i
LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, tôi luôn nhận được sự
quan tâm giúp đỡ của thầy cô hướng dẫn. Nhân dịp này tôi xin chân thành bày tỏ sự biết
ơn sâu sắc tới :
ThS Đặng Xuân Cường- Phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ - Viện
Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang, ThS Lê Nhã Uyên- Viện Công nghệ
Sinh học và Môi trường - Trường Đại học Nha Trang, tuy luôn bận rộn với công việc và
gia đình song vẫn dành cho tôi sự quan tâm trong quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến sự quan tâm của Ban giám hiệu trường Đại học Nha
Trang, tập thể Thầy Cô giáo trong Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường cùng các bạn
lớp 50SH- Trường Đại học Nha Trang đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến và những kinh
nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài này.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn sâu sắc nhất đến ba mẹ tôi, người luôn theo tôi suốt quá
trình học tập, người luôn tạo điều kiện tốt nhất, luôn động viên tôi trong những lúc tôi
gặp khó khăn nhất, để tôi có thể hoàn thành tốt quá trình học tập của mình.

Nha trang, tháng 7 năm 2012
Sinh viên
Đặng Thị Tuyết


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
2
siêu 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

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. Thuyết 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


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 hàm 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 pectin thu 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
oxy hóa của pectin 64 ix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DM:NL Dung môi: Nguyên liệu
NL Nguyên liệu
SC-CO
2
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 chỉ số methoxyl hóa
DE chỉ số ester hóa

1
LỜI MỞ ĐẦU
Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nhiều ngành công nghiệp

1.1.1.1. Nguồn gốc pectin [5],[14]
Pectin là hợp chất phức tạp của polysaccharide, chiếm khoảng 1/3 thành tế
bào thực vật bậc cao. Một tỉ lệ nhỏ pectin được tìm thấy trong thành tế bào của cây
cỏ (Kertesz, 1951).
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, dạng hòa tan
của pectin tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào.

Hình 1.1. Cấu trúc pectin
Trái. Thành tế bào thực vật
Phải. Trong thành tế bào thực vật.
Pectin như một loại keo gắn chặt các tế bào thực vật với nhau, vì thế người ta
gọi chúng là xi măng trong cấu trúc tế bào thực vật.
Khi quả còn xanh, chúng là protopectin, protopectin chiếm tỉ lệ khá cao,
protopectin không hòa tan trong nước giúp cho quả 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 xảy ra dưới tác dụng của acid và nhiệt độ
trong quá trình chần ở 60-85
0
C.
3  Nguồn nguyên liệu chứa pectin [6]
Pectin chứa nhiều trong các loại quả của trái cây: bưởi, táo, mận, cam, chanh,
cà rốt… Chúng tồn tại với những hàm lượng khác nhau trong quả, củ hoặc thân của
một số loài 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

4
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
Có 3 polysaccharide chính được nhận ra trong phân tử của pectin là:
Homogalacturonan(HG): HG là polymer mạch thẳng được hình thành bởi acid
D-galacturonic. HG có thể bị acetyl hóa hoặc Methyl este hóa. Chúng được gọi
là vùng mịn của pectin. Các phân tử phân loại theo mức độ este của nó: pectin
có ít nhất 75% của nhóm cacboxyl methyl hóa, acid pectinic có ít hơn 75% của
nhóm cacboxyl methyl hóa, acid pectic hay acid polygalacturonic không có
nhóm cacboxyl methyl hóa [12].
Rhamnogalacturonan-І (RG-I): RG-I được tạo ra bởi sự lặp đi lặp lại
disaccharide rhamnose galacturonic acid. Dư lượng galacturonic có thể được
acetyl hóa và vừa có thể mang các chuỗi bên của đường galactose, arabinose và
xylose [23].
Rhamnogalacturonan-II (RG-II): RGII là chuỗi homogalacturonic với chuỗi bên
phức tạp gắn liền với các dư lượng galacturonic [23]. Vinken và đồng nghiệp
[22] đã đề xuất một phân tử pectin mô hình cấu trúc trong đó HG và RGII là
chuỗi bên dài của xương sống RG I. cả hai chuỗi RG còn được gọi là vùng lông
của phân tử pectin.
5 1.1.2. Phân loại pectin [33]
1.1.2.1. Theo phần trăm nhóm methoxyl có trong phân tử
Dựa trên mức độ methoxy hóa và este hóa, trong thương mại chia pectin
thành 2 loại: pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp.
Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin – HMP): DE >50% hay MI >

, Mg
2+
, các gốc phosphoric acid, acetic acid và đường. Protopectin khi bị
thủy phân bằng acid thì giải phóng pectin hòa tan.
1.1.3. Tính chất, hoạt tính sinh học và ứng dụng của pectin
1.1.3.1. Tính chất của pectin [5],[7]
Đặc tính quan trọng của pectin là khi có mặt acid và đường sẽ tạo thành chất keo.
- Pectin thuộc nhóm các chất đông tụ.
- Là chất keo hút nước, dễ tan trong nước, không tan trong ethanol. Khi hòa tan
trong nước tạo dung dịch keo có độ nhớt cao.
- 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.
- Pectin tự do mất khả năng tạo đông khi có đường. 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.
- 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 qúa trình
đều xãy 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:
C
46
H
68
O
40
+ 10H

C
6
H
12
O
6
= CH
3
CH
2
CH
2
COOH + 2CO
2
+ 2H
2
+ mKCal
7 Khi lên men arabinose sẽ tạo thành acid buthyric, khí cacbonic, nước và tảo một ít
năng lượng:
C
5
H
10
O
5
= CH
3

, 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.
8 - Trong trường hợp này liên kết giữa các phân tử pectin với nhau chủ yếu nhờ
các cầu hydro giữa các nhóm hydroxyl. 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, acid, pectin, loại pectin
và nhiệt độ.
- 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 hóa gel nhanh tạo nên các vón cục.
- 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.
- Khi 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.
 LMP : Tạo gel bằng liên kết với ion Ca
2+
.
Nguyên tắc: Gốc acid của phân tử pectin liên kết với ion Ca
2+
tạo nên khối gel.

Hình 1.8. Cơ chế tạo gel của pectin bằng liên kết với ion Ca

gây kích thích ruột. Quá trình phân hủy này cũng làm tăng lượng prebiotic,
giúp tăng lượng prebiotic, giúp tăng số lượng vi khuẩn đường ruột “tốt”( tấn
công các vi khuẩn gây tiêu chảy ngay khi chúng xuất hiện).
Giảm cholesterol toàn phần trong máu.
Khống chế tăng đường huyết trước và sau bữa ăn ở người có bệnh tiểu
đường.
Chống táo bón.
Cầm máu: pectin có tác dụng bảo vệ các mô mạch chống hiện tượng chảy
máu.
Sát trùng: dung dịch pectin 5% có tác dụng như thuốc sát trùng H
2
O
2
.
10 Hoa quả có nhiều pectin giúp cơ thể hấp thu tốt các acid hữu cơ và là chất
trung gian thúc đẩy sự chuyển hóa, tăng khả năng sử dụng các chất dinh
dưỡng trong thức ăn.
1.1.3.3. Ứng dụng của pectin
 Trong công nghệ thực phẩm [35][36]
 Ứng dụng của pectin trong công nghệ chế biến rau quả
Pectin là tác nhân tạo gel quan trọng nhất được sử dụng để tạo ra cấu trúc gel
cho thực phẩm, chủ yếu là những thực phẩm có nguồn gốc từ rau quả. Khả năng tạo
gel của chúng còn được sử dụng ở những thực phẩm cần sự ổn định của nhiều phụ
gia, hoặc trong sản phẩm cuối, hoặc ở một giai đoạn tức thời trong qui trình sản
xuất.
- Tác dụng tạo gel của pectin được sử dụng chủ yếu ở những loại thực phẩm
cần có hình dạng thật tự nhiên.


Hình 1.10. Ứng dụng pectin trong sản xuất bánh kẹo 12 Pectin tăng tính hấp dẫn, tạo cấu trúc đàn hồi, tăng mùi vị trái cây tự nhiên và
bề mặt bóng loáng cho sản phẩm. Pectin là chất tạo gel tốt, tan nhanh, ổn định. Vì
vậy, pectin được ứng dụng nhiều trong công nghiệp bánh kẹo như: kẹo dẻo, bánh
ngọt nhân hoa quả, lớp mặt bánh kem….
 Ứng dụng của pectin trong công nghiệp chế biến sữa
Pectin bổ sung hương vị trái cây cho các sản phẩm sữa chua. Cho pectin vào
sữa lên men với liều lượng vừa đủ, trộn đều để được dung dịch đồng nhất. Trong
yaourt trái cây, pectin tạo cấu trúc mịn, giúp phân bố đều các mẫu trái cây nhỏ trong
sữa. Chúng còn làm cho sản phẩm có bề mặt nhẵn bóng. Trong các sản phẩm nhiều
lớp, pectin còn có tác dụng ổn định và giữ cho trái cây không bị tách khỏi yaourt.
Trong yaourt uống, pectin từ bưởi bảo vệ protein không bị biến tính trong quá trình
tiệt trùng, ngăn chặn protein kết tủa và sự kết đông, giúp sản phẩm ổn định và đạt
tính chất cảm quan tốt nhất, không giảm chất lượng ngay cả khi bảo quản một thời
gian dài, nhằm cải thiện cấu trúc yaourt, tạo kết tủa dạng mịn và làm tăng giá trị
cảm quan thực phẩm trong sữa chua. Hình 1.11. Pectin trong công nghệ chế biến sữa 13
SO
4
được sử
dụng để điều chỉnh pH.
- Năm 2010, các tác giả Võ Thị Xuân Hạ và Trương Thị Thu Hà - Trường
cao đẳng công nghệ đã công bố kết quả thu nhận pectin từ phế liệu quả bưởi và ứng
dụng để sản xuất mứt xoài đông [31].
1.1.4.2. Tình hình nghiên cứu Pectin trên thế giới
- Việc sản xuất pectin thương mại đầu tiên được ghi nhận vào 1908 ở Đức
và quá trình sản xuất này được truyền nhanh chóng sang Hoa Kỳ, tại nơi này một
bằng sang chế cổ điển được trao cho Douglas (US pat 1.082,682, 1913) [32].
- Tác giả Padivalet al. (năm 1979) [18] đã nghiên cứu và công bố kết quả về
các chỉ số của pectin.
- Các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Thực phẩm Anh do giáo sư Vic
Morris dẫn đầu, mới đây phát hiện một loại sợi gọi là pectin trong phần lớn rau quả
tươi, có thể ngăn chặn nguy cơ phát triển ung thư [26].
- Mohnen năm 2002 đã nghiên cứu về cấu trúc và chức năng của pectin [16].
15 - Một nghiên cứu trong phòng thí nghiệm mới từ Mỹ, được viết trên tạp chí
Glycobiology cho thấy, pectin có thể gây chết tế bào lập trình trong các tế bào ung
thư tuyến tiền liệt. Những gì báo cáo này cho thấy là nếu bạn lấy tế bào ung thư
tuyến tiền liệt của con người và thêm pectin, bạn có thể tạo ra tế bào chết được lập
trình", ông Debra Mohnen nhà nghiên cứu tế bào. "Nếu bạn làm như vậy không
phải ung thư bằng tế bào chết không xảy ra" [13].
1.2. Tổng quan về nguyên liệu
1.2.1. Đặc tính thực vật của cây bưởi
Bưởi (có tên khoa học là Citrus grandis Linn hay Citrus grandis Osbeck
thuộc họ Cam_ Rutaceae).

iron, calcium, kalium, các vitamin B1, B2, C.
- Vỏ quả ngoài rất giàu narin – gosid, do đó có vị đắng, trong vỏ có tinh dầu,
tỷ lệ 0,8 ÷ 0,84%. Tinh dầu vỏ quả chứa d – limemen, a – pinen, linadol, geraniol,
citral, còn có các ancol, pectin, acid citric.
- Quả chứa 0,5% tinh dầu.
- Trong lá cũng có tinh dầu.
- Dịch quả chín có nhiều chất bổ dưỡng: nước 49%, glucid 9%, protid 0,6%,
lipid 0,1%, và các khoáng: Ca 20mg%, P 20mg%, K 190mg%, Mg 12mg%, S
7mg%, và Na, Cl, Fe, Cu, Mn…, các vitamin (tính theo mg%) C 40; B 0,07; B2
0,05; PP 0,3 và tiền sinh tố A 0,1. 100ml dịch quả cung cấp cho cơ thể 43 calo.

Trích đoạn Mô hình thiết kế thí nghiệm Box-Behnken Phân tích dữ liệu Ảnh hưởng thời gian chiết lên hàm lượng pectin và hoạt tính chống oxy Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết lên pectin và hoạt tính chống oxy hóa Tối ưu hóa công đoạn chiết pectin và hoạt tính chống oxy hóa

---