Chương 4 Gluxit

CHƯƠNG IV GLUCID I KHÁI NIỆM CHUNG Đònh nghóa thành phần cấu tạo: − Thành phần cấu tạo C, H, O − Do tỉ lệ H : O glucid giống H 2O (2 : 1) nên glucid gọi hydrat cacbon Công thức chung đa số glucid (CH2O)n − Bản chất hóa học glucid polyhydroxy aldehyd xeton dẫn xuất chúng Nguồn gốc glucid − Mô động vật: 2% chất khô − Trong thể ĐV người, glucid tập trung chủ yếu gan Trong máu thể bình thường, hàm lượng glucid cố đònh Khi có bệnh, % thay đổi làm ảnh hưởng đến trình sinh hóa thể Lượng máu bình thường: Thiếu máu: Tiểu đường: 400 g/L − Thực vật: lượng glucid có đến 80-90% chất khô tập trung tế bào dạng dự trữ, mô nâng đỡ, mô dự trữ Glucid sản phẩm trình quang hợp, chuyển hóa CO2 , H2O quang (ánh sáng mặt trời) thành hóa (glucid) nhờ sắc tố chlorophyll (diệp lục tố) Thành phần glucid số loại thực vật Nguyên liệu Glucid (%CK) Nguyên liệu Glucid (%CK) Ngũ cốc 70 – 80 Cà rốt Khoai tây 20 Đậu nành 24,6 Khoai lang 28,5 Đậu phộng 27,5 Sắn 36,4 Đậu đen, trắng, 50 – 53 Cà chua 3,7 xanh − Người ĐV sắc tố chlorophyll nên không tự tổng hợp glucid Trong thể động vật, glucid bò oxy hoá thành CO H2O, giải phóng lượng Quá trình ngược với trình xảy tế bào thực vật Glucid -O2 + 132 Kcal (đv) +O + 132 Kcal (tv) CO2 + H2O Vai trò glucid Vai trò sinh học Nguồn dinh dưỡng dự trữ cung cấp chất trao đổi trung gian lượng tế bào Tham gia cấu trúc thành tế bào thực vật (cellulose), hình thành khung bảo vệ (chitin) Là thành phần cấu tạo hợp phần quan trọng tế bào AND, ARN, glicoprotein… Vai trò dinh dưỡng − Glucid cung cấp lượng hoạt động cho thể 1g glucid bò oxy hóa tạo 132 kcal (544.4 J ) − Đối với người, nguồn glucid tinh bột (gạo, bắp, đậu) Đối với ĐV nhai lại, nguồn glucid cellulose − Glucid thành phần cung cấp 50% tổng số calo cần thiết cho hoạt động sống thể Nhu cầu glucid 5-7g/kg thể trọng/ngày − Glucid dư chuyển hóa thành lipid dự trữ mô mỡ, nguyên nhân gây bệnh béo phì người hay ăn đồ Sự chuyển hóa thuận nghòch, thể thiếu glucid chất béo dự trữ chuyển hóa ngược lại thành glucid Vai trò công nghệ thực phẩm − Nguyên liệu trình lên men: rượu, bia, nước giải khát, bột ngọt,… − Tạo kết cấu, cấu trúc cho sản phẩm thực phẩm: • Tạo sợi, tạo màng: miến, mì, bánh tráng, • Tạo độ đặc, độ cứng, độ đàn hồi: giò lụa, mứt đông,… • Tạo độ phồng nở: bánh phồng tôm • Tạo bọt cho bia • Tạo độ xốp cho bánh mì • Tạo vò chua cho sữa (lên men đường thành acid lactic) − Tạo chất lượng sản phẩm thực phẩm: • Tạo vò • Tạo màu sắc, mùi thơm (phản ứng Maillard) • Cố đònh mùi • Tạo ẩm Phân loại đường Theo cấu tạo hóa học: Glucid đơn giản: monosacharid, gốc đường Glucid phức tạp: oligosaccharide, - 10 gốc đường Polysacharide, nhiều gốc đường Theo tính hoà tan: Glucid hòa tan: Glucose, fructose, saccharose,… hòa tan tốt nước, dễ đồng hóa, dễ tạo glucogen Glucid không tan: Tinh bột, cellulose, pectin,… không tan nước lạnh, tạo thành dung dòch hồ nhiệt độ hồ hóa, nguồn cung cấp đường hòa tan theo phương pháp thủy phân MONOSACCHARIDE (MS) Cấu tạo hóa học - cách gọi tên: − Là dẫn xuất aldehyd xeton polyalcol (polyol) − Công thức chung (CH2O)n với n ≥ − Chỉ tham gia ph ứng oxy hóa khử, không tham gia ph ứng thủy phân − Khi oxy hóa polyol, ta thu dẫn xuất ceton hay aldehyd C CH2OH -2H CHOH -2H CH2OH O H Aldehyd glycerinic (Aldose) CHOH CH2OH CH2OH Dihydroxy actone (cetose) C=O CH2OH – Gọi tên: Dẫn xuất Dẫn xuất 3C : 4C : loại nhóm chức + số carbon cetopolyol (-C=O) : cetose, aldopolyol (-CHO) : aldose triose tetrose – Đánh số mạch carbon: Từ đầu C gần nhóm carboxyl (-CHO) hay ceton (-C=O) CHO CHOH CHOH CHOH CHOH CH2OH Aldo-hexose CH2OH C=O CHOH CHOH CH2OH Ceto-pentose Dạng tồn MS Cấu tạo mạch thẳng Dạng aldose cetose polyol * − Có C bất đối nên tồn số đồng phân quang học Dạng D: - OH phía phải C* xa nhóm –CHO, - CO Dạng L: - OH phía trái C* CHO CHO H *C OH H *C OH H *C HO *C H HO *C H H *C H *C OH H *C OH H *C H *C OH HO *C H H *C CH2OH CH2OH H *C OH HO *C H OH H *C OH OH HO *C H OH OH CH2OH CH2OH L (-) glucose D (+) glucose CHO CHO L - allose D - allose Cấu taọ mạch vòng thường xảy đồng phân dạng D − Aldose C6: C1- C4 : tạo vòng cạnh - furanose C1- C5 : tạo vòng cạnh – piranose HO C H O C H H C OH O HO C H C H C OH OH H C H C1- C5 HO C H H C OH H H C OH H O C OH C CH2OH glucose H O H OH H HO C H H C OH CH2OH CH2OH CH C1- C4 CH2OH HO H C OH HO CH2OH H H OH OH H OH D-glucofuranose O H H OH OH D-glucopiranose − Cetose C6: C2- C5 : tạo vòng furanose C2- C6 : tạo vòng piranose CH2OH CH2OH HO C C O HO C H O H C OH H C2- C CH2OH H HO C H H C OH H CH2OH O HO C HO C H C OH CH2OH C2- C C OH H CH2OH H C H H H OH fructofuranose C H H C OH H H OH OH - OH - OH β α OH glucoside CH2OH H C OH HO C H OH CH2OH fructopiranose − Đồng phân vò trí nhóm –OH glucozide HO O OH H H OH H C OH fructose CH2OH O H C OH H O OH OH H C O H H H OH H OH CH2OH beta-D-glucose H C OH CH2OH H C OH HO C H H C OH H O H C CH2OH alpha-D-glucose H OH OH H O H H OH OH OH glucoside − Mạch vòng piranose có hai dạng đồng phân cis cis- transdạng trans- bền trans − Trong dung dòch MS tồn dạng đồng phân thẳng, vòng α, vòng β − Các đồng phân chuyển hóa lẫn tồn điểm cân Tính chất MS Tính chất vật lý − Tinh thể không màu màu trắng − Hòa tan tốt nước chứa nhiều nhóm OH − Đa số có vò Độ khác so sánh với độ saccharose Tính chất hóa học (1) Phản ứng oxy hóa: tạo thành loại acid, tùy tác nhân oxy hóa COOH H C OH acid gluconic HO C H H+ loãng,Cu2+ nước Brom H C OH H C OH H C OH C OH H C OH CH2OH H C OH HO C H HNO3 đậm đặc HO C H H COOH CH2OH CHO H C OH H C OH acid saccarinic CH2OH metylen hóa glucose CH2OH H H OH OH COOH O H H H OR OH Br2 H H OH OH H O H H OR acid glucuronic OH (2) Phản ứng khử: Khi bò khử, MS tạo thành polyol tương ứng CHO CHO H C OH HO C H H C OH +H HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH CH2OH CH2OH glucose D-sorbitol Manose Galatose Ribose Manitol Dulxitol Ribitol (3) Phản ứng thế: – MS tham gia phản ứng với hợp chất amin tạo thành osazon – Tinh thể osazon loại đường khác hình dạng, T0nc,… Phenylhydrazin C6H5NH-NH2 dư H H H C OH HO C H C H C OH C6H5NHNH2 HO C H H C N H N C6H5 C N H N C6H5 CHO N NH2 H C N NHC H C N NHC6H5 O NH2NHC6H5 HO C H NH2NHC6H HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH glucose Hydrazon Osazon (4) Tạo ester: −Thể tính chất polyol –OH −Quan trọng ester với acid phosphoric −Phản ứng xảy dễ dàng C1 C6 −Các ester phosphate tích lũy lượng cao, −Dễã tham gia vào phản ứng trình trao đổi chất CH2OH OH H H O CH2OH H H OH OH OH H alpha-D-glucose OH H H H OH O CH2OP H OH OH O P O OH H alpha-D-glucose-1-phosphate OH H H H H OH OP OH H alpha-D-glucose-1,6-diphosphate (5) Tạo liên kết glucoside: –OH C1 aldose C2 cetose: –OH glucoside Các nhóm kết hợp với gọi aglucon (aglycone) R – C –O – R’ R – C – N – R’ R – C – S – R’ R – C – C – R’ O O – glucoside N – glucoside S – glucoside C – glucoside CH2OH H CH2OH O H OH OH H H H H H OH OH OCH3 H OH alpha-methyl-D-glucoside O H OCH3 H OH beta-methyl-D-glucoside − Aglucon = phân tử MS khác, tạo thành loại saccharide khác CH2OH H CH2OH O H H OH OH H H O OH CH2OH O H H OH H H OH O O H OH H H OH H OH liên kết 1,4-glucoside (6) Phản ứng dehydrat hóa: • Xảy phản ứng đóng vòng tạo thành loại aldehyd • Các loại aldehyd hoạt hóa có nối đôi nhóm CHO • Dễ trùng hợp với chất khác, tạo nên độc tố (rượu cồn, mật ró) • Nồng độ nhỏ, hợp chất tạo mùi thơm cho SP OH H C CHO C H C H OH H H C OH H O CHO H+ đđ -3H2O Fucfural (fucfurol mùi mật) Pentose OH H C CHO C H C H OH H C Hexose O OH H O CH2OH CHO H+ đđ -3H2O O CH2OH Hydroxymethyl fucfural (mùi táo) Các loại MS thường gặp: D-glucose (đường nho, dextrose) • Có nhiều nho chín: đường nho • Quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải (dextrose) • Rất dễ hấp thụ, có thành phần cố đònh máu O H C CH OH C O C C H H OH OH H H OH C H OH CH2 OH D-fructose (đường quả, levulose) • Có nhiều trái cây: đường quả, mật ong • Quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang trái: levulose • Độ cao, tinh thể hình kim ngậm 1H2O CH2 OH C O CH OH C H C CH OH O OH H C OH OH H CH2 OH Galactose Là thành phần đường sữa , không tồn trạng thái tự C O H CH 2OH C C C C CH2 OH O OH H H H OH H H OH OH OLIGOSACCHARIDE − − − − Cấu tạo từ – 10 gốc MS Giữ số tính chất MS Dễ tan H2O, dễ kết tinh, có vò Tùy kiểu liên kết mà DS tính khử hay không OH-glucoside + OH thường liên kết oside – ose (MS1) (MS2) (1-4 hay 1-6) MS2 nhóm OH glucoside nên giữ tính khử OH-glucoside + OH-glucoside liên kết oside – oside (MS1) (MS2) MS2 không gốc OH glucoside nên không tính khử Maltose α-D-glucose + α-D-glucose liên kết 1,4-glucoside CH 2OH CH 2OH CH 2OH O O O H H H O + H CH OH H H 4 O OH alpha-glucose H H HO alpha-glucose O H H OH alpha-D-glucopiranozid-1,4-alpha-D-glucopiranose − Còn tính khử Khả oxy hóa khử giảm nửa − Có thóc nảy mầm mầm mạch E thủy phân tinh bột (βamilase): đường nha − Độ cao, thường dùng để SX bánh kẹo bò tái kết tinh đường tạo cấu trúc mềm dẻo cho loại kẹo mềm Lactose β-D-galactose + α-D-glucose liên kết 1,4-glucoside O OH H O H H CH OH CH OH CH 2OH OH H H OH H beta-galactose + H H H CH OH O O HO O H H OH H H OH O OH alpha-glucose − Vẫn tính khử gốc OH-glucoside − Có mặt tất loại sữa: đường sữa: 4-8% − Độ saccarose 4,5 lần Saccarose (C12H22O11) H OH lactose H H OH OH H H O O O H CH 2OH CH 2OH CH 2OH O H + H H H H H H HO OH alpha-D-glucose CH 2OH OH H H H OH OH OH H H OH O H O H OH OH H CH 2OH alpha-D-glucopiranoside-1,2-beta-D-fructopiranoside − Không gốc OH glucoside nên không tính khử − Có đường mía, củ cải đường số thực vật khác − Trong mía saccarose chiếm gần toàn trọng lượng chất khô (14 – 25% nước mía) nên gọi đường mía − Thủy phân saccarose-tạo đường nghòch đảo: Saccharose E.invertase HCl,t0 glucose +fructose − Ích lợi phản ứng nghòch đảo đường? • Tăng lượng chất khô lên 5.26% • Tăng vò ngọt, • Tăng độ hòa tan đường dung dòch − Ứng dụng: công nghệ sản xuất kẹo, dung dòch đường IV POLYSACCARIDE (PS): − Là loại đường tạo thành từ 10 monose trở lên Không có tính khử PS thuần: homopolyose Từ loại MS PS tạp: heteropolyose Từ nhiều loại MS − Trong tự nhiên có nhiều loại PS Quan trọng glucan: PS từ MS glucose TD: tinh bột, cellulose, dextran, glycogen,… Tinh bột Là loại PS dự trữ thực vật, thành phần hạt ngũ cốc củ lương thực (kh mì - 95%; kh tây - 84%; lúa - 75-80%) Tồn dạng hạt, hạt tinh bột làm thành lớp Mỗi lớp gồm amylose amylopectin xếp xen kẽ với Mỗi loại tinh bột có hình dạng kích thước hạt khác Tỉ lệ AM/AP = ¼ Ngoại lệ: Đậu - 75% AM; Nếp – 95-99%AP; Khoai tây – 19-22% AM 7891% AP; Lúa mì, bắp - 25% AM + 75% AP Cấu tạo hóa học: Glucan: PS glucose Amilose − Cấu tạo mạch thẳng, không phân nhánh, polymer α-D-glucose liên kết 1,4-glucoside CH OH CH 2OH O O H H O O OH − M = 20000-30000 − Không tan nước lạnh Trong nước ấm, hoà tan tạo thành dung dòch keo, gọi trạng thái hồ hóa Ở trạng thái này, AM tồn dạng mạch xoắn, ổn đònh nhờ liên kết hydro gốc OH Mỗi vòng xoắn có đơn vò glucose Khi đưa dung dòch I vào, I2 hấp phụ lòng chuỗi xoắn tạo thành màu xanh đặc trưng Màu tạo với I thay đổi tùy theo độ dài mạch mức độ phân nhánh chuỗi Amilopectin − Cấu tạo mạch thẳng có phân nhánh gồm gốc glucose liên kết 1,4-glucoside ( thẳng) 1,6-glucoside (nhánh) CH OH CH OH O H O H H O OH H H OH H O OH H H OH CH 2OH O CH O H O H H O OH H H OH H O OH H H OH O − Cứ 20-30 gốc glucose có phân nhánh, phân nhánh nhiều hay nguồn gốc tinh bột − M = 200000-1000000 − Không tan nước lạnh, tạo thành dòch hồ nước nóng Nhiệt độ hồ hóa cao AM, độ nhớt dòch hồ cao cho màu tím với I2 Sự thủy phân tinh bột Xúc tác phản ứng acid (HCl, H2SO4) E Amylase Tinh bột HOH H hay E dextrin M khác + Maltose + Glucose Dextrin: sản phẩm trung gian thủy phân tinh bột α-dextrin: 3,5 gốc glucose, phải chứa liên kết 1,6 β-dextrin: có Mpt lớn Amilodextrin M=500.000 xanh với Iod, kết tủa rượu 400 Erithrodextrin M=10.000 tím với Iod, kết tủa rượu 650 Achrodextrin M=4/6000 nâu đỏ với Iod, kết tủa rượu 700 Maltodextrin M< 1000 cam với Iod, không kết tủa Maltose, glucose không làm Iod chuyển màu Cellulose: Là loại PS cấu tạo nên vách tế bào thực vật Đó loại polyme có nhiều tự nhiên: 1011 tấn/ năm Cellulose loại glucan, monomer β-D-glucose liên kết với liên kết β-1,4-glucoside Mỗi chuỗi cellulose chứa hàng chục ngàn gốc glucose xếp song song tạo thành cấu trúc dạng sợi Các sợi lại kết hợp với tạo thành bó sợi Cấu trúc bền nhờ vô số liên kết hydro, khó thủy phân Pectin: Là PS tạp, dẫn xuất methyl hóa acid pectic (α-D-1,4-polygalacturonic acid) với nhiều mức độ khác Chỉ số methoxy 100% hay 16,3%: 100% gốc đường bò methyl hóa Thường