Bài giảng hóa sinh đại cương chương 5 glucid

Chương 5: Glucid
I. Khái niệm về glucid (hydratcacbon)
II. Monosaccharide
III. Polysaccharide
IV. Sự chuyển hóa của glucid trong cơ
thể sống
V. Sự chuyển hóa của glucid trong chế
biến và bảo quản thực phẩm
ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

1

I. Khái niệm về glucid
(hydratcacbon)
1. Định nghĩa
2. Vai trò của glucid
3. Phân loại glucid

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

2


1. Định nghĩa
 Bản chất hóa học: polyhydroxy aldehyde hoặc
polyhydroxy keton
 TP nguyên tố: C, H, O (N, S, P…)

 CTCT đặc trưng: Cm(H2O)n  hydratcacbon
Ngoại lệ:
– đường desoxyribose – C5H10O4
– acid lactic C3H6O3
 hydratcacbon chỉ mang ý nghĩa lịch sử
 Hàm lượng glucid:
– Rất cao/mô thực vật (80% kl khô)
– Không đáng kể/mô động vật (2% kl khô)
ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

3

2. Vai trò của glucid
 Trong cơ thể sinh vật:
– Cung cấp năng lượng chủ yếu (60%
NL)
– Tạo cấu trúc, tạo hình (xenlulose).
– Bảo vệ (mucopolysaccharide)
– Tương tác đặc hiệu (polysaccharide
trên màng tế bào hồng cầu hay trên
thành tế bào một số vi sinh vật)
ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

4

2. Vai trò của glucid
 Trong công nghệ thực phẩm
– Chất liệu cơ bản của ngành sản xuất lên
men (rượu, bia, nước giải khát, mì chính,
acid amin, vitamin, kháng sinh)
– Tạo kết cấu:
• Tạo sợi, tạo màng, tạo gel, tạo độ đặc, độ
cứng, độ đàn hồi (miến, giấy bọc kẹo, mứt
quả, kem đá, giò lụa…)
• Tạo kết cấu đặc thù: độ phồng nở của
bánh phồng tôm, tạo bọt cho bia, độ xốp
cho bánh mì, tạo vị chua cho sữa chua
• Tạo bao vi thể để cố định enzyme và cố
định tế bào (sâm banh)
ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

5

2. Vai trò của glucid
 Trong công nghệ thực phẩm
– Tạo chất lượng:
• Chất tạo ngọt
• Tạo màu sắc và hình thơm (đường trong
phản ứng Maillard)
• Tạo tính chất lưu biến: độ dai, độ trong,
độ giòn, độ dẻo…
• Giữ mùi
• Tạo ẩm, giảm hoạt độ nước làm thuận

lợi cho quá trình gia công cũng như bảo
quản (mứt)
ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

6


3. Phân loại glucid
Dựa cấu tạo, có 2 nhóm lớn:
 Glucid đơn giản: monosaccharide
 Glucid phức tạp: polysaccharide gồm 2
phân nhóm nhỏ:
– Polysaccharide loại 1 (oligosaccharide)
– Polysaccharide loại 2

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

7

II. MONOSACCHARIDE
1.
2.
3.
4.

Đặc tính cấu tạo của monosaccharide

Các dạng cấu tạo của monosaccharide
Các dạng monosaccharide quan trọng
Tính chất của monosaccharide

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

8


1.Đặc tính cấu tạo của monosaccharide
Monosaccharide = dẫn xuất aldehyde / keton
của các polyol (rượu đa chức)
CHO
CHOH
CH2OH
CH2OH
CHOH
CH2OH
glycerin

aldehyde glycerinic (aldose)
CH2OH
C O
CH2OH
Dihydroxyaceton (ketose)

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

9

Tên gọi của monosaccharide
 Loại dẫn xuất:
– aldehyde  aldo– ketone  keto Số lượng C: triose (3C), tetrose (4C),
pentose (5C), hexose (6C), heptose (7C)
 Vị trí nhóm chức: đánh số được bắt đầu từ
nguyên tử C ở đầu mạch có nhóm cacbonyl
(CO) để cho nguyên tử C này có chỉ số nhỏ
nhất.

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

10


Ví dụ
CHO
CHOH
CH2OH

CHO
CHOH
CHOH
CH2OH

Aldehyde glycerinic
Aldotriose
Aldotetrose
CH2OH
C=O
CH2OH

CH2OH
C=O
CHOH
CH2OH

Dihydroxyaketon
ketotetrose
ketotriose
ThS. Phạm Hồng Hiếu

CHO
CHOH
CHOH
CHOH
CH2OH
Aldopentose
CH2OH
C=O
CHOH
CHOH
CH2OH
ketopentose

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

11

2. Các dạng cấu tạo của
monosaccharide
 Cấu tạo mạch thẳng: Đồng phân
lập thể L/D
 Cấu tạo mạch vòng: Đồng phân
lâp thể /

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

12


CẤU TẠO DẠNG MẠCH THẲNG
Vì trong cấu tạo monosaccharide có nhiều
C bất đối nên có nhiều đồng phân lập thể
khác nhau. Người ta chia ra đồng phân
dạng D, L chỉ về đồng phân cấu hình và
thêm dấu (+), (-) chỉ sự quay cực trái,
phải.
Sự phân biệt D, L (trên công thức hình
chiếu) dựa vào cấu tạo monosaccharide
đơn giản nhất là glyceraldehyde ( so sánh vị
trí OH ở C* gần với nhóm CH2OH)
ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

13

Đồng phân lập thể L/D
O

H

O

H

C

C

HO C H

H

CH2OH

C OH
CH2OH

L – glyceraldehyde

D – glyceraldehyde

(L – aldotriose)

(D – aldotriose)

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

14


Đồng phân lập thể L/D
O

H

O

H

C
H

C

C OH

HO C H
CH2OH

L – aldotetrose

H

C OH

H

C OH
CH2OH

D – aldotetrose

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

15

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

16


Cấu tạo vòng
 Một số phản ứng xảy ra với aldehyt thông
thường nhưng không xảy ra với một số
monosaccharide  nhóm –CHO còn tồn tại

dạng nào khác dạng mạch thẳng
 Monosaccharide dễ dàng tạo hợp chất ester với
metanol, thu được hỗn hợp 2 đồng phân có
chứa nhóm OCH3  monosaccharide có chứa 1
nhóm OH đặc biệt khác với nhóm OH thông
thường
 Số đồng phân lập thể > 2n tính theo C*  dự
đoán ngoài dạng mạch thẳng, monosaccharide
còn có cấu tạo vòng
ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

17

Công thức mạch vòng bán axetal
Vòng bán axetal = cacbonyl (C=O) +
OH (thường gần CH2OH)
 nhóm OH – glucoside ở vị trí C1
(aldose) hoặc C2 (ketose):
–Vòng 5 cạnh (furanose) = C1 với
C4, C2 với C5
–Vòng 6 cạnh (piranose) = C1 với
C5, C2 với C6

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

18

Công thức mạch vòng bán axetal
OH

H
C

H C OH
HO C H O

O
C H
H C OH
HO C H

H C OH

H C OH

H C

H C OH

CH2OH
 – D – glucose
ThS. Phạm Hồng Hiếu

CH2OH
D – glucose

H

HO
C

H C OH
HO C H O
H C O
H C H
CH2OH
 – D – glucose

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

19

Công thức vòng theo Haworth
Vòng monosaccharide đặt trên 1 mặt phẳng
gồm các nguyên tử cacbon và cầu nối oxy
Các cạnh đậm nét  gần mắt người quan sát
Các nhóm OH và H:
– trái  trên
– phải  dưới
OH glucoside:
–   phải  dưới
–   trái  trên

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

20


Công thức vòng theo Haworth
1

C H
H C OH

6

CH2OH
OH
OH H 1
OH
HO
H OH
H5

O
6

CH2OH
O OH
OH H 1
HO
H
H OH

H5

HO C H
H C OH
5
H C OH

-D-glucopiranose

6 CH OH
2

-D- glucopiranose

D – glucose
ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

21

Công thức vòng theo Haworth
1

6

HOCH2 O
5

HH

4

CH2OH
2

HO OH
3

HO
H
-D-fructofuranose

6
1

O
CH2OH HOCH2

2C O
3

5

HH
4

HO C H

HO

4

H C OH
5
H C OH

HO
3H

OH
2

CH2OH

1

-D-fructofuranose

6 CH OH
2

D – fructose
ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

22


ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

23

Đồng phân dạng ghế thuyền

O

Dạng ghế (2)

ThS. Phạm Hồng Hiếu

O

Dạng thuyền (6)

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

24


3. Các dạng monosaccharide
quan trọng
 Pentose:
O

O

O

O

C H

C H

C H

C H

H C OH

H C OH

HO C H
HO C H
CH2OH
L-arabinose
ThS. Phạm Hồng Hiếu



HO C H
H C OH
CH2OH
D-xilose

H C OH

H C H

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

CH2OH
D-ribose

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

CH2OH
D-desoxyribose
25

Pentose
– Là các monosaccharide chứa 5 carbon.
– Pentose hiện diện chủ yếu trong cấu trúc của động
vật, thực vật; ngoài ra ở trạng thái tự do ta cũng có
thể gặp một số loại
– Các pentose quan trọng là: L-Arabinose, D-Xylose, DRibose và D-Deroxyribose. Ngoài ra các D-Ribulose
và L-Xylulose cũng thường có mặt trong cấu trúc của
thực vật, vi sinh vật và mô động vật

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

26




L-Arabinose: L-Arabinose có trong thành phần của các
polysaccharide như hemicellulose, các chất nhầy...
Pentose này không bị lên men bởi nấm men, thường
tồn tại trong thực vật dạng L:

ThS. Phạm Hồng Hiếu



Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

27

D-Xylose:
– Ít tồn tại ở trạng thái tự do, chủ yếu nằm ở dạng
polysaccharide trong thực vật như: xylan, và trong
gỗ, rơm, rạ.
– Khi thủy phân các nguyên liệu trên bằng acid ta thu
được D-Xylose. Xylose không bị lên men bởi nấm
men, không bị người và động vật đồng hóa, thường
tồn tại ở dạng mạch thằng (D) và dạng mạch vòng
pyranose (6 cạnh).

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

28




D-Ribose:
Là loại monosaccharide thường gặp trong thành phần của
nhiều chất quan trọng trong cơ thể sống như: acid
ribonucleic, vitamin, coenzym nicotinamide adenin dinucleotid
(NAD.H2 ).
–
Dẫn xuất của Ribose là D-Dezoxyribose là thành phần quan
trọng của acid dezoxyribonucleic, tham gia trong cấu tạo của
ADN. Đây là chất có vai trò quan trọng trong một số đặc tính
sinh học của cơ thể sống, đặc biệt là tính di truyền
–

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

29

3. Các dạng monosaccharide
quan trọng

 Hexose:
O

O

O

C H

C H

C H

H C OH
HO C H

HO C H
HO C H

H C OH
HO C H

C O
HO C H

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

CH2OH
D-glucose

CH2OH
D-manose

CH2OH
D-galactose

CH2OH
D-fructose

ThS. Phạm Hồng Hiếu

HO C H

CH2OH

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

H C OH

30

 D-Glucose:
– Là loại monosaccharide phổ biến ở động vật
và ở thực vật. Nó có nhiều ở trong nho chín
nên còn được gọi là đường nho

ThS. Phạm Hồng Hiếu

–
–
–

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

31

Trong dung dịch, D-glucose dễ bị lên men bởi nấm
men.
D-Glucose là thành phần cơ bản cấu tạo nên nhiều
loại polysaccharide: tinh bột, glycogen, cellulose,..
Trong cơ thể người và động vật, D-Glucose là
thành phần cố định trong máu, dễ dàng được cơ
thể con người hấp thụ.

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

32

 D-Fructose:
– Là loại monosaccharide phổ biến ở thực vật.
Nó có nhiều ở trong quả và mật hoa.

ThS. Phạm Hồng Hiếu

–
–

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

33

Khi khử fructose tạo thành sorbitol và manitol. D Fructose dễ bị lên men bởi nấm men..
D-Fructose là thành phần của các disaccharide và các
polyfructoside thường gặp trong thực vật.

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

34




D-Galactose
– D-Galactose có trong thành phần của lactose và các

polysaccharide galactan thực vật. Ngoài ra nó còn
nằm trong thành phần cấu tạo của agar-agar.
– Dẫn xuất của D-Galactose là acid galacturonic nằm
trong thành phần của pectin.
– D-Galactose chỉ bị lên men bởi các loại nấm men
đặc biệt.

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

35

 D-Mannose:
– Có trong thành phần của hemicellulose, các
chất nhầy. Các manose dễ bị lên men bởi
nấm men

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

36


4. Tính chất của monosaccharide


Tính chất vật lý của đường monosaccharide
– Monosaccharide là những chất không màu, phần

lớn có vị ngọt, hòa tan tốt trong nước, không tan
trong dung môi hữu cơ.
– Tính hòa tan của đường: Mỗi loại đường có một độ
hòa tan khác nhau. Ví dụ ở 200C khả năng hòa tan
trong nước của glucose là 107g/100g nước, của
fructose là 375g/100g nước, của saccharose là
204g/100g nước. Từ đó ta nhận thấy rằng glucose
khó kết tinh hơn so với đường saccharose và
đường fructose

ThS. Phạm Hồng Hiếu

–

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

37

Tính hút ẩm của đường:
• Mỗi loại đường có độ hút ẩm khác nhau. Ví dụ
glucose có độ hút ẩm kém hơn fructose.
• Tùy sản phẩm chế biến mà ta sẽ kết hợp với các
loại đường có độ hút ẩm tương thích
• Có những sản phẩm cần độ bóng mướt thì ta
thêm các chất có tính hút ẩm vào như đường
mật ong
• Còn đối với những sản phẩm cần ở trạng thái vô
định hình thì những chất có tính hút ẩm cao sẽ
gây kết tinh cho sản phẩm, lúc này ta cần sử
dụng loại đường như glucose để làm giảm khả

năng kết tinh tại sản phẩm

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

38


Tính chất hóa học của
monosaccharide
 Do có nhiều nhóm –OH trong phân tử, nên
nhìn chung monosaccharide dễ tan trong
nước không tan trong các dung môi hữu cơ
 Khi cô đặc dung dịch monosaccharide ta sẽ
thu được dạng tinh thể monosaccharide
 Do sự có mặt các nhóm – CHO, C=O, -OH
nên monosaccharide cũng có các tính chất
đặc trưng của các nhóm này, điển hình là tính
khử
ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

39

Tính khử (bị oxy hoá)
 Oxy hóa nhẹ(Cl2, Br2, I2/OH-): CHO  COOH
ketose: không xảy ra phản ứng
COOH

CHO
H

C

OH

HO

C

H

H

C

OH

H

C

OH

CH2OH
D - Glucose
ThS. Phạm Hồng Hiếu

Br2
H2O

H

C

OH

HO

C

H

H

C

OH

H

C

OH

+ HBr

CH2OH

acid gluconic
Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

40


Tớnh kh (b oxy hoỏ)
Trong trng hp nhúm CHO (C1) c
bo v thỡ nhúm OH ca C6 trong phõn t
ng s b oxy húa thnh nhúm carboxyl:
H
HO

CH2 OH
O
H
OH H

baỷo veọ nhoựm OH

H

H
cuỷ a glucozit

OH

OH
H
D- Glucose

CH2 OH
O
H
OH H

HO
H

ThS. Phm Hng Hiu

H
Br2

H
OR

COOH
O
H
OH H

HO

H
OR

OH
H
Acid glucuronic

OH

Húa Sinh TP Chng 5: Glucid

41

Tớnh kh (b oxy hoỏ)
Oxy húa mnh (HNO3):
CHO (C1), CH2OH (C6) 2COOH (diacid)
COOH

CHO
H

C

OH

HO

C

H

OH

H

C

OH

OH

H

C

OH

H

C

OH

HO

C

H

H

C

H

C

CH2OH
D - Glucose
ThS. Phm Hng Hiu

HNO3

COOH
acid sacaric
Húa Sinh TP Chng 5: Glucid

42


Tính oxy hoá (bị khử)
 Dưới tác dụng của các chất khử, các nhóm chức aldehyt
hoặc keton có thể bị khử, monosaccharide chuyển thành
các polyol (rượu đa chức). Chẳng hạn như D – glucose và
D – fructose khi bị khử đều chuyển thành rượu đa chức
socbitol:
CH2OH – (CHOH)4 – CHO + 2H  CH2OH – (CHOH)4 – CH2OH
CH2OH – CO – (CHOH)3 – CH2OH + 2H  CH2OH – (CHOH)4 – CH2OH

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

43

Tham gia phản ứng tạo ester

 Nhóm – OH tại C1 và C6 thường tham gia phản ứng tạo
ester, nhất là phức ester với các phosphat như : D –
glyceraldehyd – 3 phosphat, D – glucose – 1 – phosphat; D
– glucose 1,6 - bisphosphat
 Một số loại phức ester của phosphat với các
monosaccharide:
OH

OH

CH2O P O
H

HO

OOH
H
H
OH H
OH

H OH
D- Glucose- 6- phosphat
ThS. Phạm Hồng Hiếu

H
HO

CH2OH
O

H
H OH
OH H
O P O

CH2O P O

OH
CH2O P O

OH
OH
O CH2OP O
OH
H OH

OH
O CH2OH
H

H OH
OH
OH H

H OH OH
D- Glucose - 1- phosphat D- Fructose-6- phosphat
Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

H

OH
OH H

D- Fructose-1,6-biphosphat
44


Phản ứng với acid
 Khi đun sôi các pentose, hexose với acid đặc (HCl 12%,
H2SO4đđ) thì H2O tách ra và tạo thành các furfurol (từ
pentose) hoặc oxymethylfurfurol (hexose):
CHO
H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

t0
H+

+ 3 H 2O

OHC

O

CH 2 OH

F u r fu r o l

D - R ib o s e
CHO

CHO

H

C

OH

HO

C

H

H

C

OH

H

C

OH

C

t0

CH

H+

CH

O

+ 3 H 2O

hay
OHC

O

CH

+ 3 H 2O

2 OH

C

CH 2 OH
D - G lu c o s e

CH 2 OH
5 - O x y lm e t y lfu r fu r o l

ThS. Phạm Hồng Hiếu

5 - O x y lm e t y lfu r fu r o l

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

45

Phản ứng với kiềm
 Tác động của các bazơ lên monosaccharide phụ thuộc
nồng độ của các bazơ và nhiệt độ môi trường
 Dưới tác dụng của các dung dịch kiềm yếu như Ba(OH)2,
Ca(OH)2, thì sự đồng phân hóa có thể xảy ra giữa
glucose, mannose, fructose:
CHO

H

C

HO C

HO CH
H

OH
H

C

HO C

HO CH2
OH
H

H

HO CH

C

O

HO C

HO C

H

HO C

O

H

CH

HO C

H

HO C

H

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

CH2OH

D- Glucose
ThS. Phạm Hồng Hiếu

CH2OH

Trans-endiol

CH2OH

D- Fructose

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

CH2OH

Cis - endiol

CH2OH

D- Mannose
46


Phản ứng tạo dẫn xuất osamine
 Các monosaccharide có thể phản ứng với các amin
tạo thành các osamine. Phản ứng diễn ra có sự
thay thế nhóm OH của monosaccharide bằng nhóm
amin:
CH2OH
CH2OH
OH
OH
HO
H
OH H
OH H
OH
OH

HO
H
H NH2
H NH2
Glucosamine

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Galactosamine

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

47

Phản ứng tạo glucoside
OH glucoside (MS) + OH (MS/ rượu)  hợp chất glucoside
(/)
Ví dụ như từ D – glucose nếu cho tác dụng với metanol với
sự có mặt của HCl sẽ thu được hai chất sau:

CH2OH
O H
H
OH H

HO

H

OCH3

OH
H
-metyl-D-glucoside
ThS. Phạm Hồng Hiếu

CH2OH
O

OH H
HO

OCH3
H

OH
H
-metyl-D-glucoside

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

48


III. polysaccharide
1. Oligosaccharide (Polysaccharide loại 1)
2. Polysaccharide loại 2

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

49

1.Oligosaccharide (polysaccharide loại
1)
 Oligosaccharide = nhóm glucid cấu tạo
từ 2 đến 10 MS liên kết bằng liên kết
glucoside
 Tùy thuộc vào số lượng các MS 
disaccharide, trisaccharide,
tetrasaccharide…

ThS. Phạm Hồng Hiếu

Hóa Sinh TP – Chương 5: Glucid

50