Carbohydrate có thể phđn chia theo bản chất hóa học thănh 2 nhóm chính: nhóm câc loại
ñường vă nhóm không chứa ñường (Bảng 6.1). Nhóm ñường ñơn giản nhất bao gồm câc monosaccharide chia lăm câc nhóm phụ triose, tetrose, pentose, hexo vă heptose, phụ thuộc văo số nguyín tử cacbon trong phđn tử. Monosaccharide liín kết với nhau ñể tạo thănh di, tri hoặc tetra-polysaccharidẹ
Thuật ngữ “ñường” giới hạn với carbohydrat chứa ít hơn 10 ñơn vị monosaccharide,
ñồng thời thuật ngữ oligosaccharide (oligos tiếng Ai Cập lă một văi) dùng ñể chỉ câc loại ñường trừ monosaccharidẹ
Polysaccharide, còn gọi lă glycan lă câc polyme của câc ñơn vị monosaccharidẹ Chúng
ñược phđn thănh 2 nhóm: nhóm homoglycan chứa một ñơn vị monosaccharide vă nhóm heteroglycan khi thủy phđn cho ra nhiều ñơn vị monosaccharidẹ Khối lượng phđn tử của polysaccharide rất khâc nhau từ 8.000 trong một văi loại fructan của thực vật ñến 100 triệu trong amylopectin của tinh bột. Quâ trình thủy phđn polysaccharide thănh ñường chịu ảnh hưởng bởi hoạt ñộng của câc enzyme ñặc hiệu hoặc axit.
Carbohydrate phức tạp chứa carbohydrate kết hợp với phđn tử không chứa carbohydrate, bao gồm glycolipit vă glycoprotein.
Bảng 6.1. Phđn loại carbohydrate
Triose
C3H6O3 Glyceraldehyte Dihydroxyacetone Treose (C4H8O4) Erythrose Monosaccharide Pentose (C5H10O5) Arabinose Xylose Xylulose Ribose Ribulose
ðường Hexose (C6H12O6)
Glucose Galactose Mannose Fructose Heptose (C7H14O7) Sedoheptulose Disaccharide Succarose Lactose Maltose Cellobiose Oligosacharide Triasaccharide Raffinose
Kestose Tetrasaccharide Arabinan Xylan Stachynose Homoglycan Glucan Tinh bột Dextrin Glycogen Cellulose Callose Polysaccharide Fructan Galactan Mannan Glucosamine Inulin Levan Hợp chất không chứa ñường Heteroglycan Hợp chất pectic Hemicellulose Gum Câc chất nhầy axit Axit hyaluronic Chondroitin Carbohydrate Carbon phức tạp Glycolipit Glycoprotein
1CHO CHO HO3CH HCOH H2COH HOCH H4COH HOCH H5COH HOCH 6CH2OH CH2OH D-Glucoz L-Glucoz 6.2.1. Monosaccharide
Cấu trúc. Công thức của glucose có thể viết ở dạng thẳng như sau:
Rõ răng lă phđn tử monosaccharide có chứa nhóm aldehyte (CHO) vă ñường chứa nhóm năy thuộc nhóm aldosẹ Do sự có mặt của 4 nguyín tử cacbon trong aldohexose nín có 16 ñồng phđn lập thể, 8 dạng D vă 8 dạng L. Công thức chuỗi của hexose có thể chứa một nhóm xíton (CO) thay vì nhóm aldehyte, ví dụ trường hợp của fructosẹ
Monosaccharide tồn tại ở dạng tự do, chỉ có ở một số thực vật vă mô cơñộng vật. Trong thực vật, monosaccharide lă tiền thđn của polysaccharide (ñường ñơn vă ñường ña). ðặc tính chung của monosaccharide lă hoạt ñộng như những chất khử do sự có mặt câc nhóm aldehyt hay xeton. ðặc tính khử của ñường thể hiện ở chỗ: khử ion kim loại như Zn hoặc Cu trong môi trường kiềm. Nhóm aldehyt hay xeton có thể bị khử bởi hóa học hoặc bởi enzyme ñể hình thănh rượu của ñường tương ứng.
Câc nhóm monosaccharide quan trọng
Hexose. ðường quan trọng nhất của hydrat cacbon trong thức ăn vă trong cơ thể ñộng vật lă ñường 6 carbon gọi lă hexosẹ ðại diện của ñường 6 carbon có: glucose, galactose, fructose vă mantosẹ ðường hexose tồn tại ở dạng tự do rất ít (ví dụ, fructose có trong nước hoa quả, glucose ở trong mâu).
Pentose. ðường pentose (ñường ñơn có 5 nguyín tử cacbon trong phđn tử có arabiose vă xylosẹ Chúng lă những ñơn vị cơ bản ñể cấu trúc nín ñường pentose loại ñường năy có nhiều ở
vâch tế băo thực vật; hoặc ñường ribose vă deroxyribose lă ñơn vị cơ bản của axit nucleotic vă câc enzym. Dẫn xuất quan trọng nhất của ñường hexose lă ñường amino (thănh phần của mucopolysaccharide vă glycoside).
Heptose. D-sedohetulose lă ví dụ quan trọng của monosaccharide chứa 7 carbon. ðường heptose xuất hiện dạng photphat hay chất trung gian trong con ñường chuyển hóa photphat pentosẹ
Dẫn suất của monosaccharide
Este axit photphoric. Este của axit photphoric với ñường có vai trò quan trọng trong câc phản ứng trong cơ thể sống. Este quan trọng nhất lă với glucose ở vị trí nguyín tử câcbon 1 hoặc 6 hoặc cả haị
ðường có nhóm amino. Nếu nhóm hydro ở nguyín tử cacbon số 2 của aldohexose ñược thay thế bởi nhóm amino (-NH2) thì hợp chất mới lă một ñường có nhóm aminọ Trong tự nhiín tồn tại hai nhóm quan trọng lă D-glucosamine lă thănh phần chính của chitin (trong vỏ tôm, chđu chấụ.) vă D-galactosamine lă thănh phần polysaccharide của sụn.
1CH2OH CH2OH HO3CH HCOH 2C=O O=C H4COH HOCH H5COH HOCH 6CH2OH CH2OH D-Fructoz L-Fluctoz
ðường deoxy. Thay thế nhóm hydroxyl bởi hydro hình thănh ñường deoxỵ Dẫn xuất của ribose, deoxyribose lă thănh phần cấu tạo của axit deoxyribonucleic (DNA). Tương tự như
vậy, dẫn xuất của galactose lă fucose vă mannose lă rhamnose, vă chúng lă thănh phần của heteropolysaccharidẹ
Axit từñường. Câc aldose có thể bị oxy hóa thănh axit, trong ñó có câc axit quan trọng sau: axit aldonic, axit aldaric vă axit uronic. ðối với glucose thì có câc dẫn xuất axit sau: gluconic, glucanic vă glucoronic.
Rượu từ ñường. Câc ñường ñơn giản có thể bị oxy hóa thănh rượu polyhydric, ví dụ, glucose thănh sorbitol, galactose thănh dulciol, còn mannose vă fructose ñều thănh mannitol. Mannitol xuất hiện trong cỏủ silô do hoạt ñộng của vi khuẩn phđn giải fructosẹ
Glycoside. Nếu hydro của nhóm hydroxyl bất kỳ của glucose ñược thay bởi este hay alcohol hay phenol hình thănh nín glucosidẹ Tương ứng, galactose hình thănh galactoside vă fructose thănh fructosit. Oligosaccharide vă polysaccharide thuộc nhóm glycoside khi thủy phđn tạo thănh ñường hoặc dẫn suất của ñường. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Glycoside cyanogenetic khi thủy phđn giải phóng HCN-có tính ñộc nín những thực vật chứa nhóm glycoside trín ñều ñộc ñối với gia súc. Bản thđn glycoside không gđy ñộc vă phải thủy phđn chúng trước khi gđy ñộc. Tuy nhiín, glycosit dễ dăng bị thủy phđn bởi enzyme có mặt trong thực vật. Ví dụ, linamarin (còn gọi phaseolunatin) có trong sắn, ñậu Java vă hạt lanh khi bị thủy phđn (hydrolysis) tạo thănh HCN, glucose vă acetonẹ Một số glycoside quan trọng có trong tự nhiín trình băy ở bảng 6.2.
Bảng 6.2. Một số glycoside cyanogenetic tự nhiín quan trọng
Tín Nguồn Sản phẩm khi thủy phđn ngoăi glucose vă HCN
Linamarin ðậu Java, sắn vă hạt lanh Acetone
Vicianin Vicia angustfolia Arabinose, benzaldehyt Amygdalin Mận, ruột quả ñăo, dứa vă quả của
Rosaceae Benzaldehyte
Dhurrin Lâ kí (Sorghum vulgare) p-hydroxy-benzaldehyt Lotaustralin Trefoil (Lotus australis), cỏ ba lâ
trắng (Trifolium repens)
Methylethyl xeton
6.2.2. Oligosaccharide
Nhờ sự liín kết từ 2 ñến 10 monosaccharide vă giải phóng nước, xuất hiện oligosaccharidẹ Oligosaccharide có ba nhóm: di-, tri- vă tetrasaccharidẹ
Disaccharide
Nhóm năy xuất hiện nhiều trong tự nhiín vă có những ñường quan trọng sau: saccarose, maltose, lactose vă cellobiose khi thủy phđn cho hai phđn tử hexose:
C12H22O11 + H2O = 2C6H12O6
ðường saccharose có nhiều trong mía vă củ cải ñường, có cấu trúc phđn tử: α-D-glucose + β-D-fructosẹ Mía chứa 20% ñường saccharose, củ cải ñường chứa 15-20%...
ðường lactose còn gọi lă ñường sữa lă sản phẩm tổng hợp từ tuyến vú. Sữa bò chứa 43- 48 g/kg. Lactose tan trong nước không nhanh vă không ngọt như glucosẹ Lactose chứa 1 phđn tử α-glucose liín kết với một phđn tửβ-galactose qua liín kết β-(1-4). Lactose bị lín men một câch nhanh chóng do vi sinh vật, chủ yếu lă Streptococcus lactis. Nhóm vi sinh vật năy lăm
chua sữa do biến ñường lactose thănh axit lactic (CH3.CHOH.COOH). Ở nhiệt ñộ 1500C lactose chuyển thănh mău văng, 1750C thănh mău nđu, gọi lă lactocaramel.
Mantose (ñường mạch nha) lă sản phẩm phđn giải tinh bột vă glycogen bởi axit loêng hoặc enzymẹ Matose thường có nhiều trong câc loại hạt như ñại mạch, mì, thóc... ðại mạch hoặc thóc khi lín mầm bị khống chế vă ñem sấy ñể lăm mạch nha sử dụng cho sản xuất biạ Maltose dễ tan trong nước vă không ngọt như saccharosẹ Maltose do hai phđn tửα-D-glucose liín kết với nhau qua vị trí α-1,4 vă có một nhóm hoạt ñộng.
Cellobiose không tồn tại trong tự nhiín như lă ñường tự do, lă sản phẩm phđn giải từ
cellulosẹ Cellubiose ñược tạo thănh từ hai β-D-glucose lă sản phẩm của phđn giải celulose liín kết thông qua mạch nối β-(14). Liín kết năy không bị bẻ gêy bởi enzyme tiíu hóa của ñộng vật có vú, tuy nhiín, bị phđn giải bởi enzyme vi sinh vật. Cellobiose cũng chỉ có một nhóm hoạt
ñộng.
Trisaccharide
Raffinose vă cestose lă hai ñại diện của nhóm trisaccharidẹ Chúng ñều không phải lă chất khử vă khi thủy phđn cho ba phđn tửñường hexose:
C18H32O16 + H2O = 3C6H12O6
Raffinose lă nhóm ñường phổ biến nhất, có hầu hết trong thực vật như lă saccharosẹ Nó có lượng nhỏ trong củ cải ñường vă hình thănh trong rỉ mật trong khi chế biến ñường saccharosẹ Hạt bông chứa khoảng 80 g raffinose/kg. Khi thủy phđn raffinose tạo thănh glucose, fructose vă galactosẹ Cestose cũng như dẫn suất của nó có trong từng phần của rau vă hạt cỏ
hòa thảọ
Tetrasaccharide
Nhóm năy ñược hình thănh từ bốn monosaccharidẹ Stachyose thuộc nhóm năy, có mặt hầu hết trong thực vật bậc caọ Nó không phải lă ñường khử vă thủy phđn tạo thănh hai phđn tử
galactose, một phđn tử glucose vă một phđn tử fructose: C24H42O21 + 3H2O = 4C6H12O6
2.3. Polysaccharide (Glycan) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Polysaccharide ñược cấu tạo từ câc monosaccharide, gồm có homoglycan, heteroglycan vă lignin.
Homoglycan
Nhóm carbohydrate năy rất khâc với nhóm ñường. Khâc cơ bản lă trọng lượng phđn tử
cao, hình thănh từ nhiều pentose vă hexosẹ Homoglycan không mang ñặc tính phản ứng ñường của aldose vă cestosẹ Nhiều loại homoglycan có trong thực vật như tinh bột (nguyín liệu dự
trữ) vă cellulose (chất liệu cấu tạo).
Arabinan vă xylan
Arabinan vă xylan lă polyme của arabinose vă xylosẹ Chúng ñược tìm thấy trong sự kết hợp với câc loại ñường khâc như lă thănh phần của heterpglycan.
Glucan
Tinh bột lă một glucan có nhiều trong thực vật như lă nguồn dự trữ cacbon hydrat. Nó có rất nhiều trong hạt, quả, củ vă rễ. Tinh bột có trong tự nhiín ở dạng hạt với kích cỡ vă hình thù khâc nhaụTinh bột lă hỗn hợp của hai polysaccharide khâc nhau: amylose vă amylopectin, tuy nhiín rất khâc nhau về cấu trúc hóa học trừ một số trường hợp. Tỷ lệ của câc nhóm trong tinh bột phụ thuôc văo nguồn nhưng amylopectin lă thănh phần chủ yếu chiếm khoảng 70-80%. Người ta có thể kiểm tra nhanh chất lượng tinh bột thông qua phản ứng với iôt: Amylose cho mău xanh ñậm vă amylopectin cho mău violet hoặc mău ñỏ tíạ
Amylose có cấu trúc thẳng, ñó lă liín kết giữa α-D-glucose ở vị trí câcbon 1 vă câcbon 4 của phđn tử glucose khâc. Liín kết α-(1→6) chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong amylosẹ Amylopectin có cấu trúc phức tạp hơn bao gồm liín kết α-(1→4) lă chính vă cả liín kết α-(1→6).
Hạt tinh bột không tan trong nước lạnh nhưng khi khuấy ñều vă ñun nóng thì bị trương phồng vă dẻọ Hạt tinh bột khoai tđy trương phồng to vă vỡ ra, còn tinh bột hạt cốc thì chỉ
trương phồng. Trong thực tế chăn nuôi, gia súc ñược cho ăn một khối lượng lớn tinh bột của hạt cốc vă sản phẩm phụ của hạt cốc.
Glycogen
Glycogen lă thuật ngữ ñể chỉ nhóm polysaccarrit mạch nhânh ñược tâch ra từ ñộng vật hay vi sinh vật. Glycogen có nhiều trong gan, cơ vă câc mô khâc của ñộng vật. Glycogen lă những glucan có cấu trúc tương tự amylopectin vì vậy có thuật ngữ riíng cho glycogen lă "tinh bột ñộng vật". Glycogen lă cacbon hydrat dự trữ ởñộng vật vă ñóng vai trò quan trọng trong trao ñổi năng lượng.
Khối lượng phđn tử glycogen rất khâc nhau tùy theo loại ñộng vật, dạng mô cơ vă trạng thâi sinh lý. Ví dụ, glycogen của gan chuột có khối lượng phđn tử 1 - 5 x 108, trong khi ñó glycogen cơ lă 5 x 106.
Dextrin
Dextrin lă sản phẩm trung gian của quâ trình thủy phđn tinh bột vă glycogen: Tinh bột
dextrin → maltose → glucose Glycogen
Dextrin tan trong nước vă tạo thănh dung dịch giống như gôm (dính). Sự có mặt dextrin trong thức ăn ngũ cốc hình thănh những tính chất như cứng, nướng ñược vă chây từng phần.
Cellulose
Cellulose lă polyme ñơn phổ biến trong thực vật, lă cấu trúc vững chắc cho măng tế băọ Dạng thuần của cellulose ñược tìm thấy trong sợi bông. Cellulose thuần lă một homoglycan có khối lượng phđn tử cao ñược hình
thănh từ câc ñơn vị cellobiose (hình 6.1).
Trong thực vật, chuỗi cellulose ñược hình thănh theo trật tự nhất ñịnh thông qua cầu nối hydro cả trong vă ngoăi phđn tử. Trong câc tế băo thực vật, cellulose liín quan chặt chẽ về cả lý tính vă hóa tính với câc thănh phần khâc, ñặc biệt lă hemicellulose vă lignin.
Callosẹ Callose lă thuật ngữ
chỉ nhóm polysaccharide chứa liín kết β-(1,3) vă β-(1,4). Câc β-glucan năy có mặt trong thực vật bậc cao như lă thănh phần của măng tế băo chỉ xuất hiện trong một số giai ñoạn
Fructan
Fructan lă nguyín liệu dự trữ trong rễ, thđn, lâ vă hạt của nhiều loăi thực vật, nhưng chủ
yếu ở hai họCompositae vă Gramineae. Trong họGramineae, fructan chỉ có trong câc loăi cđy ôn ñớị
Fructan tan trong nước lạnh vă có khối lượng phđn tử thấp. Toăn bộ
fructan ñều chứa câc mảnh β-D-frutose liín kết với nhau qua cầu nối 2,6 hoặc 2,1. Fructan có thể chia lăm ba nhóm: nhóm levan với ñặc trưng liín kết 2,6; nhóm inulin chứa liín kết 2,1; vă (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nhóm fructan có nhânh tìm thấy trong cỏAgropyron repens. Nhóm năy chứa cả hai loại liín kết trín.
Galactan vă mannan
Galactan vă mannan lă polyme của galactose vă mannose có mặt trong thănh tế băo thực vật. Mannan lă thănh phần chính của thănh tế băo hạt cđy cọ vă dừạ Trong khi ñó, hạt của nhiều cđy bộñậu như cỏ clover, trefoil vă medicago chứa galactan.
Bảng 6.3. Khối lượng vă số lượng phđn tử glucose trong cấu trúc polysaccharide khâc nhau Polysaccharide Khối lượng phđn tử Số lượng phđn tử glucose Amylose 16.200 - 97.200 100 - 600
Amylopectin 48.600 - 972.000 300 - 6.000 Glycogen 972.000 - 4.050.000 6.000 - 25.000 Cellulose 972.000 - 1.296.000 6.000 - 8.000
Glucosamine
Chitin lă ñiển hình của homoglucan chứa glucosaminẹ Chitin phđn bố nhiều trong ñộng vật bậc thấp vă ñặc biệt có nhiều trong Crustacae (giâp xâc), trong nấm vă văi loại tảo xanh. Chitin có cấu trúc giống với cellulose (hình 6.1) vă lă polysaccharide phổ biến trong tự nhiín sau cellulosẹ
Heteroglycan
Heteroglycan lă một loại polysaccharide, trong ñó gồm nhiều loại hương vị một số chất khâc. Những heteroglycan có ý nghĩa trong dinh dưỡng bao gồm: hemicellulose, pectin, mucopolysaccharide vă glycopotein.
Hemicellulose
Hemicellulose lă polysaccharide trong măng tế băo tan trong dung dịch kiềm vă có liín kết chặt chẽ với cellulosẹ Về cấu trúc, hemicellulose có thănh phần chính lă D-glucose, D- galactose, D-mannose, D-xylose vă L-arabinose liín kết với câc thănh phần khâc vă nằm trong liín kết glucosidẹ Hemicellulose cũng có thể chứa axit uronic.
Lignin
Lignin không phải lă carbohydrate nhưng có liín kết chặt chẽ với nhóm năy ñể cấu tạo măng tế băo vă lăm cho cđy cứng câp. Lignin lă một polyme bắt nguồn từ ba dẫn xuất của phenylpropal: rượu coumaryl, coniferil vă sinapyl. Một phđn tử lignin bao gồm nhiều ñơn vị
phenylpropanoit ñan chĩo nhau thănh liín kết phức hợp.
Rượu coumaryl: R = R1 = H
Rượu coniferil: R = H; R1 = OCH3 Rượu sinapyl: R = R1 = OCH3
Trong dinh dưỡng ñộng vật, lignin rất ñâng quan tđm vì nó không bị tiíu hóa bởi enzym của cơ thể vật chủ. Lignin còn liín kết với nhiều polysaccharide vă protein măng tế băo ngăn trở quâ trình tiíu hóa câc hợp chất ñó. Gỗ, cỏ khô vă rơm rất giău lignin nín tỷ lệ tiíu hóa thấp trừ khi ñược xử lý hóa học ñể bẻ gêy liín kết giữa lignin với câc hydrat cacbon khâc.
Thực vật căng giă, lượng lignin tích tụ căng lớn. Lignin chỉ bị phđn giải bởi enzyme của mối, mọt... Lignin chiếm tới khoảng 13-15% trong chất khô của cđy cỏ hòa thảọ
6.3. SỰ CHUYỂN HOÂ ðƯỜNG Ở CÂ
Tinh bột Dextrin + Maltose + Glucose Dextrin Glucose + Maltose
Maltose Glucose + Glucose Lactose Glucose + Galactose Sucrose Glucose + Fructose
Câ có khả năng hấp thu tốt glucose, nhưng khả năng sử dụng glucose thì kĩm hơn ñộng vật trín cạn. Theo dõi trín câ ăn khẩu phần giău tinh bột hay glucose, thấy rằng lượng ñường trong mâu tăng lín rất cao vă kĩo dăi, khâc với ñộng vật có vú có hăm lượng ñường trong mâu rất thấp vă ổn ñịnh. Thực ra, câ có khả năng tiết ra insulin (sau bữa ăn hăm lượng insulin tăng trong khoảng 5-48mg/ml plasma, nhưng khi nhịn ñói chỉ có 1-3mg/ml). Insulin có tâc dụng biến glucose thănh glycogen dự trữở gan, cơ vă nêo vă từñó lăm giảm lượng ñường trong mâụ Tuy