Ứng dụng các kiến thức về Gluxit trong công nghệ sản xuất thực phẩm

Bài thảo luận môn hóa học thực phẩm Ứng dụng các kiến thức về Gluxit trong công nghệ sản xuất thực phẩm. GLUXIT ( HYDRATCACBON) • Tính chất và phân loại chung. • Một số phản ứng của gluxit. • Monosaccarit. • Oligosaccarit (polysaccarit loại 1). • Polysaccarit (polysaccarit loại 2). • ứng dụng trong công nghệ sản xuất thực phẩm • Tính chất chung và phân loại • Gluxit hay đường là nhóm lớn các chất được tạo thành từ cacbon, hydro và oxy. Phần lớn đường có công thức chung ( CH2O)n. Một số đường phức tạp có chứa một lượng nhỏ nitơ và lưu huỳnh. • Gluxít tham gia cấu tạo tất cả các cơ thể sống. Trong thực vật gluxit chiếm tới 80% trọng lượng khô của tổ chức. Trong cơ thể động vật và người gluxit ít hơn, nhiều nhất là ở gan ( 5-10%), cơ vân ( 1-3%), cơ tim ( 0,5%) và não (0,2%). Trong toàn bộ chất sống gluxit chiếm nhiều hơn tất cả các chất khác cộng lại. GLUXIT ( HYDRATCACBON) • Gluxit đóng vai trò là nguồn cung cấp năng lượng. Khi oxy hoá 1gam gluxit sẽ giải phóng được 17,1KJ. • Những gluxit phức tạp như sacaroza, lactoza, tinh bột, glycogen là những chất dinh dưỡng dự trữ. Xenluloza thực vật, chitin ở côn trùng và một số loại gluxit khác ở người và động vật tạo nên độ cứng cơ học cho các mô sống. • Gluxit được sử dụng như một nguyên liệu kiến tạo các phân tử phức tạp hơn của axit nuleic, protit và lipit. Nếu thiếu gluxit quá trình oxy hoá mỡ và protit trong cơ thể sống không diễn ra bình thường. GLUXIT ( HYDRATCACBON) • Cây xanh có khả năng tổng hợp gluxit từ khí cacbon và nước trong quá trình quang hợp có sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời : • CO2 + H2O DL + ASMT (CH2O)n + O2 • Về mặt cấu tạo hoá học, gluxit là những rượu andehyt, rượu xetonic hoặc là dẫn xuất của chúng. • Gluxit được phân chia thành đường đơn, đường mạch ngắn ( 2-10 đường đơn) và đường đa. Cơ sở của sự phân loại này là khả năng thuỷ phân thành các gluxit đơn giản hơn. Đường đơn không bị thuỷ phân, đường mạch ngắn có thể thuỷ phân thành các đường đơn, đường đa thuỷ phân thành hàng trăm, hàng ngàn phân tử đường đơn. GLUXIT ( HYDRATCACBON) GLUXIT ( HYDRATCACBON) Quang hợp ở cây xanh • 1. Đường đơn ( Monosaccarit) Đường đơn hay monosacarit là chất tinh thể không màu, tan mạnh trong nước, nhưng không tan trong dung môi không phân cực. Phần lớn đường đơn có vị ngọt. Phân tử của chúng chứa từ 2 đến 7 nguyên tử cacbon và chúng có thể phân chia thành các loại sau : bioza (C2H4O2); trioza ( C3H6O3); tetroza (C4H8O4); pentoza ( C5H10O5); hecxoza (C6H12O6) và heptoza ( C7H14O7). GLUXIT ( HYDRATCACBON) Đường đơn ( Monosaccarit) • Tất cả các đường đơn (monosacarit ) đều có một nhóm cacbonyl ( C=O) và một số nhóm hydroxin rượu (- OH). Nếu nhóm cacbonyl nằm ở đầu mút mạch cacbon, nó sẽ tạo ra nhóm andehyt và đường đơn đó được gọi là anđoza. Phần lớn các anđoza dưới một công thức chung • CH2OH-(CHOH)n- HC = O • Nếu nhóm cacbonyl nằm giữa các nguyên tử cacbon sẽ tạo nên nhóm xeton và đường được gọi là xetoza. Xetoza có công thức chung • CH2OH- CO-(CHOH)n- CH2OH Aldo và Xeto Aldoza Aldo và Xeto GLUXIT ( HYDRATCACBON) • Đường đơn rất dễ tham gia vào các liên kết hoá học, vì vậy rất ít khi chúng ở trạng thái độc lập. Trong cơ thể chúng thường tồn tại dưới dạng dẫn xuất. Tuy nhiên trong dịch tế bào thực vật, máu, bạch huyết, dịch tế bào của người và động vật vẫn có glucoza . Trong máu người ở điều kiện thường chứa từ 0,8-1,1 gam glucoza/l . • Đường đơn thường gặp nhất là pentoza và hexoza. Trong cơ thể người và động vật đã phát hiện được trên 10 loại đường đơn khác nhau, bao gồm các loại sau : Andehyt glyxerit; Dioxiaxeton; Eritroza; Riboza; Ribuloza; Dezoxiriboza; Glucoza; Galactoza; Fructoza; Sedoheptoza. • Các đường đơn có từ 5 nguyên tử cacbon trở lên tồn tại không chỉ ở dạng mạch thẳng, mạch nhánh mà còn ở dạng mạch vòng. Các đồng phân mạch vòng không có nhóm andehyt hoặc xeton, bởi vì cacbonyl đã kết hợp với một nhóm OH nào đó của phân tử để tạo thành α hoặc β polyaxceton. Sự tương tác của cacbonyl và OH- sẽ làm đứt nối đôi của nhóm cacbonyl và nguyên tử hydro liên kết đồng hoá trị và mạch được khép kín thông qua nguyên tử oxy của nhóm OH- Mạch thẳng Mạch vòng Dạng thẳng và dạng vòng Các loại đường 6 cacbon trong tự nhiên • Glucoza là đường 6 cácbon điển hình • Galactoza là đồng phân của đường glucoza • Mannoza là đồng phân của glucoza • Riboza là đường 5 cacbon điển hình • Arabinoza là đồng phân của riboza • Xyloza là đồng phân của riboza • Fructoza là dạng xeto glucoza Fructoza là dạng xeto glucoza Các dạng đồng phân α và β GLUXIT ( HYDRATCACBON) ( ) ( )[ ] ( ) OHNHAgCOONHCHOHOHCH OHNHAgCHOCHOHCHOH 23442 342 32 2 ++↓+→ + ( ) ( ) ( ) OHOCuCOONaCHOHOHCH NaOHOHCuCHOCHOHCHOH 2242 242 3 2 ++→ ++ ( ) ( ) OHCHCHOHOHCHHCHOCHOHCHOH 242242 →+ Một số phản ứng của monosaccarit ( ) ( ) OHCuOHCOHCuHOHC 22611626116 22 +→+− Các phản ứng lên men Glucozơ có thể lên men tạo thành các sản phẩm sau: glyxerol, ancol etylic; axit lactic, vitamin C… nhưng quan trọng nhất là qúa trình lên men tạo ancol etylic: 2526126 22 COOHHCOHC +→ • 2. Oligosacarit Oligosacarit là các gluxit tạo thành từ một lượng không lớn các monosacarit (2 hoặc 3). Oligosacarit thường gặp ở thực vật. Trong cơ thể người và động vật có disacarit mantoza, đây là sản phẩm trung gian của quá trình phân huỷ polysacarit. Trong sữa người và động vật có disacarit lactoza. Trong củ cải đường, mía và nhiều loại cây trồng có disaccarit sacaroza. Disacarit thường ở dạng tinh thể không màu, tan trong nước và có vị ngọt. Sacaroza, matoza và lactoza được tạo thành từ 2 phân tử hexoza và là các đồng phân. Chúng có công thức chung là C12H22O11. Chúng rất khác nhau về tính chất và cấu trúc. Ví dụ, Sacaroza là sản phẩm của glucoza và fructoza với sự liên kết của 2 nhóm cacboxyl (OH) . GLUXIT ( HYDRATCACBON) Disacarit • Tất cả các disacarit đều có phản ứng đặc trưng là phản ứng thuỷ phân. Sacaroza thuỷ phân thành glucoza và fructoza. Lactoza sẽ thuỷ phân thành galactoza và glucoza. Mantoza thuỷ phân thành 2 phân tử glucoza. Quá trình thuỷ phân xảy ra khi nấu nướng thức ăn, trong quá trình tạo mật của ong mật và trong ống tiêu hoá của người và động vật. Quá trình này có thể tóm tắt qua phương trình : C12H22O11 + H2O 2C6H12O6 GLUXIT ( HYDRATCACBON) • Saccarozơ có cấu tạo như sau: • dạng cấu tạo mạch vòng của Saccarozo không có khả năng chuyển thành dạng mạch hở Phân tử saccarozơ hợp bởi phân tử alpha - glucozơ và beta - fructozơ - Dung dịch saccarozơ làm tan cho dung dịch màu xanh lam. - Dung dịch saccarozơ không tham gia các phản ứng tráng bạc do không có nhóm -CHO, khử đồng (II) hydroxit do không còn nhóm OH hemiaxetal tự do. • - Đun nóng dung dịch saccarozơ có mặt axit vô cơ làm chất xúc tác ta thu được glucozơ và fructozơ: C12H22O11 + H2O ----> C6H12O6 (glucozơ) + C6H12O6 (fructozơ) Phản ứng này có thể xảy ra nhanh hơn nhờ enzym - Saccarozơ có thể tan được trong dung dịch vôi sữa nhưng khi sục CO2 vào thì sẽ giải phóng ra lại saccarozơ. Phản ứng này được dung để tinh chế đường. GLUXIT ( HYDRATCACBON) • mantozơ Cấu tạo: Do hai gốc glucozơ liên kết với nhau qua nguyên tử oxy, gốc thứ nhất ở C1; gốc thứ hai ở C4: Vì nhóm -OH hemiaxetal ở góc glucozơ thứ hai còn tự do cho nên trong dung dịch nước, gốc này có thể mở vòng tạo ra nhóm -CHO. Do cấu trúc như vậy cho nên mantozơ có 3 tính chất chính: 1. Tính chất của poliol giống như saccarozơ. • 2. Có tính khử tương tự glucozơ -- có phản ứng tráng gương 3. Khi có mặt axit hoặc enzym mantozơ sẽ bị thủy phân sinh ra hai phân tử glucozơ 3. Polysacarit • Polisaccarit hay đường đa là chất cao phân tử được tạo thành từ hàng trăm, hàng ngàn phân tử monosaccarit hoặc dẫn xuất của chúng: đó là những polyme mạch thẳng hoặc mạch nhánh, trong đó các monome được liên kết với nhau bằng liên kết gluco-glucozit. • Đường đa được phân thành đường đa thuần và đường đa tạp. Đường đa thuần được tạo thành từ 1 loại monosacarit. Đường đa tạp chứa vài loại monosacarit khác nhau. • Polisaccarit thuần là chất rắn, khó nóng chảy và không bay hơi, không có cấu trúc tinh thể, không có vị ngọt. Một số đường đa thuần không tan trong nước và không tạo thành dung dịch keo. Chúng có mặt nhiều ở thực vật. Tinh bột, xenluloza và glycogen là polyme của glucoza có công thức chung là (C6H12O6)n. TINH BỘT Tinh bột thường có trong hạt ngũ cốc, khoai tây và các phần có diệp lục của thực vật. Tinh bột thực vật thường gặp ở hai dạng: amiloza và amilopectin. Trong phân tử amiloza, các phân tử glucoza liên kết với nhau bằng các cầu nối oxy tạo thành giữa nguyên tử cacbon số 1 của phân tử này với cacbon số 4 của phân tử kia(khoảng 100- 1000 phân tử glucoza). Mạch amiloza trong không gian xoắn lại như hình lò xo, còn phân tử nhìn chung có hình sợi. Amiloza tan tốt trong nước. Amilopectin tạo thành từ glucoza có cấu trúc mạch nhánh, do liên kết giữa nguyên tử cacbon số 6 và nguyên tử cacbon số 1 của nguyên tử khác (khoảng 600- 6000 phân tử glucoza). Tinh bột: cấu trúc vòng xoắn , tinh bột biểu hiện rất yếu tính chất của poliol và andehit, chỉ biểu hịên rõ tính chất thuỷ phân và phản ứng màu với iot XENLULOZA • Xenluloza là phần cơ bản của các tế bào thưc vật. Phân tử xenluloza là những mạch nối glucoza dài và không phân nhánh, khối lượng phân tử từ 100.000 đến 500.000 đv C. Giữa các mạch tạo nên các liên kết hydro với sự tham gia của nhóm hydroxyl, từ đó tạo nên cấu trúc sợi không tan trong nước. Sản phẩm trung gian của quá trình thuỷ phân tinh bột và glycogen là đextrin và mantoza, sản phẩm cuối cùng là gluccoza. Tinh bột, Glycogen và Celluloza Liên kết trong tinh bột và xenluloza Tinh bột Xenluloza α-1,4-glycosidic bond β-1,4-glycosidic bond • Vai trò của gluxit trong công nghệ chế biến thực phẩm • 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 cội nguồn gluxit. • Gluxit tạo ra được cấu trúc, hình thù, trạng thái cũng như chất lượng cho các sản phẩm thực phẩm. • + Tạo kết cấu: • Tạo sợi, tạo màng, tạo gel, tạo độ dặc, độ cứng, độ đàn hồi cho thực phẩm như tinh bột, thạch và pectin trong miến, giấy bọc kẹo, mứt quả, kem đá, kamaboko, trong giò lụa,… • 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 và tạo vị chua cho sữa chua,… • Tạo ra được những “bao vi thể” để cố định enzim và cố định tế bào (trong sản xuất sâm panh) + Tạo chất lượng: • Chất tạo ngọt cho thực phẩm (các đường). • Tham gia tạo ra màu sắc và hình thơm cho sản phẩm (đường trong phản ứng Maillard). • Tạo ra các tính 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. • Glycogen hay còn gọi là tinh bột của động vật. Về cấu trúc nó gần giống với amilopectin. Trọng lượng phân tử là 1.000.000- 5.000.000 (khoảng 6000- 30.000 phân tử glucoza). Glycogen tan trong nước nóng và tạo thành dung dịch keo. Tinh bột và glycogen được dự trữ trong cơ thể và được sử dụng như nguồn cung cấp năng lượng cho hoạt động sống. Nếu cơ thể thiếu glucoza tự do thì một phần của phân tử glycogen phía đầu mút bị cắt ra làm cho chiều dài phân tử ngắn lại. Khi glucoza tự do tăng lên thì độ dài của phân tử glycogen lại được tăng lên do có sự liên kết với các phân tử glucoza tự do. Phần lớn glycogen được tích luỹ trong gan và tế bào cơ. Glycogen GLYCOGEN • Polisaccarit tạp bao gồm: Axít hyaluronic, axít condroitinsunfuric và heparin. • Axít hyaluronic là chất keo dính của thành tế bào đồng thời có vai trò phân bổ các chất dinh dưỡng trong mô bào, có nhiều ở dịch tuỷ sống và thuỷ tinh thể mắt. • Axít condroitinsunfuric có ở màng tế bào, sụn xương, mô xương, giác mạc mắt. • Heparin có trong gian bào của gan, phổi, thành động mạch, tham gia chống đông máu và bảo vệ cơ thể khỏi bị viêm nhiễm.