tổng quan về các Oligosaccharide

tổng quan về các Oligosaccharide

MỤC LỤC

₪₪₪₪ Trang A- OLIGOSACCHARIDE - 1

I Disaccharide -2

1 Saccharose - 2

2 Lactose - 4

3 Maltose - 6

4 Cellobiose - 6

5 Trehalose - 7

6 Planteobiose - 7

7 Galactobiose -7

 Tính hút ẩm của đường -7

II Trisaccharide -8

III Tetrasaccharide -9

IV Pentasaccharide -9

B- KHẢ NĂNG CHUYỂN HOÁ CỦA OLIGOSACCHARIDE -9

I Sự phân giải Oligosaccharide -9

II Sự tổng hợp Oligosaccharide -10

III Sự chuyển hoá tương hỗ giữa Oligosaccharide với Monosaccharide & Polysaccharide -11

TÀI LIỆU THAM KHẢO

A- OLIGOSACCHARIDE :

Oligosaccharide là nhóm gluxit cấu tạo bởi sự liên kết của một số ít Monosaccharide (2 – 10 gốc) bằng liên kết glucoside.

Còn giữ được một số tính chất của Monosaccharide Khi thuỷ phân bằng acid hoặc enzyme tương ứng sẽ làm đứt các kết glucoside giữa các Monosaccharide và giải phóng các Monosaccharide.

Tan tốt trong nước.

Bảng 1: Tính hoà tan c ủ a m ộ t s ố lo ạ i đường đôi trong n ướ c ở 20 0 C

(g/100g nước) Saccharose

Fructose Maltose Lactose

204 375 83 20

 Còn vị ngọt Độ ngọt được đánh giá bằng thang điểm so với

saccharide

Bảng 2: T ươ ng tác về độ ng ọ t gi ữ a các loại đường

Saccharose

Galactiol

D- fructose

D- galactose

D- glucose

Đường nghịch

đảo

Lactose

Maltose

100 41 173 63 69 95 39 46

D- mannitol D- mannose Rafinose D- rhamnose D- sorbitol Xylitol D- xylose

69 59 22 33 51 102 67

Trong số đó quan trọng và phổ biến hơn cả là các DiSaccharide như Saccharose, Lactose, Maltose…

I- DISACCHARIDE:

o DiSaccharide là OligoSaccharide đơn giản nhất có hai gốc

MonoSaccharide liên kết với nhau bằng liên kết OH – glucoside Khi kết hợp như vậy sẽ loại một phân tử H 2 O.

o Sự kết hợp có thể giữa 2 MonoSaccharide giống nhau hay khác nhau.

Ví dụ:Maltose do 2 phân tử Glucose liên kết với nhau

Saccharose do 1 phân tử Glucose liên kết với 1 phân tử

Fructose

Lactose do 1 phân tử Glucose liên kết với 1 phân tử Galatose

o Kiểu liên kết: Tuỳ kiểu liên kết mà DiSaccharide còn tính khử hay

không:

-OH glucoside + -OH thường → liên kết oside- ose (1,4 hay 1,6)

⇒ Còn một nhóm –OH glucoside nên tính khử giảm một nửa (Maltose)

-OH glucoside + -OH glucoside → liên kết oside- oside (1,1 hay 1,2)

⇒ Không còn nhóm –OH glucoside nên không còn tính khử (Saccharose)

1 Saccharose:

a Trạng thái tự nhiên:

Saccharose rất phổ biến trong tự nhiên, có nhiều trong mía, củ cải đường (dùng để sản xuất đường) và một số thực vật khác.Trong củ cải đường và mía có chứa 20 – 25% đường Saccharose

Trong đời sống Saccharose có những tên gọi khác nhau:

o Đường phèn: Saccharose kết tinh ở 30 0 C dưới dạng những cục lớn.

o Đường kính: Saccharose có độ tinh khiết khá cao.

o Đường cát: Saccharose có lẫn tạp chất màu vàng nâu, v.v…

b Cấu tạo:

Saccharose do một α - Glucose ở dạng piranose liên kết với một β - Fructose ở dạng furanose bằng liên kết glucoside xảy ra ở C 1 của gốc α - Glucose và C 2 của gốc β - Fructose , loại đi một phân tử H 2 O Do vậy Saccharose còn được gọi là α- D- Glucopiranoside (1→2) β- D- Frucofuranoside ( có độ quay cực bằng +66.5 0 )

CH2OH

C O

H

H OH

OH

H

H OH

OH C H

CH2OH

4

6 5

3

2

1

2 1

5 6

Công thức phân tử: C 12 H 22 O 11

c.Tính chất vật lí:

 Tinh thể không màu.

 Không mùi, vị ngọt.

 Tan nhiều trong nước nhất lànước nóng.

 Nóng chảy ở 185 0 C.

 Tỷ trọng 1.5879 g/cm 3

d Các tính chất hoá học:

Phản ứng thuỷ phân và sự tạo thành đường nghịch đảo:

Xảy ra do tác dụng của Enzyme invertase hay HCl, nhiệt độ cao.

C 12 H 22 O 11 + H 2 O E invertase  ;HCl  ;T o→ C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6

Saccharose Glucose Fructose (+66.5 0 ) (+52.5 0 ) (-92.4 0 ) Hỗn hợp Glucose và Fructose có gốc quay trái ngược với góc quay phải của Saccharose, do đó phản ứng trên được gọi là phản ứng nghịch đảo và hỗn hợp đường được gọi đường nghịch đảo

Kết quả:

- Tăng lượng chất khô 5.26%

- Tăng vị ngọt

- Tăng độ hoà tan của đường, tránh hiện tượng kết tinh lại (nhờ tính hoà tan cao của Fructose và tính khó kết tinh của Glucose )

- Tính chất này được ứng dụng trong kỹ nghệ mứt kẹo đê’ tạo nên các sản phẩm trong đó Saccharose dù ở nồng độ rất cao nhưng vẫn không kết tinh.

Phản ứng với kiềm tạo Saccharate:

C 12 H 22 O 11 + NaOH H 2 O + NaC 12 H 21 O 11

Khi tác dụng với vôi sẽ thu được các dạng phức Saccharate sau:

C 12 H 22 O 11 CaO 2H 2 O : Monocalci Saccharate

C 12 H 22 O 11 2CaO : Dicalci Saccharate

C 12 H 22 O 11 3CaO 3H 2 O : Tricalci Saccharate

Khi thổi CO 2 vào dung dịch tạo Saccharose tinh khiết:

C 12 H 22 O 11 CaO.2H 2 O + CO 2 → C 12 H 22 O 11 + CaCO 3↓ + 2 H 2 O

Phản ứng tạo thành Tricalci Saccharate được ứng dụng trong sản xuất Saccharose từ rỉ đường

Ngoài ra, ở pH từ 8 đến 9 và đun nóng trong thời gian dài, Saccharose bị phân huỷ thành hợp chất có màu vàng và nâu.

Phản ứng như một rượu đa chức:

o Tác dụng với Cu(OH) 2 : tạo thành dung dịch màu xanh thẫm

o Tác dụng với acid : tạo ester

Vì trong dung dịch Saccharose không mở được vòng, do đó không có dạng hở vì liên kết (1 - 2) không có OH glucoside tự do ở C 1 ⇒

Saccharose là đường không khử.

.

2 Lactose

a.Trạng thái tự nhiên: chỉ có trong sữa của động vật và con người ( sữa

bò:2.7 – 5.5%, sữa mẹ: 7%)

b Cấu tạo:

Công thức phân tử: C 12 H 22 O 11

Cấu tạo từ 1 phân tử α- Glucose và phân tử β- Galactose liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-O-glucoside ⇒ Phân tử còn 1 nhóm OH-glucoside tự do nên đường Lactose còn ½ tính khử

CH 2 OH

O H

H OH

OH

H

CH 2 OH

O H

H OH

OH

H O

H

H

Trong sữa, đường Lactose tồn tại ở 2 dạng:

- Dạng α- Lactose monohydrate C 12 H 22 O 11 H 2 O ( phân tử α -Lactose ngậm 1 phân tử H 2 O)

- Dạng β- Lactose anhydrous C 12 H 22 O 11 ( phân tử β- Lactose khan)

Bảng 3: So sánh tính chất vật lí giữa α - Lactose và β - Lactose

Độ hoà tan ở 15 o C (g đường/ 100 g

H 2 O)

Góc quay cực [α] 20

- Tỷ lệ hàm lượng giữa 2 dạng phụ thuộc vào giá trị pH và t o của sữa: Khi hoà tan đường α- Lactose dạng tinh thể vào nước, góc quay cực của dung dịch là +89.4 0 Nếu giữ dung dịch này ở nhiệt độ phòng,sau 24 giờ góc quay cực sẽ giảm xuống giá trị +55 0 Đó là do 1 số phân tử α- Lactose đã chuyển sang dạng β- Lactose, khi đó trong dung dịch sẽ tồn tại cân bằng

L- α- Lactose L- β- Lactose Việc giảm góc quay cực trên sẽ diễn ra với tốc độ nhanh hơn nếu pH dung dịch được kiềm hoá về giá trị 9 hoặc dung dịch được gia nhiệt ở 75 0 C

c.Tính chất:

• Còn ½ tính khử; Ít ngọt ( kém hơn Saccharose 6 lần).

• Cơ thể hấp thu Lactose nhờ Enzyme Lactase Chỉ một số cơ thể không có Enzyme này nên không hấp thu được Lactose chiếm 5-15%, ở những nơi khác tỷ lệ cao hơn.

• Thu nhận từ phần nước Whey, thải ra sau khi Protein sữa đông

tụ lại.

• Sữa chua (yaourt):

- Lactose chuyển thành lactic acid do quá trình lên men của vi khuẩn Lactobacillus bulgaricus.Tuy nhiên, tốc độ chuyển hoá chậm ở t 0 thấp Sự lên men lactic trong quá trình bảo quản làm thay đổi dần các giá trị cảm quan như mùi, vị của sản phẩm

- 1 số loài nấm men sử dụng được đường Lactose sẽ chuyển hoá Lactose thành ethanol và khí CO 2 , đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hương vị của sản phẩm.

3 Maltose:

a.Trạng thái tự nhiên: có trong thóc nảy mầm và malt đại mạch Tên

thường gọi: đường mạch nha.

b Cấu tạo:

Công thức phân tử: C 12 H 22 O 11

Gồm 2 gốc α - Glucopyranose liên kết với nhau nhờ gốc OH – glucoside ở vị trí C 1 và C 4 , được gọi là α - D – Glucopyranoside (1 → 4 ) D – Glucopyranose.

CH2OH

O H

H OH

OH

H

O

CH 2 OH

O H

H OH

OH

H 1

c Tính chất:

- Có tính khử = ½ tính khử của Glucose: có thể tạo osazone; bị oxi hoá bởi Brom tạo thành maltobionic acid.

- α- Maltose có [α]= +168 o ; β- Maltose có [α]= +112 o ; Điểm cân bằng có [α]= +136 o

- Khi bị thuỷ phân bằng axit hoặc enzyme Maltase sẽ tạo 2 phân tử

α-D- Glucose.

- Sản xuất bằng cách thuỷ phân tinh bột bằng β- Amylase; có thể thu được ở giai đoạn đầu quá trình lên men rượu tinh bột.

- Ứ ng dụng trong công nghệ bánh kẹo: tạo vị ngọt thanh , tránh hiện tượng kết tinh đường, tạo cấu trúc mềm dẻo cho kẹo.

4 Cellobiose:

- Là DiSaccharde được tạo thành từ 2 phân tử β - D – Glucose liên kết với nhau nhờ các nhóm OH – glucoside ở vị trí C 1 và C 4

- Là đơn vị cấu tạo của PolySaccharise Cellulose.

- Còn 1 nhóm OH – glucoside tự do nên còn tính khử.

- Được tạo ra bằng cách thuỷ phân Cellulose nhờ Enzyme cellulase

CH 2 OH

O H OH

OH

CH 2 OH

O H OH

OH

H O

H

H

H

5 Trehalose:

- Là DiSaccharide có nhiều trong nấm, rêu và một số thực vật khác nên còn được gọi là đường nấm.

- Cấu tạo từ 2 α - D – Glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1-1-O-Glucoside

- Là đường không khử.

CH 2 OH

O H

H OH

OH

H

O

CH 2 OH

H OH

OH

H 1

4

O

2 3

5

1

6 Planteobiose:

CTCT: β- D Fructose furanose(1-6) α-D Galactose pyranose

7 Galactosebiose:

CTCT: α-D Galactose pyranose(1-6) α-D Galactose pyranose

 Tính hút ẩm của đường:

Đườ ng khử hút ẩm kém hơn đường không khử.

Tính hút ẩm vừa là ứng dụng vừa là nguyên nhân gây hư hỏng sản phẩm.

TD: - Bánh cần độ mềm, láng, cần giữ ẩm (đường nghịch đảo, mật ong).

- Chất hút ẩm trong quy trình làm kẹo, mứt làm tăng nhanh quá trình kết tinh đường, gây dính Khắc phục bằng cách giảm lượng đường nghịch đảo và thêm“Sirơ Glucose”.

- Sản phẩm sấy chứa nhiều đường sẽ chảy nước vì hút ẩm

Là OligoSaccharide do 3 MonoSaccharide tạo nên.

Tiêu biểu là Rafinose có trong rỉ đường, hạt bông và củ cải đường.

Cấu tạo :1 α- Galactose + 1 α- Glucose + 1 β- Fructose

Giữa Galactose và Glucose liên kết nhau bằng liên kết 1,6-glucoside, giữa Glucose và Fructose là liên kết 1,2-glucoside.

CH 2 OH

OH

OH

O

CH 2

O H

H OH

H

OH

OH

H

O

CH O

O

H

O H

O

H

O

1 2 3

4 5

6

4 5

1 H

6

5

2 6

Tính ch ấ t :

- Không có tính khử.

- Có thể thu nhận ở dạng tinh thể, độ ngọt thấp, hoà tan được trong nước.

- Khi thuỷ phân trong thời gian ngắn bằng acid, sẽ tách Fructose ra trước tiên, nếu bị thuỷ phân tiếp tục mới tách Glucose và Galactose ra.

- Rafinose kém bền với nhiệt so với Saccharose.

- Rafinose cũng bị thuỷ phân bởi Enzyme như: α- Galactosidase cắt liên kết 1,6 , Saccharase cắt liên kết 1,2- O- glucoside.

CTCT: α-D Glucose pyranose(1-2) β-D Fructose furanose(6-1) α-D

Galactose pyranose

 Manninotriose:

CTCT: α- D Galactose pyranose (1-6) α- D Galactose pyranose (1-6) α- D Glucose pyranose

III- TETRASACCHARIDE

Là đường do 4 MonoSaccharide tạo nên, tiêu biểu là Stachyose.

Stachyose la ø1 TetraSaccharide phổ biến trong cây họ đậu và 1 số hạt khác khi hạt chín, nhưng khi nảy mầm thì đường này nhanh chóng mất đi Cấu tạo: do 2 phân tử α- Galactose, 1 phân tử α- Glucose và1 β- Glucose kết hợp tạo thành với các liên kết 1,6-O-glucoside và 1,2-O-glucoside.

CH2OH

OH

H OH

OH

O

CH 2

O H H OH

H OH

OH

H

O

CH2OH

O H

H

O

H

O

1

6

H

2

6

H

H H

H

H H OH

OH

H

H OH

O

CH 2

1 H

6

1

1

CH 2 OH

H

IV PENTASACCHARIDE:

* Verbascose:

CTCT: α - D Galactose pyranose (1-6) α - D Galactose pyranose(1-6)

α - D Galactose pyranose (1-6) α - D Glucose pyranose (1-2) β - D Fructose furannose

B-KHẢ NĂNG CHUYỂN HÓA CỦAOLIGOSACCHARIDE:

I S

Ự PHÂN GIẢI:

-Được tiến hành bởi 2 kiểu: thủy phân & phosphorolysis

a Thủy phân:

Thực hiện nhờ enzyme tương ứng:

Vd: Sự phân giải maltose:

E.Maltase

Maltose D- Glucose

Sự phân giải saccharose:

E.Invertase

Saccharose glucose + fructose

Sự phân giải cellobiose:

E.Cellobiose

Cellobiose β – glucose

Sự phân giải rafinose:

E.α - Galactosedase

Rafinose β - fructose + α - galatose + α - glucose

b Phosphorolysis (quá trình lân phân):

* Axit Phosphoric thay thế vai trò của nước của quá trình thủy phân.

* Enzyme Phosphorylase tồn tại 2 dạng:

 Dạng họat động là phosphorylase A

 Dạng không họat động là phosphorylase B

* Các disaccharide dưới tác dụng của E Phosphorylase tương ứng sẽ tạo 1 dẫn xuất phosphate của monosaccharide và 1 monosaccharide thứ hai.

* Phản ứng phosphorylase là phản ứng thuận nghịch.

Vd: Sự phân giải maltose:

E.Mantosephosphorylase

Maltose + H 3 PO 4 Glucose-1-phosphate + glucose

II S Ự TỞNG HỢP:

- Được thực hiện nhờ phản ứng chuyển gốc glucozyl dưới tác dụng của glucosyltransferase

Vd: Sự tổng hợp saccharose:

Sacharose - Glucosyltransferase

Glucose-1-phosphate + frutose saccharose +H 3 PO 4

Sacharosephosphorilase

- Dẫn xuất Uridine Diphospho của đường là những chất cho gốc glucozyl rất hoạt động

Vd: Sự tổng hợp saccharose

Uridine Diphosphoglucose + fructose Uridine Diphosphate + saccharose

- Ngoài ra, có thể thu được oligosaccharide bằng cách thủy phân polisaccharide.

Vd: Sự tổng hợp maltose:

E.β-Amylase

Tinh bột maltose

Sự tổng hợp cellulobiose:

E.Cellulase

cellose cellobiose

III S Ự CHUYỂN HÓA TƯƠNG HỠ:

1/ Sự chuyển hóa của saccharose & monosaccharide:

* Phản ứng xảy ra nhờ chuyển gốc glucoside từ saccharose sang monosaccharide

Saccharose + sorbose(glucosidofructoside) glucozidosorbozit + fructose

* Ngược lại từ disaccharide trên cũng có thể tạo thành saccharose.

2/ Sự chuyển hóa giữa saccharose & polysaccharide:

* Sự chuyển hóa giữa saccharose & tinh bột: được thực hiện theo sơ đồ:

Saccharose+Uridine Diphosphate Uridine Diphosphoglucose+ fructose

Uridine Diphosphoglucose +mồi(tinh bột) Uridine Diphosphate+ tinh

bột

* Sự chuyển saccharose thành polisaccharide nhầy dextran ở Leuconostoc mesenteroides:

m(saccharose) m(fructose + dextran)

 Quá trình này làm mất 1 lượng lớn đường trong quá trình sản xuất.

* Sự chuyển hóa saccharose thành levan ơ ûBasillus subtilis:

m(saccharose) m(glucose + levan)

₪ Có thể nói rằng ở cơ thể sinh vật sự chuyển hóa tương hổ giữa các lọai monosaccharide, oligosaccharide & polysaccharide thực hiện thường xuyên nhờ nhiều con đường khác nhau & nhiều hệ enzym khác nhau.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

₪₪₪₪ 1 Lê Văn Việt Mẫn Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống, tập 1 – Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa Nhà xuất bản Đại học quốc gia TpHCM, 2004.

2 Nguyễn Ngộ, Lê Bạch Tuyết, Phan Văn Hiệp, Phạm Vĩnh Viễn, Trần Mạnh Hùng Kỹ nghệ sản xuất đường mía.Nhà xuất bản Trẻ,2002

3 Đồng Thị Thanh Thu GT Sinh hoá cơ bản Đại học khoa học tự nhiên, TpHCM, 2000

4 Lê Ngọc Tú, Lê Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Lợi, Lê Doãn Diên Hoá sinh công nghiệp Nhà xuất bản khoa học và

kỹ thuật Hà Nội, 2004

5 Lillian Hoagland Meyer- Food Chemistry – Reinhold tuttle – 1960.

6 W.D.Phillips – T.J.Chilton Sinh học tập 1 Nhà xuất bản giáo dục,

1997.