
4. Ngày hoàn thành khóa luận: 15/07/2015
5. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn: TS. Trịnh Khánh Sơn
Phần hƣớng dẫn: toàn bộ khóa luận
Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã đƣợc thông qua bởi
Trƣởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm

Tp.HCM, ngày

tháng

năm 2015

Trƣởng Bộ môn

Ngƣời hƣớng dẫn chính

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)
i


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Thực
Phẩm, khoa Công Nghệ Hóa Học và Thực Phẩm Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật đã
tận tình truyền đạt kiến thức trong thời gian chúng em theo học tại trƣờng; thầy Trịnh
Khánh Sơn đã tận tâm hƣớng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này, cũng
nhƣ các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện để em hoàn thành các thí nghiệm. Đồng thời
em cũng xin cám ơn gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, ủng hộ em trong suốt
thời gian qua.

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung đƣợc trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của
riêng tôi. Tôi xin cam đoan các nội dung đƣợc tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã
đƣợc trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định.

Ngày

tháng
Ký tên

iii

năm 2015

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ........................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ii
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................iii
MỤC LỤC ............................................................................................................................ iv
DANH MỤC BẢNG ...........................................................................................................vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..........................................................................................viii
TÓM TẮT KHÓA LUẬN .................................................................................................... ix
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU................................................................................ 1
1.1.

Giới thiệu về lá sƣơng sâm...................................................................................... 1

1.2.

Polysaccharide......................................................................................................... 2

1.2.1.

Đặc điểm chung của polysaccharide ................................................................ 3

1.2.2.

Một số polysaccharide .................................................................................... 6

1.2.3.

Polysaccharide trong lá sƣơng sâm .................................................................. 8

1.3.

Trích ly polysaccharide ........................................................................................... 8

1.4.

Tính lƣu biến của thực phẩm dạng lỏng. ............................................................... 10

1.5.

Phổ hồng ngoại FTIR ............................................................................................ 11

1.6.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. .......................................................... 12

1.6.1.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới về lá sƣơng sâm...................................... 12

1.6.2.

Tình hình nghiên cứu trong nƣớc về lá sƣơng sâm. ...................................... 13

1.7.

Định hƣớng nghiên cứu. ........................................................................................ 13

CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP ................................................................. 14
2.1.

Vật liệu. ................................................................................................................. 14

2.1.1.

Lá sƣơng sâm. ................................................................................................ 14

2.1.2.

Hóa chất. ........................................................................................................ 14

2.2.

Phƣơng pháp nghiên cứu. ...................................................................................... 14

2.2.1.

Khảo sát các phƣơng pháp tách chiết............................................................. 14

2.2.2.

Phƣơng phổ hồng ngoại FTIR ....................................................................... 17

2.2.3.

Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ quay lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide.
17

iv

2.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ và nồng độ lên độ nhớt của các mẫu
polysaccharide. ............................................................................................................. 18
2.2.5.

Khảo sát ảnh hƣởng của pH lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide. ......... 18

2.2.6. Khảo sát ảnh hƣởng của đƣờng Sucrose và Glucose lên độ nhớt của các mẫu
polysaccharide thu đƣợc từ các thí nghiệm. ................................................................. 18
2.2.7.

Xác định độ ẩm .............................................................................................. 18

2.2.8.

Xác định hàm lƣợng tro tổng ......................................................................... 18

2.2.9.

Xác định hàm lƣợng lipid. ............................................................................. 19

2.2.10. Xác định hàm lƣợng protein. ......................................................................... 19
2.2.11. Xác định hàm lƣợng carbonhydrate tổng....................................................... 19
2.2.12. Xác định hàm lƣợng đƣờng tổng bằng phenol-acid sunfuric ........................ 19
2.2.13. Phân tích thống kê.......................................................................................... 20
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ......................................................................... 21
3.1.

Xác định một số thành phần hóa học cơ bản trong lá sƣơng sâm. ........................ 21

3.2. Khả năng kết tủa, tạo gel của polysaccharide thu nhận từ các phƣơng pháp khác
nhau. 22
3.3.

Xác định nhóm chức trong phân tử của các mẫu polysaccharide ......................... 24

3.4.

Ảnh hƣởng của tốc độ quay lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide.................. 26

3.5.

Ảnh hƣởng của nhiệt độ, nồng độ lên độ nhớt của mẫu polysaccharide. ............. 28

3.6.

Ảnh hƣởng của pH lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide. .............................. 30

3.7.

Ảnh hƣởng của đƣờng Sucrose, Glucose lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide.
32

CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN ................................................................................................... 34

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Các kiểu vùng giao nhau của gel polysaccharide................................................... 4

Hình 1.2 Phân loại thuộc tính cơ lƣu chất của chất lỏng .................................................... 11
Hình 1.3 Phổ FT-IR của Yanang gum và các sản phẩm xylan thƣơng mại ........................ 12
Hình 2.1 Lƣu đồ mô tả 5 thí nghiệm đƣợc thực hiện .......................................................... 16
Hình 2.2 Các bƣớc tiến hành phƣơng pháp phổ hồng ngoại FTIR ..................................... 17
Hình 3.1 Khả năng kết tủa/ tạo gel từ thí nghiệm 1 (SKE), 2 (STE), 3 (STĐ), 4 và 5 ....... 23
Hình 3.2 Phổ hồng ngoại FTIR của mẫu polysaccharide SKE, STE, STĐ và Pectin......... 25
Hình 3.3 Ảnh hƣởng của tốc độ quay lên độ nhớt của mẫu polysaccharide SKE, STE và
STĐ ở nhiệt độ 300C, nồng độ 0.5% (A), 1% (B), 1.5% (C), 2% (D). ................................ 27
Hình 3.4 Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên độ nhớt của mẫu SKE, STE và STĐ ở 100 rpm .... 29
Hình 3.5 Ảnh hƣởng của pH lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide SKE, STE, STĐ ở
nhiệt độ 350C, tốc độ quay 100 rpm .................................................................................... 31
Hình 3.6 Ảnh hƣởng của nồng độ sucrose/glucose lên độ nhớt của mẫu polysaccharides
SKE, STE và STĐ ở nhiệt độ 350C, tốc độ quay 100 rpm .................................................. 33

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Hàm lƣợng một số thành phần hóa học cơ bản trong bột lá sƣơng sâm khô ....... 21
Bảng 3.2 Khả năng kết tủa, tạo gel của các thí nghiệm và hiệu suất trích ly ...................... 22

vii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
STT Từ viết tắt

Ý nghĩa

1

TN

Thí nghiệm

2

FTIR

Fourier Transform Infrared Red

3

SKE

Mẫu polysaccharide trích ly từ bột lá sƣơng sâm khô, kết tủa bằng
ethanol

4

STE

Mẫu polysaccharide trích ly từ lá sƣơng sâm tƣơi, kết tủa bằng ethanol

5

STĐ

Mẫu polysaccharide trích ly từ lá sƣơng sâm tƣơi, không dùng tác nhân
kết tủa.

6

SKĐ

Mẫu polysaccharide trích ly từ bột lá sƣơng sâm khô, không dùng tác
nhân kết tủa

7

SKCa

Mẫu polysaccharide trích ly từ bột lá sƣơng sâm khô, tạo gel bằng
CaSO4

viii


TÓM TẮT KHÓA LUẬN
Lá sƣơng sâm (Tiliacora triandra) có nguồn gốc từ Đông Nam Á và đƣợc sử dụng
rất phổ biến ở Thái Lan, Lào và Việt Nam. Khóa luận này nghiên cứu sự ảnh hƣởng của
các phƣơng pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của mẫu polysaccharides từ lá
sƣơng sâm (Tiliacora triandra). Trích ly bằng phƣơng pháp nƣớc nóng đã làm mất đi khả
năng tạo gel của dịch sau trích ly. Tuy nhiên, mẫu bột polysaccharie đƣợc trích ly bằng
phƣơng pháp nƣớc nóng cho độ nhớt cao hơn phƣơng pháp xay. Các mẫu polysaccharide
từ lá sƣơng sâm đều là chất lỏng phi Newton. Nồng độ của mẫu polysaccharide cao cũng
nhƣ nồng độ đƣờng cao thì độ nhớt tăng. Đƣờng sucrose tạo độ nhớt của mẫu cao hơn
đƣờng glucose. Nhiệt độ càng thấp thì độ nhớt càng cao. Mẫu SKE cho độ nhớt cao nhất ở
pH 9, thấp nhất ở pH 5 và mẫu STE, STĐ cho độ nhớt cao nhất ở pH 11, thấp nhất ở pH 5.
Phổ FT-IR của polysaccharides từ lá sƣơng sâm có cấu trúc tƣơng tự nhƣ xylan nhƣng còn

lẫn nhiều tạp chất.

ix


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

Giới thiệu về lá sƣơng sâm.
Sƣơng sâm có tên khoa học là Tiliacora triandra thuộc họ Tiliacora, thƣờng đƣợc

gọi là Yanang. Sƣơng sâm là một loài thực vật có hoa có nguồn gốc ở Đông Nam Á và
đƣợc sử dụng trong các món ăn Đông Bắc Thái Lan và Lào. Nó là một loại cây leo, lá
xanh thẫm, hình bầu dục, bề mặt lá mịn và hoa màu vàng (Ptchelintsev, 2012). Trong y học
cổ truyền Đông Nam Á, sƣơng sâm đƣợc sử dụng nhƣ một loại thuốc thảo dƣợc để giảm
sốt (Wiriyachitra & Phuriyakorn, 2001), chữa ngộ độc rƣợu và các bệnh về viêm nhiễm do
nấm và vi khuẩn. Ví dụ, việc sử dụng lá sƣơng sâm để chống lại Plasmodium falciparum
(nguyên nhân gây ra bệnh sốt rét ở ngƣời) đƣợc trình bày bởi Pavanand và cộng sự (1989).
Sƣơng sâm còn cho thấy một số hiệu quả trong việc điều trị, phòng ngừa, kiểm soát, cải
thiện, ức chế hoặc làm giảm các dấu hiệu của da theo thời gian, do hormone tuổi tác nhƣ
nếp nhăn, chảy xệ và các tình trạng khác do sự xuống cấp dần các tế bào da tăng tƣởng, sự
phát triển và chức năng trong các lớp biểu bì và hạ bì. (Ptchelintsev, 2012).
Phân tích hóa học cho thấy lá sƣơng sâm có hàm lƣợng beta-carotene, chất khoáng
cao, nhƣ canxi và sắt. Một số alkaloid, đặc biệt là alkaloids bisbenzylisoquinoline đã đƣợc
xác định trong lá sƣơng sâm, bao gồm tiliacorinine, tiliacorine, và nortiliacorinine
(Wiriyachitra & Phuriyakorn, 2001). Polysaccharides đƣợc sử dụng nhƣ là phụ gia trong
ngành công nghiệp thực phẩm vì chúng có khả năng để sửa đổi, điều khiển các tính năng
của thực phẩm. Các ngành công nghiệp polysaccharides thực phẩm đại diện cho một thị
trƣờng đạt hơn 3,0 tỷ USD (Seisum, 2002). Các khả năng quan trọng nhất của
polysaccharides là tạo nhớt, tạo gel, làm dày và khả năng giữ nƣớc. Chức năng quan trọng

khác là ổn định hệ nhũ tƣơng và cải thiện các tính chất cảm quan (Singthong, Ningsanond,
& Cui, 2009). Polysaccharides chiết xuất từ thực vật là các chất phụ gia hấp dẫn cho nhiều
ngành công nghiệp, đặc biệt là đối với các ngành công nghiệp thực phẩm, bởi vì ngƣời tiêu
dùng thƣờng thích sử dụng các nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên hơn là hóa học. Dịch
trích ly của lá sƣơng sâm trở nên nhớt rất nhanh sau khi lá đƣơc nghiền nát trong nƣớc.
Tính nhớt của các thành phần trong lá sƣơng sâm có thể là một nguồn polysacharide tự
nhiên (Singthong và cộng sự, 2009).

1


1.2.

Polysaccharide
Polysaccharides là polymer có khối lƣợng phân tử lớn, gồm nhiều monosaccharide

liên kết với nhau bằng liên kết O-glycosidic. Mức độ trùng hợp (DP), đƣợc xác định bởi số
lƣợng các đơn vị monosaccharide trong một chuỗi, thay đổi từ một trăm đến vài trăm ngàn,
chỉ có một vài polysaccharides có DP dƣới 100. Không giống nhƣ các protein,
polysaccharides là các sản phẩm gen thứ cấp. Căn cứ vào số lƣợng các monomer khác
nhau hiện nay, polysaccharides có thể đƣợc chia thành hai lớp (Aspinall, 1972):


Homopolysaccharides, bao gồm chỉ có một loại monosaccharide.



Heteropolysaccharides, bao gồm hai hoặc nhiều loại monosaccharide.

Homopolysaccharides có thể đƣợc phân loại dựa trên các mối liên kết glycosidic

khác nhau của các đơn vị monosaccharide. Các liên kết glycosidic có thể là liên kết kiểu αhay β-, ví dụ nhƣ α-1 → 2, α-1 → 3, α-1 → 4, hoặc β-1 → 2, β- 1 → 3, β-1 → 4 và
v.v…Heteropolysaccharide ngoài việc có các loại monosaccharide khác nhau, chúng cũng
có các loại liên kết đa dạng nhƣ homopolysaccharide. Do đó heteropolysaccharide có sự đa
dạng về cấu trúc gần nhƣ là vô hạn. Một số polysaccharides chỉ gồm các đơn vị đƣờng:
chúng đƣợc gọi là polysaccharides trung tính (ví dụ, amylose, amylopectin, cellulose).
Những polysaccharide có chứa axit đƣờng trong cấu trúc của chúng sẽ mang điện tích âm
và do đó chúng là polysaccharides anion, ví dụ nhƣ pectin và alginat. Hiện này ngƣời ta chỉ
biết có một loại polusaccharide cation duy nhất là chitosan, thu đƣợc bằng cách thay đổi tự
nhiên của chitin từ động vật (Cui, 2005).
Polysaccharide còn đƣợc phân loại dựa trên nguồn gốc của chúng:


Có nguồn gốc từ rong biển: Agarose, carrageenans, alginates.



Có nguồn gốc từ thực vật bậc cao (các loại ngũ cốc, trái cây, rau quả (phần
ăn đƣợc ăn đƣợc và không), hạt, củ, rễ, cây): Pectins, arabinoxylans,
arabinogalactans, glucuronoxylans, β-glucans, inulin, cellulose, xylans, gum
arabic, gum ghatti, gum tragacanth, gum karaya, guar gum, locust gum, tara
gum, starches, konjac mannan.



Có nguồn gốc từ vi sinh vật: Xanthan gum, gellan, welan, zooglan, pullulan,
dextran, curdlan, levan, scleroglucan.



Có nguồn gốc từ động vật: Glycogen, glycosaminoglycans, chitin, chitosan.

2


Dựa vào các loại chuỗi của đơn vị đƣờng, polysaccharides có thể đƣợc chia thành
ba nhóm:


Loại chuỗi tuần hoàn: các đơn vị đƣờng sắp xếp theo một trật tự đƣợc lặp
lại.



Loại chuỗi gián đoạn: các chuỗi có trình tự lập đi lặp lại nhƣng cách nhau
bởi chuỗi bất thƣờng.



Loại không tuần hoàn: các monosaccharide có các vị trí liên kết khác nhau,
cấu hình khác nhau và sắp xếp không theo một trình tự nhất định.

1.2.1. Đặc điểm chung của polysaccharide
1.2.1.1.

Cơ chế tạo gel

Gel polysaccharide trong thực phẩm đƣợc tạo thành từ dung dịch hoặc chất phân
tán của polysaccharides. Cần phân biệt sự tạo gel với sự kết tủa. Sự kết tủa của
polysaccharide xảy ra do các phản ứng tập hợp, tƣơng tác polysaccharide – polysaccharide
chiến ƣu thế so với tƣơng tác polysaccharide – nƣớc. Trong khi sự tạo gel là các chuỗi

polymer đƣợc liên kết chéo bằng liên kết cộng hóa trị hoặc không phải liên kết công hóa trị
để hình thành một mạng polymer ba chiều lấp đầy thể tích của môi trƣờng lỏng. Để tạo ra
gel, polysaccharides phải đƣợc hòa tan hoặc phân tán trong dung dịch, nhằm phá vỡ hầu
hết các liên kết hydro ở trạng thái rắn. Để chuyển đổi sol thành gel thì phải thay đổi nhiệt
độ, hoặc bổ sung các cation và thay đổi pH v.v…Mục đích của các phƣơng pháp xử lý trên
là để làm giảm sự tƣơng tác nội phân tử và tăng cƣờng sự tƣơng tác liên phân tử. Sự tạo gel
tốt của các polysaccharide mạch nhánh nhƣ gum arabic đơn giản là do mạng lƣới phân tử
dày đặc. Chuỗi polysaccharide kéo dài có xu hƣớng bị rối ở nồng độ cao hơn. Những phân
tử đồng dạng có thể quấn quanh nhau tạo thành nhiều xoắn mà không làm mất liên kết
hydro. Một số lƣợng tối thiểu của các liên kết chéo cần đƣợc hình thành để khắc phục hiệu
ứng entropy và để tạo thành một mạng lƣới ổn định. Các liên kết chéo trong gel
polysaccharide thƣờng liên quan đến các đoạn mở rộng đƣợc sắp xếp từ hai hoặc nhiều
chuỗi polysaccharide và tạo thành một cấu trúc mà đƣợc gọi là vùng giao nhau. Một số
kiểu tƣơng tác giữa các phân tử có thể đóng góp cho sự tạo gel của polysaccharides. Chúng
bao gồm các liên kết hydro, liên kết ion, liên kết van der Waals và tƣơng tác kỵ nƣớc. Hình
1.1 đƣa ra một số ví dụ về các kiểu vùng giao nhau lý tƣởng hóa cho mạng gel
polysaccharide. Hình 1.1a cho thấy cấu trúc “egg box” của mối liên kết chéo. Các chuỗi

3


polysaccharide hay phân đoạn của chúng gắn vào cặp kết hợp mà cấu tạo gồm 2 nếp gấp,
các ion kim loại liên kết, nằm bên trong khoang âm điện nhƣ quả trứng nằm trong hộp
trứng “egg box”. Ví dụ cho loại liên kết này là gel pectin với mức độ methoxyl thấp và gel
alginate. Hình 1.1b biểu diễn các liên kết chéo của các xoắn kép thông qua lực van der
Waals và liên kết hydro. Với sự có mặt của cation tạo gel, các xoắn cũng có thể liên kết với
nhau bằng liên kết ion, đƣợc thể hiện trong hình 1.1c. Hình 1.1d mô tả một mẫu vùng giao
nhau đƣợc đề xuất cho một số đoạn trung tính, không có ion kim loại (Cui, 2005).

Hình 1.1 Các kiểu vùng giao nhau của gel polysaccharide

4


1.2.1.2.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo gel

 Ảnh hưởng bởi đặc điểm cấu trúc.
Cấu trúc hóa học và cấu tạo phân tử polysaccharides là những yếu tố chính để xác
định tính chất gel và cơ chế tạo gel của chúng. Để tạo gel, chuỗi polysaccharide hoặc phân
đoạn chuỗi phải đƣợc sắp xếp và tƣơng tác với nhau để tạo thành một mạng lƣới ba chiều
ổn định. Đối với cùng một loại polysaccharides, sự biến đổi trong cấu trúc của chuỗi
polymer dẫn đến cơ chế tạo gel khác nhau và gel có tính chất khác nhau. Pectin là một ví
dụ điển hình, pectin có độ methy hóa cao có cơ chế tạo gel và tính chất gel khác so với
pectin có độ methy hóa thấp. Một ví dụ khác là alginat, alginat axit D-mannuronic cao tạo
thành gel đục với môđun đàn hồi thấp; ngƣợc lại, alginate axit L-guluronic cao hình thành
gel trong suốt, gel cứng và giòn hơn (Cui, 2005).
 Ảnh hưởng bởi nồng độ và khối lượng phân tử.
Gel chỉ đƣợc hình thành khi nồng độ polymer vƣợt quá nồng độ tới hạn. Khối
lƣợng phân tử cũng rất quan trọng đối với sự tạo gel, các mô đun đàn hồi tăng khi khối
lƣợng phân tử tăng đến một điểm nhất định và sau đó độc lập với khối lƣợng phân tử; trong
khi lực phá vỡ càng tăng khi khối lƣợng phân tử tăng (Whistler, R.L, 1973 & Mitchell, J.
R. và Blanshard, J. M. V, 1979). Tuy nhiên đối với các polysaccharide trung tính thì tỷ lệ
tạo gel tỉ lệ nghịch với khối lƣợng phân tử của các polysaccharide (Böhm, N. and Kulicke,
W. M, 1999), do đó các mẫu có khối lƣợng phân tử thấp tạo gel mạnh hơn các mẫu có khối
lƣợng phân tử cao trong khoảng thời gian nhất định (Cui, 2005).
 Ảnh hưởng bởi lực ion và pH
Đối với một số polysaccharide, việc thay đổi pH hoặc loại ion cũng nhƣ là số lƣợng
của chúng có thể làm thay đổi tính chất của kết tủa gel. Gel của polysaccharides anion đặc

biệt bị ảnh hƣởng bởi nồng độ và các loại cation liên quan. Nhìn chung đối với
polysaccharide mà có nồng độ cation thấp, khi tăng nồng độ cation thì khả năng tạo gel
cũng đƣợc cải thiện cho đến khi khả năng tạo gel đạt tối ƣu. Sau khi đạt đƣợc nồng độ ion
tối ƣu, tiếp tục bổ sung các cation sẽ làm giảm độ bền của gel, độ đông hoặc kết tủa của
các polysaccharides (Cui, 2005).

5


 Ảnh hưởng của chất tan kết hợp
Sự hiện diện của một số hợp chất tan có khối lƣợng phân tử thấp nhƣ đƣờng có thể
làm tăng sự tạo gel của polysaccharides. Các hợp chất tan sẽ cạnh tranh với nƣớc, thúc đẩy
sự tƣơng tác giữa các phân tử polysaccharide. Tính chất của gel tăng khi nồng độ chất tan
tăng và đạt đến giá trị cực đại. Ví dụ các hợp chất tan ( 0 to 50% sucrose và syrup từ bắp)
làm tăng cƣờng khả năng tạo gel của gellan gum và độ bền của gel cũng đƣợc cải thiện
(Nickerson và cộng sự, 2004). Tuy nhiên khi nồng độ các hợp chất tan quá cao ( >70%
w/w) thì cấu trúc gel bị suy yếu (Cui, 2005).
1.2.2. Một số polysaccharide
1.2.2.1.

Cellulose

Cellulose là polysaccharide tự nhiên có nhiều nhất trên trái đất. Cellulose là thành
phần cấu trúc chính trong thành tế bào của thực vật bậc cao, nó cũng là thành phân chính
của quả bông (100%), lanh (80%), sợi đay (60-70%) và gỗ (40-50%). Cellulose cũng có
thể đƣợc tìm thấy trong các tế bào tảo xanh và màng tế bào nấm. Acetobacter xylinum có
thể tổng hợp cellulose. Cellulose cũng có thể thu đƣợc từ nhiều phụ phẩm nông nghiệp nhƣ
lúa mạch, lúa mì, than cây ngô và mía. Cellulose là polymer có trọng lƣợng phân tử cao
với liên kết β (1→4) D-glucopyranose (Cui, 2005).
1.2.2.2.

Hemicellulose

Hemicelluloses là nhóm không đồng nhất của các polysaccharide tạo thành vách tế
bào của thực vật bậc cao; các polysaccharide này thƣờng có liên kết cộng hóa trị hoặc
không cộng hóa trị với cellulose. Cấu trúc của hemicelluloses có thể thay đổi tùy thuộc vào
nguồn gốc của chúng, nhƣng chúng đƣợc chia thành 4 nhóm dựa trên thành phần của chuỗi
trục chính: D-xylan với liên kết β (1→4) D-xylose, D-mannans với liên kết β (1-4) Dmannose, D-xyloglucan với gốc D-xylopyranose gắn vào chuỗi cellulose và D-galactans
với liên kết β (1→3) D-galactose. Hemicellulose là các heteropolysaccharide (Cui, 2005).

6


1.2.2.3.

Pectin

Pectin là thành phần chính của hầu hết thành tế bào của thực vật bậc cao; chúng có
nhiều trong các loại trái cây và rau quả. Pectin thƣơng mại đƣợc điều chế chủ yếu từ một
số sản phẩm của ngành công nghiệp thực phẩm, ví dụ nhƣ bột táo, vỏ cam quýt và bột củ
cải đƣờng. Pectin là polysaccharide phức tạp có chứa ít nhất 65% acid galacturonic liên kết
với nhau bằng liên kết α (1→4)-glucoside trong đó một số gốc –COOH đƣợc methoxyl hóa
–CH3O (Cui, 2005).
1.2.2.4.

Alginate

Alginate là polysaccharide cấu trúc của tảo biển nâu. Loài rong biển chính để sản
xuất alginate là Macrocystis pyrifera, đƣợc trồng chủ yếu dọc theo bờ biển California của
Mỹ, bờ biển nam và tây bắc của Nam Mỹ, bờ biển Australia và New Zealand. Các nguồn

sản xuất alginate khác là từ rong Laminaria hyperborea, Laminaria digitata, and
Laminaria japonica đƣợc trồng dọc theo bờ biển Đại Tây Dƣơng ở phía bắc nƣớc Mỹ,
Canada, Pháp và Na Uy. Alginate cũng có thể đƣợc tổng hợp bởi vi khuẩn Pseudomonas
aeruginosa và Azobacter vinelandii.Alginate là polymer kết hợp không phân nhánh của β
(1→4)-D-manuronic acid và α-L-guluronic acid. Trình tự các gốc mananuronic và
guluronic ảnh hƣởng đáng kể đến tính chất hóa lý của alginate (Cui, 2005).
1.2.2.5.

Agar

Agar là loại polysaccharide có nguồn gốc từ tảo đỏ- tím thuộc lớp Rhodophyceae.
Các loài cho hiệu suất thu đƣợc agar cao là Gracilaria và Gelidium phát triển dọc theo bờ
biển Nhật Bản, New Zealand, Nam Phi, Nam Califonia. Agar là một polysaccharide đƣợc
tạo nên từ các đơn vị disaccharide lặp đi lặp lại của β-(1→3)-D-galactose và α-(1→4)- 3,6anhydro-L-galactose. Ngoài ra, agar cũng có thể chứa các nhóm methyl, các nhóm methyl
xuất hiện ở C-6 của β-(1→3)-D-galactose và C-2 của α-(1→4)- 3,6-anhydro-L-galactose
(Cui, 2005).

7


1.2.3. Polysaccharide trong lá sƣơng sâm
Theo nghiên cứu của Jittra Singthong và cộng sự (2009), polysaccharide trong lá
sƣơng sâm (Tiliacora triandra) có cấu trúc tƣơng tự nhƣ xylan. Xylan là loại
hemicelluloses không bền nhiệt (D. A. I. Goring, 1963; A. Ebringerova và cộng sự, 2000),
xylan bắt đầu phân hủy nhiệt ở nhiệt độ gần 2000C và chúng đƣợc coi là biopolymer nhiều
thứ hai trong trong giới thực vật. Xylan không chỉ có ở trong gỗ mà còn ở trong các loại
thực vật khác nhƣ cỏ, ngũ cốc và các loại thảo mộc (A. M. Stephen, 1983). Mặc dù xylan
đƣợc biết đến trong một thời gian dài nhƣng ngƣời ta vẫn chƣa quan tâm đến cấu trúc,
chức năng và sự sinh tổng hợp xylan trong thực vật. Các tính chất hóa lý của xylans chƣa
đƣợc nghiên cứu một cách hệ thống nhƣng nó có ảnh hƣởng đến công nghệ làm bánh mì

(M. S. Izydorczyk và cộng sự, 1995; J. A. Delcour và cộng sự, 1991) xay nghiền hạt ngũ
cốc và các loại bột (M. S. Izydorczyk và cộng sự, 1998).
Khả năng hòa tan của xylan cũng giống với các loại polysaccharide khác, đều bị
ảnh hƣởng bởi các liên kết hydro nội phân tử đƣợc tạo ra trong quá trình sấy
polysaccharide sau quá trình trích ly cũng nhƣ là trong quá trình lƣu trữ (A. Ebringerova và
cộng sự, 1994).
Trọng lƣợng phân tử (Mw) thay đổi đáng kể và bị ảnh hƣởng bởi các phƣơng pháp
ƣớc lƣợng khác nhau. Thông thƣờng Mw thu đƣợc từ phƣơng pháp siêu ly tâm thấp hơn
phƣơng pháp lọc gel. Đối với phƣơng pháp tán xạ ánh sáng, giá trị Mw thu đƣợc rất cao
~5000 g/mol. Sự khác nhau về trọng lƣợng phân tử giữa các phƣơng pháp là do các chuỗi
kết hợp và các hạt microgel trong dung dịch tạo nên (M. E. F. Schooneveld-Bergmans và
cộng sự, 1999).
1.3.

Trích ly polysaccharide
Nói chung, các polysaccharide của vi khuẩn thì dễ dàng trích ly hơn các

polysaccharide cấu trúc của thành tế bào thực vật và vi sinh vật (BeMiller, J. N, 1996). Ví
dụ, xanthan gum sản xuất bởi Xanthomonas campestris đƣợc giải phóng trực tiếp vào môi
trƣờng nuôi cấy và có thể dễ dàng phân lập bằng cách kết tủa với ethanol. Các
polysaccharides thành tế bào, mặt khác, đã đƣợc chiết xuất từ các nguyên liệu thành tế bào
không hòa tan. Ngƣời ta có thể sử dụng các chế phẩm tinh khiết để phân tích cấu trúc chi
tiết của các polysaccharide trích ly từ thành tế bào. Để trích ly polysaccharide từ tế bào
thực vật thì việc loại bỏ chất béo có trong nguyên liệu là rất cần thiết, bởi vì chất béo có thể

8


hạn chế sự xâm nhập của nƣớc và ảnh hƣởng tiêu cực đến hiệu quả trích ly. Chất béo
thƣờng đƣợc loại bỏ bằng dung môi phân cực, chẳng hạn nhƣ dung dịch chloroform

methanol (95: 5 v / v), ethanol (90% v / v) hoặc dioxan, và hexane. Sự hồi lƣu ethanol
thƣờng đƣợc thực hiện để làm bất hoạt các enzym thủy phân nội sinh có mặt trong các vật
liệu sinh học.
Các polysaccharide nằm trong thành tế bào có thể đƣợc trích ly bằng các dung môi
khác nhau, tuy nhiên trích ly bằng nƣớc ở các nhiệt độ khác nhau thƣờng là sự lựa chọn
đầu tiên để trích ly các polysaccharide trung tính. Thông thƣờng, nhiệt độ trích ly càng
tăng thì hiệu quả trích ly càng cao. Polysaccharides acid nhƣ pectin, đƣợc hòa tan bởi các
ion kim loại hoá trị hai tạo phức phối hợp chặt chẽ với các tác nhân tạo phức nhƣ amoni
oxalat, natri hexametaphosphate, EDTA, hoặc CDTA. Dung môi phân cực, khan nhƣ
dimethyl sulphoxide (DMSO) dimethyl sulphoxide (DMSO) (thông thƣờng với 10%
nƣớc), đƣợc sử dụng để hòa tan các hạt tinh bột và trích ly O-acetyl-4-O-methyl
glucuronoxylans and O-acetyl-galactoglucomannans mà không làm mất các nhóm thế
không ổn định của chúng. N-methylmorpholine-N-oxide đã đƣợc báo cáo nhƣ một dung
môi tốt để trích ly polysaccharides từ vách tế bào bao gồm cellulose.
Dung dịch có tính axit thƣờng không đƣợc sử dụng để trích ly polysaccharides vì
chúng làm thủy phân các liên kết glycosidic. Tuy nhiên, các chế phẩm thƣơng mại của
pectin từ vỏ cam quýt hoặc bột táo đƣợc thu bằng cách trích ly với dung dịch có tính axit
pH 1-3 tại 50-900C. Dung dịch kiềm đƣợc sử dụng rộng rãi để trích ly các polysaccharides
thành tế bào. Sodium borohydrate (NaBH4) thƣờng đƣợc thêm vào dung dịch trích ly để
làm giảm nguy cơ phản ứng loại bỏ gốc β hay làm mất tuần tự các gốc ở cuối của chuỗi
polysaccharide do nồng độ pH cao. Ngƣời ta cho rằng trong điều kiện kiềm, các liên kết
ester và liên kết cộng hóa trị và liên kết không cộng hóa trị bị phá vỡ và các
polysaccharides ban đầu không trích ly đƣợc sẽ đƣợc giải phóng từ các mạng lƣới phức tạp
của thành tế bào. Dung dịch Ba(OH)2 bão hòa đƣợc sử dụng để trích ly arabinoxylans từ
lúa mỳ và lúa mạch, trong khi dung dịch NaOH loãng đƣợc sử dụng để trích ly
xyloglucans, xylans, β-glucans, and pectins. Các polysaccharides đƣợc trích ly bằng kiềm
thì chúng trở nên hòa tan trong nƣớc.
Một phƣơng pháp khác đã đƣợc thực hiện để trích ly polysaccharide không hòa tan
nhƣ cellulose. Polymer này có thể đƣợc phân lập từ nguyên liệu bông hoặc gỗ bằng cách

9


loại bỏ tiếp các thành phần khác có trong nguyên liệu. Ví dụ, các loại sáp và chất béo có
thể đƣợc chiết xuất bằng chloroform, benzene, và ethanol (Cui, 2005).
1.4.

Tính lƣu biến của thực phẩm dạng lỏng.
Độ nhớt là một đặc tính vật lý quan trọng, liên quan đến chất lƣợng 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 nhƣ máy bơm, đƣờng ống, thiết bị trao đổi nhiệt,
thiết bị bay hơi, tiệt trùng, lọc và trộn (Saravacos, 1970). Độ nhớt của thực phẩm lỏng phụ
thuộc vào thành phần của nó và nhiệt độ; trong một số trƣờng hợp độ nhớt còn phụ thuộc
vào tốc độ trƣợt (shear rate) hoặc ứng suất trƣợt (shear stress) và thời gian trƣợt. Tính chất
lƣu biến của chất lỏng Newton không phụ thuộc vào tốc độ trƣợt (shear rate) mà chỉ phụ
thuộc vào nhiệt độ và thành phần của chất lỏng. Những chất lỏng không phải là chất lỏng
Newton thì đƣợc gọi là chất lỏng phi Newton. Chất lỏng phi Newton có thể đƣợc 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 cƣờng
độ ứng suất trƣợt (shear stress) hoặc tốc độ trƣợt (shear rate). Nếu độ nhớt giảm khi tốc độ
trƣợt (shear rate) tăng lên thì chất lỏng đó đƣợc gọi là chất lỏng shear-thining hoặc
pseudoplastic (độ nhớt tỉ lệ nghịch với tốc độ trƣợt). Nếu độ nhớt tăng khi tốc độ trƣợt
(shear rate) tăng thì chất lỏng đó đƣợc gọi là chất lỏng shear-thickening (độ nhớt tỉ lệ thuận
với tốc độ trƣợt). Chất lỏng phi Newton phụ thuộc vào thời gian đƣợc chia thành hai loại.
Ở một nhiệt độ và tốc độ trƣợt (shear rate) 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) (Rao, 1978).
Phân loại chất lỏng theo tính lƣu biến đƣợc trình bày ở hình 1.2

10


Chất lỏng

Chất lỏng Newton

Chất lỏng phi Newton

Phụ thuộc thời gian

Thixotropic

Rheopectic

Độc lập thời gian

Shear-thinning

Shear-thickening

Hình 1.2 Phân loại thuộc tính cơ lƣu chất của chất lỏng
1.5.

Phổ hồng ngoại FTIR
Phƣơng pháp phân tích theo phổ hồng ngoại là một trong những kỹ thuật phân tích

rất hiệu quả. Một trong những ƣu điểm quan trọng nhất của phƣơng pháp phổ hồng ngoại
vƣợt hơn những phƣơng pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hƣởng từ điện
tử …) là phƣơng pháp này cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi các

phƣơng pháp tính toán phức tạp. Kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là: các hợp chất
hoá học có khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng
ngoại, các phân tử của các hợp chất hoá học dao động với nhiều vận tốc dao động và xuất
hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Các đám phổ khác nhau có mặt
trong phổ hồng ngoại tƣơng ứng với các nhóm chức đặc trƣng và các liên kết có trong phân
tử hợp chất hoá học. Bởi vậy phổ hồng ngoại của một hợp chất hoá học coi nhƣ "dấu vân
tay", có thể căn cứ vào đó để nhận dạng chúng. Phổ hồng ngoại đƣợc dùng để xác định độ
tinh khiết của các chất. Chất không tinh khiết thì thƣờng độ rõ nét của đám phổ riêng biệt
bị giảm, sự xuất hiện thêm các đám phổ sẽ làm "nhoè" phổ. Khi tạp chất có sự hấp thụ
mạnh mà ở đó thành phần chính không hấp thụ hoặc hấp thụ yếu thì việc xác định rất thuân
lợi.

11


S

K

L

0

0

2

1

5

4