SỰ CHUYỂN HOÁ CỦA GLUCID TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN & BẢO QUẢN THỰC PHẨM

Đường và tinh bột được chứa bên trong các tế bào còn non, còn ở thành tế bào thì có các polysacchrid như cellulose, hemicellulose, protopectin...Trong các thực phẩm động vật, thường lượn

CHƯƠNG V

SỰ CHUYỂN HOÁ CỦA GLUCID TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN &

BẢO QUẢN THỰC PHẨM

Lượng glucid trong các nguyên liệu thực vật và động vật rất khác nhau Trong thực vật, glucid là thành phần chủ yếu, chiếm tới 85-90% trọng lương chất khô Đường và tinh bột được chứa bên trong các tế bào còn non, còn ở thành tế bào thì có các polysacchrid như cellulose, hemicellulose, protopectin

Trong các thực phẩm động vật, thường lượng glucid lại rất ít (thường không vượt quá 2% so với lượng chất khô) Thịt và trứng có rấi ít glucid, chỉ

cá, sữa là tương đối nhiều hơn

Nguồn glucid mà thực phẩm cung cấp cho con người chủ yếu lấy từ thực vật

Glucid có bản chất hóa học là polyhydroxy aldehyde hoặc polyhydroxy ketone Đa số các glucid có công thức tổng quát là (Cm(H2O)n) Ngoài ra còn có một số loại glucid đặc biệt, trong cấu trúc của chúng ngoài C, H, O còn có thêm S, N, P.

I Vai trò của glucid

Glucid có vai trò rất quan trọng trong cơ thể sống Glucid có vai trò như sau:

• Tham gia mọi hoạt động sống của tế bào.

• Là nguồn chất dinh dưỡng dự trữ dễ huy động, cung cấp chủ yếu các chất trao đổi trung gian và năng lượng cho tế bào.

• Tham gia vào cấu trúc của thành tế bào thực vật,

vi khuẩn; hình thành bộ khung (vỏ) của nhóm động vật có chân khớp.

• Tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều chất quan trọng như: AND, ARN…

Đối với công nghệ thực phẩm, vai trò của glucid

cũng đa dạng và vô cùng quan trọng:

- Là chất liệu cơ bản, cần thiết và không thể thiếu của ngành sản xuất lên men: rượu, bia, bột ngọt, acid amin, vitamin, kháng sinh.

- Tham gia tạo cấu trúc, hình thù, trạng thái và chất lượng cho các loại sản phẩm thực phẩm.

* Tạo kết cấu

- Tạo sợi, tạo màng, tạo gel, tạo độ đặc, độ cứng, độ đàn hồi cho thực phẩm: tinh bột, thạch, pectin trong miến, mứt quả, kem, giò lụa…

- Tạo kết cấu đặc thù của một số loại thực phẩm: độ phồng nở của bánh phồng tôm, tạo bọt cho bia, độ xốp cho bánh mì, vị

chua cho sữa…

* Tạo chất lượng

- Chất tạo ngọt cho thực phẩm (các đường)

- Tham gia tạo màu sắc và hương thơm cho sản phẩm (đường trong phản ứng caramen hoá, melanoidin…)

- Tạo ra các tính chất lưu biến cho sản phẩm thực phẩm: độ dai, độ trong, độ giòn, độ dẻo…

- Có khả năng giữ được các chất thơm trong sản phẩm thực phẩm

- Tạo ẩm cũng như làm giảm hoạt độ nước làm thuận lợi cho quá trình gia công cũng như bảo quản

DỰA VÀO CẤU TẠO, GLUCIDE ĐƯỢC CHIA LÀM 3 NHÓM.

GLUCIDE

(Saccharide)

MONOSACCHARIDE C3 – Triose: Glyceraldehyde, dihydroxyaceton….

C4 – Tetrose: erythrose C5 – Pentose: Ribose, ribulose,xylulose…

C6 – Hexose: Glucose, Fructose, Mannose, Galactose C7 – Heptose: sedoheptulose…

C9 – Nonose: Neuraminic acid

OLIGOSACCHARIDE Maltose

Saccharose Lactose

POLYSACCHARIDE Tinh bột

Cellulose Glycogen…

MONOSACARIT

Công thức chung: (CH2O)n Định nghĩa: là dẫn xuất của aldehyde hoặc

cetone của một polyol có khung carbon từ 3 đến

7

Dihydroxy – aceton (Cetose) aceton (Cetose )

Aldehyde – glycerinic (Aldose)

CH2OH

CHOH

CH2OH

CHO CHOH

CH2OH

CH2OH

C O

CH2OH

• Tuỳ thuộc vào số C trong mạch ta có tên tương ứng:

• Vị trí C trong monose được đánh theo

nguyên tắc: đánh số 1 từ phía đầu nguyên

tử C nào gân với nhóm cacbonyl hay ceto nhất, để cho C của nhóm này có số thứ tự nhỏ nhất.

CẤU TẠO DẠNG MẠCH THẲNG

Vì trong cấu tạo monose có nhiều C bất đối nên có nhiều đồng phân lập thể khác nhau Người ta chia ra đồng phân dạng D, L chỉ

về đồng phân cấu hình và thêm dấu (+), (-) chỉ sự quay cực trái, phải.

Sự phân biệt D, L (trên công thức hình

chiếu) dựa vào cấu tạo monose đơn giản nhất là aldehyt – glycerinic ( so sánh vị trí

OH ở C* gần với nhóm CH2OH)

CẤU TẠO VÒNG

• Một số phản ứng xảy ra với aldehyt thông thường

nhưng không xảy ra với một số monose Như vậy có thể nhóm –CHO còn tồn tại dạng nào khác dạng mạch thẳng.

• Monose dễ dàng tạo hợp chất eter mới metanol và ta

thu được hỗn hợp 2 đồng phân có chứa nhóm OCH3 như vậy chứng tỏ trong phân tử monose có chứa 1 nhóm OH đặc biệt nào khác với nhóm OH thông

thường trong phân tử monose.

• Số đồng phân lập thể lớn hơn 2n tính theo C* Từ đó

người ta dự đoán rằng ngoài dạng mạch thẳng,

monose còn có cấu tạo vòng

Vòng furan Vòng pyran

TÍNH CHẤT MONOSE

• Do có nhiều nhóm –OH trong phân tử, nên nhìn chung monose dễ tan trong nước

không tan trong các dung môi hữu cơ.

• Khi cô đặc dung dịch monose ta sẽ thu

được dạng tinh thể monose.

• Do sự có mặt các nhóm – CHO, C=O, -OH nên monose cũng có các tính chất đặc

trưng của các nhóm này, điển hình là tính khử.

Tác dụng của chất oxy hố

• Khi oxy hóa nhẹ các monosaccharid bằng các dung dịch

như Cl2, Br2 hay I2 trong môi trường kiềm hoặc dùng dung dịch kiềm của các ion kim loại, thì nhóm aldahyd ở

C số 1 của monosaccharid sẽ bị oxy hóa thành nhóm

Trong trường hợp nhóm aldehyde được bảo về thì nhóm hydroxyl của carbon số 6 trong phân tử đường sẽ bị oxy hóa thành nhóm carboxyl.

O H

H

CH2OH

OH

O H

HO

H

OH OH

H H H

H H H COOH

OR Acid glucuronic

Còn khi oxy hóa ở mức độ mạnh hơn (ví dụ cho tác dụng với dung dịch HNO3) thì cả nhóm aldehyd của carbon số 1 và nhóm hydroxyl của carbon số 6 đều

bị oxyhóa thành nhóm carboxyl

CHO

C OH H

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

COOH

C OH H

C H HO

C OH H

C OH H

COOH HNO3

D- Glucose Acid glucaric

Tác dụng của chất khử

• Dưới tác dụng của các chất khử nhóm aldehyd của các

aldose hoặc nhóm – C=O của các ketose sẽ bị khử để tạo thành các rượu polyol tương ứng.

• Các D – glucose bị khử thành D – sorbitol; D – mannose bị

khử thành D – manitol; còn D – fructose bị khử thành cả hai

CHO

C OH H

HO

C OH H

C OH H

CH2OH

CH2OH

C OH H

HO

C OH H

C OH H

CH2OH

Hg + Na

sorbitol

Tham gia phản ứng tạo ester

• Nhóm – OH tại C số 1 và nhóm – OH của C số 6 thường

tham gia phản ứng tạo ester Trong đó quan trọng nhất là phức ester với các phosphat như : D – glyceraldehyd – 3 phosphat, D – glucose – 1 – phosphat; D – glucose 1,6 - bisphosphat Một số loại phức ester của phosphat với các monosaccharid:

CH2OH

OH

O H

CH2

OH

O P OH OH

O

O H

HO

H

OH OH

H H H

CH2OH

O P OH OH O

P OH OH O

CH2O

OH

P OH OH

O

P OH OH O

D- Fructose -1,6 -biphosphat

THAM GIA PHẢN ỨNG TẠO LIÊN KẾT GLYCOSID

• Các nhóm – OH của monosaccharid dễ dàng tham

gia phản ứng với rượu tạo thành ester tương ứng và được gọi là nhóm – OH glycosid và liên kết tạo thành được gọi là glycosid

O H

HO

H

OH OH

H H

H

CH2OH

OCH3

CH3OH HCl

O H

HO

H

OH OH

H H

HO

H

OH OH

H H

H

CH2OH

OH

CH3OH HCl

THAM GIA PHẢN ỨNG VỚI ACID

• Khi đun sôi các pentose, hexose với các acid có nồng

độ cao như HCl 12% hoặc H2SO4 đậm đặc thì các phân tử H2O sẽ bị mất đi và tạo thành các furfurol từ pentose hoặc oxymethylfurfurol từ hexose.

t0

t0

H+

H+

THAM GIA PHẢN ỨNG VỚI KIỀM

• Tác động của các baz lên monosaccharid phụ thuộc

vào nồng độ và nhiệt độ của các baz

• Dưới tác dụng của các dung dịch kiềm yếu như

Ba(OH)2, Ca(OH)2, thì sự đồng phân hóa có thể xảy

ra giữa glucose, mannose, fructose Hiện tượng này có thể xảy ra trong cơ thể

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

Trans-endiol D- Fructose Cis - endiol D- Mannose

C O H

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

C HO

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

C H HO

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH O

THAM GIA PHẢN ỨNG VỚI KIỀM

 Trong dung dịch kiềm loãng các monosaccharid

mạch thẳng sẽ nhanh chóng biến thành vòng.

 Trong môi trường kiềm loãng ở 370C các nhóm –

endiol sẽ di chuyển vào giữa mạch.

 Trong môi trường có nồng độ kiềm cao hoặc nhiệt độ cao, các monosaccharid có thể bị phân giải, hiện

tượng caramen hình thành, các mạch carbon dễ bị

đứt.

 Trong môi trường kiềm các monosaccharid là các

chất khử mạnh Nó có khả năng khử dung dịch

Fehling tạo thành Cu2O kết tủa đỏ:

 Người ta ứng dụng tính chất này để định lượng đường khử theo phương pháp Bectrand.

MỘT SỐ CÁC MONOSACCHARID QUAN

TRỌNG

• Pentose là các monosaccharid chứa 5 carbon

Pentose hiện diện chủ yếu trong cấu trúc của động vật, thực vật; ngoài ra ở trạng thái tự do ta cũng có thể gặp một số loại

• Các pentose quan trọng là: L –Arabinose, D –

Xylose, D – Ribose và D – Deroxyribose

MỘT SỐ CÁC MONOSACCHARID QUAN

TRỌNG

1 L – Arabinose

• L – Arabinose có trong thành phần của các

polysaccharid như hemicellulose, các chất nhầy

Pentose này không bị lên men bởi nấm men, thường tồn tại trong thực vật dạng L:

H H

H

  L- Arabinose

O HO

H H

OH

  L- Arabinose

MỘT SỐ CÁC MONOSACCHARID QUAN

TRỌNG

2 D –Xylose

• Ít tồn tại ở trạng thái tự do, chủ yếu nằm ở dạng

polysaccharid trong thực vật như: xylan, và trong gỗ, rơm , rạ

• Xylose không bị lên men bởi nấm men, không bị người và

động vật đồng hóa, thường tồn tại ở dạng mạch thằng (D) và dạng mạch vòng pyranose (6 cạnh).

H H

H

  D - Xylose

O H

H H

OH

  D - Xylose

MỘT SỐ CÁC MONOSACCHARID QUAN

TRỌNG

3 D –Ribose

• D – Ribose là loại monosaccharid thường gặp trong

thành phần của nhiều chất quan trọng trong cơ thể sống như: acid ribonucleic, vitamin, coenzym

nicotinamide adenin dinucleotid (NAD.H2).

MỘT SỐ CÁC MONOSACCHARID QUAN

TRỌNG

 Hexose :

• Hexose là các monosaccharid chứa 6

carbon Đây là loại monosaccharid phổ

biến nhất trong tự nhiên, nó là thành phần

cơ bản của nhiều polysaccharid.

• Các hexose thường tồn tại ở dạng vòng

pyranose, dạng furanose ít gặp (trừ trường hợp của frutose)

• Các hexose điển hình: D – Glucose, D –

Galactose, D – Fructose, D – Mannose ,

MỘT SỐ CÁC MONOSACCHARID QUAN

TRỌNG

• 1 D –Glucose

• Đây là loại monosaccharid phổ biến ở động

vật và ở thực vật Nó có nhiều ở trong nho chín nên còn được gọi là đường nho.

• Trong dung dịch, D- Glucose ở dạng

pyranose Dễ bị lên men bởi nấm men.

• D – Glucose là thành phần cơ bản cấu tạo

nên nhiều loại polysaccharid: tinh bột,

glycogen, cellulose, ,

MỘT SỐ CÁC MONOSACCHARID QUAN

HO

H

OH OH

H H

H

CH2OH

OH

O H

HO

H

OH OH

H H

MỘT SỐ CÁC MONOSACCHARID QUAN

TRỌNG

• 2 D –Fructose

• Đây là loại monosaccharid phổ biến ở thực

vật Nó có nhiều ở trong quả và mật hoa

D – Fructose có khả năng làm quay mặt

phẳng ánh sáng phân cực sang trái nên còn được gọi là levulose Khi khử fructose tạo thành sorbitol và manitol

• D- Fructose thường tồn tại dưới dạng

furanose Dễ bị lên men bởi nấm men

MỘT SỐ CÁC MONOSACCHARID QUAN

OLIGOSACCHARID

• Disaccharid: Disaccharid có hai gốc monosaccharid kết

hợp với nhau bằng liên kết O – glycosid

• Các monosaccharid trong disaccharid có thể kết hợp với

nhau theo hai kiểu khác nhau Tùy thuộc vào sự liên kết mà tính chất cũng khác nhau:

• Kiểu liên kết thứ nhất: hai monosaccharid kết hợp với nhau qua một nhóm – OH glycosid và một nhóm – OH rượu Nhờ vậy mà ở cấu trúc phân tử của nó vẫn còn một nhóm – OH glycosid, do đó nó vẫn mang tính khử Ví dụ đường Lactose.

• Kiểu liên kết thứ nhất : hai monosaccharid kết hợp với nhau qua hai nhóm – OH glycosid Chính vì vậy mà ở cấu trúc

phân tử của nó không còn nhóm – OH glycosid, do đó nó

không mang tính khử Ví dụ đường Saccharose.

OLIGOSACCHARID

Saccharose

• Saccharose là đường ăn phổ biến trong cuộc sống hàng

ngày Nó có nhiều trong củ cải đường và mía Được sử dụng nhiều trong công nghiệp sản xuất đường.

• Saccharose được kết hợp bởi - D- Glucose và  - D –

Fructose qua liên kết – OH glycosid, do đó nó không còn nhóm – OH glycosid tự do nên không có tính khử.

• Trong phân tử saccharose, glucose ở dạng pyranose và

fructose ở dạng furanose, hai chất này liên kết với nhau qua nhóm OH của C1 của glucose và nhóm – OH của C2 của fructose Do đó saccharose còn được gọi là: - D- Glucopyranoside ( 1  2)  - D – Fructofuranoside

OLIGOSACCHARID

Saccharose

O H

OLIGOSACCHARID

Saccharose:

• Saccharose có độ quay cực bằng + 66,50 Đây là loại

đường dễ bị thủy phân dưới tác dụng của enzym

saccharase (còn được gọi là invertase) Enzym này hiện diện ở trong nấm men Sau khi saccharose bị thủy phân nấm men có thể sử dụng được dễ dàng.

• Ngoài tác dụng của enzym saccharase, saccharose cũng

bị thủy phân dưới tác dụng của acid vô cơ và nhiệt độ Sản phẩm tạo thành là glucose và fructose, trong trường hợp này người ta gọi các đường tạo thành là đường

nghịch chuyển (đường invert).

OLIGOSACCHARID

• Maltose:

• Maltose còn được gọi là đường mạch nha, được cấu tạo

từ hai phân tử đường - D- Glucose qua liên kết O – glycosid giữa nhóm – OH ở vị trí C1 của phân tử đường thứ nhất và nhóm – OH của C4 của phân tử đường thứ hai Do đó maltose vẫn còn một nhóm – OH glycosid nên maltose có tính khử

•

 Lactose

• Lactose còn được gọi là đường sữa, do lactose có

chủ yếu trong sữa người và động vật Lactose

được cấu tạo từ - D- glucose và  - D – galactose qua liên kết glycosid giữa nhóm – OH glycosid của

 - D – galactose và nhóm – OH rượu của - D- Glucose Do đó lactose vẫn còn có một nhóm –

OH glycosid vậy nên vẫn mang tính khử.

Độ ngọt của đường

POLYSACCHARID

• Các polysaccharid được chia làm hai nhóm chính:

• Homopolysaccharid : cấu trúc phân tử chỉ có một

loại monosaccharid

• Heteropolysacharide: cấu trúc phân tử có từ hai

loại monosaccharid trở lên.

• Nếu phân loại theo nguồn gốc của polysaccharid

ta có:

• Polysaccharid thực vật

• Polysaccharid động vật

• Polysaccharid vi sinh vật

TINH BỘT

• Tinh bột là nguồn cung cấp năng lượng chủ

yếu cho cuộc sống của con người Tinh bột không tan trong nước

• Ta có thể chia tinh bột ra làm ba hệ thống

 Hệ thống tinh bột của các hạt ngũ cốc

 Hệ thống tinh bột của các hạt họ đậu

 Hệ thống tinh bột của các củ

Tinh bột gồm hai thành phần amylose :

amylopectin theo tỷ lệ 1:4

• Tinh bột:

• Là polysac dự trữ có nhiều trong thực vật (ngũ cốc),

thường tồn tại ở dạng hạt có kích thước thay đổi từ 0,02 – 0,12 mm và có hình dạng khác nhau Hạt tinh bột khoai tây lớn hơn hạt tinh bột gạo

• + Cấu tạo:

• Đơn vị cấu tạo căn bản của tinh bột là -glucose liên kết glucose liên kết

với nhau bằng liên kết glucozit Trong tinh bột có hai cấu tử là amilose (20%) và amilose-glucose liên kết peptin (80%).

•

• Cấu tạo mạch thẳng gồm từ 200 – 1000 gốc glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozit Cuộn xoắn mạch, mỗi vòng xoắn là 6 đơn vị glucose.

• Amilose cho màu xanh với iod, dễ tan trong nước ấm taọ dung dịch có độ nhớt không cao.

TINH BỘT

AMILOPECTIN

• Amylopectin có cấu trúc phân nhánh Trong cấu

trúc phân tử nó chứa cả liên kết  (1,4) glycosid và  (1,6) glycosid Cấu trúc phân tử bao gồm một mạch trung tâm thẳng chứa liên kết  (1,4)

glycosid, từ mạch này phát ra các nhánh phụ dài chừng vài chục gốc glucose Khối lượng phân tử của amylopectin nằm trong khoảng 500.000 đến 1 triệu dalton Các amylopectin thướng phân bố ở bên ngoài hạt tinh bột Amylopectin tác dụng với Iode tạo thành màu tím đỏ

CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA TINH BỘT

• Hạt tinh bột có dạng hình tròn, bầu dục

hoặc đa giác Hạt tinh bột khoai tây có

kích thước lớn nhất còn hạt tinh bột gạo có kích thước bé nhất Trong cùng một loại

tinh bột, hình dáng và kích thước của các hạt tinh bột cũng không giống nhau.

• Kích thước hạt khác nhau dẫn đến những tính chất cơ lý như nhiệt độ hồ hoá cũng

khác nhau.

Yến

mạch Đậu Khoai tây Ngô Lúa

mạch đen

Lúa mạch