TÌM HIỂU VỀ CARBOHYDRATE

CARBOHYDRATE Các nguyên tố chính: C, H, O Tỷ lệ H : O = : carbohydrate, glucid Coâng thức chung: (CH2O)n Ngoại lệ: đường desoxyribose : C5H10O4 Acid lactic : (CH2O)3 THÀNH PHẦN CARBOHYDRATE CỦA NGUYÊN LIỆU THỰC VẬT Nguyên liệu Cà chua Cà rốt Khoai tây Ngũ coác Khoai lang Carbohydrate %CK 3,7 8,0 20 70 –80 28,5 Nguyên liệu Khoai mì Đậu phộng Đậu nành Đậu ñen, traéng, xanh Carbohydrate %CK 36,4 27,5 24,6 50 - 53 Chỉ tham gia phản ứng oxy hóa khử, không tham gia phản ứng thủy phân C CH2OH -2H CHOH CH2OH -2H O H Aldehyd glycerinic (Aldose) CHOH CH2OH CH2OH C=O Dihydroxy actone (cetose) CH2OH Cách gọi tên: loại nhóm chức + số carbon Đánh số mạch Carbon: số vò trí C gần nhóm Aldehyd Ceton 1 CHO CHOH CHOH Aldosehexose CH2OH C=O CHOH CHOH CH2OH CHOH CHOH Cetosepentose CH2OH Các dạng tồn MonoSaccharide (MS) Thẳng: cetose aldose Vòng cạnh : piranose Vòng cạnh : furanose Aldose - vòng cạnh (C1 – C5), tạo vòng cạnh (C1 – C5) Cetose - vòng cạnh (C2 – C5), tạo vòng cạnh (C2 – C6) Đồng phân dạng ghế (trans) TÍNH CHẤT HÓA HỌC Các phản ứng nhóm chức –CHO/-CO [1] Phản ứng oxy hóa COOH HCOH HOCH H+ loaõ ng, Cu2+ (Acid gluconic) HCOH COOH CHO HCOH HCOH HOCH HNO3ññ HOCH HCOH HCOH HCOH HCOH CH2OH (Glucose) HCOH CH2OH (Acid glucaric) CH2OH COOH Methyl hó a COOH O HO OH [2] Phản ứng khử Br2 OH OCH3 O OH HO OCH3 OH (Acid glucuronic) [3] Phản ứng H C CHO H C OH HO C +C6H5NHNH2 - H2O H C HO C H H N NH C6H5 C +C6H5NHNH2 OH -(NH3 + C6H5NH2) H H N NH C6H5 H C O HO C H C N NH C6H5 +C6H5NHNH2 - H2O N NH C6H5 HO C (Hydrazone) (Glucose) H C H (Osazone) Caùc phản ứng thể cấu tạo vòng MS [4] Phản ứng tạo ester : CH2OH O OH OH HO OH (Glucose) +H3PO4 -H2O CH2OH O OH OH O HO P O OH (Glucose-1-phosphate) +H3PO4 -H2O CH2O P O OH OP HO OH OH (Glucose-1,6-diphosphate) P [5] Phản ứng tạo liên kết glucoside Diễn nhóm –OH glucoside R – C – O – R’ : O-glucoside (aglucon gốc đường) R – C – N – R’ : N-glucoside R – C – S – R’ : S-glucoside R – C – C – R’ : C-glucoside  Taùc nhân phản ứng methanol; xúc tác HCL phản öùng methyl hoùa CH2OH O OH OH HO +CH3OH NaOH CH2OH O OCH3 OH HO OH (Methyl-beta-D-Glucoside) OH (beta-D-Glucose)  Phản ứng tiếp với methyl sulfate, xúc tác NaOH phản ứng ether hóa CH2OH O OCH3 OH +(CH3)2SO4 NaOH HO OH (Methyl-beta-D-Glucoside) H3CO OCH3 (Methyl-beta-2,3,4,6 tetra-o-methyl-D-Glucoside)  Nếu nhóm ngoại hợp chất disaccharide CH2OH O OH HO O OH đường khác, (Maltose) OH OH  Các gốc đường liên mạch polysaccharide O gốc CH2OH O OH OH CH2OH O OH CH2OCH3 O OCH3 OCH3 CH2OH O OH OH [6] Phản ứng dehydrat hóa tiếp; O liên CH2OH O OH keát O glucoside CH2OH O OH OH OH OH H H H C C C CHO H+ññ -3H2O OH CH OH H CHO OH (Pentose) OH H H H C C C C OH H O CHO OH OH (Fufural) (Hexose) H+ññ -3H2O CH2OH CHO O (Hydroxy methyl fufural - táo) CH2OH [7] Phản ứng môi trường kiềm Môi trường kiềm gây phản ứng đồng phân hóa Trong môi trường kiềm MS chất khử mạnh CHO *C H OH MONOSACCHARIDE Glucose HO *C H H *C OH H *C OH CH2OH D (+) glucose Fructose Galactose CHO HCOH HOCH HOCH HCOH CH2OH OLIGO SACCHARIDE TƯƠNG QUAN VỀ ĐỘ NGỌT GIỮA CÁC LOẠI ĐƯỜNG Đường Saccharose Galactiol D-fructose D-galactose D-glucose Đường nghòch đảo Lactose Maltose Điểm 100 41 173 63 69 95 39 46 Đường D-mannitol D-mannose Rafinose D-rhamnose D-sorbitol Xylitol D-xylose Điểm 69 59 22 33 51 102 67 Các loại OS thường gặp Maltose : công thức phân tử : C12H22011 -D-glucose + -D-glucose : liên kết 1,4glucoside Lactose : Công thức phân tử : C12H22011 -D-galactose + -D-glucose : liên kết 1,4-glucoside Saccharose : Công thức phân tử : C12H22011 -D-glucose + -D-fructose : liên kết 1,2-glucoside POLYSACCHARIDE (PS) PS (homopolyose- đồng thể) (glucan, galactan, …) PS tạp (heteropolyose – dò thể) (TD: galactoglucan) Monose – ose + an Gọi tên ghép ỨNG DỤNG CỦA POLYSACCHARIDE TRONG THỰC PHẨM Lãnh vực ứng dụng PS thích hợp Làm bền nhũ tương / Carragenan, alginate, pectin, CMC huyền phù sữa (CarboxyMethylCellulose) đặc sữa chocolate Làm bền nhũ café Carragenan sữa, margarine có hàm lượng béo thấp Làm chất ổn đònh Carragenan, alginate, agar, kem, chống lại việc kết xanthan gum, gum tragacanth, tinh đá, nóng chảy hay guaran gum, tinh bột biến tính, tách pha, cải thiện cấu CMC, MC (MethylCellulose) trúc Làm chất giữ nước, cải Carragenan, agar, gum thiện cấu trúc, tăng độ tragacanth, karaya gum, algin, mềm cho phô mai CMC Tạo đặc, tạo gel cho sữa Pectin, alginate, carragenan, làm bánh pudding, bánh guaran gum, tinh bột biến tính, kem CMC Làm chất giữ nước agar, karaya gum, guaran gum làm bền nhũ cho sản phẩm thòt Làm chất tạo đông cho Carragenan, algin, agar sản phẩm thòt, cá, rau Chất làm bền tạo Gum tragacanth, algin, karaya đặc chống vữa cho soup, gum, xanthan gum, guaran gum, sauce, nước trộn salad, tinh bột biến tính, CMC, glycol mayonnaise sản alginate phẩm có hàm lượng tinh bột lipid thấp Làm bền bọt bia, bọt Carragenan, algin, agar, gum kem, bánh nướng từ arabic, karaya gum, xanthan gum trứng Là chất giữ ẩm cho Agar, xanthan gum, carragenan, bánh mì, bánh lan, guaran gum tạo độ mềm cho bánh Tạo đặc, tạo gel cho bột Pectin, alginate chà trái (confiture,jam, jelly, yaourt, ) Tạo gel cho lọai kẹo Pectin, alginate, carragenan, agar, trái nghiền, lọai mứt đông Ổn đònh độ phân tán thòt sản phẩm nước đục Làm bền nhũ cho sản phẩm chứa chất thơm dạng bột, dạng nhộng gum arabic, tinh bột biến tính Pectin, alginate, propylen glycol, alginat, gum arabic, xanthan gum, guaran gum, MC Gum arabic, gum ghath, xanthan gum TINH BỘT (Thành phần hạt ngũ cốc củ lương thực)  Dạng hạt, tinh bột từ nguyên liệu khác có dạng khác  dạng cấu tạo tinh bột : amilose (AM) amilopectin (AP) Tỷ lệ AM/AP = 1/4 Ngoại lệ : đậu xanh (75%AM); nếp (>90% AP); lúa mì, bắp (AM/AP = 1/3) Cấu tạo hóa học : glucan (-D-glucose) Amilose Amilopectin Quá trình trương nở – hồ hoùa – O H O H H H +H2O O H O H H TO O O H H O O H H H O thoái hóa Tinh bột biến tính (modified) (*) Dùng gốc bền để nối mạch : epichlohydric, nhiệt độ cao không bò đứt mạch, không giảm độ nhớt (nước sốt đồ hộp) [*] (*) Đưa gốc cồng kềnh vào mạch tinh bột, sợi không tiến gần nhau, nước không bò tách (hồ dán, tương ớt) [**] O O O CH2 CH OH CH2 O (*) O C CH3 CH3 C O (**) Sự thủy phân tinh bột +H2O; H+/E Tinh bột Dextrin (Mpt khaùc nhau) Maltose, Glucose [1] Dextrin  dextrin : – gốc glucose liên kết 1,6-glucoside  dextrin : có Mpt lớn Amilosedextrin Mpt = 500.000 xanh I2 tủa o rượu 40 Erithrodextrin Mpt = 10.000 tím I2 tủa o rượu 65 Achrodextrin Mpt = 4-6.000 nâu đỏ I2 tủa o rượu 70 Maltodextrin Mpt < 4.000 cam I2 không tủa [2] Enzym: Amylase E alpha-amylase (Termamyl) Tinh t (endo, lk 1,4; bấ t kỳ ) alpha-dextrin +Maltose +Glucose Tinh t E beta-amylase (Fungamyl) beta-dextrin +Maltose (exo, lk 1,4; cắ t từ ng gố c từđầ u khô ng khử ) Tinh t E gama-amylase (GAM-Glucoamylase) (exo, lk 1,4 và1,6; cắ t từ ng gố c mộ t từđầ u khô ng khử ) Glucose [3] Chỉ số DE : Dextrose Equivalent DE = Lượng đường khử quy thành glucose / tổng lượng tinh bột Tinh bột DE = Maltodextrin DE = – 20 Siroglucose DE > 20 CELLULOSE  PS cấu tạo nên vách tế bào thực vật, loại polyme sinh học có nhiều tự nhiên  -D-Glucan, monome -D-glucose, liên kết 1,4-glucoside  Chuỗi polyme chứa hàng chục nghìn gốc MS, dạng thẳng không xoắn  Mỗi chuỗi cellulose chứa hàng chục ngàn gốc glucose xếp song song tạo thành cấu trúc dạng sợi nhờ liên kết hydro ngang  Các sợi lại kết hợp với tạo thành bó sợi  Cấu trúc bền nhờ vô số liên kết hydro, khó thủy phân 5000 glucose/phân tử cellulose – 500.000 phân tử cellulose/ sợi – chứa 2,5 tỷ liên kết hydro  o g Kh ân có giá trò dinh dưỡng cần thiết để loại trừ chất độc khỏi thể (khi kết hợp với pectin), tăng cường nhu động ruột giúp tiêu hoá dễ dàng PECTIN  Galacturonic acid = MS galactose, liên kết 1,4glucoside  Acid pectic (-D-1,4-polygalacturonic acid): 100 gốc Galacturonic acid Pectic acid - alpha-D-Polygalacturonic acid (PGA)  Pectin tên gọi chung hỗn hợp gồm loại polysaccharide HOMOGALACTURONAN, chứa MS tên gọi D-galacturonic acid, acid methyl ester hoá theo nhiều tỷ lệ khác chứa nhiều nhóm methoxyl (COOCH3) RHAMNOGALACTURONAN I, PS tạp, chứa MS L-rhamnose D-galacturonic acid Mạch nhánh α-(1-5)-L-arabinan β-(1-4)-D-galactan RHAMNOGALACTURONAN II, PS phức tạp, có độ phân nhánh cao CÁC CHỈ SỐ CHẤT LƯNG  Chỉ số Methoxy Index MI = % khối lượng nhóm methoxy khối lượng phân tử MImax = 16,3% MI pectin thực vật = 10 – 12 %  Chỉ số Degrees of Esterification DE = % số nhóm methoxy tổng số nhóm chức DEmax = 100% DE pectin thực vật = 62 – 75 % PHÂN LOẠI PECTIN [1] Theo % nhóm methylen phân tử pectin + HMP : High Methoxyl Pectin; DE > 50% + LMP : Low Methoxyl Pectin ; DE  50% [2] Theo khả hòa tan nước + Pectin hoà tan: Methoxyl polygalacturonic + Pectin không hòa tan: Araban (thành tế bào) Protopectin = Pectin + NGUỒN GỐC  Được sinh tổng hợp thể Golgi tồn chung với hemicellulose cấu trúc thành tế bào thực vật  Bò thuỷ phân enzyme protopectinase, pectinase thành pectinic acid cuối thành pectic acid Quá trình làm cho trái giảm độ cứng, mềm dần  Táo, mận, trái có múi, chuối, long chứa nhiều pectin Trái mọng nước cherry, dâu, dứa lại có pectin  Sản xuất cách trích ly pectin từ bã táo ép hay vỏ cam qt (hồ tan acid nóng, kết tủa lại dung mơi ethanol, methanol hay propanol KHẢ NĂNG TẠO GEL CỦA PECTIN Tạo liên kết Hydro: chế đường / acid HMP Cấu trúc gel  số liên kết Hydro ([đường], [acid], [pectin]) Đường > 60% pH = – 3,5 pectin = 0,5 – 1% Tạo với Ca : LMP Cấu tạo gel  nồng độ Ca; pH = 3,5 - liên kết CHITIN Là dẫn xuất cuûa cellulose HO CH2OH O O O H OH CH2OSO3O OH H O NHCOCH3 n GLYCOGEN ( PS đồng thể, cấu tạo giống tinh bột, PS động vật) Amilopectin glycogen CHUYỂN HOÁ CARBOHYDRATE TRONG CHẾ BIẾN BẢO QUẢN Các nguyên liệu chứa carbohydrate Rau quả: đường, pectin, protopectin, tinh bột, cellulose, hemicellulose,… Lương thực: tinh bột, đường, cellulose, hemicellulose,… Phản ứng thủy phân Tinh bột đường, dextrin (bánh kẹo,bia,cồn,mạch nha,…) Protopectin pectin (mềm trình chín) Hemicellulose đường ( nt ) Phản ứng oxy hóa Quá trình hô hấp hiếu khí C6H12O6 + O2 CO2 + H2O Quá trình hô hấp yếm khí : trình lên men C6H12O6 C2H5OH + CO2 Phản ứng tạo màu Đường caramel Đường + acid amin melanoidine ... cấu tạo giống tinh bột, PS động vật) Amilopectin glycogen CHUYỂN HOÁ CARBOHYDRATE TRONG CHẾ BIẾN BẢO QUẢN Các nguyên liệu chứa carbohydrate Rau quả: đường, pectin, protopectin, tinh bột, cellulose,