GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt
Công nghệ sản xuất pectin
1
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PECTIN
I. Giới thiệu chung về pectin
:
I.1. Nguồn gốc
: [5], [16]
Pectin là một polymer của các acid polygalacturonic và các ester methyl của
chúng. Pectin có nhiều ở quả, củ hoặc thân cây. Trong thực vật, pectin tồn tại dưới hai
dạng: dạng protopectin không tan, tồn tại chủ yếu ở thành tế bào dưới dạng kết hợp
với polysaccharide araban, dạng hòa tan của pectin tồn tại chủ yếu ở dòch tế bào.
Pectin như một 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 – 85
o
C.
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
: [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 C
6
H
10
O
7
, liên kết với nhau bằng liên kết 1,
4- glucoside. Trong đó một số gốc acid có chứa nhóm thế methoxyl (-OCH
3
). Chiều
dài của chuỗi acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vò tới hàng trăm đơn vò
acid galacturonic. GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt
Công nghệ sản xuất pectin
3
Cấu tạo 1 đơn vò của chuỗi pectin :
Hình 2
: Cấu tạo một đơn vò chuỗi pectin
Dung dòch pectin có độ nhớt cao. Nếu muốn thu dòch quả ép thì dung dòch này
bất lợi, người ta phải dùng enzyme pectinase để thủy phân pectin, giảm độ nhớt. Ví
dụ nước cà chua 90 – 92% H
2
O 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 5
4
33
10 4
22
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:
6126 3 2 2 2 2
22CH O CHCHCHCOOH CO H mKCal=+++
: [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 bò 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 bò 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 lónh vực khác.
Hình 5
: Công thức pectin được amid hóa
GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt
Công nghệ sản xuất pectin
6
+
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 nghòch 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 nghòch 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 đònh 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 Ca
2+
Hình 7
II. 2. 1. Pectin
:
Mạch phân tử của pectin là cơ cấu chính của hiện tượng tạo gel. Vì thế, lượng
pectin có trong dòch đường phải đạt một hàm lượng tối thiểu nào đó mới tạo được sự
keo tụ. Nồng độ pectin trong dung dòch 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 đònh 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 đònh 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
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 bò 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
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 thò 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
Rót bao bì
Trung hòa
Trích ly pectin
Xay nhỏ
Xử lý đắng
Tách hạt
Cùi, bã
Dd Na
2
CO
3
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:
Người ta thường chế pectin ở dạng dung dòch, 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 – 60
o
C)
để loại bỏ các glucoside còn sót lại. Sau đó đưa nhiệt độ lên tới 95 – 98
o
C 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 – 100
o
C và thời gian đun là khoảng 1 giờ.
Quá trình thủy phân kết thúc khi độ khô dung dòch 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 dòch natri cacbonate) và ở nhiệt độ 40 – 50
o
C.
Khi đã loại bỏ hết tinh bột (kiểm tra bằng iod), điều chỉnh pH dung dòch tới 3
bằng cách thêm acid citric rồi đưa nhiệt độ lên 80
o
C để làm mất hoạt tính của
enzyme. Dung dòch có thể được làm mất màu nhờ anhydride sulfurơ, rồi cho lọc ép
bằng máy ép thuỷ lực sau đó dung dòch pectin được làm sạch và lắng gạn, thu dung
dòch pectin trong suốt.
Sau khi lọc lấy dung dòch 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.
Lọc
Cô đặc chân không
Kết tủa pectin
Lọc ép
Sấy
Nghiền
Bao gói
Sản phẩm
Dòch thải
Rượu ethylic 35%
0,3 % HCl
khuấy trong 8 - 10 phút
Bã lọc
Bã ép
Bao bì
Khuấy trộn đều
T
0
C: 88 - 92
0
C
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:
pectin.
Dòch cô đặc đem xử lý bằng rượu ethylic 95% theo tỷ lệ thể tích rượu:dòch 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 dòch bằng máy lọc ép hay lọc rửa,
sau đó rửa lại bằng C
2
H
5
OH 95% với lượng 60 – 70% so với pectin. Tủa sau đó được
sấy chân không ở 60 – 70
o
C. 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 dòch trích ly đã kết tủa pectin bằng phương pháp
chưng cất thường, trong dung dòch sau khi chưng cất rượu còn chừng 7 – 9% đường có
thể cho lên men để lấy rượu.
GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt
Ngâm
Bã
Than hoạt tính
Chế phẩm men của
A
spergillus 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 dòch pectin từ bã táo tươi:Đầu tiên ngâm bã táo nghiền vào nước lạnh (10 – 15
o
C) 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 H
2
O:bã khô = 16/1–16/2) ở nhiệt độ 88 – 92
o
GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt
Công nghệ sản xuất pectin
19
IV. 3. Quy trình sản xuất dung dòch pectin từ đu đủ xanh:
IV. 3. 1 Quy trình sản xuất dung dòch pectin từ đu đủ xanh
:
Đu đủ xanh
Rửa
Loại bỏ vỏ, hạt
Xắt lát
Xay nhuyễn
Tẩy trắng
Ép loại dòch
Trích ly
Lọc
Kết tủa
Lọc lấy tủa
Rửa tủa
Sấy
Xay mòn
Loại bỏ bụi bặm, đất cát, rác rưởi dính hoặc theo nguyên liệu vào dây chuyền.
Loại bỏ phần lớn vi sinh vật bám trên nguyên liệu
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:
Làm giảm khối lượng chế biến không cần thiết
Tránh ảnh hưởng xấu của những phần không sử dụng này đến chất lượng sản
phẩm
o Xắt lát thành lát mỏng:
Mục đích:
Làm tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu và nước từ đó làm tăng độ hoà tan
của một số chất màu, đường …
Giúp cho công đoạn nghiền nhỏ đu đủ được dễ dàng
o Xay nhuyễn:
Mục đích:
Tăng diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi
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 dòch:
Mục đích:
Loại bỏ các chất đường, các acid amin, các acid để tránh gây ảnh hưởng xấu
đến chất lượng sản phẩm.
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 dòch để tăng tốc độ
GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt
Công nghệ sản xuất pectin
22
IV. 4. Quy trình sản xuất dung dòch pectin từ vỏ xoài:
Vỏ, hạt
Tạp chất
Nghiền
Rửa
Vỏ xoài
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
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 dòch có độ nhớt nên pectin có
khả năng tạo đặc
Pectin có thể cải thiện cấu trúc
Bảng VI.2
: Các loại thực phẩm có sử dụng phụ gia pectin (Theo Qui đònh danh mục
các chất phụ gia được phép sử dụng trong thực phẩm)
GVHD: Tôn Nữ Minh Nguyệt
Công nghệ sản xuất pectin
25
Nhóm thực phẩm ML (mg/kg
sản phẩm)
1) Sữa và sữa bơ
2) Sữa lên men nguyên kem, không xử lí nhiệt sau lên
men
3) Sữa lên men nguyên kem, có xử lí nhiệt sau lên men
4) Dầu & mỡ không chứa nước
5) Thòt, thòt gia cầm và thòt thú tươi
6) Thủy sản, sản phẩm thủy sản xay nhỏ đông lạnh, kể cả
nhuyễn thể, giáp xác, da gai
7) Thủy sản, sản phẩm thủy sản hun khói, sấy khô, len
men hay ướp muối, kể cả nhuyễn thể, giáp xác, da gai
8) Đường trắng & đường vàng dạng: saccarose, fructose,
xylose
9) Dầu trộn, gia vò (bao gồm các chất tương tự muối)
10) Thức ăn cho trẻ em dưới 1 tuổi
11) Thức ăn bổ sung cho trẻ đang tăng trưởng
12) Nước quả cô đặc (dạng lỏng hay dạng rắn)
13) Necta quả cô đặc (dạng lỏng hay dạng rắn)
14) Cà phê, chè, nước uống có thảo dược & các loại đồ
• Lượng phụ gia được sử dụng trong quá trình sản xuất, chế biến, bao gói và vận
chuyển có thể trở thành thành phần nhưng không ảnh hưởng đến tính chất lí
hóa hay giá trò khác của thực phẩm.
• Lượng phụ gia thực phẩm sử dụng phải phù hợp với công bố của nhà sản xuất
đã được chứng nhận của cơ quan có thẩm quyền.
Copyright: Tài liệu đại học ©