Chương 5: SỰ CHUYỂN HOÁ CỦA GLUCID TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN & BẢO QUẢN THỰC PHẨM doc

Chương 5
SỰ CHUYỂN HOÁ CỦA GLUCID TRONG QUÁ TRÌNH
CHẾ BIẾN & BẢO QUẢN THỰC PHẨM
I. KHÁI NIỆM
1. Khái niệm
- Lượng glucid trong các nguyên liệu thực vật và động vật rất khác nhau.
Trong thực vật, glucid là thành phần chủ yếu, chiếm tới 85-90% trọng lương
chất khô.
+Đường và tinh bột được chứa bên trong các tế bào còn non, một số mô dự trữ.
Polysaccharide như cellulose, hemicellulose, protopectin : thành tế bào
- Trong các thực phẩm động vật, thường lượng glucid lại rất ít (thường không
vượt quá 2% so với lượng chất khô). Thịt và trứng có rấi ít glucid, chỉ cá, sữa là
tương đối nhiều hơn
- Nguồn glucid mà thực phẩm cung cấp cho con người chủ yếu lấy từ thực vật.
* Bản chất hóa học của Glucid: là polyhydroxy aldehyde hoặc polyhydroxy
ketone. Đa số các glucid có công thức tổng quát là (Cm(H
2
O)n).
Ngoài ra còn có một số loại glucid đặc biệt, trong cấu trúc của chúng ngoài C, H, O
còn có thêm S, N, P.
2. Vai trò của Gluxit
2.1. Trong cơ thể sống. Glucid có vai trò như sau:
• Gluxit được tạo ra bởi cây xanh, là cách tự nhiên để dự trữ năng lượng ánh
sáng mặt trời
• Tham gia mọi hoạt động sống của tế bào.
• Là nguồn chất dinh dưỡng dự trữ (tinh bột ở cây, glycogen ở ĐV) dễ huy
động, cung cấp chủ yếu các chất trao đổi trung gian và năng lượng cho tế
bào.
• Tham gia vào cấu trúc (vd cellulose) của thành tế bào thực vật, vi khuẩn; hình
thành bộ khung (vỏ) của nhóm động vật có chân khớp (Cutin)
Tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều chất quan trọng như: AND, ARN…

, thành phần của VTM (Ribose của riboflavin)
2.2. Trong công nghiệp thực phẩm
Đối với công nghệ thực phẩm, vai trò của glucid cũng đa dạng và vô cùng quan
trọng:
1
- Là thành phần của nhiều loại TP
- Là chất liệu cơ bản, cần thiết và không thể thiếu của ngành sản xuất lên men:
rượu, bia, bột ngọt, acid amin, vitamin, kháng sinh.
- Tham gia tạo cấu trúc, hình thù, trạng thái và chất lượng cho các loại sản phẩm
thực phẩm.
- Lên men gluxit bằng nấm men và các VSV lên men tạo ra CO
2
, rượu, acid hữu
cơ, và một số h/chất khác.
Tạo kết cấu : - Tạo sợi, tạo màng, tạo gel, tạo độ đặc, độ cứng, độ đàn hồi cho thực
phẩm: tinh bột, thạch, pectin trong miến, mứt quả, kem, giò lụa…
- Tạo kết cấu đặc thù của một số loại thực phẩm: độ phồng nở của bánh phồng
tôm, tạo bọt cho bia, độ xốp cho bánh mì, vị chua cho sữa…
Tạo chất lượng
- Chất tạo ngọt cho thực phẩm (các đường)
- Tham gia tạo màu sắc và hương thơm cho sản phẩm (đường trong phản ứng
caramen hoá, melanoidin…)
- Tạo ra các tính chất lưu biến cho sản phẩm thực phẩm: độ dai, độ trong, độ giòn,
độ dẻo…
- Có khả năng giữ được các chất thơm trong 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
II. PHÂN LOẠI
2
GLUCID

(Saccharide)
MONOSACCHARIDE
C3 – Triose: Glyceraldehyde, dihydroxyaceton….
C4 – Tetrose: erythrose
C5 – Pentose: Ribose, ribulose,xylulose…
C6 – Hexose: Glucose, Fructose, Mannose, Galactose
C7 – Heptose: sedoheptulose…
OLIGOSACCHARIDE
Maltose
Saccharose
Lactose
POLYSACCHARIDE
Tinh bột: Amilose, Amilopectin
Cellulose
Glycogen…
1. Monosaccharides
a. Cấu tạo
Là những dẫn xuất của Aldehyt hoặc ketose chỉ có một polyol. Đường đơn, không
thể bị thủy phân thành đường đơn giản hơn (Glucose or fructose). Một phân tử
đường có chứa từ 3-7 C

Các Aldose (e.g., glucose) chứa nhóm aldehyde (CHO)
Ketoses (e.g., fructose) chứa nhóm keto (CO), thường ở C2.
Một số Aldose (aldehyt)
3
I
(CH
2
O)
n

or
H

-

C

-

OH
I
Một số Ketose
Dạng monosaccharide quan trọng với thực phẩm
4
C
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CH
2
OH
D
-glucose
OH


C HHO
C OHH
C OHH

CH
2
OH
CH
2
OH
C O
D
-fructose
Căn cứ để xác định, C bất đối, dạng D hay dạng L
Cấu trúc đóng vòng của Glucose
5
Voøng furan
Voøng
pyran
a. Tính chất của các monosaccharides
Tính chất vật lý
Đặc điểm của đường
- Một số đường (glucose, fructose, sucrose ) có chung một số đặc điểm sau:
- Có vị ngọt
- Tan trong nước, dễ dàng tạo nước ngọt.
-Tạo tinh thể khi bay hơi nước (khi pha đường, để bay hơi, thấy lắng lại
những tinh thể đường)
- Cung cấp NL
- Dễ dàng bị lên men bởi VSV.
- Ở nồng độ cao ức chế sinh trưởng của VSV (do vậy được dùng trong bảo
quản).
- Chuyển mầu tối khi gia nhiệt (caramelize)
- Một số có thể kết hợp với Pro để tạo mầu vàng tối (browning reaction)
- Mầu vang của bánh khi nướng, phản ứng tạo mầu vàng của đường và Pro

(Browning or mailard reaction). Trong trường hợp này nhóm NH
2
kết hợp với
CHO hay CO của đường khử tạo màu nâu vàng (vd sữa khô để lâu chuyển màu
tối);phản ứng OXH ở lớp cắt trái cây, mầu sẫm của chè do tanin (qt OXH thường
tăng khi có mặt của kim loại).
Khi nấu nướng, mầu cuối cùng của thực phẩm là sự kết hợp của nhiều yếu tố
- Khi cho vào miệng cho cảm giác hòa tan và vị ngọt
• Do có nhiều nhóm –OH trong phân tử, nên nhìn chung monose dễ tan trong
nước không tan trong các dung môi hữu cơ.
• Khi cô đặc dung dịch monose ta sẽ thu được dạng tinh thể monose.
• Do sự có mặt các nhóm – CHO, C=O, -OH nên monose cũng có các tính chất
đặc trưng của các nhóm này, điển hình là tính khử.
1) Phản ứng OXH (Tác dụng của chất OXH)
• Khi bị OXH nhẹ bằng các dung dịch như Cl
2
, Br
2
, hay I
2
, trong môi trường
kiềm hoặc dùng dung dịch kiềm của các ion kim loại, nhóm CHO sẽ bị OXH
thành COOH.
6
CHO
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CH

2
OH
COOH
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CH
2
OH
Br
2
H
2
O
D- Glucose
Acid gluconic
+ HBr
Hay trong phản ứng khủ nước felling
Aldoses bị OXH  các nhóm carboxylic (COOH), phản ứng dẫn đến sự hình
thành các Aldonic acid (vd, gluconic acid).
Tác nhân của phản ứng Fehling là dung dịch Cu
2+
sẽ được khử sang Cu
1+
trong qt
OXH đường.
Phản ứng này thường đuợc sử dụng nhận biết và đo lượng đường khử trong thực
phẩm và các chất sinh học
Mặc dù các Ketone không tham gia phản ứng này nhưng do chúng dễ dàng

đồng phân hoá thành các aldoses
7
- Ez Gluco oxidase có tính OXH đặc hiệu với β-D-Glucopyranose  Gluconic
acid.
Phản ứng này được sử dụng trong phân tích hàm lượng Glucose trong các
thực phẩm, mẫu sinh học (vd. máu) có nhiều loại đường khác nhau.
8
- Trong điều kiện oxy hoá nhẹ (vd.
có mặc Br trong môi trường trung
tính hoặc kiềm nhẹ), các aldose bị
OXH thành aldonic acid.
- Trong môi trường OXH mạnh hơn
(vd: HNO
3
) Dicarboxylic acid
(Aldaric acid)
- Trong trường hợp nhóm CHO
được bảo vệ thì nhóm OH của C6 sẽ
bị OXH
- Trong công nghiệp để thu được
những glucoronic, tinh bột được
oxy hóa trước khi thủy phân.
Một số uronic acid là thành phần có
trong các loại polysaccaride thực
phẩm quan trọng như D-
galacturionic là t/p của pectin.
2) Phản ứng Khử
Dưới t/d của các chất khử (vd: NaBH
4
), nhóm CHO hoặc nhóm CO bị khử thành

các rượu tương ứng (Polyol). Mỗi ketose bị khử thành 2 rượu do tạo nên một C bất
đối mới.
- Tên của rượu được lấy từ tên của đường, thay đuôi ose /ulose = itol.
Vd. Glucose  Glucitol (sorbitol)
Manose  Malnitol
Fructose  malnitol và sorbitol
9
Ứng dụng:
Các dẫn xuất này được sử dụng để thay thế đường trong thực phẩm để giảm
hoạt độ của nước, chống hiện tượng kết tinh, tăng sự tái hấp thụ nước của các sản
phẩm bị mất nước
Sorbitol có nhiều trong một số loại quả lê, táo, mận
malnitol có nhiều trong các rong biển.
Trong thực tế Glucitol và Mannitol thường được sản xuất từ hydrogenolysis (thuỷ
phân và hydrogenation) succrose.
- Sugar alcohol được sử dụng rộng rãi trong sản phẩm bánh kẹo, món tráng
miệng, sản phẩm thịt Chúng có độ ngọt ít hơn.
- Do các sugar alcohol được hấp thụ kém hơn Glucose chúng được sử dụng
để sản xuất các đồ uống ít calories.
10
- Sugar alcohol làm giảm hoạt độ nước trong rất nhiều sản phẩm  giúp làm
giảm nấm mốc.
3. Phản ứng với các hợp chất chứa gốc NH
2
(phản ứng Maillard)
- Phản ứng Maillard (phản ứng sẫm màu) là phản ứng xảy ra giữa đường khử
(Glucose, maltose, fructose, lactose) và protein (thường là các gốc NH
2
của lysine)
và thường yêu cầu T

o
cao.
Kết quả của phản ứng Maillard:
+ Tạo ra các chất có màu nâu (Melanoidin) chứa N, có khối lượng phân tử và độ
hòa tan khác nhau. Cấu trúc các h/c này đến nay vẫn chưa biêt hết. Hiện tượng tạo
màu nâu rất cần thiết cho một số thực phẩm như bánh mì nướng, bánh quy, hành
phi, thịt nướng, cafe nhưng cũng có hại trong các loại TP như sữa đặc, rau củ
sấy
+ Tạo ra các chất bay hơi có mùi (cần thiêt cho nhiều qt chiên nướng) nhưng nó
cùng liên quan đến việc tạo ra các mùi không mong muốn trong các qt bảo quản và
chế biến nhiệt như thanh trùng, tiệt trùng
+ Tạo các chất có vị đắng, cần thiết trong chế biến cà phê, nhưng tạo vị lạ khi quay
thịt cá
+ Tạo các chất có tính khử mạnh (reductone) , có thể tham gia bảo vệ TP khỏi bị
OXH.
+ Làm mất nhiều A.A thiết yếu (lysine, cystein, Methionine)
+ Tạo một số hợp chất có khả năng gây ung thư
+ Tạo một số h/c có thể l.kết chéo với Protein
Fig. 1 : The initial step of the Maillard reaction between
glucose and an amino acid (RNH
2
), in which R is the amino
acid side group (from ref. 2)
Chuyển vị các
Amadori
↓
Fig. 2 : Formation of HMF and Amadori-rearrangement
11
RNH
2

+ Đường khử
↓
Các h/c amadori
HMF
Biến đổi các
Amadories
- Phân hủy  deoxysome
(dicarbonyls)
- Loại nước 
dicarbonyl, amino acid
- Strecher (deoxysone +
amine  aldehyt,
aminoketon)
Hỗ hợp của các sản phẩm
có màu gọi là Melanoidin
Các sản phẩm tươi sống hầu như ko chứa các SP của p.ứng Maillard
Bánh mì, bánh quy, chocolate… có thể chứa hàm lượng cao các sản phẩm
Amadori. Sữa đun nóng, sữa cho trẻ sơ sinh là hai vd về đồ uống có chứa
lactulosyllyine (Amadori product)
Một số đồ ăn, khoai tây chiên, cafe có thể chứa acrylamine
thịt nướng có thể chứa heterocrylamine.
12
Nhiều thực phẩm có thể chứa carboxyl methyllamine
Vỏ bánh mì, một số loại bánh ngọt, café, chocolate có thể chứa
Melanoidin
4. Phản ứng caramen hóa
- Là sự phân hủy đường (cả đường khử và không khử) ở nhiệt độ cao (sự đun
nóng chảy đường) mà không có sự tham gia của các h/c Nito  tạo ra các chất có
màu nâu tối (caramen)
- Caramen là một hợp chât cao phân tử cho đến nay vẫn chưa xác định được cấu

trúc chính xác.
Nói chung các sp của qt caramen hoá có thể chia thành 3 nhóm sau:
2C
12
H
22
O
11
= 4H
2
0 C
24
H
36
O
18
Caramelan
3C
12
H
22
O
11
= 8H
2
0 C
36
H
50
O

25
Caramelen
Continued heating yields caramelin C
125
H
188
O
80
Một lượng nhỏ Acid, kiềm hoặc muối thường làm tăng qt caramen hoá và có thể
đạt được các hương vị theo mong muốn.
Nếu qt caramen hóa để quá nữa thì sản phẩm sẽ kém ngọt do các đường bị phá
hủy. Cuối cùng sẽ trở lên đắng.
- Phản ứng này được ứng dụng trong công nghiệp chế biến đồ uống, bánh kẹo
- Nếu phản ứng ko được điều khiển tốt, sẽ tạo ra các chất có vị đắng, cháy và có vị
không ngon. Nhiệt độ cao, pH thấp thúc đẩy phản ứng.
Table 1 : Initial caramelization temperatures of common carbohydrates
Sugar Temperature
Fructose 110° C
Galactose 160° C
Glucose 160° C
13
Maltose 180° C
Saccharose 160° C
- Với saccharose, phản ứng caramen hoá xảy ra theo sơ đồ phản ứng:
Tạo các anhydrit không màu:
C
12
H
22
O

11
– H
2
O → C
6
H
10
O
5
+ C
6
H
10
O
5
Saccharose glucozan levulozan
Đến 185-1900C sẽ tạo thành izosaccharozan:
Glucozan + levulozan → izosaccharozan
C
6
H
10
O
5
+ C
6
H
10
O
5

→ C
12
H
20
O
10
Khi nhiệt độ cao hơn sẽ mất đi 10% nước và tạo thành caramelan (C
12
H
18
O
9

hoặc C
24
H
36
O
18
) có màu vàng:
2C
12
H
20
O
10
– 2H
2
O → (C
12

H
18
O
9
) hoặc C
24
H
36
O
18
Izosaccharozan caramelan
Khi mất đi 14% nước sẽ tạo thành caramelen:
C
12
H
20
O
10
+ C
24
H
36
O
18
– 3H
2
O → C
36
H
48

O
24
.H2O
Và khi mất đi 25% nước sẽ tạo thành caramelin có màu nâu đen. Hầu như tất
cả các sản phẩm caramen hoá đều có vị đắng.
Table 2 : Stage of caramelization of saccharose (table sugar)
Step T°C Description and use Image
1 Evaporation
of water
100 Sugar is melted and impurities rise to the surface;
14
2 Small
Thread
102 No colour; soft cooling; no flavour change. Used in
frostings.
3 Large
Thread
104 No colour; soft cooling; no flavour change. Used in
preserves.

4 Small Ball 110 - 115 No colour; semi-soft cooling; no flavour change.
Used in cream candy fillings, Italian meringue,
fondants, fudge, and marshmallows;
5 Large Ball 119 - 122 No colour; firm cooling; no flavour change. Used in
soft caramels;

6 Light Crack 129 No colour; firm cooling; no flavour change. Used in
semi-hard candies.

7 Hard Crack

165 - 166 No colour; hard cooling; no flavour change. Used in
butterscotch and hard candies;

8 Extra-hard
Crack
168 Slight colour; shatters like glass during cooling; no
flavour change. Used in hard candies;
9 Light
Carmel
180 Pale amber to golden brown; rich flavour.
10 Medium
Carmel
180 - 188 Golden brown to chestnut brown; rich flavour;
11 Dark
Carmel
188 - 204 Very dark and bitter; smells burned. Used for
colouring, but lack of appropriate sweetness;
12 Black Jack 210 Also known as "monkey's blood." At this point, the
sugar begins to breaks down to pure carbon. Burning
flavour.
Cơ chế của phản ứng caramen hóa
Giai đoạn 1 : Chuyển hóa glucose, fructose, mannose  1,2-enediol tiếp tục ra
nhiệt  xảy ra các p.ứng khử nước để tạo ra 5-hydroxymethylfurfural.
15
Nếu đường ban đầu là pentose thì SP cuối cùng là 2-furaldehyde
Giai đoạn 2: Từ các dẫn suất furaral  Các polymer (h/c cao phân tử) có mầu nâu
16
- H
2

O, T
o
- H
2
O, T
o
Chất tiền thân của
caramel
- H
2
O, T
o
- H
2
O, T
o
Nếu gia nhiệt đường trong ĐK kiềm  hình thành 1,2 và 2,3 –enediols  phân cắt
thành các h/c thơm như saccharinic acid, lactic acid, 2,4-dihydroxybutyric acid,
ethyl alcohol, và một số chất thơm như benzenen, maltol, catechol,
bensaladehydes.
5. Phản ứng ester hóa
Nhóm OH của đường có thể chuyển thành esters hay ethers.
Ester hóa thường xảy ra khi cho các carbohydrate t/d HCl hay anhydride
(CH3CO)
2
O trong dung dịch baso.
Nhiều carboydrate trong tự nhiên ở dạng các dẫn xuất của phosphate-este.
Phosphate-este là những chât trung gian quan trọng trong TĐC ở sinh vật
Tinh bột trong thực phẩm thường bị este hóa bởi phản ứng hóa học nhằm cải thiện
chức năng của chúng. Điển hình nhất là acetate và succinate este của starch.

vd polyestes của sucrose và 6 hoặc 8 fatty acid bằng qt chuyển este hóa 
Sucrose fatty acid polyesters (olestra), chất thay thế chất béo. Chât này thường
17
được sử dụng trong sản xuất snack với vai trò chủ yếu là thay thế mỡ/dầu dán.
Chất này không chứa NL do không thể bị thủy phân bằng các lipases, nhưng có
7. Phản ứng ete hóa
là phản ứng alkyl hóa gốc OH của đường  ete
Các tác nhân alkyl hóa thường dùng: dimethyl-sulphate (CH
3
)
2
SO
4
;
Methyl iodide CH
3
I.
Các ete ít gặp trong tự nhiên, tuy nhiên các phản ứng này thường được dùng để cải thiện tính
chất của tinh bột. vd: methyl (-O-CH
3
); sodium carboxyl methyl (O-CH
2
-CO
2
-Na), và
hydroxylpropyl (O-CH
2
-CHOH-CH
3
) ete của cellulose và hydroxylpropyl của starch được cải

thiện để sử dụng trong TP.
8. Deoxy and amine sugar
Sự thay thế nhóm OH bằng nhóm NH
2
 Đường amino.
18
N-Acetyl-amino  Đường N-acetylamine
Hai loại đường này tìm thấy trong t/p của glycoprotein, N-acetyl-D-glucosamine là t/p của chitin
(có vai trò tương ứng như celllulose) trong vỏ TB của các TV bậc thấp, nấm, nấm men, rêu
xanh.; cũng là t/p chính trong vỏ của côn trùng, tôm
19
20
2. Oligossacharides (2-10 đường đơn)
Cấu trúc và tên gọi
Được tạo ra nhờ liên kết glycoside giữa nhóm OH glycoside của 1
đường với 1 đường khác
(+)-maltose: “đường mạch nha” từ lúa ngô :2 α glucose
(+)-lactose “bơ sữa” : β-D galactose & β –D glucose (1,4)
21
(+)-sucrose “đường mía: ăn hàng ngày”: α-D glucose & β –D fructose
(+)-cellobiose: : 2 β glucose
22
α-D Glucose
β-D Glucose
β-D Galatose β-D Glucose
Does it have a reducing end, and so where is it? -> Không bởi vì cả hai nhóm OH
hemiacetal (C1-OH) đã tham gia vào liên kết glycoside.
23
II.2. Tính chất và phản ứng hóa học
Các đường oligo có nhiều trong tự nhiên và cũng đóng vai trò quan trọng trong chế

biến thực phẩm.
Tính chất vật lý và cảm quan:
- Phụ thuộc vào các đường đơn
- Dạng khử hay không khử của đường: dạng ko khử thiếu nhóm OH glycosise nên
ko có tính khử, không có khả năng tạo phản ứng đặc trưng với amine, và alcohol
- Giống như các glycoside, cacsn đường oligo bị thủy phân trong môi trường acid,
tuy nhiên chúng khá bền với kiềm.
- Đường đôi cũng bị thủy phân bởi Ez  đường đơn.
24
3. Polyssacarides
- Polysaccaride là một hợp chất cao phân tử của carbohydate được tạo ra từ
nhiều monosaccharide qua các l.kết Glycoside
Phân loại polysaccharides
- Tạo hình, tạo khung: cellulose, hemicellulose, pectin (TV) và chitin (ĐV)
- Dự trữ: Thực vật: Tinh bột, dextrin
Động vật : Glycogen
Polysaccharide thực phẩm chủ yếu là tinh bột.
Amilose
Amilopection
Tên gọi: Polysaccharide cấu tạo từ glucose  glucan
từ galactose galacan

III. TINH BỘT THỰC PHẨM
1. Khái niệm
25