Một sản phẩm thực phẩm thường quan tâm đến cấu trúc, tráng thái, hương vị. Để tạo thêm sự hoàn hảo cho sản phẩm thì một trong những chất cần thiết là phụ gia tạo cấu trúc. Pectin là phụ gia làm dày làm đặc trong công nghệ chế biến để tạo ra sản phẩm đa dạng, phong phú, dễ bảo quản khi vận chuyển. Để hiểu rõ hơn về pectin hãy cùng ifood tìm hiểu nhé.
Pectin là gì?
Pectin là một polymer của các acid polygalacturonic và các este methyl của chúng. Pectin có nhiều ở quả, củ hoặc thân cây như: Táo, mận, cam, chanh, cà rốt, lê, cà chua,…
Sản xuất pectin từ một số loại quả
Thường có 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 dịch tế bào.
Cấu trúc hóa học của pectin
Các chất pectin là các polysaccharide, mạch thẳng, cấu tạo từ sự liên kết giữa các mạch của phân tử acid D- galacturonic C6 H10O7, liên kết với nhau bằng liên kết 1,4- glucoside. Trong đó một số gốc acid có chứa nhóm methoxyl (-OCH3). Chiều dài của chuỗi acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị acid polygalacturonic.
Cấu tạo 1 đơn vị của chuỗi pectin
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.
Phân tử pectin gồm có 3 loại hợp phần cấu tạo nên là Homogalacturonan, Rhamnogalacturonan-I và Rhamnogalactorunan-II. Ba loại hợp phần này được gọi là pectin polysaccharide, chúng có thể liên kết cộng hóa trị để tạo thành mạng lưới pectin phân bố khắp phiến giữa và vách tế bào sơ cấp.
Mô hình cấu trúc đơn giản của pectin
Tính chất của pectin
Pectin thuộc nhóm các chất làm đông tụ. Pectin được xem là một trong những chất phụ gia thực phẩm an toàn và được chấp nhận nhiều nhất, và điều này được chứng minh bởi hàm lượng ADI cho phép là “không xác định” được ban hành bởi các tổ chức JECFA (Joint Food Expert 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.
- Khả năng tạo gel và tạo đông, khi có mặt của acid và đường.
- Pectin tự do, nó 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.
- 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.
- 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.
- Pectin hòa tan khi bị tác dụng của chất kiềm loãng hoặc enzyme pectinase sẽ giải phóng nhóm methyl dưới dạng rượu methylic, polysaccharide còn lại khi đó gọi là acid pectin tự do, nghĩa là chứa acid polygalacturonic. Acid pectin 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.
Các chỉ số đặc trưng của pectin
Chỉ số Methoxyl (MI hay DM)
Chỉ số methoxyl biểu hiện tỉ lệ methyl hóa của pectin, là phần trăm khối lượng nhóm methoxyl (-O-CH3) trên tổng khối lượng phân tử.
- Loại pectin MI
- Protopectin 16,3%
- Pectin thông thường 8%
- Pectin tách từ thực vật 10-12%
MI = methoxyl index
DM = degree of methoxylation
Chỉ số Ester hóa (DE)
Chỉ số ester hóa biểu hiện mức độ ester hóa, là phần trăm số gốc acid galacturonic bị ester hóa trên tổng số gốc acid galacturonic trong phân tử.
Loại pectin DE
Protopectin 100%
Pectin thông thường 50%
DE = degree of esterification
Chỉ số Amid hóa (DA)
Chỉ số amid hóa biểu hiện mức độ amid hóa của pectin, là phần trăm số nhóm carboxyl bị chuyển hóa thành nhóm amide bởi quá trình xử lý bằng amonia trên tổng số nhóm carboxyl trong phân tử.
DA = degree of amidation
Ngoài ra còn có chỉ số DAc (degree of acetylation) để chỉ mức độ acetyl hóa của pectin. Tuy nhiên chỉ số này rất ít được dùng. DAc đôi khi có thể lớn hơn 100% khi một gốc monomer liên kết với nhiều hơn một gốc acetyl.
Phân loại
Dựa theo mức độ methylester hóa và theo nhóm chức, pectin được phân thành 3 loại chính.
Bảng phân loại pectin theo cấu trúc hóa học
| Loại pectin |
DE |
MI |
DA |
Nhóm chức
|
| HMP |
> 50% |
> 7% |
0 |
-COOCH3 (>50%);
-COOH;
-COONa |
| LMP (hay LMCP) |
< 50% |
< 7% |
0 |
-COOCH3 (<50%);
-COOH;
-COONa |
| LMAP |
< 50% |
< 7% |
12-25% |
-COOCH3 (>50%);
-COOH; -COONa;
– CONH2 (15-25%) |
HMP sản xuất bằng phương pháp thông thường có chỉ số DE tối đa là 75-77%. Ngoài ra HMP amid hóa (HMAP) cũng được sản xuất để sử dụng trong sản xuất mứt nhưng ít gặp.
Hình cấu trúc hóa học của các loại pectin điển hình
Cơ chế tạo gel
Khă năng tạo gel phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố chiều dài của chuỗi pectin và mức độ methoxyl hóa.
Chiều dài của chuỗi pectin
Nếu phân tử pectin quá ngắn thì nó sẽ không tạo được gel mặc dù sử dụng ở liều lượng cao.
Nếu phân tử pectin quá dài thì gel tạo thành rất cứng.
Mức độ methoxyl hóa
HMP 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 giảm mứt độ hydrat hóa của phân tử pectin trong dung dịch. pH acid trung hòa bớt gôc coo-, làm giảm độ tích điện của 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 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, hàm lượng acid, hàm lượng 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 cố định hàm lượng pectin nào pH, nhiệt độ càng giảm và hàm lượng đường càng cao thì gel tạo thành càng nhanh.[/su_service]
LMP tạo gel bằng liên kết với ion Ca2+. 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.
Tính năng và công dụng của pectin
Theo các quy định về tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm của chúng ta về phụ gia thực phẩm, pectin có thể được sử dụng trong nhiều loại thực phẩm khác nhau với hàm lượng phù hợp theo nhu cầu sản xuất.
Pectin có rất nhiều ứng dụng trong thực phẩm. Các ứng dụng nổi bật nhất của pectin gồm có sản xuất mứt, kẹo, các sản phẩm từ sữa, chế phẩm quả dùng trong các sản phẩm sữa và bánh nướng, các loại nước quả đục và nectar, kem và các loại xốt cà chua, tương ớt, v.v…
Mứt trái cây Pectin trong mứt đóng vai trò là chất tạo gel. Mứt làm từ pectin có ưu điểm là khả năng giữ nước rất cao, khả năng giải phóng mùi tốt
Chế Phẩm Trái Cây Dùng Cho Các Sản Phẩm Bánh Nướng. Pectin đóng vai trò là chất tạo gel cho chế phẩm trái cây. Khi sử dụng LMP trong sản xuất chế phẩm trái cây sẽ đảm bảo chế phẩm có được các tính chất như dễ bơm, kết cấu láng mịn và có độ vững chắc cao, khả năng chống chịu áp lực cơ học cao, khả năng phục hồi cao sau khi xử lý áp lực, ít bị chảy nước, ổn định với các pH sản phẩm khác nhau, có thể điều chỉnh nhiệt độ rót thích hợp với kích thước bao bì, tạo được bề mặt bóng láng cho bánh, mùi vị thơm ngon và khả năng giải phóng mùi tốt.
Phân tử pectin có thể liên kết với một protein tích điện (+) → chúng không bị đông lại khi gia nhiệt giúp protein sữa trong yoghurt không bị đông tụ vì nhiệt độ cao. Có thể tiệt trùng UHT.
Phụ gia pectin là phụ gia thực phẩm được sử dụng phổ biến với nhiều công dụng khác nhau như chất làm dày, làm đặc, chất ổn định, chất nhũ hóa tăng giá trị cho sản phẩm. Pectin không gây độc hại đối với người sử dụng và hàm lượng ADI không xác định. Tùy theo múc đích sản xuất và từng loại sản phẩm mà lựa chọn một hàm lượng phù hợp.
Chai PET
