VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Phương pháp thu nhận gum Sương sáo
Sương sáo (Mesona Blumes Benth) được thu mua từ chợ địa phương quận Thủ Đức, TP.HCM vào khoảng tháng hai đến tháng ba Sau khi tuốt lá khỏi dây, lá được sấy đối lưu ở nhiệt độ 45°C trong 48 giờ để đạt độ ẩm khoảng 10% (w/w) Tiếp theo, lá được nghiền thành bột mịn với kích thước khoảng 15μm và được bảo quản ở nhiệt độ khoảng 30°C trong hai lớp bao PE được hút chân không và hàn kín Quy trình thu nhận gum sương sáo chủ yếu dựa trên phương pháp của Feng T và cộng sự (2007) với một số điều chỉnh.
Có sáu phương pháp thu nhận gum sương sáo như sau:
Phương pháp 1 (mẫu ETH) bắt đầu bằng việc cho 5,0 g bột lá vào cốc thủy tinh 250 ml và trộn đều với 0,14 g/L NaHCO3 trong 125 ml nước, sau đó đậy kín Huyền phù này được giữ trong bể ổn nhiệt ở 95 o C trong 2 giờ và được lắc liên tục Sau đó, dịch chiết được lọc qua rõy (ỉ5μm) và được kết tủa bằng ethanol 96% để đạt nồng độ 70% (v/v) Cuối cùng, mẫu được để ở nhiệt độ phòng khoảng 30 o C.
10 phút để quan sát sự tạo gel/kết tủa (nếu có) (Feng T và cs, 2007)
Phương pháp 2 (mẫu CAS) bao gồm việc hòa trộn 5,0 g bột lá với 125 ml dung dịch NaHCO3 0,14 g/L trong cốc thủy tinh 250 ml, sau đó đậy kín và giữ trong bể ổn nhiệt ở 95°C trong 2 giờ với sự lắc đều liên tục Sau khi lọc dịch chiết qua rây 15μm, bổ sung 0,3% CaSO4 khan vào dịch và trộn đều Cuối cùng, mẫu được để ở nhiệt độ phòng trong 10 phút để quan sát sự hình thành gel hoặc kết tủa, nếu có.
Phương pháp 3 (mẫu ETA) bắt đầu bằng việc hòa trộn 5,0 g bột lá vào 125 ml nước cất trong một cốc thủy tinh 250 ml và đậy kín Huyền phù này được giữ trong bể ổn nhiệt ở 95 o C trong 2 giờ, trong suốt thời gian đó, mẫu được lắc đều Sau khi hoàn tất, dịch chiết được lọc qua rõy với kích thước lỗ 15 μm Tiếp theo, dịch lọc được kết tủa bằng ethanol 96% để đạt nồng độ 70% (v/v) Cuối cùng, mẫu được để ở nhiệt độ phòng trong 10 phút để quan sát sự hình thành gel hoặc kết tủa (nếu có).
Phương pháp 4 (mẫu CAA) bắt đầu bằng việc cho 5,0 g bột lá vào cốc thủy tinh 250 ml và trộn đều với 125 ml nước cất (DW), sau đó đậy kín Huyền phù này được giữ trong bể ổn nhiệt ở 95 o C trong 2 giờ, trong khi mẫu được lắc liên tục Sau khi thời gian này kết thúc, dịch chiết được lọc qua rây 15μm Tiếp theo, các mẫu dịch qua rây được bổ sung từ từ CaSO4 khan với nồng độ từ 0,025-0,5% (w/v) và trộn đều Cuối cùng, mẫu được để ở nhiệt độ phòng trong 10 phút để quan sát sự tạo gel hoặc kết tủa (nếu có).
Phương pháp 5 (mẫu CAB) sử dụng 5,0 g bột lá được hòa trộn với 125 ml nước cất trong cốc thủy tinh 250 ml Sau đó, CaSO4 khan được bổ sung từ từ với nồng độ từ 0,025-0,5% (w/v) và trộn đều Huyền phù bột lỏ được tạo ra có kích thước 15μm Mẫu sau đó được để ở nhiệt độ phòng trong 10 phút để quan sát sự tạo gel hoặc kết tủa nếu có.
Phương pháp 6 (mẫu CAC) bao gồm việc cho 5,0 g bột lá vào cốc thủy tinh 250 ml, sau đó trộn đều với 125 ml dung dịch NaHCO3 0,14 g/L Tiếp theo, bổ sung từ từ CaSO4 khan với nồng độ 0,025-0,5% (w/v) và trộn đều Sau khi hoàn thành, huyền phù bột lỏ sẽ được lọc với kích thước 15 μm Mẫu sau đó được để ở nhiệt độ phòng trong 10 phút để quan sát sự hình thành gel hoặc kết tủa (nếu có).
Các mẫu gum có khả năng tạo gel (mẫu ETH và CAS) sẽ được sấy ở nhiệt độ 45 độ C trong 48 giờ để đạt độ ẩm dưới 10% (w/w) Sau đó, mẫu sẽ được nghiền nhỏ và sàng lọc qua lưới 15μm Bột mẫu sẽ được bảo quản trong hai lớp bao PE được hút ẩm và hàn kín cho đến khi sử dụng Các mẫu bột gum sẽ được pha loãng trước khi sử dụng tiếp theo.
Để sản xuất các mẫu gum với nồng độ từ 0,3-20% (w/v), hiệu suất thu nhận gum được tính bằng công thức: YE (%) = mgel/mmaterial×100% Trong công thức này, mgel đại diện cho khối lượng gel sau khi sấy khô, còn mmaterial là khối lượng của bột khô được tính theo khối lượng khô.
Phổ hồng ngoại Fourier (FTIR)
Mẫu bột gum (2 mg) được trộn với KBr (200 mg) và nén ở áp suất 8 bar trong 10 phút trước khi phân tích bằng thiết bị FTIR-8400S (Shimadzu, Nhật Bản) Phổ FTIR được ghi nhận trong khoảng số sóng từ 4000 đến 400 cm-1 với 1866 điểm quét cho mỗi lần phân tích (Singthong, J và cs, 2009).
Các tính chất về độ nhớt
Sự thay đổi về độ nhớt của mẫu gum sương sáo ở các nồng độ khác nhau (0,5-20
Nghiên cứu độ nhớt của mẫu gum được thực hiện bằng thiết bị đo độ nhớt Brookfield model DV-II+ Pro tại các nhiệt độ từ 25 đến 65 oC Đầu đo Spindle No.61 được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quay (1,5 đến 100 rpm) và nhiệt độ đến độ nhớt của mẫu Mẫu được ổn nhiệt 10 phút trước khi đo, với cốc thủy tinh 500-ml chứa mẫu đủ ngập rãnh trên trục đầu dò Ảnh hưởng của tốc độ quay lên độ nhớt được kiểm tra ở điều kiện 0,3-100 rpm cho các mẫu ETH và CAS với hàm lượng từ 0,3-20% (w/v) ở 25 oC Để xác định ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng gum, thí nghiệm được thực hiện ở tốc độ 100 rpm, nhiệt độ 25-65 oC cho các mẫu ETH và CAS với hàm lượng từ 0,5-20% (w/v) Ngoài ra, ảnh hưởng của pH, điều chỉnh bằng dung dịch NaOH và HCl, lên độ nhớt cũng được khảo sát ở tốc độ 100 rpm với các mẫu 10% (w/v) ở 25 oC Cuối cùng, ảnh hưởng của đường sucrose và glucose (0-50%, w/v) đến độ nhớt của mẫu gum được thực hiện ở điều kiện tốc độ quay 100 rpm với các mẫu ETH và CAS có hàm lượng 10% ở 25 oC.
Xác định thành phần hóa học
Độ ẩm, hàm lượng tro tổng, protein, lipid và đường tổng của bột lá được xác định theo phương pháp được trình bày trong tài liệu của Suzanne Nielsen S (2003).
Phân tích thống kê
Giá trị trung bình (n=3) và độ lệch chuẩn đã được trình bày trong kết quả Phân tích phương sai Anova một yếu tố (kiểm tra Duncan, P < 0,05) được thực hiện nhằm xác định sự khác biệt.
27 khác biệt giữa các kết quả Tất cả các phân tích thống kê được thực hiện bằng phần mềm SPSS (Ver 17,0; SPSS, Chicago, Ill., U.S.A.)
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Thành phần hóa học của bột lá sương sáo
Bột lá có thành phần hóa học bao gồm độ ẩm (9,12%), tro (26,46%), protein (9,11%), lipid (2,03%) và carbohydrate (48,63%) Sự khác biệt trong thành phần hóa học của bột lá sương sáo giữa nghiên cứu của chúng tôi và nghiên cứu của Feng T và cộng sự (2007) là do mẫu được thu hoạch từ các điều kiện thổ nhưỡng và canh tác khác nhau.
Ảnh hưởng của các phương pháp thu nhận đến khả năng tạo gel của gum sương sáo
Hiệu suất thu nhận gum sương sáo từ các mẫu gel/kết tủa (ETH và CAS) lần lượt đạt 23,47% và 17,65% Nghiên cứu của Lai L.S và Chao S.J (2000) cho thấy hiệu suất trích ly gum từ lá sương sáo là 29,4%, trong khi Yang C.C và Huang S.H (1990) công bố các mức hiệu suất lần lượt là 33,8% và 43,5% Những kết quả này chỉ ra rằng nguồn gốc nguyên liệu và phương pháp thực hiện có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu nhận gum sương sáo Chỉ có hai phương pháp (mẫu ETH và CAS) tạo ra gel trong quá trình thu nhận, và các mẫu này sau đó được sấy để tạo thành bột ETH và CAS Việc bổ sung NaHCO3 vào dung dịch trích ly làm tăng pH lên khoảng 10,10, sau đó dung dịch được gia nhiệt và tiếp tục bổ sung CaSO4 hoặc ethanol, dẫn đến sự hình thành gel.
NaHCO3 đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành gel của mẫu Các phương pháp nghiên cứu chỉ ra rằng việc sử dụng nhiệt độ cao (95 o C trong 2 giờ) là cần thiết để trích ly gum từ bột lá sương sáo Bên cạnh sáu phương pháp đã nêu, chúng tôi cũng tiến hành trích ly với sự tham gia của 0,14 g/L NaHCO3 kết hợp với nhiệt độ cao (95 o C).
2 giờ) nhưng không sử dụng ethanol hoặc CaSO4 ở các bước tiếp theo Tuy nhiên, cách thực hiện này không dẫn đến kết quả tạo thành gel
Hầu hết các loại gum có thể bị kết tủa khi hòa tan trong dung dịch có ethanol với hàm lượng khoảng 70%, đặc biệt là khi tỷ lệ dung dịch so với ethanol là 1:3.
Gum chứa polysaccharide với khối lượng phân tử lớn có đặc tính khác biệt so với gum có khối lượng phân tử nhỏ, khi mà gum nhỏ khó kết tủa ngay cả trong dung dịch ethanol có tỉ lệ cao (1:4) Đặc biệt, polysaccharide mang điện tích âm dễ dàng bị kết tủa và tạo gel khi có mặt của canxi, như đã được nghiên cứu bởi Ann-Charlotte Eliasson.
In 1996, it was noted that the gel formation of low methoxyl pectin (LM pectin) occurs in the presence of divalent metal ions, as highlighted by Thibault J.F and Ralet M.C in 2003.
Ion Ca 2+ có khả năng tạo gel trong LM pectin ở nhiều mức pH, với cơ chế hình thành các mạch đối song song liên kết bởi ion Ca 2+, tạo thành chuỗi xoắn với các khối “egg-box” Sự tương tác giữa Ca 2+ và nhóm carboxyl là yếu tố chính trong quá trình này (Ilse Fraeye Thomas Duvetter và cs, 2010; Lửfgren C và cs, 2005) Việc tăng cường hàm lượng ion Ca 2+ dẫn đến sự gia tăng số lượng các khối “egg-box”, từ đó nâng cao khả năng kết tủa và tạo gel của LM pectin, điều này cũng được xác nhận trong nghiên cứu của chúng tôi.
Phổ FTIR
Phổ FTIR là một công cụ quan trọng trong việc xác định cấu trúc hóa học và các nhóm chức của các hợp chất hữu cơ một cách nhanh chóng và hiệu quả (Kacˇuráková M và cs, 1999) Hai đỉnh hấp thu chồng lấn tại khoảng 1066 và 1030 cm-1 được ghi nhận là do liên kết β (1→3) của xylan (Singthong J và cs, 2009).
Dấu hiệu nhận biết của nhóm carboxyl tự do của pectin nằm ở đỉnh hấp thu 1650 cm -1, trong khi đỉnh hấp thu 1750 cm -1 liên quan đến các nhóm chức ester của pectin (Vania U.O và cs, 2010) Hình 3.1 cho thấy đỉnh hấp thu 1750 cm -1 thấp hơn đỉnh 1650 cm -1, chứng tỏ sự hiện diện của low methoxyl (LM) pectin Kết quả phổ FTIR của hai mẫu gum sương sáo ETH và CAS cho thấy cả hai mẫu này đều chứa tỉ lệ khác nhau của xylan và LM pectin với các mức methoxyl khác nhau.
30 Hình 3 1 Phổ FITR của mẫu gum ETH và CAS
Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng lên độ nhớt của 2 mẫu ETH và CAS
Ở hàm lượng thấp (1-5 %), độ nhớt của cả hai mẫu gum không bị ảnh hưởng bởi tốc độ biến dạng Tuy nhiên, với nồng độ trên 10%, độ nhớt của gum sương sáo giảm khi tốc độ biến dạng thấp (≤3,0 s -1) Khi tốc độ biến dạng vượt quá 3,0 s -1, độ nhớt của mẫu trở nên độc lập với tốc độ biến dạng Mẫu ETH luôn có độ nhớt cao hơn mẫu CAS trong mọi điều kiện thí nghiệm, theo nghiên cứu của Mitschka P (1982) và Medeni M (1999).
Tốc độ biến dạng (shear rate, s^-1) được xác định bởi công thức i = kNγ(n) × Ni, trong đó Ni là tốc độ quay (rpm) của đầu đo, n là chỉ số dòng chảy (flow index, n = 1) được xác định trong nghiên cứu của chúng tôi với R^2 > 0.95, và kNγ (= 0.967) là hệ số thực nghiệm theo Mitschka P (1982) Mối quan hệ giữa độ nhớt (cP) và tốc độ biến dạng giúp xác định thuộc tính lưu chất của mẫu, trong khi độ nhớt gần như không thay đổi khi tốc độ biến dạng được điều chỉnh.
Gum sương sáo, khi có nồng độ cao và tốc độ biến dạng thấp (γi
