Tổng quan về quá trình sinh tổng hợp, chiết tách pectin từ thực vật và ứng dụng trong thực phẩm

Chia sẻ: Mộ Dung Vân Thư | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo "Tổng quan về quá trình sinh tổng hợp, chiết tách pectin từ thực vật và ứng dụng trong thực phẩm" nhằm hướng đến tổng quan các nội dung về quá trình sinh tổng hợp pectin từ thực vật, tổng hợp một số kết quả về quá trình chiết tách và thu nhận pectin và sơ lược về vai trò của pectin trong thực phẩm. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tổng quan về quá trình sinh tổng hợp, chiết tách pectin từ thực vật và ứng dụng trong thực phẩm

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP, CHIẾT TÁCH PECTIN TỪ THỰC VẬT VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM Trần Minh Đăng*, Trần Ngọc Huyền, Nguyễn Ngọc Bích Tuyền, Mai Quỳnh Châu Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh GVHD: TS. Trần Thị Ngọc Mai TÓM TẮT Pectin là một loại phụ gia thực phẩm được sử dụng khá phổ biến hiện nay vì các tính năng nỗi bậc của nó như khả năng tạo gel, làm dày, làm chất ổn định, chất nhũ hóa và làm màng bao ăn được trong bảo quản thực phẩm. Mục tiêu bài báo hướng đến tổng quan các nội dung về quá trình sinh tổng hợp pectin từ thực vật, tổng hợp một số kết quả về quá trình chiết tách và thu nhận pectin và sơ lược về vai trò của pectin trong thực phẩm. Từ khóa: Chiết tách pectin, sinh tổng hợp pectin, vai trò pectin trong thực phẩm 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP PECTIN Pectin là một loại polysaccharide trong thành tế bào chứa ba loại chính: homogalacturonan (HG), rhamnogalacturonan I (RG-I) và rhamnogalacturonan II (RG-II). Các monomer acid galacturonic (GalA) tạo thành xương sống của các loại HG và RG-II, trong khi rhamnose-GalA tạo thành khung xương của RG-I. Cả hai loại RG đều có thể được liên kết với HG, HG và RG-I cũng có thể được liên kết cộng hóa trị với protein arabinogalactan (Hình 1) (Atmodjo et al., 2013; Tan et al., 2013). Polysaccharid pectic được tổng hợp trong bộ máy Golgi, với các glycoprotein liên quan được tổng hợp đồng thời trong các vùng Golgi khác nhau (Moore et al., 1991) (Hình 1). Các pectin mới tổng hợp được đóng gói thành các túi và vận chuyển đến thành tế bào (Moore et al., 1991). Khoảng 67 transferase, bao gồm glycosyltransferase, methyltransferase và acetyltransferase, được dự đoán sẽ hoạt động trong quá trình sinh tổng hợp pectin. Chức năng của glycosyltransferase trong việc tổng hợp khung xương của pectin và thêm chuỗi bên, trong khi đó methyltransferase và acetyltransferase lần lượt xúc tác quá trình ester hóa và acetyl hóa pectin (Mohnen, 2008). Ngoài ra, quá trình tổng hợp và định vị chính xác các loại đường nucleotide, vốn là cơ chất để tổng hợp pectin, đòi hỏi hoạt động của các enzyme khác, bao gồm các enzyme chuyển đổi xen kẽ, kinase đường, pyrophosphorylase đường UDP và các chất vận chuyển đường nucleotide (Atmodjo et al., 2013). HG, loại phong phú nhất của pectin, là một polymer tuyến tính của acid galacturonic (GalA), và được biến đổi một phần với các nhóm metyl và nhóm acetyl ở vị trí C-6 và O-2/O-3, tương ứng. Galacturonosyltransferase (GAUT) chuyển UDP-GalA vào đầu không khử của oligogalacturonide, dẫn đến kéo dài chuỗi HG (Scheller et al., 1999). Ngược lại với HG, khung RG-I được hình thành bởi disacaride lặp đi lặp lại của rhamnose-GalA (Mohnen, 2008). Rhamnosyltransferase bổ sung gốc 538
rhamnose vào đầu không khử của RG-I oligosacaride, và có lẽ, một galacturonosyl- transferase xen kẽ với rhamnosyltransferase bổ sung gốc GalA vào khung RG-I (Takenaka et al., 2018). Trong khi đó, RG-II có cùng cấu trúc khung với HG, nhưng có các chuỗi bên phức tạp hơn. Dựa trên các nghiên cứu hiện tại, hai mô hình được đề xuất để tổng hợp pectin (Hình 1): mô hình glycosyltransferase liên tiếp và mô hình tổng hợp miền (Atmodjo et al., 2013). Trong mô hình glycosyltransferase liên tiếp, lượng đường nucleotide dư liên tục được thêm vào đầu không khử của khung đang phát triển và chuỗi bên của pectin. Trong mô hình tổng hợp miền, các miền HG, RG-I và RG-II được kéo dài riêng biệt bằng cách thêm đường nucleotide vào chuỗi đang phát triển của chúng và các miền oligosacaride sau đó được liên kết với các miền khác để tạo thành cấu trúc pectin cuối cùng (Atmodjo et al., 2013). Tuy nhiên, danh tính của bất kỳ protein liên kết miền nào, hay còn gọi là “các dây chằng pectin”, vẫn chưa được biết. Hình 1. Tổng hợp pectin và sắp xếp miền (Vassilis Kontogiorgos, 2020) Pectin được tổng hợp trong bộ máy Golgi và được tiết ra thành tế bào. Hộp bên trong cho thấy các giả thuyết hiện tại về quá trình tổng hợp pectin: trong mô hình glycosyltransferase liên tiếp, UDP-GalA hoặc UDP-Rha được glycosyltransferase thêm liên tục vào đầu không khử của chuỗi pectin; trong mô hình tổng hợp miền, các miền pectin được kéo dài riêng biệt bởi glycosyltransferase, sau đó được liên kết với các miền khác. Trong thành tế bào, các miền pectin được sắp xếp theo ít nhất ba cấu hình liên kết cộng hóa trị khác nhau. 2. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH THU NHẬN PECTIN Hiện nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, các phương pháp chiết tách và thu nhận pectin được thực hiện khá đa dạng như: phương pháp trích ly bằng cách gia nhiệt dung dịch acid nóng, trích ly bằng dung môi acid kết hợp với vi sóng, hoặc kết hợp với sóng siêu âm, hoặc trích ly bằng hơi nước ở áp suất cao… Sau khi chiết suất được pectin vào dung môi, bước tiếp theo là cô đặc, tinh sạch và làm khô. Bảng 1 bên dưới là một số kết quả nghiên cứu thu nhận pectin từ các nguyên liệu khác nhau. 539
Bảng 1. Một số kết quả nghiên cứu thu nhận pectin STT ĐỐI TƯỢNG THÔNG SỐ HIỆU SUẤT TÀI LIỆU THU HỒI THAM PECTIN (%) KHẢO 1 Vỏ bưởi năm roi - Kích thước nguyên liệu: 0,5 < d < 0,9 22,26% (Nguyên, N. (Citrus grandis mm H. K. cs, 2023) (L.) Osbeck) - Dung dịch acid citric pH 1,5 - Tỷ lệ bột vỏ/dung môi: 1:15 g/mL - Nhiệt độ trích ly 70oC - Thời gian trích ly 120 phút 2 Cùi quả bưởi da - Dung dịch acid citric 9% 16,46% (Nghiệp, N. xanh (Citrus - Tỷ lệ bột vỏ/dung môi: 1:2 g/mL Đ. cs, 2020) maxima (Burm.) Merr.) - Nhiệt độ trích ly 85oC - Thời gian trích ly 90 phút 3 Vỏ quả thanh - Kích thước nguyên liệu: d ≤ 1 mm 13,8% (Định, T. T. long ruột đỏ (2016) - Dung dịch acid citric 40%, pH 3,5 (Hylocereus - Tỷ lệ bột vỏ /dung môi: 1:34,23 v/w costaricensis) - Nhiệt độ trích ly 85oC - Thời gian trích ly 35 phút 4 Cây sương sáo - Dung dịch acid citric 12% 20,67% (Thi, P. V. K. (Mesona - Tỷ lệ bột vỏ /dung môi: 1:20 g/mL cs, 2018) chinensis Benth) - Nhiệt độ trích ly 85oC - Thời gian trích ly 90 phút 5 Sung ngọt - Dung dịch acid citric pH 1,4 11,71% (Gharibzahedi, S. M. T. et al., (F. carica L.) - Tỷ lệ bột vỏ /dung môi: 1:20 v/w 2019) - Thời gian siêu âm 25 phút - Thời gian chiếu xạ: 3,5 phút - Công suất vi sóng 600W 540
6 Cách lá nhỏ - Dung dịch acid clohydric pH 2 18,25% (Lu, J., Li, J. et al., 2019) (Premna - Tỷ lệ bột vỏ /dung môi: 1:50 g/mL microphylla - Nhiệt độ trích ly 90oC Turcz) - Thời gian trích ly 120 phút 7 Vỏ chanh ngọt - Dung dịch acid citric pH 1,5 25,31% (Rahmani, Z. et al., 2020) (Citrus limetta) - Thời gian chiếu xạ: 3 phút - Công suất vi sóng 700W 8 Vỏ chanh dây tía - Nồng độ acid citric 8% 24,42% (Thăng, N. T. cs, 2021) (Passiflora - Nhiệt độ 82,14C Incarnata) - Thời gian 81,07 phút 9 Lá sương sâm - Dung dịch acid citric 6,49% 16,43% (Phương, N. T. M. cs, (Tiliacora - Nhiệt độ 87,84ºC 2016) triandra) - Thời gian 74,81 phút 3. ỨNG DỤNG PECTIN TRONG THỰC PHẨM Trong công nghệ thực phẩm, pectin thường được phân thành 2 loại dựa theo % nhóm methoxyl có trong phân tử: HMP (High Methoxyl Pectin) có chỉ số methoxyl cao (MI > 7%), có trên 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE > 50%) và LMP (Low methoxyl Pectin) có chỉ số methoxyl thấp khoảng 3 - 5% (MI < 7%), có dưới 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE < 50%). Tùy vào loại pectin mà có cơ chế tạo gel khác nhau. HMP tạo gel bằng liên kết hydro, LMP tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+. Bên cạnh đó, pectin còn thể hiện nhiều vai trò khác nhau trong công nghiệp sản xuất thực phẩm. Bảng 2 bên dưới tóm lược các vai trò của pectin. Bảng 2. Sơ lược các vai trò của pectin ứng dụng trong công nghệ thực phẩm (Chandel, V. et al., 2022, Vassilis Kontogiorgos, 2020) STT VAI TRÒ CƠ CHẾ 1 Chất tạo gel trong các sản Do đặc tính gel linh hoạt, pectin là thành phần chính trong các phẩm jam, jelly… sản phẩm thạch, mứt, bánh ngọt, sữa chua… 2 Chất nhũ hoá Pectin hoạt động trên cơ sở bao quanh các phân tử lipid kị nước, hạn chế vón cục. 3 Thành phần phụ gia cho các Pectin methoxyl thấp (LMP) tạo gel trong điều kiện hàm sản phẩm giảm năng lượng lượng đường thấp. 541
4 Cải thiện thể tích bột nhào Bằng cách tăng khả năng giử ẩm, tăng tính nhớt của bột nhào. 5 Chất ổn định cho sản phẩm Pectin ester hoá thấp (LMP) được sử dụng cho các sản phẩm sữa sửa chua ít chất béo vì pectin giúp giảm sự tổng hợp tương tác protein, tạo kết cấu sản phẩm đồng nhất. Pectin ester hoá cao (HMP) được sử dụng sản phẩm sữa được acid hoá giúp tăng độ nhớt và giử hương cho sản phẩm. 6 Chất nền cho lợi khuẩn Pectin giúp tăng cường các vi khuẩn có lợi trong ruột kết Prebiotic Tăng chức năng thể chất của ruột, làm chậm quá trình rỗng dạ dày, giảm hập thu glucose và cholesterol. 7 Màng bao thực phẩm Màng pectin giúp ngăn chặn không khí tiếp xúc với thực phẩm, ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật giúp tăng thời gian bảo quản sản phẩm. 8 Lớp phủ thực phẩm Bảo quản kết cấu, màu sắc, làm chậm quá trình oxi hoá (dưa, táo,…). 4. KẾT LUẬN Quá trình sinh tổng hợp pectin ở thực vật đã được nghiên cứu tuy nhiên vẫn còn chưa rõ ràng trong cấu trúc của pectin trong cấu tạo tế bào thực vật. Quá trình nghiên cứu thu nhận pectin ở những đối tượng khác nhau hiện nay vẫn đang tiếp tục với các kỹ thuật ngày càng tiến tiến hơn. Pectin đã thể hiện nhiều vai trò khác nhau trong chế biến thực phẩm. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Atmodjo MA, Hao Z, Mohnen D (2013). Evolving views of pectin biosynthesis. Annu Rev Plant Biol 64(1):747–779 2. Chandel, V., Biswas, D., Roy, S., Vaidya, D., Verma, A., & Gupta, A. (2022). Current Advancements in Pectin: Extraction, Properties and Multifunctional Applications. Foods, 11(17), 2683 3. Định, T. T. (2016). Tối ưu hóa một số thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình thu nhận pectin từ vỏ quả thanh long. Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Vol. 14, No. 4: 645-653 4. Gharibzahedi, S. M. T., Smith, B., & Guo, Y. (2019). Pectin extraction from common fig skin by different methods: The physicochemical, rheological, functional, and structural evaluations. International Journal of Biological Macromolecules, 136, 275-283. 5. Lu, J., Li, J., Jin, R., Li, S., Yi, J., & Huang, J. (2019). Extraction and characterization of pectin from Premna microphylla Turcz leaves. International Journal of Biological Macromolecules, 131, 323- 328. 6. Mohnen D (2008). Pectin structure and biosynthesis. Curr Opin Plant Biol 11:266–277 542
7. Moore PJ, Swords KMM, Lynch MA, Staehelin LA (1991). Spatial organization of the assembly pathways of glycoproteins and complex polysaccharides in the Golgi apparatus of plants. J Cell Biol 112:589–602 8. Nguyên, N. H. K., Trúc, T. T., & Giang, B. L. (2023). Trích ly pectin từ vỏ bưởi năm roi (Citrus grandis (L.) Osbeck) bằng phương pháp trích ly có hỗ trợ nhiệt. Tạp chí Khoa học Đại học cần Thơ, 59(1), 66-75. 9. Nghiệp, N. Đ., & Sang, V. T. (2020). Nghiên cứu thu nhận pectin từ cùi quả bưởi. Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một, 3(46)-2020 10. Phương, N. T. M., Xô, T. T., (2016). Tối ưu hóa quá trình chiết tách pectin từ lá sương sâm và nghiên cứu tạo màng pectin - alginate. Tạp Chí Khoa học Và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, 11(108.2). 11. Rahmani, Z., Khodaiyan, F., Kazemi, M., & Sharifan, A. (2020). Optimization of microwave- assisted extraction and structural characterization of pectin from sweet lemon peel. International Journal of Biological Macromolecules, 147, 1107-1115. 12. Scheller HV, Lou DR, Ridley BL, Mohnen D (1999). Pectin biosynthesis: a solubilized α1,4- galacturonosyltransferase from tobacco, catalyzes the transfer of galacturonic acid from UDP- galacturonic acid onto the non-reducing end of homogalacturonan. Planta 207:512–517 13. Takenaka Y, Kato K, Ogawa-Ohnishi M et al (2018). Pectin RG-I rhamnosyltransferases represent a novel plant-specific glycosyltransferase family. Nat Plants 4:669–676 14. Tan L, Eberhard S, Pattathil S et al (2013). An Arabidopsis cell wall proteoglycan consists of pectin and arabinoxylan covalently linked to an arabinogalactan protein. Plant Cell 25:270–287 15. Thăng, N. T., & Nguyệt, L. M. (2021). Xác định điều kiện tối ưu chiết xuất pectin và ảnh hưởng của điều kiện chiết xuất đến độ este hóa của pectin từ vỏ quả chanh dây tía (Passiflora edulis Sims.). Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 2021, 19(6): 795-806 16. Thi, P. V. K., Cẩm, T. T. H., Phượng, Đ. T. B., & Quỳnh, H. T. T. (2018). Trích ly pectin từ cây sương sáo (Mesona chinensis Benth). Tạp chí Khoa học công nghệ và Thực phẩm, 14 (1) (2018) 58-65 17. Vassilis Kontogiorgos (2020). Pectin Technological and Physiological Properties. Springer. 543