Tối ưu hóa quá trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định trong chế biến nectar ổi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA
*

TỐI ƯU HĨA Q TRÌNH CHIẾT XUẤT PECTIN CĨ HỖ
TRỢ SIÊU TỪ LÁ SƯƠNG SÂM VÀ ỨNG DỤNG LÀM
CHẤT ỔN ĐỊNH TRONG CHẾ BIẾN NECTAR ỔI

SVTH: TRẦN THỊ THẢO TRÂM

Đà Nẵng – Năm 2017


TĨM TẮT
Tên đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu từ lá sương sâm và
ứng dụng làm chất ổn định trong chế biến nectar ổi”.
Sinh viên thực hiện: Trần Thị Thảo Trâm
Số thẻ sinh viên: 107120180

Lớp: 12H2

Đồ án trình bày về kết quả tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất
pectin từ lá sương sâm. Sau q trình làm thí nghiệm theo mơ hình thực nghiệm trực
giao cấp 2, tối ưu hóa bằng phương pháp chập phi tuyến tính các phương trình với sự
hỗ trợ của phầm mềm Design Expert 9, tìm ra được các điều kiện tối ưu như sau: Giai
đoạn siêu âm hỗ trợ (nồng độ acid citric là 5,25 %, chu kì siêu âm là 68,84 % và thời
gian siêu âm là 9,85 phút); Giai đoạn ngâm chiết bằng nhiệt (nhiệt độ ngâm chiết là
70oC và thời gian ngâm chiết là 25,38 phút). Với điều kiện tối ưu đã tìm được, khi tiến
hành chiết xuất pectin từ lá sương sâm thu được pectin với hàm lượng là 15,09 % và
độ nhớt của dung dịch pectin thu nhận là 210,5 cP.

Pectin lá sương sâm sau khi thu nhận sẽ được gửi mẫu đi đo phổ hồng ngoại FTIR
để xác định cấu trúc, và tìm ra được chỉ số ester hóa (DE) là 48,2 % (<50 %) - pectin
lá sương sâm là pectin ở dạng LMP (Pectin có ít nhóm methoxyl).
Pectin chiết xuất từ lá sương sâm được bổ sung vào làm chất ổn định trong chế
biến nectar ổi. Nectar ổi được sản xuất theo thực đơn với tỉ lệ các nguyên liệu như sau:
ổi 100g : đường 15g : pectin bổ sung với mức 0,6 % (so với tổng khối lượng ổi và
đường đã bổ sung vào) : CaCl2 bổ sung 2 % (so với khối lượng pectin) : nước 100ml.
Sản phẩm nectar ổi làm ra được đưa đi đánh giá cảm quan bởi các bạn sinh viên lớp
12H2 – Đại học Bách Khoa – Đà Nẵng theo phương pháp cho điểm chất lượng sản
phẩm. Sau khi tiến hành sàng lọc, xử lí kết quả đánh giá… xác định được điểm chất
lượng của sản phẩm nectar ổi là 11,33/20 điểm, tương đương với mức chất lượng trung
bình.


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HĨA

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: TRẦN THỊ THẢO TRÂM
Lớp: 12H2

Số thẻ sinh viên: 107120180

Khoa: Hóa

Ngành: Cơng Nghệ Thực Phẩm

1. Tên đề tài đồ án:
“Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng
làm chất ổn định trong chế biến nectar ổi”.
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
……………………………………..……………………………………………..……...
...…………………………………………………………………………………………
…..………………………………….…..………………………..………………………
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
- Lời mở đầu
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3: Kết quả và thảo luận
- Kết luận và kiến nghị
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục
5. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ): Không
6. Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
…/…/2017
8. Ngày hồn thành đồ án:
22/05/2017

Trưởng Bộ mơn ……………………..

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017
Người hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án tốt nghiệp vừa là nhiệm vụ vừa là yêu cầu đối với sinh viên năm cuối để kết
thúc khóa học trước khi ra trường, đồng thời nó cũng giúp cho sinh viên tổng kết lại
những kiến thức đã học trong suốt quá trình học tập. Bên cạnh đó, đồ án tốt nghiệp cịn
giúp cho sinh viên định hướng được phần nào công việc mà bản thân mình sẽ làm
trong tương lai.
Từ thực tế và nguyện vọng của bản thân, em đã được khoa giao cho đề tài nghiên
cứu “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng
dụng làm chất ổn định trong chế biến nectar ổi”.
Sau hơn 3 tháng tiến hành quá trình nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn tận tình và tâm
huyết của cơ Trương Thị Minh Hạnh và cô Ngô Thị Minh Phương, cùng với sự giúp
đỡ của các thầy cô trong khoa, đặc biệt là các thầy cơ phịng thí nghiệm khoa Hóa, và
các bạn sinh viên trong phịng thí nghiệm, em đã hồn thành đồ án tốt nghiệp của
mình.
Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cô Trương
Thị Minh Hạnh và cô Ngô Thị Minh Phương – những người đã tận tình chỉ bảo, hướng
dẫn, động viên cho em từ việc chọn đề tài nghiên cứu cho đến khi em hoàn thành đồ
án tốt nghiệp của mình. Trong suốt thời gian em thực hiện đề tài, hai cô đã cung cấp
cho em nhiều tài liệu, nhiều kiến thức bổ ích, ln định hướng, góp ý và sửa chữa cho
em những chỗ sai, để từ đó giúp em nắm bắt kĩ hơn, chi tiết hơn về nội dung mình làm
cũng như các vấn đề liên quan đến đồ án tốt nghiệp.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa, đặc biệt là các thầy cô của
ngành Công nghệ Thực phẩm, các thầy cơ ở phịng thí nghiệm khoa Hóa… đã nhiệt
tình giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua. Nhờ sự giúp đỡ của tất cả các thầy các
cô mà em đã hoàn thành đồ án một cách tốt nhất có thể.
Cuối cùng em xin được cảm ơn các thầy cô trong hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp
đã dành thời gian quý báu của mình để đọc và nhận xét đồ án tốt nghiệp của em.
Đà Nẵng, ngày 20/05/2017

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Thảo Trâm

i


CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn
của PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh và NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương.
Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp này là trung thực và
chưa từng được công bố và chưa từng được sử dụng trong bất kì một cơng trình
nghiên cứu nào khác. Các thơng tin, tài liệu trích dẫn trong đồ án có nguồn gốc rõ
ràng.
Sinh viên thực hiện

Trần Thị Thảo Trâm

ii


MỤC LỤC

TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................i
CAM ĐOAN .................................................................................................................. ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH ..........................................................................v
Trang

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..........................................................................3
1.1. Tổng quan về pectin ................................................................................................3
1.1.1. Cấu tạo của pectin .................................................................................................3
1.1.2. Phân loại pectin ....................................................................................................4
1.1.3. Các tính chất đặc trưng của pectin........................................................................4
1.1.4. Ứng dụng của pectin .............................................................................................6
1.2. Tổng quan về nguyên liệu sản xuất pectin ...........................................................7
1.3. Các phương pháp sản xuất pectin .........................................................................8
1.4. Tổng quan về phương pháp trích ly ......................................................................9
1.4.1. Cơ sở của q trình trích ly ..................................................................................9
1.4.2. Dung mơi trong q trình trích ly .........................................................................9
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly ........................................................9
1.5. Tổng quan về sóng siêu âm ..................................................................................10
1.5.1. Các đặc tính của sóng siêu âm ............................................................................10
1.5.2. Ngun lí xử lí mẫu bằng sóng siêu âm .............................................................12
1.5.3. Nguyên tắc hoạt động của sóng siêu âm ............................................................12
1.5.4. Ứng dụng của sóng siêu âm và vai trị của sóng siêu âm trong nghiên cứu.......12
1.5.5. Thiết bị siêu âm LABSONIC®P ........................................................................13
1.6. Ứng dụng pectin làm chất ổn định trong chế biến nectar ổi .............................14
1.6.1. Chất ổn định trong công nghệ thực phẩm...........................................................14
1.6.2. Nectar ..................................................................................................................14
1.6.3. Giới thiệu về quả ổi ............................................................................................15
1.7. Tình hình nghiên cứu hiện nay ở trong nước và trên thế giới liên quan đến đề
tài… ...............................................................................................................................16
iii


1.7.1. Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................................16
1.7.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .....................................................................17

Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................19
2.1. Nguyên liệu ............................................................................................................19
2.2. Dụng cụ - hóa chất – thiết bị ................................................................................19
2.3. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................20
2.3.1. Xác định hàm lượng pectin trong nguyên liệu bằng phương pháp canxi pectat 20
2.3.2. Phương pháp sản xuất pectin trong phịng thí nghiệm .......................................21
2.3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu nhận pectin và độ nhớt
dung dịch thu được bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm ..................................23
2.3.4. Xác định độ nhớt của pectin thu nhận bằng nhớt kế quay..................................24
2.3.5. Xác định cấu trúc phân tử pectin thu nhận bằng phương pháp phổ hồng ngoại
FTIR (Fourier Transformation Infrared Spectrometer) .................................................24
2.3.6. Ứng dụng pectin làm chất ổn định trong chế biến nectar ổi ...............................25
2.3.7. Đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm chất lượng sản phẩm .............27
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................28
3.1. Xác định hàm lượng pectin có trong nguyên liệu ..............................................28
3.2. Tối ưu hóa q trình siêu âm hỗ trợ trong điều kiện ngâm chiết cố định bằng
phương pháp quy hoạch thực nghiệm 3 yếu tố, 2 mức, 2 hàm mục tiêu ................28
3.2.1. Xây dựng mơ tả tốn học cho hàm mục tiêu hiệu suất thu nhận pectin .............33
3.2.2. Xây dựng mô tả toán học cho hàm mục tiêu độ nhớt dung dịch pectin thu
nhận… ...........................................................................................................................35
3.3. Tối ưu hóa q trình ngâm chiết bằng nhiệt trong điều kiện siêu âm cố định
bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm 2 yếu tố, 2 mức, 2 hàm mục tiêu ......39
3.3.1. Xây dựng mô tả toán học cho hàm mục tiêu hiệu suất thu nhận pectin .............41
3.3.2. Xây dựng mơ tả tốn học cho hàm mục tiêu độ nhớt dung dịch pectin thu
nhận… ...........................................................................................................................42
3.4. Xác định cấu trúc của pectin bằng phương pháp phổ hồng ngoại FTIR ........46
3.5. Ứng dụng pectin làm chất ổn định trong chế biến nectar ổi .............................48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................55
PHỤ LỤC

iv


DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cấu tạo của phân tử pectin [3] .........................................................................3
Hình 1.2. Sản phẩm pectin thương mại ...........................................................................4
Hình 1.3. Lá sương sâm [2] .............................................................................................7
Hình 1.4. Các khoảng tần số của sóng siêu âm [11] .....................................................10
Hình 1.5. Biểu diễn sóng siêu âm theo thời gian [11] ...................................................11
Hình 1.6. Máy siêu âm sử dụng trong nghiên cứu ........................................................13
Hình 1.7. Sản phẩm nectar cam .....................................................................................14
Hình 1.8. Sản phẩm nectar xồi.....................................................................................14
Hình 1.9. Quả ổi ............................................................................................................15
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình xử lí ngun liệu lá sương sâm ............................................19
Hình 2.2. Lá sương sâm sau phơi héo ...........................................................................19
Hình 2.3. Bột lá sương sâm ...........................................................................................19
Hình 2.4. Bơm lọc chân khơng ......................................................................................20
Hình 2.5. Nhớt kế quay BROOKFIELD .......................................................................20
Hình 2.6. Sơ đồ quy trình sản xuất pectin trong phịng thí nghiệm ..............................22
Hình 2.7. Sơ đồ quy trình sản xuất nectar ổi trong phịng thí nghiệm ..........................26
Hình 3.1. Kết quả xử lí số liệu bằng phần mềm Design Expert 9 .................................37
Hình 3.3. Sự cắt đứt mạch pectin ..................................................................................39
Hình 3.2. Hiện tượng Jetting ........................................................................................39
Hình 3.4. Kết quả xử lí số liệu bằng phần mềm Design Expert 9 .................................45
Hình 3.5. Kết quả hấp thụ phổ hồng ngoại của mẫu pectin từ lá sương sâm và mẫu
pectin chuẩn (mẫu đối chứng) .......................................................................................47
Hình 3.6. Mẫu phiếu trả lời dành cho người thử ...........................................................50

Hình 3.7. Sản phầm trước thanh trùng ..........................................................................52
Hình 3.8. Sản phẩm sau thanh trùng..............................................................................52

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần các chất có mặt trong 100g phần ăn được của ổi [17] ..............16
Bảng 2.1. Mức chất lượng của một sản phẩm theo hệ điểm 20 ....................................27
Bảng 3.1. Mức các yếu tố ảnh hưởng của q trình siêu âm.........................................29
Bảng 3.2. Mơ hình thí nghiệm và kết quả thí nghiệm theo mơ hình quy hoạch thực
nghiệm trực giao cấp 2. .................................................................................................30
Bảng 3.3. Ma trận trực giao cấp II, k = 3, α2 = 1,831 và kết quả thí nghiệm ...............31
Bảng 3.4. Kết quả thực nghiệm và kết quả tính theo phương trình hồi quy 3.11 .........34
Bảng 3.5. Kết quả thực nghiệm và kết quả tính theo phương trình hồi quy 3.15 .........36
Bảng 3.6. Mức các yếu tố ảnh hưởng của quá trình ngâm chiết bằng nhiệt .................40
Bảng 3.7. Mơ hình thí nghiệm và kết quả thí nghiệm theo mơ hình quy hoạch thực
nghiệm trực giao cấp 2. .................................................................................................41
Bảng 3.8. Ma trận trực giao cấp II, k = 2, α2 = 1,317....................................................41
Bảng 3.9. Kết quả thực nghiệm và kết quả tính theo phương trình hồi quy 3.17 .........42
Bảng 3.10. Kết quả thực nghiệm và kết quả tính theo phương trình hồi quy 3.18 .......43
Bảng 3.11. Kết quả kiểm tra chất lượng sản phẩm nectar ổi.........................................48
Bảng 3.12. Bảng hướng dẫn cho điểm các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm nectar ổi
theo thang điểm từ 0 – 5 điểm .......................................................................................51
Bảng 3.13. Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm nectar ổi theo phương pháp cho điểm
chất lượng ......................................................................................................................52

vi

Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thực phẩm hiện đang là một vấn đề đáng được quan tâm hàng đầu của con người,
bởi bây giờ, trên thị trường ngày càng xuất hiện nhiều thực phẩm kém chất lượng, thực
phẩm bẩn và độc hại một cách tràn lan, gây hoang mang cho người tiêu dùng. Do đó,
việc tìm kiếm và sản xuất ra các loại thực phẩm sạch cũng như các loại phụ gia an
toàn là một nhu cầu cấp thiết trong ngành công nghệ thực phẩm.
Pectin là một phụ gia được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm bởi
nó vơ hại và có thể sử dụng khơng giới hạn hàm lượng trong sản xuất thực phẩm.
Ngoài việc nâng cao cấu trúc, chất lượng cho sản phẩm thì pectin cịn có những ảnh
hưởng tốt đến sức khỏe của người sử dụng như giúp kéo dài thời gian tiêu hóa thức ăn,
giảm hấp thu lipid. Ngày nay, pectin được ứng dụng rộng rãi với chức năng là một
chất phụ gia tạo dày, nhũ hóa và là một chất ổn định trong sản xuất mứt, kẹo dẻo,
nectar, tạo màng bao thực phẩm hay ứng dụng trong dược phẩm.
Có rất nhiều nguyên liệu có chứa pectin như vỏ bưởi, vỏ dưa hấu, vỏ chuối…và lá
sương sâm là một trong những nguyên liệu có hàm lượng pectin cao (trong lá sương
sâm, pectin chiếm khoảng 16,43% [1]). Lá sương sâm là một nguyên liệu được sử
dụng lâu nay trong dân gian với các đặc điểm dược tính tốt như tính mát, cơng năng
nhuận tràng, hạ nhiệt độ cơ thể và có tính giải độc [2]. Đặc biệt, pectin ở lá sương sâm
chủ yếu ở dạng LMP (low methoxyl pectin) [3][1], là loại pectin ít xuất hiện trong tự
nhiên, có khả năng tạo gel ngay cả khi trong mơi trường khơng có đường và acid, từ
đó có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng tạo màng, làm chất ổn định trong một số
loại thực phẩm. Bên cạnh đó cây sương sâm là cây mọc tự nhiên, dễ trồng, dễ kiếm,
giá thành rẻ. Do vậy, lá sương sâm là một nguyên liệu tốt để tiến hành chiết xuất
pectin.
Cho đến nay, đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu ở trong và ngồi nước nghiên
cứu về các phương pháp chiết xuất pectin như :phương pháp ngâm chiết thông thường,

phương pháp ngâm chiết bằng nhiệt, phương pháp sử dụng sóng siêu âm, phương pháp
sử dụng vi sóng…. Nhưng với mong muốn tìm ra một quy trình sản xuất pectin vừa
hiệu quả, vừa rút ngắn được thời gian; đồng thời cũng sản xuất ra được nguồn pectin
dạng LMP từ nguyên liệu thiên nhiên, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Tối ưu hóa
q trình q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng
làm chất ổn định trong chế biến nectar ổi”.

SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

1


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

2. Mục tiêu của đề tài nghiên cứu
- Xác định hàm lượng pectin trong nguyên liệu (lá sương sâm).
- Tối ưu hóa q trình siêu âm hỗ trợ (trong điều kiện ngâm chiết bằng nhiệt cố
định).
- Tối ưu hóa q trình ngâm chiết bằng nhiệt (trong điều kiện siêu âm hỗ trợ không
đổi).
- Ứng dụng bổ sung pectin làm chất ổn định trong sản phẩm nectar ổi.
3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
✓ Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu để tối ưu các điều kiện của quá trình siêu âm hỗ trợ và quá trình ngâm
chiết bằng nhiệt tại điều kiện phịng thí nghiệm trường Đại học Bách Khoa – Đại học
Đà Nẵng.

- Nghiên cứu sản xuất sản phẩm nectar ổi có bổ sung pectin làm chất ổn định trong
điều kiện phịng thí nghiệm.
✓ Đối tượng nghiên cứu
Lá sương sâm được thu mua trên địa bàn huyện Đại Lộc - tình Quảng Nam.
Quả ổi được mua tại siêu thị Coopmark Đà Nẵng – được trồng tại tỉnh Tiền Giang.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Xác định hàm lượng pectin có trong nguyên liệu.
- Xác định độ nhớt của dung dịch pectin thu nhận.
- Xác định cấu trúc của sản phẩm pectin thu nhận.
- Đánh giá cảm quan: cho điểm chất lượng sản phẩm thông qua các chỉ tiêu màu sắc,
mùi, vị, trạng thái sản phẩm.
- Xử lí số liệu bằng excell.
5. Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp
Nội dung của một đồ án tốt nghiệp được trình bày qua các phần sau:
✓ Mở đầu
✓ Chương 1: Tổng quan
✓ Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
✓ Chương 3: Kết quả và thảo luận
✓ Kết luận và kiến nghị
✓ Danh mục tài liệu tham khảo
✓ Phụ lục

SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

2

Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan về pectin
Pectin là polysaccharide của thực vật, nó là một polymer của các acid
galacturonic và các ester methyl của chúng. Pectin có nhiều ở quả, củ hoặc ở thân cây.
Trong thực vật, pectin tồn tại dưới hai dạng là protopectin khơng hịa tan (tồn tại chủ
yếu dưới dạng liên kết ở thành tế bào) và pectin hòa tan (tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào)
[4].

Hình 1.1. Cấu tạo của phân tử pectin [3]
Pectin là một loại keo gắn chặt các tế bào thực vật lại với nhau. Khi quả còn xanh,
các chất keo này chủ yếu là protopectin, nó chiếm tỉ lệ khá cao, protopectin khơng tan
trong nước và có độ cứng cao. Pectin xuất hiện khi quả chín dần nhờ tác dụng của
emzyme protopectinase chuyển pectin khơng hịa tan (protopectin) thành dạng pectin
hòa tan và làm giảm sự liên kết giữa các tế bào, do đó quả trở nên mềm hơn.
Pectin tồn tại với các hàm lượng khác nhau trong các loại thực vật khác nhau, các
bộ phận khác nhau, mặt khác trong cùng một loại quả nhưng các phần khác nhau của
quả cũng cho hàm lượng pectin khác nhau.
1.1.1. Cấu tạo của pectin
Pectin là các polysaccharide, mạch thẳng, cấu tạo từ sự liên kết giữa các mạch của
phân tử acid D – galacturonic (C6H10O7) liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 –
glycoside. Trong đó, một số gốc acid có chứa nhóm thay thế methoxyl (-OCH3). Chiều
dài của chuỗi phân tử acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm
đơn vị acid galacturonic. Phân tử lượng của các loại pectin tách từ các nguồn nguyên
liệu khác nhau thay đổi trong giới hạn rộng từ 25000 – 50000 [4].
Các chỉ số đặc trưng của pectin:
- Chỉ số methoxyl (Me): biểu hiện methyl hóa, là phần trăm khối lượng nhóm

methoxyl (-OCH3) trên tổng khối lượng phân tử. Tên gọi pectin thường dùng để chỉ
SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

3


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

các chuỗi polygalacturonic methyl hóa 100%, tên goi acid pectinic để chỉ các chất
được methyl hóa thấp hơn 100%, tên gọi acid pectic để chỉ acid polygalacturonic hồn
tồn khơng chứa nhóm methoxyl [4].
- Chỉ số ester hóa (DE): thể hiện mức độ ester hóa của pectin, là tỉ lệ phần trăm về
số lượng các gốc acid galacturonic được ester hóa trên tổng số lượng gốc acid
galacturonic trong phân tử [3].
1.1.2. Phân loại pectin
Theo phần trăm (%) nhóm methoxyl có trong phân tử pectin
- HMP (high methoxyl pectin):
nhóm pectin có chỉ số nhóm methoxyl
cao Me > 7%, DE > 50%.
- LMP (low methoxyl pectin): nhóm
có chỉ số methoxyl thấp có Me < 7%
(thông thường trong khoảng 3 – 5 %),
DE ≤ 50%
Theo khả năng hòa tan trong nước:
- Pectin
hòa

tan
(methoxyl
polygalacturonic): pectin hòa tan là
polysaccharide cấu tạo bởi các gốc acid
galacturonic, trong đó có một số gốc
acid chứa nhóm methoxyl.

Hình 1.2. Sản phẩm pectin thương mại

- Pectin khơng hịa tan (protopectin): là dạng kết hợp của pectin với
polysaccharide ở thành tế bào (araban).
1.1.3. Các tính chất đặc trưng của pectin
Pectin thuộc nhóm các chất phụ gia tạo gel, tạo độ sệt và được xem là một trong
những phụ gia thực phẩm an toàn, được chấp nhận nhiều nhất với hàm lượng sử dụng
không giới hạn.
Mã hiệu quốc tế của pectin là E440 (tcvn 3742 – 2001).
a. Tính tan của pectin trong nước
Pectin tan trong nước và tạo nên dung dịch có độ nhớt cao. Khi tiếp xúc với nước,
pectin nhanh chóng hấp thụ nước và trương nở làm kích thước hạt pectin tăng lên rất
nhiều lần so với kích thước hạt ban đầu, sau đó các phân tử pectin bắt đầu tách rời khỏi
nhau.
Nếu các hạt pectin dính vào nhau thì khi tiếp xúc với nước thì tất cả chúng sẽ cùng
trương lên, dính nhau và hợp lại thành viên có kích thước lớn, thời gian hòa tan lâu.
Nhưng nếu ngược lại, đối với các hạt pectin được tách rời nhau thì khi tiếp xúc với
SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

4

Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

nước thì chúng có đủ khoảng trống để trương nở, do đó q trình hịa tan diễn ra nhanh
hơn [3].
b. Khả năng tạo đặc, ổn định hệ nhũ tương
Khả năng tạo đặc, giữ nước: Pectin có khối lượng phân tử lớn nên khi hịa tan vào
dung dịch thì các nhóm hoạt động trong phân tử sẽ tương tác với nước tạo thành lớp
vỏ hydrate làm cho lực liên kết giữa các mắt xích trong phân tử yếu đi và các phân tử
pectin bị xê dịch rồi bị nhão ra, nước xâm nhập vào bên trong làm cho pectin trương
lên. Nếu pectin chỉ trương lên mà khơng rã ra thì pectin đóng vai trò là chất giữ nước,
còn khi pectin bị rã ra hồn tồn tạo thành dung dịch nhớt thì pectin đóng vai trị là
chất tạo đặc [3].
Khả năng ổn định nhũ tương: Pectin hòa tan trong pha liên tục và làm tăng độ
nhớt của dung dịch, hạn chế khả năng chuyển động của hệ phân tán, làm giảm va chạm
giữa chúng, từ đó giảm khả năng tạo giọt, ổn định pha phân tán trong pha liên tục. Khả
năng tạo đặc và ổn định hệ nhũ tương là hai tính chất đi kèm nhau [3].
Khả năng tạo nhũ: Phân tử pectin có các nhóm ưa nước và các nhóm kị nước do đó
nó có khả năng hấp thụ lên bề mặt pha phân tán và tạo thành lớp màng đặc bao quanh
các hạt trong pha phân tán, nhờ đó ngăn cản sự tạo giọt, phân pha [3].
c. Khả năng tạo gel
Đặc tính quan trọng của pectin là trong mơi trường có mặt acid và đường thì nó có
khả năng tạo gel, tính chất này được ứng dụng phổ biến trong cơng nghệ sản xuất bánh
kẹo.
Hai cơ chế tạo gel của pectin: cơ chế tạo gel nhờ đường – acid và cơ chế tạo gel
bằng Ca2+
- Tạo gel theo cơ chế acid – đường (HMP tạo gel bằng liên kết hidro)
Điều kiện để tạo gel : nồng độ đường lớn hơn 50%, pH = 3 – 3,5; nồng độ pectin

từ 0,5 – 1%.
Đường có khả năng hút ẩm vì vậy nó làm giảm khả mức độ hydrate hóa của phân
tử pectin trong dung dịch. Ion H+ được thêm vào (hoặc nhờ môi trường acid của quả
chế biến) trung hòa một phần các gốc COO- , làm giảm điện tích của các phân tử, vì
vậy các phân tử có thể tiến lại gần nhau và tạo liên kết phân tử và tạo gel.
Trong trường hợp này, các phân tử pectin liên kết với nhau chủ yếu bằng các cầu
nối hydro giữa các nhóm hydroxyl, kiểu liên kết này không bền nên gel được tạo thành
có cấu trúc mềm dẻo do tính di động của các phân tử trong khối gel [4].
Cấu trúc của gel phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid và hàm lượng
pectin.

SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

5


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

+ Đường thêm vào pectin là đường saccharose, do đó cần phải duy trì mơi trường
acid để khi đun nấu xảy ra hiện tượng thủy phân đường saccharose, ngăn cản quá trình
kết tinh của đường saccharose. Tuy nhiên khơng nên duy trì ở mơi trường có pH q
thấp vì khi pH quá thấp sẽ xảy ra thủy phân một lượng lớn đường saccharose gây kết
tinh glucose và hóa gel nhanh tạo nên các cục vón.
+ Khi cho pectin vào với một lượng lớn q mức thích hợp thì gel tạo ra có cấu
trúc cứng, do đó khi dùng một lượng pectin lớn thì cần phải tiến hành đun lâu hơn để
phân giải bớt pectin.

- Tạo gel theo cơ chế tạo liên kết với Ca2+ (LMP)
Điều kiện tạo gel: khi có mặt Ca2+ (ngay cả khi nồng độ pectin nhỏ hơn 0,1%)
miễn là chiều dài phân tử pectin phải đạt mức độ nhất định, thì khi đó gel được tạo
thành mà khơng cần sự có mặt của đường và acid.
Khi chỉ số methoxyl thấp thì tỉ lệ các nhóm –COO- cao thì các liên kết giữa các
phân tử pectin sẽ là liên kết ion qua các ion hóa trị hai (đặc biệt là ion Ca2+).
Gel tạo thành nhờ cơ chế tạo liên kết với Ca2+ thường có tính đàn hồi giống như
gel agar – agar, cấu trúc của gel cũng phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ và chỉ số methoxyl
[4].
1.1.4. Ứng dụng của pectin
Pectin là chất tạo gel quan trọng nhất được sử dụng để tạo ra cấu trúc gel cho thực
phẩm. Khả năng tạo gel của nó được sử dụng trong những thực phẩm cần có sự ổn
định của nhiều pha. Tác dụng tạo gel của pectin được sử dụng chủ yếu trong các sản
phẩm mứt trái cây và mứt đông, tác dụng của pectin là tạo ra cấu trúc mứt đông và mứt
trái cây không bị thay đổi trong quá trình vận chuyển, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản
phẩm và giảm sự phá vỡ cấu trúc. Trong một số trường hợp, pectin còn được sử dụng
với carrageenan để tăng hiệu qủa tạo gel.
Trong thực phẩm: pectin được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực thực phẩm
- Ứng dụng trog chế biến nước quả cô đặc, nước quả không thịt quả
- Dùng trong sản xuất mứt đông, mứt trái cây.
- Sử dụng trong sản xuất các loại kẻo mềm,dẻo…
- Làm màng bao thực phẩm
Trong Y dược: pectin là một chất xơ hịa tan, khơng cung cấp năng lượng nhưng
có nhiều giá trị trong phòng bệnh, chữa bệnh.
- Kéo dài thời gian tiêu hóa thức ăn trong ruột, có tác dụng tăng hấp thu dưỡng chất
trong thức ăn. Giảm béo (do tạo cảm giác no bụng kéo dài, giảm năng lượng ăn vào,
do đó giúp giảm cân ở người béo phì).

SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

6


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

- Giảm hấp thu lipid, giảm cholesterol toàn phần trong máu, khống chế tăng đường
huyết trước và sau bữa ăn ở người có bệnh tiểu đường, chống táo bón, cầm máu, sát
trùng.
- Hoa quả có nhiều pectin giúp cơ thể hấp thu tốt các acid hữu cơ và là chất trung
gian thúc đẩy sự chuyển hóa, tăng khả năng sử dụng các chất dinh dưỡng trong thức
ăn.
Ngồi ra , q trình lên men, các chất pectin được ứng dụng rộng rãi trong kỹ nghệ
làm sợi đay, gai, dệt vải, làm bao tải.
1.2. Tổng quan về nguyên liệu sản xuất
pectin
Pectin có nhiều trong các loại quả, và
chủ yếu tập trung ở phần vỏ quả như quả
bưởi, táo, vỏ chuối, vỏ dưa hấu… và lá
sương sâm là một trong những nguyên
liệu có hàm lượng pectin cao (khoảng
16,43%) [1].
Sương sâm có tên khoa học là
Tiliacora triandra, là một loại thực vật có
hoa có nguồn gốc bản địa tại Đông Nam
Á và được dùng trong ẩm thực của một số
quốc gia như Thái Lan, Lào, Việt Nam [2].

Hình 1.3. Lá sương sâm [2]

Cây sương sâm gồm 2 loại: Một loại có lá trơn láng, một loại có lá hình quả tim có
lơng mịn, cịn được gọi là sương sâm lông (sương sâm mối). Riêng đối với loại sương
sâm lơng thì khi vị với nước sẽ cho ra sản phẩm nhanh đơng hơn và có thể làm thạch
để ăn. Sương sâm lông thường mọc tự nhiên trong rừng, trên núi hay các khu vườn
hoang dại, tuy nhiên thời gian gần đây đã có nhiều mơ hình trồng cây sương sâm lông
bằng cách ươm hạt [2].
Qua các nghiên cứu trước đây về lá sương sâm [1], đã xác định được một số thành
phần hóa học của lá sương sâm: nước (68,35%), protein (0,328%), đường khử
(5,695%), cellulose (2,73%), pectn tổng (16,43%).
Theo kinh nghiệm của dân gian thì lá sương sâm có tính mát, cơng năng nhuận
tràng, hạ nhiệt độ cơ thể và có tính giải độc. Trong rễ cây sương sâm có chứa alcaloid
tetrandrin, isochondrodendrin, homoaromalin, linacin, magnoflorin…, rễ sương sâm
có vị đắng, có tính hàn, có tác dụng giải độc, giảm đau, tan ứ, lợi tiểu, giải nhiệt…[2].

SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

7


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

Trong dân gian, người ta sử dụng lá sương sâm để làm thạch, đây là một món ăn
có tác dụng giải nhiệt. Ở một số quốc gia khác như Thái Lan, Lào… thì lá sương sâm

cịn được sử dụng như một loại rau thông dụng dùng trong bữa ăn hàng ngày.
Trong y học, lá sương âm cũng có tác dụng để điều chế thuốc chống sốt rét, chống
viêm, lợi tiểu… [2].
1.3. Các phương pháp sản xuất pectin
Từ trước tới nay, pectin là một hợp chất được nhiều nhà khoa học trong và ngoài
nước tiến hành nghiên cứu chiết xuất từ nhiều loại nguyên liệu với nhiều phương pháp
khác nhau như:
- Phương pháp ngâm chiết thông thường: là phương pháp chiết xuất pectin xuất hiện
sớm nhất. Việc chiết xuất pectin hoàn toàn dựa vào dung mơi. Đối với phương pháp
này thì q trình chiết xuất pectin diễn ra lâu, mất nhiều thời gian, tốn nhiều dung mơi,
tuy nhiên các tính chất của sản phẩm pectin không thay đổi nhiều so với các phương
pháp khác [5].
- Phương pháp ngâm chiết bằng nhiệt: Với phương pháp này, dưới tác động của
nhiệt độ thì thúc đẩy quá trình chiết pectin diễn ra nhanh hơn. Tuy nhiên, với điều kiện
nhiệt độ cao, thời gian chiết kéo dài thì có thể làm ảnh hưởng đến các tính chất của
pectin [5].
- Chiết xuất pectin bằng phương pháp siêu âm: Để rút ngắn thời gian của quá trình
chiết xuất pectin thì siêu âm là một phương pháp mới đã được các nhà nghiên cứu tìm
ra. Phương pháp siêu âm là phương pháp sử dụng sóng siêu âm để làm phá vỡ tế bào,
đẩy nhanh quá trình chiết. Với phương pháp siêu âm thì có thể làm tăng sản lượng và
tỷ lệ khai thác pectin và giảm thời gian, tuy nhiên với phương pháp này thì pectin tạo
ra có khả năng tạo gel kém hơn khi mà tăng cường độ tác động của siêu âm cũng như
kéo dài thời gian siêu âm [6][7].
- Chiết xuất pectin có hỗ trợ của vi sóng: đây là một phương pháp mới được nhiều
nhà khoa học nghiên cứu vì nó có khả năng làm tăng đáng kể năng suất và chất lượng
của pectin chiết xuất và điều này được giải thích rằng: Khi sử dụng vi sóng làm tác
nhân hỗ trợ cho q trình chiết xuất pectin thì dưới tác dụng của bức xạ nhiệt của vi
sóng thì có sự thủy phân từng phần của mô thực vật, sự thủy phân protopectin và sự
khử hoạt tính nhanh của enzyme pectolytic trong nguyên liệu [8][9].
Trên đây là một số phương pháp sản xuất pectin đã được nghiên cứu ở trên thế giới

nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Mỗi phương pháp đều có những mặt mạnh riêng
và bên cạnh đó cũng tồn tại một vài hạn chế. Do đó, để kết hợp được những điểm
mạnh và hạn chế những điểm yếu của một số phương pháp thì tơi đã tiến hành một

SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

8


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

phương pháp mới là chiết xuất pectin pectin theo phương pháp ngâm chiết bằng nhiệt
có hỗ trợ của sóng siêu âm.
1.4. Tổng quan về phương pháp trích ly
Trích ly là quá trình hóa lí tách cấu tử ra khỏi hỗn hợp nhờ dung mơi. Dung mơi sử
dụng cần phải hịa tan chọn lọc một số chất trong hỗn hợp nhằm khai thác, thu nhận
được các chất có giá trị trong nguyên liệu, thu nhận được các sản phẩm mong muốn
[10].
Có 2 dạng trích ly là trích ly lỏng (trích ly các chất hịa tan trong hỗn hợp lỏng) và
trích ly rắn (trích ly các chất có trong chất rắn).
1.4.1. Cơ sở của q trình trích ly
Q trình trích ly dựa trên cơ sở độ hịa tan khơng đồng nhất của các chất có trong
hỗn hợp dung mơi này hay dung mơi khác. Trích ly là q trình khuếch tán và hiệu số
chênh lệch nồng độ giữa các chất hòa tan hòa tan ở hai pha tiếp xúc nhau là động lực
của q trình. Chất tan (cấu tử cần trích ly) sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ cao ở pha
này đến nơi có nồng độ thấp hơn ở pha khác [10].

Q trình trích ly được thực hiện hay khơng là do sự cân bằng phân bố các chất
giữa hỗn hợp cần tách và dung môi. Trong ngành công nghệ thực phẩm thì q trình
trích ly là q trình hịa tan các chất nằm trong nguyên liệu vào dung môi, quá trình
hịa tan có thể xảy ra cho đến khi đạt đến độ cân bằng nồng độ dịch trích ly các chất
bên trong [10].
1.4.2. Dung mơi trong q trình trích ly
Dung mơi sử dụng trong q trình trích ly trong ngành cơng nghệ thực phẩm phải
đạt các u cầu sau:
- Có tính hịa tan chọn lọc – chỉ hịa tan các thành phần cần tách ra khỏi hỗn hợp.
- Không gây tác dụng hóa học với các thành phần có trong nguyên liệu.
- Không phá hủy các thành phần của sản phẩm trong q trình bảo quản.
- Dung mơi phải dễ tách ra sau q trình trích ly và khơng gây ảnh hưởng đến chất
lượng của sản phẩm sau trích ly.
- Khơng độc hại, khơng ăn mịn thiết bị.
- Rẻ tiền và dễ kiếm.
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly
- Sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha càng lớn thì q trình trích ly càng thuận lợi
và diễn ra nhanh chóng. Do đó khi tiến hành q trình trích ly cần phải tìm mọi biện
pháp để làm tăng sự chênh lệch nồng độ giữa các pha [10].
- Diện tích tiếp xúc giữa dung mơi và ngun liệu càng lớn thì q trình trích ly
diễn ra càng nhanh chóng. Do đó, trước khi tiến hành q trình trích ly thì cần phải xử
SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

9


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định

trong chế biến nectar ổi”

lý nguyên liệu bằng nhiều cách khác nhau để làm tăng diện tích tiếp xúc giữa các pha
[10].
- Độ ẩm của ngun liệu càng lớn thì q trình trích ly diễn ra càng khó khăn do
ẩm làm cản trở dung mơi thấm vào ngun liệu. Chính vì thế, trước khi tiến hành
ngâm chiết cần phải tiến hành làm giảm ẩm của nguyên liệu [10].
- Nhiệt độ của dung môi càng lớn thì quá trình chiết diễn ra càng thuận lợi do nhiệt
độ ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán của chất tan vào dung mơi (do nhiệt độ cao thì độ
nhớt của dung dịch giảm) nhưng khi nhiệt độ quá cao thì sẽ ảnh hưởng đến chất lượng
sản phẩm.
Tùy từng loại nguyên liệu, từng loại cấu tử cần tách mà tiến hành chọn loại dung
môi, chọn các cách tiến hành xử lí nguyên liệu khác nhau để thu được hiệu suất cao
nhất, chất lượng cao nhất.
1.5. Tổng quan về sóng siêu âm
Lâu nay, siêu âm được biết đến với các ứng dụng trong ngành y học. Riêng với
trong ngành công nghệ thực phẩm thì gần đây, nhiều nhà nghiên cứu đã tiến hành
nghiên cứu quá trình chiết xuất các chất bằng phương pháp siêu âm và trong đó có
pectin. Siêu âm mang lại nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp ngâm chiết truyền
thống như giảm hàm lượng dung môi, rút ngắn thời gian, giảm nhiệt độ chiết tách, dễ
tự động hóa…
1.5.1. Các đặc tính của sóng siêu âm
Siêu âm là một dạng sóng cơ học hình sin, được hình thành do sự lan truyền dao
động của các phân tử trong khơng gian, có tần số lớn hơn giới hạn ngưỡng nghe của
con người ( 16 – 20 kHz).
Sóng siêu âm được chia làm 3 vùng tần số chính:
- Sóng siêu âm có tần số cực thấp gọi là vùng hạ âm (infrasound ) có tần số nhỏ hơn
16Hz.
- Sóng siêu âm có tần số nghe được (audible sound) có tần số trong khoảng 16Hz –
20kHz

- Sóng siêu âm (ultrasound) có tần số lớn hơn 20kHz

Hình 1.4. Các khoảng tần số của sóng siêu âm [11]

SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

10


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

Phân loại sóng siêu âm: Theo phương pháp dao động người ta chia sóng siêu âm
làm hai loại cơ bản là sóng ngang và sóng dọc.
- Sóng dọc: là sóng mà phương giao động của các phần tử trong môi trường trùng với
tia sóng, sóng dọc xuất hiện trong các mơi trường chịu biến dạng về thể tích nên sóng
này có thể truyền được trong các môi trường rắn, lỏng và khí [11].
- Sóng ngang: là sóng mà phương dao động của các phần tử trong mơi trường vng
góc với tia sóng. Sóng ngang chỉ xuất hiện trong các mơi trường có tính đàn hồi về
hình dạng, chỉ có ở vật rắn [11].
Các đặc tính của vật lí của sóng siêu âm [12]:
- Chu kì siêu âm T(m/s): là khoảng thời gian cần thiết để sóng siêu âm thực hiện một
quá trình nén và giãn (hay cịn gọi là một dao động). Có hai cách phát sóng siêu âm:
phát sóng liên tục (tức là thời gian phát sóng siêu âm là liên tục) và phát gián đoạn (là
thời gian phát sóng xen lẫn với thời gian gừng phát sóng).
- Biên độ siêu âm (A): là sự thay đổi độ lớn của một thực thể vật lí.
- Tần số sóng: là số dao động của một phân tử diễn ra trong một đơn vị thời gian (hay

nói cách khác tần số sóng là số chu kì dao động được lặp lại trong một giây). Đơn vị
của tần số là Hert (Hz), bằng vịng/giây. Trong hóa học thường sử dụng sóng siêu âm
có tần số từ 20kHz – 45kHz.

Hình 1.5. Biểu diễn sóng siêu âm theo thời gian [11]
- Bước sóng λ(m): là quãng đường mà sóng truyền đi được sau một chu kì, hay cịn
gọi là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm có dao động cùng pha.
- Cơng suất siêu âm P (W hay mW): là mức năng lượng truyền từ đầu dị vào mơi
trường.
- Cường độ siêu âm I (W/cm2 hoặc mW/cm2): biểu thị năng lượng của sóng siêu âm
trên một đơn vị diện tích.

SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

11


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

1.5.2. Ngun lí xử lí mẫu bằng sóng siêu âm
Sóng siêu âm cường độ cao truyền vào trong lòng chất lỏng sẽ gây nên sự kích
thích mãnh liệt. Tại bề mặt tiếp xúc giữa hai pha lỏng - rắn hay khí-rắn, sóng siêu âm
gây nên sự hỗn loạn cực độ do tạo thành những vi xoáy. Hiện tượng này làm giảm
ranh giới giữa các pha, tăng cường sự truyền khối đối lưu và thúc đẩy xảy ra sự
khuếch tán ở một vài trường hợp mà khuấy trộn thông thường không đạt được [13].
Hiện tượng sủi bóng (cavitation) : sóng siêu âm được tạo ra bằng những dao động

cơ học ở tần số cao hơn 15kHz. Khi truyền trong môi trường lỏng, các phân tử trong
trường siêu âm trải qua các chu trình nén (compression) và duỗi (rarefaction) và những
dao động này sẽ lan truyền cho các phần tử kế cận. Khi nặng lượng đủ lớn, tại chu
trình duỗi, tương tác giữa các phân tử sẽ vượt quá lực hấp dẫn nội tại và các lỗ hổng
nhỏ trong lòng chất lỏng được hình thành (theo Kuldiloke J., 2002).
Hiện tượng vỡ bóng: Khi chúng đạt đến một thể tích mà chúng khơng cịn có thể
hấp thu được năng lượng, chúng vỡ ra một cách đột ngột và nhanh chóng. Trong suốt
q trình vỡ, nhiệt độ và áp suất sẽ tăng lên rất cao ( khoảng 4000K và 1000atm).
1.5.3. Nguyên tắc hoạt động của sóng siêu âm
Khi xun qua các mơ, sóng siêu âm bị hấp thụ và một phần chuyển thành nhiệt
năng. Phần lớn năng lượng của sóng siêu âm chuyển thành cơ năng (làm rung). Sự
rung kéo dài sẽ làm vỡ các bọt khí tại chỗ. Dưới tác dụng của siêu âm, dung môi tại
các hốc nhỏ của nguyên liệu bị sủi bọt, đẩy chất cần thiết ra khỏi nguyên liệu, chất tan
vào trong dung môi [14].
Sử dụng thiết bị siêu âm trong quá trình chiết tách sẽ giúp làm giảm thời gian,
nhiệt độ từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế, thiết bị siêu âm tương đối đơn giản, bảo quản
và vận hành đơn giản, thiết bị không quá đắt tiền. Tuy nhiên nó cũng có một số nhược
điểm là dung mơi khó được làm mới trong q trình chiết, thời gian lọc và rửa dịch
chiết kéo dài nên tốn nhiều dung môi, làm mất một lượng dịch chiết hoặc dịch chiết có
thể bị nhiễm bẩn, đầu dị sẽ bị thối hóa theo thời gian sử dụng do đó ảnh hưởng đến
hiệu suất chiết.
1.5.4. Ứng dụng của sóng siêu âm và vai trị của sóng siêu âm trong nghiên cứu
Siêu âm là một lĩnh vực đang được nghiên cứu và có tiềm năng phát triển trong
ngành cơng nghệ thực phẩm. Sóng siêu âm có tần số từ 20kHz đến trên 25kHz thường
được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Có hai lĩnh vực được ứng dụng chính
trong cơng nghiệp thực phẩm :
- Siêu âm tần số cao và năng lượng thấp: cịn được gọi là siêu âm chẩn đốn, trong
khoảng tần số 20-60MHz . Phần này được sử dụng như một kỹ thuật phân tích, khơng

SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

12


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

làm phá hủy cấu trúc của mẫu, điều này được ứng dụng để xác định tính chất thực
phẩm, đo tốc độ dịng chảy, kiểm tra bao gói thực phẩm,… (Floros,J.D,1994).
- Siêu âm tần số thấp và siêu âm năng lượng cao (2MHz-10MHz): được ứng dụng
rộng rãi như một quá trình hỗ trợ trong hàng loạt các lĩnh vực như: kết tinh, sấy, bài
khí, trích ly, lọc, đồng hóa, làm mềm thịt, q trình oxi hóa, q trình tiệt trùng …
(Floros,J.D,1994)
Trong q trình nghiên cứu chiết xuất pectin từ lá sương sâm, sóng siêu âm đóng
vai trị hỗ trợ làm phá vỡ tế bào, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ngâm chiết bằng
nhiệt về sau, giúp làm rút ngắn thời gian của quá trình ngâm chiết, đồng thời với quá
trình siêu âm hỗ trợ trong thời gian ngắn, cũng làm giảm được chi phí năng lượng. Từ
đó tăng được hiệu quả của quá trình chiết xuất pectin.
1.5.5. Thiết bị siêu âm LABSONIC®P
Để hỗ trợ cho q trình nghiên cứu, tơi đã sử dụng thiết bị siêu âm LABSONIC®P.
Thiết bị phát sóng siêu âm LABSONIC®P được sử dụng thuộc dạng sóng dọc và
có tần số thấp f = 24kHz.
Ngun lí làm việc của máy:
Thiết bị sản sinh ra những rung
động cơ học dọc với tần số 24KHz. Bộ
phận phát điện làm nhiệm vụ chuyển
đổi năng lượng điện thành năng lượng

âm thanh, là những dao động theo
phương thẳng đứng và chuyển chúng
vào trong mơi trường cần xử lý bằng
sóng siêu âm với một sức mạnh lớn.
Sự hình thành bong bóng trong nước
là cơ sở của những ứng dụng cho
những nhiệm vụ sẽ được giải quyết
trong sinh vật học, y học, hóa học, kỹ
Hình 1.6. Máy siêu âm sử dụng trong
nghệ và các lĩnh vực khác.
nghiên cứu
Các thông số cài đặt trên thiết bị là biên độ và chu kì. Hai thơng số này được
điều chỉnh thì năng lượng siêu âm của thiết bị sẽ thay đổi.
- Biên độ (Amplitude): giá trị biên độ được cài đặt thơng qua một núm vặn
AMPLITUDE có chia vạch từ 20-100%.
- Chu kì (cycle) : giá trị chu kì được cài đặt thơng qua một núm vặn CYCLE có
chia vạch từ 0-1. Chế độ phát xung (chu kì) là tỉ lệ giữa thời gian xử lý siêu âm và thời
gian tạm dừng siêu âm, từ 10-100% giây.
SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

13


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

1.6. Ứng dụng pectin làm chất ổn định trong chế biến nectar ổi

1.6.1. Chất ổn định trong công nghệ thực phẩm
Trong cơng nghệ thực phẩm, có rất nhiều phụ gia có chức năng làm chất ổn định,
làm dày, làm đặc khác nhau như: Agar (Thạch trắng) là một phụ gia vừa có chức năng
ổn định, nhũ hóa, vừa là một chất độn [15]; Carrageenan và muối Na, K, NH4 của nó là
các chất đóng vai trị là chất nhũ hóa, ổn định; các loại gôm khác nhau như gôm
Xathan, gôm Karava, gơm Tara… đều có vai trị là chất ổn định. Ngồi ra cịn một số
chất ổn định khác như Carbonxyl methyl Cellulose (CMC), gelatin thực phẩm… và
pectin cũng là một trong những phụ gia đóng vai trị làm chất ổn định trong chế biến
các loại thực phẩm [15].
Riêng đối với pectin thì cơ chế ổn định hệ nhũ tương của pectin chủ yếu dựa vào
độ hịa tan của nó trong pha liên tục và làm tăng độ nhớt của dung dịch, hạn chế khả
năng chuyển động của hệ phân tán, làm giảm va chạm giữa chúng, từ đó giảm khả
năng tạo giọt, ổn định pha phân tán trong pha liên tục. Khả năng tạo đặc và ổn định hệ
nhũ tương là hai tính chất đi kèm nhau của pectin.
1.6.2. Nectar
Nectar là tên sử dụng cho các sản phẩm nước trái cây có thành phần trái cây ép từ
25% trở lên, có chứa cả dịch quả ép và cả phần thịt quả có kích thước từ 0,5 – 0,75
mm [16]. Nectar là sản phẩm rất giàu các chất dinh dưỡng, các vitamin, chất xơ mà
đặc biệt là các chất chống oxy hóa tự nhiên có trong các loại rau quả cần thiết cho sức
khỏe.

Hình 1.7. Sản phẩm nectar cam

Hình 1.8. Sản phẩm nectar xồi

Theo TCVN 7946 : 2008, thì nectar quả là dịch quả chưa bị lên men nhưng có thể
lên men bằng cách thêm nước, có bổ sung hoặc khơng bổ sung đường, mật ong
và/hoặc xirô, và/hoặc chất phụ gia tạo ngọt được liệt kê trong Tiêu chuẩn chung về
phụ gia thực phẩm (GSFA) hay hỗn hợp của chúng. Tất cả các chất thơm, thành phần
SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

14


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

hương dễ bay hơi, thịt quả và tế bào phải được khôi phục lại cho cùng một loại quả và
được thu lại bằng các biện pháp vật lý thích hợp bổ sung. Ngoài ra, sản phẩm phải đáp
ứng các yêu cầu quy định đối với nectar quả. Nguyên liệu để làm nectar quả có thể là
dịch quả tươi, puree quả (là sản phẩm chưa được lên men nhưng có thể lên men, thu
được bằng các biện pháp thích hợp như nghiền, xay, lọc phần có thể ăn được), hay
puree quả cơ đặc (là sản phẩm thu được bằng biện pháp vật lí để loại bỏ một lượng
nước vừa đủ từ puree quả để làm tăng độ Brix tới giá trị thấp nhất là 50%).
Có nhiều loại nectar khác nhau, tùy thuộc vào loại nguyên liệu làm nên sản phẩm
nectar mà có các cách gọi tên khác nhau, hiện nay trên thị trường đã có nhiều loại
nectar như nectar cam, táo, đào… tuy nhiên các sản phẩm nectar cần phải đạt các chỉ
tiêu chất lượng được quy định trong tcvn 7946 : 2008.
1.6.3. Giới thiệu về quả ổi
Ổi là một loại cây ăn quả thường xanh quanh năm, có tên khoa học là Psidium
guajava L, cịn có các tên gọi khác như Apple guava, Common guava (tên tiếng Anh),
hay theo tên tiếng Pháp là Goyavier [17].
Quả ổi có nhiều hình dạng khác nhau như trịn, hình trứng, hình quả lê…Vỏ quả ổi
khi cịn non có màu xanh, khi chín chuyển qua màu vàng, hoặc xanh nhạt, thịt quả ổi
có thể có màu trắng, vàng hoặc hồng tùy thuộc vào từng giống ổi. Khi quả chín thì có
vị chua ngọt hoặc ngọt và có mùi thơm đặc trưng.
Ổi có thể dùng để ăn tươi, có thể làm mứt hay làm nước giải khát [17].

Hình 1.9. Quả ổi
Theo bộ nơng nghiệp Hoa Kỳ, trong 100g phần ăn được của ổi có chứa các chất
như bảng 1.1

SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

15


Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định
trong chế biến nectar ổi”

Bảng 1.1. Thành phần các chất có mặt trong 100g phần ăn được của ổi [17]
Quả ổi giống Apple Guava, tính theo 100g phần ăn được
STT Thành phần

Hàm lượng

1

Năng lượng

36 – 50 cal

2

Hàm lượng nước

77 – 86 g

3

Xơ tiêu hóa

2,8 – 5,5 g

4

Protein

0,9 – 1,0 g

5

Chất béo

0,1 – 0,5 g

6

Tro

0,43 – 0,7 g

7

Carbohydrat

8

Calcium

9,1 – 17 mg

9

Phospho

17,8 – 30 mg

10

Sắt

0,30 – 0,70 mg

11

Carotene ( Vitamin A)

200 – 400 I.U

12

Acid ascorbic ( Vitamin C)

200 – 400 I.U

13

Thiamin ( Vitamin B1)

14

Riboflavin (Vitamin B2)

0,03 – 0,04 mg

15

Niacin ( Vitamin B3)

0,6 – 1,068 mg

9,5 – 10 g

0,046 mg

Ổi là loại cây dễ trồng, hầu như ở Việt Nam thì gia đình nào cũng có trồng cây ổi
vì bên cạnh nhu cầu sử dụng quả ổi thì lá ổi cịn có nhiều tác dụng đối với sức khỏe
của con người như chữa đau bụng… được dân gian sử dụng lâu nay.
1.7. Tình hình nghiên cứu hiện nay ở trong nước và trên thế giới liên quan đến đề
tài
1.7.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay, ở Việt Nam chúng ta đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về chiết xuất
pectin từ các loại nguyên liệu khác nhau với những phương pháp khác nhau như: Năm

2008 thì Tạ Duy Tiên, Dương Thị Hương Giang và Phan Thị Bích Trâm đã nghiên cứu
chiết pectin từ lá dây hoàng thanh với hiệu suất pectin thu nhận được cao nhất là
9,63% trong điều kiện tách chiết là dung mơi nước có pH = 3 ở 85oC; Vào năm 2009,
tác giả Bùi Anh Võ và Nguyễn Đức Lượng đã tiến hành nghiên cứu trích li pectin từ
vỏ cà phê, kết quả thu được lượng pectin thô khoảng 16,25% so với nguyên liệu trong
điều kiện dung mơi là acid H2SO4, nhiệt độ trích li là 100oC, pH = 1, thời gian trích li
là 1 giờ.

SVTH: Trần Thị Thảo Trâm

GVHD: PGS.TS. Trương Thị Minh Hạnh
NCS.ThS. Ngô Thị Minh Phương

16