BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
….W U X….

LÊ THỊ HỒNG CHUYÊN

NGHIÊN CỨU THU NHẬN POLYDEXTROSE TỪ
ĐƯỜNG GLUCOSE VÀ SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM Ở
QUI MÔ PILOT

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 11 / 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
….W U X….

LÊ THỊ HỒNG CHUYÊN

NGHIÊN CỨU THU NHẬN POLYDEXTROSE TỪ
ĐƯỜNG GLUCOSE VÀ SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM
Ở QUI MÔ PILOT

Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học
Mã số

: 60.42.80


Tôi tên là Lê Thị Hồng Chuyên sinh ngày 01 tháng 07 năm 1975, tại Hà Tây.
Con của Ông Lê Văn Đang và Bà Lê Thị Sửu.
Tốt nghiệp tú tài tại trường Trung học phổ thông Cà Mau, tỉnh Cà Mau năm 1993.
Tốt nghiệp Đại học ngành Công nghệ sinh học, hệ tập trung tại Đại Học Mở,
thành phố Hồ Chí Minh.
Năm 1999-2006: Sau khi tốt nghiệp 1999, tôi làm việc tại Trung tâm nghiên
cứu rừng ngập Minh Hải, Tỉnh Cà Mau.
Năm 2007- nay tôi làm việc bán thời gian cho Công ty Sinh Học Mai Việt, tp
Hồ Chí Minh.
Tháng 09 năm 2006, tôi theo học Cao học ngành Công Nghệ Sinh Học tại
trường Đại Học Nông Lâm – tp. Hồ Chí Minh.
Tình trạng gia đình: Chồng: Võ Thanh Tùng, kết hôn năm 2001, các con: Võ
Lê Hồng Phúc, sinh năm 2002. Võ Lê Hồng Ân, sinh năm 2003.
Địa chỉ liên lạc: 120/38/12, đường Thích Quảng Đức, phường 05, Quận Phú
Nhuận, tp. Hồ Chí Minh.
Điện thoại: 08.39954514 – 0939-738017
Email: [email protected]

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan những công bố trong luận văn này là trung thực và là một phần
trong đề tài cấp Sở Khoa Học Công Nghệ tp. Hồ Chí Minh Nghiên cứu thu nhận
Isomalto-oligosaccharide và Polydextrose từ dịch thủy phân tinh bột sắn do Cô tiến
sĩ Hoàng Kim Anh làm chủ nhiệm. Những số liệu trong luận văn được phép công
bố với sự đồng ý của chủ nhiệm đề tài hoặc cơ quan giao nhiệm vụ (duyệt đề tài và
cấp kinh phí).

Ký tên

tháng 11/2009 đến 08/2010 đã thu được các kết quả chính sau:
- Polydextrose được thu nhận từ quá trình trùng hợp glucose với chất xúc tác
là acid citric, trong điều kiện môi trường chân không nhiệt độ cao, điều kiện tối ưu
để thu polydextrose là nhiệt độ 1850C, nồng độ acid citric là 1 %, thời gian phản
ứng là 35 phút, tỷ lệ polydextrose thu được sau phản ứng là 93,63 %.
- Tinh sạch polydextrose thô bằng sắc ký trao đổi ion là phương pháp hiệu
quả, sử dụng hạt nhựa hỗn hợp Mixbed SMHP – 210 làm chất trao đổi ở các điều
kiện: nồng độ dung dịch trước khi tinh sạch là 50 %, nhiệt độ 600C, tốc độ dòng
chảy 6 ml/phút, khối lượng hạt nhựa tham gia tinh sạch 8 % .
- Sản xuất thử nghiệm polydextrose ở quy mô pilot 3 kg / mẻ với kết quả tốt.
Hoàn thiện sản phẩm bằng máy sấy phun công nghiệp ở xưởng sản xuất thực
nghiệm pilot, với nồng độ chất khô polydextrose 50 %, công suất 2 kg sản phẩm bột
/ giờ, tỷ lệ polydextrose trong sản phẩm sau khi tinh sạch và sấy phun > 95 %. Sản
phẩm có màu trắng ngà, dạng bột mịn khô.
- Sản phẩm đạt các chỉ tiêu chất lượng về mặt cảm quan, hóa lý và vi sinh,
kim loại nặng và các tiêu chuẩn phụ gia thực phẩm của JECFA. Sản phẩm
polydextrose với chỉ số đường huyết thấp GI < 25 % so với glucose, mức năng
lượng 1 Kcal/g, trên 98 % không tiêu hóa trong điều kiện in vitro.

v


SUMMARY
The thesis: "Collection polydextrose from glucose and production in pilot
scale experiment" is done at the Institute of Tropical Biology from November, 2009
to August, 2010, have obtained the following results:
- Polydextrose can be prepared through vacuum thermal polymerization of
glucose and an approved acid citric as catalyst. The optimum conditions is made
polydextrose at a temperature of 185ºC, 1 % of citric acid, 35 minutes of time
reaction. The rate of crude polydextrose after reaction is 93.63 %.

MỤC LỤC ......................................................................................................................................................vii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU....................................................................vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG .....................................................................................................................xiii
DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................................................xv
Chương 1............................................................................................................................................................. 1
Mở Đầu ............................................................................................................................................................... 1
Chương 2............................................................................................................................................................. 3
Tổng Quan .......................................................................................................................................................... 3
2.1 Giới thiệu chung về Polydextrose (PD) ............................................................................... 3
2.2 Cấu trúc, tính chất vậy lý và hóa học của PD ...................................................................... 4
2.2.1 Cấu trúc của PD .................................................................................................4
2.2.2 Tính chất vật lý và hoá học của PD ...................................................................6
2.2.2.1 Tính chất bảo quản....................................................................................................................................... 7
2.2.2.2 Tính giữ ẩm ................................................................................................................................................... 7
2.2.2.3 Tính ổn định .................................................................................................................................................. 7
2.2.2.4 Bản chất vật lý của PD - Nhiệt độ chuyển pha...................................................................................... 8
2.2.2.5 Tính chịu nhiệt .............................................................................................................................................. 8
2.2.3 Các tính chất chức năng của PD ........................................................................9
2.2.3.1 Tính chất của chất xơ thực phẩm.............................................................................................................. 9
2.2.3.2 Tính chất của prebiotic..............................................................................................................................12

vii


2.2.3.3 Những công dụng của PD khi sử dụng ................................................................................................15
2.3 Ứng dụng PD trong công nghệ thực phẩm ........................................................................ 16
2.4 Các nguyên liệu chính sản xuất PD .................................................................................... 19
2.4.1 Đường glucose .................................................................................................19
2.4.2 Acid citric .........................................................................................................21
2.4. 3 Isopropanol ......................................................................................................22

3.4.3 Nghiên cứu sản xuất PD ở qui mô thực nghiệm pilot (kg/mẻ sản phẩm) ........47
3.4.4 Xác định các tính chất và xây dựng tiêu chuẩn chất lượng cho sản phẩm PD. ...........48
3.4.4.1 Xác định các chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm...........................................................................................48
3.4.4.2 Phân tích các chỉ tiêu vi sinh và kim loại nặng ....................................................................................49
3.4.4.3 Phương pháp xác định các tính chất chức năng của PD...................................................................50
3.4.4.4 Phương pháp kiểm tra sự thay đổi tính chất của sản phẩm trong thời gian bảo quản................51
Chương 4................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Kết Quả và Thảo Luận ...................................................................................................................................53
4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình chuyển hóa glucose thành PD.... 53
4.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ...................................................................................53
4.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ acid citric. .................................................................55
4.1.3 Ảnh hưởng của thời gian ..................................................................................56
4.1.4 Ảnh hưởng của sorbitol ....................................................................................57
4.2 Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thu nhận PD ................................................................... 59
4.3 Kết quả tinh sạch PD............................................................................................................ 64
4.3.1 Kết quả tinh sạch PD bằng than hoạt tính ........................................................65
4.3.2 Kết quả tinh sạch PD bằng cồn thực phẩm ......................................................66
4.3.3 Kết quả tinh sạch PD bằng sodium borohydrite (NaBH4) ...............................67
4.3.4 Kết quả tinh sạch PD bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion ..........................68
4.3.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ...........................................................................................................................68
4.3.4.2 Kết quả ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy đến khả năng tinh sạch của hạt nhựa trao đổi ion..70
4.3.4.3 Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô đến khả năng tinh sạch của hạt nhựa trao đổi ion...........71
4.3.4.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ hạt nhựa so với lượng dung dịch PD đến quá trình tinh sạch ...................73
4.4 Kết quả sản xuất PD ở qui mô thực nghiệm pilot (kg/mẻ sản phẩm). ............................ 75
4.4.1 Ảnh hưởng của lượng mẫu tham gia phản ứng tới quá trình sản xuất PD................76
4.4.2 Ảnh hưởng thời gian tham gia phản ứng tới quá trình sản xuất PD ................77

ix



ADA: American diabetes association - Hiệp hội đái tháo đường của Mỹ.
ADI: Acceptable daily intake - Lượng thực phẩm ăn vào hàng ngày, chấp nhận được
ACF: Aberrant crypt foci - Chất gây bệnh ung thư ruột kết.
AUC: Area under the curve - Phương pháp tính diện tích dưới đường cong.
DP: Degree of Polymerisation - Mức độ polymer hóa.
ECD: Electro chemical ditector - Đầu dò điện hóa
EU: Europe Union - Liên minh các nước Châu Âu
FDA: The Food and Drug Administration - Cục quản lý dược và thực phẩm của Mỹ
FCC: Food chemical codex - Ủy ban hóa thực phẩm
FSC: Bộ luật tiêu chuẩn về thực phẩm của Autralia New Zealand
FAO: Food and Agriculture Organization - Tổ chức lương nông của liên hợp quốc
FOSHU: Foods for Specific Health Use - Thực phẩm đặc trị dùng để bảo vệ sức
khỏe của người Nhật
GI: Glycemic Index - Chỉ số đường huyết
HPLC: High Performance Liquid Chromatography - Sắc ký lỏng hiệu năng cao
HMF: 5-hydroxylmethylfurfural – Chất gây chất vị đắng
IgA: Immunoglobulin A - Kháng thể A
IgM: Immunoglobulin M - Kháng thể M
Ig G: Immunoglobulin G - Kháng thể G
IPA: Cồn isopropanol
RDS: Rapidly Digestible Starch - Tinh bột tiêu hóa nhanh
PD: Polydextrose – Chất xơ hòa tan
RS: Resistant Starch - Tinh bột trơ
SCFA: Short-chain Fatty Acid - Chuỗi acid béo mạch ngắn
SDS: Slowly Digestible Starch - Tinh bột tiêu hóa chậm

xi


JECFA: The Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives - Ủy ban Hỗn

Bảng 4.5: Bảng kết quả tối ưu hoá của từng yếu tố ảnh hưởng lên quá trình trùng hợp. ... 59
Bảng 4.6: Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố. ...............................................59
Bảng 4.7: Thông số và kết quả các thí nghiệm tối ưu hoá thực nghiệm. .................60
Bảng 4.8: Kết quả tính toán các hệ số hồi qui ..........................................................60
Bảng 4.9: Thông số các chất có trong sản phẩm trùng hợp thô ...............................64
Bảng 4.10: Kết quả tinh sạch PD bằng than hoạt tính ..............................................65
Bảng 4.11: Kết quả tinh sạch PD bằng cồn thực phẩm ............................................66
Bảng 4.12: Kết quả tinh sạch PD bằng NaBH4 ........................................................67

xiii


Bảng 4.13: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tinh khiết của sản phẩm PD (%) sau khi
chảy qua cột sắc ký. .......................................................................................69
Bảng 4.14: Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy đến khả năng tinh sạch của hạt nhựa
trao đổi ion .....................................................................................................71
Bảng 4.15: Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô trong dung dịch PD đến khả năng
tinh sạch của hạt nhựa ....................................................................................72
Bảng 4.16: Ảnh hưởng của lượng hạt nhựa sử dụng tới quá trình tinh sạch............73
Bảng 4.17: Kết quả đánh giá khả năng tinh sạch của hạt nhựa. ...............................74
Bảng 4.18: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng mẫu đến hiệu quả trùng hợp PD..... 76
Bảng 4.19: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng mẫu đến hiệu quả trùng hợp PD..... 77
Bảng 4.20: Chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm PD dạng bột .....................................81
Bảng 4.21: Tiêu chí chẩn đoán đái tháo đường và rối loạn dung nạp glucose.........83
Bảng 4.22: Thể hiện chỉ số đường huyết khi dung nạp glucose...............................84
Bảng 4.23: Thể hiện chỉ số đường huyết khi dung nạp Polydextrose ......................85
Bảng 4.24: Kết quả xác định chỉ số GI của sản phẩm PD........................................86

xiv


Chương 1
MỞ ĐẦU
Polydextrose (PD) là chất tạo khối, cung cấp năng lượng thấp, được sử dụng
để thay thế một phần hay toàn bộ đường, chất béo trong chế biến thực phẩm. PD
còn là phụ gia thực phẩm đa chức năng có thể sử dụng như là một chất phụ gia giữ
độ ẩm, tạo kết cấu sản phẩm (tạo hình), tạo độ đặc, tính ổn định, bảo quản sản phẩm
dưới điều kiện nhiệt độ thấp (Helen, 1996). Những tính năng công nghệ này cho
phép sử dụng PD trong nhiều loại thực phẩm như những sản phẩm bánh nướng,
thức ăn rán, đồ uống, kẹo, mứt và những thức ăn tráng miệng đông lạnh được làm
từ sữa. Việc tìm ra và hiểu biết về PD có những đóng góp quan trọng trong ngành
chế biến thực phẩm là bước đầu cho hướng phát triển mới cải thiện thành phần và
chức năng của các sản phẩm thực phẩm.
PD là chất xơ thực phẩm, sử dụng PD vào trong chế biến thực phẩm sẽ giúp
người tiêu dùng tăng khẩu phần ăn là chất xơ đến hàm lượng cần thiết mà những
chuyên gia sức khoẻ đã đề nghị (14 g chất xơ/1000 Kcal – Joanne, 2006). Sử dụng
PD còn làm giảm hấp thu calori ở ruột, do vậy PD có tác dụng điều chỉnh cân nặng
và giảm tổng lượng glycemic tác động lên khẩu phần ăn, có lợi cho người bị bệnh
tim mạch và bệnh tiểu đường.
PD còn là một prebiotic, có tác dụng kích thích, duy trì sự phát triển của các
vi khuẩn có lợi trong ruột như Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus acidophilus,
các nhóm này sản xuất ra các hợp chất hữu cơ như butyrat, probionat, acid lactic,
acid axetic… làm biến đổi sự cân bằng của hệ vi sinh vật ở ruột một cách thuận lợi,
ức chế sự phát triển của những vi sinh vật có hại như loài Bacteroides (B. fragilis,

1


B. vulgatus, and B. intermedius). Tiêu thụ thức ăn có thành phần PD sẽ thúc đẩy
việc tiêu hóa, tăng cường hệ miễn dịch do nhóm vi khuẩn có lợi sử dụng PD và sản
xuất kháng thể IgA, IgM, IgG, ngăn ngừa và ức chế các tế bào ung thư (Julian,

“Polydextrose” (Borden và ctv, 1994).
PD là những thành phần thức ăn đa năng, được sử dụng để cải thiện về
phương diện dinh dưỡng nhiều loại thực phẩm do có giá trị chuyển hoá năng lượng
trong tiêu hoá thấp (1 Kcal/g) (Helen, 2006). Năm 1981 Cục Quản Lý Thực Phẩm
và Dược của Mỹ (FDA) đã cho phép sử dụng PD trong chế biến thực phẩm ăn kiêng
cho con người như là chất cung cấp ít năng lượng. Hiện nay, PD đang được hãng
Danisco sản xuất với tên thương mại là Listesse®, Listese®II, Listeria® Ultra™.
PD cũng đã được công nhận là phụ gia thực phẩm ở hơn 50 quốc gia và được sử
dụng trên toàn thế giới (Helen và ctv, 2001). Ở Nhật, PD được coi như là nguồn
thực phẩm chính và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thức uống bổ dưỡng tăng
cường chất xơ. Theo tính chất và trạng thái PD được chia làm 3 loại:
- Polydextrose A được tạo thành từ quá trình trùng hợp các monosaccharic, ở
dạng bột vô định hình, có vị hơi chua, dễ nóng chảy, chất lượng kém.
- Polydextrose K có dạng bột trung tính (pH 5 - 6), được hình thành từ PD A
bằng cách cải thiện vị chua do acid citric khi trung hoà bằng potassium bicarbonate.
- Polydextrose N ở dạng dung dịch siro nồng độ 70% của polydextrose K có
màu nhạt, trung tính có pH 5 - 6.

3


2.2 Cấu trúc, tính chất vậy lý và hóa học của PD
2.2.1 Cấu trúc của PD
PD là một carbohydrate phức tạp, được tổng hợp bằng kỹ thuật đa trùng ngưng
từ đường glucose hay maltose, hay các đường đơn khác, và có hay không có sự tham
gia của các polyols (sorbitol, xylitol, manitol….), đường rượu này đóng vai trò như là
chất tạo độ bền cho chuỗi PD cùng với sự tham gia một phần nhỏ acid (theo tỷ lệ 89 :
10 : 1) hoặc chỉ sử dụng glucose và acid (tỷ lệ 99 : 1). Acid được dùng như là một chất
xúc tác, tác nhân tạo các liên kết trong phân tử, hoạt hoá phản ứng trùng ngưng. Các
acid này phải có tính chất không dễ bay hơi, cho phép sử dụng trong thực phẩm, là

được xác định bằng phương pháp đo độ nhớt / phân tán ánh sáng cho giá trị chuỗi
polymer là 14,2 (Susan và ctv, 1999 trích dẫn dữ liệu của Viscotek Corp ).
Bảng 2.1 : Minh họa khoảng trọng lượng phân tử của PD
Khoảng trọng lượng

Tỉ lệ

phân tử

(%)

162-5000 (dalton)

88,7

5000-10000 (dalton)

10,0

10000-16000 (dalton)

1,2

16000-18000 (dalton)

0,1

Phân tử PD được trùng hợp trung bình có khoảng 12 - 15 đơn vị đường
glucose, trọng lượng phân tử trung bình khoảng 2000 dalton và dao động trong
khoảng từ 162 - 18000 dalton, trong đó sản phẩm PD còn có chứa một lượng nhỏ



Giữ ẩm

Có

Có

Độ nhớt cao

Có

Có

Làm giảm điểm lạnh đông

Có

Có

Tính bảo quản

Có

Có

Tính ngọt

Có

Không


tinh đường hoặc polyol, hoặc quá trình thoái hóa tinh bột (Julian, 2009).
2.2.2.5 Tính chịu nhiệt
PD có tính chịu nhiệt cao, người ta đo sự thay đổi về trọng lượng của dung
dịch PD 70% w/ w trên một dãy nhiệt độ từ 20 – 460oC và có thể được phát hiện trên
dãy nhiệt độ từ 20 - 160oC, độ ẩm bị mất đi khoảng 35%, sau đó độ ẩm có thể bị giảm
thêm 5% khi tiếp tục tăng nhiệt độ lên tới 260oC, tại thời điểm này những thay đổi
toàn bộ bắt đầu diễn ra. Những diễn biến tương tự cũng được nhận thấy khi bột PD
được đốt nóng trên cùng dãy nhiệt độ, PD vẫn duy trì tính bền xấp xỉ nhiệt độ 300oC.
Ở những điều kiện nhiệt độ này thì vượt xa so với những nhiệt độ được tìm thấy trong
quá trình phân huỷ thức ăn thông thường. Những liên kết 1,6 glycosidic chiếm ưu thế
trong PD thì bền hơn từ 2 đến 4 lần so với những liên kết α - 1,2, α - 1,3 hay α - 1,4
khi thuỷ phân (Julian, 2009).

8