CHƯƠNG III : GLUXIT

       3.1 Giá trị dinh dưỡng và vai trò của gluxit

       3.1.1 Giá trị dinh dưỡng : Gluxit là nhóm hợp chất hữu cơ khá phổ biến ở cả cơ thể động vật, thực vật và vi sinh vật.

    -  Ở cơ thể thực vật, gluxit chiếm một tỉ lệ khá cao tới 80 – 90 % của trọng lượng chất khô. Còn ở cơ thể người và động vật hàm lượng gluxit thường thấp hơn hẳn ( ko quá 2%)

    -  Trong cơ thể thực vật gluxit có thể tồn tại ở dạng dự trữ hoặc tham gia vào thành phần của các mô nâng đỡ. Gluxit được tổng hợp bởi cây xanh từ CO2, H2O và năng lượng ánh sáng mặt trời,còn cơ thể người và động vật không có khả năng đó nên phải sử dụng nguồn gluxit từ thực vật.Gluxit thuộc nhóm chất dinh dưỡng đặc biệt quan trọng đối với người và động vật.

3.1.2 Vai trò

+) Gluxit đảm nhiệm vai trò quan trọng ở cơ thể sinh vật :

    -  Gluxit là chất cung cấp năng lượng chủ yếu của cơ thể. Riêng gluxit đã cung cấp tới 60% năng lượng cho các quá trình sống. Tuy độ sinh nhiệt kém xa lipit song gluxit lại có ưu thế nổi bật là hòa tan tốt trong nước, môi trường cho các phản ứng xảy ra trong cơ thể.

    -  Gluxit có vai trò tạo cấu trúc, tạo hình (xelluloza)

    -  Gluxit có vai trò bảo vệ (mucopolysacarit)

    -  Gluxit cùng góp phần tạo cho tế bào có được các tương tác đặc biệt (vdụ, polysacarit trên màng tế bào hồng cầu hay trên thành tế bào một số vi sinh vật)

+) Vai trò của gluxit trong công nghệ sản xuất thực phẩm cũng rất đa dạng và vô cùng quan trọng :

-         Gluxit là chất liệu cơ bản, cần thiết và không thể thiếu được của ngành sản xuất lên men. Các sản phẩm như rượu, bia, nước giải khát, mì chính, axitamin, vitamin, kháng sinh, đều được tân tạo ra từ nguồn gluxit

-         Gluxit tạo ra được cấu trúc, hình thù, trạng thái cũng như chất lượng cho các sản phẩm thực phẩm :

a)      Tạo kết cấu

-         Tạo sợi, tạo màng, tạo gen,tạo độ đặc, độ cứng, độ đàn hồi cho thực phẩm như tinh bột, thạch và pectin trong miến, giấy bọc kẹo, mứt quả, kem đá ….

-         Tạo ra được kết cấu đặc thù cho một số sản phẩm thực phẩm : như độ phồng nở của bánh phồng tôm, tạo bọt cho bia, độ xốp cho bánh mì vào tạo độ chua cho sữa chua …

-         Tạo ra được những ‘bao vi thể’ để cố định enzim và cố định tế bào.

b)      Tạo chất lượng :

-         Chất tạo ngọt cho thực phẩm (các đường)

-         Tham gia tạo ra màu sắcvà hình thơm cho sản phẩm

-         Tạo ra các chất lưu biến cho các sản phẩm thực phẩm : độ dai, độ trong, độ giòn, độ dẻo …

-         Có khả năng giữ được các chất thơm trong các sản phẩm thực phẩm

-         Tạo ẩm cũng như làm giảm hoạt độ nước làm thuận lợi cho quá trình gia công cũng như bảo quản.

3.2. Phân loại Gluxit

3.2.1 Monosaccarit

   a) Cấu tạo của monosaccarit có chứa một số nguyên tử cacbon bất đối vì vậy mỗi monosaccarit có thể tồn tại dưới dạng các đồng phân lập thể khác nhau, số đồng phân lập thể được tính theo 2n với n là số nguyên tử cacbon bất đối. Trước kia người ta dùng các chữ cái d để chỉ đồng phân bên phải và l là chỉ đồng phân bên trái. Hiện nay cách dùng các chữ đã thay đổi. Người ta dùng chữ L và D để chỉ cấu hình đồng phân và them vào đó dấu (+) hoặc (-) để chỉ độ quay cực về bên phải hoặc bên trái. Dùng công thức hình chiếu của Fischer có thể biểu diễn khá đầy đủ các đồng phân lập thể của các monosaccarit.

Ví dụ: đối với glucoza hai chất nghịch quanh của nó có công thức hình chiếu :

       Nguyên tử cácbon có dấu sao là nguyên tử cacbon bất đối. Trên công thức hình chiếu, nếu lấy andehit glixerinic làm mẫu, ta thấy rằng khi nhóm OH của nguyên tử cacbon bất đối ở bên phải của trục thẳng sẽ tương ứng với dạng D và ngược lại khi nhóm OH ở bên trái của trục thẳng sẽ có dạng L. Dựa trên nguyên tắc trên và coi tất cả các monosaccarit có số cacbon nhiều hơn ba là so sự kéo dài mạch cacbon về phía nhóm aldehit có thể sắp xếp các đồng phân của chúng vào dạng D hoặc dạng L.

       Người ta nhận thấy rằng monosaccarit tồn tại một nhóm OH đặc biệt khác với các nhóm OH ,rượu .Ncứu kolle(1870) đã cho thấy rằng số đồng phân lập thể thu được nhiều hơn khi tính theo số cabon bất đối công thức trên là do monosaccarit còn tồn tại ở dạng vòng. Sự tạo vòng xảy ra do tác dụng của nhóm cacbonyl với một trong các nhóm OH rượu trong cùng một phân tử monosaccarit tạo nên dạng hemiaxetal vòng. Như vậy từ công thức cấu tạo hở sẽ có thể tạo nên hai dạng vòng như sau của D – glucoza

       Nhóm Oh gắn vào C1 của aldoza ( hoặc C2 của xetoza) trong công thức vòng được gọi là hydroxyl glucozit. Sự sắp xếp của nhóm OH glucozit về bên phải hoặc bên trái của trục cacbon làm thay đổi hàng loạt tính chất của phân tử monosaccarit.

Ví dụ, hai dạng a – và b – D – glucoza có độ quay cực khác hẳn nhau. Dạng a – D – glucoza có độ quay cực bằng +1150 còn b – D – glucoza có độ quay cực bằng + 190. Khi đem hòa tan một trong các dạng trên vào nước sẽ có biến đổi quay cực và dần dần đạt tới giá trị không đổi là 52,50.Như vậy trong dung dịch, D – glucoza, có thể tồn tại ở cả ba dạng : hai dạng vòng là a – D – glcoza, b – D – glucoza và một dạng hở (như trong công thức hình chiếu).Sự tạo vòng có thể xảy ra giữa nhóm cacbonyl (ở C1 hoặc C2) và một trong các nhóm OH rượu của phân tử monosaccarit thong thường là nhóm rượu ở vị trí C4 hoặc C5 đối với các aldoza và ở vị trí C6 đối với xetoza. Như vậy, dạng vòng của monosaccarit có thể là năm cạnh hoặc sáu cạnh.

 b) Tính chất monosaccarit

    -  Tính hòa tan : Do sự có mặt cua nhiều nhóm hydroxyl trong phân tử nên nhìn chung monosaccarit là những chất dễ hòa tan trong nước và không tan trong các dung môi hữu cơ.Khi cô đặc dung dịch monosaccarit sẽ thu được các tinh thể. Tuy nhiên quá trình kết tinh các monosacarit có thể bị ảnh hưởng bởi hiện tượng sonvat hóa do tương tác với dung môi và hiện tượng chuyển hóa hỗ biến giữa các dạng cấu tạo cua monosacarit.

    -  Phản ứng oxy hóa : Tùy thuộc vào điều kiện oxy hóa monosaccarit ta sẽ thu được các sản phẩm khác nhau. Ví dụ, nếu oxy hóa nhẹ bằng nước brom (Cl,I) trong môi trường kiềm thì từ monosacarit sẽ thu được hỗn hợp chất axit tương ứng do chức aldehit bị oxy hóa. Sản phẩm thu được khi oxy hóa glucoza sẽ có tên là axit gluconic :

       Riêng với các xetoza thì phản ứng này không xảy ra. Khi oxy hóa bằng các chất oxy hóa mạnh hơn.Ví dụ, HNO3 thì cả chức aldehit và chức rượu bậc 1 trong phân tử đều chuyển thành chức axit và sẽ thu được một diaxit, dọi là axit sacarit :

       Khi oxy hóa các aldoza bằng dung dịch nước brom, nếu đã bảo vệ chức aldehit bằng cách metyl hóa hoặc axetyl hóa chức đó thì quá trình oxy hóa chỉ xảy ra ở nhóm rượu bậc một và sản phẩm thu được sẽ chứa một nhóm axit. Sản phẩm này được gọi là axit uronic. Các hợ chất axit uronic là thành phần của nhiều loại polysacarit quan trọng của cơ thể thực vật cũng như một số sinh vật. Nó cũng là sản phẩm trung gian, khi xảy ra chuyển hóa các hợp chất đường hexoza thành pentoza trong quang hợp. khi axit uronic bị loại bỏ nhóm cacboxyl nhờ tác dụng của một số kim loại hoặc nhờ một số enzim, sẽ tạo nên sản phẩm tương ứng với monosacarit chứa số cacbon ít đi một :

Tác dụng của các chất khử : Dưới tác dụng của các chất khử monosaccarit chuyển thành các polyol .Khi đó các nhóm aldehit hoặc xeton của monosacarit chuyển thành các nhóm rượu tương ứng. Ví dụ, từ glucoza sẽ thu được rượu tương ứng gọi là sorbitol

Phản ứng tạo thành hợp chất glucozit :

       Liên kết glucozit trong các hợp chất của glucozit là loại liên kết cơ bản có ý nghĩa quan trọng đối với việc tạo nên các oligosacarit và nhiều hợp chất phi gluxit khác. Phần phi gluxit thế vào vị trí hydro của nhóm OH gluzit gọi là phần aglucon. Các gốc rượu, các gốc của những hợp chất thơm và của những hợp chất thơm đã được hydro hóa, các gốc sterit, các gốc alcaloit, đều có thể tham gia trong việc xây dựng nên các phân tử glucozit với vai trò là các aglucon. Tùy theo cấu tạo của phần gluxit có trong phân tử mà ngta chia glucozit thành một số phân nhóm :

-         Pentozit là các glucozit của pentoza, trong đó aglucon được kết hợp với chất đường năm cacbon như xiloza, arabinona, hoặc riboza, đôi khi ngta cũng gọi các glucozit này là xilozit và ribozit

-         Hexozit là các glucozit của hexoza, trong đó aglucon được kết hợp với chất đường sáu cacbon.

Ngòai ra còn có các glucozit, trong đó aglucon kết hợp các disacarit và một số các chất đường khác. Tùy theo bản chất của liên kết giữa phần gluxit và aglucon mà ngta chia ra O – glucozit, trong đó gốc aglucon kết hợp với gluxit qua oxy; S – glucozit, trong đó gốc aglucon được kết hợp qua lưu huỳnh, N – glucozit trong đó có liên kết C – N và C – glucozit có liên kết C – C trực tiếp giữa gluxit và aglucon :

  Trong đó R – phần gluxit của phân tử glucozit

                  A – aglucon

       Tất cả glucozit dễ dàng bị thủy phân, khi đó gluxit bị đứt và tạo thành monosacarit tương ứng. Phản ứng thủy phân các glucozit được xúc tác bởi axit, chỉ trong một số trường hợp mới do kiềm tiếp xúc, Đa số glucozit bền vững đối với kiềm.

3.2.2 Polysacarit

 Maltoza : là disacarit chứa hai gốc a – glucopiranoza hai gốc này liên kết với nhau nhờ các nhóm OH ở vị trí C1 và C4. Do đó maltoza còn giữ được một nhóm OH glucozit và duy trì được tính chất khử bằng một nửa của glucoza.Mantoza còn được gọi là a – D – glucopiranozit (1 à 4) D – glucopiranoza. Khi thủy phân tinh bột bằng enzim có thể thu được maltoza. Trong thóc nảy mầm và mầm mạch có chứa nhiều maltoza do enzim amilaza thủy phân tinh bột tạo thành. Maltoza còn được gọi là đường mạch nha (từ chữ latinh mạch nha là maltum). Khi thủy phân bằng axit hoặc enzim maltaza, đường maltoza sẽ bị phân ly và giải phóng ra hai phân tử a – D – glucoza .

Lactoza : còn gọi là đường sữa vì nó có trong sữa người, động vật (5 – 8 %). Lactoza cấu tạo từ một phân tử b – D – galactoza và một phân tử a – D – glucoza. Trong phân tử lactoza còn lại một nhóm hydroxyl glucozit nên nó vẫn có tính chất khử :

       Lactoza còn được gọi là b – D – galactopiranozit (1à 4) D – glucopiranoza. Ở nhiệt độ thường lactoza hòa tan trong nước ít hơn sacaroza mười lần nhưng ở nhiệt độ 1000C thì độ hòa tan của nó xấp xỉ sacaroza. Lactoza kết tinh chậm, tinh thể cứng và có nhiều dạng tinh thể. Vitamin B2 có thể ức chế sự kết tinh của lactoza. Độ ngọt của lactoza chỉ bằng 1/6 sacaroza. Lactoza khó bị thủy phân bởi axit hơn sacaroza. Để thủy phân phải đun sôi với axit và không xảy ra sự nghịch đảo.

Xellobioza : Disacarit này chứa một phân tử a – D – glucoza và một phân tử b – D – glucoza liên kết với nhau nhờ các nhóm OH ở vị trí C1 và C4. Xellobioza là đơn vị cấu tạo của polysacarit xelluloza. Nó vẫn duy trì được tính khử vì còn chứa một nhóm hydroxyl glucozit tự do. Khi thủy phân xelluloza nhờ enzim xellulaza sẽ thu được xellobioza.

Sacaroza :thuộc loại đường có nhiều trong tự nhiên. Nó có nhiều trong củ cải đường, trong mía và ở lá, thân ,rễ, quả của nhiều loại thực vật. Sacaroza là loại đường dễ hòa tan, nó có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự dinh dưỡng của người. Sacatoza là loại disacarit cấu tạo từ glucoza và fructoza. Hai monosacarit này liên kết với nhau nhờ hai nhóm OH glucozit của chúng, vì vậy sacaroza không có tính khử. Khi thủy phân bằng axit hoặc enzim invertaza, sẽ giải phóng glucoza và fructoza. Trong phân tử sacaroza gốc glucoza ở dạng piranoza, còn gốc fructoza ở dạng furanoza, liên kết xảy ra ở C1 của glucoza và ở C2 của fructoza, do đó sacaroza còn được gọi là a – D – glucopiranozit (1à2) b – D – fructofuranozit .

       Khi tác dụng với chất kiềm hoặc kiềm thổ, sacaroza tạo nên các sacarat là hợp chất tương tự với các alcolat. Trong sacarat, hydro của nhóm hydroxyl được thay thế bởi kim loại. Như vậy trong môi trường này có thể coi sacaroza như một axit yếu. Có thể kết tủa sacarat khỏi dung dịch của nó bằng rượu. Phản ứng tạo thành sacarat phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch, vào lượng kiềm cũng như vào lượng sacaroza. Trong dung dịch đậm đặc và dư kiềm, sacaroza sẽ tạo nên nhiều sacarat :

Khi tác dụng với vôi sẽ thu được các dạng phức sacarat như sau :

            C12H22O11 . CaO. 2H2O   : monnocanxi sacarat

            C12H22O11 . 2CaO            : dicanxi sacarat

            C12H22O11 . 3CaO . 3H2O: tricanxi sacarat

Sự thủy phân sacaroza và sự tạo đường nghịch đảo

Sacaroza có đặc tính dễ bị thủy phân thành glucoza và fructoza. Quá trình này có thể được thực hiện nhờ enzim invertaza hoặc nhờ axit (axit clohidric ở nhiệt độ cao). Ở thực phẩm có pH axit cũng thuận lợi cho sự nghịch đảo, ở dịch quả khi bảo quản tạm quá trình này xảy ra tự động. Sản phẩm hình thành khi thủy phân sacaroza được gọi là đường nghịch đảo.Dung dịch đường nghịch đảo thường ít nhớt hơn so với dung dịch sacaroza khi dùng một trọng lượng khô ngang nhau. Sự tăng tính hòa tan gây ra nhờ quá trình nghịch đảo là do tính hòa tan cao của đường fructoza cũng như tính khó kết tinh của đường glucoza so với đường sacaroza.

Tinh bột :là polysacarit chủ yếu có trong các hạt hòa thảo, trong củ, thân cây và lá cây…Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong kỹ nghệ thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng. Tinh bột thường được dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho các thực phẩm dạng lỏng hoặc là tác nhân làm bền các loại thực phẩm keo và nhũ tương. Ngta cũng sử dụng chúng như các yếu tố tạo kết dính và làm đặc, tao độ cứng và đàn hồi cho nhiều thực phẩm.

       Tinh bột bao gồm hai cấu tử là amiloza và amilopectin các chất này khác hẳn nhau về nhiều tính chất lý học và hóa học.Trong tinh bột, tỉ lệ amiloza trên amilopectin bằng khoảng 1/4 (có thể thay đổi)

       Về mặt cấu tạo hóa học: hai thành phần trên đều có chứa các đơn vị cấu tạo là monosacarit glucoza. Trong amiloza các gốc glucoza được gắn với nhau nhờ liên kết   1 à 4 và tạo lên một chuỗi dài bao gồm từ 200 – 1000 gốc glucoza. Phân tử amiloza bao gồm một số chuỗi sắp xếp song song với nhau, trong đó các gốc glucoza của từng chuỗi xoắn cuộn vòng lại hình xoắn ốc. Phân tử amiloza có một đầu không khử và một đầu khử ( đầu có nhóm OH glucozit). Trong phân tử amilopectin, các gốc glucoza gắn với nhau không chỉ nhờ liên kết 1 à 4 mà còn nhờ liên kết 1 à 6. Vì vậy có cả cấu trúc nhánh trong amilopectin. Phân tử amilopectin chỉ có một đầu khử duy nhất. Sơ đồ cấu trúc của amiloza và amilopectin như sau :

       Amiloza tác dụng với iot sẽ tạo phức hợp màu xanh, khi đó phân tử iot được sắp xếp ở bên trong vòng xoắn của amiloza ; còn phản ứng màu của amilopectin với iot xảy ra do kết quả của sự hình thành nên các hợp chất hấp phụ.

       Khi có mặt cá đường (như chất hút nước) các mono – và diglixerit (tạo phức với amiloza) cũng có tác dụng làm giảm sự trương phồng của các hạt tinh bột.

       Nhiệt độ hồ hóa tinh bột biến đổi tùy thuộc vào nguồn gốc thực vật cũng như kich thước của hạt tinh bột. Với lúa mì là 52 – 640C, sắn là 52 – 640C, khoai tây : 56 – 690C Ngô: 62 – 740C

       Tính chất của các tinh bột nguồn thực vật và các tinh bột biến hình.

       Các enzim phân giải tinh bột và ứng dụng trong kỹ nghệ chế biến tinh bột

Pectin : là polysacarit có nhiều ở quả, củ hoặc thân cây. Trong thực vật, pectin tồn tại dưới hai dạng : dạng protopectin không tan, tồn tại chủ yếu ở thành tế bào có lẽ dưới dạng kết hợp với polysacarit araban, dạng hòa tan của pectin tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào. Dưới tác dụng của axit, của enzim protopectinaza hoặc khi đun sôi, protopectin chuyển sang dạng pectin hòa tan. Đặc tính quan trọng của pectin là khi có mặt axit và đường, nó có khả năng tạo thành chất gen, vì vậy nó được ứng dụng phổ biến trong kỹ thuật sản xuất mứt kẹo.

       Phân tử lượng của các loại pectin tách từ các nguồn quả khác nhau thay đổi trong giới hạn rộng rãi. Ví dụ, từ nguồn táo, mận đã thu được pectin có phân tử lượng từ 25000 – 35000, trong khi đó pectin lấy từ cam lại có phân tử lượng đạt tới 50000.

       Pectin hòa tan khi bị tác dụng của chất kiềm loãng hoặc enzim pectaza sẽ giải phóng nhóm metoxy dưới dạng rượu metylic và polysacrit còn lại khi đó được gọi là axit pectin tự do, nghĩa là axit polygalacturonic. Axit pectic có thể tạo nên dạng muối canxi pectat, chất này chuyển thành dạng kết tủa dễ dàng, do đó được dùng để định lượng các chất pectin. Dưới dạng axit pectin tự do, nó mất khả năng tạo gel khi có đường như trong trường hợp của pectin hòa tan ban đầu.

       Các chất pectin giữ vai trò quan trọng trong quá trình chin củ quả. Khi quả đang phát triển, protopectin phân tán ở thành tế bào và chiếm tỉ lệ khá cao, tới lúc quả bắt đầu chín, protopectin biến dần sang dạng pectin hòa tan dưới tác dụng của các axit hữu cơ và enzim protopectinaza trong quả. Trong khi bảo quản quả cũng nhận thấy sự giảm dần lượng protopectin và tăng dần pecin hòa tan.

Xelluloza : là polysacarit chủ yếu của thành tế bào thực vật. Trong bong nó chiếm trên 90%, còn trong gỗ hơn 50%. Khi đun sôi với axit sulfuric đặc, xelluloza sẽ chuyển thành glucoza còn khi thủy phân trong điều kiện nhẹ nhàng sẽ tạo lên disacarit xellobioza. Các đơn vị cấu tạo xellobiza gắn với nhau nhờ liên kết glucozit. Phân tử xelluloza chứa từ 1400 đến 10000 gốc glucoza. Phân tử lượng của các xelluloza thu được từ nguồn khác nhau xê dịch trong giới hạn khá rộng rãi. Trong thời gian gần đây, các dẫn xuất của xelluloza như cacboximetylxelluloza, dietylaminoetylxelluloza được dùng rất hiệu quả trong các phương pháp sắc kí trao đổi ion để phân chia hỗn hợp protein. Trong cacboximetylxelluloza một số nhóm hydroxyl của xelluloza được thay thế bằng gốc – OCH2COOH, còn trong dẫn xuất dietylaminoetylxelluloza một số nhóm hydroxyl của xelluloza lại được thay thế bằng gốc – O – CH2CH2N(C2H5)2.

       Xelluloza không có ý nghĩa về mặt dinh dưỡng của người vì không tiêu hóa được ở ông tiêu hóa. Động vật nhai lại có thể tiêu hóa dễ dàng xelluloza, vì trong ruột của chúng có chứa các vi khuẩn có khả năng tiết ra enzim xellulaza là enzim thủy phân xelluloza.