Gluconic acid là gì? Công dụng và cách dùng

Gluconic acid là gì?

Gluconic acid là một acid hữu cơ nhẹ được hình thành khi glucose bị oxy hóa. Hoạt chất này thuộc nhóm đường acid (acid aldonic) và có công thức C6H12O7, với cấu trúc đặc trưng gồm chuỗi 6 nguyên tử carbon mang 5 nhóm hydroxyl và kết thúc bằng một nhóm acid carboxylic. Nhờ cấu trúc này, Gluconic acid có tính chất rất ổn định, không ăn mòn, không gây kích ứng mạnh và đặc biệt dễ phân hủy sinh học, khiến nó trở thành một hợp chất an toàn và thân thiện với môi trường.

Trong tự nhiên, Gluconic acid xuất hiện khá phổ biến trong mật ong, gạo, giấm, rượu, trái cây và nhiều loại thực phẩm khác. Khi hòa tan trong nước, nó dễ dàng chuyển sang dạng ion gluconate và tồn tại trong trạng thái cân bằng động. Những ion gluconate này có khả năng kết hợp với các khoáng chất như natri và canxi, tạo thành các muối gluconate được ứng dụng rộng rãi trong dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm.

Trong lĩnh vực y tế và điện giải, Gluconic acid và các muối gluconate đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng cation - anion của dung dịch. Tính tan tốt, độ an toàn cao và khả năng tương thích sinh học khiến Gluconic acid trở thành hoạt chất được ưu tiên trong nhiều chế phẩm bổ sung khoáng chất, dung dịch truyền và các sản phẩm chăm sóc sức khỏe.

Điều chế sản xuất Gluconic acid

Một số phương pháp phổ biến hiện nay để sản xuất Gluconic acid như:

Oxy hóa hóa học

Phương pháp này dùng chất oxy hóa mạnh như bromine hoặc hydrogen peroxide để chuyển glucose thành Gluconic acid trong môi trường nước, với pH được kiểm soát để giảm phản ứng phụ.

• Ưu điểm: Quy trình đơn giản, phản ứng diễn ra nhanh, dễ triển khai ở quy mô nhỏ. Không yêu cầu thiết bị vi sinh hay xúc tác kim loại đắt tiền.
• Nhược điểm: Chất oxy hóa thường độc, đắt và tạo nhiều phụ phẩm phải xử lý. Hiệu suất tinh khiết thấp hơn lên men sinh học, tính bền vững môi trường không cao.

Oxy hóa điện phân

Dòng điện đi qua dung dịch glucose với điện cực niken, platin hoặc vàng giúp thúc đẩy phản ứng oxy hóa tạo Gluconic acid có độ tinh khiết khá cao.

• Ưu điểm: Dễ kiểm soát tốc độ phản ứng thông qua điều chỉnh dòng điện, sản phẩm thu được sạch và ít tạp. Không sử dụng hóa chất oxy hóa mạnh nên an toàn hơn.
• Nhược điểm: Hệ thống điện phân phức tạp, chi phí đầu tư ban đầu lớn. Điện cực cần duy trì và thay thế định kỳ. Tính kinh tế không bằng lên men sinh học ở quy mô lớn.

Lên men sinh học

Vi sinh vật như Aspergillus niger hoặc Gluconobacter oxydans được nuôi trong môi trường giàu đường và thông khí tốt, thực hiện oxy hóa sinh học để tạo Gluconic acid.

• Ưu điểm: Thân thiện môi trường, hiệu suất cao, sản phẩm tinh khiết và ít phụ phẩm. Chi phí thấp, rất phù hợp sản xuất công nghiệp lớn. Là phương pháp được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay.
• Nhược điểm: Cần duy trì điều kiện nuôi cấy ổn định (nhiệt độ, pH, oxy) và kiểm soát nhiễm khuẩn. Quy trình có thời gian dài hơn so với phản ứng hóa học.

Oxy hóa không khí xúc tác

Phương pháp sử dụng xúc tác kim loại như vàng hoặc palladium để oxy hóa glucose bằng oxy hoặc không khí, ở áp suất và nhiệt độ vừa phải.

• Ưu điểm: Công nghệ sạch, hiệu suất cao, sản phẩm ổn định và ít tạp chất. Không cần vi sinh vật hay chất oxy hóa độc hại, phù hợp với dây chuyền tự động hóa.
• Nhược điểm: Xúc tác kim loại quý có giá rất cao; cần thiết bị phản ứng chuyên dụng. Chi phí sản xuất ban đầu lớn nên chỉ hiệu quả khi vận hành ở quy mô lớn.

Cơ chế hoạt động

Gluconic acid có khả năng tạo phức với các ion kim loại như Ca²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺… nhờ nhóm hydroxyl và nhóm carboxyl. Nhờ đó, trong thực phẩm, dược phẩm hoặc dung dịch điện giải, nó giúp ổn định ion, duy trì cân bằng cation - anion và cải thiện khả năng hòa tan khoáng chất.

Các công dụng chính của Gluconic acid:

• Điều chỉnh pH và ổn định độ axit: Gluconic acid là acid hữu cơ yếu, giúp cân bằng pH trong sản phẩm mà không gây ăn mòn hay ảnh hưởng đến các thành phần khác.
• Tạo phức với các ion kim loại (Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺): Khả năng tạo phức giúp cải thiện độ hòa tan của khoáng chất, ổn định dung dịch và nâng cao sinh khả dụng trong thực phẩm và dược phẩm.
• Duy trì cân bằng ion trong dung dịch: Nhờ khả năng chelate các cation, Gluconic acid giúp ổn định nồng độ ion và duy trì cân bằng điện giải.
• Bổ sung khoáng chất dưới dạng muối gluconate: Các dạng phổ biến như Calcium gluconate hay Zinc gluconate được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm chức năng và y tế để cung cấp khoáng chất hiệu quả.
• Giữ ẩm và làm dịu da: Nhóm hydroxyl trong cấu trúc của Gluconic acid giữ nước hiệu quả, giúp dưỡng ẩm và mang lại cảm giác dịu nhẹ trên da.
• Hỗ trợ xử lý nước và giảm kim loại nặng: Khả năng tạo phức với các ion kim loại giúp giảm nồng độ kim loại độc hại tự do, nâng cao hiệu quả xử lý nước.
• Ngăn ngừa đóng cặn và cải thiện chất lượng trong công nghiệp: Gluconic acid được dùng trong xi mạ, xây dựng và bê tông nhờ khả năng chelate Ca²⁺, Mg²⁺, giúp hạn chế đóng cặn và tăng chất lượng sản phẩm.

Tùy vào mục đích sử dụng, Gluconic acid được dùng như:

• Thực phẩm và bổ sung khoáng chất: Gluconic acid hoặc muối gluconate nên được hòa tan hoàn toàn vào nước, sữa hoặc thức ăn theo liều lượng khuyến cáo. Người dùng nên uống trực tiếp sau khi đã hòa tan và không vượt quá liều quy định. Việc tuân thủ hướng dẫn trên nhãn sản phẩm hoặc chỉ dẫn của chuyên gia y tế là cần thiết để đảm bảo an toàn.
• Mỹ phẩm và chăm sóc da: Khi sử dụng trong kem, lotion hoặc serum, Gluconic acid được thêm theo tỷ lệ an toàn được nhà sản xuất quy định. Nên thử trên một vùng da nhỏ trước khi thoa toàn bộ sản phẩm để kiểm tra khả năng kích ứng. Tránh tiếp xúc với mắt và niêm mạc, nếu vô tình dính, cần rửa sạch ngay.
• Công nghiệp và xử lý nước: Trong các ứng dụng như làm mềm nước, xi mạ hoặc bê tông, sodium gluconate hoặc các dạng muối khác nên hòa tan theo nồng độ kỹ thuật để ngăn ngừa đóng cặn và ổn định ion. Người sử dụng cần trang bị thiết bị bảo hộ, tránh hít bụi hoặc tiếp xúc trực tiếp với da, và chỉ dùng trong môi trường công nghiệp.

Gluconic acid và các muối gluconate cần được lưu trữ nơi khô ráo, tránh ánh sáng trực tiếp và độ ẩm cao. Sản phẩm phải được giữ ngoài tầm với trẻ em, và người dùng cần tuân thủ đúng mục đích cũng như liều lượng sử dụng.

Trong công nghiệp thực phẩm

Gluconic acid là acid hữu cơ yếu, thường được sử dụng để tạo vị chua dịu trong nhiều loại thực phẩm như rượu vang, nước ép trái cây, sữa chua và các sản phẩm chế biến từ sữa. Nó cũng được dùng để cải thiện khả năng phân tán protein trong sữa bột, giảm độ đục và hạn chế kết tụ casein, đặc biệt hiệu quả ở pH ~3,0 và nhiệt độ gia nhiệt ngắn. Khả năng tạo phức với các ion kim loại như sắt (Fe³⁺) giúp tăng tính ổn định và sinh khả dụng của khoáng chất trong thực phẩm.

Ngoài ra, Gluconic acid và các muối gluconate còn được dùng như phụ gia điều chỉnh vị chua (E574), đồng thời giúp cải thiện hương vị và chất lượng sản phẩm. Dẫn xuất Glucono-delta-lactone (GDL) có vị ngọt nhẹ, được ứng dụng rộng rãi trong chế biến thịt, sản phẩm từ sữa và trong quá trình làm men cho bánh nướng. Nhờ các đặc tính này, Gluconic acid trở thành một thành phần linh hoạt, vừa giúp điều chỉnh vị vừa hỗ trợ tính ổn định hóa học của sản phẩm.

Trong Y học và Dược phẩm

Trong y học, Gluconic acid và các muối gluconate (như calcium gluconate, sodium gluconate) chủ yếu được sử dụng như tá dược, chất điều vị và bổ sung khoáng chất. Các dạng muối gluconate giúp ổn định cân bằng điện giải, cung cấp ion cần thiết như Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺ và cải thiện sinh khả dụng của khoáng chất trong cơ thể.

Gluconic acid cũng được sử dụng trong các chế phẩm dược phẩm để cải thiện hòa tan và ổn định công thức, đồng thời là thành phần trong dung dịch nhỏ mắt nhân tạo hoặc các sản phẩm dưỡng ẩm, giúp duy trì độ ẩm và ổn định pH. Ngoài ra, nó còn được dùng trong nghiên cứu và công nghiệp y dược để hòa tan các hợp chất kim loại hoặc xử lý các dung dịch kiềm, nhưng không phải là thuốc điều trị bệnh.

Gluconic acid là nguyên liệu để tạo ra các muối có nhiều ứng dụng trong y học như:

• Canxi gluconate: Dùng tiêm hoặc dưới dạng gel để điều trị hạ canxi máu và bỏng hydrofluoric, giúp ngăn ngừa hoại tử mô trong các trường hợp nặng.
• Sodium gluconate: Là thành phần trong một số dung dịch điện giải như Plasmalyte A, hỗ trợ hồi sức bằng dịch truyền tĩnh mạch.
• Quinine gluconate: Sử dụng tiêm bắp để điều trị bệnh sốt rét.
• Kẽm gluconate: Dùng trong một số phương pháp kiểm soát sinh sản động vật (ví dụ thiến chó đực).

Trong mỹ phẩm

Gluconic acid thường được thêm vào mỹ phẩm như một thành phần giúp công thức ổn định và dễ dùng hơn. Trong các sản phẩm dạng gel, lotion hay serum, nó giúp kết cấu sản phẩm ổn định và mịn, trong và ít bị tách lớp hoặc vón cục khi có mặt của các ion kim loại. Nhờ vậy, sản phẩm bền hơn và giữ được cảm giác thoa dễ chịu.

Khi dùng ở nồng độ thấp, Gluconic acid hoạt động như chất điều chỉnh pH nhẹ nhàng. Nó giúp đưa sản phẩm về mức pH phù hợp với da mà không gây kích ứng. Đồng thời, khả năng “giữ” các ion kim loại giúp làm chậm quá trình oxy hóa, từ đó bảo vệ các thành phần dễ hỏng như vitamin C, polyphenol hoặc peptide để chúng hoạt động ổn định và lâu hơn.

Trong sản phẩm dành cho da nhạy cảm hoặc da dễ bong tróc, Gluconic acid được xem như một dạng PHA rất dịu. Nó giúp loại bỏ tế bào chết ở lớp da trên cùng theo cách chậm rãi và êm, không gây rát hay châm chích như AHA. Nhờ giữ được độ ẩm, da mịn hơn, sáng hơn và hấp thụ dưỡng chất tốt hơn.

Ở các công thức kem chống nắng hoặc sản phẩm chứa khoáng chất như kẽm hoặc titan, Gluconic acid còn giúp hỗ trợ cải thiện phân tán đều hơn. Điều này làm giảm tình trạng vón cục, bệt trắng và cảm giác nặng mặt, giúp lớp thoa mượt và tự nhiên hơn.

Các lưu ý khi sử dụng Gluconic acid:

• Sử dụng theo nồng độ và liều lượng khuyến cáo trên nhãn sản phẩm hoặc theo hướng dẫn chuyên gia.
• Tránh tiếp xúc trực tiếp với mắt, niêm mạc, nếu dính, rửa sạch ngay bằng nước.
• Thử sản phẩm trên một vùng da nhỏ trước khi dùng toàn bộ để kiểm tra khả năng kích ứng, đặc biệt với da nhạy cảm.
• Lưu trữ nơi khô ráo, tránh ánh sáng trực tiếp, nhiệt độ cao và để xa tầm tay trẻ em.
• Không dùng Gluconic acid như thuốc điều trị, chỉ sử dụng trong mỹ phẩm, thực phẩm hoặc dược phẩm theo mục đích.
  Hòa tan hoàn toàn khi dùng trong thực phẩm hoặc dung dịch bổ sung khoáng chất để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
• Ngưng sử dụng nếu xuất hiện kích ứng, đỏ da hoặc khó chịu, và tham khảo ý kiến chuyên gia y tế khi cần.