Các thông số công nghệ của quá trình dịch hóa và đường hóa pyrodextrin để sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa từ tinh bột gạo

ương lượng dextrose 
phụ thuộc nồng độ cơ chất pyrodextrin 
Hình 2. Sự thay đổi đương lượng dextrose 
phụ thuộc nồng độ enzim 
Kết quả nêu trên hình 2 cho thấy khi tăng nồng 
độ enzim α-amylase thì DE cũng tăng theo, nhưng từ 
nồng độ 0,4% thì DE có xu hướng bão hòa và bắt đầu 
giảm dần từ nồng độ 0,5%. Nồng độ enzim α-amylase 
0,1% cho DE thấp nhất với giá trị 12,2 và nồng độ 
enzim 0,4% cho kết quả DE cao nhất đạt giá trị 20,3. 
Khoảng nồng độ enzim 0,1 - 0,3% cho DE < 18 là do 
lượng enzim chưa đủ để có thể xúc tác thủy phân 
triệt để dung dịch ở nồng độ cơ chất 33% trong thời 
gian 60 phút, trong khi sử dụng nồng độ 0,5% và 0,6% 
là không cần thiết. Đây là nồng độ enzim cao gấp hai 
lần khi so sánh với đề xuất được trình bày trong 
nghiên cứu của Okuma & Matsuda (2003). Một số 
tác giả khác cũng lựa chọn nồng độ enzim α-amylase 
0,2% để thủy phân pyrodextrin hay tinh bột (Woo & 
Moon, 2000; Blazek & Gilbert, 2010). Sự khác biệt về 
kết quả có thể là do quá trình dịch hóa tiến hành trên 
đối tượng nguyên liệu tinh bột khác nhau, cùng loại 
enzim nhưng có nguồn gốc, hoạt độ khác nhau. Từ 
kết quả và những lập luận trên có thể kết luận 0,4% là 
nồng độ enzim α-amylase (Termamyl SC, Novozymes 
A/S, Đan Mạch, hoạt độ 2860 IU/mL) thích hợp nhất 
cho quá trình dịch hóa pyrodextrin có nồng độ cơ chất 
33-40% trong khoảng thời gian 60 phút. 
3.1.2. Xác định thời gian thủy phân thích hợp để 
dịch hóa 
Hình 3. Sự thay đổi đương lượng dextrose 
theo thời gian thủy phân 
Hình 4. Sự thay đổi hàm lượng chất khô 
hòa tan (oBx) theo thời gian thủy phân 
Kết quả phân tích DE và hàm lượng chất khô 
(độ Brix) ở các thời gian thủy phân khác nhau được 
nêu trên hình 3 và hình 4. Tại hình 3 cho thấy DE 
tăng khi tăng thời gian thủy phân và đạt giá trị tối đa 
tại thời điểm 60 - 90 ph. Nhưng khi tiếp tục kéo dài 
thời gian đến 120 ph, DE vẫn không tăng thêm, mà 
có phần giảm đi. Khoảng thời gian từ 20 - 40 ph đầu 
cho kết quả DE < 16. Đây là giá trị DE khá thấp nên 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 1 - TH¸NG 12/2020 81 
chưa đáp ứng yêu cầu của sản phẩm maltodextrin 
kháng tiêu hóa cần tạo ra. Bên cạnh đó, trong 
khoảng thời gian thủy phân 90 - 120 ph dù cho kết 
quả DE phù hợp nhưng cần thời gian thủy phân dài ở 
nhiệt độ cao có thể làm tăng biến màu dịch thủy 
phân. Từ hình 4 thấy rằng quá trình dịch hóa ở 0 - 40 
ph đầu có độ Brix tăng nhanh, đạt mức cao nhất ở 
thời điểm 60 ph (37,5%), nhưng sau đó hầu như 
không thay đổi đáng kể. Kết hợp kết quả ở hình 3 và 
hình 4, thời gian thủy phân thích hợp nên chọn là 60 
ph. Đây cũng là kết quả phù hợp với đề xuất của sáng 
chế US 0275253 A1 (Maeda et al., 2015). Tuy nhiên, 
kết quả thời gian này là ngắn hơn so với kết quả của 
Okuma & Matsuda (2003). 
3.2. Nghiên cứu chế độ công nghệ thủy phân 
enzim để đường hóa pyrodextrin 
3.2.1. Xác định nồng độ enzim và pH thích hợp 
để đường hóa pyrodextrin 
Hình 5. Sự thay đổi DE của sản phẩm 
đường hóa phụ thuộc nồng độ enzim AMG 
Hình 6. Sự thay đổi DE của sản phẩm 
đường hóa phụ thuộc pH thủy phân 
Bố trí 5 công thức với nồng độ enzim 
amyloglycosidase (AMG) 0,05%, 0,1%, 0,15%, 0,2%, 
0,25% và 0,3% (tính theo chất khô pyrodextrin) để xác 
định nồng độ enzim cần thiết. Kết quả xác định DE 
nêu trên hình 5 cho thấy DE tăng dần theo chiều 
tăng của nồng độ enzim AMG, đạt giá trị cực đại ở 
nồng độ enzim 0,2% sau đó giảm dần ở các nồng độ 
0,25 - 0,3%. Với nồng độ enzim AMG 0,2% cho kết quả 
DE là 57,4, giá trị này rất phù hợp với yêu cầu của 
sản phẩm kháng tiêu hóa mong đợi. Kết quả này là 
hoàn toàn phù hợp với một số công bố trước đây của 
nước ngoài (Okuma & Matsuda, 2003; Binder & 
McClain, 2010). Nhưng khi so sánh với kết quả 
nghiên cứu của Woo & Moon (2000) thì thấy các tác 
giả này chỉ dùng nồng độ enzim AMG 0,05% ở điều 
kiện pH và nồng độ cơ chất tương tự. Lý do có thể là 
do họ đã kéo dài thời gian thủy phân tới 48 giờ. Từ 
các nhận xét trên, có thể kết luận rằng nồng độ 
enzim AMG cần cho phản ứng đường hóa là 0,2%. 
Hình 6 trình bày sự phụ thuộc của trị số DE vào 
pH môi trường thủy phân. Từ hình thấy rằng DE có 
giá trị cao nhất trong khoảng pH 4,0 - 4,5 tương ứng 
với DE lần lượt là 54,9 và 57,7. Các điều kiện môi 
trường pH 5,0 - 6,0 là không phù hợp vì enzim bị ức 
chế làm giảm tốc độ phản ứng, nên DE giảm dần 
xuống chỉ còn 39,8. Binder & McClain (2010) cũng 
đề xuất pH 4,5 cho thủy phân đường hóa 
pyrodextrin. Như vậy, có thể khẳng định rằng pH 4,5 
là thích hợp cho phản ứng đường hóa pyrodextrin để 
sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa từ tinh bột gạo. 
3.2.2. Xác định nhiệt độ và thời gian thủy phân 
thích hợp để đường hóa pyrodextrin 
Hình 7 nêu kết quả xác định DE phụ thuộc vào 
nhiệt độ thủy phân ở 5 công thức nhiệt độ (50°C, 
55°C, 60°C, 65°C, 70°C). Đánh giá số liệu kết quả 
thấy rằng khi nhiệt độ của phản ứng thủy phân tăng 
dần từ 50 - 70°C thì DE cũng tăng dần rồi đạt bão hòa 
ở 60°C, sau đó lại giảm dần. Ở nhiệt độ 60°C thu 
được DE cao nhất là 56,8. Quá trình đường hóa ở 
nhiệt độ cao hơn, từ 65 - 70°C nhưng kết quả DE thấp 
có thể do nhiệt độ cao làm ức chế enzim AMG. Tham 
chiếu với kết quả khác cho thấy sáng chế U.S. 
9353392 B2 cũng đề xuất 60oC là nhiệt độ đường hóa 
tối ưu cho pyrodextrin (Maeda et al., 2015). 
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới 
chỉ số DE trong khoảng từ 120 - 360 ph có các số liệu 
kết quả nêu trên hình 8. Nhận thấy rằng đương 
lượng dextrose DE tăng dần theo thời gian và đạt cực 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 1 - TH¸NG 12/2020 82 
đại DE = 57,9 ở 300 ph rồi bão hòa sau đó. Vì vậy, 300 
ph hay 5 h được chọn là thời gian thích hợp để đường 
hóa pyrodextrin cùng với thời gian dịch hóa 1 h đã 
nêu ở mục 3.1.3. Thời gian đường hóa pyrodextrin 
theo các kết quả công bố của nước ngoài rất khác 
nhau, thường là dài hơn 5 h. Woo & Moon (2000) sử 
dụng nồng độ enzim AMG 0,05% nên chỉ đạt hiệu 
quả đường hóa sau 48 giờ. Maeda et al. (2015) giảm 
thời gian đường hóa còn 9 giờ khi đường hóa với 
nồng độ enzim 0,1%. Hầu hết các sáng chế ở Mỹ đều 
khuyến nghị đường hóa trong 24 giờ với nồng độ 
enzim 0,1% (Binder & McClain, 2010; Park et al., 
2017). Sự khác biệt về thời gian đường hóa trong sản 
xuất maltodextrin kháng tiêu hóa có thể do nhiều lý 
do, chẳng hạn do khác nhau về cơ chất, nguồn gốc 
và hoạt độ enzim, yêu cầu về DE và hàm lượng thành 
phần kháng tiêu hóa của sản phẩm. Trong nghiên 
cứu này, kết quả thời gian đường hóa ngắn (5 giờ) là 
do sử dụng nồng độ enzim cao (0,2%) và có thể do 
các thông số thủy phân đã được tiệm cận tối ưu. Thời 
gian chỉ 5 giờ này rất có lợi cho thực tế sản xuất vì đã 
rút ngắn tới 1/5 - 1/2 so với thời gian của các công bố 
nước ngoài. 
Hình 7. Sự thay đổi DE của sản phẩm 
đường hóa phụ thuộc nhiệt độ thủy phân 
Hình 8. Sự thay đổi trị số DE của sản phẩm 
đường hóa phụ thuộc vào thời gian thủy phân 
3.3. Quy trình công nghệ và kiểm định quy trình 
thủy phân pyrodextrin quy mô pilot 
Hình 9. Sơ đồ quy trình hòa trộn, dịch hóa, 
đường hóa pyrodextrin để sản xuất maltodextrin 
từ tinh bột gạo 
Từ các kết quả xác định thông số công nghệ thu 
được ở các mục nêu trên, một sơ đồ quy trình công 
nghệ hòa trộn - dịch hóa - đường hóa pyrodextrin 
được đề xuất nêu trên hình 9. Nguyên liệu là bột 
pyrodextrin cần đảm bảo chất lượng, đặc biệt là về 
hàm lượng thành phần kháng tiêu hóa IDF và độ 
trắng bột. Hàm lượng IDF > 65% và độ trắng > 60% 
được coi là chỉ tiêu chất lượng phải đạt của nguyên 
liệu bột pyrodextrin. Nếu độ trắng < 60% sẽ gặp 
nhiều khó khăn và tốn kém cho các công đoạn tinh 
chế. Quy trình có 5 công đoạn chính: 1- Hòa trộn bột 
pyrodextrin; 2- Dịch hóa; 3- Đường hóa; 4-Bất hoạt 
enzim và lọc loại tạp chất thô; 5- Kiểm tra chất lượng 
dịch thủy phân. 
Kiểm định quy trình được thực hiện 3 lần tương 
ứng với 3 mẻ thủy phân bằng thiết bị nấu dịch kiểu 
nồi lên men chịu áp lực. Nồi có thể tích 30 lít thích 
hợp cho thủy phân 8 kg bột pyrodextrin/mẻ, điều 
khiển tự động được nhiệt độ, tốc độ khuấy và thời 
gian. Kết quả xác định các thông số chất lượng của 
dịch thủy phân từ 3 mẻ được nêu trong bảng 1. Số 
liệu cho thấy sản phẩm có mức ổn định cao về chất 
lượng vì sự khác biệt giữa 3 mẻ sản xuất không đáng 
kể. Tuy nhiên, khi so sánh các thông số chất lượng 
giữa quy mô pilot và quy mô phòng thí nghiệm (0,4 
kg/mẻ) thì xuất hiện sự khác nhau ở một số thông 
số như DE, IDF, TDF, độ Brix. Độ lệch về trị số của 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 1 - TH¸NG 12/2020 83 
các chỉ tiêu này 5 - 10% là chấp nhận được khi thử 
nghiệm ở quy mô lớn. Nguyên nhân của sự chênh 
lệch các thông số sản phẩm giữa hai quy mô chưa 
được khảo sát, nhưng nhìn chung ở quy mô lớn thì 
tốc độ và thời gian cấp nhiệt hay làm mát là lớn hơn 
nhiều so với quy mô nhỏ. Tương tự, thời gian để điều 
chỉnh pH và bất hoạt cũng khác nhau. 
Bảng 1. Các thông số chất lượng của 3 mẻ sản phẩm 
dịch hóa - đường hóa 
Quy mô pilot 8 
kg/mẻ 
Thông số đo 
Mẻ 
1 
Mẻ 
2 
Mẻ 
3 
Quy 
mô nhỏ 
phòng 
TN 
Đương lượng 
dextrose DE 
54,6 53,9 56,3 57,9 
Nồng độ chất 
khô hòa tan (%) 
28,7 29,8 30,6 31,8 
Thành phần 
kháng tiêu hóa 
IDF (%) 
66,4 67,1 64,3 68,9 
Chất xơ thực 
phẩm tổng số 
TDF (%) 
61,7 63,5 60,8 65,3 
Độ màu 69,3 66,7 65,2 58,8 
Hàm lượng 
protein (%) 
0,62 0,57 0,44 0,62 
Hàm lượng chất 
béo (%) 
0,05 0,03 0,04 0,07 
4. KẾT LUẬN 
Đã xác định được các thông số của chế độ thủy 
phân để dịch hóa pyrodextrin: Nồng độ cơ chất 
pyrodextrin 33 - 40%, enzim α-amylase (Termamyl 
SC, hoạt độ 2860 IU/mL) nồng độ 0,4% tính theo 
khối lượng chất khô, pH 5,8 - 6,0, nhiệt độ 95 - 97oC, 
thời gian thủy phân 60 ph. 
Đã xác định được các thông số của chế độ thủy 
phân để đường hóa pyrodextrin: Công đoạn đường 
hóa nối tiếp công đoạn dịch hóa, cơ chất có nồng độ 
33 - 40% ở công đoạn dịch hóa được sử dụng trực tiếp 
cho công đoạn đường hóa, enzym amyloglucosidase 
(Novozyme, hoạt độ 518 U/mL) nồng độ 0,2%, pH 4,0 
- 4,5, nhiệt độ 60oC, thời gian đường hóa 300 phút. 
Đã kiểm định các thông số thủy phân để dịch 
hóa và đường hóa ở quy mô pilot 8 kg/mẻ, thu được 
kết quả ổn định về chất lượng sản phẩm trong các 
lần tiến hành thủy phân độc lập và đạt được 90 - 95% 
chất lượng so với kết quả ở quy mô thủy phân nhỏ 
phòng thí nghiệm. Từ đó đã đề xuất một quy trình 
công nghệ cho cụm công đoạn hòa trộn - dịch hóa - 
đường hóa pyrodextrin để sản xuất maltodextrin 
kháng tiêu hóa từ tinh bột gạo. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Anderson J. W., Baird P., Davis R. H. Jr., 
Ferreri Knudtson M., Koraym A., et al. (2009). 
Health benefits of dietary fiber. Nutrition Reviews, 
67, 188–205. 
2. Association of Official Analytical Chemists – 
AOAC (2005). AOAC Official method 2001.03 Dietary 
fiber in foods containing resistant maltodextrin. In 
Official Methods of Analysis of the Association of 
Official Analytical Chemists. 14 ed. AOAC: 
Washington, DC. 
3. Bai Y. & Shi Y. C. (2016). Chemical structures 
in pyrodextrin determined by nuclearmagnetic 
resonance spectroscopy. Carbohydrate Polymers, 
151, 426–433. 
4. Binder T., McClain J. (2010). Method of 
producing resistant starch and products formed 
therefrom. US Patent No.: 7,744,944 B2. 
5. Blazek J., Gilbert E. P. (2010). Effect of 
enzymatic hydrolysis on nativestarch granule 
structure. Biomacromolecules, 11, 3275-3289. 
6. Englyst H. N. & Hudson G. J. (1996). The 
classification and measurement of 
dietarycarbohydrates. Food Chemistry, 57, 15–21. 
7. Laurentin A., Cárdenas M., Ruales J., Pérez E., 
Tovar J. (2003). Preparation of indigestible 
pyrodextrins from different starch sources. J. Agric. 
Food Chem, 51, 5510–5515. 
8. Maeda Y., Shimada K., Katta Y. (2015). 
Method for producing indigestible dextrin. US Patent 
No.: US 2015/0275253 A1. 
9. Nunes F. M., Lopes E. S., Moreira A. S., 
Simões J., Coimbra M. A., Domingues R. M. (2016). 
Formation of type 4 resistant starch and 
maltodextrins from amylose andamylopectin upon 
dry heating: A model study. Carbohydrate Polymers, 
141, 253-262. 
10. Okuma K. & Matsuda I. (2003). Production 
of indigestible dextrin from pyrodextrin. J. Appl. 
Glyosci., 50(3), 389-394. 
11. Park J. W, Park S. W, Chong Jin Park C. J. 
(2017). Method for preparing digestion-resistant 
Maltodextrin. U.S. Patent 2017/0335020 A1. 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 1 - TH¸NG 12/2020 84 
12. Woo D. H., Moon T. W. (2000). Methods for 
preparing indigestible dextrin with high indigestible 
faction. Korean J. Food Sci Technol, 32(3), 610-617. 
13. Yangilar F. (2013). The application of dietary 
fibre in food industry: Structural features, effects on 
health and definition, obtaining and analysis of 
dietary fibre: A review. Journal of Food and Nutrition 
Research, 1(3), 13-23. 
14. Zhang B. J., Li X. X., Liu J., Xie F. W., Chen 
L. (2013). Supramolecular structure of A- and B-type 
granules of wheat starch. Food Hydrocolloids, 31, 68-
73. 
TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF THE LIQUEFACTION AND SACCHARIFICATION FOR 
PRODUCING RESISTANT MALTODEXTRIN FROM RICE STARCH 
Pham Thi Binh, Bui Kim Thuy, Nguyen Duy Lam 
Summary 
The aim of the study was to determine the appropriate technological parameters for the liquefaction and 
saccharification of pyrodextrin for the production of resistant maltodextrin from rice starch. The 
technological parameters of the enzymatic liquefaction have been determined, including: substrate 
concentration 33 - 40%, concentration of α-amylase 0.4% (v/w dry matter), pH 5.8, temperature 95 - 97oC, 
hydrolysis duration 60 minutes. The technological mode of the saccharification is: using the serial substrate 
from the liquefaction stage with the concentration of 33 - 40% of the dry matter, the enzyme 
amyloglucosidase at the concentration of 0.2%, the pH 4.5 and the temperature of 60oC, hydrolysis duration 
300 minutes. The quality criteria of the hydrolysis product after liquefaction and saccharification are: 
Dextrose equivalent 54 - 57, concentration of soluble dry mater 29 - 31%, content of indigestible fraction 
(IDF) 64 - 67%, content of total dietary fiber (TDF) 61 - 64%, protein <0.6%, lipid < 0.04%, level of color 65 - 70. 
A flow chard of pyrodextrin hydrolysis technology was proposed and tested at a pilot scale (8 kg/batch). 
The results show that the pilot scale when applying the proposed technological parameters is of stable 
quality between different batches and also achieving 90 - 95% quality compared to the product hydrolyzed at 
small laboratory scale. 
Keywords: Liquefaction, pyrodextrin, resistant maltodextrin, rice starch, saccharification. 
Người phản biện: PGS.TS. Tôn Thất Minh 
Ngày nhận bài: 17/8/2020 
Ngày thông qua phản biện: 18/9/2020 
Ngày duyệt đăng: 25/9/2020