Quá trình tổng hợp, phân giải glucid
LỜI MỞ ĐẦU Hóa sinh thực phẩm nghiên cứu về cấu tạo, tính chất của các chất tạo nên thực phẩm và sự chuyển hóa của các chất, chuyển hóa năng lượng trong quá trình bảo quản, chế biến thực phẩm. Đây là bộ môn quan trọng, giữ vai trò nền tảng, cơ sở cho những môn học chuyên ngành. Cùng với protein và lipid, glicid là một hợp chất hữu cơ giữ vai trò thiết yếu đối với cuộc sống, phổ biến trong các sản phẩm thực phẩm. Trong khẩu phần ăn hằng ngày, glucid chiếm tỷ lệ lớn nhất về khối lượng, cung cấp phần lớn năng lượng giúp chúng ta hoạt động bình thường. Kể cả những loại carbohydrate không tiêu hóa được cũng có vai trò quan trọng trong cân bằng dinh dưỡng. Cơ thể thực vật là một cỗ máy sinh học tuyệt vời tổng hợp nên glucid từ những hợp chất vô cơ ban đầu (CO 2 ,H 2 O và năng lượng ánh sáng mặt trời). Cơ thể người, động vật thì sử dụng nguồn nguyên liệu glucid lấy từ thực vật là chính, qua quá trình phân giải với cơ chế chặt chẽ tạo ra đơn vị cơ bản là glucose – nguyên liệu chủ yếu cho hoạt động sống, trung tâm của sự chuyển hóa. Glucid còn tạo ra nhiều tính chất chức năng quan trọng cho thực phẩm nên tìm hiểu về “QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP, PHÂN GIẢI GLUCID” là việc làm cần thiết đối với sinh viên ngành thực phẩm. Nó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế, bản chất của sự chuyển hóa, qua đó có những kiến thức nhất định sẽ giúp ích rất nhiều cho việc học tập, nghiên cứu sau này. Đó chính là mục đích của nhóm khi làm đề tài này. 1. Giới thiệu chung về Glucid 1 1.1.Khái niệm Glucid là hợp chất hữu cơ khá phổ biến ở cả cơ thể động, thực vật và vi sinh vật. Các nguyên tố cấu tạo nên glucid là C, H, O. Công thức cấu tạo của glucid thường được biểu diễn dưới dạng C m H 2n O n (m, n ≥ 3). Trong phân tử glucid có chứa nhóm aldehide (-CHO), cetol (-C=O). Ngoài ra còn có một số loại glucid đặc biệt, trong cấu trúc của chúng còn có thêm S, N, P. 1.2. Vai trò 1.2.1. Đối với cơ thể • Là sản phẩm trung gian của quá trình trao đổi chất. • Nguồn nguyên liệu trực tiếp để hô hấp. • Nguồn dự trữ, tạo năng lượng. • Tạo cấu trúc trong cơ thể thực vật, tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều chất quan trọng như: AND, ARN… • Cung cấp năng lượng chủ yếu ( 4,13 kcal/g) • Giúp cho quá trình tiêu hóa. 1.2.2. Trong công nghệ thực phẩm • Là chất liệu cơ bản, cần thiết và không thể thiếu của ngành sản xuất lên men. • Các sản phẩm như: rượu, bia, nước giải khát, mì chính, acid amin, vitamin… đều được tạo ra từ cội nguồn glucid. • Tạo ra cấu trúc, hình thù, trang thái, cũng như chất lượng cho các 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… 2 • Tạo chất lượng: 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…). Các tính chất lưu biến cho sản phẩm thực phẩm: độ dai, độ trong, độ giòn, đ 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. 1.3. Phân loại Có nhiều cách phân loại. Sau đây là một số cách phân loại: Theo cấu tạo: glucid được chia làm 3 nhóm Theo mục đích sử dụng (độ ngọt): đường, không đường. Theo mức độ phức tạp của phân tử, lấy đường đơn làm cơ sở: • Loại ose: là đường không thủy phân được nữa. • Loại osid: là những glucid phức tạp do nhiều monosaccharide ghép lại. Gồm 2 nhóm lớn: holosid( thủy phân cho mono) và heterosid( thủy phân cho mono và nhiều nhóm không phải glucid). Dẫn xuất amin, phospho, dẫn xuất dạng glucocid… 1.4. Tính chất Nhìn chung, các glucid từ đơn giản đến phức tạp đều có một số tính chất điển hình giống nhau. Ta xét các tính chất của monosaccharide. 1.4.1. Tính chất vật lý • Không bay hơi, tan trong nước, ít tan trong rượu, không tan trong acid, dung môi hữu cơ. • Có hiện tượng solvat hóa làm dung dịch khó kết tinh. • Tồn tại ở trạng thái hỗ biến (mạch thẳng và vòng). 3 • Có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực (phụ thuộc vào dạng anomer, tautomer). • Khả năng hòa tan phụ thuộc vào từng loại đường. • Tính hút ẩm, làm bóng khác nhau ở từng loại đường. 1.4.2. Tính chất hoá học •Tính khử mạnh do có nhóm aldehide, cetol tự do: monosaccharide chuyển thành polyol, các nhóm aldehide hoặc cetol chuyển thành các nhóm rượu tương ứng. •Tính oxi hóa theo nhiều mức độ: trong điều kiện oxi hóa nhẹ, các aldose bị oxi hóa thành aldonic acid (xảy ra trong bột nướng bánh, xúc xích lên men, một số sản phẩm sữa). Khi dùng các acid mạnh hơn như HNO 3 sẽ tạo thành dicaboxylic acid. Bị oxy hóa nhẹ bởi Br 2 : 4 Tác dụng với HNO 3 : Khi oxy hóa bằng dung dịch Br 2 có bảo vệ nhóm chức CHO bằng metyl hóa 5 Ví dụ từ axit glucuronic sẽ cho chất xilose là một pentose •Tạo ester với acid. Khi đun sôi các pentose, hexose với các acid có nồng độ cao như HCl 12%, H 2 SO 4 đậm đặc thì các phân tử H 2 O sẽ bị mất đi và tạo thành các furfurol từ pentose hoặc oxymethylfurfurol từ hexose. Các sản phẩm này được hình thành trong quá trình chế biến các sản phẩm thực phẩm. 6 • Phản ứng trong môi trường kiềm. Trong dung dịch kiềm yếu như Ba(OH) 2 , Ca(OH) 2 có thể xảy ra sự đồng phân hóa giữa glucose, fructose, mannose. Hiện tượng này có thể xảy ra trong cơ thể. Trong dung dịch kiềm loãng, các monosaccharide mạch thẳng chuyển sang mạch vòng.trong môi trường kiềm loãng ở 37 0 C các nhóm endiol sẽ chuyển vào giữa mạch. Nồng độ kiềm cao hoặc nhiệt độ cao, các monosaccharide có thể bị phân giải, hiện tượng caramen hình thành, Các mạch cacbon dễ bị đứt. 7 H C O C O H H R COOH C OH H H C H COOH HO HC C HH R + D- Glucose R C Acid metasaccharic CH 3 C C O O R COOH C OH R H 3 C COOH C CH 3 HO R CH 2 OH C C R O O COOH HOH 2 C C OH R COOH C HO CH 2 OH R + + Acid saccharic Acid isosaccharic • Phản ứng với các loại thuốc thử (phenylhydrazin) dùng để nhận biết các đường đơn khi phân tích. Phản ứng với phenylhydrazin, gồm 3 giai đoạn: 8 • Giai đoạn 1 : sự tạo nên phenyhdrasen: • Giai đoạn 2 : sự oxy hóa ở nguyên tử vị trí cacbon thứ 2 tạo nên nhóm cacbonyl: 9 • Giai đoạn 3: một phân tử phenylhydrazin thứ ba sẽ tham gia phản ứng với nhóm cacbonyl và tạo nên sản phẩm cuối cùng là phenylosasen của glucose: Tóm tắt phản ứng giữa glucose và phenylhydrazin như sau: • Đồng phân quang học • Phản ứng tạo glucozit: là một đặc tính rất quan trọng của monosaccharide. Liên kết glucosid là liên kết cơ bản có ý nghĩa quan trọng tạo nên các oligosaccharide, polysaccharide và nhiều hợp chất phi glucid khác. 10 [...]... hao trong quá trình sống 3 Quá trình phân giải monosaccharide 3.1 Phân giải monosaccacharide Bản chất của sự phân giải monosaccharide trong tế bào là sự bẻ gẫy dần dần mạch cacbon cho tới sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O, đồng thời năng lượng hóa học trong các liên kết của nguyên liệu hô hấp được chuyển thành năng lượng rất dễ sử dụng tích lũy trong các phân tử ATP 3.1.1 Đường phân Ðường phân là giai... ra hai phân tử ATP và hai phân tử acidpyruvic: 29 Vì hai phân tử ATP sử dụng trong bước (1 và 3) đã được lấy lại trong bước (7), nên hai phân tử ATP này là được tổng hợp thêm cho tế bào Các điểm quan trọng cần chú ý trong sự đường phân là: - Mỗi phân tử glucose (C6H12O6) bị phân tách thành hai phân tử acid pyruvic (C3H4O3) - Hai phân tử ATP sử dụng trong lúc đầu của quá trình, sau đó có bốn phân tử... trong đường phân không thể xảy ra và quá trình đường phân tạm dừng lại Như vậy, sự oxy hóa NADH thành NAD+ là cần thiết cho quá trình đường phân tiếp tục Trong hầu hết tế bào, nếu có O2, nó sẽ là chất nhận điện tử cuối cùng từ NADH Nhưng dưới điều kiện yếm khí, không có O2 để nhận hydro và điện tử thì acid pyruvic được tạo ra trong quá trình đường phân sẽ nhận hydro và điện tử từ NADH, quá trình này... muốn • Những điều trên chỉ mang tính chất tổng hợp, khái quát về một số đặc điểm quan trọng của glucid đối với ngành công nghệ thực phẩm bên cạnh đó, chúng còn có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác mà chúng tôi không đề cập đến 2 Quá trình tổng hợp gluxid 2.1 Tổng hợp các Gluxid đơn giản (Quang hợp – Chu trình canvil): 2.1.1 Khái niệm: Quang hợp là quá trình cây xanh và một số sinh vật như vi... phân tử được tạo ra, như vậy tế bào còn được hai phân tử này - Hai phân tử NADH được thành lập - Vì không sử dụng oxy, quá trình có thể xảy ra dù có sự hiện diện của O 2 hay không - Các phản ứng của đường phân xảy ra trong dịch tế bào chất của tế bào, bên ngoài ty thể 3.1.2 Sự lên men Trong đường phân, hai phân tử NAD+ được khử thành NADH Chức năng của phân tử NAD+ trong tế bào là vận chuyển điện tử,... theo chiều liên kết α – D-1,4 glycosit - Tổng hợp amylopectin là quá trình chuyển một mảnh oligosaccarit có 6 hoặc 7 gốc glucosyl đến nhóm OH ở vị trí C-6 trên chuỗi amylose mạch thẳng, dưới tác dụng của amylo (1,4- 1,6)- glucosyl transferase, tạo thành cấu trúc phân nhánh của Amylopectin 2.3.2 Tổng hợp glycogen - Diễn ra chủ yếu ở gan Quá trình tương tự như tổng hợp tinh bột nhưng chất cho glucose... khóa trung gian trong cả quá trình đường phân và quang hợp Ðến giai đoạn này quá trình đường phân đã sử dụng 2 phân tử ATP Phản ứng kế tiếp dẫn đến sự thành lập ATP mới, thật sự là hai phản ứng Phản ứng đầu là một phản ứng oxy hóa khử: hai điện tử và một ion H+ được lấy từ mỗi phân tử PGAL (như vậy phân tử này bị oxy hóa) bởi phân tử nhận điện tử NAD+ (nicotinamid adenin dinucleotid), chất này bị khử... (chu trình Calvin Benson): - Sau khi pha sáng tạo ra ATP và NADPH2 giai đoạn tiếp theo của quang hợp là sử dụng ATP, NADPH2 để tổng hợp nên các chất hữu cơ từ CO2, đó là quá trình đồng hoá CO2 Quá trình đồng hoá CO2 là một chuỗi các phản ứng hoá sinh nhờ các enzim xúc tác - Quá trình này chỉ sử dụng sản phẩm của ánh sáng tạo ra trong pha sáng là ATP, NADPH2 dùng làm năng lượng và lực khử mà không dùng... gồm quá trình hấp thụ năng lượng và sự di trú tạm thời năng lượng trong cấu trúc của phân tử chlorophyll - Cây xanh được chiếu sáng, năng lượng dưới dạng các photon đập vào chlorophyl hay carotenoit, kích hoạt điện tử các sắc tố đến mức năng lượng cao hơn nhưng không bền, các điện tử trở về mức năng lượng ban đầu, đồng thời năng lượng của lượng tử ánh sáng được truyền cho phân tử sắc tố khác Quá trình. .. hợp Oligosaccharide Quá trình tổng hợp saccharose và lactose : - Tổng hợp saccharose: Nguyên liệu tổng hợp là glucose ở dạng hoạt hoá là UDPglucose; fructose -6-P với sự tham gia của enzym synthetase (E1) và phosphatase theo phản ứng sau : E1 UDP- glucose + Fructose UDP + saccharose -6-P Phosphatase Saccha rose -6-P + H2O - Tổng hợp lactose: Saccha rose + H3PO4 Lactose được tổng hợp dưới tác dụng xúc . nhiều h p ch t bay h i có m i c ng r t c n thi t trong qu tr nh chi n, n ng nh ng l i nh h ng đ n qu tr nh bảo qu n, chế bi n nhi t nh thanh tr ng, ti t. t nh ch t chức n ng quan tr ng cho thực ph m n n t m hiểu về QU TR NH T NG H P, PH N GI I GLUCID là việc làm c n thi t đ i v i sinh vi n ng nh thực ph m.