Chương 4 Gluxit

Glucid là sản phẩm đầu tiên của quá trình quang hợp, chuyển hóa CO2 , H2O và quang năng ánh sáng mặt trời thành hóa năng glucid nhờ sắc tố chlorophyll diệp lục tố.. Vai trò trong công ng

CHƯƠNG IV

GLUCID

I KHÁI NIỆM CHUNG

1 Định nghĩa thành phần cấu tạo:

− Thành phần cấu tạo chính là C, H, O

− Do tỉ lệ H : O của glucid giống H2O (2 : 1) nên glucid được gọi là hydrat cacbon Công thức chung của đa số glucid là (CH2O)n

− Bản chất hóa học của glucid là polyhydroxy aldehyd hoặc xeton và các dẫn xuất của chúng

2 Nguồn gốc của glucid

− Mô động vật: 2% chất khô

− Trong cơ thể ĐV và người, glucid tập trung chủ yếu ở gan Trong máu

cơ thể bình thường, hàm lượng glucid là cố định Khi có bệnh, % này thay đổi làm ảnh hưởng đến các quá trình sinh hóa trong cơ thể

Lượng máu bình thường:

Thiếu máu:

Tiểu đường: 400 g/L

− Thực vật: lượng glucid có thể có đến 80-90% chất khô tập trung ở tế bào

ở dạng dự trữ, mô nâng đỡ, mô dự trữ Glucid là sản phẩm đầu tiên của quá trình quang hợp, chuyển hóa CO2 , H2O và quang năng (ánh sáng mặt trời) thành hóa năng (glucid) nhờ sắc tố chlorophyll (diệp lục tố)

Thành phần glucid của một số loại thực vật

Nguyên liệu Glucid (%CK) Nguyên liệu Glucid (%CK)

Cà rốtĐậu nànhĐậu phộngĐậu đen, trắng, xanh

824,627,5

50 – 53

− Người và ĐV không có sắc tố chlorophyll nên không tự tổng hợp được glucid Trong cơ thể động vật, glucid bị oxy hoá thành CO2 và H2O, giải phóng năng lượng Quá trình này ngược với quá trình xảy ra trong tế bào thực vật

-O + 132 Kcal (đv) +O + 132 Kcal (tv)

2

2

3 Vai trò của glucid

Vai trò sinh học

Nguồn dinh dưỡng dự trữ cung cấp các chất trao đổi trung gian và năng lượng tế bào

Tham gia cấu trúc của thành tế bào thực vật (cellulose), hình thành bộ khung bảo vệ (chitin)

Là thành phần cấu tạo hợp phần quan trọng nhất của tế bào như AND, ARN, glicoprotein…

Vai trò dinh dưỡng

− Glucid cung cấp năng lượng hoạt động cho cơ thể 1g glucid bị oxy hóa tạo 132 kcal (544.4 J )

− Đối với người, nguồn glucid là tinh bột (gạo, bắp, đậu) Đối với ĐV nhai lại, nguồn glucid có thể là cellulose

− Glucid là thành phần chính cung cấp 50% tổng số calo cần thiết cho hoạt động sống của cơ thể Nhu cầu glucid 5-7g/kg thể trọng/ngày

− Glucid dư sẽ chuyển hóa thành lipid dự trữ ở mô mỡ, là nguyên nhân gây bệnh béo phì ở người hay ăn đồ ngọt Sự chuyển hóa này thuận nghịch, nếu cơ thể thiếu glucid thì chất béo dự trữ sẽ được chuyển hóa ngược lại thành glucid

Vai trò trong công nghệ thực phẩm

− Nguyên liệu của các quá 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 vị chua cho sữa (lên men đường thành acid lactic)

− Tạo chất lượng sản phẩm thực phẩm:

Theo cấu tạo hóa học:

Glucid đơn giản: monosacharid, 1 gốc đường

Glucid phức tạp: oligosaccharide, 2 - 10 gốc đường

Polysacharide, nhiều gốc đường

Theo tính hoà tan:

Glucid hòa tan:

Glucose, fructose, saccharose,… hòa tan tốt trong nước, dễ đồng hóa, dễ tạo glucogen

Glucid không tan:

Tinh bột, cellulose, pectin,… không tan trong nước lạnh, tạo thành dung dịch hồ ở nhiệt độ hồ hóa, là nguồn cung cấp đường hòa tan theo phương pháp thủy phân

MONOSACCHARIDE (MS)

1 Cấu tạo hóa học - cách gọi tên:

− Là dẫn xuất aldehyd hoặc xeton của các polyalcol (polyol)

− Công thức chung là (CH2O)n với n ≥ 3

− Chỉ tham gia ph ứng oxy hóa khử, không tham gia ph ứng thủy phân

− Khi oxy hóa các polyol, ta sẽ thu được các dẫn xuất ceton hay aldehyd

CH 2 OH

CHOH

CH 2 OH

-2H -2H

C CHOH

CH 2 OH CH 2 OH

C = O

CH 2 OH

O

H Aldehyd glycerinic (Aldose)

Dihydroxy actone (cetose)

– Gọi tên: loại nhóm chức + số carbon

Dẫn xuất cetopolyol (-C=O) : cetose,

Dẫn xuất aldopolyol (-CHO) : aldose

3C : triose

4C : tetrose

– Đánh số mạch carbon:

Từ đầu C gần nhóm carboxyl (-CHO) hay ceton (-C=O) nhất

CH 2 OH

1 2

3 4 5

Ceto-pentose

2 Dạng tồn tại của MS

Cấu tạo mạch thẳng Dạng aldose và cetose của các polyol

− Có C* bất đối nên tồn tại một số đồng phân quang học

Dạng D: - OH ở phía phải C* xa nhóm –CHO, - CO nhấtDạng L: - OH ở phía trái C*

OH H OH H

OH OH OH OH

OH H OH H

L - allose

Cấu taọ mạch vòng thường xảy ra ở đồng phân dạng D

− Aldose C 6 : C1- C4 : tạo vòng 5 cạnh - furanose

C 1 - C 5 : tạo vòng 6 cạnh – piranose

OH H

OH H

OH

O H

O H H

C C C C

5

CH 2 OH

OH H H

OH

O

H

O H H H

O CH

OH OH H

H OH

H OH

6

glucose

C - C 1 4 C - C 1 5

− Cetose C 6 : C 2 - C 5 : tạo ra vòng furanose

C2- C6 : tạo ra vòng piranose

H OH OH

O H H H

CH 2 OH

O H

H OH

H OH H

H OH

CH 2 OH OH

C C C C

H OH OH

O H

O H

CH 2 OH O

H

H C H H

OH OH H

H OH

OH H

beta-D-glucose

OH glucoside

C C C C

H OH

OH

O H

O H

C H

H

CH 2 OH

OH H

O

CH 2 OH H H

OH OH H

H OH

H OH

alpha-D-glucose

OH glucoside

− Mạch vòng piranose còn có hai dạng đồng phân cis- và trans-

dạng trans- bền hơn

− Trong dung dịch MS tồn tại cả 3 dạng đồng phân thẳng, vòng α, vòng β

− Các đồng phân này chuyển hóa lẫn nhau và tồn tại một điểm cân bằng

3 Tính chất của MS

Tính chất vật lý

− Tinh thể không màu hoặc màu trắng

− Hòa tan tốt trong nước do chứa rất nhiều nhóm OH

− Đa số có vị ngọt Độ ngọt khác nhau so sánh với độ ngọt của saccharose

Tính chất hóa học

(1)Phản ứng oxy hóa : tạo thành các loại acid, tùy tác nhân oxy hóa

COOH C C C C

CH 2 OH

OH H OH H

H O H

CH 2 OH

OH H OH H

H O H

O

CH 2 OH H H

OH OH H

H OH

H OR

O COOH H H

OH OH H

H OH

H OR

acid glucuronic 2

(2) Phản ứng khử: Khi bị khử, MS tạo thành polyol tương ứng

CH 2 OH

OH H OH H

H O H

(3) Phản ứng thế:

– MS có thể tham gia phản ứng thế với hợp chất amin tạo thành osazon– Tinh thể osazon của các loại đường khác nhau về hình dạng, T0

nc,…Phenylhydrazin C6H5NH-NH2 dư N H NH 2

CH 2 OH

OH H OH H

H O H

C C C C

CH 2 OH

H OH H

O H

C C C

CH 2 OH

H OH H

O H

−Thể hiện tính chất của polyol –OH

−Quan trọng nhất là các ester với acid phosphoric

−Phản ứng xảy ra dễ dàng ở C1 và C6

−Các ester phosphate này tích lũy năng lượng cao,

−Dễã tham gia vào các phản ứng trong quá trình trao đổi chất

O

CH 2 OH H OH

H H OH

OH H

H

O P O OH OH

O

CH 2 OP H OH

H H OH

OH H

H OP

alpha-D-glucose alpha-D-glucose-1-phosphate alpha-D-glucose-1,6-diphosphate

(5) Tạo liên kết glucoside:

–OH ở C1 của aldose và C2 của cetose: –OH glucoside

Các nhóm kết hợp với nó được gọi là aglucon (aglycone)

R – C –O – R’ O – glucoside

R – C – N – R’ N – glucoside

R – C – S – R’ S – glucoside

R – C – C – R’ C – glucoside

CH 2 OH H H

OH OH H

H OH

H OCH 3

O

CH 2 OH H H

OH OH H

H OH

OCH 3 H

alpha-methyl-D-glucoside beta-methyl-D-glucoside

− Aglucon = phân tử MS khác, tạo thành các loại saccharide khác

O

CH 2 OH H H OH H

H OH

O

O

CH 2 OH H H

OH OH

H

H OH

O

O

CH 2 OH H H OH H

H OH

H OH

1

liên kết 1,4-glucoside

4

(6) Phản ứng dehydrat hóa:

• Xảy ra phản ứng đóng vòng tạo thành các loại aldehyd

• Các loại aldehyd này rất hoạt hóa vì có nối đôi và nhóm CHO

• Dễ trùng hợp với chất khác, tạo nên độc tố (rượu cồn, mật rĩ)

• Nồng độ nhỏ, các hợp chất này tạo mùi thơm cho SP

C

C

H C

CH 2 OH

H đđ -3H 2 O

+

H đđ -3H 2 O

+

3 Các loại MS thường gặp:

D-glucose (đường nho, dextrose)

• Có nhiều trong nho chín: đường nho

• Quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải (dextrose)

• Rất dễ hấp thụ, có thành phần cố định trong máu

C C C C C

O H

O

CH2OH

H H

D-fructose (đường quả, levulose)

• Có nhiều trong trái cây: đường quả, mật ong

• Quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực sang trái: levulose

• Độ ngọt cao, tinh thể hình kim ngậm 1H2O

C C C C

H

OH OH

CH2OH

Galactose

Là thành phần của đường sữa , không tồn tại ở trạng thái tự do

C C C C C

O H

O

CH2OH

H OH

H

H

OH H

OH

− Cấu tạo từ 2 – 10 gốc MS

− Giữ được một số tính chất của MS

− Dễ tan trong H2O, dễ kết tinh, có vị ngọt

− Tùy kiểu liên kết mà các DS còn tính khử hay không

OH-glucoside + OH thường liên kết oside – ose

(MS1) (MS2) (1-4 hay 1-6)

MS2 vẫn còn nhóm OH glucoside nên vẫn giữ được tính khử

OH-glucoside + OH-glucoside liên kết oside – oside

O H

alpha-glucose alpha-glucose alpha-D-glucopiranozid-1,4-alpha-D-glucopiranose

− Còn tính khử Khả năng oxy hóa khử giảm một nửa

− Có trong thóc nảy mầm và mầm mạch do E thủy phân tinh bột (βamilase): đường nha

-− Độ ngọt khá cao, thường được dùng để SX bánh kẹo vì ít bị tái kết tinh đường và tạo được cấu trúc mềm dẻo cho các loại kẹo mềm

− Vẫn còn tính khử vì còn một gốc OH-glucoside

− Có mặt trong tất cả các loại sữa: đường sữa: 4-8%

− Độ ngọt kém saccarose 4,5 lần

Saccarose (C12H22O11)

H H

O

H OH H H

H

H

CH2OH

O 2

H H

OH OH

H H

− Không còn gốc OH glucoside nên không còn tính khử

− Có trong đường mía, củ cải đường và một số thực vật khác

− Trong mía saccarose chiếm gần như toàn bộ trọng lượng chất khô (14 – 25% nước mía) nên gọi là đường mía

− Thủy phân saccarose-tạo đường nghịch đảo:

Saccharose glucose +fructose

− Ích lợi của phản ứng nghịch đảo đường?

• Tăng lượng chất khô lên 5.26%

• Tăng vị ngọt,

• Tăng độ hòa tan của đường trong dung dịch

− Ứng dụng: trong công nghệ sản xuất kẹo, dung dịch đường

IV POLYSACCARIDE (PS):

− Là các loại đường tạo thành từ 10 monose trở lên Không có tính khử

PS thuần: homopolyose Từ một loại MS

PS tạp: heteropolyose Từ nhiều loại MS

− Trong tự nhiên có nhiều loại PS thuần hơn Quan trọng nhất là glucan:

PS thuần từ MS là glucose

TD: tinh bột, cellulose, dextran, glycogen,…

Tỉ lệ AM/AP = ¼

Ngoại lệ: Đậu - 75% AM; Nếp – 95-99%AP; Khoai tây – 19-22% AM và 91% AP; Lúa mì, bắp - 25% AM + 75% AP

78-Cấu tạo hóa học:

Glucan: PS thuần của glucose

E.invertase HCl,t 0

− Cứ 20-30 gốc glucose sẽ có phân nhánh, sự phân nhánh nhiều hay ít là

do nguồn gốc của tinh bột

− M = 200000-1000000

− Không tan trong nước lạnh, tạo thành dịch hồ trong nước nóng Nhiệt độ hồ hóa cao hơn AM, độ nhớt dịch hồ cũng cao hơn và cho màu tím với

I2

Sự thủy phân tinh bột

Xúc tác phản ứng là acid (HCl, H2SO4) hoặc E Amylase

Tinh bột H+HOH hay E. dextrin M khác nhau Maltose + Glucose

Dextrin: là các sản phẩm trung gian khi 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

V TRAO ĐỔI GLUCID:

1 Sự thủy phân glucid:

− Sự thủy phân glucid (đường oligo và polysaccarit) diễn ra với tác dụng của các kim loại Enzym thủy phân glucid

Amylase Amylase

(C6H10O5)n dextrin C6H12O6 (glucose, fructose)

Nước bọt chứa amilase sẽ thủy phân sơ bộ tinh bột có trong thức ăn

− Tại dạ dày, vì pH = 1,5-2,0 nên E thủy phân tinh bột không hoạt động

− Ở ruột có nhiều loại E phân cắt tinh bột và polysaccaride như Enzym amilase, saccharase, maltase, lactase,…

2 Quá trình phosphoryl hóa (sự lân phân):

− Thay thế nước trong quá trình thủy phân, H3PO3- sẽ gắn vào vị trí C1 tạo thành glucose-1-phosphat

H H

OH O

n

H PO glucotransferaza

H H

OH

O P n

Glycogen glucose-1-phosphat

− Quá trình này diễn ra chủ yếu đối với glycogen có trong gan động vật Gan là nơi chứa glycogen, dự trữ glucid cho cơ thể, có nhiệm vụ bảo đảm hàm lượng glucose trong máu ổn định Gan đảm nhiệm được nhiệm vụ này vì ở trong gan có Enzym phosphatase Cơ não không có E này

 Tóm lại từ các P.S và O.S bằng con đường thủy phân hay lân phân sẽ tạo ra các MS để tham gia quá trình oxy hóa khử sinh học, giải phóng năng lượng

Oligo saccaride – Poly saccaride

Hexose

ĐƯỜNG PHÂN Acid piruvic

CO2 + H2O hô hấp rượu, acid lên men

+ O 2 - O 2

CHU TRÌNH ĐƯỜNG PHÂN (chu trình Embdel, Mayerhoff, Parnas)

− Chu trình đường phân xảy ra ở tất cả cơ thể sinh vật sống

− Chu trình gồm có 4 giai đoạn, 10 phản ứng

− Qua chu trình đường phân: 1 phân tử glucose 2 acid pyruvic + 8 ATP

CHUYỂN HOÁ ACID PYRUVIC TRONG ĐIỀU KIỆN YẾM KHÍ

Lên men lactic

COOHC

CH3

Oa.piruvic

lactat dehydrogenase

COOHCHOH

CH3a.lactic

− Do nhóm vi khuẩn lactic

− Ứng dụng trong muối chua thực phẩm và quá trình chế biến sản xuất yaourt, chao,…

Lên men etylic

a.piruvic acetaldehyd rượu etylic

− Do nấm men Saccharomyces cerevisae

− Ứng dụng trong chế biến rượu, cồn, nước giải khát lên men, sản xuất bánh bao, bánh mì,…

Lên men butyric

− Lên men trong điều kiện rất kỵ khí,

− Gồm nhiều phản ứng tạo thành CH3CH2CH2COOH (acid butyric)

− Các quá trình lên men là các quá trình thu năng lượng

CHUYỂN HÓA ACID PYRUVIC TRONG ĐIỀU KIỆN HIẾU KHÍ - CHU TRÌNH CREBS

Xét về mặt năng lượng:

CH3COCOOH 3CO2 + 4NADH2- + 1FADH2 + 1GTP

(pyruvic) (≡ 3ATP) (≡ 2ATP) (≡ 1ATP)

3CO2 + 15ATP

1 glucose 2 pyruvic + 8 ATP

2 x 15 ATP + 8 ATP

38 ATP

 1 ATP có năng lượng 7-10 kcal/mol

 Năng lượng tích lũy dưới dạng ATP: Q = 38 x 7 = 266 kcal/mol

 Đốt cháy hoàn toàn 1 phân tử glucose thu được 680 Kcal

 Vậy khi oxy hóa 1 phân tử glucose, năng lượng được tích lũy sẽ là 266/680 = 42%, phần còn lại đã bị phân tán dưới dạng nhiệt năng.Chu trình Crebs là giai đoạn cuối của quá trình oxy hóa khử sinh học đối với mọi cơ chất: protein, glucid, lipid

VI CHUYỂN HÓA GLUCID TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN