Luận Văn Nghiên cứu chiết và đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của pectin thô từ vỏ và cùi bưởi Citrus sp

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Nghiên cứu chiết và đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của pectin thô từ vỏ và cùi bưởi Citrus sp


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ vii
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix
LỜI MỞ ĐẦU . 1
Chương 1: TỔNG QUAN . 2
1.1. Tổng quan về pectin 2
1.1.1. Nguồn gốc và cấu tạo pectin 2
1.1.1.1. Nguồn gốc pectin [5],[14] 2
1.1.1.2. Cấu tạo [4],[5],[19]. 3
1.1.2. Phân loại pectin [33] . 5
1.1.2.1. Theo phần trăm nhóm methoxyl có trong phân tử . 5
1.1.2.2. Theo khả năng hòa tan trong nước 5
1.1.3. Tính chất, hoạt tính sinh học và ứng dụng của pectin 6
1.1.3.1. Tính chất của pectin [5],[7] . 6
1.1.3 .2. Hoạt tính sinh học của pectin [30] . 9
1.1.3.3. Ứng dụng của pectin . 10
1.1.3.4. Trong công nghệ dược phẩm [32],[35] 13
1.1.4. Tình hình nghiên cứu pectin ở Việt Nam và trên thế giới 14
1.1.4.1. Tình hình nghiên cứu pectin ở Việt Nam 14
1.1.4.2. Tình hình nghiên cứu Pectin trên thế giới 14
1.2. Tổng quan về nguyên liệu . 15
1.2.1. Đặc tính thực vật của cây bưởi . 15
1.2.2. Một số loại bưởi phổ biến . 15
1.2.3. Thành phần hóa học của bưởi . 16
1.2.4. Phế liệu bưởi 17
1.3. Một số phương pháp chiết pectin 17
iii
1.3.1. Phương pháp CO
2siêu tới hạn 17
1.3.2 . Phương pháp chiết hồi lưu (soxhlet) . 20
1.3.3. Phương pháp ngâm chiết [8] 20
1.3.3.1. Chiết bằng phương pháp ngấm kiệt (Percolation) 20
1.4. Một số quá trình xảy ra trong quá trình chiết [2] . 21
1.4.1. Quá trình khuếch tán 21
1.4.1.1. Khuếch tán phân tử . 22
1.4.1.2. Khuếch tán đối lưu 23
1.4.2. Quá trình thẩm thấu . 23
1.4.3. Quá trình thẩm tích 23
1.5. Một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết [2] 24
1.5.1. Dung môi 24
1.5.2. Nhiệt độ chiết 24
1.5.3. Thời gian chiết xuất . 25
1.5.4. Độ mịn của nguyên liệu 25
1.5.5. Tỷ lệ dung môi -nguyên liệu . 26
1.5.6 . pH dung môi chiết . 26
1.6. Mô hình thiết kế thí nghiệm Box-Behnken 26
1.6.1. Cơ sở lý thuyết [3] 26
1.6.2. Các bước tiến hành [10] 27
1.7. Phân tích dữ liệu . 29
Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 30
2.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu . 30
2.1.1. Vật liệu . 30
2.1.2. Hóa chất 30
2.1.3. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 30
2.2. Phương pháp nghiên cứu . 30
2.2.1. Phương pháp chiết xuất . 30
2.2.2. Phương pháp định lượng . 30
iv
2.2.3. Phương pháp xác định hoạt tính chống oxy hóa [18] . 31
2.2.4. Phương pháp xác định h àm ẩm . 31
2.2.5. Phương pháp phân tích, xử lý số liệu dữ liệu . 32
2.3. Bố trí thí nghiệm . 32
2.3.1. Quy trình chiết pectin dự kiến . 32
2.3.2. Bố trí thí nghiệm xác định dung môi chiết thích hợp . 33
2.3.3. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ dung môi : nguyên liệuchiết 33
2.3.4. Bố trí thí nghiệm để xác định pH thích hợp . 34
2.3.5. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết thích hợp 34
2.3.6. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ chiết thích hợp . 35
2.4. Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa 36
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 37
3.1. Khảo sát một số yếu tố đầu vào tới hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy
hóa tổng . 37
3.1.1. Ảnh hưởng của loại dung môi chiết lên hàm lượng pectin và hoạt tính chống
oxy hóa 37
3.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ DM:NL lênhàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy
hóa . 39
3.1.3. Ảnh hưởng của pH lên hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 41
3.1.4. Ảnh hưởng thời gian chiết lên hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy
hóa . 44
3.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết lên pectin và hoạt tính chống oxy hóa 47
3.1.5. Tối ưu hóa công đoạn chiết pectin và hoạt tính chống oxy hóa . 49
3.1.6. Phân tích một số thành phần hóa học của pectin chiết từ vỏ và cùi bưởi Citrus
sp . 54
3.1.7. Đề xuất quy trình tách chiếc pectin từ vỏ và cùi bưởi Citrus sp. . 55
3.1.7.1. Sơ đồ quy trình 55
3.1.7.2. Thuy ết minh quy trình . 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 58
v
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 59
Tiếng Việt . 59
PHỤ LỤC . 62
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc pectin . 2
Hình 1.2. Cấu tạo pectin . 3
Hình 1.3. (a) một đoạn lặp đi lặp của phân tử pectin và chức năng của nhóm: (b)
carboxyl; (c) methoxyl; (d) admine trong chuỗi pectin 4
Hình 1.4. Công thức HM pectin . 5
Hình 1.5. Công thức LM pectin . 5
Hình 1.6. Công thức pectin được amide hóa 5
Hình 1.7. Cơ chế gel của pectin bằng lên kết hydro . 7
Hình 1.8. Cơ chế tạo gel của pectin bằng liên kết với ion Ca
2+
. 8
Hình 1.9. Sản phẩm cósử dụng pectin . 10
Hình 1.10. Ứng dụng pectin trong sản xuất bánh kẹo . 11
Hình 1.11. Pectin trong công nghệ chế biến sữa . 12
Hình 1.12. Pectin trong sản xuất đồ uống và nước sốt 13
Hình 1.13. Pectin trong công nghệ dược phẩm 13
Hình 1.14. Một số loại bưởi phổ biến ở Việt Nam . 16
Hình 3.1. Mô hình bề mặt 3D của hàm mục tiêu Y
1 . 52
Hình 3.2. Mô hình bề mặt 3D của hàm mục tiêu Y
2 . 53
Hình 3.3 a. Đồ thị 2D thể hiện sự tương tác giữa 3 yếu tố lên hàm mục tiêu Y
1 53
Hình 3.3b. Đồ thị 2D thể hiện sự tương tác giữa 3 yếu tố lên hàm mục tiêu Y
2 53
Hình 3.4. Mô hình bề mặt 2D trùng lắp của 2 hàm mục tiêuY1và Y2 . 54
vii
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ
Đồ thị 1. Ảnh hưởng của các loại acid đến hàm lượng pectin thô thu được 37
Đồ thị 2: ảnh hưởng của loại acid đến hoạt tính chống oxy hóa của pectin . 38
Đồ thị 3: Sự tương quan giữa hàm lượng pectin thô và hoạt tính chống oxy hóa tổng
38
Đồ thị 4. Ảnh hưởng của tỉ lệ DM:NL đến h àm lượng pectin thu được 39
Đồ thị 5. Ảnh hưởng của tỉ lệ DM:NL đến hoạt tính chống oxy hóa 40
Đồ thị 6: Sự tương quan giữa hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 41
Đồ thị 7. Ảnh hưởng của pH đến lượng pectinthu được 42
Đồ thị 8. Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính chống oxy hóa của pectin 43
Đồ thị 9: Sự tương quan giữa hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 43
Đồ thị 10. Ảnh hưởng của thời gian đến lượng pectin thu được . 44
Đồ thị 11. Ảnh hưởng của thời gian đến hoạt tính chống oxy hóa của pectin . 45
Đồ thị 12: Sự tương quan giữa hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 46
Đồ thị 13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến lượng pectin thu được 47
Đồ thị 14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính chống oxy hóa của pectin 48
Đồ thị 15: Sự tương quan giữa hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy hóa 49
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ
Bảng 1.1. hàm lượng pectin trong các nguyên liệu khác nhau 3
Bảng 1.2. Thể hiện phần trăm pectin trong các phế liệu của Bưởi . 17
Sơ đố 2.2. Bố trí thí nghiệm xác định dung môi chiết thích hợp . 33
Sơ đồ 2.3. Bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ chiết thích hợp 33
Sơ đồ 2.6. Bố trí thí nghiệm xácđịnh pH môi trường chiết thích hợp 34
Sơ đồ 2.5. bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết thích hợp 35
Sơ đồ 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ chiết thích hợp . 35
Bảng 2.1. Bảng quy đổi biến mã và biến thực . 36
Bảng 2.2. Thiết kế thí nghiệm theo biến mã và biến thực bằng mô hình Box-behnken . 36
Bảng 3.1. Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa . 49
Bảng 3.2. Bảng thể hiện độ lệch chuẩn, độ tương tác và F của các yếu tố và hàm
mục tiêu . 50
Bảng 3.3. Bảng thể hiện xác suất và hệ số mô hình c ủa 2 hàm mục tiêu 51
Bảng 3.4. Một số thành phần hóa học của pectin chiết từ vỏ và cùi bưởi . 55
Sơ đồ 3.1. Quy trình tách chiết pectin đề xuất từ vỏ và cùi bưởi 56
Bảng 4.1. Ảnh hưởng của dung môi đến hàm lượng pectin thu được và hoạt tính
chống oxy hóa của pectin 62
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ DM:NL đến hàm lượng pectin thu được và hoạt tính
chống oxy hóa của pectin 62
Bảng 4.3. Ảnh hưởng đến lượng pectin thu được và hoạt tính chống oxy hóa của
pectin . 63
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của thời gian đến lượng pectin thu được và hoạt tính chống
oxy hóa của pectin. 63
Bảng 4.5. Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng pectin thu được vàhoạt tính chống
oxy hóa của pectin . 64
ix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
DM:NL Dung môi: Nguyên liệu
NL Nguyên liệu
SC-CO2 Supereritical carbon dioxide
TA Total antioxidant(Hoạt tính chống oxy hóa tổng)
SD Standard deviation(Độ lệch chuẩn)
HG Homogalacturonan
RG-I Rhamnogalacturonan-I
RG-II Rhamnogalacturonan-II
LMP Low methoxyl pectin( pectin methoxyl hóa thấp)
HMP High methoxyl pectin ( pectin methoxyl hóa cao)
MI chỉsốmethoxyl hóa
DE chỉsốester hóa
1
LỜI MỞ ĐẦU
Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nhiều ngành công nghiệp
trong nước ngày càng phát triển, trong đó ngành công nghệth ực phẩm hiện nay
phát triển rất mạnh và góp phần cung cấp một lượng lớn thực phẩm cho xã hội, các
sản phẩm của ngànhnhư bánh kẹo, nước giải khát, sữa, mứt đông, mứt . đáp ứng
lượng lớn cho nhu cầu của Việt Nam cũng như trên thế giớihiện nay và sau này.
Đểcó được những sản phẩm như vậy, một thành phần không thểthiếu và
đóng vai trò quan trọng trong các sản phẩm đó là pectin. Chúnglà phụgia quí và vô
hại có khảnăng tạo gel, tạo đông trong công nghệchếbiến đểtạo ra các sản phẩm
đa dạng và phong phú, dễbảo quản khi vận chuyển.
Lượng pectin còn có nhiều trong phế liệu rau quả,trong công ngh ệchếbiến
nước ép trái cây đặc biệt là vỏ -cùi bưởi Chúnglà nguồn nguyên liệu rẻtiền, dễ
kiếm, được thu nhận từ những phần không ăn được hay những phần kém giá trịdinh
dưỡng. Tái sử dụng phế liệu nông sản đểchiết xu ất pectin góp phần tạo sản phẩm
giá trị gia tăng, bảo vệmôi trường và đem lại giá trịkinh tếcao.
Vì những đặc điểm trên mà chúng tôi đã đưa ra hướng nghiên cứu củađềtài
“Nghiên cứu chiết và đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của pectinthô từvỏvà
cùi bưởi Citrus sp” với các nội dung như sau:
-Nghiên cứu xác định dung môi chiết pectin (loạ i, nồng độ và tỷ lệ dung môi
nguyên liệu)
-Nghiên cứu xác định nhiệt độ, thời gian chiết pectin.
-Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của pectin thô thu được.
-Xác định một số thành phần hóa học của pectin thô.
2
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về pectin
1.1.1. Nguồn gốcvà cấu tạo pectin
1.1.1.1. Nguồn gốc pectin[5],[14]
Pectin là hợp chất phức tạp của polysaccharide,chiếm khoảng 1/3 thành tế
bàothực vật bậccao. Một tỉlệnhỏpectin được tìm thấy trong thành tếbào của cây
cỏ(Kertesz, 1951).
Pectin có nhiều ởquả, củhoặc thân cây .Trong thực vật, pectin tồn tại dưới
hai dạng: dạng protopectin không tan tồn tại chủyếu ởthành tếbào, dạng hòa tan
của pectin tồn tại chủyếu ởdịch tếbào.
Hình 1.1. Cấu trúc pectin
Trái. Thành tếbào thực vật Phải. Trong thành tếbào thực vật.
Pectin như một loại keo gắn chặt các tếbào thực vật với nhau, vì thếngười ta
gọi chúng là xi măngtrong cấu trúc tếbào thực vật.
Khi quảcòn xanh, chúnglà protopectin, protopectin chiếm tỉlệkhá cao,
protopectin không hòa tan trong nước giúp cho quảcứng.
Khi quảchíndần, dưới tác dụng enzyme protopectinase, protopectin sẽ
chuy ển sang pectin hòa tan (pectin) và araban, làm giảm sựliê n kết giữa các tếbào,
quảtrởnên mềm hơn. Quá trình này xảy ra dưới tác dụng của acid và nhiệt độ
trong quá trình chần ở60-85
0
C.
3
 Nguồn nguyên liệu chứa pectin [6]
Pectin chứa nhiều trong các loại quảcủa trái cây: bưởi, táo, mận, cam, chanh,
cà rốt Chúng tồn tại với những hàm lượng khác nhau trong quả, củhoặc thân của
một sốloài thực vật. Bảng 1.1 sau đây sẽ thể hiện một số loại nguyên liệu chứa
pectin.
Bảng 1.1.hàm lượng pectin trong các nguyên liệu khác nhau
Nguyên liệu Hàm lượng pectin
Bã táo 10-15%
Củcải đường 10-20%
Đài hoa hướng dương 15-25%
Vỏcitrus 20-35%
1.1.1.2. Cấu tạo [4],[5],[19].
Cấu trúc của pectin rất khó để xác định vì pectin có thể thay đổi trong quá
trình côlập từ thực vật, lưu trữ và chế biến nguy ên liệu thực vật (Novosel’skay et
al, 2000).
Các chất pectin là các polysaccharide, mạch thẳng, cấu tạo từ sự liên kết giữa
các mạch củaphân tử acid D-galacturonic C
6H10O7
, liên kết với nhau bằng liên kết
glucoside. Trong đó một số gốc acid có chứa nhóm thế methoxyl (-OCH3).
Hình 1.2. Cấu tạo pectin
Một chuỗi pectinbao gồm vài trăm đến khoảng 1.000 đơn vịsaccharide,
khối lượng phân tửphụthuộc nguồn thu, trung bình từ50 – 150kDa.
Những acid galacturonic có chứa nhóm carboxyl, một s ốtrong đó xuất hiện
tựnhiên như là este methyl và những chất khác sẽđược xửlý với amoniac đểsản
xuất hợp chất carboxamide.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Bùi Anh Võ, Nguy ễn Đức Lượng, (2010). Nghiên cứu thu nhận pectin từ vỏ
cà phê, Science & Technology Development, 13(2) , 46 –56.
2. Đặng Xuân Cường, (2009), Nghiên cứu thu nhận dịch chiết có hoạt tính
kháng khuển từrong nâu Dictyota Dichotoma Việt Nam, luận văn thạc sĩ,
trường đại học Nha Trang.
3. Đặng Văn Giáp, (2002). Thiết kế& tối ưu hóa công thức và quy trình, NXB
Y học.
4. .Lê Ngọc Tú, (2001). hóa học thực phẩm, nxb Khoa học và kỹ thu ật Hà
Nội.4
5. Lê Ngọc Tú, (2002). hóa sinh công nghiệp, NXB KH&KT Hà Nội.
6. MT Đensikov, (1997). Tận dụng phếliệu của công nghiệp thực phẩm, NXB
khoa học và Kỹthu ật.
7. Nguyễn Đức Lượng, (2004). Cơ sởvi sinh vật công nghiệp, NXB Đại học
Quốc gia thành phốHCM, 237tr.
8. Nguyễn Khắc Huỳnh Cứ, (1999).“bài giảng chiết xuất dược liệu“, trường
Đại học Y Dược TPHCM.
Tiếng Anh
9. Erika Kliemann, Karina Nunes de Simas, Edna R. Amante, Elane
Schwinden et al., (2009). Optimisation of pectin acid extraction from passion
fruit peel (Passiflora edulis flavicarpa) using response surface methodology,
International Journal of Food Science and Technology, 44, 476–483.
10. GEP Box and DW Behnken, (1960). Some new three level designs for the
study of quantitative vari-ables, Technometrics, 2,455–475.
11. Hamida abid, Arshad hussain, shamsher ali and Javed ali, (2009). Technique
for optimum extraction of pectin from sour orange peels and its chemical
evaluation, J.Chem.Soc.Pak, 31(3), 459 –461.
60
12. Jayani RS, Saxena S, Gupta R., (2005). Microbial pectinolytic enzymes: A
review. Process Biochem,40, 2931-44.
13. Kerry Hosmer Caffall, Debra Mohnen, (2009). The structure, function, and
biosynthesis of plant cell wall pectic polysaccharides, Carbohydrate
Research, 344, 1879 –1900.
14. Laurence M. Harwood, Christopher J. Moody. Experimental organic
chemistry: Principles and Practice (Illustrated edition ed.). 122 -125.
15. M. Mukhopadhyay. (2000). Natural Extracts Using Supercritical Carbon
Dioxide.CRC Press.
16. Mohnen D, (2002). Biosynthesis of pectins. In GB Seymour, JP Knox, eds,
Pectins and Their Manipulation. Blackwell Publishing and CRC Press,
Oxford, 52–98.
17. Padival, R.A., S. Ranganna and S.P. Manjrekar, "Low Methoxyl Pectins
from Lime Peel", J. Fd Technol. 14, 333-342 (1979).
18. Prieto, P., Pineda, M., & Aguilar, M, 1999. Spectrophotometric quantitation
of antioxidant capacity through the formation of a phosphomolybdenum
complex: Specific application to the determination of vitamin E. Analytical
Biochemistry, 269, 337–341.
19. . Pornsak Sriamornsak, Chemistry of Pectin and ItsPharmaceutical Uses: A
Review.
20. Soxhlet,F., (1879). Die gewichtsanalytische Bestimmung des Milchfettes,
Polytechnisches J. (Dingler's), 232, 461.
21. S.S.H. Rizvi. (1986). Supercritical fluid Processing of food and
biomaterials.
22. Vincken JP, Schols HA, Oomen RJFJ, et al., (2003). If homogalacturonan
were a side chain of rhamnogalacturonan I: implications for cell wall
architecture. Plant Physiol,132: 1781-9.
23. Willats WGT, Knox p, Mikkelsen JD., (2006). pectin: new insights into an
old polymer are starting to gel. Trends Food Sci Techol,17: 97-104.
61
Internet
24. http://www.ctu.edu.vn/departments/dra/journal/vol10/15.pdf.
25. http://www.ippa.info/history_of_pectin.htm.
26. http://www.khamchuabenh.com/read.php?2277.
27. 10.http://vinanet.com.vn/tin-thi-truong-hang-hoa-viet-nam.gplist.286.gpopen.197417.gpside.1.gpnewtitle.nam-2011-san-xuat-nong-nghiep-tang-4-8.asmx.
28. http://ykhoa.net/duoc/sudungthuoc/27_101.htm.
29. 12.http://translate.google.com.vn/translate?hl=vi&langpair=en%7Cvi&u=htt
p://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTOTAL-SPKJ200805066.htm.
30. http://www.eva.vn/suc-khoe/dung-bo-phi-pectin-trong-cui-va-hat-buoi-c131a55136.html.
31. 14.http://thuvientructuyen.vn/chi-tiet-tai-lieu/luan-van-tot-nghiep-chiet-xuat-pectin-tu -phe-lieu-buoi/23053.ebook .
32. http://www.ippa.info/history_of_pectin.htm.
33. http://www.ippa.info/types_of_pectin.htm.
34. http://www.ippa.info/what_is_pectin.htm.
35. 18.http://www.herbstreith-fox.de/en/applications-for-pectins/additional-applications.html.
36. 19.http://www.herbstreithfox.de/fileadmin/tmpl/pdf/broschueren/The_Speci
alists_for_Pectin.pdf.