Khóa luận Ảnh hưởng của các phương pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của bột polysaccharide từ lá sương sáo (mesona blumes benth) (Phần 1)

Nội dung text: Khóa luận Ảnh hưởng của các phương pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của bột polysaccharide từ lá sương sáo (mesona blumes benth) (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN ĐỘ NHỚT CỦA BỘT POLYSACCHARIDE TỪ LÁ SƯƠNG SÁO (MESONA BLUMES BENTH) GVHD: TS. TRỊNH KHÁNH SƠN SVTH: NGUYỄN HỮU TÀI MSSV: 11116055 S K L 0 0 4 0 6 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Tài Ngành: Công nghệ Thực phẩm 1. Tên khóa luận: Ảnh hưởng của các phương pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của bột polysaccharide từ lá sương sáo (Mesona Blumes Benth). 2. Nhiệm vụ của khóa luận: Khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp trích ly polysaccharide từ lá sương sáo.Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của bột polysaccharides từ lá sương sáo như: tốc độ quay đầu dò, nhiệt độ, nồng độ, pH, đường sucrose/ glucose. 3. Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 20/01/2015 4. Ngày hoàn thành khóa luận: 20/07/2015 5. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn 1: TS. Trịnh Khánh Sơn Phần hƣớng dẫn: toàn bộ khóa luận Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã đƣợc thông qua bởi Trƣởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm Tp.HCM, ngày tháng năm 20 Trƣởng Bộ môn Ngƣời hƣớng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) i
3. LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, khoa Công Nghệ Hóa Học và thực phẩm Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tận tình truyền đạt kiến thức trong thời gian chúng em học tập tại trường. Em xin cảm ơn thầy Trịnh Khánh Sơn đã tận tâm hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này, cũng như các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện để em hoàn thành khóa luận. Đồng thời em cũng xin cảm ơn gia đình bạn bè đã luôn bên em động viên giúp đỡ , ủng hộ làm chỗ dựa tinh thần cho em trong suốt thời gian qua. ii
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của riêng tôi. Tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định. Ngày tháng năm 2015 Ký tên iii
5. MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i LỜI CẢM ƠN ii LỜI CAM ĐOAN iii DANH MỤC HÌNH xiii DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xv TÓM TẮT KHÓA LUẬN xvi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Giới thiệu về lá Sương sáo 1 1.2. Polysaccharide và Gel lá sương sáo (Mesona Blumes Gel – MBG) 2 1.2.1. Polysaccharide 2 1.2.2. Các gel của polysaccharide 6 1.3. Gum lá sương sáo (Mesona Blumes Gum – MBG) 8 1.4. Trích ly Polysaccharide 8 1.5. Phương pháp đo quang phồ hồng ngoại FT-IR 9 1.6. Độ nhớt và cơ học chất lưu 10 1.6.1. Đại cương về cơ lưu chất 10 1.6.2. Độ nhớt của cơ lưu chất 10 1.7. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 12 1.7.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 12 1.7.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 13 CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1. Vật liệu 16 2.2.1 Lá sương sáo 16 2.2.2 Hóa chất 16 2.2 Phương pháp nghiên cứu 16 2.2.1 Khảo sát các phương pháp tách chiết polysaccharide trong lá sương sáo 16 2.2.2 Xác định độ ẩm 19 2.2.3 Xác định hàm lương tro tổng 19 xi
6. 2.2.4 Xác đinh protein tổng 19 2.2.5 Xác định hàm lượng lipip tổng 19 2.2.6 Xác định tổng Carbohydrate 19 2.2.7 Xác định đường tổng bằng phenol sulfuric acid 19 2.2.8 Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR 20 2.2.9 Khảo sát độ nhớt của bột gel lá theo nhiệt độ và nồng độ 21 2.2.10 Khảo sát ảnh hưởng của pH lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide thu được từ các phương pháp thí nghiệm 22 2.2.11 Khảo sát ảnh hưởng của đường Sucrose và Glucose lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide thu được từ các thí nghiệm 22 2.2.12 Khảo sát ảnh của tốc độ quay của đầu dò (spindle) lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide thu được từ các mẫu polysaccharide thu được từ các thí nghiệm 22 2.2.13 Phân tích số liệu 22 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 23 3.1. Xác định một số thành phần hóa học trong lá sương sáo Error! Bookmark not defined. 3.2. Khả năng sự tạo gel, kết tủa của polysaccharide thu nhận từ các phương pháp khác nhau 24 3.3. Xác định các nhóm chức trong của các mẫu polysaccharide bằng phổ FT-IR 28 3.4. Ảnh hường của tốc độ quay (rpm) lên độ nhớt của 2 mẫu ETH và CAS 31 3.5. Ảnh hường của nhiệt độ và nồng độ lên độ nhớt của 2 mẫu ETH và CAS 33 3.6. Ảnh hường của pH lên độ nhớt của 2 mẫu ETH và CAS 35 3.7. Ảnh hưởng của đường Sucrose, Glucose lên độ nhớt của 2 mẫu ETH và CAS 36 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 41 xii
7. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Lá cây Sương sáo 2 Hình 1.2 Phân loại thuộc tính cơ lưu chất của chất lỏng 11 Hình 1.3 Sản phẩm trên thị trường 13 Hình 2.1 Lưu đồ mô tả 6 phương pháp thực hiện 18 Hình 2.2.aNghiền mẫu với KBr 21 Hình 2.2.bĐể mẫu vào thiết bị nén mẫu 21 Hình 2.2.cNén mẫu trong 10 phút, 8bar Hình 2.2.dMẫu sau khi nén 21 Hình 2.2.eĐo FT-IR 21 Hình 2.2.fKết quả xuất ra màn hình máy tính 21 Hình 3.1: Khả năng kết tủa/ tạo gel từ phương pháp 1 (ETA), 2 (ETH) , 3 (CAA), 4(CAS), 5 (CAB), 6(CAC) 25 Hình 3.2 Sự kết tủa của CaSO4 theo nồng độ theo PP4 27 Hình 3.3: Kết quả FT-IR của mẫu ETH, CAS, PEC 30 Hình 3.4Ảnh hưởng của tốc độ trượt lên độ nhớt của mẫu ETH (A) và CAS (B) ở nhiệt độ 300C, theo các nồng độ 1; 2; 5; 10; 15; 20% 32 Hình 3.5Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ lên độ nhớt của mẫu ETH và CAS nồng độ 0,5 đến 20%. 35 Hình 3.6Ảnh hưởng của pH lên độ nhớt của mẫu ETH (A) và mẫu CAS (B) 10% (w/w) ở 25 độ C 35 Hình 3.7 Ảnh hưởng của đường Sucroce và Glucose 10% (w/w) lên độ nhớt của mẫu ETH ở 25 độ C. 37 Hình 3.8 Ảnh hưởng của đường Succoce (A) và D-glucose (B) 10% (w/w) lên độ nhớt của mẫu CAS ở 25 độ C. 37 xiii
8. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 : Bảng khảo sát thành phần lá sương sáo 23 Bảng 3.2 Kết quả các phương pháp có thể tạo gel lá sương sáo 24 Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ CaSO4 được sử dụng vào PP4 26 Bảng 3.4 Kết quả đọc phổ bột gel của mẫu ETH 29 Bảng 3.5 Kết quả đọc phổ bột gel của mẫu CAS 29 xiv
9. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT FT-IR : Fourier Transformation Infrared Spectrometer PP: Phương pháp ETA: Mẫu bột gel polysaccharide từ phương pháp 1 ETH: Mẫu bột gel polysaccharide từ phương pháp 2 CAA:Mẫu bột gel polysaccharide từ phương pháp 3 CAS: Mẫu bột gel polysaccharide từ phương pháp 4 CAB: Mẫu bột gel polysaccharide từ phương pháp 5 CAC: Mẫu bột gel polysaccharide từ phương pháp 6 RPM: Vòng trên phút (Rounds per minute) xv
10. TÓM TẮT KHÓA LUẬN Lá sương sáo (Mesona Blumes Benth) được sử dụng để giải khát, đồng thời là loại dược thảo quý có nguồn gốc từ Đông Nam Á và được sử dụng rất phổ biến ở Trung quốc, Đài loan, Indonesia, Việt Nam Khóa luận này nghiên cứu sự ảnh hưởng của các phương pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của mẫu polysaccharide từ lá sương sáo. Trích ly polysaccharide trong lá sương sáo qua sáu phương pháp hóa học và vật lý và các tính chất của gel từ bột lá sương sáo. Kết quả cho thấy trong sáu phương pháp đề xuất, chỉ có hai phương pháp là phương pháp 2(PP2) và phương pháp 4 (PP4) tạo gal/ tạo kết tủavà hiệu suất của PP2 là cao nhất (23.47%). Phổ FT-IR của polysaccharide từ cho thấy các mẫu ETH từ PP2 và CAS từ PP4 còn lẫn nhiều tạp chất. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ, đường (saccrose, D-glucose), pH, tốc độ quay cho thấy độ nhớt của mẫu ETH cao hơn so với mẫu CAS và cả hai mẫu polysaccharide từ lá sương sáo đều là chất lỏng phi Newton ở nồng độ cao. xvi
11. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về lá Sƣơng sáo Liangfen cao (Mesona Blumes Benth), còn được gọi là Hsiantsao, là một cây thảo dược hàng năm của Nam Trung Quốc và các nước Đông Nam Á (Indonesia, Việt Nam, và Myanmar). Cây sương sáo đã được sử dụng như một loại thảo dược trong y học dân gian Trung Quốc và được báo cáo là có hiệu quả trong việc ngăn ngừa say nắng, ngừa tăng huyết áp, bệnh tiểu đường, và đau cơ bắp hoặc đau khớp. Hương thơm độc đáo và lợi ích sức khỏe của của loại thảo dược này làm cho nó phổ biến với người Trung Quốc. Theo truyền thống, cây sương sáo được tiêu thụ như là một trà thảo dược hoặc là một loại thạch tráng miệng (LS Lai, SJ Chao- 2000) Tên gọi khác: Sương sáo, Thủy cẩm, Thạch đen.Tên tiếng Anh: Asian grass jelly. Tên khoa học: Mesona Chinensis Benth.Các loài tương cận:Mesona procumbens Hemsley, Mesona palustris.  Phân loại khoa học Bộ (Order): Hoa môi (Lamiales). Họ (Family): Hoa môi/Bạc hà (Lamiaceae) Chi (Genus): Cỏ thạch (Mesona) Loài (Species): Mesona chinensis Chi Cỏ thạch (Mesona) là một chi thực vật thân thảo thuộc Họ Bạc hà (Lamiaceae).Cây Sương sáo (Mesona chinensis) là loài thực vật thân thảo thấp, có nhựa kết thạch trong nước được dùng để làm thức uống giải khát.Ở Trung Quốc, tiếng Quan Thoại gọi là “xiancao” (tiên thảo), người Mân cao ở Đài Loan gọi là “sian-chháu”, người Quảng Đông gọi là “leung fan cao” (lương phấn thảo). Người Việt Nam gọi là “sương sáo”.  Phân bố Cây sương sáo (Mesona chinensis Benth.) có nguồn gốc ở Đông và Đông Nam Châu Á, phân bố nhiều ở Đông Nam Trung Quốc, Đài Loan và khu vực Đông Nam Á. Loài này mọc mạnh trên các khu vực đất cỏ, đất cát và đất khô.Ở Việt Nam cây sương sáo mọc hoang dại ở vùng rừng núi và về sau này được trồng ở nhiều vùng đồng bằng như ở Đồng bằng sông Cữu Long và Miền Đông Nam Bộ. 1
12.  Mô tả Hình 1.1: Lá cây Sương sáo Cây sương sáo là cây thân thảo hằng năm.Thân: cây cao 15-50 cm (có thể đến 1 m). Ít phân nhánh, có lông thô, rậm.Lá: lá nguyên, mọc đối, hình trứng hoặc hình thuôn, dày. Thon, hẹp ở gốc, nhọn ở chóp, dài 3-6 cm, rộng 1-2 cm, mép lá có hình răng cưa. Cuốn lá dài 1-2 cm.Hoa: cụm hoa ở ngọn, khá dày đặc vào lúc hoa nở, kéo dài ra và dài tới 10-12 cm, có lá bắc màu hồng ở gốc, hoa có cuống dài, có lông; đài có lông, 3 răng ở môi trên; tràng trắng hay hồng nhạt, môi trên 3 thuỳ, môi dưới to; nhị 2, thò dài, chỉ nhị tím.Cây ra hoa vào mùa thu, mùa đông. 1.2. Polysaccharide và Gel lá sƣơng sáo (Mesona Blumes Gel – MBG) 1.2.1. Polysaccharide “Glycans "là một thuật ngữ chung cho các polysaccharide trong đó số lượng lớn của glycoses (monosacarit) đều cùng có sự tham gia của các mối liên kết O-glycosidic. Polysaccharides là các polyme ngưng tụ trong đó liên kết glycosidic, được hình thành từ các phân nửa glycosyl của hemiacetal (hoặc hemiketal) và một nhóm hydroxyl của một đơn vị đường, hoạt động như một phân tử chất nhận hay, aglycone Căn cứ vào số lượng các monome khác nhau hiện nay, các polysaccharide có thể được chia thành hai loại:homopolysaccharide, bao gồm chỉ có một loại monosacaride. Heteropolysaccharide, bao gồm hai hoặc nhiều loại của các đơn vị monosaccharide. Polysaccharide gồm gốc monosaccharide có tham gia các mối liên kết O-glycosidic. Sự đa dạng tuyệt vời của đặc điểm cấu trúc của polysaccharide, mà bắt nguồn từ sự khác biệt 2
13. trong thành phần monosaccharide, các loại liên kết và kiểu liên kết, hình dạng chuỗi, và mức độ trùng hợp,do đó hình thành tính chất vật lý của nó bao gồm cả khả năng hòa tan, trạng thái, khả năng tạo gel, và đặc tính phân lớp Sự đa dạng về cấu trúc cũng hình thành các tính năng độc đáo thể hiện theo từng polysaccharide. Các polysaccharide thương mại sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm và phi thực phẩm có vai trò như chất ổn định, làm dày và chất tạo gel, các chất ức chế kết tinh, và vật liệu bao gói, vv, cũng được gọi là hydrocolloids hay gel. Những loại gel polysaccharide xuất hiện trong tự nhiên như lưu trữ vật chất, thành phần cấu tạo vách tế bào và các chất ngoại bào từ thực vật hoặc vi sinh vật Biến thể hóa học của cellulose và chitin cung cấp thêm nguồn hydrocolloid hay các gel với chức năng cải tiến. (Aspinall, 1972) Homopolysaccharide có thể được chia theo loại của các mối liên kết glycosidic mà tham gia là các đơn vị monosaccharide. Các liên kết glycosidic có thể có một trong hai dạng α- hay β-, và các vị trí khác nhau, ví dụ, α-1 → 2, α-1 → 3, α-1 → 4, và như vậy, hoặc β-1 → 2, β- 1 → 3, β-1 → 4 và vv. Heteropolysaccharide ngoài việc có các loại monosaccharide khác nhau, chúng cũng có các loại liên kết đa dạng như homopolysaccharide. Như vậy, có thể có các loại heteropolysaccharide khác nhau và trình tự của các đơn vị monosaccharide cũng khác nhau và các mối liên kết glycosidic cũng có thể khác nhau. Điều này cho phép một sự đa dạng gần như vô hạn trong cấu trúc của chúng. Một số polysaccharide gồm các đơn vị đường duy nhất được gọi là polysaccharides trung tính (ví dụ, amylose, amylopectin, cellulose). Polysaccharides có chứa axit đường trong cấu trúc của chúng sẽ mang điện tích âm, và, do đó, nó là polysaccharides anion. Ví dụ, pectin có dư lượng axit galacturonic, trong khi alginat chứa cả dư lượng axit guluronic và mannuronic. (Steve W. Cui, 2005) Dựa vào các loại chuỗi của đơn vị đường, polysaccharide có thể được chia thành ba nhóm: Loại chuỗi tuần hoàn: các đơn vị đường sắp xếp theo một trật tự được lặp lại. Loại chuỗi gián đoạn: các chuỗi có trình tự lập đi lặp lại nhưng cách nhau bởi chuỗi bất thường. Loại không tuần hoàn: các monosaccharide có các vị trí liên kết khác nhau, cấu hình khác nhau và sắp xếp không theo một trình tự nhất định.  Một số nét chung về sự hình thành gel của polysacharide Cần phân biệt sự tạo gel với các hiện tượng khác tương tự, trong đó cũng có sự giảm mức độ phân tán của dung dịch protein như sự liên hợp, sự tập hợp, sự trùng hợp, sự kết tủa, sự kết tụ và sự đông tụ. Các phản ứng liên hợp protein thường có quan hệ với các biến đổi ở 3
14. mức dưới đơn vị hoặc ở mức phân tử trong khi đó các phản ứng trùng hợp hoá hoặc tập hợp hoá lại tạo ra các phức hợp có kích thước lớn. Sự kết tủa lại bao hàm tất cả các phản ứng tập hợp có thể dẫn đến mất toàn phần hoặc mất toàn bộ độ hoà tan. Khi polysacharide không bị biến tính nhưng do giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các mạch mà dẫn đến các phản ứng tập hợp không trật tự thì sẽ xảy ra hiện tượng kết tụ. Các phản ứng tập hợp không trật tự xảy ra do biến tính và các phản ứng tập hợp xảy ra do tương tác polysacharide – polysacharide chiếm ưu thế so với tương tác polysacharide – dung môi sẽ dẫn dến tạo thành một khối lớn và thô, gọi là sự đông tụ. Khi các phân tử bị biến tính tự tập hợp lại để tạo thành một mạng lưới có trật tự thì hiện tượng đó được gọi là sự tạo gel. Khả năng tạo gel là một tính chất chức năng rất quan trọng của polysaccharidevà đóng vai trò chủ yếu trong việc tạo cấu trúc hình thái do đó cũng là cơ sở để chế tạo ra nhiều sản phẩm thực phẩm.  Cơ chế tạo gel Gel polysaccharide thực phẩm được chế biến từ dung dịch nước hoặc chất phân tán của các polysaccharide. Các chuỗi polymer được kết nối chéo qua kết cộng hóa trị hoặc không phải liên kết cộng hóa trị để hình thành một mạng lưới polymer ba chiều lấp đầy khối lượng của môi trường lỏng. Để gây sự tạo gel, đầu tiên polysaccharide được hòa tan hoặc phân tán trong dung dịch, để phá vỡ hầu hết các liên kết hydro ở trạng thái rắn. Việc chuyển đổi tiếp theo của sol gel để đạt được bằng cáctác động như sự thay đổi của nhiệt độ ngoài của các cation hoặc các cosolutes, và sự thay đổi của pH Mục đích của các phương pháp trên là làm giảm sự tương tác nội phân tử và tăng cường sự tương tác giữa các phân tử. Sự tạo gel tốt của các polysaccharide mạch nhánh như Arabicgum đơn giản là do mạng lưới phân tử dày đặc. Tuy nhiên, việc áp dụng các cấu trúc ba chiều thông thường, chẳng hạn như xoắn hoặc dãy phẳng, là một điều kiện tiên quyết cho sự tạo gelcủa các polysaccharide. Chuỗi polysaccharide mở rộng có xu hướng bị rối ở nồng độ cao hơn. Phân tử tương tự (hoặc đoạn) có thể quấn quanh nhau, tạo thành nhiều xoắn, mà không làm mất liên kết hydro nhưng ko làm giảm sự không đồng nhất về hình dạng và giảm thiểu tiếp xúc bề mặt kỵ nước. Một số lượng tối thiểu của các liên kết chéo cần được thành lập để khắc phục hiệu ứng entropy và để tạo thành một mạng lưới ổn định. Các mối liên kết chéo trong gel polysaccharide thường liên quan đến phân đoạn ra lệnh mở rộng từ hai hoặc nhiều chuỗi polysaccharide, tạo thành một cấu trúc gọi vùng tiếp xúc. Một số loại tương tác giữa các phân tử có thể đóng góp vào sựgel của polysaccharides. Chúng bao gồm các liên kết hydro, liên kết ion hoặc liên kết van der Waals, và tương tác kỵ nước.(Steve W. Cui, 2005)  Tính chất chung của gel polysaccharide 4