Công nghệ sản xuất Pectin

t loại keo gắn chặt các tế bào thực vật với nhau, vì thế người ta gọi chúng là chất ciment trong cấu trúc tế bào thực vật. ™ Khi quả còn xanh, ciment là protopectin, protopectin chiếm tỉ lệ khá cao, protopectin không hòa tan trong nước giúp quả có độ cứng. ™ Khi quả chín dần, dưới tác dụng enzyme protopectinase, protopectin sẽ chuyển sang pectin hòa tan (pectin) và araban, làm giảm sự liên kết giữa các tế bào, quả trở nên mềm hơn. Quá trình này cũng xảy ra dưới tác dụng của acid và nhiệt độ trong quá trình chần ở 60 – 85oC. ™ Trong thực vật các pectin thường liên kết với cellulose ở vách tế bào dưới dạng phức hợp chưa biết rõ (hình 1). ™ Pectin tồn tại với những hàm lượng khác nhau trong quả, củ hoặc thân của một số loài thực vật: trong táo 10 – 15%; quả citrus 20 – 50%; củ cải đường 10 – 20%; đài hoa hướng dương 15 – 25%. 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. GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 2 Hình 1: Pectin trong cấu tạo của thành tế bào thực vật Bảng I.1: Phần trăm pectin trong các phần phế liệu của bưởi Các phế liệu 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 25,2 Vỏ hạt 3 – 5 5,3 12,4 Bã tép 10 - 16 5,2 - I. 2. Cấu tạo phân tử pectin: [4], [5], [14] ™ Các chất pectin là các polysaccharide, mạch thẳng, cấu tạo từ sự liên kết giữa các mạch của phân tử acid D-galacturonic C6H10O7, liên kết với nhau bằng liên kết 1, 4- glucoside. Trong đó một số gốc acid có chứa nhóm thế methoxyl (-OCH3). Chiều dài của chuỗi acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị acid galacturonic. GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 3 ™ Cấu tạo 1 đơn vị của chuỗi pectin : Hình 2: Cấu tạo một đơn vị chuỗi pectin ™ 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 acid 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, mận 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 acid pectinic để chỉ chất được methyl hóa thấp hơn 100%. Còn tên gọi acid pectic để chỉ acid polygalacturonic hoàn toàn không chứa nhóm methoxyl. ™ Trong thực tiễn thì tên pectin dùng để chỉ cả acid pectinic và pectin. I. 3. Tính chất của pectin: [2], [5] ™Pectin thuộc nhóm các chất làm đông tụ. Pectin được xem là 1 trong những phụ gia thực phẩm an toàn và được chấp nhận nhiều nhất, và điều này được chứng minh bởi hàm lượmg ADI 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). ™ 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. GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 4 ™ Đặc tính quan trọng của pectin là khi có mặt của acid và đường nó có khả năng tạo đông (tạo gel). Vì vậy, nó được ứng dụng phổ biến trong kỹ nghệ sản xuất bánh kẹo. ™ Dung dịch pectin có độ nhớt cao. Nếu muốn thu dịch quả ép thì dung dịch này bất lợi, người ta phải dùng enzyme pectinase để thủy phân pectin, giảm độ nhớt. Ví dụ nước cà chua 90 – 92% H2O 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 acid pectinic (thường dưới dạng muối Ca và Mg) và các chất đơn giản khác như rượu methylic, acid acetic, arabinose, galactose. ™ Cơ chế quá trình thủy phân pectin rất phức tạp, nó chia làm hai giai đoạn. Quá trình chuyển hóa pectin có thể xảy ra trong điều kiện yếm khí, cả hai quá trình đều xảy ra rất mạnh trong điều kiện tự nhiên. Ta có thể xem quá trình xảy ra từng bước đó như sau: • Giai đoạn thứ nhất thủy phân chất pectin thành đường: ( )46 68 40 2 6 12 6 5 10 5 5 10 54 3 3 10 4 2 2 C H O H O CHO CHOH COOH C H O C H O C H O CH COOH CH OH + = + + + + + • Giai đoạn thứ hai là biến đường thành các sản phẩm lên men: Khi lên men galactose sẽ tạo thành acid buthyric, khí cacbonic,hydro và tỏa một ít năng lượng: 6 12 6 3 2 2 2 22 2C H O CH CH CH COOH CO H mKCal= + + + Khi lên men arabinose sẽ tạo thành acid buthyric, khí cacbonic, nước và tỏa một ít năng lượng: 5 10 5 3 2 2 2 2C H O CH CH CH COOH CO H O mKCal= + + + ™ Pectin hòa tan khi bị tác dụng của chất kiềm loãng hoặc enzyme pectinase sẽ giải phóng nhóm methoxyl dưới dạng rượu methylic, polysaccharide còn lại khi đó gọi là acid pectic tự do, nghĩa là chứa acid polygalacturonic. Acid 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 acid pectic tự do, nó mất khả năng tạo gel khi có đường như trong trường hợp của pectin hòa tan ban đầu. Vì vậy để duy trì khả năng tạo gel của pectin hòa tan cần chú ý tránh môi trường kiềm hoặc tác dụng thủy phân của enzyme pectinase. ™ Pectin được đặc trưng bởi các chỉ số sau: ¾ Chỉ số methoxyl (MI): biểu hiện tỉ lệ methyl hoá, là phần trăm khối lượng nhóm methoxyl (-OCH3) trên tổng khối lượng phân tử. GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 5 Sự methyl hóa hoàn toàn tương ứng với chỉ số methoxyl bằng 16,3% còn các pectin tách ra từ thực vật thường có chỉ số methoxyl từ 10% đến 12%. ¾ Chỉ số ester hóa (DE): thể hiện mức độ ester hóa của pectin, là phần trăm về số lượng của các gốc acid galactoronic được ester hoá trên tổng số lượng gốc acid galacturonic có trong phân tử. I. 4. Phân loại pectin: [5], [13] I. 4. 1. Theo % nhóm methoxyl có trong phân tử: ™HMP (High Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl cao (HMP): MI > 7%, trong phân tử pectin có trên 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE > 50%). Hình 3: Công thức HM pectin ™LMP (Low Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl thấp: MI < 7%, khoảng từ 3 – 5%, trong phân tử pectin có dưới 50% các nhóm acid bị ester hóa (DE ≤ 50%). Hình 4: Công thức LM pectin 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 5: Công thức pectin được amid hóa GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 6 I. 4. 2. Theo khả năng hòa tan trong nước: ™ Pectin hòa tan (methoxyl polygalacturonic): Pectin hòa tan là polysaccharide cấu tạo bởi các gốc acid galacturonic trong đó một số gốc acid có chứa nhóm thế methoxyl. ™ Pectin không hòa tan (protopectin): là dạng kết hợp của pectin với araban (polysaccharide ở thành tế bào). II.Cơ chế tạo gel của pectin và các yếu tố ảnh hưởng: II.1. Cơ chế tạo gel của pectin: [1], [5], [18] Tùy loại pectin có mức độ methoxyl hóa khác nhau mà có cơ chế tạo gel khác nhau: ™ HMP : Tạo gel bằng liên kết hydro Hình 6: Cơ chế tạo gel bằng liên kết hydro • Điều kiện tạo gel: [Đường] > 50%, pH = 3 - 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. GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 7 • Ion H+ được thêm vào hoặc đôi khi chính nhờ độ acid của quả chế biến trung hòa bớt các gốc COO-, làm giảm độ tích điện 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 trong 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 không 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 biệt với gel thạch hoặc gelatin. • Cấu trúc của gel: phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm lượng pectin, loại pectin và nhiệt độ. 9 30 – 50% đường thêm vào pectin là saccharose. Do đó cần duy trì pH acid để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường saccharose, ngăn cản sự kết tinh của đường saccharose. Tuy nhiên cũng không nên dùng quá nhiều acid vì pH quá thấp sẽ gây ra nghịch đảo một lượng lớn saccharose gây kết tinh glucose và hoá gel nhanh tạo nên các vón cục. 9 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. 9Khi sử dụng một lượng cố định bất cứ một loại pectin nào 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+ Hình 7: Cơ chế tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+ GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 8 • Điều kiện tạo gel: khi có mặt Ca2+, ngay cả ở 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 acid. • 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: phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ và chỉ số methoxyl. Gel pectin có chỉ số methoxyl thấp thường có tính chất đàn hồi giống như gel agar – agar. • Ứng dụng: cho phép chế tạo được thịt đông có độ cứng bền ngay cả ở khí hậu nhiệt đới (khác với đông gelatin). II. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel: [4], [5] Gồm 4 yếu tố: chất lượng pectin, đường, nước và acid. II. 2. 1. 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 cần 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 ở 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. ¾ Chiều dài của phân tử quyết định độ cứng của gel: • Nếu phân tử pectin quá ngắn thì nó sẽ không tạo được gel mặc dù sử dụng với liều lượng cao. • Nếu phân tử pectin quá dài thì gel tạo thành rất cứng. ¾ Mức độ methoxyl hoá 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. GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 9 Bảng II.1 : Tác dụng của DE của pectin lên sự tạo gel Điều kiện tạo gel DE (%) pH Đường (%) Ion hóa trị II Tốc độ tạo gel > 70 2,8 – 3,4 65 Không Nhanh 50 – 70 2,8 – 3,4 65 Không Chậm < 50 2,5 – 6,5 0 Có Nhanh II. 2. 2. Nước: Nước là dung môi để pectin có thể trương nở và khuếch tán tạo nên dung dịch đồng thể. Nước đóng vai trò quan trọng giúp pectin định hướng và sắp xếp lại mạch phân tử của chúng. Thông thường khi độ ẩm của dung dịch tạo keo tăng lên thì quá trình keo hóa diễn ra càng nhanh. II. 2. 3. 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 trò của chất hydrate hóa, ngậm mất phần nước đang liên kết với pectin. Khi đó pectin trở nên không hòa tan. Cộng với tác động của ion H+ từ lượng acid sử dụng để tạo đông, H+ làm trung hòa điện tích của các gốc COO- trên mạch phân tử pectin, tạo gốc -COOH. Vì thế sợi pectin không còn đẩy nhau mà tiến lại gần nhau và tạo mạng. ™ Lượng đường trong hỗn hợp pectin – đường – acid 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 đông. Nếu hàm lượng đường dùng cao hơn, sự kết tinh đường có thể xảy ra trên bề mặt hạt keo, hoặc ngay trong hệ keo. Để có thể khắc phục có thể thay thế một phần đường saccharose bằng đường glucose nhằm tránh hiện tượng kết tinh đường. Với pectin chất lượng càng tốt thì thì lượng pectin dùng để gel hóa cùng một lượng đường càng ít. II. 2. 4. Acid: ™ Pectin chỉ có thể tạo gel trong môi trường acid có pH < 4. ™ Trong môi trường có H+, các phân tử pectin tích điện âm sẽ bị trung hòa và trở thành dạng trung hòa điện dễ tạo đông tụ. Hơn nữa, ion H+ sẽ thay thế các ion kim loại (nếu có) trong nhóm cacboxyl của phân tử pectin và chuyển dạng muối pectat (không tạo đông) thành dạng pectin (có tạo đông). GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 10 ™ Acid sử dụng để tạo đông cần có mức độ phân ly cao hơn acid pectic để acid này có thể ngăn cản sự phân ly của acid pectic, và giữ cho chúng ở dạng trung hòa 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 acid, 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 độ pH từ 3 đến 3,5. ™ Mức độ tạo gel chỉ tăng đến một giới hạn nào đó của nồng độ acid rồi sẽ ngừng lại bởi vì ở ngưỡng nồng độ đó toàn bộ gốc COO- của phân tử pectin đã được trung hòa điện tích. Nên dù có tăng thêm ion H+ cũng không thể tăng thêm mức độ tạo gel. Nồng độ acid để tạo 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 lên 1 đơn vị. ™ Nếu phải sử dụng pectin có khả năng đông tụ yếu thì nên tăng nồng độ acid lên. Nhưng việc tăng nồng độ này lại dễ làm tăng lượng đường chuyển hóa và làm tăng tính háo nước của sản phẩm. III. Nguyên liệu sản xuất pectin: [7], [18] Hình 8 : Một số nguyên liệu sản xuất pectin GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 11 ™ Nguyên liệu quan trọng nhất được dùng để chế tạo pectin là các phế liệu thu được trong sản xuất một số loại sản phẩm rau quả, thường là táo hay quả có múi, ví dụ như vỏ cam quýt, bã táo còn lại sau khi sản xuất nước táo…. Các phụ phẩm này được sấy khô bảo quản để sử dụng trong thời gian dài. Với 1g bã táo khô, bậc tạo gel ứng với 25 – 35, còn với cùng lượng vỏ cam quýt khô thì bậc tạo gel đạt ít ra là 6 lần cao hơn bậc tạo gel của bã táo khô. Trong thực tế người ta biểu thị khả năng tạo gel của các loại pectin bằng các chỉ số hay bậc tạo gel. ™ Trong các loại quả họ cam quýt thì chanh và bưởi được ưa thích hơn cam. Lượng pectin ở vỏ cam quýt chiếm từ 20 – 50% trọng lượng khô, còn ở bã táo từ 10 – 20%. • Sản phẩm pectin từ vỏ trái cây có múi : Được chiết xuất từ vỏ chanh, vỏ cam và vỏ bưởi. Vỏ của các loại trái cây này là sản phẩm phụ của quá trình ép nước quả và có chứa hàm lượng pectin cao với những tính chất mong muốn. Hình 9 : Vỏ chanh cam dùng sản xuất pectin • Sản phẩm pectin từ táo : Bã táo, phần thu nhận được từ quá trình ép nước táo, là nguyên liệu thô cho sản phẩm pectin từ táo. Những sản phẩm này có màu sắc tối hơn (màu nâu) so với pectin từ các loại trái cây có múi nhưng khác nhau về chức năng. Hình 10: Táo cho bã sản xuất pectin IV. Các quy trình công nghệ sản xuất pectin trong công nghiệp: [3], [5] IV.1. Quy trình sản xuất pectin từ phế liệu quả citrus: GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 12 IV. 1. 1. Quy trình sản xuất dịch pectin từ phế liệu quả citrus: Chế phẩm pectin cô đặc Bã lọc Dd HCl loãng Thanh trùng Rót bao bì Trung hòa Trích ly pectin Xay nhỏ Xử lý đắng Tách hạt Cùi, bã Dd Na2CO3 Ép Cô đặc chân không Lọc Hạt Bã ép Bao bì GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 13 IV.1. 2. Quy trình sản xuất pectin dạng bột khô từ pectin cô đặc: Pectin cô đặc Đông tụ Lọc lấy bã Rửa bã Sấy chân không Nghiền nhỏ Cồn 950 Dịch lọc Bột pectin Cồn 900 GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 14 IV. 1. 3. Thuyết minh qui trình công nghệ sản xuất dịch pectin từ phế liệu quả citrus: Người ta thường chế pectin ở dạng dung dịch, cũng có một số chế phẩm pectin ở dạng bột. ™ Cùi và bã citrus được rửa sạch, tách hạt, cắt nhỏ rồi rửa nước ấm (50 – 60oC) để loại bỏ các glucoside còn sót lại. Sau đó đưa nhiệt độ lên tới 95 – 98oC để làm mất hoạt tính của enzyme phân giải pectin. ™ Sau đó là giai đoạn chiết rút pectin bằng cách đun nóng trong nước chứa acid (chlohydride, sulfuric, sulfurơ) thường người ta dùng lượng nước gấp ba lần lượng vỏ khô, pH =1,3 – 1,4; nhiệt độ 90 – 100oC và thời gian đun là khoảng 1 giờ. ™ Quá trình thủy phân kết thúc khi độ khô dung dịch đạt 2% (pectin 0,7 – 1,0%; đường 1,0 – 1,3%). Một ít tạp chất như tinh bột và protein lẫn với pectin sẽ được loại bỏ nhờ các enzyme phân giải protein. Việc xử lý này được thực hiện ở pH = 4,5 - 5 (điều chỉnh bằng dung dịch natri cacbonate) và ở nhiệt độ 40 – 50oC. ™ Khi đã loại bỏ hết tinh bột (kiểm tra bằng iod), điều chỉnh pH dung dịch tới 3 bằng cách thêm acid citric rồi đưa nhiệt độ lên 80oC để làm mất hoạt tính của enzyme. Dung dịch có thể được làm mất màu nhờ anhydride sulfurơ, rồi cho lọc ép bằng máy ép thuỷ lực sau đó dung dịch pectin được làm sạch và lắng gạn, thu dung dịch pectin trong suốt. ™ Sau khi lọc lấy dung dịch rồi cô đặc đến độ khô 10% thu được chế phẩm pectin với hàm lượng 4 – 5% đem bảo quản để nấu mứt. Cô đặc trong chân không ở nhiệt độ 55 – 60C và độ chân không từ 600mmHg trở lên. ™ Sau khi cô đặc thì nâng nhiệt lên 75 – 79C, rót vào bao bì và thanh trùng. Pectin cô đặc có thể bảo quản bằng SO 2 không qua thanh trùng. ¾ Trung bình 100kg cùi quả cho 50 – 70l dung dịch pectin độ khô 10%. ¾ Để thu pectin ở dạng bột người ta đông tụ pectin lỏng bằng cồn ethylic 95C rồi lọc để tách pectin khỏi hỗn hợp rượu – nước. Kết tủa pectin được rửa lại bằng cồn 90C, đem sấy ở máy sấy chân không trục rỗng ở 60 –70C đến khi độ ẩm còn 3 – 4%, nghiền nhỏ và đóng bao. IV. 2. Quy trình sản xuất pectin từ bã táo: GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 15 Bã táo tươi Ép Nghiền Sấy Nghiền nhỏ Trích ly Đường hóa Lọc Cô đặc chân không Kết tủa pectin Lọc ép Sấy Nghiền Bao gói Sản phẩm Dịch thải Rượu ethylic 35% 0,3 % HCl khuấy trong 8 - 10 phút Bã lọc Bã ép Bao bì Khuấy trộn đều T0C: 88 - 920C thời gian: 30 - 60 phút IV. 2. 1. Quy trình sản xuất bột pectin từ bã táo: GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 16 IV. 2. 2. Thuyết minh qui trình công nghệ sản xuất bột pectin từ bã táo tươi: ™Bã táo tươi đem nghiền nhỏ đến kích thước vụn không quá 5mm, rồi sấy đến độ ẩm 8 – 10% (nhiệt độ sấy 80 – 100oC) bã khô sau đó đem nghiền nhỏ đến kích thước vụn 2 – 3 mm và để làm tơi cục. Tiếp theo bã được cho vào nồi trích ly bằng nước đã được acid hóa bằng H2SO3 đến pH = 2,5 – 3,5 với tỷ lệ bã táo:nước = 1:2,6. Nhiệt độ trích ly là 85 – 92oC trong thời gian 1 giờ. Lọc ép lấy dịch trích ly. ™Dịch trích ly có chứa pectin, đường và các polysaccharide, vì vậy dịch trích ly phải đem thủy phân bằng men trong một thiết bị khác có pH = 4,5 – 5 (kiềm hóa bằng Na2CO3) thời gian 30 – 60 phút ở nhiệt độ 45 – 60oC (để đường hóa tinh bột, người ta cho 0,5% canh trường nấm mốc Aspergillus Oryzae nuôi cấy trên cám mì). Như vậy, các polysaccharide sẽ chuyển thành đường và sau khi chế biến có thể dễ dàng cùng với đường tách ra khỏi pectin. ™Dịch trích ly đã đường hóa được đem lọc và cô đặc trong thiết bị cô chân không ở nhiệt độ 55 – 60oC đến độ khô 15% theo khúc xạ kế, trong đó chứa khoảng 3% pectin. ™Dịch cô đặc đem xử lý bằng rượu ethylic 95% theo tỷ lệ thể tích rượu:dịch trích ly = 1,2:1, cho thêm vào 0,3% acid HCl theo thể tích của toàn hỗn hợp, khuấy trong thời gian 8 – 10 phút. Lọc, tách tủa pectin ra khỏi dung dịch bằng máy lọc ép hay lọc rửa, sau đó rửa lại bằng C2H5OH 95% với lượng 60 – 70% so với pectin. Tủa sau đó được sấy chân không ở 60 – 70oC. Pectin khô đem nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi. Bột khô đóng thùng, có màng polymer không thấm nước. ™Người ta thu hồi rượu trong dịch trích ly đã kết tủa pectin bằng phương pháp chưng cất thường, trong dung dịch sau khi chưng cất rượu còn chừng 7 – 9% đường có thể cho lên men để lấy rượu. GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 17 IV. 2. 3. Quy trình công nghệ sản xuất dịch pectin từ bã táo: Tỉ lệ nước/bã khô: 16/1-16/2 t 0 : 88 - 920C pH: 3,0 - 3,4 thời gian: 1 giờ Sản phẩm Thanh trùng Rót vào bao bì Đun nóng 75 - 770C Cô đặc chân không Lọc Tẩy màu Thủy phân dịch chiết Rây Trích ly Nghiền nhỏ Sấy Nghiền Ép Bã táo tươi Ngâm Bã Than hoạt tính Chế phẩm men của Aspergillus oryzae Bã ép Ép bã Bã lọc Bao bì GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 18 IV. 2. 4. Thuyết minh qui trình công nghệ sản xuất dịch pectin từ bã táo tươi: ™Đầu tiên ngâm bã táo nghiền vào nước lạnh (10 – 15oC) để chiết đường, acid, các chất thơm, chất màu và các chất khác. Cho bã vào thùng trích ly cùng với nước, trộn đều và để lắng 15 phút. Xả nước ra và cho nước mới vào, cứ tiếp tục cho đến khi hàm lượng chất khô trong nước rửa giảm tới 0,2%. ™Sau khi được tách hầu hết các chất trên thì đem trích ly pectin. Quá trình thực hiện trong nước (tỉ lệ H2O:bã khô = 16/1–16/2) ở nhiệt độ 88 – 92oC trong một giờ, với pH = 3,0 – 3,4 (acid hóa bằng acid sulfuric, citric, hay các acid khác). ™Kết thúc quá trình trích ly, ta lọc ép thu dịch trích. Dịch này, ngoài pectin còn có một ít tinh bột và protit cần phải trích ly để có thành phần tinh khiết. Muốn vậy, phải cho thủy phân men dịch chiết bằng chế phẩm men của Aspergillus Oryzae tỉ lệ 5% so với dịch chiết đã trung hòa sơ bộ đến pH = 4,5 và đun nóng đến 45 – 50oC. Dịch chiết có chế phẩm men tiếp tục giữ trong 30 phút, sau đó đem tẩy màu bằng than hoạt tính (cho thêm than vào dịch với tỉ lệ 0,5 – 1% và lọc qua máy lọc ép). ™Cuối cùng dịch chiết chỉ còn pectin với nồng độ thấp 0,3 – 0,7%. Do đó phải đem cô đặc chân không (nhiệt độ sôi không quá 60oC) để làm giảm thể tích từ 6 – 10 lần, chứa 8 – 10% chất khô. Đun nóng thành phẩm đến 75 – 77oC, rót chai thủy tinh hay hộp sắt, ghép kín và thanh trùng 80oC trong 40 – 60 phút. ™Pectin khô dạng bột cũng như dịch đặc pectin được dùng trong sản xuất mứt đông từ nước quả và các mứt dẻo khác từ các loại quả kém tạo đông. ™Thực tế để sản xuất có thể sử dụng tất cả các loại nước quả chế biến công nghiệp. Độ acid của nước quả không quá 1%. ™Dịch pectin nồng độ thường chừng 5%, dung dịch này cần chuẩn bị trước. Khi nấu, người ta trộn nước quả với đường và cô đặc thành sirô 65% chất khô, sau đó thêm dung dịch pectin trong nước 5% và tiếp tục nấu cho tới hàm lượng chất khô 65%, đem lọc dịch, rót vào cốc, làm lạnh và được sản phẩm. GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 19 IV. 3. Quy trình sản xuất dung dịch pectin từ đu đủ xanh: IV. 3. 1 Quy trình sản xuất dung dịch pectin từ đu đủ xanh: Đu đủ xanh Rửa Loại bỏ vỏ, hạt Xắt lát Xay nhuyễn Tẩy trắng Ép loại dịch Trích ly Lọc Kết tủa Lọc lấy tủa Rửa tủa Sấy Xay mịn Bao gói Tạp chất Vỏ, hạt Nước HClO Cồn Cồn Túi nylon Dịch thải Bã Bột pectin Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi: 1/5-1/10 t0: 45 - 950C thời gian: 20 - 60 phút Dịch thải GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 20 IV. 3. 2.Thuyết minh qui trình công nghệ sản xuất dịch pectin từ quả đủ xanh: o Rửa: Mục đích: ƒ Loại bỏ bụi bặm, đất cát, rác rưởi dính hoặc theo nguyên liệu vào dây chuyền. ƒ Loại bỏ phần lớn vi sinh vật bám trên nguyên liệu ƒ Tẩy sạch một số chất hoá học gây độc hại như: thuốc trừ sâu, thuốc kích thích ra quả… o Loại bỏ vỏ, hạt: Mục đích: ƒ Làm giảm khối lượng chế biến không cần thiết ƒ Tránh ảnh hưởng xấu của những phần không sử dụng này đến chất lượng sản phẩm o Xắt lát thành lát mỏng: Mục đích: ƒ Làm tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu và nước từ đó làm tăng độ hoà tan của một số chất màu, đường … ƒ Giúp cho công đoạn nghiền nhỏ đu đủ được dễ dàng o Xay nhuyễn: Mục đích: ƒ Tăng diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi ƒ Phá vỡ cấu trúc tế bào, tạo sự tiếp xúc triệt để giữa dung môi và nguyên liệu giúp quá trình trích ly thực hiện nhanh chóng. o Tẩy trắng: Dùng HClO cho từ từ vào nguyên liệu sau khi xay nhuyễn và khuấy trộn đều, lượng HClO sử dụng khoảng 1000ppm. Mục đích: tẩy trắng nguyên liệu, đảm bảo chế phẩm pectin thu được có màu trắng. o Ép loại dịch: Mục đích: ƒ Loại bỏ các chất đường, các acid amin, các acid để tránh gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm. ƒ Ngoài ra, còn nhằm làm giảm độ ẩm của nguyên liệu để tăng tốc độ trích ly. o Trích ly: Dùng acid HCl, trong khi trích ly cần khuấy trộn đều dung dịch để tăng tốc độ khuếch tán để tăng tốc độ trích ly. Mục đích: Chuyển protopectin không tan thành dạng pectin hoà tan. GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 21 o Lọc: Mục đích: Loại bỏ phần bã không tan trong dung dịch acid trong quá trình trích ly. o Rửa tủa: Trong kết tủa pectin thu được vẫn còn dung dịch acid HCl do đó ta cần dùng cồn rửa tủa nhiều lần cho đến khi hết lượng HCl này (thử bằng ion Ag+ cho đến khi không còn kết tủa trắng). o Sấy: Tủa pectin thu được đem sấy ở nhiệt độ 500C, có đối lưu không khí với thời gian sấy khoảng 4 – 5h. Chế phẩm pectin thu được có độ ẩm khoảng 5%. o Xay mịn và bao gói: Sau khi sấy pectin được đem đi xay thành dạng bột mịn và cho vào bao bì PP để bảo quản. GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 22 IV. 4. Quy trình sản xuất dung dịch pectin từ vỏ xoài: Vỏ, hạt Tạp chất Nghiền Rửa Vỏ xoài Trích ly lần 1 Lọc BãLọc Trích ly lần 2 Trộn Sản phẩm Cồn 960 Sấy Lọc tủa Tạo tủa Rửa tủa Dịch thải Ép bã GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 23 V. So sánh các qui trình công nghệ trong sản xuất pectin và các sản phẩm của chúng: [17] V.1. So sánh đặc tính sản phẩm pectin từ bã táo và từ phế liệu quả citrus: Bảng V.1: So sánh đặc tính sản phẩm pectin từ bã táo và từ phế liệu quả citrus Petin từ bã táo Pectin từ phế liệu quả citrus Cấu trúc hóa học • Khối lượng phân tử lớn hơn (90000 – 130000g/mol) • Chuỗi cấu trúc dài hơn • Terpene dạng tự do • Chứa flavonoids • Chứa hemixellulose, tinh bột và xylans • Sự ester hóa hoàn toàn • Khối lượng phân tử lớn hơn (60000 – 90000g/mol) • Chuỗi cấu trúc ngắn hơn • Terpene dạng liên kết • Chứa ít flavonoids • Chứa ít hemixellulose, tinh bột và xylans • Sự ester hóa một phần Đặc điểm Màu nâu hơi vàng Sáng hơn, màu hơi trắng Khả năng phản ứng Ít phản ứng với Canxi Phản ứng nhiều với canxi Cấu trúc • Mềm hơn vàdẻo hơn khi tạo gel • Ít có xu hướng tiến lại gần nhau khi tạo gel. • Có khoảng hở và gel co dãn hơn • Có xu hướng tiến lại gần nhau nhiều hơn khi tạo gel. Mùi vị Có vị của táo Có vị đắng không rõ rệt V.2. So sánh quy trình công nghệ sản xuất pectin từ bã táo và từ phế liệu quả citrus: Bảng V.2: So sánh quy trình công nghệ sản xuất pectin từ bã táo và từ phế liệu quả citrus Dịch pectin từ bã táo Dịch pectin từ phế liệu citrus Giống nhau • Đều có giai đoạn trích ly bằng acid, ở nhiệt độ cao 85 – 92oC • Đều cô đặc chân không, sau đó đun nóng và rót vào bao bì Khác nhau • Cặn phải tẩy màu sau khi thủy phân dịch chiết do trước đó dùng chế phẩm enzyme để thủy phân • Với 1g bã táo khô, bậc tạo gel • Nguyên liệu cần phải xử lý đắng • Thời gian trích ly lâu hơn • Thường kết hợp thu được cả tinh dầu cam, chanh • Với 1g bã táo khô thì bậc GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt Công nghệ sản xuất pectin 24 ứng với 25 - 35 tạo gel cao hơn 6 lần bậc tạo gel của bã táo khô Bột pectin từ vỏ táo Bột pectin từ phế liệu citrus Giống nhau Đều có quá trình kết tủa pectin bằng cồn, sau đó lọc kết tủa và sấy chân không Khác nhau Có giai đoạn đường hóa chuyển tinh bột thành đường Không có giai đoạn đường hóa vì hàm lượng tinh bột rất thấp VI. Khả năng ứng dụng, liều lượng và một số lưu ý khi sử dụng pectin trong công nghệ thực phẩm: [17], [18] VI. 1. Ứng dụng của pectin trong công nghệ thực phẩm: Bảng VI.1 : Tóm tắt ứng dụng của pectin Tính chất của pectin Khả năng ứng dụng Phân tử pectin dài và dễ vướng vào nhau tạo dung dịch có độ nhớt nên pectin có khả năng tạo đặc Pectin có thể cải thiện cấu trúc nước uống có hàm lượng đường đường thấp. Nếu hàm lượng đường đủ lớn được bổ sung vào để giảm độ hydrat hóa của các phân tử pectin, các phân tử sẽ lại hình thành mạng lưới gel Mứt trái cây có đường cao phụ thuộc vào pectin để tạo hình Vì nhóm acid khá yếu, sự thay đổi pH sẽ thay đổi khả năng tích điện của chuỗi pecti._.