CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
340
KHOA H
ỌC
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHIẾT XUẤT PECTIN VỎ MÍT
STUDY ON PECTIN EXTRACTION FROM JACKFRUIT PEEL Ngô Thị Tú Anh1, Nguyễn Tiến Danh1, Đặng Thanh Dương1, Vũ Thị Minh Hằng1, Ninh Thị Thu Hiền1, Trần Ý Đoan Trang2,* TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, pectin được thu nhận từ vỏ mít đã được nghiên cứ
u.
Một số thành phần hóa học cơ bản như độ ẩm, hàm lượng protein tổng số
, hàm
lượng gluxit tổng số, hàm lượng pectin, hàm lượng kim loại nặng có trong vỏ
mít
được khảo sát. Chiết xuất pectin từ vỏ mít cho thấy rằng hiệu suất thu nhậ
n pectin
đạt 16,91% khi chiết ở nhiệt độ 90ºC; pH dung môi là 1,5; thời gian chiế
t là 90
phút; tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi là 1/20 g/ml. Pectin thu nhận được từ vỏ
loại HPM với mức độ DE đạt 69,85%, độ tinh khiết đạt 52,47%, mức độ hòa tan đạ
t
98,47%, độ ẩm đạt 11,47%, hàm lượng axit galacturonic đạ
t 58,4%. Pectin thu
nhận được từ vỏ mít có tác dụng làm tăng độ kết dính, độ đặc và trạng thái củ
a
sản phẩm mứt dứa một cách đáng kể. Tuy nhiên, màu sắc của pectin có ảnh hưở
ng
đến màu sắc của sản phẩm ban đầu. Như vậy có thể thấy rằng vỏ mít là nguồ
n
nguyên liệu sản xuất pectin tiềm năng. Pectin vỏ mít có thể khả thi để sử dụ
ng
trong các sản phẩm mứt quả có màu đậm như việt quất, dâu tây,... Từ khóa: Pectin, vỏ mít, chiết xuất, độ DE, mứt dứa. ABSTRACT
In this study, pectin obtained from jackfruit peel was studied. Some essential
chemical components such as moisture, total protein content, total glucose
content, pectin content, and heavy metal
content in jackfruit skin were
investigated. The survey on a selection of pectin extraction conditions from
jackfruit peel showed that the yield of pectin was 16.91% when extracted at 90ºC;
solvent pH is 1.5; extraction time is 90 minutes; The raw material
/solvent ratio is
1/20 g/ml. Pectin obtained from jackfruit peel is HPM with a DE level of 69.85%,
a purity of 52.47%, a solubility of 98.47%, a moisture content of 11.47%, and an
acid content of 11.47%. Galacturonic reached 58.4%. Pectin obtained from
jac
kfruit peel increases the stickiness, consistency, and state of pineapple jam
products significantly. However, the pectin's color affects the original product's
color. Thus, it can be seen that jackfruit peel is a potential source of pectin
production materials. Jackfruit peel pectin could be feasible in dark-
colored fruit
jam products such as blueberries, strawberries, etc.
Keywords: Pectin, jackfruit peel, extract, DE level, pineapple jam. 1Lớp Hóa Thực phẩm 02 - K16, Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệ
p
Hà Nội 2Viện Công nghệ HaUI, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: trangtyd@haui.edu.vn 1. GIỚI THIỆU Quả mít (Artocarpus heterophyllus) là một loại cây ăn quả rất phổ biến ở Việt Nam [1]. Theo thống kê của dự án hỗ trợ hợp tác kinh tế khu vực Châu Á (SRECA) vào năm 2018 cả nước ta có 26.174 ha mít, sản lượng 307.534 tấn [2]. Tuy nhiên, phần ăn được của quả mít chỉ chiếm 40% và khoảng 60% còn lại của quả là không ăn được bao gồm phần vỏ gai bên ngoài, phần cùi bên trong, xơ mít, vỏ hạt mít. Như vậy, phần chất thải không sử dụng được từ quả mít chiếm khối lượng tương đối lớn. Những chất thải trái cây này đang là một vấn đề lớn đối với các ngành công nghiệp chế biến hoa quả (mứt, hoa quả sấy, bột hoa quả, nước ép hoa quả) cũng như ngành nông nghiệp [3]. Do đó, xu hướng chuyển đổi các chất thải này các sản phẩm giá trị đang được quan tâm và chú ý nhiều hiện nay. Việc thu nhận các sản phẩm có giá trị từ nguồn chất thải trái cây này không chỉ có thể giúp tăng tính kinh tế tổng thể của các doanh nghiệp chế biến hoa quả mà còn giảm thiểu đáng kể vấn đề ô nhiễm môi trường. Pectin là một sản phẩm phụ có giá trị mà có thể thu được từ những chất thải trái cây này. Pectin là một heteropolysaccharide phức hợp có chứa các gốc axit α-D-galacturonic 1,4 liên kết; một phần được este hóa bởi metanol [1, 2]. Nó thường được tìm thấy trong thành tế bào và phiến giữa của thực vật bậc cao. Pectin được xem là một phụ gia thực phẩm được sử dụng rộng rãi làm chất tạo gel, nhũ hóa và ổn định trong các sản phẩm thực phẩm, dược phẩm mà được tổ chức Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO) công nhận là phụ gia an toàn mà có thể sử dụng hằng ngày mà không có giới hạn. Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng pectin tác dụng tốt đối với sức khỏe con người như: giảm phát triển ung thư, giảm cholesterol trong máu, giúp hạ đường huyết, và kích thích hệ miễn dịch [4-6]. Đáng chú ý là hợp chất sinh học này có mặt rất nhiều trong cùi, lõi và vỏ của nhiều loại trái cây mà hầu hết đều được xem là chất thải trong quá trình chế biến. Hiện nay, pectin chủ yếu được chiết xuất thương mại từ vỏ cam quýt và bã táo. Các nguồn pectin khác bao gồm bã hướng dương và củ cải đường, vỏ ca cao, vỏ đậu nành, vỏ xoài và amberalla [7-11]. Cho đến nay, rất ít hoặc không có nghiên cứu nào được thực hiện về chiết xuất pectin từ vỏ quả mít. Vì những lý do này, một nỗ lực đã được thực hiện để sản xuất pectin từ chất thải của vỏ quả mít như một nguồn thay thế cho pectin thương mại hiện hành trên thị trường. Tuy nhiên, những nghiên cứu về thu nhận pectin từ vỏ mít chưa có nhiều công bố trên thế giới; đặc biệt ở Việt Nam chưa có bất kỳ công bố nào nghiên cứu về nguồn nguyên liệu vỏ mít để thu nhận pectin.
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 341
Vì vậy, trong nghiên cứu này, pectin được thu nhận từ vỏ mít đã được nghiên cứu. Một số thành phần hóa học cơ bản như độ ẩm, hàm lượng protein tổng số, hàm lượng gluxit tổng số, hàm lượng pectin, hàm lượng kim loại nặng có trong vỏ mít được khảo sát. Các thông số kỹ thuật trong quá trình thu nhận pectin như nhiệt độ, thời gian, pH của dung môi và tỷ lệ dung môi/nguyên liệu được lựa chọn sao cho hiệu suất thu nhận pectin là lớn nhất. Bên cạnh đó, một số tính chất như tính chất cảm quan, độ hòa tan, độ tinh khiết, hàm lượng axit galacturonic, khả năng hòa tan, khả năng tạo gel, độ ester hóa, độ cứng của pectin thu nhận được từ vỏ mít cũng được nghiên cứu. Đồng thời, pectin thu nhận được cũng được thử nghiệm ứng dụng trong sản xuất mứt trái cây. 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu Vỏ mít được thu mua tại các cửa hàng hoa quả trên địa bàn thành phố Hà Nội. Sau khi thu mua, vỏ mít được mang về phòng thí nghiệm tại Viện Công nghệ HaUI, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội để thực hiện xử lý sơ bộ như sau: rửa sạch, để ráo, cắt nhỏ với kích thước khoảng 5cm, sấy đến khối lượng không đổi ở 80˚C, xay mịn thành bột. Bột nguyên liệu được bảo quản trong các lọ hoặc túi ghép mí ở điều kiện tránh ánh sáng và ở nhiệt độ thường của phòng thí nghiệm. Bột nguyên liệu này được bảo quản và sử dụng cho những thí nghiệm trong suốt quá trình thực hiện. Các hóa chất sử dụng bao gồm: Axit clohydric (Việt Nam), ethanol (Việt Nam), natri hydroxyt (Trung Quốc), natri hypoclorit (nước Javen) (Pháp), ete dầu hỏa (Trung Quốc), canxi clorua (Viẹt Nam), axit citric (Việt Nam), axit axetic (Trung Quốc), nước cất 1 lần, natri clorua (Việt Nam), phenolphtalein (Việt Nam), thuốc thử DNS (Đức). 2.2. Phương pháp nghiên cứu - Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu + Độ ẩm của nguyên liệu được xác định bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi [12]. + Xác định hàm lượng lipit có trong nguyên liệu bằng phương pháp chiết Soxhlet [13]. + Xác định hàm lượng gluxit tổng số có trong nguyên liệu bằng phương pháp DNS [14]. + Đường tổng số được xác định bằng phương pháp Bectrand [15, 16]. + Phương pháp xác định hàm lượng pectin có trong nguyên liệu bằng phương pháp kết tủa canxi pectat [14]. + Xác định hàm lượng các kim loại có trong vỏ mít: Nguyên liệu sau khi được xử lý và xay thành bột được gửi đến trung tâm khí tượng thuỷ văn quốc gia - Đài khí tượng thuỷ văn khu vực Bắc Bộ để kiểm tra bằng phương pháp TCVN 6494:1999, TCVN 6626:2000, TCVN 7877:2008 [14] - Chiết xuất pectin Pectin vỏ mít được chiết bằng phương pháp chiết trong môi trường axit và kết tủa bằng cồn. Cân bột nguyên liệu (m0) và cho vào bình tam giác có chứa nước cất đã được axit hóa bằng HCl đến pH thích hợp. Tiến hành quá trình chiết xuất trong điều kiện nhiệt độ, tỷ lệ nguyên liệu: dung môi (hay còn gọi là tỷ lệ rắn/lỏng) thích hợp. Bình tam giác được bọc kín trong suốt quá trình thí nghiệm để ngăn sự bay hơi của dung môi. Sau thời gian chiết xuất, lọc hỗn hợp qua giấy lọc và thu lấy phần dịch lọc. Tiếp theo, etanol 95% được thêm vào dịch lọc một cách từ từ và khuấy liên tục 5 phút, sau đó, để yên hỗn hợp trong vòng 1 giờ để tạo kết tủa. Kết tủa được thu nhận bằng cách lọc qua giấy lọc và rửa bằng etanol hai lần. Phần kết tủa thu nhận được là pectin ướt. Đem pectin ướt sấy khô ở tủ sấy ở nhiệt độ thấp hơn 55ºC cho đến khi khối lượng không đổi. Cân và ghi lại kết quả (m1) để tính hiệu suất thu nhận pectin (H, %) theo công thức bên dưới: H= 
 x 100% Trong đó: m1 - khối lượng pectin khô thu nhận được, g; m0 - khối lượng mẫu ban đầu, g. - Phương pháp xác định mức độ DE của pectin Mức độ DE của pectin thu nhận được được xác định bằng phương pháp chuẩn độ như mô tả của Pinheiro và cộng sự [3, 17]. Để thực hiện được điều này, cho 0,5g pectin vào 5ml etanol, 1g NaCl, 1 - 2 giọt phenolphthalein và thêm 100ml nước cất ấm. Hỗn hợp được chuẩn độ với dung dịch NaOH 0,1N thu được thể tích V1 (ml). Sau đó thêm 25ml dung dịch NaOH 0,25N vào và khuấy ở nhiệt độ phòng trong 30 phút. Tiếp đó cho thêm 25ml dung dịch HCl 0,25N và lắc cho đến khi mất màu hồng. Hỗn hợp được chuẩn độ với dung dịch NaOH 0,1N và thu được thể tích V2 (ml). Độ ester được tính theo công thức: DE =
V
V
+ V
. 100 Trong đó: DE: Độ ester hóa, %. V1: Thể tích NaOH lần chuẩn đđầđầu, (ml). V2: Thể tích NaOH lần chuẩn độ lúc sau, (ml). - Phương pháp xác định độ tinh khiết của pectin Xác định độ tinh khiết của pectin bằng phương pháp canxi pectat [14]. Trong môi trường kiềm loãng, pectin hòa tan sẽ giải phóng nhóm methoxyl thành rượu methylic và acid pectic tự do. Acid pectic tự do trong môi trường có mặt acid acetic sẽ kết hợp với CaCl2 thành dạng muối kết tủa calci pectat. Từ hàm lượng muối kết tủa có thể tính hàm lượng pectin trong mẫu phân tích. - Xác định khả năng tạo gel Ngâm 0,5g pectin vào 40ml nước, khuấy liên tục trong 45 phút cho đến lúc hỗn hợp đồng nhất. Để hỗn hợp nghỉ trong 48 giờ, quan sát khối gel và ghi lại trạng thái gel [18]. - Xác định độ hoà tan của pectin Các mẫu pectin (50mg) được phân tán trong 40mL nước cất ở nhiệt độ bình thường và 1 mẫu nước nóng, khuấy liên tục trong vòng 20 phút. Sau đó, đưa qua ly tâm với tốc độ 2200 vòng/phút trong 20 phút. Thu phần kết tủa ko hòa tan, đem đi sấy khô ở nhiệt độ 50ºC cho đến khối lượng không đổi. Cân và tính phần trăm so với khối lượng pectin ban đầu theo phương trình (1) [12, 18]. Thực hiện và tính toán tương tự với độ hòa tan của pectin trong nước nóng:
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
342
KHOA H
ỌC
S =
m− m
m
. 100 Trong đó: S: Độ hòa tan, %. m1: Khối lượng pectin ban đầu, g. m2: Khối lượng pectin sau khi sấy, g. - Xác định độ màu của bột pectin Độ màu của bột pectin ngoài việc quan sát bằng mắt thường còn được tiến hành bằng máy so màu cầm tay NR-12A. - Phương pháp xử lý số liệu Các số liệu thí nghiệm thu được được tính toán bằng Microsoft Excel với công thức trung bình tính theo hàm AVERAGE và sai số tính theo hàm STDEV. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nguyên cứu một số thành phần cơ bản có trong vỏ mít Thành phần hóa học của vỏ mít được khảo sát theo các phương pháp mô tả ở mục 2 và thu được kết quả như trong bảng 1. Từ kết quả cho thấy độ ẩm trung bình của mẫu bột nguyên liệu sau khi xử lý đạt 5,93 ± 0,02% . Với mức độ ẩm này, cho thấy quá trình tiền xử lý nguyên liệu đạt yêu cầu. Vậy, với giá trị độ ẩm tương đối thấp của bột vỏ mít, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bảo quản nguyên liệu trong thời gian dài mà không bị mốc hay thay đổi về cảm quan. Đồng thời, với độ ẩm thấp như vậy sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất pectin ở phần sau của nghiên cứu bởi vì khi độ ẩm cao sẽ làm thay đổi giá trị pH của dung môi, từ đó làm cho quá trình chiết sẽ khó kiểm soát. Giá trị sai số giữa ba lần đo cho thấy kết quả của ba lần đo là đạt yêu cầu, không có sự chênh lệnh quá nhiều giữa các lần tiến hành thực nghiệm. Bảng 1. Một số thành phần hóa học cơ bản của vỏ mít nguyên liệu STT Chỉ tiêu Kết quả 1 Độ ẩm 5,93 ± 0,02% 2 Hàm lượng Lipid 12,82 ± 0,09% 3 Hàm lượng Protein 22,85 ± 0,13% 4 Hàm lượng Gluxit 24 ± 0,13% 5 Hàm lượng pectin 16,67 ± 0,46% 6 Cr 0,324 mg/kg 7 Ni 0,568 mg/kg 8 Mn 0,742 mg/kg 9 Zn 1,318 mg/kg 10 Fe 1,598 mg/kg 11 Cu 0,596 mg/kg 12 Cd 0,095 mg/kg 13 Pb 0,146 mg/kg 14 As 0,095 mg/kg 15 Hg 0,055 mg/kg Lipit trong thực vật thông thường chiếm hàm lượng không lớn. Nhưng thành phần này hầu như có mặt trong thành phần của vỏ các loại hoa quả. Từ bảng kết quả thu được nhận thấy rằng hàm lượng lipit có chứa trong vỏ mít trong trung bình hai lần thí nghiệm đạt 12,82%. Từ kết quả ở bảng 1 cho thấy hàm lượng protein có trong vỏ mít tương đối cao chiếm khoảng 22,85%. Gluxit là hợp chất hữu cơ phổ biến có ở hầu hết các loại sinh vật. Chúng có vai trò quan trọng trong hình thành vỏ của các loại quả trong đó có vỏ mít. Hàm lượng gluxit có trong nguyên liệu vỏ mít đạt 24%. Pectin là polysaccharide có nhiều trong quả, củ, thân cây, cây có sợi như đay, gai. Trong thực vật pectin tồn tại ở hai dạng: protopectin là dạng không tan, vốn có mặt chủ yếu ở thành tế bào, pectin được xem là một chất gắn kết giữa các tế bào và pectin hòa tan tồn tại chủ yếu trong dịch tế bào. Hàm lượng pectin trong vỏ mít đạt 16,67%, tương đối cao. Kim loại nặng có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của con người. Do đó, khi sử dụng nguyên liệu để chiết xuất pectin, yêu cầu đặt ra là nguyên liệu có chứa hàm lượng kim loại nặng nằm trơng giới hạn cho phép của Bộ Y tế. Bên cạnh đó, một số kim loại cũng là thành phần khoáng chất chủ yếu trong đời sống hằng ngày của con người. Một số kim loại đóng vai trò là khoáng chất thiết yếu đối với sức khỏe của con người như Fe, Zn, Mn, Cu,... đã được tìm thấy trong nguyên liệu bột vỏ mít. Mặc dù chiếm hàm lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển hóa. Hàm lượng các kim loại nặng đã được xác định và nhận thấy rằng hàm lượng của các kim loại nặng phổ biến như Pb, As, Cd, Hg... thấp hơn nhiều so với hàm lượng kim loại nặng tối đa cho phép có trong thực phẩm theo TCVN 8-2:2001 của Bộ Y tế. Vì vậy có thể sử dụng bột vỏ mít làm nguyên liệu trong thực phẩm mà không ảnh hưởng đến sức khỏe con người. 3.2. Nghiên cứu thu nhận pectin từ vỏ mít Trong quá trình chiết xuất, các yếu tố thuộc về kỹ thuật có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất chiết. Đối với quá trình chiết xuất pectin, có thể kể đến các yếu tố mà ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất thu nhận pectin như: nhiệt độ chiết, thời gian chiết, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, pH dung môi... [19]. Do đó, trong phần này, sự ảnh hưởng của các yếu tố kể trên đến hiệu suất chiết xuất đã được khảo sát. - Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ chiết xuất pectin từ vỏ mít Nhiệt độ chiết được xem là một trong những yếu tố công nghệ ảnh hưởng tương đối đáng kể đến quá trình chiết xuất pectin. Thông thường, nhiệt độ càng cao thì quá trình trích ly phân tử chiết dàng dễ dàng, do đó làm tăng đáng kể hiệu suất chiết. Tuy nhiên, với điều kiện chiết xuất ở nhiệt độ cao cũng sẽ có dễ dàng gây phá hủy cấu trúc của các phân tử cần chiết và tiêu tốn chi phí về nhiệt. Do đó, ảnh hưởng của nhiệt độ chiết có thể xem là cần thiết để khảo sát. Trong phần này, 6 mức nhiệt độ lần lượt: 50oC, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 95oC đã được khảo sát ảnh hưởng đến hiệu suất thu nhận pectin. Quá trình chiết xuất được thực hiện như mô tả ở phần 2 với các điều kiện pH = 2, thời gian chiết 2 giờ và tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/10 g/ml. Kết quả nghiên cứu ảnh
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 343
hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu nhận pectin thể hiện ở hình 1. Kết quả thu được cho thấy hiệu suất thu nhận pectin ở các mức nhiệt độ 50º, 60ºC, 70ºC, 80ºC, 90ºC, 95ºC lần lượt là 4,6%; 5,9%; 9.6%; 10,9%; 6,6%. Từ kết quả cho thấy, hiệu suất thu pectin đạt 4,6% là thấp nhất ở mức nhiệt độ 50ºC, và cao nhất ở nhiệt độ 90ºC (đạt 10,9%). Khi tăng nhiệt độ chiết lên đến 90ºC thì hiệu suất càng tăng. Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ lên đến 95 oC, thì hiệu suất thu nhận pectin giảm đáng kể, chỉ đạt 6,6%. Hình 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết xuất pectin Khi chiết xuất ở nhiệt độ cao thì các hạt nguyên liệu chuyển động nhanh hơn, tạo điều kiện cho quá trình chiết dễ dàng hơn. Bên cạnh đó, nhiệt độ cao sẽ giúp phá vỡ cấu trúc của tế bào thực vật nhanh chóng, dẫn đến tạo điều kiện thuận lợi cho các phân tử pectin hòa tan vào dung môi tốt hơn. Tuy nhiên, khi chiết xuất ở nhiệt độ quá cao làm cho các liên kết glycosid có trong pectin bị phân hủy, dẫn đến phá hủy cấu trúc của pectin thu nhận được. Do đó, làm giảm hiệu suất chiết khi ở nhiệt độ 95ºC. Vì vậy, lựa chọn nhiệt độ chiết thích hợp để thực hiện quá trình chiết xuất pectin từ vỏ mít là 90oC. - Nghiên cứu lựa chọn thời gian chiết xuất pectin từ vỏ mít Hình 2. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất chiết xuất pectin từ vỏ mít Trong chiết xuất thường xảy ra một số quá trình như khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích. Vì vậy, thời gian chiết phải thích hợp để cho quá trình chiết có thể lấy triệt để các cấu tử cần thiết ra khỏi nguyên liệu. Nếu thời gian chiết ngắn quá sẽ không đủ thời gian cho các cấu tử hòa tan vào dung môi; ngược lại nếu kéo dài thời gian chiết quá lâu thì làm tăng khả năng hòa tan các tạp chất không cần thiết. Để lựa chọn thời gian chiết pectin, quá trình chiết pectin được thực hiện lần lượt với các thời gian trong cùng điều kiện chiết. Kết quả thu nhận được được trình bày ở hình 2. Khi chiết xuất trong thời gian 30 phút, hiệu suất thu nhận pectin đạt 7,8%; khi tăng thời gian chiết lên đến 60 và 90 phút, thì hiệu suất pectin tăng lên đáng kể, lần lượt đạt 16% và 16,9%. Tiếp tục kéo dài thời gian chiết thì hiệu suất thu nhận pectin giảm dần, đạt 10,9% (2 giờ), 10,3% (2,5 giờ) và 5,8% (3 giờ). Khi chiết xuất trong thời gian ngắn, các phân tử cần chiết có trong nguyên liệu chỉ hòa tan một phần vào dung môi. Do đó, càng tăng thời gian chiết thì hiệu suất càng tăng lên. Tuy nhiên, khi kéo dài thời gian chiết ở nhiệt độ 90ºC và môi trường axit hóa thì các sản phẩm chiết sẽ bị phá hủy do tác dụng của nhiệt độ cao mà môi trường axit. Do đó khi kéo dài thời gian chiết quá lâu (hơn 90 phút) thì hiệu suất thu nhận pectin giảm dần. Vì vậy, lựa chọn thời gian chiết xuất pectin từ vỏ mít là 90 phút. - Nghiên cứu ảnh hưởng của pH dung môi đến hiệu suất thu nhận pectin từ vỏ mít Khi chiết xuất pectin, thông thường pH axit sẽ cho hiệu suất trích ly cao. Tuy nhiên, pH cao cũng dễ dàng phá hủy cấu trúc của phân tử cần chiết. Do đó, lựa chọn giá trị pH phù hợp để cho hiệu suất thu nhận pectin cao nhất là cần thiết. Trong phần này, các mức pH của dung môi lần lượt là 1,5; 1,8; 2; 2,2; 2,5 đã được khảo sát ảnh hưởng đến hiệu suất thu nhận pectin. Kết quả được trình bày ở hình 3. Hình 3. Ảnh hưởng của pH dung môi đến hiệu suất chiết xuất pectin từ vỏ mít Có thể thấy rõ rằng, dung môi có tính axit thì có hiệu suất thu nhận pectin càng cao, điều này là hợp lý với tính tan của pectin trong môi trường axit. Trong đó, khi chiết pectin ở pH = 2 thì hiệu suất pectin thu nhận được là cao nhất (đạt 8,3%); và thấp nhất là 4,9% (ở pH = 2,5). Đồng thời khi tăng pH từ 1,5 đến 2 thì hiệu suất chiết pectin càng tăng, nhưng tiếp tục tăng giá trị pH lên 2,5 thì hiệu suất chiết pectin giảm dần. Kết quả này có thể được giải thích là do trong màng tế bào thực vật, pectin có mặt ở phiến giữa (với hàm lượng cao nhất) và vách tế bào sơ cấp thông qua các liên kết giữa các phân tử với nhau. Trong điều kiện môi trường pH thấp sẽ giúp phá vỡ các liên kết giữa các mạch polysaccharide trong vách tế bào và phiến giữa. Do đó pectin dễ dàng được giải
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
344
KHOA H
ỌC
phóng để khuếch tán vào dung môi. Tuy nhiên, khi pH quá thấp thì pectin dễ bị phân hủy, nên hiệu suất chiết thấp. Vì vậy, lựa chọn pH = 2 để thực hiện quá trình chiết xuất pectin từ vỏ mít. - Nghiên cứu lựa chọn tỉ lệ rắn/lỏng chiết xuất pectin từ vỏ mít Đối với quá trình chiết xuất, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất chiết. Sự gia tăng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi có thể tạo ra sự chênh lệch nồng độ giữa tế bào thực vật bên trong và dung môi bên ngoài, làm tăng sự khuếch tán của dung môi vào các tế bào, tăng tốc độ truyền khối lượng và tăng hiệu suất chiết xuất. Tuy nhiên, sự gia tăng tỷ lệ rắn/lỏng quá mức, dung dịch nhận được sẽ bão hòa với chất tan, cản trở sự xâm nhập của pectin vào dung dịch và giảm hiệu suất chiết xuất. Đồng thời, việc sử dụng tỷ lệ này không hợp lý còn dẫn đến hao phí một lượng dung môi cho quá trình chiết xuất. Vì thế, khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi là cần thiết để nghiên cứu. Trong giới hạn của nghiên cứu, chúng tôi thực hiện khảo sát với các tỷ lệ rắn/lỏng khác nhau như sau: 1/10, 1/20, 1/30g/ml. Kết quả thu được như trình bày ở hình 4. Hình 4. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến quá trình chiết xuất pectin Trong phần thực nghiệm này của chúng tôi, ngoài các tỷ lệ rắn/lỏng đã nói ở trên, tỷ lệ nguyên liệu: dung môi - 1/5g/ml cũng đã được chúng tôi khảo sát. Tuy nhiên, quan sát quá trình chiết xuất nhận thấy rằng hỗn hợp chiết xuất là quá đặc, dung môi không đủ để hòa tan pectin mà chỉ đủ để làm ẩm bột nguyên liệu. Do đó, hầu như không thu nhận được pectin ở tỷ lệ 1/5g/ml. Từ thực tế khảo sát các tỷ lệ còn lại cho thấy có sự ảnh hưởng rõ rệt của tỷ lệ nguyên liệu:dung môi sử dụng đến hiệu suất thu nhận pectin từ bột vỏ sầu riêng. Khi tỷ lệ này ở mức 1/10g/ml thì hiệu suất thu nhận pectin đạt 8,3%. Tuy nhiên, nếu giảm tỷ lệ rắn/lỏng đến 1/20g/ml thì hiệu suất đạt cực đại (13,8%). Trong khi đó, nếu tiếp tục giảm đến tỷ lệ 1/30 - 1/40g/ml thì hiệu suất pectin lại giảm đi, chỉ đạt 6,8 và 12,1%. Đối với kết quả như hình trên có thể giải thích rằng khi tỷ lệ nguyên liệu/dung môi cao (1/10 và 1/15g/ml) thì lượng dung môi không đủ để hòa tan hoàn toàn các phân tử pectin có trong nguyên liệu. Do đó, hiệu suất chiết pectin là không cao. Khi giảm tỷ lệ nguyên liệu: dung môi đạt 1:20g/ml thì lượng dung môi được xem là vừa đủ để hòa tan một cách hiệu quả nhất các phân tử pectin từ nguyên liệu. Do đó, hiệu suất chiết pectin ở tỷ lệ rắn/lỏng này là cao nhất. Khi tiếp tục tăng lượng dung môi lên (có nghĩa là giảm tỷ lệ rắn/lỏng) thì lúc này dịch chiết đã đạt trạng thái bão hòa, do đó có tăng lượng dung môi thì hiệu suất thu pectin cũng không tăng lên nữa. Do đó, chọn thời gian tỷ lệ nguyên liệu/dung môi là 1/20 để tách chiết pectin từ vỏ mít và tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. Như vậy, từ kết quả khảo sát từng yếu tố một cách độc lập nhận thấy rằng quá trình chiết pectin cho hiệu suất cao nhất khi thực hiện ở các điều kiện như sau: - Nhiệt độ: 90ºC; - Thời gian: 60 - 90 phút; - pH = 2; - Tỷ lệ rắn/lỏng: 1/20 g/ml. 3.3. Khảo sát một số tính chất của pectin thu nhận được từ vỏ mít - Tính chất cảm quan của pectin thành phẩm Pectin thu nhận được từ vỏ mít được quan sát cảm quan và ghi nhận lại. Pectin vỏ mít có màu nâu nhạt, dạng vảy. Điều này là do quá trình sấy chỉ thực hiện bằng máy sấy chân không thông thường. Để thu được sản phẩm pectin có màu sắc và trạng thái tốt hơn, đề xuất sử dụng các phương pháp sấy hiện đại hơn ví dụ như sấy lạnh, sấy thăng hoa… Màu sắc và hình thái của pectin chưa có tính thẩm mỹ cao như các sản phẩm thương mai. Do đó, trong những định hướng tiếp theo của nghiên cứu sẽ cải tiến về màu sắc và phương pháp tạo hạt bột pectin. - Độ ẩm của pectin thu nhận được từ bột vỏ mít Độ ẩm rất quan trọng trong việc xác định chất lượng của thực phẩm và cần được chú trọng để bảo quản nguyên liệu khi bảo quản. Điều này là để tránh sự phân hủy enzym và cũng ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật. Từ kết quả cho thấy độ ẩm của pectin là 11,47% nằm trong giới hạn chấp nhận được, thấp hơn 12%. Pectin là cần thiết để có độ ẩm thấp hơn nhằm đảm bảo rằng nguyên liệu được bảo quản an toàn cũng như nó có thể ngăn chặn hoặc ức chế vi sinh vật phát triển có thể ảnh hưởng đến chất lượng của pectin do sản xuất enzym pectinase. - Độ tinh khiết của pectin thu được từ bột vỏ mít Pectin thu nhận được từ mít có độ tinh khiết khoảng 52,74%. So với nghiên cứu của Ngô Đại Hùng[19], tác giả tách chiết pectin từ cùi quả bưởi ở 90°C trong thời gian 85 phút và nồng độ axit citric 9% thì độ tinh khiết của pectin thu nhận từ vỏ mít thấp hơn. Pectin thu nhận được từ cùi quả bưởi có độ tinh khiết khoảng 49,43%. Tuy nhiên, độ tinh khiết của mẫu pectin trong nghiên cứu này và kết quả công bố trước là không khác biệt quá lớn. - Mức độ DE của pectin thu nhận được từ vỏ mít Mức độ DE của pectin sẽ quyết định đến việc phân loại pectin thu nhận được, do đó, cần thiết để khảo sát. Kết quả xác định mức độ DE của pectin từ vỏ quả mít dạt 69,85%,