Chương 4 Gluxit hợp chất cao năng

− Các chất này giữ vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất và cung cấp năng lượng hoạt hóa các cơ chất, chuẩn bị tham gia vào quá trình trao đổi chất.− Việc sinh tổng hợp hay ph

chương IV Glucid

HỢP CHẤT CAO NĂNG

Acid nucleic có mặt trong nhân và nguyên sinh chất tế bào, nó có nhiều chức năng sinh học, nhưng chức năng quan trọng nhất của nó là tham gia vào việc di truyền và sinh tổng hợp protein

− Acid thường gặp là: ARN : acid ribonucleic

AND : acid dexoxyribonucleic

− Thành phần của acid nucleic là:

Baz nitơ : H3PO4 : đường pentoza = 1:1:1

NH2

N C

N

H2Adenin (6NH purin)2 Guanin (2NH 6 Oxypurin)2

O

H

H

N N O

2 Đường pentoza

3 Nucleozit = bơ nitơ + pentoza : (C3 hoặc C9 ) + C'1

Adenin, guanin, xitozin: kết hợp được với cả riboza và desoxyriboza

4 Nucleotid :

Nucleotid = Nucleozit + H3PO4 (phosphoryl hóa)

5 Acid nucleic:

ADN: acid desoxyRibonucleic

Thành phần Pentoza: desoxyRibozaBase: A – T – G – X

ARN: acid Ribonucleic

Thành phần Pentoza: RibozaBase: A – U – G – X

Cầu phosphat sẽ nối liền vị trí C5’ của Nucleotid này với C3’ của Nucleotid khác

N

N OH

O OCH2

P O

OH

O O

P O

OH

O H

O O

P O

OH

O O

P O

OH

AMP

ADP liên kết cao năng

ATP

6 Hợp chất cao năng:

− Các chất này giữ vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất và cung cấp năng lượng hoạt hóa các cơ chất, chuẩn bị tham gia vào quá trình trao đổi chất.

− Việc sinh tổng hợp hay phân hủy một liên kết cao năng sẽ cần một năng lượng Q = 6000 - 10.000 cal/mol

ATP ADP + ( P) + 7000 cal/mol

− Tại sao cần biết về hợp chất cao năng trước khi học đường và béo vì năng lượng cung cấp do phản ứng oxy hóa glucid, lipid sẽ được tích lũy bằng cách tạo liên kết cao năng Khi cơ thể cần năng lượng để chuyển hóa các chất hay để vận động thì các liên kết này sẽ bị phân hủy, giải phóng lượng năng lượng được tích lũy

I- KHÁI NIỆM CHUNG:

1 Định nghĩa thành phần cấu tạo :

− Glucid là nhóm các hợp chất hữu cơ phổ biến trong cơ thể thực vật , động vật, vi sinh vật

− Thành phần cấu tạo chính là C, H, O, các nguyên tố khác như S, N rất ít khi gặp

− Do tỉ lệ H:O của glucid giống H2O (2:1) nên trước đây glucid được gọi là hydrat cacbon Về sau người ta phát hiện một số glucid có thành phần nguyên tố không giống nước ( đường desoxyribose C5H10O4), ngược lại có một số hợp chất không phải là glucid mà vẫn có tỉ lệ H : O giống H2O ( acid lactic 3(CH2O) ), vì vậy tên gọi hydrat cacbon không còn phản ánh đúng nhóm hợp chất glucid nữa Một số loại sách tham khảo cũng vẫn còn sử dụng tên gọi hydrat cacbon đối với glucid

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

Đa số glucid có công thức: ( CH2O)n

TD: gluco (CH2O)6 = C6H12O6.

1 Nguồngốc của glucid:

− Glucid có mặt ở động vật, thực vật và vi sinh vật

− Trong các mô động vật glucid chỉ có 2%

Đối với thực vật , lượng glucid có thể có đến 80-90% chất khô Tỉ lệ này có khoảng thay đổi rất rộng

Thực

phẩm

Ngũ cốc

Khoai tây

Khoai lang

Cà chua

Cà rốt

Đậu nành

Đậu phộn

Đậu đen, trắng, xanhChất

TD: hạ đường huyết, tiểu đường

− Ơù thực vật, glucid tập trung ở tế bào thực vật, mô nâng đỡ, mô dự trữ Hàm lượng thay đổi theo từng loài, theo từng giai đoạn sinh trưởng, phát triển của thực vật ,…

− Glucid tồn tại trong tế bào thực vật ở dạng dự trữ Nó là sản phẩm đầu tiên của quá trình quang hợp ở thực vật, chuyển hóa quang năng ( ánh sáng mặt trời) thành hóa năng (glucid) thực vật tự tổng hợp được glucid từ CO2 và H2Obằng quá trình quang hợp là nhờ sắc tố clorophyl có trong tế bào thực vật (diệp lục tố)

− Người và động vật không có sắc tố chlorophyl nên không tự tổng hợp được glucid mà phải tự cung cấp qua con đường thức ăn 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

2 Vai trò của glucid:

a Vai trò sinh học:

(1) Nguồn dinh dưỡng dự trữ rất dễ huy động cung cấp các chất trao đổi trung gian và năng lượng tế bào

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

(3) Là thành phần cấu tạo hợp phần quan trọng nhất của tế bào như AND, ARN, glicoprotein…Tham gia tích cực trong quá trình tích lũy sao chép thông tin di truyền

b.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 )

− Nguồn glucid chính trong thức ăn của người và động vật là các sản phẩm thực vật, chủ yếu là tinh bột (gạo, bắp, đậu,…) đôí với người và cellulose đối với động vật

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

TD: 250-350g/ngày/người nặng 50kg

1g glucid cho 4.1 calo

− Sự chuyển hóa glucid dư thành lipid dự trữ ở mô mỡ là nguyên nhân gây bệnh béo phì ở người hay ăn đồ ngọt Ta đã biết lượng glucid cần thiết chỉ chiếm một lượng nhỏ Nếu ăn nhiều cơ thể sẽ chuyển hóa thành lipid ở các mô mỡ

− Sự chuyển hóa này thuận nghịch, nếu cơ thể thiếu glucid thì chất béo dự trữ sẽ được chuyển hóa ngược lại thành glucid Ta muốn giảm cân phải tìm cách tiêu tốn năng lượng cho nhiều để chuyển lipid thành glucid và không nạp thêm glucid từ ngoài.

c Vai trò trong công nghệ thực phẩm:

− Glucid là 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:

• Tạo vị ngọt

• Tạo màu sắc, mùi thơm (phản ứng Maillard)

• Cố định mùi

• Tạo ẩm

3 Phân loại đường:

∗ Có 2 loại đường theo cấu tạo hóa học:

1) Glucid đơn giản: monosaccarit (1 gốc đường) monoza

2) Glucid phức tạp : oligosaccarit (2 - 10 gốc đường )

Polysacarit ( nhiều gốc đường)

∗ Theo tính hoà tan : ta có 2 loại:

1) Glucid hòa tan:

• Glucose, fructose, saccarose

• Hòa tan tốt trong nước

• Dễ đồng hóa, dễ tạo glucogen

2) Glucid không tan:

• Tinh bột, cellulose, pectin,…

• Là nguồn cung cấp đường hòa tan theo phương pháp thủy phân

II-MONOSACCARIT:

1 Cấu tạo hóa học - cách gọi tên:

onosaccr

it (MS) là dẫn xuất aldehyd hoặc xeton của các polyalcol (polyol)

− Công thức chung là (CH2O)n n ≥ 3

− MS là nhóm glucid đơn giản nhất, khi tham gia quá trình trao đổi chất, chỉ tham gia các phản ứng oxy hóa khử sinh học, không tham gia quá trình thủy phân

C C H C

H2

O

OH OH H

glycerin

C

H2C C

H2

OH O OH

-2H

CH OH -2H CHOH

2

aldehyd glicerinic (aldoze)

dihydroxy aceton (cetoze)

− Khi oxy hóa các polyol, ta sẽ thu được các dẫn xuất ceton hay aldehyd Dẫn xuất ceton (-C=O) được gọi là cetose, dẫn xuất aldehyd gọi là aldose

− Đánh số mạch carbon:

Vị trí carbon trong MS được đánh số theo nguyên tắc đánh số 1 ở đầu nguyên tử C nào gần nhóm carboxyl (-CHO) hay ceton (-C=O) nhất

2 Dạng tồn tại của MS :

Monosaccarit có 2 dạng tồn tại: mạch thẳng và mạch vòng

a Cấu tạo mạch thẳng:

− Dạng aldose và cetose của các polyol

− Vì trên mạch polyol có nhiều C* bất đối nên tồn tại một số đồng phân quang học

Nếu gọi n = số C* bất đối

Thì số đồng phân quang học (lập thể) sẽ là 2n

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

Dạng L: -OH ở phía trái C*

(+): độ quay cực về bên phải

(-): độ quay cực về bên trái

CHO CHOH CHOH CHOH CHOH

CH2OH

1 2 3 4 5 6

CH2OH C

CHOH CHOH

CH2OH

O

1 2 3 4 5

b Cấu taọ mạch vòng:

− Trong thực tế số đồng phân lập thể lớn hơn 2n , điều này chứng tỏ ngoài đồng phân mạch thẳng

ta còn có các đồng phân mạch vòng

− Một số phản ứng với aldehyd thông thường không thể xảy ra với đường, điều đó chứng tỏ nhóm aldehyd –CHO ở đường có thể tồn tại ở một dạng khác

− Đường lại dễ dàng tạo hợp chất ete với metanol, tạo dẫn xuất có nhóm –OCH3 , chứng tỏ rằng có một nhóm –OH trong phân tử đường có một tính chất đặc biệt khác các nhóm –OH khác

− Với hợp chất aldose C6 sự đóng vòng diễn ra ở vị trí C1-C4 vàC1-C5 tạo vòng 5 cạnh (furanose) và vòng 6 cạnh (piranose) Việc đóng vòng cũng thường xảy ra đối với đồng phân dạng D

− Với hợp chất cetose, sự đóng vòng C2-C5 tạo ra vòng furanose và C2-C6 tạo ra vòng piranose

− Thường hexose tạo vòng piranose còn pentose tạo vòng furanose.

− Mạch vòng có đồng phân do vị trí nhóm –OH

Dạng vòng viết theo hình đa giác 5,6 cạnh coi như là mặt phẳng, các gốc bên trái ở trên mặt phẳng đó, các gốc bên phải ở dưới mặt phẳng đó

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

− Trong dung dịch MS tồn tại ở 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 :

a Tính chất vật lý:

− MS là những tinh thể không màu hoặc màu trắng

− Hòa tan tốt trong nước, không tan trong dung môi hữu cơ do chứa rất nhiều nhóm OH

− Có độ ngọt khác nhau Đa số có vị ngọt

(1) phản ứng oxy hóa: oxh

− Tùy tác nhân mà quá trình oxy hóa diễn ra ở C1 và cả C cuối

− Nếu muốn phản ứng tạo –COOH chỉ xảy ra ở C cuối thì ta khóa gốc OH glucozit bằng cách metylen hóa nhóm đó

− Phản ứng với Cu2+ là phản ứng đặc hiệu của đường là cơ sở nguyên tắc cho phương pháp định đường Bertrand

Cu2+ trong thuốc thử Felling sẽ bị khử thành Cu+ là những tủa màu đỏ nâu Thu lấy kết tủa, hòa tan và định lượng, ta tính được lượng đường trong mẫu

glucose

CH2OH C

C C C

CH2OH D-sorbitol

Galatose Dulxitol Ribose Ribitol

MS có thể tham gia phản ứng thế với các acid amin

− Đây là phản ứng thể hiện tính chất của polyol –OH

− Thường gặp và quan trọng nhất là các ester phosphoric

− phản ứng xảy ra dễ dàng ở C1 và C6

− các ester phosphat này ở dạng năng lượng cao, để tích lũy năng lượng và dễ tham gia vào các phản ứng trong quá trình trao đổi chất

(5) Tạo liên kết glucoside:

− Đây là một phản ứng quan trọng và đặc trưng của dạng vòng MS Khi bị khép vòng nhóm OH ở

C1 của aldose và C2 của cetosecó tính chất đặc biệt khác với các nhóm OH khác Chúng có khả năng hoạt hóa rất cao, dễ dàng tham gia vào các phản ứng tạo thành glucoside với các hợp chất khác nhau Do đó nhóm OH này được gọi là nhóm OH glucoside

− Các nhóm kết hợp với nó được gọi là aglucon

Ta có các loại liên kết như:

C C C C C

CH2OH

H

N NH C6H5O

C C C C C

− Các phản ứng từ hợp chất glucozit có thể tạo những tính chất mong muốn cho sản phẩm thực phẩm.

− Khi aglucon là một phân tử đường khác thì ta sẽ tạo được các loại polyme của các MS

O

H H

(6) phản ứng dehydrat hóa:

C

C

C H C

CH2OH

H đđ -3H O

+

2

hexose Hydroxymethyl fucfural (mùi táo)

− Đây là phản ứng thường gặp trong quá trình chế biến thực phẩm, trong quá trình tinh luyện đường nó có trong mật rỉ, trong công nghệ rượu cồn.

− Các loại aldehyd này rất hoạt hóa vì có nối đôi và nhóm carbonyl CHO, dễ trùng hợp với các chất khác, gây độc cho thực phẩm

− Tuy vậy với nồng độ nhỏ, các hợp chất này tạo mùi thơm cho sản phẩm Khi kết hợp với một số chất tạo ra màu cho sản phẩm

− Các chất này có phản ứng tạo màu với thymol, Naphtol, là phản ứng định tính nhận biết pentose

TD:

Fucfurol + anilin+ HCl hợp chất màu đỏ

4 Các loại MS thường gặp:

∗ Pentose : 5C; dạng vòng furanose

− Arabinose

− Xilose

− Ribose

∗ Hexose : 6C

− Đây là nhóm glucid phổ biến hơn cả ở trong thiên nhiên

− Dạng vòng piranose chiếm đa số

(1) 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, là thành phần cố định trong máu

• Là thành phần của nhiều loại polysaccarit khác

(2) 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

(3) D-Mannose:

• Ít tồn tại ở trạng thái tự nhiên, thường là thành phần của một loại polysaccarit nào đó.

− Cấu tạo từ 2-10 gốc MS

− Vẫn còn giữ được một số tính chất của MS

− Dễ tan trong H2O, dễ kết tinh

O H

H

OH+

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

− Có trong thóc nảy mầm và mầm mạch do phản ứng Enzym thủy phân tinh bột (β-amilaza) : đường nha ( mạch nha)

− Độ ngọt khá cao, thường được dùng để sản xuất bánh kẹo

− Hạn chế sự tái kết tinh đường hay gặp khi sử dụng saccarose làm kẹo Ngoài ra đường maltose còn tạo được cấu trúc mềm dẻo cho các loại kẹo mềm

O

H OH H

− 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 4.5lần

− Hấp thu lactose bằng Enzym lactase thủy phân Ơû một số người không có loại Enzym này nên họ không uống sữa được (gây ói mửa, đau bụng), chỉ có thể uống sữa đã tách latose

O

H OH H H

OH OH

H H

− Phổ biến trong tự nhiên

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

− Trong mía saccarose chiếm gần như tòan bộ trọng lượng chất khô (14-25% nước mía) nên gọiø là đường mía

− Không còn gốc OH glucoside nên không còn tính khử

− Thủy phân saccarose-tạo đường nghịch đảo:

E.invertaseHCl,t0

Saccarose glucose +fructose

Tại sao gọi là đường nghịch đảo ?

dung dịch saccarose glucose + fructose +66.50 +52.50 -92.40

− 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

− Ưùng dụng :L trong công nghệ sản xuất kẹo, dung dịch đường nghịch đảo có độ nhớt thấp và độ hòa tan cao hơn so với dung dịch saccarose

− Tính hút ẩm của đường :

• Đường tinh hút ẩm nhiều hơn đường có tạp chất

• Đường khử có tính hút ẩm kém hơn đường không khử

• Tính hút ẩm của đường vừa có những ứng dụng nhưng cũng là nguyên nhân gây hư hỏng sản phẩm

TD: bánh cần mềm ẩm đường hút ẩm

Mứt kẹo chất hút ẩm làm tăng nhanh quá trình kết tinh dính

− Ngoài các loại DS đã được nhắc đến còn có nhiều loại khác, TS, tetra-S,…

• Fructose có khả năng hút ẩm mạnh nhất ( mật ong: giữ ẩm)

• Khả năng hút ẩm của đường ở HR (humidité relative) khác nhau

IV- POLYSACCARIDE:

− Là các loại đường tạo thành từ 10 monose trở lên

− Liên kết giữa các MS là liên kết glucoside [1,4 ; 1,6 ; 1,1 ; 1,2] nên hầu hết OH glucoside không còn, do đó PS không có tính khử

− Phân làm 1 loại:

(1) PS thuần : homopolyose Từ một loại monome

(2) PS tạp: heteropolyose: từ nhiều loại monome

− 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,…

1 Tinh bột:

∗ Là loại PS dự trữ trong thực vật, là thành phần chính của các hạt ngũ cốc và các củ lương thực

Đường nghịch đảosản phẩm khi thủy phân saccarose

Đậu : 65%

Trong các nguồn thực vật này, tinh bột lại tồn tại thành dạng hạt, hạt tinh bột làm thành từng lớp Mỗi lớp gồm amylose và amylopectin xếp xen kẽ với nhau.

∗ Cấu tạo hóa học:

Đây là một loại glucan: PS đồng thể với monose là glucose Cấu tạo của AM và AP hòan tòan khác nhau

− Thường từ 20-30 gốc glucose sẽ có phân nhánh, sự phân nhánh nhiều hay ít là do nguồn gốc của tinh bột, tạo ra những vùng vô định hình trong hạt tinh bột.

− M = 200000-1000000

− Không tan trong nuớc lạnh, tan trong nước nóng

− T0 hồ hóa > amiloza

− dung dịch amilopectin cho màu tím với I2

c Quá trình trương nở – hồ hóa –thoái hóa:

− Trong các hạt tinh bột, các sợi AM và AP xếp xen kẽ nhau tạo ra những liên kết hydro nội khi không có H2O dẫn đến bột rít (khô)

− Khi có H2O liên kết hydro ngoại được hình thành giữa các sợi với nhau Nước sẽ tấn công vào những vùnh vô định hình trước làm cho hạt tinh bột trương lên

− Ngoài hạt tinh bột có một lớp vỏ cũng bằng AM và AP, nếu nhiệt độ nước thấp tinh bột chỉ trương nở đến một nức nào đó rồi dừng lại

− Nếu gia nhiệt và khuấy trộn thì lớp vỏ sẽ bị phá vỡ AM và AP thóat ra, khả năng hút nước tăng tối đa, các liên kết hydro nội bị đứt, nước xâm nhập vào vùng vô định hình và vùng kết tinh nhiều đến khi các sợi AM và AP trượt lên nhau, trở nên hòa tan tạo thành dung dịch hồ tinh bột gọi là sự hồ hóa

− Nhiệt độ tại đó hiện tượng hồ hóa xảy ra gọi là nhiệt độ hồ hóa T0 hồ hóa tùy thuộc vào nguồn gốc tinh bột, độ phân nhánh và số liên kết hydro, cấu trúc của từng loại hạt:

• Nếu hạt tinh bột có cấu trúc nhỏ, chặt thì nhiệt độ hồ hóa cao (tinh bột gạo)

• Nếu hạt tinh bột có cấu trúc lớn, xốp thì nhiệt độ hồ hóa thấp

− Nếu cứ tiếp tục tăng nhiệt độ, có khuấy đảo sẽ xảy ra hiện tượng đứt mạch, làm cho độ nhớt giảm xuống

− Nếu để lâu ở nhiệt độ thường hay cất trong tủ lạnh một thời gian sẽ có hiện tượng tách nước Bởi vì nếu thời gian lâu thì AM và AP sẽ tiến lại tạo liên kết hydro với nhau, giảm liên kết hydro với nước, tách H2O ra : hiện tượng hồ bị ứa nước

TD: Hồ dán đểâ lâu sẽ bị vữa

Nước sauce đồ hộp phải có độ nhớt Nếu dùng tinh bột bình thường thì ở nhiệt độ thanh trùng bị đứt mạch sẽ giảm độ nhớt Ta phải dùng tinh bột modifié

(biến đổi) đưa vào các gốc để nối mạch: epclohydrin, tạo liên kết OH khỏang 3%

Sản phẩm đông lạnh, nước sốt ca,ø tương ớt muốn tránh hiện tượng tách nước là phải tách các sợi amilose ra xa nhau, đưa cá gốc cồng kềnh như ester

d sự thủy phân tinh bột:

( có màu khác nhau với tinh bột)

∗ dextrin : là các sản phẩm trung gian khi thủy phân tinh bột

HOH

H+ hay E