Nghiên ứu công nghệ sản xuất đường chức năng steviol glycoside và rebaudioside a từ cỏ ngọt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ LÀN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG CHỨC NĂNG STEVIOL GLYCOSIDE VÀ REBAUDIOSIDE A TỪ CỎ NGỌT Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã đề tài: CNTP15B-01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Nguyễn Thị Minh Tú TS Trương Hương Lan Hà Nội – 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204843291000000 MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA i LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM ƠN vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xi DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ xi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY CỎ NGỌT 1.1.1 Nguồn gốc đặc điểm thực vật cỏ Stevia rebaudiana Bertoni 1.1.2 Thành phần dinh dưỡng cỏ 1.1.3 Các hoạt chất sinh học cỏ 1.1.3.1 Các hợp chất diterpene 1.1.3.2 Các hợp chất chống oxy hóa 1.1.3.3 Các hợp chất kháng khuẩn 1.1.4 Sản xuất tiêu thụ cỏ 1.4.1.1 Trên giới 1.4.1.2 Tại Việt Nam 1.2 CÁC LOẠI ĐƯỜNG TỪ CỎ NGỌT 1.2.1 Cấu tạo tính chất loại đường từ cỏ 1.2.2 Vai trò loại đường cỏ 1.2.2.1 Tác dụng bệnh tiểu đường 1.2.2.2 Tác dụng bệnh béo phì, ăn kiêng 7 9 12 12 15 1.2.2.3 Tác dụng bệnh cao huyết áp, tim mạch 1.2.3 Tính ổn định đường cỏ 15 16 1.2.4 Tính an tồn loại đường cỏ 17 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY ĐƯỜNG TỪ CỎ NGỌT 18 1.3.1 Trích ly đường từ cỏ có hỗ trợ CO2 siêu tới hạn 18 i 1.3.2 Trích ly đường từ cỏ có hỗ trợ sóng siêu âm 19 1.3.3 Trích ly đường từ cỏ có hỗ trợ vi sóng 20 1.3.4 Trích ly đường từ cỏ dung mơi 20 1.3.5 Trích ly đường từ cỏ phương pháp enzyme 21 1.4 KẾT TINH REBAUDIOSIDE A TỪ STG CỦA CỎ NGỌT 23 1.4.1 Kết tinh trực tiếp Rebaudioside A từ dịch STG cỏ 24 1.4.2 Kết tinh Rebaudioside A từ STG cỏ tách Stevioside 25 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỎ NGỌT TẠI VIỆT NAM CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, THIẾT BỊ 26 28 28 2.1.1 Vật liệu 28 2.1.2 Hóa chất enzyme 28 2.1.3 Thiết bị 28 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 29 2.2.1.Phương pháp công nghệ 2.2.1.1 Xác định dung mơi thích hợp cho q trình trích ly STG từ cỏ 30 2.2.1.2 Xác định điều kiện thích hợp cho q trình trích ly STG từ cỏ enzyme 30 2.2.1.3 Tinh thu hồi sản phẩm STG từ cỏ 30 2.2.1.4 Xác định điều kiện kết tinh Rebaudioside A từ bột STG cỏ 31 2.2.2 Phương pháp phân tích hóa lý 31 2.2.3 Phương pháp phân tích vi sinh 33 2.2.4 Phương pháp phân tích kim loại nặng 33 2.2.4 Phương pháp tốn học 33 2.2.4.1 Tính hiệu suất 33 2.2.4.2 Phương pháp xử lý số liệu CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC CHẤT CHÍNH TRONG LÁ CỎ NGỌT TRỒNG Ở VIỆT NAM 3.1.1 Xác định hàm lượng STG, Stevioside Rebaudioside A số giống cỏ khác ii 34 35 35 35 3.1.2 Nghiên cứu cảm quan xác định thành dinh dưỡng cỏ S rebaudiana KST01 3.2 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY VÀ THU NHẬN STG 36 37 3.2.1 Nghiên cứu xác định dung mơi trích ly phù hợp 37 3.2.2 Nghiên cứu sử dụng enzyme trình trích ly STG từ cỏ 39 3.2.2.1 Nghiên cứu lựa chọn loại enzyme thích hợp cho q trình trích ly STG từ cỏ 39 3.2.2.2 Nghiên cứu tỉ lệ ngun liệu/nước cho q trình trích ly STG từ cỏ 41 3.2.2.3 Nghiên cứu tốc độ khuấy thích hợp cho q trình trích ly STG từ cỏ 42 3.2.2.4 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ enzyme bổ sung thích hợp cho q trình trích ly STG từ cỏ 43 3.2.2.5 Nghiên cứu lựa chọn pH thích hợp cho q trình trích ly STG từ cỏ 44 3.2.2.6 Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ thích hợp đến q trình trích STG từ cỏ 45 3.2.2.7 Nghiên cứu lựa chọn thời gian thích hợp đến q trình trích ly STG từ cỏ 47 3.2.2.8 Nghiên cứu ảnh hưởng số lần trích ly 48 3.2.3 Nghiên cứu điều kiện tinh chế dịch chiết 48 3.2.3.1 Xử lý kết tủa tạp chất dịch trích ly Ca(OH) FeCl3 48 3.2.3.2 Nghiên cứu q trình khử màu dịch trích ly từ cỏ 49 3.3.2.3 Nghiên cứu lựa chọn nồng độ than hoạt tính thích hợp cho q trình khử màu dịch trích ly cỏ 51 3.3.2.4 Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ thời gian thích hợp cho q trình xử lý than hoạt tính CN1 52 3.2.4 Nghiên cứu thông số công nghệ để thu nhận bột chế phẩm STG từ dịch trích ly cỏ phương pháp sấy phun 54 3.2.4.1 Xác định nồng độ chất khơ dịch trích ly cỏ thích hợp cho sấy phun 54 3.2.4.2 Xác định nhiệt độ khơng khí đầu vào trình sấy phun 55 iii dịch trích ly cỏ 3.2.4.3 Xác định tốc độ dịng nhập liệu 56 3.2.5 Xây dựng qui trình cơng nghệ sản xuất chế phẩm STG quy mơ phịng thí nghiệm (1 kg nguyên liệu cỏ ngọt/mẻ) 57 3.3 NGHIÊN CỨU KẾT TINH VÀ THU NHẬN CHẾ PHẨM REBAUDIOSIDE A 90 % TỪ STG 61 3.3.1 Nghiên cứu xác định điều kiện kết tinh Rebaudioside A từ chế phẩm STG 61 3.3.1.1 Xác định nồng độ dung mơi ethanol thích hợp để tách Rebaudioside A 61 3.3.1.2 Xác định tỷ lệ dung mơi/cơ chất thích hợp để kết tinh Rebaudioside A từ chế phẩm STG 62 3.3.1.3 Xác định nhiệt độ thích hợp để kết tinh Rebaudioside A từ chế phẩm STG 63 3.3.1.4 Xác định thời gian kết tinh Rebaudioside A thích hợp 63 3.3.1.5 Bổ sung Rebaudioside A tinh khiết làm mầm tinh thể để khởi động tăng cường tốc độ kết tinh 64 3.3.2 Thu nhận chế phẩm Rebaudioside A 90% phương pháp sấy chân khơng 66 3.3.3 Xây dựng qui trình cơng nghệ sản xuất chế phẩm Rebaudioside A 90% qui mơ phịng thí nghiệm (1 Kg nguyên liệu/mẻ) 67 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 78 iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, luận văn cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Minh Tú TS Trương Hương Lan Các số liệu, kết nêu luận văn tập hợp từ nhiều nguồn tài liệu liên hệ thực tế, thông tin luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Tác giả Nguyễn Thị Làn v LỜI CẢM ƠN Để hồn thành tốt luận văn này, lời tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Minh Tú, người thầy dành tâm huyết, tận tình hướng dẫn trang bị cho tơi kiến thức làm tảng để nghiên cứu, ứng dụng luận văn hoạt động thực tiễn Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn TS Trương Hương Lan - Chủ nhiệm Bộ môn Thực phẩm Dinh dưỡng, TS Lại Quốc Phong anh chị em đồng nghiệp Bộ môn Thực phẩm Dinh dưỡng ủng hộ, tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất, trang thiết bị, dụng cụ thí nghiệm tận tình hướng dẫn tơi hồn thành tốt cơng trình nghiên cứu Tơi xin gửi lời tri ân đến gia đình, bạn bè người thân động viên, giúp đỡ, tạo động lực cho tơi hồn thành tốt luận văn Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Làn vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, Viết đầy đủ Nghĩa tiếng Việt chữ viết tắt EDI Estimated Daily Intake Mức tiêu thụ hàng ngày ước tính FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên hợp Quốc FDA Food and Drug Administration Cục Quản lý dược Thực phẩm Mỹ FSANZ Food Standards Zealand JECFA Joint Expert Committee on Food Ủy ban Chuyên gia phụ gia thực phẩm Additives STG Steviol Glycoside Steviol Glycoside WHO World Health Organization Tổ chức Y tế Thế giới Australia vii New Các tiêu chuẩn thực phẩm Australia New Zealand DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Thành phần hóa học cỏ S rebaudiana Bảng 1.2 Cấu tạo đường STG cỏ 10 Bảng 1.3 Đặc điểm hàm lượng STG cỏ S rebaudiana khơ 11 Bảng 1.4 Tính chất hoạt động điều kiện tối ưu chế phẩm enzyme thương mại sử dụng để trích ly đường từ cỏ 23 Bảng 3.1 Hàm lượng STG, Stevioside Rebaudioside A số giống cỏ khác 35 Bảng 3.2 Một số thành phần dinh dưỡng cỏ S rebaudiana KST01 37 Bảng 3.3 Ảnh hưởng tốc độ khuấy đến hiệu suất trích ly cỏ 42 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình trích ly STG từ cỏ 46 Bảng 3.5 Ảnh hưởng loại than hoạt tính tới q trình khử màu dịch 49 trích ly cỏ Bảng 3.6 So sánh dịch xử lý không xử lý Ca(OH) FeCl3 50 Bảng 3.7 Ảnh hưởng nồng độ than hoạt tính Norit CN1 tới q trình khử màu dịch trích ly cỏ 51 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ tới khả khử mầu than hoạt tính Norit CN1 52 Bảng 3.9 Ảnh hưởng thời gian xử lý tới khả khử màu than hoạt tính 53 Bảng 3.10 Ảnh hưởng nồng độ chất khơ dịch trích ly cỏ tới hiệu suất thu hồi chất lượng sản phẩm 54 Bảng 3.11 Ảnh hưởng nhiệt độ không khí đầu vào sấy phun đến hiệu suất thu hồi sản phẩm thành phần chế phẩm STG 55 Bảng 3.12 Ảnh hưởng tốc độ nhập liệu đến hiệu suất thu hồi sản phẩm 56 viii đánh giá cảm quan chế phẩm STG dạng bột Bảng 3.13 Một số tiêu chất lượng chế phẩm bột STG 60 Bảng 3.14 Ảnh hưởng nồng độ dung môi ethanol đến hiệu suất kết tinh Rebaudioside A hàm lượng Rebaudioside A tinh thể 61 Bảng 3.15 Ảnh hưởng tỷ lệ dung môi /cơ chất đến trình kết tinh Rebaudioside A từ chế phẩm STG 62 Bảng 3.16 Tính chất chế phẩm RebA bổ sung RebA tinh khiết với hàm lượng khác 65 Bảng 3.17 Một số tiêu chất lượng chế phẩm Rebaudioside A 90% 66 ix