hóa học thực phẩm carbohydrate

MS là loại đường đơn giản nhất MS là dẫn xuất aldehyd hoặc ceton của các polyalcohol Công thức chung: CH2On với n ≥≥≥≥ 3 MS chỉ tham gia phản ứng oxy hóa khử, không tham gia phản ứng thủ

Trang 1

CHƯƠNG 3

CARBOHYDRATE

2

Các nguyên tố chính: C, H, O Carbohydrate = Saccharide = Glucid Công thức chung: (CH2O)n

Tỷ lệ H : O = 2 : 1 Ngoại lệ: đường desoxyribose : C5H10O4

Acid lactic : (CH2O)3 Thành phần cấu tạo

Động vật - 2% CK

Tập trung ở gan, các mô, máu

Người và ĐV không tự sinh tổng hợp đường

Thực vật - 70% CK

Tập trung ở tế bào, mô nâng đỡ, mô dự trữ

Là sản phẩm của quá trình quang hợp nhờ chlorophyll

H2O + CO2 + 132 Kcal Carbohydrate + O2

KHÁI NIỆM CHUNG Nguồn gốc

36,4 27,5 24,6

50 - 53

Khoai mì Đậu phộng Đậu nành Đậu đen, trắng, xanh

3,7 8,0 20

70 –80 28,5

Cà chua

Cà rốt

Khoai tây

Ngũ cốc

Khoai lang

Carbohydrate

%CK Nguyên liệu

Carbohydrate,

%CK Nguyên liệu

Theo tính khử Đường khử

Đường không khử

Theo cấu tạo hóa học

MonoSaccharide (MS) : 1 gốc đường OligoSaccharide (OS) : 2 – 10 gốc đường PolySaccharide (PS) : > 10 gốc đường

Theo tính hòa tan Glucid hòa tan

Glucid không hòa tan

KHÁI NIỆM CHUNG Phân loại

Trang 2

MS là loại đường đơn giản nhất

MS là dẫn xuất aldehyd hoặc ceton của các polyalcohol

Công thức chung: (CH2O)n với n ≥≥≥≥ 3

MS chỉ tham gia phản ứng oxy hóa khử, không tham gia

phản ứng thủy phân

MONO SACCHARIDE Cách gọi tên

6

Loại nhóm chức + số carbon

MONO SACCHARIDE Cách gọi tên

Octose 8

Heptose 7

Hexose 6

Pentose 5

Tetrose 4

Triose 3

Đọc tên n

Cetose Cetone–CO

Aldose Aldehyd–CHO

Têngọi Loạinhómchức

Thể hiện nhóm aldose và cetose

Có C* bất đối nên có đồng phân quang học

D (dextro): quay mp phân cực sang phải

-OH của nhóm C* xa gốc aldehyd hay ceton nhất

ở phía bên phải

L (Left): quay mp phân cực sang trái

-OH của nhóm C* xa gốc aldehyd hay ceton nhất

ở phía bên trái

MONO SACCHARIDE Cấu tạo hóa học

Cấu tạo mạch thẳng

Trong tự nhiên, dạng đồng phân D- chiếm ưu thế

Có nhiều C* bất đối nên sẽ có nhiều đồng phân quang học

Số C* = m thì số đồng phân sẽ là 2m

Cấu tạo mạch thẳng

Đánh số mạch Carbon

C nhóm Aldehyd – số 1

C nhóm Cetone – số 2

Cặp aldose – cetose tương ứng: gọi tên cetose bằng cách thêm từ –UL- vào tên aldose tương ứng

Trang 3

Cấu tạo hóa học

Cấu tạo mạch vòng

Hợp chất aldose: vòng 6 cạnh (C1 – C6)

vòng 5 cạnh (C1 – C5)

Hợp chất cetose: vòng 5 cạnh (C2 – C5)

vòng 6 cạnh (C2 – C6)

Vòng 6 cạnh: piranose

Vòng 5 cạnh: furanose

10

Cấu tạo hóa học Cấu tạo mạch vòng

Cấu tạo mạch vòng Nhóm –OH glucoside: vị trí nhóm chức Đồng phân do vị trí nhóm –OH glucoside

α -OH glucoside ở dưới mặt phẳng phân tử (phải)

β -OH glucoside ở trên mặt phẳng phân tử (trái)

Trang 4

Dung dịch đường tồn tại cả hai dạng mạch thẳng và mạch vòng,

các dạng này chuyển hóa lẫn nhau và có một điểm cân bằng

14

MONO SACCHARIDE Tính chất vật lý

Tinh thể không màu hoặc trắng Hòa tan tốt trong nước

Không hòa tan trong dung môi hữu cơ Có vị ngọt, độ ngọt khác nhau

Có khả năng làm quay mặt phẳng phân cực

15

Phản ứng oxy hóa

Tùy tác nhân mà quá trình oxy hóa xảy ra ở những vị trí

khác nhau

Tác nhân oxyhoá: Cu2++, Br2 , I2, acid nitric

Nước brom là tác nhân acid, không tạo phản ứng với cetose

mà chỉ phản ứng với aldose (trong môi trường acid không

xảy ra phản ứng đồng phân hóa)

MONO SACCHARIDE Tính chất hoá học

16

O O

CHO HCOH HOCH HCOH HCOH

CH2OH (Glucose)

COOH HCOH HOCH HCOH HCOH

CH2OH

COOH HCOH HOCH HCOH HCOH COOH

OCH3

COOH HO OH OH

HNO3đđ

(Acid glucaric)

H + loãng, Cu 2+

Methyl hóa

OCH3

CH2OH HO OH OH

Br2

(Acid glucuronic)

(Acid gluconic)

MONO SACCHARIDE Phản ứng oxy hóa

Trang 5

Ứng dụng phản ứng oxy hóa

Định lượng đường: Bertrand (CuSO4)

Fehling (Cu tartrate}

Benedict (Cu citrate}

Ferrycyanure (K3Fe(CN)6)

Định tính đường: Fehling, Benedict, CuSO4

Phản ứng oxy hóa

18

Phản ứng khử Tính chất hoá học

Phản ứng thế: tạo osazone với phenylhydrazine

Osazone của các loại đường khác nhau có hình dạng tinh

thể, nhiệt độ nóng chảy khác nhau Ứng dụng: định tính đường

Hạn chế: Các loại đường có phần đuôi giống nhau tạo ra

cùng một loại osazone (glucose; fructose; mannose – osazone)

MONO SACCHARIDE

Trang 6

21 22

MONO SACCHARIDE

GLUCOSE

FRUCTOSE

LACTOSE

MALTOSE

GALACTOSE

SACCHAROSE

Ester của acid phosphoric tại các vị trí C4 và C6, là hợp chất

tích lũy năng lượng cao

OH

CH2OH

HO

OH

+H3PO4 -H2O

1 6

O

CH2OH

HO OH OH

1 6

P O OH

OH P

+H3PO4 -H2O

O

CH2O

HO OH OH

1

P (Glucose) (Glucose-1-phosphate) (Glucose-1,6-diphosphate)

Phản ứng tạo ester

Tách nước giữa nhóm –OH glucoside và nhóm –OH cùa

1 hợp chất khác (aglucon) Gọi tên: nhóm hợp chất Glycoside Có nhiều trong mô thực vật và động vật

Vị dắng, có tính độc nhiều hay ít – kháng khuẩn Phân loại

R – C – O – R’ : O-glucoside

R – C – N – R’ : N-glucoside

R – C – S – R’ : S-glucoside

R – C – C – R’ : C-glucoside

Liên kết glucoside

Trang 7

Methanol + xúc tác HCl – phản ứngmethyl hóa

Phản ứng tạo liên kết glucoside

Methyl sulfate + xúc tác NaOH – phản ứngether hóa

CH2OH

OH

(Methyl-beta-D-Glucoside)

+(CH3)2SO4 NaOH

OCH3

CH2OCH3 OCH3 OCH3 (Methyl-beta-2,3,4,6 tetra-o-methyl-D-Glucoside)

CH2OH HO

OH OH (beta-D-Glucose)

+CH3OH NaOH

OCH3

CH2OH OH OH (Methyl-beta-D-Glucoside) HO

26

Phản ứng tạo liên kết glucoside

Nhóm ngoại là một gốc đường khác – hợp chấtdisaccharide

O

CH2OH OH OH

(Maltose) HO

CH2OH OH OH OH

Nhóm ngoại là nhiều gốc đường – mạchpolysaccharide

O

CH2OH OH

OH

CH2OH OH

OH OH O

CH2OH OH

OH

O

CH2OH OH

27

O H

H

OH

CHO

C

(Pentose)

H + đđ -3H2O

CHO (Fufural)

O H

H

OH

CHO

C

(Hexose)

H + đđ -3H2O

CHO (Hydroxy methyl fufural - táo)

Phản ứng dehydrat hóa

SP rất hoạt hóa, nối đôi dễ trùng hợp với các chất khác

Tạo mùi thơm cho sản phẩm khi ở nồng độ nhỏ

Cho phản ứng màu với thymol, naphtol – định tính pentose

Phản ứng đồng phân hóa

Xảy ra trong môi trường kiềm Phụ thuộc nhiệt độ, nồng độ của kiềm

Trang 8

Phản ứng caramel

Là phản ứng dehydrate hóa tại nhiệt độ nóng chảy của

đường hay đun nóng dung dịch đường có xúc tác

của acid hay kiềm

25 50 36 9

18 12 10

20 12 11

22

12

2 2

O

H

Caramelen Caramenlan

(màu đậm)

Izosacchaman (Không màu)

Saccharose

(Không màu)

( )X O

nH O

H

O H O

H C O

H

C

2 3 4

8 12

19 50 100 98 24

48

36 2 ( ) hay C



 →

Humin Caramelin (Schiff)

30

Phản ứng Maillard

Phản ứng với hợp chất nitơ: đường, a.amin, 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),

vị đắng (cacao, coffee), tính khử tăng (dễ thgia pứng oxy hóa)

CHO

*C

CH2OH

H

HO

H

OH

H

OH

D (+) glucose

Có nhiều trong nho chín: đường nho

Quay mặt phẳng phân cực sang phải: dextrose

Rất dễ hấp thụ

4C bất đối – 16 đồng phân quang học,

Phổ biến nhất là (+)glucose; (+)mannose; (+)galactose

Tính chất và phản ứng hóa học các đồng phân này giống

như (+)glucose, nhưng tốc độ phản ứng và lượng SP tạo

thành thì khác nhau

Trong dung dịch glucose tồn tại ở cả các dạng đồng

phân (thẳng, vòng 5 hoặc 6 cạnh)

Glucose

MONO SACCHARIDE

Trang 9

Fructose

Có nhiều trong trái cây : đường quả

Trong mật ong cũng có hàm lượng cao: đường mật

Quay mặt phẳng phân cực sang trái: levulose

Độ ngọt cao

34

Galactose

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

CHO HCOH HOCH HOCH HCOH

OLIGO SACCHARIDE Cấu tạo hoá học

Từ 2 – 10 gốc MS, liên kết với nhau bằng liên kết glucoside

Vẫn còn giữ được một số tính chất của MS

Dễ tan trong nước, dễ kết tinh

Có vị ngọt

Độ ngọt được đánh giá bằng thang điểm so với saccharose

69 59 22 33 51 102 67

D-mannitol D-mannose Rafinose D-rhamnose D-sorbitol Xylitol D-xylose

100 41 173 63 69 95 39 46

Saccharose

Galactiol

D-fructose

D-galactose

D-glucose

Đường nghịch đảo

Lactose

Maltose

Điểm Đường

OLIGO SACCHARIDE -OH glucoside + -OH thường

liên kết oside – ose (1,4 hay 1,6)

tính khử giảm một nửa -OH glucoside + -OH glucoside

liên kết oside – oside (1,1 hay 1,2)

không còn tính khử

Trang 10

OLIGO SACCHARIDE Maltose

Công thức phân tử : C12H22011

Tính chất: Đường khử

[ααα] = +136o[ααα] ααα-Mal = +168o; [ααα] βββ-Mal = +112o; Phân bố: thóc nảy mầm, malt đại mạch, mạch nha: đường nha

Sản xuất: thủy phân tinh bột bằng ββββ-amilase

Ứng dụng: CNSX bánh kẹo, tạo vị ngọt thanh,

tránh hiện tượng tái kết tinh đường, tạo cấu trúc mềm dẻo cho kẹo

α

α-D-glucose + α α α-D-glucose / 1,4-glucoside

38

OLIGO SACCHARIDE Lactose

Công thức phân tử : C12H22011 Tính chất: Đường khử;

Ít ngọt 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)

β β-D-galactose + α α α-D-glucose / 1,4-glucoside

OLIGO SACCHARIDE Saccharose

α

α-D-glucose + β β β-D-fructose / 1,2-glucoside

Công thức phân tử : C12H22011

Tính chất: đường không khử; không tạo osazone

Phân bố: mía, củ cải đường, thốt nốt,…

14 – 25% nước mía (~100% CK): đường mía

OLIGO SACCHARIDE Saccharose

Xảy ra do tác dụng của E invertase hay HCl, nhiệt độ cao Tỷ lệ cân bằng S : G : F = 1 : 1 : 1 (số mol)

Tại sao gọi là đường nghịch đảo?

Ích lợi của phản ứng nghịch đảo đường?

Tăng lượng chất khô 5,26%

Tăng vị ngọt Tăng độ hòa tan của đường

Saccharose E invertase; HCl; T

0

Glucose + Fructose

+66,5 o

Phản ứng nghịch đảo đường

Trang 11

Saccharose

Tính hút ẩm của đường

Lý do: có nhiều nhóm hydroxyl –OH

Đường khử hút ẩm đường không khử

Ứng dụng: chất giữ ẩm cho bánh

Chất hút ẩm trong quy trình làm kẹo, mứt giúp tăng nhanh quá trình kết tinh, kết dính

Tai hại: Sản phẩm sấy mau chảy nước vì hút ẩm

42

Phân bố: đậu, hạt α

α-D-galactose + ααα-D-galactose + ααα-D-glucose + βββ-D-glucose

1,6-glucoside 1,6-glucoside 1,2-glucoside

Các loại OS khác Trehalose

Rafinose

Starchyose

Phân bố: nấm, rêu - đường nấm α

α-D-glucose + ααα-D-glucose 1,1-glucoside

Phân bố: rỉ đường, hạt bông, củ cải đường α

α-D-galactose + ααα-D-glucose + βββ-D-fructose

1,6-glucoside 1,2-glucoside

POLYSACCHARIDE Cấu tạo hoá học

Định nghĩa:Chứa nhiều hơn 10 MS

Liên kết glucoside Không còn tính khử

Phân loại:

PS thuần (homopolyose - đồng thể): từ một loại MS

Gọi tên: Monose – ose + an (glucan, pentosan,…)

PS tạp (heteropolyose – dị thể): từ nhiều loại MS

Gọi tên: M1-se + M2-ose + an (galactoglucan)

PS tựï nhiên: PS thuần (glucan: tinh bột, cellulose,glycogen)

POLYSACCHARIDE Tinh bột

75 – 80 90

Lúa gạo Chuối

95 84 65

Khoai mì Khoai tây Đậu

Tinh bột (%) Nguyên liệu

Thành phần chính của các hạt ngũ cốc và củ lương thực

Trang 12

Dạng hạt, xung quanh hạt là một lớp vỏ, hạt xếp thành lớp

Tinh bột của nguyên liệu khác nhau có dạng khác nhau

Cấu tạo hóa học: glucan (ααα-D-glucose)

2 dạng cấu tạo của tinh bột: amilose (AM) + amilopectin (AP)

Tỷ lệ AM/AP = 1/4

Đậu xanh (75%AM); nếp (>90% AP); lúa mì, bắp (AM/AP = 1/3)

mixen gel

46

Mpt = 20.000 – 30.000 Mạch thẳng, không phân nhánh, liên kết 1,4-glucoside Không tan trong nước lạnh

Trong nước nóng tạo thành ddkeo (hồ hóa) Ở trạng thái keo,

AM tồn tại ở trạng thái xoắn, ổn định nhờ các liên kết Hydro Mỗi vòng xoắn chứa 6 gốc glucose Iod sẽ hấp phụ vào giữa vòng xoắn tạo màu xanh đặc trưng

Màu với Iod thay đổi theo độ dài mạch, mức độ phân nhánh

Amilose

47

Mạch thẳng, phân nhánh, liên kết 1,4 + 1,6-glucoside

Chứa > 20 – 30 gốc glucose;

Mpt = 200.000 – 1.000.000

Mức độ phân nhánh quy định độ dẻo của tinh bột, tùy thuộc

nguồn nguyên liệu

Nhiệt độ hồ hóa cao hơn, ddịch keo có độ nhớt cao hơn AM

Cho màu tím với Iod

Amilopectin

48

Sự hồ hóa

O H O H

O H O

H H

H O +H2O T O O

H O

H H

H O O

H H

Bột khô: liên kết H2nội – bột rít tay Khi có nước: liên kết H2ngoại – hạt tinh bột trương nở Không gia nhiệt: tinh bột chỉ trương nở

Có gia nhiệt, khuấy trộn: vỏ hạt bị phá vỡ – AM và AP thoát ra

tăng khả năng hút nước, trương nở Nhiệt độ hồ hóa: các sợi AM và AP trượt lên nhau

– phân tán trong nước – dd hồ tinh bột có độ nhớt cao Kéo dài thời gian gia nhiệt: đứt mạch – giảm độ nhớt

Trang 13

Tinh bột

Sự thoái hóa

Bảo quản dd hồ tinh bột:

Các sợi tinh bột sẽ tiến đến gần nhau, Xuất hiện liên kết Hydro nội,

Giảm liên kết với nước, tách nước, Hiện tượng hồ bị ứa nước

AP tạo dung dịch hồ tinh bột bền hơn so với AM

50

Dùng các gốc bền để nối mạch:

ở nhiệt độ cao không bị đứt mạch, không giảm độ nhớt (nước sốt đồ hộp) Đưa các gốc cồng kềnh vào mạch tinh bột:

các sội không tiến gần nhau, nước không bị tách (hồ dán, tương ớt)

O CH2 CH

OH

O

CH3 C

O

CH3

Tinh bột Sự biến tính

Sự thủy phân

[1] Dextrin

α

α dextrin : 3 – 5 gốc glucose còn liên kết 1,6-glucoside

β

β dextrin : có Mpt lớn

Amilosedextrin Mpt = 500.000 xanh I2 tủa trong rượu 40o

Erithrodextrin Mpt = 10.000 tím I2 tủa trong rượu 65o

Achrodextrin Mpt = 4-6.000 nâu đỏ I2 tủa trong rượu 70o

Maltodextrin Mpt < 4.000 cam I2 không tủa

+H2O; H+/E

Sự thủy phân

[2] Enzym Amylase

E ααα amylase (Termamyl)

Tinh bột αα dextrin + Maltose + Glucose

(endo; lk 1,4; bất kỳ)

E ββββ amylase (Fungamyl)

β

β dextrin + Maltose (exo; lk 1,4; cắt từng 2 gốc)

E γγγγ amylase (Glucoseamylase)

Glucose (exo; lk 1,4 và 1,6; cắt từng gốc một)

Trang 14

Sự thủy phân

[3] Chỉ số DE: Dextrose Equivalent

Biểu thị mức độ thủy phân, tạo các đầu khử

DE = Lượng đường khử (glucose) / tổng lượng tinh bột

DE càng tăng thì độ ngọt càng tăng

DE = 3 – 20 Maltodextrin

DE > 20 Siroglucose

54

POLYSACCHARIDE Cellulose

Cấu tạo

Cấu tạo vách tế bào TV Glucan:

monome: ββββ-D-glucose liên kết 1,4-glucoside Dạng thẳng không xoắn Phân tử cell xếp // thành sợi có φφφφ 3,5 nm Các sợi cell tạo thành bó sợi φφφφ 20 nm Liên kết hydro giữa các chuỗi cell giúp ổn định sợi cellulose Cell rất bền, rất khó thủy phân Điều kiện thủy phân khá nghiêm ngặt hay dùng A Cellulase

POLYSACCHARIDE Hemicellulose

Cấu tạo

PS dị thể gồm pentose và

hexose trong mạch

Không tan trong nước

Tan trong dung dịch kiềm

Giữ nhiệm vụ làm chất kết

dính các tế bào (cùng

pectin)

Chứa trong vỏ hạt, bẹ ngô,

rơm, cám, trấu,…

POLYSACCHARIDE Hemicellulose

Hemicellulose - galactoglucomannan

Graminaceous hemicellulose

Trang 15

Pectin

Cấu tạo

PS dị thể: dẫn xuất methyl của a pectic

(ααα-D-1,4-polygalacturonic acid)

MS: galactose, liên kết 1,4-glucoside

Mpt = 10.000 – 100.000

Chỉ số ester DE: % số nhóm methoxy

trên tổng số các nhóm chức

Chỉ số Methoxy MI: % khối lượng nhóm

methoxy trên khối lượng phân tử

MImax = 16,3%

Pectin Khả năng tạo gel

kiềm Pectin a pectic (không có khả năng tạo gel)

E pectase Khả năng tạo gel, cấu trúc gel phụ thuộc Mpt pectin, mức độ methoxyl hóa

Mpt ngắn quá sẽ không tạo gel; Mpt dài quá gel sẽ rất cứng Với mỗi loại pectin (HMP hay LMP) cơ chế tạo gel khác nhau

POLYSACCHARIDE Pectin

Cơ chế tạo gel

Tạo liên kết Hydro:cơ chế đường / acid HMP

Đường: khả năng giữ nước

pH thấp: điện tích –COO- bị trung hòa, các sợi pectin đến

gần nhau, tạo liên kết H2

Cấu trúc gel ∈∈∈ số liên kết Hydro ([đường], [acid], [pectin])

Thông thường: Đường > 60%

pectin = 0,5 – 1%

Tạo liên kết với Ca : LMP

Cấu trúc gel ∈∈∈ nồng độ Ca Không cần đường và acid

Khả năng tạo gel

POLYSACCHARIDE Chitin

n

H

CH2OH HO

OH

H

CH2OSO3

-NHCOCH3

O

OH

Là dẫn xuất của cellulose

Có nhiều trong vỏ giáp xác: tôm, cua,…

Khó tan trong nước, acid, kiềm loãng,…

Khi thủy phân, gốc acetat bị tách ra và tạo thành chitosan, có khả năng tạo gel

Gel chitosan xốp, không độc, được dùng trong công nghệ lọc, làm màng bảo vệ cho trái cây, hấp thụ KL nặng

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	3,54 MB