Các chất ngọt thay thế đường fructose, xylitol, stevia

Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh Bộ môn Công nghệ Sinh học Lớp DH06SH Bài tiểu luận nhóm 1: • Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Kiều 1 Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường Mục lục I. Mở đầu 3 II. Các hợp chất thay thế đường 3 1. Fructose 3 1.1. Giới thiệu 3 1.2. Sản xuất 5 1.3. Ứng dụng 9 2. Xylitol 11 1.1. Giới thiệu 11 1.2. Sản xuất 12 1.3. Ứng dụng 18 3. Stevia 22 1.1. Giới thiệu 22 1.2. Sản xuất 25 1.3. Ứng dụng 31 III. Tổng kết 36 Tài liệu tham khảo 36 2 Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường CÁC CHẤT NGỌT THAY THẾ ĐƯỜNG FRUCTOSE, XYLITOL, STEVIA I. Mở đầu Từ xưa người Việt Nam đã có sở thích ăn ngọt. Các món ăn truyền thống như chè, xôi, các loại bánh,… đều có đường trong công thức chế biến. Ngày nay, khi xã hội ngày một phát triển, người Việt Nam được thưởng thức nhiều hơn các món ăn truyền thống này. Hơn thế nữa, sự du nhập của các loại bánh kẹo, nước ngọt của phương Tây đã làm cho lượng đường trong khẩu phần ăn hàng ngày tăng lên. Chính những điều kể trên đã đưa đến một hậu quả nghiêm trọng: gần năm triệu dân số mắc bệnh tiểu đường (2009); 16,8% dân số trong độ tuổi từ 25-64 bị thừa cân béo phì (1996); sâu răng;….Ngoài ra, việc sử dụng các loại đường hóa học như saccharine trong công nghiệp bánh kẹo và nước giải khát làm tăng nguy cơ bị ung thư và mắc các bệnh kể trên. Vì vậy, việc tìm kiếm các chất ngọt tự nhiên ngọt hơn, ít ảnh hưởng đến sức khỏe hơn ngày càng được chú trọng. Trong bài báo cáo này nhóm chúng tôi xin trình ba loại chất ngọt tư nhiên được sử dụng để thay thế đường là: fructose, xylitol và stevia. Chúng không những ngọt hơn đường, ít gây béo phì , tiểu đường đồng thời còn giúp bảo vệ răng, hạ đường huyết,… Sự thiếu sót là không thể tránh khỏi, nên rất mong sự đóng góp của cô và các bạn để chuyên đề được tốt hơn, đầy đủ hơn. II. Các hợp chất thay thế đường 1. Fructose 1.1. Giới thiệu Fructose là loại đường monosaccharide rất phổ biến trong tự nhiên, bên cạnh glucose và galactose. Fructose có nhiều nhất trong mật ong, ngoài ra cũng có nhiều trong trái cây và một số loại củ, do đó còn được gọi là đường trái cây. Fructose mang một số đặc điểm vượt trội so với các loại đường thông thường mà nổi bật nhất là độ 3 Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường ngọt gấp gần hai lần sucrose. Chính những đặc tính này đã làm cho fructose trở thành chất làm ngọt được sử dụng rất rộng rãi ở Mỹ và một số nước. Đặc điểm nổi bật của fructose là dạng tinh thể không ngậm nước của nó có độ ngọt gấp 1,7 lần đường mía sucrose, và cho đến nay vẫn là loại đường tự nhiên ngọt nhất từng được sản xuất. Không chỉ có độ ngọt cao, fructose còn có đặc tính cộng hưởng độ ngọt với một số loại đường khác như sucrose, aspartame hoặc saccharin, cho một hỗn hợp có độ ngọt cao hơn cả mỗi chất trên. 4 So sánh độ ngọt một số loại saccharide Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường Khi được hấp thụ, một gram fructose cung cấp một lượng năng lượng khoảng 4 calo, tương đương với glucose hoặc sucrose. Tuy nhiên, vì độ ngọt cao nên lượng fructose cần dùng cho thực phẩm thấp hơn nhiều so với hai đường trên, giúp giảm được năng lượng dư thừa do chất làm ngọt. Về đặc tính vị ngọt, khi vào miệng fructose cho cảm giác ngọt tăng nhanh đến cực đại và sau đó giảm xuống sớm hơn so với glucose và sucrose, vì vậy không lấn át các hương vị khác. Dễ nhận thấy nhất là fructose giúp thể hiện rõ hương vị của các loại hương trái cây và gia vị trong thực phẩm và nước giải khát. Fructose có đặc tính quan trọng là rất háo nước và giữ nước rất chặt. Điều này làm cho fructose rất dễ tan trong nước, giữ ẩm tốt, có thể thay thế cho các chất làm ẩm như sorbitol và glycerin, giúp các loại thực phẩm chế biến, đặc biệt là các sản phẩm nướng giữ được chất lượng lâu hơn. Ngoài ra nó còn rất có lợi trong sản xuất các sản phẩm hai lớp như bánh nhân kem, khi được thêm vào nhân sẽ giúp giữ nước trong nhân khiến nhân kem giữ mùi vị lâu hơn trong khi lớp vỏ bánh bên ngoài không bị ẩm và rữa. Tuy nhiên đặc tính hút nước mạnh cũng khiến cho fructose rất khó để tinh thể hóa, dễ chảy rữa, và đây là lý do fructose thương mại phần lớn ở dưới dạng dịch xirô lỏng Một đặc tính khác cũng khá đặc biệt ở fructose là nó có khả năng làm giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch. Đặc tính này được ứng dụng trong bảo quản thực phẩm, nhất là trái cây và rau quả tươi đông lạnh: ngâm rau quả vào dung dịch fructose loãng trước khi đem đông lạnh sẽ giúp các tế bào không bị phá hủy bởi sự tạo thành các tinh thể đá. Nhưng mặt khác đặc tính này cũng làm cho fructose không thể được sử dụng trong các sản phẩm cần sự đông tuyết như kem, các sản phẩm sữa đông như yogurt. Fructose cũng làm tăng tính nhớt của tinh bột, có thể được ứng dụng để làm sánh thực phẩm chứa tinh bột. 1.2. Sản xuất Từ trước thập niên 1970, các nguồn fructose chủ yếu là từ thiên nhiên như mật ong và đường trái cây, với hàm lượng rất nhỏ và giá thành cao. Mặc dù đã có các enzyme sản xuất được fructose, nhưng giá thành các enzyme này quá cao khiến việc sử dụng để sản xuất fructose không mang hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên từ sau 1970, phát minh về việc cố định enzyme đã làm bùng nổ mối quan tâm sâu sắc đến loại chất làm ngọt rất triển vọng này. Từ đó, ngành công nghiệp sản xuất fructose đã có bước nhảy vọt đáng kể, đặc biệt là ở Mỹ, với những cải tiến kỹ thuật không ngừng và sản lượng tiêu thụ ngày một tăng. Cho đến năm 2005, fructose đã vượt qua cả đường mía sucrose về mức 5 Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường tiêu thụ bình quân trên một người ở Mỹ với 28,4 kg dịch HFS/người/năm so với 26,7 kg sucrose/người/năm. Ngày nay, việc sản xuất fructose chủ yếu là bằng biến đổi từ những đường thông thường thành fructose bằng enzyme cố định. Fructose thương mại có hai dạng chủ yếu: • Dạng dịch xirô hỗn hợp với các đường khác như glucose. Sản phẩm này xuất phát từ quá trình sản xuất fructose nhưng không phân tách khỏi các đường khác. Trong số này có invert sugar, chứa 50% glucose và 50% fructose, và high fructose syrup 42, 55, 90 cũng là hỗn hợp fructose và glucose với tỉ lệ fructose tương ứng là 42%, 55% và 90%. Dạng này thường được dùng trong công nghiệp và thực phẩm thông thường bởi dễ bảo quản, dễ sản xuất và giá thành rẻ (giảm được chi phí phân tách và tinh sạch fructose) • Dạng tinh thể (crysalline fructose) là dạng fructose khô tinh khiết không lẫn các đường khác. Dạng này có được sau khi phân tách fructose ra khỏi các đường khác và tinh thể hóa fructose để loại nước. Dạng này có giá thành cao hơn, khó bảo quản vì dễ hút ẩm, thường được dùng trong dược phẩm và thực phẩm ít năng lượng. Công nghệ sản xuất fructose đã có nhiều bước tiến đáng kể. Quy trình ban đầu sử dụng đường mía sucrose làm nguồn nguyên liệu, dùng hai enzyme cố định invertase và glucose isomerase để tạo thành hỗn hợp glucose và fructose theo sơ đồ sau: 6 Thống kê sự tiêu thụ các loại đường ở Mỹ Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường 7 Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường Quá trình chuyển hóa được thực hiện trong các cột hoặc bioreactor, với enzyme được gắn cố định bên trong dưới dạng enzyme – cơ chất trơ hoặc gắn cả tế bào vi sinh vật chứa enzyme. Nguyên liệu được cho qua cột liên tục và lưu lượng được điều chỉnh tự động giảm dần tương thích với hoạt tính enzyme còn lại, sao cho sản phẩm ra luôn có nồng độ không đổi. Thông thường người ta sử dụng nhiều cột song song với lưu lượng khác nhau để giữ năng suất ổn định. Tuy nhiên phương pháp trên đây còn tương đối đắt tiền do phải sử dụng enzyme invertase, dù rằng với công nghệ enzyme cố định nhưng vẫn chiếm chi phí khá lớn trong giá thành sản phẩm. Qua nhiều năm, người ta đã tập trung vào việc tìm một quy trình hiệu quả hơn, với một nguồn nguyên liệu rẻ tiền hơn. Những nỗ lực cải thiện năng suất quy trình trên, cũng như thử nghiệm các nguyên liệu mới như inulin, một polymer chứa fructose vẫn chưa đem lại hiệu quả rõ rệt. Đến năm 1981, quy trình sản xuất fructose từ tinh bột chiết xuất từ dịch lõi bắp lần đầu tiên được đưa vào sản xuất đại trà với nhà máy đầu tiên ở Thomson, Illinois, USA. Quy trình tỏ ra có hiệu quả hơn do không phải sử dụng invertase, cũng như nguồn nguyên liệu là phụ phẩm nông nghiệp khá dồi dào ở Mỹ. Quy trình theo sơ đồ sau: 8 Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường Invertase được sản xuất từ nấm mem (enzyme ngoại bào) hoặc một số nấm mốc (enzyme nội bào). Trong thương mại thường dùng S. cerevisiae hoặc S. carlsbergensis. Dạng cố định có pH tối ưu 4,5, nhiệt độ tối ưu 55 o C. Glucose isomerase có thể được sản xuất từ nhiều vi sinh vật, thường dùng trong công nghiệp là các giống Streptomyces, Arthrobacter, Mycobacterium và Curtobacterium. pH tối ưu 7,2 và 9 đối với cơ chất là glucose. Nhiệt độ thay đổi từ 60 - 85 o C, nhiệt độ càng cao phản ứng enzyme càng tốt, nhưng mất hoạt tính cũng nhanh hơn. Vấn đề tiếp theo là phân tách và cô đặc fructose. Thông thường sản phẩm của quy trình sản xuất là HFS 42 đã có thể được đem sử dụng. Tuy nhiên để tạo dịch HFS có nồng độ fructose cao hơn, người ta sử dụng màng lọc than hoạt tính và kỹ thuật sắc ký trao đổi ion. Dịch được cho qua cột sắc ký, sau đó một dung dịch chứa Ca 2+ (thường là Ca(NO 3 ) 2 ) được cho qua sẽ tách dần các cấu tử ra khỏi cột sắc ký. Dịch fructose thu được (80-95% fructose) sẽ được đem hòa trở lại với HFS 42 để tạo ra HFS 55. Cuối cùng là quy trình tinh thể hóa fructose. Cho đến hiện nay quy trình thông dụng nhất là sử dụng dung môi cồn hữu cơ. Fructose có tính giữ nước rất chặt nhưng lại tan rất kém trong cồn. Người ta sử dụng cồn pha vào dung dịch fructose 90%, sau đó thêm 9 Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis Streptomyces Arthrobacter Mycobacterium Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường vào các nhân tạo tinh thể, thường là những hạt fructose tinh thể từ đợt sản xuất trước, rồi cho bay hơi dung môi nước – cồn ở áp suất thấp và nhiệt độ ổn định. Quy trình này cho năng suất khá cao tuy nhiên việc thu hồi cồn và lượng nước thải đang còn là vấn đề hạn chế. 1.3. Ứng dụng Tác động của fructose đến sức khỏe: Trong quá trình biến dưỡng, fructose khi được hấp thu không được cơ thể xem như đường huyết, chưa thể sử dụng ngay như một chất thay thế glucose. Fructose trước tiên được chuyển từ máu đến gan, tại đây được biến đổi thành glycogen dự trữ, rồi từ đó mới dần được chuyển hóa thành glucose vào máu. Đặc điểm biến dưỡng này rất có lợi cho những người bị hạ đường huyết, khi cơ chế kiểm soát đường huyết của họ hoạt động quá mạnh và có thể làm giảm đường huyết xuống tới mức nguy hiểm. Fructose là loại đường có tác dụng chậm nhưng kéo dài, được dữ trữ dưới dạng glycogen và được thủy phân dần dần để bổ sung đường huyết ổn định trong thời gian dài. Đáp ứng đường huyết của bệnh nhân hạ đường huyết với đường glucose và fructose Tác động tiêu cực rõ rệt nhất hiện nay ở fructose là dễ gây tiêu chảy, nhất là ở trẻ nhỏ. Do sự hấp thu fructose ở màng nhày ruột khá kém so với glucose, nếu một lượng fructose lớn được ăn vào mà không hấp thu kịp, fructose sẽ bị đào thải. Tuy nhiên do fructose có tính hút nước và giữ nước mạnh, nên trong quá trình đào thải sẽ tích một lượng nước lớn ở phân, gây tiêu chảy và mất nước. Tuy nhiên đây chỉ là một quá trình sinh lý chứ không phải bệnh lý và nếu tiếp nước và khoáng đầy đủ thì cũng không gây nguy hiểm quá lớn cho cơ thể 10 [...]... tiểu đường Xylitol được chứng minh là chất có độ chuyển hóa rất thấp Theo danh mục các chất tạo ngọt, đo tốc độ hấp phụ của thức ăn vào mạch máu, tốc độ của đường là 100 thì xylitol chỉ có 7 Xyltol được coi là chất ổn định insulin tự nhiên nên sẽ 21 Nhóm 1 đường Các chất ngọt thay thế không có hiện tượng đường tăng hay hạ thấp một cách đôt ngột Thực tế, nó làm ngừng sự thèm muốn đường và các hợp chất. .. cây cỏ ngọt được xem là nguồn nguyên liệu hữu ích thay thế đường Nhưng vì nhiều nguyên nhân mà hiện nay việc ứng dụng của chúng còn chưa rộng rãi Cũng nên nói thêm rằng kỹ nghệ chất ngọt hiện nay đang nằm trong tay các nước phương tây và Mỹ III Tổng kết 35 Nhóm 1 đường Các chất ngọt thay thế Qua bài tiểu luận này nhóm chúng tôi mong rằng các bạn có thể biết thêm về một số các chất ngọt khác ngoài đường. .. giảm áp huyết ở những người cao 31 Nhóm 1 đường Các chất ngọt thay thế máu, và đặc biệt nhất là đối với những người bị bệnh tiểu đường, cỏ ngọt giúp tụy tạng trong việc tiết chất insulin Những người này thay vì dùng các loại đường hóa học như aspartame chẳng hạn thì tốt hơn hết, họ nên dùng chất tạo vị ngọt thiên nhiên lấy từ Cỏ ngọt, vả lại nó cũng không làm tăng đường lượng Giới chủ trương thuốc thiên... Quốc Họ sử dụng chất tạo vị ngọt steviosid trong kẹo chewing gum, bánh trái và trong các loại nước ngọt (như Coca Cola) Nói chung thì các quốc gia Á Châu và Nam Mỹ Chất ngọt của Stevia được công nhận và được cho phép sử dụng như một chất phụ gia Ngược lại các quốc gia Tây phương (Anh, Pháp, Hoa Kỳ, Úc Châu, Canada …) đều chưa công nhận stevia là chất phụ gia để tạo vị ngọt như các chất aspartame, sodium... thiện theo cách này sẽ đảm bảo độ sạch, 30 Nhóm 1 đường Các chất ngọt thay thế tính tự nhiên của sản phẩm và đồng thời nâng cao địa vị của đường stevia trên thị trường tiêu dùng vì tránh được việc phải sử dụng các qui trình sau tách chiết thường kèm theo việc sử dụng các hoá chất mà có thể gây ra sự nghi ngờ cho độ an toàn của sản phẩm 3.3 ứng dụng của cỏ ngọt: Tại nhiều nơi trên thế giới, chất steviosid... làm chất tạo vị ngọt thay thế các loại đường thường hoặc đường hoá học Cỏ ngọt phơi khô, sấy khô có thể bỏ vô trà Bột lá khô có thể trộn vô bột làm bánh để thay thế đường Trung Quốc xem cỏ ngọt như một dược liệu thiên nhiên rất tốt để giúp làm giảm cân, ngon ăn và tiêu hóa tốt Nhật Bản là quốc gia sử dụng cây cỏ ngọt nhiều nhất trên thế giới Mỗi năm kỹ nghệ Nhật tiêu thụ từ 700 tấn đến 1000 tấn lá stevia. .. pulping pulverized stevia with alkali solutions and forming paper from the pulp and antibacterial stevia fibers therefrom andmanufacture thereof 2000) 34 Nhóm 1 đường Các chất ngọt thay thế Một số thành phần có nguyên liệu từ cỏ ngọt: • Lá khô Trà Actiso - cỏ ngọt • Xirô chè Chè nhúng sotevin • Bột Trà sâm quy - cỏ ngọt • Tinh thể Trà nhân trần, cỏ ngọt • Trà đen, cỏ ngọt • Nước ngọt • Thuốc Bắc (hay... loại Cỏ ngọt thuộc giống họ Stevia Cây cỏ ngọt mọc thành bụi, cao lối 75cm lúc trưởng thành Thân, và cành tròn Thân non có màu xanh, thân già màu nâu Bản lá dài 5-7cm, có mép hình răng cưa Hoa nhỏ màu trắng Phấn hoa có thể gây dị ứng Chất ngọt tập trung trong lá Lá già, ở dưới thấp chứa nhiều chất ngọt hơn lá non ở phía trên cao 23 Nhóm 1 đường Các chất ngọt thay thế Chất ngọt trong lá giảm đi khi cây... hay một chất dinh dưỡng bổ sung mà thôi Tại Bắc Mỹ các sản phẩm Stevia có thể được tìm thấy tại những tiệm bán thực phẩm thiên nhiên Bột lá khô dùng làm trà, có thể có vị ngọt gấp 30 lần vị ngọt của đường cát Dạng lỏng là những dịch chiết có thể ngọt 70 lần hơn đường Tốt nhất là bột tinh chất màu trắng trích từ lá Cỏ ngọt và có chứa chất rebaudioside A và steviosid, ở dạng này Stevia có vị ngọt gấp... tuyên bố rằng sản phẩm đạt độ tinh khiết 96% 29 Nhóm 1 đường Các chất ngọt thay thế Một vài quy trình phụ có thể được sử dụng để tách được tỉ lệ R-A cao hoặc để chuyển stevioside thành rebaudioside hoặc các glycoside khác để cải thiện chất lượng vị (*):R-A: Rebaudioside A: là thành phần có chất lượng cao trong các stevio glycoside có trong cây stevia c /Chất lượng sản phẩm Sản phẩm thu được cuối cùng ở dạng . liệu tham khảo 36 2 Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường CÁC CHẤT NGỌT THAY THẾ ĐƯỜNG FRUCTOSE, XYLITOL, STEVIA I. Mở đầu Từ xưa người Việt Nam đã có sở thích ăn ngọt. Các món ăn truyền thống. theo sơ đồ sau: 6 Thống kê sự tiêu thụ các loại đường ở Mỹ Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường 7 Nhóm 1 Các chất ngọt thay thế đường Quá trình chuyển hóa được thực hiện trong các cột hoặc bioreactor,. loại chất ngọt tư nhiên được sử dụng để thay thế đường là: fructose, xylitol và stevia. Chúng không những ngọt hơn đường, ít gây béo phì , tiểu đường đồng thời còn giúp bảo vệ răng, hạ đường