Luận văn Ảnh hưởng của các phương pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của bột polysaccharides từ lá sương sâm (Tiliacora triandra) (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Ảnh hưởng của các phương pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của bột polysaccharides từ lá sương sâm (Tiliacora triandra) (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN ĐỘ NHỚT CỦA BỘT POLYSACCHARIDES TỪ LÁ SƯƠNG SÂM (TILIACORA TRIANDRA) GVHD: TS. TRỊNH KHÁNH SƠN SVTH: NGUYỄN TẤN DANH MSSV: 11116012 S K L 0 0 3 7 7 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tấn Danh Ngành: Cơng nghệ Thực phẩm 1. Tên khĩa luận: Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của bột polysaccharides từ lá sƣơng sâm (Tiliacora triandra) 2. Nhiệm vụ của khĩa luận: - Khảo sát ảnh hƣởng của các phƣơng pháp trích ly đến độ nhớt của bột polysaccharide từ lá sƣơng sâm. - Khảo sát ảnh hƣởng của một số yếu tố ảnh hƣởng đến độ nhớt của bột polysaccharides từ lá sƣơng sâm nhƣ: tốc độ quay đầu dị, nhiệt độ, nồng độ, pH, đƣờng sucrose/ glucose. 3. Ngày giao nhiệm vụ khĩa luận: 20/01/2015 4. Ngày hồn thành khĩa luận: 15/07/2015 5. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn: TS. Trịnh Khánh Sơn Phần hƣớng dẫn: tồn bộ khĩa luận Nội dung và yêu cầu khĩa luận tốt nghiệp đã đƣợc thơng qua bởi Trƣởng Bộ mơn Cơng nghệ Thực phẩm Tp.HCM, ngày tháng năm 2015 Trƣởng Bộ mơn 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 cơ trong Bộ mơn Cơng Nghệ Thực Phẩm, khoa Cơng Nghệ Hĩa Học và Thực Phẩm Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật đã tận tình truyền đạt kiến thức trong thời gian chúng em theo học tại trƣờng; thầy Trịnh Khánh Sơn đã tận tâm hƣớng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khĩa luận này, cũng nhƣ các thầy cơ trong khoa đã tạo điều kiện để em hồn thành các thí nghiệm. Đồng thời em cũng xin cám ơn gia đình và bạn bè đã luơn bên cạnh động viên, ủng hộ em trong suốt thời gian qua. ii
4. LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan tồn bộ nội dung đƣợc trình bày trong khĩa luận tốt nghiệp là của riêng tơi. Tơi xin cam đoan các nội dung đƣợc tham khảo trong khĩa luận tốt nghiệp đã đƣợc trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định. Ngày tháng năm 2015 Ký tên iii
5. MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP i LỜI CẢM ƠN ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii TĨM TẮT KHĨA LUẬN ix CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1 1.1. Giới thiệu về lá sƣơng sâm. 1 1.2. Polysaccharide 2 1.2.1. Đặc điểm chung của polysaccharide 3 1.2.2. Một số polysaccharide 6 1.2.3. Polysaccharide trong lá sƣơng sâm 8 1.3. Trích ly polysaccharide 8 1.4. Tính lƣu biến của thực phẩm dạng lỏng. 10 1.5. Phổ hồng ngoại FTIR 11 1.6. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc. 12 1.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về lá sƣơng sâm 12 1.6.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc về lá sƣơng sâm. 13 1.7. Định hƣớng nghiên cứu. 13 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 14 2.1. Vật liệu. 14 2.1.1. Lá sƣơng sâm. 14 2.1.2. Hĩa chất. 14 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu. 14 2.2.1. Khảo sát các phƣơng pháp tách chiết 14 2.2.2. Phƣơng phổ hồng ngoại FTIR 17 2.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ quay lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide. 17 iv
6. 2.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ và nồng độ lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide. 18 2.2.5. Khảo sát ảnh hƣởng của pH lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide. 18 2.2.6. Khảo sát ảnh hƣởng của đƣờng Sucrose và Glucose lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide thu đƣợc từ các thí nghiệm. 18 2.2.7. Xác định độ ẩm 18 2.2.8. Xác định hàm lƣợng tro tổng 18 2.2.9. Xác định hàm lƣợng lipid. 19 2.2.10. Xác định hàm lƣợng protein. 19 2.2.11. Xác định hàm lƣợng carbonhydrate tổng 19 2.2.12. Xác định hàm lƣợng đƣờng tổng bằng phenol-acid sunfuric 19 2.2.13. Phân tích thống kê 20 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 21 3.1. Xác định một số thành phần hĩa học cơ bản trong lá sƣơng sâm. 21 3.2. Khả năng kết tủa, tạo gel của polysaccharide thu nhận từ các phƣơng pháp khác nhau. 22 3.3. Xác định nhĩm chức trong phân tử của các mẫu polysaccharide 24 3.4. Ảnh hƣởng của tốc độ quay lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide 26 3.5. Ảnh hƣởng của nhiệt độ, nồng độ lên độ nhớt của mẫu polysaccharide. 28 3.6. Ảnh hƣởng của pH lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide. 30 3.7. Ảnh hƣởng của đƣờng Sucrose, Glucose lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide. 32 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN 34 v
7. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các kiểu vùng giao nhau của gel polysaccharide 4 Hình 1.2 Phân loại thuộc tính cơ lƣu chất của chất lỏng 11 Hình 1.3 Phổ FT-IR của Yanang gum và các sản phẩm xylan thƣơng mại 12 Hình 2.1 Lƣu đồ mơ tả 5 thí nghiệm đƣợc thực hiện 16 Hình 2.2 Các bƣớc tiến hành phƣơng pháp phổ hồng ngoại FTIR 17 Hình 3.1 Khả năng kết tủa/ tạo gel từ thí nghiệm 1 (SKE), 2 (STE), 3 (STĐ), 4 và 5 23 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại FTIR của mẫu polysaccharide SKE, STE, STĐ và Pectin 25 Hình 3.3 Ảnh hƣởng của tốc độ quay lên độ nhớt của mẫu polysaccharide SKE, STE và STĐ ở nhiệt độ 300C, nồng độ 0.5% (A), 1% (B), 1.5% (C), 2% (D). 27 Hình 3.4 Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên độ nhớt của mẫu SKE, STE và STĐ ở 100 rpm 29 Hình 3.5 Ảnh hƣởng của pH lên độ nhớt của các mẫu polysaccharide SKE, STE, STĐ ở nhiệt độ 350C, tốc độ quay 100 rpm 31 Hình 3.6 Ảnh hƣởng của nồng độ sucrose/glucose lên độ nhớt của mẫu polysaccharides SKE, STE và STĐ ở nhiệt độ 350C, tốc độ quay 100 rpm 33 vi
8. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Hàm lƣợng một số thành phần hĩa học cơ bản trong bột lá sƣơng sâm khơ 21 Bảng 3.2 Khả năng kết tủa, tạo gel của các thí nghiệm và hiệu suất trích ly 22 vii
9. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Ý nghĩa 1 TN Thí nghiệm 2 FTIR Fourier Transform Infrared Red 3 SKE Mẫu polysaccharide trích ly từ bột lá sƣơng sâm khơ, kết tủa bằng ethanol 4 STE Mẫu polysaccharide trích ly từ lá sƣơng sâm tƣơi, kết tủa bằng ethanol 5 STĐ Mẫu polysaccharide trích ly từ lá sƣơng sâm tƣơi, khơng dùng tác nhân kết tủa. 6 SKĐ Mẫu polysaccharide trích ly từ bột lá sƣơng sâm khơ, khơng dùng tác nhân kết tủa 7 SKCa Mẫu polysaccharide trích ly từ bột lá sƣơng sâm khơ, tạo gel bằng CaSO4 viii
10. TĨM TẮT KHĨA LUẬN Lá sƣơng sâm (Tiliacora triandra) cĩ nguồn gốc từ Đơng Nam Á và đƣợc sử dụng rất phổ biến ở Thái Lan, Lào và Việt Nam. Khĩa luận này nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các phƣơng pháp trích ly và một số yếu tố đến độ nhớt của mẫu polysaccharides từ lá sƣơng sâm (Tiliacora triandra). Trích ly bằng phƣơng pháp nƣớc nĩng đã làm mất đi khả năng tạo gel của dịch sau trích ly. Tuy nhiên, mẫu bột polysaccharie đƣợc trích ly bằng phƣơng pháp nƣớc nĩng cho độ nhớt cao hơn phƣơng pháp xay. Các mẫu polysaccharide từ lá sƣơng sâm đều là chất lỏng phi Newton. Nồng độ của mẫu polysaccharide cao cũng nhƣ nồng độ đƣờng cao thì độ nhớt tăng. Đƣờng sucrose tạo độ nhớt của mẫu cao hơn đƣờng glucose. Nhiệt độ càng thấp thì độ nhớt càng cao. Mẫu SKE cho độ nhớt cao nhất ở pH 9, thấp nhất ở pH 5 và mẫu STE, STĐ cho độ nhớt cao nhất ở pH 11, thấp nhất ở pH 5. Phổ FT-IR của polysaccharides từ lá sƣơng sâm cĩ cấu trúc tƣơng tự nhƣ xylan nhƣng cịn lẫn nhiều tạp chất. ix
11. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu về lá sƣơng sâm. Sƣơng sâm cĩ tên khoa học là Tiliacora triandra thuộc họ Tiliacora, thƣờng đƣợc gọi là Yanang. Sƣơng sâm là một lồi thực vật cĩ hoa cĩ nguồn gốc ở Đơng Nam Á và đƣợc sử dụng trong các mĩn ăn Đơng Bắc Thái Lan và Lào. Nĩ là một loại cây leo, lá xanh thẫm, hình bầu dục, bề mặt lá mịn và hoa màu vàng (Ptchelintsev, 2012). Trong y học cổ truyền Đơng Nam Á, sƣơng sâm đƣợc sử dụng nhƣ một loại thuốc thảo dƣợc để giảm sốt (Wiriyachitra & Phuriyakorn, 2001), chữa ngộ độc rƣợu và các bệnh về viêm nhiễm do nấm và vi khuẩn. Ví dụ, việc sử dụng lá sƣơng sâm để chống lại Plasmodium falciparum (nguyên nhân gây ra bệnh sốt rét ở ngƣời) đƣợc trình bày bởi Pavanand và cộng sự (1989). Sƣơng sâm cịn cho thấy một số hiệu quả trong việc điều trị, phịng ngừa, kiểm sốt, cải thiện, ức chế hoặc làm giảm các dấu hiệu của da theo thời gian, do hormone tuổi tác nhƣ nếp nhăn, chảy xệ và các tình trạng khác do sự xuống cấp dần các tế bào da tăng tƣởng, sự phát triển và chức năng trong các lớp biểu bì và hạ bì. (Ptchelintsev, 2012). Phân tích hĩa học cho thấy lá sƣơng sâm cĩ hàm lƣợng beta-carotene, chất khống cao, nhƣ canxi và sắt. Một số alkaloid, đặc biệt là alkaloids bisbenzylisoquinoline đã đƣợc xác định trong lá sƣơng sâm, bao gồm tiliacorinine, tiliacorine, và nortiliacorinine (Wiriyachitra & Phuriyakorn, 2001). Polysaccharides đƣợc sử dụng nhƣ là phụ gia trong ngành cơng nghiệp thực phẩm vì chúng cĩ khả năng để sửa đổi, điều khiển các tính năng của thực phẩm. Các ngành cơng nghiệp polysaccharides thực phẩm đại diện cho một thị trƣờng đạt hơn 3,0 tỷ USD (Seisum, 2002). Các khả năng quan trọng nhất của polysaccharides là tạo nhớt, tạo gel, làm dày và khả năng giữ nƣớc. Chức năng quan trọng khác là ổn định hệ nhũ tƣơng và cải thiện các tính chất cảm quan (Singthong, Ningsanond, & Cui, 2009). Polysaccharides chiết xuất từ thực vật là các chất phụ gia hấp dẫn cho nhiều ngành cơng nghiệp, đặc biệt là đối với các ngành cơng nghiệp thực phẩm, bởi vì ngƣời tiêu dùng thƣờng thích sử dụng các nguyên liệu cĩ nguồn gốc tự nhiên hơn là hĩa học. Dịch trích ly của lá sƣơng sâm trở nên nhớt rất nhanh sau khi lá đƣơc nghiền nát trong nƣớc. Tính nhớt của các thành phần trong lá sƣơng sâm cĩ thể là một nguồn polysacharide tự nhiên (Singthong và cộng sự, 2009). 1
12. 1.2. Polysaccharide Polysaccharides là polymer cĩ khối lƣợng phân tử lớn, gồm nhiều monosaccharide liên kết với nhau bằng liên kết O-glycosidic. Mức độ trùng hợp (DP), đƣợc xác định bởi số lƣợng các đơn vị monosaccharide trong một chuỗi, thay đổi từ một trăm đến vài trăm ngàn, chỉ cĩ một vài polysaccharides cĩ DP dƣới 100. Khơng giống nhƣ các protein, polysaccharides là các sản phẩm gen thứ cấp. Căn cứ vào số lƣợng các monomer khác nhau hiện nay, polysaccharides cĩ thể đƣợc chia thành hai lớp (Aspinall, 1972): Homopolysaccharides, bao gồm chỉ cĩ một loại monosaccharide. Heteropolysaccharides, bao gồm hai hoặc nhiều loại monosaccharide. Homopolysaccharides cĩ thể đƣợc phân loại dựa trên các mối liên kết glycosidic khác nhau của các đơn vị monosaccharide. Các liên kết glycosidic cĩ thể là liên kết kiểu α- hay β-, ví dụ nhƣ α-1 → 2, α-1 → 3, α-1 → 4, hoặc β-1 → 2, β- 1 → 3, β-1 → 4 và v.v Heteropolysaccharide ngồi việc cĩ các loại monosaccharide khác nhau, chúng cũng cĩ các loại liên kết đa dạng nhƣ homopolysaccharide. Do đĩ heteropolysaccharide cĩ sự đa dạng về cấu trúc gần nhƣ là vơ hạn. Một số polysaccharides chỉ gồm các đơn vị đƣờng: chúng đƣợc gọi là polysaccharides trung tính (ví dụ, amylose, amylopectin, cellulose). Những polysaccharide cĩ chứa axit đƣờng trong cấu trúc của chúng sẽ mang điện tích âm và do đĩ chúng là polysaccharides anion, ví dụ nhƣ pectin và alginat. Hiện này ngƣời ta chỉ biết cĩ một loại polusaccharide cation duy nhất là chitosan, thu đƣợc bằng cách thay đổi tự nhiên của chitin từ động vật (Cui, 2005). Polysaccharide cịn đƣợc phân loại dựa trên nguồn gốc của chúng: Cĩ nguồn gốc từ rong biển: Agarose, carrageenans, alginates. Cĩ nguồn gốc từ thực vật bậc cao (các loại ngũ cốc, trái cây, rau quả (phần ăn đƣợc ăn đƣợc và khơng), hạt, củ, rễ, cây): Pectins, arabinoxylans, arabinogalactans, glucuronoxylans, β-glucans, inulin, cellulose, xylans, gum arabic, gum ghatti, gum tragacanth, gum karaya, guar gum, locust gum, tara gum, starches, konjac mannan. Cĩ nguồn gốc từ vi sinh vật: Xanthan gum, gellan, welan, zooglan, pullulan, dextran, curdlan, levan, scleroglucan. Cĩ nguồn gốc từ động vật: Glycogen, glycosaminoglycans, chitin, chitosan. 2
13. Dựa vào các loại chuỗi của đơn vị đƣờng, polysaccharides cĩ thể đƣợc chia thành ba nhĩm: Loại chuỗi tuần hồn: các đơn vị đƣờng sắp xếp theo một trật tự đƣợc lặp lại. Loại chuỗi gián đoạn: các chuỗi cĩ trình tự lập đi lặp lại nhƣng cách nhau bởi chuỗi bất thƣờng. Loại khơng tuần hồn: các monosaccharide cĩ các vị trí liên kết khác nhau, cấu hình khác nhau và sắp xếp khơng theo một trình tự nhất định. 1.2.1. Đặc điểm chung của polysaccharide 1.2.1.1. Cơ chế tạo gel Gel polysaccharide trong thực phẩm đƣợc tạo thành từ dung dịch hoặc chất phân tán của polysaccharides. Cần phân biệt sự tạo gel với sự kết tủa. Sự kết tủa của polysaccharide xảy ra do các phản ứng tập hợp, tƣơng tác polysaccharide – polysaccharide chiến ƣu thế so với tƣơng tác polysaccharide – nƣớc. Trong khi sự tạo gel là các chuỗi polymer đƣợc liên kết chéo bằng liên kết cộng hĩa trị hoặc khơng phải liên kết cơng hĩa trị để hình thành một mạng polymer ba chiều lấp đầy thể tích của mơi trƣờng lỏng. Để tạo ra gel, polysaccharides phải đƣợc hịa tan hoặc phân tán trong dung dịch, nhằm phá vỡ hầu hết các liên kết hydro ở trạng thái rắn. Để chuyển đổi sol thành gel thì phải thay đổi nhiệt độ, hoặc bổ sung các cation và thay đổi pH v.v Mục đích của các phƣơng pháp xử lý trên là để làm giảm sự tƣơng tác nội phân tử và tăng cƣờng sự tƣơng tác liên phân tử. Sự tạo gel tốt của các polysaccharide mạch nhánh nhƣ gum arabic đơn giản là do mạng lƣới phân tử dày đặc. Chuỗi polysaccharide kéo dài cĩ xu hƣớng bị rối ở nồng độ cao hơn. Những phân tử đồng dạng cĩ thể quấn quanh nhau tạo thành nhiều xoắn mà khơng làm mất liên kết hydro. Một số lƣợng tối thiểu của các liên kết chéo cần đƣợc hình thành để khắc phục hiệu ứng entropy và để tạo thành một mạng lƣới ổn định. Các liên kết chéo trong gel polysaccharide thƣờng liên quan đến các đoạn mở rộng đƣợc sắp xếp từ hai hoặc nhiều chuỗi polysaccharide và tạo thành một cấu trúc mà đƣợc gọi là vùng giao nhau. Một số kiểu tƣơng tác giữa các phân tử cĩ thể đĩng gĩp cho sự tạo gel của polysaccharides. Chúng bao gồm các liên kết hydro, liên kết ion, liên kết van der Waals và tƣơng tác kỵ nƣớc. Hình 1.1 đƣa ra một số ví dụ về các kiểu vùng giao nhau lý tƣởng hĩa cho mạng gel polysaccharide. Hình 1.1a cho thấy cấu trúc “egg box” của mối liên kết chéo. Các chuỗi 3
14. polysaccharide hay phân đoạn của chúng gắn vào cặp kết hợp mà cấu tạo gồm 2 nếp gấp, các ion kim loại liên kết, nằm bên trong khoang âm điện nhƣ quả trứng nằm trong hộp trứng “egg box”. Ví dụ cho loại liên kết này là gel pectin với mức độ methoxyl thấp và gel alginate. Hình 1.1b biểu diễn các liên kết chéo của các xoắn kép thơng qua lực van der Waals và liên kết hydro. Với sự cĩ mặt của cation tạo gel, các xoắn cũng cĩ thể liên kết với nhau bằng liên kết ion, đƣợc thể hiện trong hình 1.1c. Hình 1.1d mơ tả một mẫu vùng giao nhau đƣợc đề xuất cho một số đoạn trung tính, khơng cĩ ion kim loại (Cui, 2005). Hình 1.1 Các kiểu vùng giao nhau của gel polysaccharide 4
15. 1.2.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo gel  Ảnh hưởng bởi đặc điểm cấu trúc. Cấu trúc hĩa học và cấu tạo phân tử polysaccharides là những yếu tố chính để xác định tính chất gel và cơ chế tạo gel của chúng. Để tạo gel, chuỗi polysaccharide hoặc phân đoạn chuỗi phải đƣợc sắp xếp và tƣơng tác với nhau để tạo thành một mạng lƣới ba chiều ổn định. Đối với cùng một loại polysaccharides, sự biến đổi trong cấu trúc của chuỗi polymer dẫn đến cơ chế tạo gel khác nhau và gel cĩ tính chất khác nhau. Pectin là một ví dụ điển hình, pectin cĩ độ methy hĩa cao cĩ cơ chế tạo gel và tính chất gel khác so với pectin cĩ độ methy hĩa thấp. Một ví dụ khác là alginat, alginat axit D-mannuronic cao tạo thành gel đục với mơđun đàn hồi thấp; ngƣợc lại, alginate axit L-guluronic cao hình thành gel trong suốt, gel cứng và giịn hơn (Cui, 2005).  Ảnh hưởng bởi nồng độ và khối lượng phân tử. Gel chỉ đƣợc hình thành khi nồng độ polymer vƣợt quá nồng độ tới hạn. Khối lƣợng phân tử cũng rất quan trọng đối với sự tạo gel, các mơ đun đàn hồi tăng khi khối lƣợng phân tử tăng đến một điểm nhất định và sau đĩ độc lập với khối lƣợng phân tử; trong khi lực phá vỡ càng tăng khi khối lƣợng phân tử tăng (Whistler, R.L, 1973 & Mitchell, J. R. và Blanshard, J. M. V, 1979). Tuy nhiên đối với các polysaccharide trung tính thì tỷ lệ tạo gel tỉ lệ nghịch với khối lƣợng phân tử của các polysaccharide (Bưhm, N. and Kulicke, W. M, 1999), do đĩ các mẫu cĩ khối lƣợng phân tử thấp tạo gel mạnh hơn các mẫu cĩ khối lƣợng phân tử cao trong khoảng thời gian nhất định (Cui, 2005).  Ảnh hưởng bởi lực ion và pH Đối với một số polysaccharide, việc thay đổi pH hoặc loại ion cũng nhƣ là số lƣợng của chúng cĩ thể làm thay đổi tính chất của kết tủa gel. Gel của polysaccharides anion đặc biệt bị ảnh hƣởng bởi nồng độ và các loại cation liên quan. Nhìn chung đối với polysaccharide mà cĩ nồng độ cation thấp, khi tăng nồng độ cation thì khả năng tạo gel cũng đƣợc cải thiện cho đến khi khả năng tạo gel đạt tối ƣu. Sau khi đạt đƣợc nồng độ ion tối ƣu, tiếp tục bổ sung các cation sẽ làm giảm độ bền của gel, độ đơng hoặc kết tủa của các polysaccharides (Cui, 2005). 5
16.  Ảnh hưởng của chất tan kết hợp Sự hiện diện của một số hợp chất tan cĩ khối lƣợng phân tử thấp nhƣ đƣờng cĩ thể làm tăng sự tạo gel của polysaccharides. Các hợp chất tan sẽ cạnh tranh với nƣớc, thúc đẩy sự tƣơng tác giữa các phân tử polysaccharide. Tính chất của gel tăng khi nồng độ chất tan tăng và đạt đến giá trị cực đại. Ví dụ các hợp chất tan ( 0 to 50% sucrose và syrup từ bắp) làm tăng cƣờng khả năng tạo gel của gellan gum và độ bền của gel cũng đƣợc cải thiện (Nickerson và cộng sự, 2004). Tuy nhiên khi nồng độ các hợp chất tan quá cao ( >70% w/w) thì cấu trúc gel bị suy yếu (Cui, 2005). 1.2.2. Một số polysaccharide 1.2.2.1. Cellulose Cellulose là polysaccharide tự nhiên cĩ nhiều nhất trên trái đất. Cellulose là thành phần cấu trúc chính trong thành tế bào của thực vật bậc cao, nĩ cũng là thành phân chính của quả bơng (100%), lanh (80%), sợi đay (60-70%) và gỗ (40-50%). Cellulose cũng cĩ thể đƣợc tìm thấy trong các tế bào tảo xanh và màng tế bào nấm. Acetobacter xylinum cĩ thể tổng hợp cellulose. Cellulose cũng cĩ thể thu đƣợc từ nhiều phụ phẩm nơng nghiệp nhƣ lúa mạch, lúa mì, than cây ngơ và mía. Cellulose là polymer cĩ trọng lƣợng phân tử cao với liên kết β (1→4) D-glucopyranose (Cui, 2005). 1.2.2.2. Hemicellulose Hemicelluloses là nhĩm khơng đồng nhất của các polysaccharide tạo thành vách tế bào của thực vật bậc cao; các polysaccharide này thƣờng cĩ liên kết cộng hĩa trị hoặc khơng cộng hĩa trị với cellulose. Cấu trúc của hemicelluloses cĩ thể thay đổi tùy thuộc vào nguồn gốc của chúng, nhƣng chúng đƣợc chia thành 4 nhĩm dựa trên thành phần của chuỗi trục chính: D-xylan với liên kết β (1→4) D-xylose, D-mannans với liên kết β (1-4) D- mannose, D-xyloglucan với gốc D-xylopyranose gắn vào chuỗi cellulose và D-galactans với liên kết β (1→3) D-galactose. Hemicellulose là các heteropolysaccharide (Cui, 2005). 6
17. 1.2.2.3. Pectin Pectin là thành phần chính của hầu hết thành tế bào của thực vật bậc cao; chúng cĩ nhiều trong các loại trái cây và rau quả. Pectin thƣơng mại đƣợc điều chế chủ yếu từ một số sản phẩm của ngành cơng nghiệp thực phẩm, ví dụ nhƣ bột táo, vỏ cam quýt và bột củ cải đƣờng. Pectin là polysaccharide phức tạp cĩ chứa ít nhất 65% acid galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết α (1→4)-glucoside trong đĩ một số gốc –COOH đƣợc methoxyl hĩa –CH3O (Cui, 2005). 1.2.2.4. Alginate Alginate là polysaccharide cấu trúc của tảo biển nâu. Lồi rong biển chính để sản xuất alginate là Macrocystis pyrifera, đƣợc trồng chủ yếu dọc theo bờ biển California của Mỹ, bờ biển nam và tây bắc của Nam Mỹ, bờ biển Australia và New Zealand. Các nguồn sản xuất alginate khác là từ rong Laminaria hyperborea, Laminaria digitata, and Laminaria japonica đƣợc trồng dọc theo bờ biển Đại Tây Dƣơng ở phía bắc nƣớc Mỹ, Canada, Pháp và Na Uy. Alginate cũng cĩ thể đƣợc tổng hợp bởi vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa và Azobacter vinelandii.Alginate là polymer kết hợp khơng phân nhánh của β (1→4)-D-manuronic acid và α-L-guluronic acid. Trình tự các gốc mananuronic và guluronic ảnh hƣởng đáng kể đến tính chất hĩa lý của alginate (Cui, 2005). 1.2.2.5. Agar Agar là loại polysaccharide cĩ nguồn gốc từ tảo đỏ- tím thuộc lớp Rhodophyceae. Các lồi cho hiệu suất thu đƣợc agar cao là Gracilaria và Gelidium phát triển dọc theo bờ biển Nhật Bản, New Zealand, Nam Phi, Nam Califonia. Agar là một polysaccharide đƣợc tạo nên từ các đơn vị disaccharide lặp đi lặp lại của β-(1→3)-D-galactose và α-(1→4)- 3,6- anhydro-L-galactose. Ngồi ra, agar cũng cĩ thể chứa các nhĩm methyl, các nhĩm methyl xuất hiện ở C-6 của β-(1→3)-D-galactose và C-2 của α-(1→4)- 3,6-anhydro-L-galactose (Cui, 2005). 7
18. 1.2.3. Polysaccharide trong lá sƣơng sâm Theo nghiên cứu của Jittra Singthong và cộng sự (2009), polysaccharide trong lá sƣơng sâm (Tiliacora triandra) cĩ cấu trúc tƣơng tự nhƣ xylan. Xylan là loại hemicelluloses khơng bền nhiệt (D. A. I. Goring, 1963; A. Ebringerova và cộng sự, 2000), xylan bắt đầu phân hủy nhiệt ở nhiệt độ gần 2000C và chúng đƣợc coi là biopolymer nhiều thứ hai trong trong giới thực vật. Xylan khơng chỉ cĩ ở trong gỗ mà cịn ở trong các loại thực vật khác nhƣ cỏ, ngũ cốc và các loại thảo mộc (A. M. Stephen, 1983). Mặc dù xylan đƣợc biết đến trong một thời gian dài nhƣng ngƣời ta vẫn chƣa quan tâm đến cấu trúc, chức năng và sự sinh tổng hợp xylan trong thực vật. Các tính chất hĩa lý của xylans chƣa đƣợc nghiên cứu một cách hệ thống nhƣng nĩ cĩ ảnh hƣởng đến cơng nghệ làm bánh mì (M. S. Izydorczyk và cộng sự, 1995; J. A. Delcour và cộng sự, 1991) xay nghiền hạt ngũ cốc và các loại bột (M. S. Izydorczyk và cộng sự, 1998). Khả năng hịa tan của xylan cũng giống với các loại polysaccharide khác, đều bị ảnh hƣởng bởi các liên kết hydro nội phân tử đƣợc tạo ra trong quá trình sấy polysaccharide sau quá trình trích ly cũng nhƣ là trong quá trình lƣu trữ (A. Ebringerova và cộng sự, 1994). Trọng lƣợng phân tử (Mw) thay đổi đáng kể và bị ảnh hƣởng bởi các phƣơng pháp ƣớc lƣợng khác nhau. Thơng thƣờng Mw thu đƣợc từ phƣơng pháp siêu ly tâm thấp hơn phƣơng pháp lọc gel. Đối với phƣơng pháp tán xạ ánh sáng, giá trị Mw thu đƣợc rất cao ~5000 g/mol. Sự khác nhau về trọng lƣợng phân tử giữa các phƣơng pháp là do các chuỗi kết hợp và các hạt microgel trong dung dịch tạo nên (M. E. F. Schooneveld-Bergmans và cộng sự, 1999). 1.3. Trích ly polysaccharide Nĩi chung, các polysaccharide của vi khuẩn thì dễ dàng trích ly hơn các polysaccharide cấu trúc của thành tế bào thực vật và vi sinh vật (BeMiller, J. N, 1996). Ví dụ, xanthan gum sản xuất bởi Xanthomonas campestris đƣợc giải phĩng trực tiếp vào mơi trƣờng nuơi cấy và cĩ thể dễ dàng phân lập bằng cách kết tủa với ethanol. Các polysaccharides thành tế bào, mặt khác, đã đƣợc chiết xuất từ các nguyên liệu thành tế bào khơng hịa tan. Ngƣời ta cĩ thể sử dụng các chế phẩm tinh khiết để phân tích cấu trúc chi tiết của các polysaccharide trích ly từ thành tế bào. Để trích ly polysaccharide từ tế bào thực vật thì việc loại bỏ chất béo cĩ trong nguyên liệu là rất cần thiết, bởi vì chất béo cĩ thể 8
19. hạn chế sự xâm nhập của nƣớc và ảnh hƣởng tiêu cực đến hiệu quả trích ly. Chất béo thƣờng đƣợc loại bỏ bằng dung mơi phân cực, chẳng hạn nhƣ dung dịch chloroform methanol (95: 5 v / v), ethanol (90% v / v) hoặc dioxan, và hexane. Sự hồi lƣu ethanol thƣờng đƣợc thực hiện để làm bất hoạt các enzym thủy phân nội sinh cĩ mặt trong các vật liệu sinh học. Các polysaccharide nằm trong thành tế bào cĩ thể đƣợc trích ly bằng các dung mơi khác nhau, tuy nhiên trích ly bằng nƣớc ở các nhiệt độ khác nhau thƣờng là sự lựa chọn đầu tiên để trích ly các polysaccharide trung tính. Thơng thƣờng, nhiệt độ trích ly càng tăng thì hiệu quả trích ly càng cao. Polysaccharides acid nhƣ pectin, đƣợc hịa tan bởi các ion kim loại hố trị hai tạo phức phối hợp chặt chẽ với các tác nhân tạo phức nhƣ amoni oxalat, natri hexametaphosphate, EDTA, hoặc CDTA. Dung mơi phân cực, khan nhƣ dimethyl sulphoxide (DMSO) dimethyl sulphoxide (DMSO) (thơng thƣờng với 10% nƣớc), đƣợc sử dụng để hịa tan các hạt tinh bột và trích ly O-acetyl-4-O-methyl glucuronoxylans and O-acetyl-galactoglucomannans mà khơng làm mất các nhĩm thế khơng ổn định của chúng. N-methylmorpholine-N-oxide đã đƣợc báo cáo nhƣ một dung mơi tốt để trích ly polysaccharides từ vách tế bào bao gồm cellulose. Dung dịch cĩ tính axit thƣờng khơng đƣợc sử dụng để trích ly polysaccharides vì chúng làm thủy phân các liên kết glycosidic. Tuy nhiên, các chế phẩm thƣơng mại của pectin từ vỏ cam quýt hoặc bột táo đƣợc thu bằng cách trích ly với dung dịch cĩ tính axit pH 1-3 tại 50-900C. Dung dịch kiềm đƣợc sử dụng rộng rãi để trích ly các polysaccharides thành tế bào. Sodium borohydrate (NaBH4) thƣờng đƣợc thêm vào dung dịch trích ly để làm giảm nguy cơ phản ứng loại bỏ gốc β hay làm mất tuần tự các gốc ở cuối của chuỗi polysaccharide do nồng độ pH cao. Ngƣời ta cho rằng trong điều kiện kiềm, các liên kết ester và liên kết cộng hĩa trị và liên kết khơng cộng hĩa trị bị phá vỡ và các polysaccharides ban đầu khơng trích ly đƣợc sẽ đƣợc giải phĩng từ các mạng lƣới phức tạp của thành tế bào. Dung dịch Ba(OH)2 bão hịa đƣợc sử dụng để trích ly arabinoxylans từ lúa mỳ và lúa mạch, trong khi dung dịch NaOH lỗng đƣợc sử dụng để trích ly xyloglucans, xylans, β-glucans, and pectins. Các polysaccharides đƣợc trích ly bằng kiềm thì chúng trở nên hịa tan trong nƣớc. Một phƣơng pháp khác đã đƣợc thực hiện để trích ly polysaccharide khơng hịa tan nhƣ cellulose. Polymer này cĩ thể đƣợc phân lập từ nguyên liệu bơng hoặc gỗ bằng cách 9
20. loại bỏ tiếp các thành phần khác cĩ trong nguyên liệu. Ví dụ, các loại sáp và chất béo cĩ thể đƣợc chiết xuất bằng chloroform, benzene, và ethanol (Cui, 2005). 1.4. Tính lƣu biến của thực phẩm dạng lỏng. Độ nhớt là một đặc tính vật lý quan trọng, liên quan đến chất lƣợng của các sản phẩm thực phẩm dạng lỏng. Các số liệu về độ nhớt cũng rất cần thiết cho việc thiết kế và thẩm định các thiết bị chế biến thực phẩm nhƣ máy bơm, đƣờng ống, thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị bay hơi, tiệt trùng, lọc và trộn (Saravacos, 1970). Độ nhớt của thực phẩm lỏng phụ thuộc vào thành phần của nĩ và nhiệt độ; trong một số trƣờng hợp độ nhớt cịn phụ thuộc vào tốc độ trƣợt (shear rate) hoặc ứng suất trƣợt (shear stress) và thời gian trƣợt. Tính chất lƣu biến của chất lỏng Newton khơng phụ thuộc vào tốc độ trƣợt (shear rate) mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần của chất lỏng. Những chất lỏng khơng phải là chất lỏng Newton thì đƣợc gọi là chất lỏng phi Newton. Chất lỏng phi Newton cĩ thể đƣợc chia thành hai loại là phụ thuộc vào thời gian và độc lập với thời gian. Đối với chất lỏng phi Newton độc lập với thời gian, ở một nhiệt độ khơng đổi, độ nhớt chỉ phụ thuộc vào cƣờng độ ứng suất trƣợt (shear stress) hoặc tốc độ trƣợt (shear rate). Nếu độ nhớt giảm khi tốc độ trƣợt (shear rate) tăng lên thì chất lỏng đĩ đƣợc gọi là chất lỏng shear-thining hoặc pseudoplastic (độ nhớt tỉ lệ nghịch với tốc độ trƣợt). Nếu độ nhớt tăng khi tốc độ trƣợt (shear rate) tăng thì chất lỏng đĩ đƣợc gọi là chất lỏng shear-thickening (độ nhớt tỉ lệ thuận với tốc độ trƣợt). Chất lỏng phi Newton phụ thuộc vào thời gian đƣợc chia thành hai loại. Ở một nhiệt độ và tốc độ trƣợt (shear rate) khơng đổi, nếu độ nhớt giảm theo thời gian thì chất lỏng đĩ là chất lỏng thixotropic (độ nhớt giảm theo thời gian); cịn nếu độ nhớt tăng theo thời gian thì đĩ là chất lỏng rheopectic (độ nhớt tăng theo thời gian) (Rao, 1978). Phân loại chất lỏng theo tính lƣu biến đƣợc trình bày ở hình 1.2 10
21. Chất lỏng Chất lỏng Newton Chất lỏng phi Newton Phụ thuộc thời gian Độc lập thời gian Thixotropic Rheopectic Shear-thinning Shear-thickening Hình 1.2 Phân loại thuộc tính cơ lƣu chất của chất lỏng 1.5. Phổ hồng ngoại FTIR Phƣơng pháp phân tích theo phổ hồng ngoại là một trong những kỹ thuật phân tích rất hiệu quả. Một trong những ƣu điểm quan trọng nhất của phƣơng pháp phổ hồng ngoại vƣợt hơn những phƣơng pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hƣởng từ điện tử ) là phƣơng pháp này cung cấp thơng tin về cấu trúc phân tử nhanh, khơng địi hỏi các phƣơng pháp tính tốn phức tạp. Kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là: các hợp chất hố học cĩ khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử của các hợp chất hố học dao động với nhiều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Các đám phổ khác nhau cĩ mặt trong phổ hồng ngoại tƣơng ứng với các nhĩm chức đặc trƣng và các liên kết cĩ trong phân tử hợp chất hố học. Bởi vậy phổ hồng ngoại của một hợp chất hố học coi nhƣ "dấu vân tay", cĩ thể căn cứ vào đĩ để nhận dạng chúng. Phổ hồng ngoại đƣợc dùng để xác định độ tinh khiết của các chất. Chất khơng tinh khiết thì thƣờng độ rõ nét của đám phổ riêng biệt bị giảm, sự xuất hiện thêm các đám phổ sẽ làm "nhoè" phổ. Khi tạp chất cĩ sự hấp thụ mạnh mà ở đĩ thành phần chính khơng hấp thụ hoặc hấp thụ yếu thì việc xác định rất thuân lợi. 11
22. S K L 0 0 2 1 5 4