Monosaccharide (3)x

chuyên đề Monosacacride

Monosaccharide là dẫn xuất của Aldehyde (aldose) hoặc Ceton (cetose) của cácpolyalcohol (polyol), là đơn vị cấu trúc nên các disaccharide và polysaccharide.Monosaccharide có vai trò quan trọng trong cuộc sống của con người, là mộtnguyên liệu được sử dụng nhiều trong chế biến và bảo quản thực phẩm.

Trong tài liệu này nhóm tôi xin giới thiệu sơ lược về: khái niệm, cấu tạo, tínhchất, phân loại của Monosaccharide và đưa ra một số Monosaccharide thường gặp.Nội dung của tài liệu được trình bày qua các mục:

1 Khái niệm – phân loại

2 Cấu tạo

3 Tính chất của Monosaccharide

4 Các loại Monosaccharide thường gặp

Tài liệu này được soạn nhằm giúp các bạn hiểu rõ hơn về Monosaccharide vàứng dụng của nó trong đời sống và chế biến thực phẩm

Trong quá trình biên soạn tài liệu không tránh khỏi thiếu sót Nhóm rất mongnhận được ý kiến đóng góp của cô và các bạn để tài liệu được đầy đủ và hoàn thiệnhơn

Chân thành cảm ơn!

Nhóm 6

1.1 Khái niệm 1

1.2 Phân loại 1

2 Cấu tạo 3

3 Tính chất của Monosaccharide 6

3.1 Tính chất vật lí 6

3.1.1 Tính hòa tan và hút ẩm 6

3.1.2 Tính chất cảm quan 6

3.2 Tính chất hóa học 6

3.2.1 Phản ứng oxy hóa 6

3.2.2 Phản ứng khử 7

3.2.3 Phản ứng thế 8

3.2.4 Phản ứng tạo ester 10

3.2.5 Phản ứng tạo liên kết glucoside 11

3.2.6 Phản ứng dehydrat hóa trong môi trường acid 13

3.2.7 Phản ứng trong môi trường kiềm 14

3.2.8 Phản ứng caramel hóa 15

3.2.9 Phản ứng Maillard 15

4 Các loại MS thường gặp 16

4.1 Pentose 16

4.2 Hexose 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

MONOSACCHARIDE Khái niệm – phân loại

1.1.Khái niệm

Monosaccharide là những đường đơn và là dẫn xuất của aldehyde (aldose) hoặcceton (cetose) của các polyalcohol (polyol), có công thức chung là (CH2O)n, vớin≥3 MS chỉ tham gia phản ứng oxy hóa khử, không tham gia phản ứng thủy phân

Ví dụ: Glycerin là polyol đơn giản nhất, khi oxy hóa glycerin sẽ thu được sảnphẩm aldose hoặc cetose

1.2.Phân loại

Nếu tách 2H của rượu bậc 1 sẽ thu được dẫn xuất aldehyde, được gọi chung làaldose:

Glycerin Aldehyde glyceric

Nếu tách 2H của rượu bậc 2 sẽ thu được dẫn xuất ceton, được gọi chung làcetose:

Như vậy, các MS được chia thành 2 loại: đường aldose (có công thức chứanhóm aldehyde) và đường cetose (có công thức chứa nhóm cetone).

Hình 1 Bảng phân loại các Monosaccharide thường gặp

Cách đánh số mạch Carbon: Số 1 ở vị trí C gần nhóm aldehyde và cetone nhất

Trong thiên nhiên monosaccharide có chứa từ 2 đến 7 cacbon và được gọi têntheo số cacbon cộng thêm đuôi “ose” Tùy thuộc vào số lượng carbon có trongmạch monosaccharide chúng sẽ có tên tương ứng như triose (3C), tetrose (4C),pentose (5C), hexose (6C).

2 Cấu tạo

Các monosaccharide tồn tại nhiều dạng cấu tạo như mạch thẳng, mạch vòng vớinhiều đồng phân khác nhau

Cấu tạo mạch thẳng có các đặc điểm sau đây:

Mạch thẳng của monosaccharide thể hiện nhóm aldose và cetose, được biểudiễn theo công thức hình chiếu của Fisher Trong phân tử của các monosaccharide

có chứa một số carbon bất đối C* nên mỗi monosaccharide có thể tồn tại dưới cácdạng đồng phân lập thể khác nhau D và L, thêm vào đó dấu (+) hoặc (-) để chỉ sựquay cực về bên phải hay bên trái

Đồng phân dạng D: khi đó nhóm –OH của C* xa gốc aldehyde hay cetone nằm

ở phía bên phải

Đồng phân dạng L: khi đó nhóm –OH của C* xa gốc aldehyde hay cetone nằm

ở phía bên trái

Cấu tạo mạch vòng có đặc điểm sau đây:

Trong dung dịch, ngoài dạng mạch thẳng của monosaccharide còn tồn tại mạchvòng Đường khi đóng vòng tạo vòng 6 cạnh gọi là pyranose, vòng 5 cạnh gọi làfuranose Mạch vòng được biểu diễn theo nguyên tắc của Hayworth đề ra

Trong công thức hình chiếu của D – glucose, H của C5 về bên trái mạch C,nhưng khi chuyển sang công thức mạch vòng nó lại được sắp xếp ở phần dưới mặtphẳng vòng.

Hợp chất aldose thường tạo vòng 6 cạnh (C1 nối với C5), thỉnh thoảng tạo vòng

5 cạnh (C1 nối với C4) Sự tạo vòng của glucose như sau:

Hợp chất cetose thường tạo vòng 5 cạnh (C2 nối với C5), thỉnh thoảng tạo vòng

6 cạnh (C2 nối với C6) Dưới đây là sự tạo vòng của fructose:

Dạng mạch vòng có chứa nhóm –OH có tính chất đặc biệt là nhóm –OHglucoside (glucozit) Do vị trí của glucoside mà dạng mạch vòng tồn tại 2 dạngđồng phân:

+ Dạng đồng phân α: -OH glucoside ở dưới mặt phẳng phân tử

+ Dạng đồng phân β: -OH glucoside ở trên mặt phẳng phân tử

Trong dung dịch đường tồn tại ở 2 dạng mạch thẳng, mạch vòng các dạngchuyển hóa lẫn nhau và có điểm cân bằng, ví dụ như dung dịch glucose tồn tạinhiều dạng đồng phân như sau:

1 Glucopyranose (62%); 2 β-D-Glucopyranose (38%); 3 Glucofurnaose (vết); 4 β-D-Glucofuranose (vết); 5 D-Glucose mạch thẳng(0,01%)

Khả năng hút ẩm của các đường đơn rất khác nhau, phụ thuộc vào loại đường (cấu trúc đồng phân) cũng như độ tinh sạch của đường Độ hòa tan của đường giảmkhi chúng bị vón lại, hiện tượng này thường rất hay xảy ra với đường ở dạng bột hay hạt Tuy nhiên khả năng giữ ẩm của dung dịch đường đậm đặc lại được ứng dụng trong sản xuất bánh mì.

3.1.2 Tính chất cảm quan

Các monosaccharide có vị ngọt, mỗi monosaccharide có độ ngọt khác nhau Độngọt liên quan đến liên kết hydro nội phân tử (khi thực phẩm nóng sẽ ít ngọt vì liênkết hydro giảm, khi thực phẩm nguội sẽ cho cảm giác ngọt hơn vì liên kết hydrotăng, khi cho muối hydrat hóa bớt các phân tử nước tăng liên kết hydro sẽ làm tăng

 Khi khử bằng các chất oxy hóa mạnh hơn, như HNO3 thì cả chức aldehyde

và chức rượu bậc 1 trong phân tử đều chuyển hóa thành chức acid tạo 1 diacid, gọi

là acid aldaric

 Khi oxy hóa các aldose bằng nước brom, nếu đã bảo vệ chức aldehyde bằngcách methyl hóa acetyl hóa chức đó, thì quá trình oxy hóa chỉ xảy ra ở rượu bậc 1

và sản phẩm thu được có chức một nhóm chức acid Sản phẩm này được gọi là

uronic acid Các hợp chất uronic là thành phần của nhiều polysaccharide quan

trọng của cơ thể thực vật cũng như một số sinh vật (petin là polymer của acid Dgalaturonic là chất tạo độ dày, tạo gel trong quá trình chế biến thực phẩm) hay acidalginic thu được từ rong biển (acid D mannuronic và L guluronic)

3.2.2 Phản ứng khử

Dưới tác dụng của các chất khử, nhóm aldehyde hoặc cetone bị khử thành cácnhóm rượu tương ứng, do đó monosaccharide chuyển thành các polyol

Ví dụ: từ glucose sẽ thu được rượu tương ứng là glucitol, còn có tên là sorbitol

Sorbitol là một sản phẩm màu trắng, không mùi, có vị ngọt dễ chịu, hòa tan tốttrong môi trường nước và rượu nhưng không hòa tan trong dung môi hữu cơ Điều

lí thú là rượu này không có tính khử, không thể lên men được và rất bền với tấncông của vi khuẩn Sorbitol thể hiện một ưu điểm lớn là không làm tăng lượngglucozơ trong máu lên cao sau khi ăn Chính vì vậy, sorbitol được dùng trong sảnxuất thức ăn kiêng cho người đái tháo đường Sorbitol không phá hủy răng nêndùng sản xuất kẹo cao su và thuốc đánh răng Ngoài ra sorbitol còn được đưa vàotrong công thức của nhiều loại thức ăn, nước uống Người ta còn dùng Sorbitol đểsản xuất vitamin C

- Phenylhydrazone tác dụng với phenylhydrazine thứ hai tạo ra nhóm CO ở vịtrí C2

- Phenylhydrazine thứ ba tham gia tạo nên sản phẩm cuối là osazone

Ứng dụng của phản ứng: để định tính monosaccharide và xác định cấu trúc của chúng vì osazone của các loại đường khác nhau có hình dạng tinh thể, nhiệt độ nóng chảy khác nhau.

Hình 2 Tinh thể osazone của maltose, lactose và glucose

Hạn chế của phản ứng: đường dễ hút ẩm và hóa tan trong nước, gây phản ứngtạo osazone vì phản ứng sảy ra ở dạng rắn tinh thể Các loại đường có phần đuôigiống nhau tạo ra cùng một loại osazone (glucose, fructose, mantose cho ra cùngtinh thể osazone)

3.2.4 Phản ứng tạo ester

Ester của acidphosphoric tại các vị trí C1 và C6 là hợp chất tích trữ năng lượngcao, có vai trò quan trọng trong trao đổi chất

3.2.5 Phản ứng tạo liên kết glucoside

Đây là phản ứng đặc trưng của nhóm OH glucoside tạo ra sản phẩm glucoside.Nhóm R’ gắn vào vị trí H của nhóm OH glucoside được gọi là aglucon, có các loạinhư sau:

R  C  O  R’ : O-Glucoside

R  C  N  R’ : N-Glucoside

R  C  S  R’ : S-Glucoside

R  C  C  R’ : C-GlucosideNếu H của –OH glucoside được thay thế bởi một gốc đường sẽ thu được dườngkép, nếu thay thế bằng nhiều gốc đường sẽ đường đa

Nếu thay H của OH glucoside bằng gốc phi đường sẽ tạo một glucoside.Glucoside là chất có nhiều trong tự nhiên: chất màu, nicotin trong thuốc lá, thuốcphiện

- Nếu tác nhân phản ứng là methanol, xúc tác là HCL, ta có phản ứng methylhóa

3.2.6 Phản ứng dehydrat hóa trong môi trường acid

Khi bị đun nóng trong môi trường có độ acid cao, các monosaccharide bị táchnước và qua nhiều bước trung gian tạo ra các fufural

Phản ứng này thường gặp trong quá trình tinh luyện được, chế biến thực phẩm

Ví dụ, khi nướng bánh các furfurol bay hơi tạo thành mùi đặc trưng cho bánh

Sản phẩm tạo thành rất hoạt hóa vì có nối đôi, dễ trùng hợp với các chất tạochất độc, tuy nhiên cũng tạo mùi thơm cho sản phẩm khi ở nồng độ nhỏ Fufuralcho phản ứng màu với thymol, naphtol, nên được dùng để định tính pentose.

Ví dụ: Fufural + Anilin + HCl -> Hợp chất màu đỏ

3.2.7 Phản ứng trong môi trường kiềm

chuyển hóa thành D – fructose và D – mannose Trong môi trường kiềm loãng ở

370C các nhóm – endol sẽ di chuyển vào giữa mạch Trong môi trường có nồng độkiềm cao hoặc nhiệt độ cao, các monosaccharide có thể bị phân giải, hiện tượngcaramen hình thành, các mạch cacbon dễ bị đứt

Trong môi trường kiềm, monosaccharide là chất khử mạnh, có thể khử Cu2+

thành Cu2O có tủa màu đỏ gạch (đây là cơ sở của một số phương pháp định tính vàđịnh lượng đường khử, ví dụ: phương pháp của Fehling)

D-D-Glucose)Glucose D-D-Glucose)Gluconate

3.2.8 Phản ứng caramel hóa

Khi làm nóng chảy đường (ở nhiệt độ nóng chảy) hay đun nóng dung dịchđường có xúc tác acid hay kiềm, sẽ xảy ra phản ứng caramel Sản phẩm phản ứng

có màu nâu, mùi caramel đặc trưng, dễ tan trong nước

Hình 3 Phản ứng Caramel hóa xảy ra khi đun nóng đường.

3.2.9 Phản ứng Maillard

Phản ứng Maillard (phản ứng với hợp chất nitơ) tạo sản phẩm N – glucose haycòn gọi là melanoidin

Điều kiện xảy ra phản ứng:

 Đường có tính khử (có nhóm cacbonyl): glucose, fructose, mantose, lactose

 Hợp chất nitơ amin bậc một chiếm ưu thế

 Ở 35oC đã bắt đầu xảy ra phản ứng Maillard, tới 1000C phản ứng xảy ra rấtmạnh

Các chất melanoidin được tạo thành từ các acid amin khác nhau có cường độmàu và hương khác nhau Mỗi loại hợp chất đều có hương và vị riêng của nó

Ví dụ: Glycine và Alanin tạo ra melanoidin có vị hơi chua và có mùi củacaramel; Phenyl Alanin thì tạo ra melanoidin có màu cafe sẫm, có mùi thơm nhẹgiống như mùi của hoa hồng; còn Leucine lại tạo ra các melanoidin không màu, cómùi thơm của bánh mì …

Phản ứng Maillard rất phổ biến trong sản xuất và bảo quản thực phẩm, đem lạimàu sắc và mùi thơm đặc trưng của bánh mì, bánh bích quy, bia (vàng và đen),thuốc lá, các sản phẩm chiên nướng… Tuy nhiên, phản ứng Mailard cũng làm giảmgiá trị dinh dưỡng của sản phẩm vì làm mất đi một số acid amin không thay thếtrong quá trình bảo quản (Cys, Met, Lys, …) đồng thời làm giảm giá trị cảm quan(làm sẫm màu thực phẩm) Vì vậy, trong nhiều trường hợp cần kìm hãm phản ứngnày, nhất là trong bảo quản và chế biến thực phẩm như sữa đặc, rau quả sấy, nướcrau quả, …

D – xylose: tồn tại một phần ở trạng thái tự do, nhưng chủ yếu dưới dạng

polysaccharide gọi là xylan và pentosan có trong gỗ và rơm rạ D – xylose không bịlên men bởi nấm men và cũng không bị đồng hóa bởi người và thực vật

D – ribose: là thành phần của nhiều hợp chất như acid ribonucleic, một số

vitamin và coenzyme nicotinamide adenin dinucleotide Trong thực vật, D – ribosetồn tại dưới dạng furanose Một số dẫn xuất quan trọng của ribose là D –deoxyribose, là thành phần quan trọng của các acid nucleic

4.2 Hexose

Hexose có nhóm monosaccharide phổ biến hơn cả trong tự nhiên, thường găpcác chất sau: D – glucose, D – fructose, D – galactose …

D – Glucose

D – Glucose thuộc loại aldose

hexose, tồn tại chủ yếu ở dạng

pyranose, là monosaccharide phổ biến

ở thực vật (có trong hầu hết các bộ

phận của cây như lá, hoa, rễ…) cũng

như động vật (trong cơ thể người có

một lượng nhỏ glucose hầu như không

đổi khoảng 0,1%), đặc biệt có nhiều ở

nho chín nên gọi là đường nho.

Glucose là chất kết tinh, không màu,

4.Glucose chứa nhiều trong nho chín.

(dạng α) và 150oC (dạng β), dễ tan trong nước Dung dịch glucose làm quay

mặt phẳng ánh sang phân cực sang phải nên cũng có tên là dextrose Glucose dễ

hấp thụ, có thành phần cố định trong máu và là thành phần của nhiều loạipolysaccharide

Glucose có tính khử vì có nhóm OH của glucoside Trong dung dịch glucosetồn tại ở các dạng đồng phân mạch thẳng, vòng 5 hoặc 6 cạnh.

D – Fructose

Fructose là đường của Hexose, thuộc

loại đường cetose, có nhiều trong quả, mật

hoa và có nhiều trong mật ong (chiếm tới

40%) nên còn được gọi là đường mật Nó

làm quay mặt phẳng của ánh sáng phân cự

sang trái nên có tên là levulose.

Fructose thường tồn tại dưới dạng

furanose, có tính khử Fructose có độ ngọt

Hình 5 Fructose có trong mật ong

rất cao (gấp 1,5 lần đường mía và 2,5 lần Glucose), dễ dàng lên men bởi nấm men

D – Galactose

Galactose là monosaccharide có trong thành phần của lactose Galactose cũng

có trong thành phần của các polysaccharide như galactan, melibiose và agar – agar,không tồn tại ở trạng thái tự do Dẫn xuất acid galacturonic là thành phần củapolysaccharide pectin Galactose là đường hexose, thuộc loại aldose, thường ở dạngpyranose, có tính khử vì có nhóm OH của glucoside Galactose chỉ bị lên men bởimột số nấm men đặc biệt

D – Mannose

D – Mannose có thể tồn tại ở dạng vòng pyranose D – Mannose có trong thànhphần của hemicellulose, các chất nhầy, …Các mannose dễ bị lên men bởi nấmmen

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trần Thị Minh Hà, Nguyễn Thủy Hà, Nguyễn Thị Thu Sang - Hóa học thực

phẩm, Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM.

2 Lê Ngọc Tú (2003) - Hóa học thực phẩm, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà