Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất pectin từ vỏ quả có múi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA HÓA HỌC
_______________________________

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT PECTIN TỪ VỎ QUẢ
CÓ MÚI

Giảng viên hướng dẫn: Ths. Trần Phương Chi
Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Thị Thiệu

Lớp

: 48K - Công nghệ thực phẩm

Vinh, tháng 12 năm 2011

i


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Thiệu
Khóa: 48 - Khoa: Hóa Học
Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
1. Tên đề tài:

Số hiệu sinh viên: 0752040568

“Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất pectin từ vỏ quả có múi”
2. Nội dung nghiên cứu:
Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất pectin từ vỏ quả có múi qua các thơng
số sau:
- Ảnh hưởng của loại axit dung môi đến lượng pectin thu được
- Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ đến lượng pectin thu được
- Khảo sát thời gian chiết sơ bộ
- Khảo sát nhiệt độ chiết sơ bộ
- Khảo sát pH chiết sơ bộ
3. Họ tên cán bộ hướng dẫn:
- Họ và tên: ThS. Trần Phương Chi
- Đơn vị cơng Tác: Bộ mơn Hóa Thực Phẩm - Khoa Hóa Học - Trường ĐH Vinh
Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày tháng năm 2011
Ngày hoàn thành đồ án:
Ngày tháng năm 2011
Ngày
tháng
năm 2011
Cán bộ hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ, tên)

Chủ nhiệm bộ môn
(Ký, ghi rõ họ, tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày

ii

tháng năm 2011
Người duyệt
(Ký, ghi rõ họ, tên)


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Thiệu

Số hiệu sinh viên: 0752040568

Khóa: 48

Ngành: Công Nghệ Thực Phẩm

Cán bộ hướng dẫn: ThS. Trần Phương Chi
Cán bộ duyệt: TS. Trần Đình Thắng
1. Nội dung nghiên cứu:
Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất pectin từ vỏ quả có múi qua các thơng

số sau:
- Ảnh hưởng của loại axit dung môi đến lượng pectin thu được
- Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ đến lượng pectin thu được
- Khảo sát thời gian chiết sơ bộ
- Khảo sát nhiệt độ chiết sơ bộ
- Khảo sát pH chiết sơ bộ
2. Nhận xét của cán bộ hướng dẫn:
..................................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................

Ngày tháng năm 2011
Cán bộ hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ, tên)

iii


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Thiệu

Số hiệu sinh viên: 0752040568

Khóa: 48

Ngành: Công Nghệ Thực Phẩm

Cán bộ hướng dẫn: ThS. Trần Phương Chi
Cán bộ duyệt: TS. Trần Đình Thắng
1. Nội dung nghiên cứu:
Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất pectin từ vỏ quả có múi qua các thơng
số sau:
- Ảnh hưởng của loại axit dung môi đến lượng pectin thu được
- Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ đến lượng pectin thu được
- Khảo sát thời gian chiết sơ bộ
- Khảo sát nhiệt độ chiết sơ bộ
- Khảo sát pH chiết sơ bộ
2. Nhận xét của cán bộ duyệt:
..................................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................

Ngày

tháng năm 2011
Cán bộ duyệt
(Ký, ghi rõ họ, tên)

iv


LỜI CẢM ƠN
Trước hết em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cơ giáo đã nhiệt tình giảng
dạy và giúp đỡ em trong suốt 4,5 năm vừa qua. Sau nữa em xin bày tỏ lòng biết
ơn tới các thầy cô giáo trong ngành Công nghệ Thực Phẩm đã dạy cho em
nhiều kiến thức chuyên môn cũng như tạo mọi điều kiện để giúp đỡ em hoàn
thành đồ án này.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới ThS. Trần
Phương Chi đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ để em có thể hồn thành đồ án
này một cách tốt nhất.
Cuối cùng em xin cảm ơn sự ủng hộ, động viên của gia đình, bạn bè trong
suốt 4,5 năm qua.

v


NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT
PECTIN TỪ VỎ QUẢ CÓ MÚI
TÓM TẮT NỘI DUNG
Pectin được thu nhận chủ yếu từ thực vật. Trong đó pectin từ quả có múi
có lợi thế về khả năng tạo gel cao, là một phụ gia quan trọng trong ngành công
nghệ thực phẩm cũng như nguồn thu nhận phong phú. Vì thế báo cáo này đề
cập đến phương pháp thu nhận pectin thô từ nguồn phế liệu của quả bưởi.
Trong đồ án này, em trình bày kết quả nghiên cứu điều kiện tối ưu thu
nhận chất pectin thô từ phế liệu quả bưởi, trong môi trường axit, ở các thông số:
loại axit làm dung môi, tỉ lệ dung môi/vỏ, thời gian, nhiệt độ và pH chiết. Bằng
phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa hàm mục tiêu hàm lượng

pectin thu được cao nhất đã tìm được các điều kiện cơng nghệ chiết để thu được
chất pectin có hàm lượng cao nhất bao gồm: dung môi được chọn là axit HCl
với tỉ lệ dung mơi/vỏ là 3/1, nhiệt độ trích ly 93 0C, thời gian trích ly 1,6 giờ và
pH=1,3. Lượng pectin thu được trong điều kiện tối ưu đã khảo sát là 13,52%
tương ứng với lượng pectin thô là 19,89% so với nguyên liệu.

vi


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................i
NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT PECTIN TỪ
VỎ QUẢ CÓ MÚI TÓM TẮT NỘI DUNG ....................................................vi
MỤC LỤC......................................................................................................... vii
DANH MỤC SƠ ĐỒ ..........................................................................................ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. x
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................. 2
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................... 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PECTIN ........................................................ 4
1.1. Nguồn gốc, cấu tạo và tính chất của pectin ................................................... 4
1.1.1. Nguồn gốc ................................................................................................... 4
1.1.2. Cấu tạo ........................................................................................................ 5
1.1.3. Tính chất của pectin .................................................................................... 6
1.2. Phân loại pectin .............................................................................................. 9
1.2.1. Theo % nhóm methoxyl có trong phân tử .................................................. 9
1.2.2. Theo khả năng hòa tan trong nước ........................................................... 10
1.3. Cơ chế tạo gel của pectin và các yếu tố ảnh hưởng ..................................... 10
1.3.1. Cơ chế tạo gel của pectin .......................................................................... 10

1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel ............................................. 13
1.4. Khả năng ứng dụng, liều lượng và một số lưu ý khi sử dụng pectin trong
công nghệ thực phẩm .......................................................................................... 15
1.4.1. Ứng dụng của pectin trong công nghệ thực phẩm [5], [8], [15], [16] ............ 16
1.4.2. Lượng pectin sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm ............................. 23
1.4.3. Một số lưu ý khi sử dụng pectin trong chế biến thực phẩm ..................... 23
1.5. Ứng dụng của pectin trong công nghệ dược phẩm ...................................... 25
vii


1.6. Tình hình sản xuất và tiêu thụ...................................................................... 26
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 28
2.1. Vật liệu ......................................................................................................... 28
2.1.1. Mẫu thí nghiệm ......................................................................................... 28
2.1.2. Hố chất .................................................................................................... 28
2.1.3. Thiết bị ...................................................................................................... 28
2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 29
2.2.1. Một số phương pháp xác định tính chất vật liệu ...................................... 29
2.2.2. Phương pháp chiết, làm sạch và thu nhận pectin...................................... 33
2.2.3. Phương pháp toán học [4], [6] .................................................................. 34
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 36
3.1. Thành phần hoá học chủ yếu trong phế liệu bưởi ....................................... 36
3.2. Ảnh hưởng của loại axit dung môi đến lượng pectin .................................. 37
3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ đến hiệu quả chiết pectin ....................... 38
3.4. Khảo sát thời gian chiết sơ bộ...................................................................... 39
3.5. Khảo sát nhiệt độ chiết sơ bộ ....................................................................... 40
3.6. Khảo sát pH chiết sơ bộ ............................................................................... 41
3.7. Tối ưu hoá điều kiện chiết pectin từ phế liệu bưởi. ..................................... 42
3.7.1. Các bước thực hiện bài tốn quy hoạch .................................................... 43
3.7.2. Xây dựng mơ tả tốn học và tối ưu hóa hàm mục tiêu hàm lượng

pectin ................................................................................................................... 45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................Error! Bookmark not defined.
1. Kết luận ........................................................................................................... 51
2. Kiến nghị ......................................................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 52

viii


DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1: Pectin trong cấu trúc của thành tế bào thực vật ................................... 4
Hình 1.2: Cấu tạo một đơn vị chuỗi pectin .......................................................... 5
Hình 1.3: Pectin tinh chế...................................................................................... 7
Hình 1.4: Pectin methoxyl cao............................................................................. 9
Hình 1.5: Pectin methoxyl thấp ........................................................................... 9
Hình 1.6: Low methoxyl amidated pectin ........................................................... 9
Hình 1.7: Cơ chế tạo gel bằng liên kết hydro .................................................... 11
Hình 1.8: Cơ chế tạo gel bởi Ca2+ ...................................................................... 12
Hình1.9: Các sản phẩm mứt có sử dụng phụ gia pectin .................................... 19
Hình1.10: Các sản phẩm bánh có sử dụng pectin .............................................. 20
Hình 1.10: Các sản phẩm bánh kẹo có sử dụng phụ gia pectin ......................... 21
Hình 1.11: Các sản phẩm sữa có sử dụng phụ gia pectin .................................. 22
Hình 1.12: Các sản phẩm nước giải khát ........................................................... 22
Hình 2.1. Quả bưởi ............................................................................................ 28
Đồ thị 3.1. Ảnh hưởng của loại axit đến lượng pectin ...................................... 37
Đồ thị 3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ đến lượng pectin thu được......... 38
Đồ thị 3.3. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến lượng pectin thu được ............. 40
Đồ thị 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến lượng pectin.............................. 41
Đồ thị 3.5. Ảnh hưởng của pH chiết đến lượng pectin thu được ...................... 42

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1: Phần trăm pectin trong các phần phế liệu của bưởi ............................ 5
Bảng 1.2: Tác dụng của DE của pectin lên sự tạo gel ....................................... 14
Bảng 1.3: Tóm tắt ứng dụng của pectin ............................................................. 16
Bảng 1.4. Các loại thực phẩm có sử dụng phụ gia pectin ................................. 17
Bảng 1.5. Lượng pectin sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm ..................... 23
Bảng 1.6: Tiêu chuẩn về độ tinh sạch của pectin sử dụng trong chế biến ......... 24
Bảng 3.1: Thành phần hoá học của phế liệu bưởi ............................................. 36
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của loại axit dung môi đến lượng pectin thu được. ....... 37
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/vỏ đến lượng pectin thu được .......... 38
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến lượng pectin thu được ............... 39
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến lượng pectin thu được ................ 41
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của pH chiết đến lượng pectn thu được ......................... 42
Bảng 3.7. Điều kiện thí nghiệm được chọn ....................................................... 43
Bảng 3.8. Ma trận thực nghiệm trực giao cấp I, k=3 và kết quả ....................... 44
Bảng 3.9. Kết thí nghiệm thu được tại tâm ........................................................ 46
Bảng 3.10. Kết quả tính bước chuyển động δj cuả các yếu tố. .......................... 49
Bảng 3.11. Kết quả thí nghiệm theo hướng leo dốc .......................................... 49
Bảng 3.12. Ma trận theo quy hoạch thực nghiệm TYT 23................................. 50

x


MỞ ĐẦU
Nước ta là một nước nơng nghiệp, do đó nguồn nguyên liệu trong ngành

công nghiệp thực phẩm vô cùng đa dạng và phong phú. Tuy nhiên, việc tận
dụng các nguyên liệu trong sản xuất còn hạn chế, đa số nước ta chỉ sản xuất
ngun liệu thơ. Vì vậy, việc tìm hướng phát triển mới cho ngành cơng nghiệp
chế biến ngày càng trở nên cấp thiết hơn, một trong những giải pháp đó là việc
sử dụng các chất phụ gia trong sản xuất. Các chất phụ gia ngày càng trở nên
phổ biến, đa dạng và hoàn thiện hơn bởi những đặc tính ưu việt như tăng thời
gian bảo quản, tạo cấu trúc và cả giá trị cảm quan. Vì thế, việc sử dụng chất
phụ gia thực phẩm ngày nay đã trở thành một vấn đề hết sức quan trọng và cần
thiết.
Pectin là một trong những chất tạo gel quan trọng 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 để tạo ra cấu
trúc của mứt mà không làm thay đổi cấu trúc của sản phẩm đồng thời tạo ra mùi
vị thơm ngon cho sản phẩm. Do có những tác dụng như vậy nên việc nghiên
cứu và tìm nguồn nguyên liệu phù hợp với công nghệ đang là cần thiết đóng
góp thiết thực cho sự phát triển chung của ngành cơng nghiệp thực phẩm. Bên
cạnh đó phải tìm hiểu rõ ứng dụng của phụ gia pectin trong ngành công nghệ
thực phẩm để việc sử dụng trong quá trình chế biến phù hợp bổ sung vào đúng
thời điểm để được sản phẩm như mong muốn về chất lượng và giá trị cảm
quan.
Ngày nay người ta thường lưu ý về chất pectin như một chất xơ thực
phẩm, nhằm làm giảm bớt trầm trọng tác động glucoze huyết, do ăn uống ở
người đái tháo đường. Nó cịn có tác dụng hạ cholesterol trong máu. Vì vậy
ngày nay pectin được chú ý đến với nhiều ứng dụng và tác dụng của nó [5],
[15], [16]
1


1. Lý do chọn đề tài

Ngày nay trong công nghệ thực phẩm, phụ gia thực phẩm chiếm một phần
quan trọng. Mà phụ gia tạo gel, tạo đặc lại là phụ liệu quan trọng trong công
nghệ chế biến mứt, mứt đông, kẹo hoa quả…Phụ gia pectin là một trong những
phụ gia tạo gel, tạo đặc trong công nghệ chế biến để tạo ra sản phẩm đa dạng,
phong phú và dễ bảo quản khi vận chuyển.
Nguồn nguyên liệu để sản xuất pectin là các phế liệu trong quá trình chế
biến nước ép trái cây : bã cam, chanh, táo, vỏ-cùi bưởi…Nguồn nguyên liệu dễ
tìm kiếm và thu mua, do nguyên liệu đa dạng gồm các loại trái cây thích hợp ở
nhiều vùng của nước ta. Như vậy giá thu mua thấp và giá trị kinh tế cao.
Tận dụng một lượng lớn phế liệu là những phần không ăn được hay những
phần kém giá trị dinh dưỡng mà người ta không sử dụng nhưng lại có tác dụng
và nhiều ứng dụng cho các ngành khác.
Bảo vệ môi trường: Việc thu mua các phế liệu không sử dụng của các nhà
máy và xử lý chúng để đem dùng là có tác dụng lớn trong việc bảo vệ môi
trường.
Theo nhu cầu ngày nay việc nghiên cứu và tìm cách chế biến các chất từ
phế liệu đang là vấn đề được quan tâm lớn.
Đây là sản phẩm cịn được ít người biết đến và nghiên cứu về nó cũng
chưa nhiều, mặc dù nhu cầu tiêu thụ tương đối lớn. Vì vậy việc tìm hiểu về
nguồn nguyên liệu, các tính chất biến đổi, điều kiện tối ưu và quy trình cơng
nghệ thích hợp để sản xuất và ứng dụng hợp lý đang là vấn đề cần thiết, đóng
góp thiết thực cho sự phát triển chung của ngành công nghệ thực phẩm trong
việc đa dạng các sản phẩm.
Đây còn là một sản phẩm mà phần lớn các quốc gia xem là một phụ gia
q và vơ hại được sử dụng với liều lượng phụ thuộc vào từng công nghệ. Cho
nên việc tìm hiểu rõ hơn về sản phẩm phụ gia này thuận lợi cho xuất khẩu.
2


2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa về mặt kinh tế: Nguyên liệu là phế liệu bưởi giá cả thu mua rẻ
nên dẫn đến chi phí về một sản phẩm thấp.
- Ý nghĩa về mặt xã hội: Khi chi phí cho một đơn vị sản phẩm thấp đồng
nghĩa với giá thành sản phẩm không cao nên chi phí về chi tiêu giảm dẫn đến
chi phí về giáo dục cao. Trình độ con người trong xã hội ngày càng được nâng
cao.
- Ý nghĩa về mặt sức khoẻ: Có nhiều giá trị dinh dưỡng trong khẩu phần ăn
hàng ngày, phòng và chữa một số bệnh như hạ cholesterol trong máu, chống
tăng cường đường huyết ở người mắc bệnh tiểu đường, kích thích bài tiết dịch
vị...
- Ý nghĩa trong công nghệ thực phẩm: Ứng dụng trong công nghệ chế biến
đồ hộp và rau quả, bánh kẹo, mứt, mứt đông...

3


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ PECTIN
1.1. Nguồn gốc, cấu tạo và tính chất của pectin
1.1.1. Nguồn gốc
Pectin là polysaccharide tồn tại phổ biến trong thực vật có nhiều ở quả, củ
hoặc thân cây, là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật. Trong
thực vật, pectin tồn tại dưới hai dạng: dạng protopectin không tan, tồn tại ở
thành tế bào dưới dạng kết hợp với polysaccharide araban, dạng hòa tan của
pectin tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào. Dưới tác dụng của axit, của enzim
protopectiraza hoặc khi đun sơi, protopectin chuyển sang dạng pectin hồ tan.
Đặc tính quan trọng của pectin khi có mặt axit và đường nó có khả năng tạo
thành chất gel, vì vậy nó được ứng dụng phổ biến trong sản xuất mứt kẹo.
Pectin hoà tan là polysacarit cấu tạo bởi các gốc acid galacturonic trong đó có
một số gốc axit có chứa nhóm thế metoxyl.

Trong thực vật các pectin thường liên kết với cellulose ở vách tế bào dưới
dạng phức hợp chưa biết rõ. (hình 1.1)

Hình 1.1: Pectin trong cấu trúc của thành tế bào thực vật
Nguyên liệu quan trọng nhất được dùng để chế tạo pectin là vỏ cam quýt
và bã táo. Các phụ phẩm này được sấy khô bảo quản để sử dụng suốt năm.
Trong các loại quả họ cam quýt thì chanh và bưởi được ưa thích hơn cam.
Lượng pectin ở vỏ quả citrus 20 – 50% trọng lượng khô, còn ở bã táo từ 10-20%.
4


Trong thực tế người ta biểu thị khả năng tạo gel của các loại pectin bằng các chỉ
số hay bậc tạo gel. Trong cùng một loại quả nhưng ở các phần khác nhau thì hàm
lượng pectin cũng khác nhau. Chẳng hạn như đối với quả bưởi ta có hàm lượng
pectin của các phần khác nhau của quả khác nhau cũng khác nhau. Pectin là chất
nhầy bao quanh vỏ hạt bưởi và trong cùi quả bưởi chín. Bản chất của nó là một
loại chất xơ hòa tan trong nước, làm tăng độ nhớt [1], [2].
Bảng 1.1: Phần trăm pectin trong các phần phế liệu của bưởi
Khối lượng
(%)

Hàm lượng
pectin (%)

Hiệu suất thu hồi
(%pectin/%chất khô)

Vỏ xanh

8 – 11

-

-

Cùi trắng

15 – 30

3,1

15,6

Vỏ múi

8 – 12

5,8

28,12

Vỏ hạt

3–5

5,3

1,4

Bã tép

10 – 16

5,2

-

Các phế liệu

1.1.2. Cấu tạo
Cấu tạo phân tử pectin là một dẫn xuất của axit pectic, axit pectic là một
polymer của axit D-galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-glycozide.
Pectin là hợp chất cao phân tử polygalacturonic có đơn phân là galacturonic và
rượu metylic. Trọng lượng phân tử từ 20.000-200.000 đvC. Hàm lượng pectin
1% trong dung dịch có độ nhớt cao, nếu bổ sung 60% đường và điều chỉnh pH
mơi trường từ 3,1-3,4 thì sản phẩm sẽ tạo đông.
- Cấu tạo 1 đơn vị của chuỗi pectin:

Hình 1.2: Cấu tạo một đơn vị chuỗi pectin
5


Phân tử lượng của các loại pectin tách từ các nguồn quả khác nhau thay
đổi trong giới hạn rộng tùy theo số phân tử axit galacturonic và thường thay đổi
trong phạm vi từ 10.000-100.000. Trong các hợp chất dạng glucid so về chiều
dài phân tử thì pectin cao hơn tinh bột nhưng thấp hơn cellulose. Ví dụ từ
nguồn táo, mậm thu được pectin có phân tử lượng từ 25.000-35.000, trong khi
đó pectin lấy từ cam lại có phân tử lượng đạt tới 50.000.

Tên gọi pectin dùng để chỉ các chuỗi polygalacturonic methyl hóa 100%.

Tên gọi axit pectinic để chỉ chất được methyl hóa thấp hơn 100%. Cịn tên gọi
axit pectic để chỉ axit polygalacturonic hồn tồn khơng chứa nhóm methoxyl.
Trong thực tiễn thì tên pectin dùng để chỉ cả axit pectinic và pectin. Tỉ lệ metyl
hoá được biểu diễn bằng chỉ số methoxyl. Sự methoxyl hố hồn tồn tương
ứng với chỉ số methoxyl bằng 16,3% còn các pectin tách ra từ thực vật thường
có chỉ số methoxyl từ 10-12%. Chiều dài của chuỗi axit polygalacturonic có thể
biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị axit galacturonic. Theo một vài dẫn
liệu cho thấy một số nhóm hydroxyl có thể bị acetyl hóa. Trong thực vật pectin
thường liên kết với cellulose ở vách tế bào dưới dạng phức hợp chưa biết rõ [1],
[2], [5].
1.1.3. Tính chất của pectin
Pectin thuộc nhóm các chất làm đơng tụ. Pectin được xem là một trong
những phụ gia thực phẩm an toàn và được chấp nhận nhiều nhất, và được
chứng minh bởi hàm lượng ADI (Acceptable Daily Intake) cho phép là “không
xác định” được ban hành bởi các tổ chức JECFA (Joint Food Experts
Committee), SCF (Scientific Committee for Food) ở Liên minh châu Âu, và
GRAS (Generally Regarded). (ADI có nghĩa là để xác định một mức độ an toàn
6


của một phụ gia thực phẩm nhất định. Nó được thể hiện trong mỗi miligam của
trọng lượng).
- Mã hiệu quốc tế của pectin là E440.
- Pectin tinh chế có dạng chất bột trắng màu xám nhạt.
- Là một chất keo hút nước và rất dễ tan trong nước, không tan trong
ethanol.

Hình 1.3: Pectin tinh chế
Đặc tính quan trọng của pectin là khi có mặt của axit và đường nó có khả
năng đơng tụ (tạo gel). Vì vậy nó được ứng dụng phổ biến trong kỹ nghệ sản

xuất bánh kẹo. Để tạo thành chất gel pectin có thể thêm đường saccrose tới tỷ lệ
65-70% (bão hồ đường) và tạo mơi trường có pH khoảng 3,1-3,5 nhờ các axit
hữu cơ như axit xitric. Dung dịch pectin có độ nhớt cao. Nếu muốn thu dịch ép
thì dung dịch này bất lợi, người ta phải dùng enzym pectinase để thủy phân
pectin, giảm độ nhớt. Ví dụ nước cà chua 90-92% nước nhưng vì % pectin cao
nên sản phẩm có dạng sền sệt. Nước dứa ít pectin dễ ép, dễ lọc. Còn đối với
pectin tan thì dưới tác dụng của pectinase sẽ biến thành pectinic (thường dưới
dạng muối Ca và Mg) và các chất đơn giản khác như rượu methylic, axit acetic,
arabinose, galactose.
Cơ chế quá trình thủy phân pectin rất phức tạp, được chia làm hai giai
đoạn. Q trình chuyển hóa pectin có thể xảy ra trong điều kiện yếm khí, cả hai
q trình đều xảy ra rất mạnh trong điều kiện tự nhiên.
Ta có thể xem quá trình xảy ra từng bước như sau:
- Giai đoạn thứ nhất thủy phân các chất pectin thành đường:
7


C46H68O46 + 10H2O = 4CHO(CHOH)4COOH + C6H12O6 + C5H10O5 +
C5H10O5 + 2CH3COOH + 2CH3OH
- Giai đoạn thứ hai là biến đường thành sản phẩm lên men:
Khi lên men galactose sẽ tạo thành axit buthyric, khí cacbonic, hydro và
toả ra một ít năng lượng:
C6H12O6 = CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2 + mKCal
Khi lên men arbinose sẽ tạo thành axit buthyric, khí cacbonic, nước và toả
ra một ít năng lượng:
C5H10O5 = CH3CH2CH2COOH + CO2 + H2O + mKCal
Pectin hòa tan khi bị tác dụng của chất kiền loãng hoặc enzym pectinase sẽ
giải phóng nhóm methoxyl dưới dạng rượu methylic, polysaccharide cịn lại khi
đó gọi là axit pectic tự do, nghĩa là chứa axit polygalacturonic. Axit pectic có
thể tạo nên dạng muối canxi pectat, chất này chuyển thành dạng kết tủa dễ

dàng, do đó được dùng để định lượng các chất pectin. Nhưng dưới dạng axit
pectic tự do, nó mất khả năng tạo gel khi có đường như trong trường hợp của
pectin hịa tan ban đầu. Vì vậy để duy trì khả năng tạo gel của pectin hịa tan
cần chú ý tránh mơi trường kiềm hoặc tác dụng thủy phân của enzym pectinase.
Các chất pectin giữ vai trị quan trọng trong q trình chín của quả. Khi quả đang
phát triển, protopectin phân tán ở thành tế bào và chiếm tỷ lệ khá cao, tới lúc quả
bắt đầu chín, protopectin biến dần sang dạng pectin hoà tan dưới tác dụng của
axit hữu cơ và enzim protopectin trong quả. Trong quá trình bảo quản cũng nhận
thấy sự giảm dần lượng protopectin và tăng dần pectin hoà tan [2], [15].
- Pectin được đặc trưng bởi các chỉ số sau:
Chỉ số methoxyl (MI): biểu hiện tỉ lệ methyl hóa, là phần trăm khối lượng
nhóm methoxyl (-OCH3) trên tổng khối lượng phân tử. Sự methyl hóa hồn
tồn tương ứng với chỉ số methoxyl bằng 16,3% còn các pectin tách ra từ thực
vật thường có chỉ số methoxyl từ 10% - 12%.
8


Chỉ số este hóa (DE): thể hiện mức độ este hóa của pectin, là phân trăm về
số lượng của các gốc axit galactoronic được este hóa trên tổng số lượng gốc
axit galactoronic có trong phân tử [2].
1.2. Phân loại pectin
1.2.1. Theo % nhóm methoxyl có trong phân tử
- Pectin methoxyl hố cao (High Methoxyl Pectin - HMP): Nhóm có chỉ số
methoxyl hóa cao (HMP): MI > 7%, trong phân tử pectin có trên 50% các nhóm
acid bị este hóa (DE > 50%). Chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm.
Muốn tạo đơng cần phải có điều kiện pH=3,1-3,4 và nồng độ đường trên 60%.

Hình 1.4: Pectin methoxyl cao
- Pectin methoxyl hoá thấp (Low methoxyl Pectin - LMP): Nhóm có chỉ số
methoxyl hóa thấp: MI < 7%, khoảng từ 3–5%, trong phân tử pectin có dưới

50% các nhóm acid bị este hóa (DE  50%). Được sản xuất bằng cách giảm
nhóm methoxyl trong phân tử pectin. Pectin methoxyl thấp có thể tạo đơng
trong mơi trường khơng có đường, chúng thường được dùng làm màng bao bọc
các sản phẩm [2], [5].

Hình 1.5: Pectin methoxyl thấp
Trong đó một vài pectin phản ứng với amoniac để tạo ra pectin được amid
hóa ứng dụng trong một số lĩnh vực khác.

Hình 1.6: Low methoxyl amidated pectin
9


1.2.2. Theo khả năng hòa tan trong nước
- Pectin hòa tan (methoxyl polygalacturonic):
Pectin hòa tan là polysaccharide cấu tạo bởi các gốc axit galacturonic
trong đó một số axit có chứa nhóm thế methoxyl.
- Pectin khơng hịa tan (protopectin): là dạng kết hợp của pectin với araban
(polysaccharide ở thành tế bào) [2]
1.3. Cơ chế tạo gel của pectin và các yếu tố ảnh hưởng
1.3.1. Cơ chế tạo gel của pectin
Khả năng tạo gel của pectin phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố đó là chiều
dài của chuỗi pectin và mức độ metyl hoá. Chiều dài của phân tử quyết định độ
cứng của gel. Nếu phân tử pectin có chiều dài q thấp thì nó sẽ khơng tạo
được gel mặc dù sử dụng liều lượng cao.
Các pectin và axit pectinic đều là những keo háo nước nên có khả năng
hydrat hố cao nhờ sự gắn các phân tử nước vào các nhóm hydroxyl của chuỗi
polymetyl-galacturonic. Ngồi ra trong các phân tử pectin có mang điện tích
âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau do đó làm giãn mạch và làm tăng độ
nhớt của dung dịch. Khi làm giảm độ điện và hydrat hố sẽ làm cho các sợi

pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới ba chiều
rắn chứa pha lỏng ở bên trong.
Tuỳ thuộc vào chỉ số methoxyl cao (>7%) hoặc thấp (3-5%) ở phân tử
pectin mà các kiểu kết hợp giữa chúng sẽ khác trong việc tạo gel. Khi pectin có
chỉ số methoxyl hoá cao (mứt quả nghiền, nước quả đường…) mức độ hydrat
hố có thể giảm thấp nhờ thêm đường cịn độ tích điện sẽ hạ đi nhờ thêm ion H+
hoặc đơi khi chính nhờ độ axit của quả chế biến. Trong trường hợp này liên kết
giữa các phân tử pectin với nhau chủ yếu nhờ các cầu hydro giữa các nhóm
hydroxyl. Kiểu liên kết này khơng bền do đó các gel tạo thành sẽ mềm dẻo do
tính di động của các phân tử trong khối gel, loại gel này khác với gel thạch
hoặc gelatin. Khi chỉ số methoxyl của pectin thấp, cũng có nghĩa là tỉ lệ các
nhóm –COO- cao thì các liên kết giữa những phân tử pectin sẽ là liên kết ion
10


qua các ion hoá trị hai đặc biệt là Ca2+. Có thể tạo gel khi dùng một lượng canxi
dưới 0,1% miễn là chiều dài phân tử pectin phải đạt mức độ nhất định. Khi đó
gel được hình thành ngay cả khi không thêm đường và axit.
 HMP: tạo gel bằng liên kết hydro:

Hình 1.7: Cơ chế tạo gel bằng liên kết hydro
- Điều kiện tạo gel:
[Đường] > 50%; pH = 3,1 – 3,5; [Pectin] = 0,5 – 1%
Đường có khả năng hút ẩm, vì vậy nó làm giảm mức độ hydrat hóa của
phân tử pectin trong dung dịch.
Ion H+ được thêm vào hoặc đơi khi chính nhờ axit của chế biến trung hòa
bớt các gốc COO-, làm giảm độ điện tích của các phân tử. Vì vậy các phân tử
có thể tiến lại gần nhau để tạo thành liên kết nội phân tử và tạo gel.
Trong các trường hợp này liên kết giữa các phân tử pectin với nhau chủ
yếu nhờ các cầu hydro giữa các nhóm hydroxyl. Liên kết hydro được hình

thành giữa các phân tử pectin có thể hydroxyl – hydroxyl, carboxyl – carboxyl,
hoặc hydroxyl – carboxyl. Kiểu liên kết này khơng bền do đó các gel tạo thành
sẽ mềm dẻo bởi tính di động của các phân tử trong khối gel, loại gel này khác
biệt với gel thạch hoặc gelatin.
- Cấu trúc của gel:
Cấu trúc của gel phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng axit, hàm
lượng pectin, loại pectin và nhiệt độ.
11


Trong đó, 30- 50% đường thêm vào pectin là saccharose. Do đó cần duy
trì pH axit để khi đun nấu sẽ xảy ra quá trình nghịch đảo đường saccharose,
ngăn cản sự kết tinh của đường saccharose. Tuy nhiên cũng không nên dùng
nhiều axit vì pH quá thấp sẽ xảy ra nghịch đảo một lượng lớn saccharose gây
kết tinh glucose và hóa gel nhanh tạo nên các vón cục.
Khi dùng lượng pectin vượt quá lượng thích hợp sẽ gây ra gel quá cứng
do đó khi dùng một nguyên liệu có chứa nhiều pectin cần tiến hành phân giải
bớt chúng bằng cách đun lâu hơn.
Khi sử dụng một lượng cố định bất cứ một loại pectin nào thì pH, nhiệt
độ càng giảm và hàm lượng đường càng cao thì gel tạo thành càng nhanh.
- Ứng dụng: Mứt quả nghiền, nước quả đông…
 LMP: tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+
- Điều kiện tạo gel: Khi có mặt Ca2+, ngay cả nồng độ < 0,1% miễn là
chiều dài phân tử pectin phải đạt mức độ nhất định. Khi đó gel được tạo thành
ngay cả khi không thêm đường và axit.
Khi chỉ số methoxyl của pectin thấp, cũng có nghĩa là tỷ lệ các nhóm –
COO- cao thì các liên kết giữa những phân tử pectin sẽ là liên kết ion qua các
ion hóa trị hai đặc biệt là Ca2+.
- Cấu trúc của gel:
Cấu trúc của gel phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ và chỉ số methoxyl. Gel

pectin có chỉ số methoxyl thấp thường có tính chất đàn hồi như gel agar – agar.

Hình 1.8: Cơ chế tạo gel bởi Ca2+
12


- Ứng dụng: Cho phép chế tạo được thịt đông có độ cứng bền ngay cả ở
khí hậu nhiệt đới (khác với đông gelatin) [2], [8].
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel
Khả năng tạo gel của pectin chịu ảnh hưởng của 4 yếu tố: chất lượng
pectin, hàm lượng đường, tỷ lệ nước và nồng độ axit, các yếu tố này có liên
quan lẫn nhau và cùng ảnh hưởng đến quá trình tạo gel của pectin.
 Chất lượng Pectin
Mạch phân tử của pectin là cơ cấu chính của hiện tượng tạo gel. Vì thế,
lượng pectin có trong dịch đường phải đạt một hàm lượng tối thiểu nào đó mới
tạo được sự keo tụ. Nồng độ pectin trong dung dịch càng lớn thì sự liên hợp
giữa các phân tử xảy ra càng nhanh, hệ keo đông tụ càng bền. Thường lượng
pectin sử dụng khoảng từ 0,5 – 1%. Khi dùng lượng pectin vượt quá lượng
thích hợp sẽ thu được gel quá cứng, vì vậy đối với các loại quả chứa dư pectin
người ta tiến hành phân giải bớt chúng bằng cách đun lâu hơn.
Tuy nhiên chất lượng của hệ keo pectin lại phụ thuộc rất lớn vào tính chất
của pectin chứ không đơn thuần là hàm lượng pectin được sử dụng. Hai yếu tố
quan trọng hàng đầu là chiều dài mạch phân tử pectin và mức độ methoxyl hóa
trong phân tử của chúng.
 Chiều dài của phân tử quyết định độ cứng của gel
- Nếu phân tử pectin q ngắn thì nó sẽ khơng tạo được gel mặc dù sử
dụng với liều lượng cao.
- Nếu phân tử pectin quá dài thì gel tạo thành rất cứng.
 Mức độ methoxyl hóa quy định cơ chế tạo gel:
Khả năng keo hóa của pectin phụ thuộc tương đối vào mức độ hiện diện

của các nhóm methoxyl. Tùy thuộc vào chỉ số methoxyl cao (>7%) hoặc thấp
(3 – 5%) ở phân tử pectin mà các kiểu kết hợp giữa chúng sẽ khác nhau trong
việc tạo gel.
13


Bảng 1.2: Tác dụng của DE của pectin lên sự tạo gel
Điều kiện tạo gel
DE (%)

pH

Đường (%)

Ion hoá trị hai

Tốc độ tạo gel

>70

2,8-3,4

65

Khơng

Nhanh

50-70

2,8-3,4

65

Khơng

Chậm

<50

2,5-6,5

0

Có

Nhanh

 Nước
Nước là dung mơi để pectin có thể trương nở và khuếch tán tạo nên dung
dịch đồng thể. Nước đóng vai trị quan trọng giúp pectin định hướng và sắp xếp
lại mạch phân tử của chúng. Độ ẩm của khối gel tăng thì quá trình tạo keo tụ
càng nhanh (vì tăng tốc độ định hướng của các phân tử pectin do độ nhớt của
dung dịch phân tán giảm).
 Đường
Trong dung dịch nước, pectin ở trạng thái hòa tan do có sự tạo thành các
liên kết hydro giữa các nhóm OH- của mạch phân tử pectin và H+ của phân tử
nước. Khi đường xuất hiện, đường đóng vai trị của chất hydrate hóa, ngậm mất
phần nước đang liên kết với pectin. Khi đó pectin trở nên khơng hịa tan. Cộng
với tác động của ion H+ từ lượng axit sử dụng để tạo đơng, H+ làm trung hịa

điện tích của các gốc COO- trên mạch phân tử pectin, tạo gốc –COOH. Vì thế
sợi pectin khơng cịn đẩy nhau mà tiến lại gần nhau và tạo mạng.
Lượng đường trong hỗn hợp pectin–đường–axit thường phải lớn hơn 50%
thì mới có khả năng tạo gel. Thông thường người ta tạo hỗn hợp có 65% đường
để tiến hành keo đơng. Nếu hàm lượng đường dùng cao hơn, sự kết tinh đường
có thể xảy ra trên bề mặt keo. Để khắc phục có thể thay thế một phần đường
sacchrose bằng đường glucose nhằm tránh hiện tượng kết tinh đường. Với
pectin chất lượng càng tốt thì lượng pectin dùng để gel hóa cùng một lượng
đường càng ít.
14


 Axit
Pectin chỉ có thể tạo gel trong mơi trường axit có pH < 4.
Trong mơi trường có H+, các phân tử pectin tích điện âm sẽ bị trung hịa và
trở thành dạng trung hịa điện dễ tạo đơng tụ. Hơn nữa, ion H + sẽ thay thế các
ion kim loại (nếu có) trong nhóm cacboxyl của phân tử pectin và chuyển từ
dạng muối pectat (không tạo đông) thành dạng pectin (có tạo đơng).
Axit sử dụng để tạo đơng cần có mức độ phân ly cao hơn axit pectin để
axit này có thể ngăn cản sự phân ly của axit pectin, và giữ cho chúng ở dạng
trung hịa điện tích.
Nồng độ ion H+ càng lớn thì khả năng tạo gel của dung dịch pectin sẽ càng
cao. Cần duy trì độ pH thấp để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo
đường saccharose (30 – 50% đường thêm vào pectin) để ngăn cản sự kết tinh
của đường. Cũng không nên dùng quá nhiều axit, vì pH quá thấp sẽ gây ra sự
nghịch đảo một lượng lớn saccharose từ đó gây kết tinh glucose và hóa gel
nhanh tạo nên các vón cục, thường dùng pH =3 ÷ 3,5.
Mức độ tạo gel chỉ tăng đến một giới hạn nào đó của nồng độ axit rồi sẽ
ngừng lại vì ở ngưỡng nồng độ đó tồn bộ gốc COO - của phân tử pectin đã
được trung hịa điện tích. Nên dù có tăng thêm ion H+ cũng không thể tăng

thêm mức độ tạo gel. Nồng độ axit để gel dung dịch pectin phụ thuộc mức độ
methoxyl của pectin và hàm lượng pectin trong dung dịch. Khi hàm lượng
pectin sử dụng tăng khoảng 0,05-0,1% thì pH của dung dịch có thể tăng thêm
một đơn vị. Nếu phải sử dụng pectin có khả năng đơng tụ yếu thì nên tăng nồng
độ axit lên. Nhưng việc tăng nồng độ này lại dễ dàng tăng lượng đường chuyển
hóa và làm tăng tính háo nước của sản phẩm [2], [7].
1.4. Khả năng ứng dụng, liều lượng và một số lưu ý khi sử dụng pectin
trong công nghệ thực phẩm
Pectin là tác nhân tạo gel quan trọng nhất được sử dụng để tạo ra cấu trúc
gel cho thực phẩm, chủ yếu là những thực phẩm có nguồn gốc từ rau quả. Khả
năng tạo gel của nó cịn được sử dụng trong những thực phẩm cần có sự ổn
định của nhiều pha, hoặc trong sản phẩm cuối, hoặc ở một giai đoạn tức thời
15