Quá trình tổng hợp, phân giải glucid

LỜI MỞ ĐẦU
Hóa sinh thực phẩm nghiên cứu về cấu tạo, tính chất của các chất tạo nên thực
phẩm và sự chuyển hóa của các chất, chuyển hóa năng lượng trong quá trình bảo quản,
chế biến thực phẩm. Đây là bộ môn quan trọng, giữ vai trò nền tảng, cơ sở cho những
môn học chuyên ngành.
Cùng với protein và lipid, glicid là một hợp chất hữu cơ giữ vai trò thiết yếu đối
với cuộc sống, phổ biến trong các sản phẩm thực phẩm. Trong khẩu phần ăn hằng ngày,
glucid chiếm tỷ lệ lớn nhất về khối lượng, cung cấp phần lớn năng lượng giúp chúng ta
hoạt động bình thường. Kể cả những loại carbohydrate không tiêu hóa được cũng có vai
trò quan trọng trong cân bằng dinh dưỡng.
Cơ thể thực vật là một cỗ máy sinh học tuyệt vời tổng hợp nên glucid từ những
hợp chất vô cơ ban đầu (CO
2
,H
2
O và năng lượng ánh sáng mặt trời). Cơ thể người,
động vật thì sử dụng nguồn nguyên liệu glucid lấy từ thực vật là chính, qua quá trình
phân giải với cơ chế chặt chẽ tạo ra đơn vị cơ bản là glucose – nguyên liệu chủ yếu cho
hoạt động sống, trung tâm của sự chuyển hóa.
Glucid còn tạo ra nhiều tính chất chức năng quan trọng cho thực phẩm nên tìm hiểu về
“QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP, PHÂN GIẢI GLUCID” là việc làm cần thiết đối với sinh
viên ngành thực phẩm. Nó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế, bản chất của sự chuyển
hóa, qua đó có những kiến thức nhất định sẽ giúp ích rất nhiều cho việc học tập, nghiên
cứu sau này. Đó chính là mục đích của nhóm khi làm đề tài này.
1. Giới thiệu chung về Glucid
1
1.1.Khái niệm
Glucid là hợp chất hữu cơ khá phổ biến ở cả cơ thể động, thực vật và vi sinh vật. Các
nguyên tố cấu tạo nên glucid là C, H, O. Công thức cấu tạo của glucid thường được
biểu diễn dưới dạng

C
m
H
2n
O
n
(m, n ≥ 3). Trong phân tử glucid có chứa nhóm aldehide
(-CHO), cetol (-C=O). Ngoài ra còn có một số loại glucid đặc biệt, trong cấu trúc của
chúng còn có thêm S, N, P.
1.2. Vai trò
1.2.1. Đối với cơ thể
• Là sản phẩm trung gian của quá trình trao đổi chất.
• Nguồn nguyên liệu trực tiếp để hô hấp.
• Nguồn dự trữ, tạo năng lượng.
• Tạo cấu trúc trong cơ thể thực vật, tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều
chất quan trọng như: AND, ARN…
• Cung cấp năng lượng chủ yếu ( 4,13 kcal/g)
• Giúp cho quá trình tiêu hóa.
1.2.2. Trong công nghệ thực phẩm
• Là chất liệu cơ bản, cần thiết và không thể thiếu của ngành sản xuất lên men.
• Các sản phẩm như: rượu, bia, nước giải khát, mì chính, acid amin, vitamin…
đều được tạo ra từ cội nguồn glucid.
• Tạo ra cấu trúc, hình thù, trang thái, cũng như chất lượng cho các sản phẩm thực
phẩm.
• 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…
2
• Tạo chất lượng: 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…).
Các tính chất lưu biến cho sản phẩm thực phẩm: độ dai, độ trong, độ giòn, đ
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.
1.3. Phân loại
Có nhiều cách phân loại. Sau đây là một số cách phân loại:
Theo cấu tạo: glucid được chia làm 3 nhóm
Theo mục đích sử dụng (độ ngọt): đường, không đường.
Theo mức độ phức tạp của phân tử, lấy đường đơn làm cơ sở:
• Loại ose: là đường không thủy phân được nữa.
• Loại osid: là những glucid phức tạp do nhiều monosaccharide ghép lại. Gồm 2
nhóm lớn: holosid( thủy phân cho mono) và heterosid( thủy phân cho mono và
nhiều nhóm không phải glucid).
Dẫn xuất amin, phospho, dẫn xuất dạng glucocid…
1.4. Tính chất
Nhìn chung, các glucid từ đơn giản đến phức tạp đều có một số tính chất điển hình
giống nhau. Ta xét các tính chất của monosaccharide.
1.4.1. Tính chất vật lý
• Không bay hơi, tan trong nước, ít tan trong rượu, không tan trong acid, dung môi
hữu cơ.
• Có hiện tượng solvat hóa làm dung dịch khó kết tinh.
• Tồn tại ở trạng thái hỗ biến (mạch thẳng và vòng).
3
• Có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực (phụ thuộc vào dạng
anomer, tautomer).
• Khả năng hòa tan phụ thuộc vào từng loại đường.
• Tính hút ẩm, làm bóng khác nhau ở từng loại đường.
1.4.2. Tính chất hoá học
•Tính khử mạnh do có nhóm aldehide, cetol tự do: monosaccharide chuyển thành

polyol, các nhóm aldehide hoặc cetol chuyển thành các nhóm rượu tương ứng.
•Tính oxi hóa theo nhiều mức độ: trong điều kiện oxi hóa nhẹ, các aldose bị oxi hóa
thành aldonic acid (xảy ra trong bột nướng bánh, xúc xích lên men, một số sản
phẩm sữa). Khi dùng các acid mạnh hơn như HNO
3
sẽ tạo thành dicaboxylic
acid.
Bị oxy hóa nhẹ bởi Br
2
:
4
Tác dụng với HNO
3
:
Khi oxy hóa bằng dung dịch Br
2
có bảo vệ nhóm chức CHO bằng metyl hóa
5
Ví dụ từ axit glucuronic sẽ cho chất xilose là một pentose
•Tạo ester với acid.
Khi đun sôi các pentose, hexose với các acid có nồng độ cao như HCl 12%, H
2
SO
4
đậm
đặc thì các phân tử H
2
O sẽ bị mất đi và tạo thành các furfurol từ pentose hoặc
oxymethylfurfurol từ hexose. Các sản phẩm này được hình thành trong quá trình chế
biến các sản phẩm thực phẩm.

6
• Phản ứng trong môi trường kiềm.
Trong dung dịch kiềm yếu như Ba(OH)
2
, Ca(OH)
2
có thể xảy ra sự đồng phân hóa
giữa glucose, fructose, mannose. Hiện tượng này có thể xảy ra trong cơ thể. Trong dung
dịch kiềm loãng, các monosaccharide mạch thẳng chuyển sang mạch vòng.trong môi
trường kiềm loãng ở 37
0
C các nhóm endiol sẽ chuyển vào giữa mạch.
Nồng độ kiềm cao hoặc nhiệt độ cao, các monosaccharide có thể bị phân giải, hiện
tượng caramen hình thành, Các mạch cacbon dễ bị đứt.
7
H
C
O
C
O
H
H
R
COOH
C
OH
H
H
C
H

COOH
HO
HC
C HH
R
+
D- Glucose
R
C
Acid metasaccharic
CH
3
C
C
O
O
R
COOH
C
OH
R
H
3
C
COOH
C
CH
3
HO
R

CH
2
OH
C
C
R
O
O
COOH
HOH
2
C
C
OH
R
COOH
C
HO CH
2
OH
R
+
+
Acid saccharic
Acid isosaccharic
• Phản ứng với các loại thuốc thử (phenylhydrazin) dùng để nhận biết các đường
đơn khi phân tích.
Phản ứng với phenylhydrazin, gồm 3 giai đoạn:
8
• Giai đoạn 1 : sự tạo nên phenyhdrasen:

• Giai đoạn 2 : sự oxy hóa ở nguyên tử vị trí cacbon thứ 2 tạo nên nhóm cacbonyl:
9
• Giai đoạn 3: một phân tử phenylhydrazin thứ ba sẽ tham gia phản ứng với nhóm
cacbonyl và tạo nên sản phẩm cuối cùng là phenylosasen của glucose:
Tóm tắt phản ứng giữa glucose và phenylhydrazin như sau:
• Đồng phân quang học
• Phản ứng tạo glucozit: là một đặc tính rất quan trọng của monosaccharide. Liên
kết glucosid là liên kết cơ bản có ý nghĩa quan trọng tạo nên các oligosaccharide,
polysaccharide và nhiều hợp chất phi glucid khác.
10
Phản ứng tạo glucozit
Các dạng Glucozit:


R – phần gluxit của phân tử glucozit , A – aglucon
Tất cả các glucosid dễ dàng bị thủy phân, khi đó liên kết glucosid bị cắt đứt và tạo
thành monosaccharide tương ứng. phản ứng thủy phân các glucosid được xúc tác bởi
acid, chỉ trong một số trường hợp mới do kiềm xúc tác. Đa số glucosid đều bền vững
với kiềm.
•Phản ứng caramen: sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ, pH, thời gian, bản chất của
đường…w
11
Sacarose, sơ đồ caramen hóa:
Đến 185 – 190
0
C sẽ tạo thành isesacarosen:
Khi ở nhiệt độ cao hơn sẽ mất đi 10 % nước và tạo thành caramelan có màu
vàng:

Khi mất đi 14 % nước sẽ tạo thành caramelen:

Và khi mất đi 25% nước sẽ tạo thành caramelin. Các sản phẩm caramen hóa đều có
vị đắng.
• Phản ứng maillard (phản ứng với các hợp chất chứa gốc amine)
Đây là phản ứng nâu hóa phi enzyme, xảy ra giữa đường khử và protein, peptide, acid
amin hoặc các amine thông qua phản ứng tạo N- glycoside và một chuỗi các phản ứng
kế tiếp khác.
Về cơ bản, phản ứng này xảy ra tương tự phản ứng của đường trong môi trường acid
hoặc kiềm, tuy nhiên do sự có mặt của các hợp chất nitrogen đóng vai trò xúc tác nên
phản ứng xảy ra với tốc độ nhanh hơn trong những điều kiện môi trường đơn giản hơn
rất nhiều. Phản ứng này rất thường gặp trong thực phẩm.
Glucose phản ứng với acid amin để tạo ra glucosylamine:
12
H
HO
CH
2
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
H
3
C
NH
2
OH

O
Amino acid
O
O
CH
2
OH
H
OH
OH
H
H
H
HO
H
H
3
C
NH
OH
O
CH
2
OH
H
H
HO
OH
H
OH

H
OH
H
3
C
NH
H
OH
O
OH
OH
CH
2
OH
H
H
H
HO
H
H
3
C
H
N
OH
O
Glucose
Glycosylamine
(mch vòng)
Hop chât không bên dê bi loai nuoc

Glycosylamine (dang imine)
H C
O
R
H
2
N R
1
H
OH
C
NH
R
1
R
+
O
CH
2
OH
OH
HO
OH
NH R
1
H
R
C
N
R

1
H
2
O
H
2
O +
_
D- Glucosylamine
Sự tạo thành các hợp chất amadori từ đường glucose và phân huỷ chúng tới 1- và 3-
deoxysone:
13
HC
NR
1
R
2
C OH
C
OH
H
H
C
C
HC
NR
1
R
2
OH

HC
C
NR
1
R
2
C H
HO
H
H
2
O
H
2
O
H
2
O
HC O
C
O
C
O
CH
2
1-, 3- dyosone
H R
1
R
2

NH
,
H
2
C
C
O
H
2
C
C
OH
CO
H,
R
1
R
2
NH
H
2
C NR
1
R
2
C
O
C
H
HO

HC
O
H
C
OH
C H
HO
R
1
R
2
NH
+
1, 2
Glucose
3
H
2
C NR
1
R
2
C
OH
C
HO
H
2
C
NHR

1
R
2
OH
C
HO
C
H
H
4
Phản ứng ngưng tụ andose để tạo ra gốc pyrazine:
CH
N
H C
OH
HO
C
H
R
1
R
1
CHO
H
H
C
C
NH
OH
O C

H
CH
2
HN
N
N
Oxy hóa
N
N
+
_
14
Phản ứng oxi hoá các hợp chất amadori:
H
2
C NHR
C
O
C
HO
H
H
2
C
NHR
OH
OH
C
C
H

2
C
NHR
C O
C
O
H
2
C
NHR
COOH
COOH
+
Oxy hóa Oxy hóa
Tiếp theo là các phản ứng của các hợp chất deoxyosome tạo ra sản phẩm là những hợp
chất mạch vòng có chứa hoặc không chứa nitơ góp phần tạo nên màu sắc cũng như mùi
vị cho các sản phẩm chiên nướng.
1.4.3 Tính chất cảm quan
Các đường đơn, đường oligo và các rượu tương ứng của chúng thường có vị ngọt,
đây là tính chất cảm quan quan trọng nhất. Ngoài ra, một vài loại có vị ngọt đắng (β – D
Mannose), hoặc vị đắng (gentibiose).
Một số đường quan trọng gồm saccharode, các loại xiro từ tinh bột và glucose hay
đường đảo, xiro glucose- fructose, đường fructose, lactose, các sugar alcohol như
sorbitol, mannitol, xylitol… cũng là những loại đường ngọt quan trọng.
Cường độ vị ngọt được đánh giá bằng ngưỡng nồng độ cảm nhận của đường hoặc
bằng cách so sánh với một đường chuẩn khác. Chất lượng và cường độ vị ngọt của
đường phụ thuộc vào công thức hóa học, cấu trúc của đường và các thông số cảm nhận
vị khác như nhiệt độ, pH, sự có mặt của các đường ngọt hoặc các chất không phải
đường.
Nói chung, trong quá trình chế biến thực phẩm, thành phẩm và nồng độ của các chất

tạo ngọt cần được điều chỉnh để đạt được cảm nhận cảm quan tốt nhất.
Trong ngành công nghệ thực phẩm chúng ta cần quan tâm tới một số loại
monosaccharide quan trọng như: pentose, D- xilose, D- ribose, heose, D- glucose, D-
manose, D- galactose, D-fructose ; disaccharide: saccharose, maltose, lactose,
15
xellobiose; trisaccharide: rafinose; polysaccharide: tinh bột, inulin, xellulose,
hemixellulose, pectin, aga- aga, dextran, glycogen, kitin.
1.5. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm
Từ những tính chất nêu trên, chúng ta rút ra được ứng dụng của glucid trong ngành
công nghệ thực phẩm.
• Các đường sau khi bị khử thành rượu, các dẫn xuất rượu này được sử dụng để
thay thế đường trong thực phẩm để giảm hoạt độ của nước, chống hiện tượng
kết tinh, tăng cường sự tái hấp thụ nước của các sản phẩm bị mất nước…
sorbitol có nhiều trong một số loại quả như lê, táo, mận..., maltitol được sử
dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm.
• Các phản ứng oxi hóa cho các sản phẩm là thành phần của các loại polysaccharide
thực phẩm quan trọng như pectin (chất tạo độ dày, tạo gel cho quá trình chế
biến thực phẩm)
• Trong môi trường acid, các đường đơn dễ tham gia vào phản ứng ngược tạo thành
các glucosid. Các sản phẩm tạo ra từ glucose có thể là disaccharide,
oligosaccharide nhưng chủ yếu là gentibiose, isomaltose làm giảm hiệu suất của
quá trình thủy phân.
• Trong môi trường kiềm, các aldose và ketose bị enol hóa, tạo thành các endiol,
thông qua các endiol này có hiện tượng isomer hóa các đường (một đường này
có thể chuyển thành đường khác). Ở các disaccharide, trường hợp chuyển
lactose thành lactulose được nghiên cứu sử dụng trong thức ăn của trẻ sơ sinh vì
chúng có tác dụng hỗ trợ tiêu hóa và ngăn ngừa hiện tượng táo bón ở trẻ.
• Khi đun nóng dung dịch đường trong môi trường acid hoặc kiềm, sẽ tạo ra các
chất có màu nâu với mùi caramen đặc trưng. Tùy điều kiện mà phản ứng xảy ra
theo hướng tạo màu hay tạo mùi nhiều hơn. Trong một số trường hợp, với dung

dịch đệm thích hợp sẽ tăng khả năng tạo ra các chất mùi, chủ yếu là
dihydrofuranone, cyclopentenolone, cyclohexenolone và pyrone. Ngoài ra, đun
nóng xirô glucose với acid sunfuric, có mặt ammonia sẽ tăng cường tạo ra các
hợp chất polime có màu nâu. Độ bền và khả năng hòa tan của các hợp chất này
sẽ tăng khi có thêm các anion bisulfate.
• Phản ứng maillard: tùy trường hợp cụ thể mà có lợi hay gây hại.
16