GT HHHSTP BK c3 carbohydrate

HĨA HỌC THỰC PHẨM KHÁI NIỆM CHUNG Thành phần cấu tạo Các nguyên tố chính: C, H, O CHƯƠNG Tỷ lệ H : O = : → công thức (CH2O)n GLUCID → Carbohydrate (CARBOHYDRATE) Ngoại lệ: đường desoxyribose : C5H10O4 Acid lactic : (CH2O)3 → Saccharide = Glucid Tơn Nữ Minh Nguyệt, 303B2, ĐHBK TPHCM KHÁI NIỆM CHUNG Phân bố KHÁI NIỆM CHUNG Phân bố Thực vật - 70% CK Động vật - 2% CK Tập trung tế bào, mô nâng đỡ, mô dự trữ Tập trung gan, mô, máu Là sản phẩm trình quang hợp nhờ chlorophyll Người ĐV không tự sinh tổng hợp đường Cơ quan Loại Hàm lượng Máu Glucose 65-105 mg/100mL Gan Glycogen 8% Mô Glycogen 1–2% H2O + CO2 + 132 Kcal Carbohydrate + O2 Nguyên liệu Carbohydrate %CK Nguyên liệu Carbohydrate %CK Ngũ cốc Đậu đen, tr, xanh Khoai mì Khoai lang 70 –80 50 - 53 36,4 28,5 Đậu phộng Đậu nành Khoai tây Cà chua Cà rốt 27,5 24,6 20 3,7 8,0 KHÁI NIỆM CHUNG MONO SACCHARIDE Cấu tạo hóa học Phân loại Theo tính khử MS dẫn xuất aldehyd ceton polyalcohol Đường khử Đường không khử Công thức chung: (CH2O)n với n ≥ MS tham gia phản ứng oxy hóa khử, không tham gia phản ứng thủy phân Theo cấu tạo hóa học MonoSaccharide (MS) : OligoSaccharide (OS) : – 10 gốc đường PolySaccharide (PS) : > 10 Theo tính hòa tan gốc đường gốc đường Oxh Glucid hòa tan Glucid không hòa tan MONO SACCHARIDE Cách gọi tên Polyalcohol Cách gọi tên Monosaccharide MONO SACCHARIDE Loại nhóm chức + số carbon Loại nhóm chức Tên gọi Aldehyd –CHO Aldose Cetone –CO Cetose n Đọc tên Triose Tetrose Pentose Hexose Heptose Octose MONO SACCHARIDE Cấu tạo hóa học Cấu tạo mạch thẳng MONO SACCHARIDE Cấu tạo hóa học Cấu tạo mạch thẳng D (dextro): quay mp phân cực sang phải -OH nhóm C* xa gốc aldehyd hay ceton phía bên phải L (Left): quay mp phân cực sang trái -OH nhóm C* xa gốc aldehyd hay ceton phía bên trái Thể nhóm aldose cetose Có nhiều C* bất đối Đánh số mạch Carbon C nhóm Aldehyd – số C nhóm Cetone – số Trong tự nhiên, đồng phân D- chiếm ưu Có nhiều C* bất đối nên có nhiều đồng phân quang học Hợp chất Monosaccharides L-Arabinose αβD-Fructose βD-Galactose αβD-Glucose αβD-Manno-2-heptulose D-Mannose αβD-Ramnose D-Ribose D-Xylose αOligosaccharides Cellobiose βGentianose [α α]D 20-25 +105 +55,4 +190,6 -92 -133,5 +80,2 +150,7 +52,8 +52,7 +112 +18,7 +29,4 +14,5 +29,3 -17 -7 -23,7 +18,8 +23,6 +34,6 +14,2 +33,4 Hợp chất Gentiobiose αβKestose Lactose βMaltose αβMaltotriose Maltotetraose Maltopentaose Maltulose Manninotriose Melezitose Melibiose βPalatinose Panose Rafinose Saccharose α-Schardingerdextrin β-Schardingerdextrin γ- Schardingerdextrin Stachyose [α α]D 10 MONO SACCHARIDE 20-25 +10 +31 -3 +28 +53,6 +34,2 +130 +173 +112 +160 +166 +178 +64 +167 +88,2 +143 +123 +97,2 +154 +101 +66,5 +151 +162 +180 +146 Cấu tạo hóa học Cấu tạo mạch vòng Vòng cạnh: piranose Vòng cạnh: furanose Hợp chất aldose: vòng cạnh (C1 – C6) vòng cạnh (C1 – C5) Hợp chất cetose: vòng cạnh (C2 – C5) vòng cạnh 11 (C2 – C6) 12 Cấu tạo hóa học MONO SACCHARIDE Cấu tạo mạch vòng Cấu tạo hóa học MONO SACCHARIDE Cấu tạo mạch vòng 13 Cấu tạo hóa học MONO SACCHARIDE 14 MONO SACCHARIDE Tính chất vật lý Dung dịch đường: mạch thẳng mạch vòng với tỷ lệ khác Tinh thể không màu trắng Hòa tan tốt nước Không hòa tan dung môi hữu Có vò ngọt, độ khác Có khả làm quay mặt phẳng phân cực 15 16 MONO SACCHARIDE Tính chất hoá học MONO SACCHARIDE Phản ứng oxy hóa Phản ứng oxy hóa Tùy tác nhân mà trình oxy hóa xảy vò trí Tác nhân oxyhoá: Cu2++ , Br2 , I2 , acid nitric Nước brom tác nhân acid, không tạo phản ứng với cetose mà phản ứng với aldose (trong môi trường acid không xảy phản ứng đồng phân hóa) 17 MONO SACCHARIDE Phản ứng oxy hóa 18 Tính chất hoá học MONO SACCHARIDE Phản ứng khử Ứng dụng phản ứng oxy hóa Đònh lượng đường: Bertrand Fehling Benedict Ferrycyanure Iod (CuSO4) (Cu tartrate} (Cu citrate} (K3Fe(CN)6) (I2) Đònh tính đường: Fehling, Benedict, CuSO4 Đường ol – chất giữ ẩm 19 20 Tính chất hoá học Phản ứng thế: MONO SACCHARIDE MONO SACCHARIDE Phản ứng thế: tạo osazone với phenylhydrazine tạo osazone với phenylhydrazine Osazone loại đường khác có hình dạng tinh thể, nhiệt độ nóng chảy khác Ứng dụng: đònh tính đường Phản ứng xảy theo giai đoạn 21 MONO SACCHARIDE Phản ứng thế: tạo osazone với phenylhydrazine GLUCOSE LACTOSE FRUCTOSE MALTOSE Tính chất hoá học GALACTOSE SACCHAROSE 22 MONO SACCHARIDE Phản ứng đồng phân hóa Hạn chế: Các loại đường có phần đuôi giống tạo loại osazone (glucose; fructose; mannose – osazone) 23 Xảy môi trường kiềm Phụ thuộc nhiệt độ, nồng độ kiềm 24 Tính chất hoá học MONO SACCHARIDE Tính chất hoá học MONO SACCHARIDE Phản ứng caramel Phản ứng dehydrat hóa Phản ứng: dehydrate hóa Điều kiện: nhiệt độ nóng chảy đường (đun nóng dd đường) xúc tác acid (kiềm) Sản phẩm: màu nâu, mùi caramel đặc trưng, dễ tan nước fructose galactose glucose maltose saccharose lactose 110o C 160o C 160o C 180o C 160o C 230o C 25 Tính chất hoá học 26 MONO SACCHARIDE MONO SACCHARIDE Glucose Phản ứng Maillard Tham gia phản ứng: đường – hợp chất N (a.a, peptid, protein) Điều kiện pư: lượng nhỏ, nhiệt độ, độ ẩm, thời gian Sản phẩm: N-glucoside - Melanoidine Tính chất: màu nâu vàng – đen mùi thơm (mùi nướng), Có nhiều nho chín: đường nho vò đắng (cacao, coffee), Quay mặt phẳng phân cực sang phải: dextrose tính khử tăng (dễ thgia pứng oxy hóa) Trong dung dòch glucose tồn dạng đồng phân (thẳng, vòng cạnh) Rất dễ hấp thụ 27 28 MONO SACCHARIDE MONO SACCHARIDE Fructose Galactose Là thành phần đường sữa Không tồn trạng thái tự Có nhiều trái : đường Trong mật ong có hàm lượng cao: đường mật Quay mặt phẳng phân cực sang trái: levulose Độ cao 29 30 OLIGOSACCHARIDE OLIGO SACCHARIDE Cấu tạo hoá học Liên kết glucoside Từ – 10 gốc MS, liên kết với liên kết glucoside Vẫn giữ số tính chất MS Phản ứng tách nước nhóm –OH glucoside nhóm –OH hợp chất khác (aglucon) Dễ tan nước, dễ kết tinh Có vò Đường Điểm Đường Điểm Saccharose Galactiol D-fructose D-galactose D-glucose Đường nghòch 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 lk glucoside -OH glucoside 31 32 OLIGOSACCHARIDE Glucosides MONO SACCHARIDE Hơp chất glucoside Phân loại: O-glucoside; N-glucoside; C-glucoside Vò đắng, có tính độc nhiều hay – kháng khuẩn Tan tốt nước Phân bố nhiều loại thực vật (rau đắng, khổ qua, rau má) Hình thành trình chế biến (melanoidin–pu Maillard) 33 34 OLIGOSACCHARIDE Phản ứng tạo liên kết glucoside OLIGOSACCHARIDE Phản ứng tạo liên kết glucoside Nhóm ngoại gốc đường khác – hợp chất disaccharide Nhóm ngoại nhiều gốc đường – mạch polysaccharide 35 36 OLIGO SACCHARIDE -OH glucoside + -OH thường OLIGO SACCHARIDE Maltose α-D-glucose + α-D-glucose / 1,4-glucoside liên kết oside – ose (1,4 hay 1,6) tính khử giảm nửa -OH glucoside + -OH glucoside liên kết oside – oside (1,1 hay 1,2) không tính khử Công thức phân tử : C12H22011 Tính chất: Đường khử α] α-Mal = +168o; [α α] β-Mal = +112o; [α α] = +136o[α Phân bố: thóc nảy mầm, malt đại mạch, mạch nha: đường nha 37 OLIGO SACCHARIDE Lactose β-D-galactose + α-D-glucose / 1,4-glucoside Đường khử; Ít Phân bố: Các loại sữa : đường sữa (4 – 8%) Cơ thể hấp thu lactose nhờ E lactase Sản xuất: Từ nước Whey Ứng dụng: Sữa chua (yaourt) thủy phân tinh bột β-amilase Ứng dụng: CNSX bánh kẹo, tạo vò thanh, tránh tượng tái kết tinh đường, tạo cấu trúc mềm dẻo cho kẹo 38 OLIGO SACCHARIDE Saccharose α-D-glucose + β-D-fructose / 1,2-glucoside Công thức phân tử : C12H22011 Tính chất: Sản xuất: Công thức phân tử : C12H22011 Tính chất: đường không khử; không tạo osazone Phân bố: mía, củ cải đường, nốt,… 14 – 25% nước mía (~100% CK): đường mía 39 40 OLIGO SACCHARIDE Saccharose Phản ứng nghòch đảo đường OLIGO SACCHARIDE Saccharose Tính hút ẩm đường Lý do: có nhiều nhóm hydroxyl –OH Đường khử hút ẩm đường không khử Xảy tác dụng E invertase hay HCl, nhiệt độ cao Tỷ lệ cân S : G : F = : : (số mol) Ứng dụng: chất giữ ẩm cho bánh Tại gọi đường nghòch đảo? Chất hút ẩm quy trình làm kẹo, mứt giúp tăng nhanh trình kết tinh, kết dính Ích lợi phản ứng nghòch đảo đường? Tăng lượng chất khô 5,26% Tăng vò Tai hại: Tăng độ hòa tan đường Sản phẩm sấy mau chảy nước hút ẩm 41 Các loại OS khác Trehalose OLIGO SACCHARIDE POLYSACCHARIDE Cấu tạo hoá học Phân bố: nấm, rêu - đường nấm α-D-glucose + α-D-glucose 1,1-glucoside Rafinose 42 Đònh nghóa: Chứa nhiều 10 MS Liên kết glucoside Không tính khử Phân bố: rỉ đường, hạt bông, củ cải đường Phân loại: α-D-galactose + α-D-glucose + β-D-fructose 1,6-glucoside 1,2-glucoside PS (homopolyose - đồng thể): từ loại MS Gọi tên: Monose – ose + an (glucan, pentosan,…) Starchyose PS tạp (heteropolyose – dò thể): từ nhiều loại MS Gọi tên: M1-se + M2-ose + an (galactoglucan) Phân bố: đậu, hạt α-D-galactose + α-D-galactose + α-D-glucose + β-D-glucose 1,6-glucoside 1,6-glucoside 1,2-glucoside 43 PS tựï nhiên: PS (glucan: tinh bột, cellulose,glycogen) 44 POLYSACCHARIDE Tinh bột Khoai mì Khoai tây Đậu Tinh bột (%) Nguyên liệu 95 84 65 Lúa gạo Chuối xanh POLYSACCHARIDE Cấu tạo Thành phần hạt ngũ cốc củ lương thực Nguyên liệu Tinh bột PS thuần: α-D-glucan (α-D-glucose) = amilose (AM) + amilopectin (AP) AM / AP = / → độ nhớt dd tinh bột/nước TD: Đậu xanh (75%AM); nếp (>90% AP); lúa mì, bắp (AM/AP = 1/3) Tinh bột (%) 75 – 80 20 Dạng hạt: lớp vỏ hạt + hạt (cấu trúc phức tạp) Hạt tinh bột: vài triệu phân tử AM AP + 1% lipid 45 Tinh bột POLYSACCHARIDE 47 46 Tinh bột POLYSACCHARIDE 48 Tinh bột POLYSACCHARIDE Tinh bột POLYSACCHARIDE Amilose (AM) Cấu trúc hạt tinh bột Mpt = 20.000 – 30.000 Mạch thẳng, không phân nhánh, 1,4-glucoside (0,1% 1,6-G) Không tan nước lạnh, tan nước nóng tạo thành dd hồ tinh bột (độ nhớt cao) → AM trạng thái xoắn, 6pt glucose/vòng xoắn + lk hydro → Iod hấp phụ vào vòng xoắn tạo màu xanh (dd Liugon) Dx=13A0 Hx=7,9A0 49 Tinh bột POLYSACCHARIDE 50 Tinh bột POLYSACCHARIDE Amilopectin Mpt = 200.000 – 1.000.000 Mạch thẳng, phân nhánh, liên kết 1,4 + 1,6-glucoside (Mức độ phân nhánh tùy thuộc nguồn nguyên liệu) Dd AP có độ nhớt cao dd AM Không tạo vòng xoắn → tạo màu tím với Iod (dd Liugon) 51 52 Tinh bột POLYSACCHARIDE Tinh bột POLYSACCHARIDE Chuyển hóa Hồ hóa (hydrate hóa, hòa tan, biến tính) UD: Thủy phân, tạo gel, tạo sợi, tạo màng Thoái hóa (kết tủa, tách nước) Hấp thu (UD: giữ ẩm, giảm aw) Thủy phân Tinh bột có khả tạo nhũ ? 53 Tinh bột POLYSACCHARIDE Sự hồ hóa 54 Tinh bột POLYSACCHARIDE Sự hồ hóa Là trình phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột, giải phóng sợi AM AP nhiệt độ môi trường nước Quá trình hồ hóa bắt đầu phân tử nước từ môi trường tiếp xúc với hạt tbột phá vỡ lk hydro nội sợi tbột Thông số công nghệ: Nhiệt độ hồ hóa (cấu tạo hạt+ tỷ lệ AM/AP) Độ nhớt dòch hồ tb (tỷ lệ AM/AP) 55 56 POLYSACCHARIDE Tinh bột Tinh bột POLYSACCHARIDE Sự hồ hóa (nhiệt độ hồ hóa) Sự hồ hóa tinh bột bắp NL 30 40 50 60 65 70 75 80 85 90 Tinh bột 57 POLYSACCHARIDE Sự hồ hóa 58 Tinh bột POLYSACCHARIDE Sự hồ hóa (độ nhớt dòch hồ tinh bột) 59 60 Tinh bột POLYSACCHARIDE Sự thoái hóa Hiện tượng dd hồ tinh bột giảm độ nhớt, xuất cặn lắng Khối gel tinh bột bò vữa, nước tách ra, độ gel giảm Xảy trình bảo quản: Động giảm → sợi tbột tiến đến gần nhau, tái tạo lk hydro nội, lk hydro ngoại với nước giảm, nước bò tách Một số tác động học (khuấy trộn, cắt) → phá lk hydro nút mạng, tách nước cấu trúc gel bò vỡ Biện pháp xử lý AP tạo dd hồ tbột có độ nhớt cao hơn, khó bò thoái hóa so với dd hồ tbột từ AM, dùng tb biến tính Bổ sung chất đồng tạo gel, tăng cường lk nút mạng 61 Tinh bột POLYSACCHARIDE Sự biến tính 62 Tinh bột POLYSACCHARIDE Sự biến tính Đưa gốc cồng kềnh vào mạch tinh bột: sội không tiến gần nhau, nước không bò tách (hồ dán, tương ớt) Dùng gốc bền để nối mạch: nhiệt độ cao không bò đứt mạch, không giảm độ nhớt (nước sốt đồ hộp) 63 64 Tinh bột POLYSACCHARIDE POLYSACCHARIDE Sự thủy phân Sự biến tính Tinh bột +H2O; H+/E Tinh bột Dextrin Hồ hóa Maltose, Glucose Dịch hóa Đường hóa 65 Tinh bột POLYSACCHARIDE 66 Tinh bột POLYSACCHARIDE Sự thủy phân (dòch hóa) Sự thủy phân (hồ hóa) Điều kiện dòch hóa: E dòch hóa – alpha amylase / 60-70oC NaOH hay HCl 5% / 80-100oC Điều kiện hồ hóa: nước + nhiệt độ, thời gian hồ hóa hỗ trợ acid/kiềm (đv hạt cấu trúc chặt) Biến đổi: độ nhớt dòch hồ tb giảm nhanh, tạo alpha dextrin Biến đổi: hạt tinh bột bò phá vỡ, sợi AM, AP phân tán vào nước, độ nhớt dòch tăng Tinh bột 67 E α amylase (Termamyl) (endo; lk 1,4; bất kỳ) α dextrin + Maltose + Glucose 68 POLYSACCHARIDE Tinh bột Sự thủy phân (đường hóa) E β amylase (Fungamyl) (exo; lk 1,4; cắt gốc) β dextrin + Maltose E γ amylase (Glucoseamylase) (exo; lk 1,4 1,6; cắt gốc một) E iso amylase (endo; lk 1,6ø) Glucose Chỉ số DE (Dextrose Equivalent Biểu thò mức độ thủy phân, tạo đầu khử α dextrin + Maltose + Glucose 69 Cellulose Tinh bột Sự thủy phân Điều kiện đường hóa: E đường hóa – β, γ iso amylase / 50-60oC NaOH hay HCl 5% / 80-100oC Biến đổi: độ nhớt giảm, tạo beta dextrin, maltose, glucose Tinh bột POLYSACCHARIDE POLYSACCHARIDE DE = Lượng đường khử (glucose) / tổng lượng tinh bột DE = – 20 Maltodextrin DE > 20 Siroglucose Hemicellulose 70 POLYSACCHARIDE PS dò thể: tạo thành loại MS - pentose hexose TPCT vách tế bào TV Tính tan: không tan nước, tan dung dòch kiềm PS thuần: β-DGlucan monomer: β-D-glucose liên kết 1,4-glucoside dạng thẳng không xoắn Vai trò: chất kết dính sợi cell tế bào (cùng pectin) Dạng sợi: Phân tử cell xếp // thành sợi có φ 3,5 nm Các sợi cell tạo thành bó sợi φ 20 nm Liên kết hydro chuỗi cell hemicell Tính chất: Không tan nước Rất khó thủy phân H2SO4 đđ, hoàn lưu, sôi, 24h (hs ~ 10%) / Enzyme Cellulase 71 72 Pectin α-D-1,4-polygalacturonic acid PS dò thể: POLYSACCHARIDE POLYSACCHARIDE dẫn xuất methyl a pectic monomer: galactose, liên kết 1,4-glucoside Tính chất: tan nước thành dd độ nhớt cao, tạo gel Vai trò: chất keo gắn kết gian bào thực vật (cùng hemicell.) 73 Pectin α-D-1,4-polygalacturonic acid POLYSACCHARIDE DE50 74 Tạo liên kết ion với Ca2+: LMP Ca2+: tạo liên kết ion với COO Cấu trúc gel: gel HMP a pectic (không có khả tạo gel) 75 76 CHUYỂN HOÁ CARBOHYDRATE TRONG CHẾ BIẾN BẢO QUẢN CHUYỂN HOÁ CARBOHYDRATE TRONG CHẾ BIẾN BẢO QUẢN Phản ứng thủy phân Các nguyên liệu chứa carbohydrate Rau trái: đường, pectin, protopectin, tinh bột, cellulose, hemicellulose,… Tinh bột đường, dextrin Protopectin pectin, dextran Hemicellulose đường Phản ứng oxy hóa Lương thực: tinh bột, đường, cellulose, hemicellulose,… Quá trình hô hấp hiếu khí : Quá trình hô hấp yếm khí : Phản ứng tạo màu, mùi 77 Đường caramel Đường + acid amin melanoidine 78 CHỨC NĂNG CHỨC NĂNG Trong công nghệ chế biến thực phẩm Trong công nghệ chế biến thực phẩm Tạo kết cấu, cấu trúc cho sản phẩm: Nguyên liệu cho quy trình chế biến: rượu bia, nước giải khát, bột ngọt, … 79 Tạo sợi, tạo màng (miến, mì, bánh tráng); Tạo độ đặc, độ đàn hồi (giò lụa, mứt đông), … 80 CHỨC NĂNG Trong công nghệ chế biến thực phẩm CHỨC NĂNG Trong thể Tạo thành yếu tố chất lượng cho sản phẩm: Thành phần AND, ARN, glycoprotein: chép thông tin DT Tạo vò ngọt, tạo vò chua cho yaourt (lên men lactic) Tạo màu sắc, mùi thơm, cố đònh mùi, giữ ẩm, … Thành phần cấu tạo thành tế bào (cellulose, hemicellulose, protopectin, …); khung bảo vệ (chitin,…) Cung cấp chất trao đổi trung gian lượng cho tế bào Cung cấp lượng hoạt động cho thể: 50% số calo cần Carbohydrate + O2 H2O + CO2 + 132 Kcal Nhu cầu 50 –70 g / kg thể trọng, ngày Nguồn thức ăn: ngũ cốc, rau trái (tinh bột, đường) Động vật nhai lại: cellulose Glucid dư chuyển thành lipid (lớp mỡ da) 81 CHỨC NĂNG Trong thể 82 Trong thể CHỨC NĂNG Tháp lượng Carbohydrate Hệ số tiêu hóa số nguồn tinh bột Nguồn tinh bột Lúa mì Bắp nếp Đại mạch Cao lương Bột báng làm từ khoai mì Tinh bột khoai tây thô Gạo lức Hệ số tiêu hoá (D) % 93.9 ± 0.42 96.9 ± 0.54 98.5 ± 0.58 95.4 ± 0.47 98.9 ± 0.06 38.4 ± 4.31 97.1 ± 0.39 83 84 ... có khả tạo gel) 75 76 CHUYỂN HOÁ CARBOHYDRATE TRONG CHẾ BIẾN BẢO QUẢN CHUYỂN HOÁ CARBOHYDRATE TRONG CHẾ BIẾN BẢO QUẢN Phản ứng thủy phân Các nguyên liệu chứa carbohydrate Rau trái: đường, pectin,... cấp chất trao đổi trung gian lượng cho tế bào Cung cấp lượng hoạt động cho thể: 50% số calo cần Carbohydrate + O2 H2O + CO2 + 132 Kcal Nhu cầu 50 –70 g / kg thể trọng, ngày Nguồn thức ăn: ngũ... Glucid dư chuyển thành lipid (lớp mỡ da) 81 CHỨC NĂNG Trong thể 82 Trong thể CHỨC NĂNG Tháp lượng Carbohydrate Hệ số tiêu hóa số nguồn tinh bột Nguồn tinh bột Lúa mì Bắp nếp Đại mạch Cao lương Bột