Tải bản đầy đủ

Tìm hiểu cấu trúc, tính chất, ứng dụng, phương pháp điều chế glucan

PHẦN
1. MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Glucozơ là nhiên liệu chủ yếu của hầu hết các cơ thể sống và đóng vai trò trung tâm
trong chuyển hóa. Sự oxi hóa hoàn toàn glucozơ thành CO 2 và H2O theo phản ứng C6H12O6
+ 6O2 → 6CO2 + 6H2O giải phóng một năng lượng tự do. Glucozơ không chỉ là một nhiên
liệu tuyệt vời mà còn là tiền chất quan trọng, có khả năng tạo nên một lượng lớn các chất
chuyển hóa trung gian, các chất cần thiết cho các phản ứng tổng hợp. Từ glucozơ có thể
tổng hợp được một số amin, nucleotit, coenzim, axit béo và nhiều chất chuyển hóa trung
gian cần thiết cho sự phát triển của cơ thể. Glucozơ có thể có hàng trăm hoặc hàng ngàn
cách biến hóa khác nhau. Ở cơ thể bậc cao hoặc động vật, glucozơ xuất hiện ở ba dạng chủ
yếu như sau: có thể được dự trữ dưới dạng polisaccarit hoặc saccarozơ, được oxi hóa để tạo
thành hợp chất ba cacbon (pyruvat) theo con đường đường phân hoặc oxi hóa để tạo thành
các pentozơ theo con đường pentozơ photphat.
Khi các phân tử D-glucozơ liên kết với nhau bởi các liên kết glicozit tạo thành mạch
có nhánh hoặc không nhánh (các polisaccarit) chứa từ hàng chục đến hàng ngàn mắc xích
D-glucozơ. Các polisaccarit tạo nên từ các monosaccarit là D-glucozơ được gọi chung là
glucan. Có hai loại glucan là α-glucan và β-glucan. Các glucan có ý nghĩa rất quan trọng về
nhiều mặt như ứng dụng trong y khoa (thuốc chữa ung thư, chất độn không hoạt động trong
thuốc,…), trong thực phẩm (như chất phụ gia trong bánh kẹo, thực phẩm…), trong công
nghiệp dệt,...



Các hợp chất thuộc loại glucan rất đa dạng như tinh bột, xenlulozơ, glicogen,… và đã
có nhiều tài liệu nghiên cứu riêng rẽ về các hợp chất trên. Vì vậy để góp phần tổng hợp lại
những đặc điểm, tính chất cũng như ứng dụng của các hợp chất thuộc loại glucan, em thực
hiện đề tài: “Tìm hiểu về cấu trúc, tính chất, phương pháp điều chế và ứng dụng của
glucan”.


2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu, tìm hiểu rõ hơn về cấu trúc, tính chất, phương pháp điều chế cũng như
ứng dụng của các glucan để học tập và định hướng sử dụng có hiệu quả trong đời sống cũng
như trong nghiên cứu khoa học.

3. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về khái niệm polisaccarit, glucan.
- Cấu trúc, tính chất, phương pháp điều chế, ứng dụng của các glucan quan trọng.
- Sơ lược về một số glucan khác.

4. Đối tượng nghiên cứu
Các polisaccarit thuộc loại glucan.

5. Phương pháp nghiên cứu
- Sưu tầm và nghiên cứu từ sách, tài liệu mạng internet, qua bài giảng.
- Phân tích, so sánh, tổng hợp lại các kết quả.


PHẦN 2. NỘI DUNG
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ POLISACCARIT VÀ
HỢP CHẤT GLUCAN
1.1. Giới thiệu về polisaccarit và glucan
Polisaccarit là các biopolime, còn gọi là các glican, bao gồm hàng chục, hàng trăm
hoặc hàng ngàn đơn vị monosaccarit nối lại với nhau bằng liên kết glicozit, tạo thành mạch
phân tử không nhánh hoặc có nhánh. Khi tạo thành chuỗi, nhóm hiđroxyl glicozit của phân
tử này tương tác với nhóm hiđroxyl ancol (thường là nguyên tử cacbon số 4, hiếm hơn là
cacbon số 6 và rất hiếm là cacbon số 3) của phân tử kia, nên ta có các loại liên kết glicozit là
(1,4); (1,6); (1,3) (thuộc loại anpha (α) hoặc beta (β)).
Như vậy, trong polisaccarit các gốc monozơ được nối với nhau bằng liên kết glicozit –
glicozit; do đó nó có thể được xem là các poliglicozit. Tương tự các glicozit (các axetal),
poliglicozit có thể bị thủy phân bằng axit hoặc enzim thành các đường đơn giản hơn, đến


các monozơ ban đầu.
Các polisaccarit được tạo thành từ một loại monosaccarit được gọi là
homopolisaccarit. Các polisaccarit được tạo thành từ hai hoặc nhiều loại monosaccarit khác
nhau và khi thủy phân đến cùng có thể sinh ra các chất phi cacbohiđrat được gọi là
heteropolisaccarit.
Với sự tham gia của pentozơ sẽ tạo ra pentozan như araban từ arabinozơ, xylan từ
xylozơ… Còn khi có sự tham gia của hexozơ sẽ tạo thành hexozan như glucan từ glucozơ,
inulin từ fructozơ…
Như vậy glucan là polisaccarit được tạo từ các monosaccarit là D-glucozơ liên kết với
nhau bởi các liên kết glicozit. Theo đó, polisaccarit xây dựng từ các glucozơ bị ràng buộc
bởi liên kết trừ liên kết glicozit thì không được gọi là glucan.

1.2. Phân loại glucan
Dựa theo chỉ số α hoặc β của liên kết glicozit, glucan được chia làm hai loại:
Anpha glucan: là những polisaccarit tạo bởi những các gốc D-glucopiranozơ liên kết
với nhau bởi các liên kết glicozit theo dạng anpha (α). Một số chất thuộc loại α-glucan:
 Tinh bột: chứa liên kết α-1,4-glicozit và liên kết α-1,6-glicozit.
 Đextran: chứa liên kết α-1,6-glicozit và liên kết α-1,3-glicozit ở nhánh.
 Glicogen: chứa liên kết α-1,4-glicozit và liên kết α-1,6-glicozit.
 Pullulan: chứa liên kết α-1,4-glicozit và liên kết α-1,6-glicozit.
Beta glucan: là những polisaccarit tạo bởi các gốc D-glucopiranozơ liên kết với nhau
bởi các liên kết glicozit theo dạng beta (β). Một số chất thuộc loại β-glucan:
 Xenlulozơ: chứa liên kết β-1,4-glicozit.


 Chitin: chứa liên kết β-1,4-glicozit.
 Chrysolaminarin: chứa liên kết 1,3-β-glicozit.
 Curdlan: chứa liên kết β-1,3-glicozit.
 Laminarin: chứa liên kết β-1,3-glicozit và β-1,6-glicozit.
 Yến mạch β-glucan: chứa liên kết β-1,3-glicozit và β-1,4-glicozit.


Chương 2. MỘT SỐ α-D-GLUCAN QUAN TRỌNG
Các polisaccarit quan trọng nhất được cấu tạo từ các gốc α-D-glucopiranozơ là tinh
bột, glicogen và đextran.

2.1. Tinh bột
2.1.1. Trạng thái tự nhiên

Hình 2.1. Một số loại hạt chứa nhiều tinh bột
Tinh bột là tên gọi của polisaccarit dự trữ chính của cơ thể thực vật, được tích lũy
trong quá trình quang hợp, chủ yếu trong hạt, củ và quả. Gạo chứa nhiều tinh bột nhất
(khoảng 80%), mì chứa khoảng 70%, khoai tây chứa 20%, các loại củ quả khác chứa ít tinh
bột hơn. Một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau.
Tinh bột có nhiều trong các loại lương thực do đó các loại lương thực được coi là nguồn
nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột. Hình dạng và thành phần hóa học của tinh bột phụ
thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt ...
Bảng 2.1. Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột [2]
Nguồn

Kích thước
hạt(nm)

Hạt ngô

10-30

Lúa mì
Lúa mạch đen
Đại mạch
Yến mạch
Lúa
Đậu đỗ
Kiều mạch
Chuối
Khoai tây
Khoai lang
Sắn
Dong riềng

5-50
5-50
5-40
5-12
2-10
30-50
5-15
5-60
1-120
5-50
5-35
10-130

Hình dáng
Đa giác
hoặc tròn
Tròn
Tròn dài
Bầu dục
Đa giác
Đa giác
Tròn
Tròn dẹt
Tròn
Bầu dục
Bầu dục
Tròn
Bầu dục

Hàm lượng
amilozơ, %

Nhiệt độ hồ
hoá(0C)

25

67-75

20

13-35
46-54

56-80
46-62
68-90
55-85
70-80
60-71

17
23
20

56-69
52-64

38-41


Hình 2.2. Tinh bột sắn 1500X dưới dạng vi ảnh của kính hiển vi điện tử quét

Hình 2.3. Tinh bột huỳnh tinh 1500X dưới dạng vi ảnh của
kính hiển vi điện tử quét
Hạt tinh bột của tất cả hệ thống nêu trên hoặc có dạng hình tròn, hình bầu dục, hay
hình đa giác. Hạt tinh bột khoai tây lớn nhất và bé nhất là hạt tinh bột thóc.
Kích thước các hạt khác nhau dẫn đến các tính chất cơ lí khác nhau như nhiệt độ hồ
hóa, khả năng hấp thụ xanh metylen…
2.1.2. Tính chất vật lý
Tinh bột là chất bột vô định hình, không màu, không tan trong nước lạnh, trong etanol
và các dung môi hữu cơ. Trong nước nóng tinh bột trương phồng lên tạo hồ tinh bột và khi
đó bị tan một phần nhỏ. Để nguội ta được dung dịch đồng nhất gọi là hồ tinh bột. Sự hóa hồ
tinh bột là quá trình bất thuận nghịch.
2.1.2.1. Tính hấp thụ của tinh bột
Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất thì nó sẽ hấp thụ các
chất đó, bề mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham gia quá trình hấp thụ. Vì vậy trong
quá trình bảo quản, sấy và chế biến cần phải hết sức quan tâm tính chất này. Các ion liên
kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột. Khả năng hấp thụ
của các loại tinh bột phụ thuộc cấu trúc bên trong của hạt và khả năng trương nở của
chúng.


2.1.2.2. Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột
Xác định khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho phép điều
chỉnh được tỉ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong quá trình công nghiệp, còn
có ý nghĩa trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thủy nhiệt. Rất nhiều tính chất chức
năng của tinh bột phụ thuộc vào tương tác của tinh bột và nước (tính chất thủy nhiệt, sự hồ
hóa, tạo gel, tạo màng). Ngoài ra, nó cũng là cơ sở để lựa chọn tinh bột biến hình thích hợp
cho từng ứng dụng cụ thể. Ví dụ: Để sản xuất các sản phẩm nước uống hòa tan như cà phê,
trà hòa tan thì nên chọn tinh bột biến hình nào có độ hòa tan cao nhất.
2.1.3. Cấu trúc của tinh bột
Về thành phần, tinh bột không đồng nhất, là một hỗn hợp của hai polisaccarit: amilozơ
và amilopectin, được cấu tạo từ các gốc α-D-glucopiranozơ. Tỉ lệ amilozơ và amilopectin
phụ thuộc vào từng loại thực vật, trung bình là 1:4, mặc dù người ta cũng biết có loại ngô
không chứa amilozơ và một số đậu chứa amilozơ đến 75% khối lượng tinh bột.

Hình 2.4. Cấu trúc của amilozơ và amilopectin dạng chuỗi

2.1.3.1. Amilozơ, poli (1,4’-O-α-D-glucopiranozit)


Cấu trúc dạng ghế của phân tử amilozơ:

Hình 2.5. Mô hình phân tử amilozơ
Amilozơ là polisaccarit không phân nhánh với các liên kết α-(1→4)-glicozit, tan trong
nước nóng. Phân tử khối của amilozơ phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ, dao động từ 150
nghìn đvC (tinh bột ngô và gạo) đến 500 nghìn đvC (tinh bột khoai tây), ứng với một nghìn
và ba nghìn mắc xích.
Do cấu hình α của liên kết glicozit, các α-glucan không xuất hiện dưới dạng sợi, mạch
polisaccarit của amilozơ có thể có cấu dạng xoắn theo kiểu lò xo. Điều này đã được chứng
minh bằng phân tích Rơnghen các phức chất tinh thể, có tên là hợp chất bọc, tạo amilozơ
với iot và một số ancol. Mỗi vòng xoắn ốc bao bọc 6 mắc xích monosaccarit, còn phân tử
iot hoặc chất tạo phức khác phân bố dọc theo đường xoắn ốc. Phức của amilozơ với iot có
màu xanh đậm.
Sự khác nhau tinh vi về hóa lập thể giữa xenlulozơ và amilozơ dẫn đến sự khác nhau
về tính chất vật lí. Cấu trúc xoắn của amilozơ tăng cường thêm liên kết hiđro với nước và
điều này giúp amilozơ tan mạnh trong nước, còn xenlulozơ thì không. Liên kết α-(1→4)glicozit có thể bị phân hủy dễ dàng bởi enzim α-gluziđaza có trong cơ thể động vật.
Khả năng tạo phức của amilozơ (và toàn bộ tinh bột) được dùng trong phân tích để
phát hiện tinh bột cũng như iot và được gọi là thuốc thử iot – hồ tinh bột.
Bởi vì trong phân tử amilozơ, nhóm hiđroxyl hemiaxetal chỉ bảo toàn ở mắc xích Dglucozơ cuối mạch nên chúng không khử được các oxit kim loại.
2.1.3.2. Amilopectin


Cấu trúc dạng ghế của phân tử amilopectin:

Hình 2.6. Mô hình phân tử amilopectin
Amilopectin là thành phần chính của tinh bột, có cấu trúc phức tạp hơn amilozơ, có
cấu tạo phân nhánh, gồm một số mạch amilozơ nối với nhau nhờ liên kết α-(1→6)-glicozit.
Phân tử khối tương đối của amilopectin vào khoảng 1 triệu đvC hoặc cao hơn, cấu tạo từ
khoảng 4000 đơn vị D-glucozơ và 0,4% axit photphoric. Chuỗi mạch amilozơ trung tâm dài
nhất chứa khoảng 60 đơn vị D-glucozơ, còn trung bình chứa khoảng 20 – 25 đơn vị Dglucozơ. Amilopectin không tan trong nước nóng nhưng trương nở mạnh và tạo thành hồ
tinh bột, cho màu tím với dung dịch iot và cũng không khử oxit kim loại.


2.1.4. Tính chất hóa học
Tinh bột không tham gia phản ứng tráng bạc và với thuốc thử Fehlinh vì phân tử tinh
bột chứa một số lượng lớn các mắc xích D-glucozơ nhưng chỉ có rất ít cuối mạch còn nhóm
-OH hemiaxetal. Tinh bột cũng không tác dụng với Cu(OH) 2 để tạo ra dung dịch màu xanh
như các hợp chất chứa nhiều nhóm –OH khác.
2.1.4.1. Phản ứng thủy phân
Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị
D-glucozơ bằng axit hoặc bằng enzim. Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu
hoặc ở dạng hồ hóa, còn enzim chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa. Một số enzim
thường dùng là α-amilaza, β-amilaza. Axit và enzim giống nhau là đều thủy phân các phân
tử tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-D-(1,4)-glicozit. Đặc trưng của phản ứng này là
sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra sản phẩm cuối cùng là D-glucozơ:

.
Các sản phẩm trung gian (C6H10O5)x (xlà đextrin hay tinh bột tan (vì dễ tan trong nước hơn tinh bột).

Trong cơ thể người và động vật, tinh bột bị thủy phân nhờ xúc tác của các enzim
khác nhau, ví dụ amilaza trong nước bọt, mantaza trong ruột:
H2O

H2O

α-Amilaza

β- Amilaza
Amilaza

C12H22O11

H2O

C6H12O6

Mantozơ

Mantaza

D-Glucozơ


2.1.4.2. Phản ứng tạo phức
Ở nhiệt độ phòng, tinh bột tác dụng với iot cho phức màu xanh tím. Màu của dung
dịch chủ yếu là mà của “hợp chất bọc” được tạo thành bởi phân tử amilozơ ở dạng vòng
xoắn bọc các phân tử iot nằm ở phía trong ống xoắn.
Khi đun nóng, màu xanh biến mất, do liên kết hiđro giữa các vòng xoắn bị phân cắt,
mạch phân tử amilozơ tạm thời duỗi thẳng nên các phân tử iot tách ra khỏi phân tử
amilozơ đồng thời thăng hoa. Khi nguội màu xanh lại xuất hiện.
Vì vậy, iot có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amilozơ trong
tinh bột bằng phương pháp trắc quang. Để phản ứng được thì các phân tử amilozơ phải có
dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của amilozơ bao quanh phân tử iot. Các
đextrin có ít hơn 6 gốc D-glucozơ không cho phản ứng với iot vì không tạo được một vòng
xoắn ốc hoàn chỉnh. Axit và một số muối như KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng.
Amilozơ với cấu hình xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iot, tương ứng với một
vòng xoắn một phân tử iot. Amilopectin tương tác với iot cho màu nâu tím. Về bản chất
phản ứng màu với iot là hình thành nên hợp chất hấp thụ.
Ngoài khả năng tạo phức với iot, amilozơ còn có khả năng tạo phức với nhiều chất
hữu cơ có cực cũng như không cực như: các rượu no, các rượu thơm, phenol, các xeton
phân tử lượng thấp...

Sắn

Ngâm

Khoai lang

Khoai tây

Ngâm

2.1.5. Quy trình thu tinh bột từ nguyên liệu củ
Cắt khúc

Rửa nguyên liệu

Nghiền

Tách rửa tinh bột

Nghiền lần 2

Tách dịch bào

Tinh chế sữa tinh bột

Nước dịch vào bể lắng

Tách bã nhỏ

Tách bã
Rửa tinh bột
Bã lớn
Tinh bột sạch

Dịch để pha loãng cháo

Bã nhỏ


2.1.6. Ứng dụng
Trong công nghiệp thực phẩm: dùng làm phụ gia cho công nghiệp bánh kẹo, đồ hộp.
Trong xây dựng: dùng làm chất gắn kết bê tông, tăng tính liên kết cho đất sét, đá vôi,
dùng làm keo dính gỗ, phụ gia sản xuất ván ép, phụ gia cho sơn.
Trong công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm: dùng làm phấn tẩy trắng, đồ trang điểm,
phụ gia cho xà phòng, kem thoa mặt, tá dược.
Trong công nghiệp khai khoáng: dùng làm phụ gia cho tuyển nổi khoáng sản, dung
dịch nhũ tương trong dung dịch khoan dầu khí.
Trong công nghiệp giấy: dùng để chế tạo chất phủ bề mặt, thành phần nguyên liệu
giấy không tro, các sản phẩm tã giấy cho trẻ em.
Trong công nghiệp dệt: dùng trong hồ vải sợi, in.
Trong nông nghiệp: dùng làm chất trương nở, giữ ẩm cho đất và cây trồng chống lại
hạn hán.
Các ứng dụng khác: được dùng làm màng plastic phân huỷ sinh học, pin khô, thuộc
da, keo nóng chảy, chất gắn, khuôn đúc, phụ gia nung kết kim loại.
Các tinh bột biến tính có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong công nghiệp thực phẩm:
chất ổn định trong sữa chua, chất ứng dụng trong sản xuất bánh phồng tôm, bánh quy xốp.
2.1.7. Giới thiệu về tinh bột biến tính [2] [14]
Các loại tinh bột tự nhiên đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.
Các ứng dụng khác nhau đòi hỏi những đặc tính khác nhau của tinh bột. Ngoài ra, do sự cải
tiến công nghệ sản xuất và sự phát triển liên tục các sản phẩm mới, nhu cầu nghiêm ngặt
hơn đối với các đặc tính và tính phù hợp sử dụng của tinh bột được đặt ra. Các đặc tính của
tinh bột tự nhiên không đáp ứng đủ yêu cầu trong các ứng dụng và gia công. Vì vậy cần
thiết phải biến đổi các đặc tính của tinh bột để nhận được loại tinh bột có những tính năng
đáp ứng yêu cầu.
Công nghệ biến tính tinh bột bao gồm các phương pháp như: biến tính hoá học, biến
tính vật lý, biến tính enzim... nhằm làm thay đổi trong phạm vi hạt tinh bột để thay đổi các
đặc tính tự nhiên của tinh bột theo mong muốn của con người.


Các loại tinh bột biến tính trên có ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực sau: công
nghệ dệt, bột và giấy, thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, nghề đúc, dược phẩm và khoan dầu…
2.1.7.1. Tinh bột axetat
Bằng cách cho tinh bột tự nhiên phản ứng với anhiđrit axetic hoặc vinyl axetat, thu
được sản phẩm tinh bột axetat (hay còn gọi là tinh bột axetyl hoá).
Ví dụ cho tinh bột tự nhiên tác dụng với anhiđrit axetic. Sơ đồ phản ứng như sau:

Các nhóm este có tác dụng ngăn ngừa sự thoái hóa của nhóm amilozơ trong tinh bột.
Sự biến đổi này ngăn chặn tự tạo gel, sự rỉ nước và duy trì ngoại quan cấu trúc của sản
phẩm gia công. Nó cũng cải thiện độ ổn định sau quá trình đông lạnh – rã đông, cải thiện
khả năng giữ nước và hạ thấp nhiệt độ hồ hoá của tinh bột, làm tăng độ nhớt và cải thiện độ
trong của gel.
Kết quả của việc biến tính này là 1 sản phẩm tinh bột ổn định để sản xuất bột nhão bền
vững qua nhiều chu kỳ đông lạnh – rã đông và ngăn ngừa tình trạng rỉ nước xảy ra. Các ứng
dụng rộng rãi trong thực phẩm như chất nền với độ ổn định đông lạnh – rã đông tốt. Các
ứng dụng mở rộng trong thực phẩm là sự kết hợp tinh bột este với tinh bột liên kết ngang.
2.1.7.2. Tinh bột oxi hoá
Tinh bột tự nhiên có thể được xử lý với nhiều tác nhân oxi hoá khác nhau để tạo nên
tinh bột oxi hoá. Tinh bột oxi hoá có chiều dài mạch ngắn hơn tinh bột tự nhiên. Quá trình
oxi hoá tạo ra sản phẩm có độ dẻo ổn định, cải thiện độ trắng và giảm số lượng vi sinh vật.
Ngoài ra, liên kết hiđro làm giảm khuynh hướng thoái hoá. Gel tinh bột có độ trong cao và
mềm. Các tinh bột oxi hoá là tác nhân làm đặc tốt nhất cho các ứng dụng đòi hỏi gel có độ
cứng thấp, điều này cải thiện độ dính trong nhào trộn bột và làm bánh mỳ.
Dung dịch loãng của tinh bột oxi hoá mức cao giữ được độ trong sau thời gian dài lưu
trữ, thích hợp cho các loại súp trong, đóng chai và các sản phẩm bánh kẹo trong. Tinh bột
oxi hoá được sử dụng rộng rãi để tráng phủ bề mặt giấy, hồ sợi trong công nghiệp dệt.
2.1.7.3. Tinh bột liên kết ngang


Liên kết ngang nhằm kiểm soát cấu trúc tinh bột và cung cấp cho tinh bột sức chịu
đựng xé cắt, chịu axit và tính bền nhiệt. Từ đó chúng ta có sự kiểm soát tốt hơn và linh hoạt
trong việc xử lý công thức pha chế, gia công và xác định hạn sử dụng của sản phẩm. Liên
kết ngang được hình dung như là “mối hàn điểm” giữa các hạt tinh bột ở các vị trí ngẫu
nhiên, làm gia cường liên kết hiđro và ức chế sự trương nở của hạt tinh bột.
Liên kết ngang làm các tinh bột tự nhiên tương đối dễ bị hư hỏng trở nên bền vững,
làm cho tinh bột nấu chín nhớt hơn và có cấu trúc vững chắc, ít bị phá hỏng khi thời gian
nấu kéo dài, trong môi trường axit hoặc khuấy trộn mạnh. Sản phẩm tinh bột này thích hợp
ứng dụng trong môi trường gia công có pH thấp, gia nhiệt cao và có tác động xé cắt cơ học.

2.1.7.4. Tinh bột biến tính kép axetat và photphat
Các tinh bột được liên kết ngang nhờ quá trình axetyl hoá tạo thành liên kết ổn định
hơn, sản phẩm này còn được gọi là tinh bột biến tính kép và nó thể hiện đồng thời các đặc
tính và chức năng của tinh bột axetyl hoá và photphat hoá.
Độ ổn định đông lạnh, rã đông tuyệt hảo, độ trong của gel tốt hơn, chịu nhiệt độ cao,
độ ổn định trong môi trường axit và khuấy trộn mạnh được cải thiện. Hiệu năng tuyệt với
trong gia công thực phẩm bao gồm sữa chua, nước tương, tương ớt, sốt cà chua, súp, các
loại nước sốt, bánh pudding, thạch (gel), giăm bông và xúc xích, thực phẩm đóng hộp và
thực phẩm lạnh đông.

Hình 2.7. Ứng dụng tinh bột biến tính kép làm sốt mayonaise
2.1.7.5. Tinh bột biến tính axit:
Tinh bột chưa qua biến tính được xử lý với một axit vô cơ ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
hồ hoá và kết quả là các phân tử tinh bột bị thuỷ phân từng phần. Phản ứng này cắt mạch và
làm giảm độ nhớt tinh bột. Nó cũng làm tăng xu hướng thoái hoá của tinh bột.
Độ nhớt thấp hơn cho phép sử dụng nồng độ cao hơn để định hình gel cứng bền vững
trong các viên gôm ngậm và thạch. Trong các ứng dụng này, tinh bột biến tính axit có ưu
điểm hơn đáng kể so với tinh bột tự nhiên. Các ứng dụng mở rộng trong công nghiệp thực
phẩm của tinh bột biến tính axit thường có sự kết hợp với phản ứng este hoá và ete hoá tinh
bột.
2.1.7.6. Tinh bột cation.


Tinh bột cation đại diện cho các dẫn xuất tinh
bột
có hiệu năng cao được sử dụng trong ngành sản
xuất
giấy để làm tăng độ bền. Các tinh bột cation mang
1
điện tích dương ở mọi giá trị pH, tạo ra áp lực của
chúng đối với các chất nền mang điện tích âm
chẳng hạn như xenlulozơ và một số loại sợi tổng
hợp,
các huyền phù trong nước của các chất vô cơ, bùn

các đại phân tử hoạt tính sinh học.
Hình 2.8. Tinh bột cation làm giấy
Tinh bột cation cải thiện rõ rệt khả năng giữ các chất độn. Đioxit titan, đất sét và đá
vôi thường được kết hợp dùng trong kỹ nghệ giấy để cải thiện độ trắng sáng của giấy in cao
cấp, giấy viết và giấy có khối lượng nhẹ. Với sự tăng chất độn, tờ giấy sẽ mất đi độ bền do
các chất độn đưa vào làm giảm số vị trí của liên kết sợi với sợi. Tinh bột cation có tác dụng
vừa cải thiện đặc tính bền vững lẫn đặc tính giữ chất độn, do vậy nó giúp cho giấy có độ bền
cao ở mức cao của chất độn. Giảm thiểu BOD và COD cũng đạt được trong trường hợp này.
Bảng 2.2. Các tinh bột biến tính dùng trong công nghiệp thực phẩm [2]
Tên gọi
Ký hiệu
sản phẩm thương phẩm
BSF–7611
BSS–8812
Tinh bột BSM–7613
axetat
BSL–7614
BSX–8815
BSX– 8850
JTF–1046
JTM–1047
JTM–1029
Tinh bột
JTL–1048
cation
JTL–8816
JTX–1084
ETF–7617
ETS–8818
ETM–5419
Tinh bột
ETL–1020
oxi hóa
ETL–1085
ETX–1073
ETX–1042
ETM–1044

Ðặc tính và công dụng
Ðặc tính: trong suốt, điểm ngưng kéo thấp, tăng tính
ổn định, nhiệt độ thấp, giữ nước tốt, chất tổ chức.
Công dụng: mì ăn liền, thực phẩm đông lạnh, giăm
bông, xúc xích, viên cá, bánh cảo.

Ðặc tính: mang điện tích dương, dung dịch hồ có độ
nhớt cao.
Công dụng: dùng gia keo nội bộ giấy, dùng trong sản
xuất định hình tờ giấy, chất dẻo phủ và làm giảm chất
thải trong công nghệ sản xuất giấy.
Ðặc tính: lực tạo màng mỏng tốt, ít hút nước, bóng,
linh động tự do.
Công dụng : Tăng tỷ lệ thu hồi bột giấy, tráng phủ bề
mặt giấy, keo dán trong sản xuất tấm trần thạch cao,
keo dán trong sản xuất bao bì cac tông.


Tinh bột
photphat
axetat

Tinh bột
phosphat

Tinh bột
axetat oxi
hóa

Este đơn
sucxinat
octenyl

CBS–8827
CBM–1028
CBX– 8829
CBS–8830
CBS–8831
CBM–8834
CBA–8858
CBS–1068
CBS–1064
CBL–8835
CBA–1063
CTF–7631
CTM–7669
CTF–7655
CTF–7657
EBX–1032
EBX–1081
EBS –1082
EBX–1093
EBX–1094
KSX–7643
KSM–7661

Ðặc tính: tăng tính ổn định ở nhiệt độ thấp, sức đề
kháng với nhiệt độ cao, cắt gọt cơ khí và với axít,
kiềm
nhẹ
tốt.
Công dụng : thực phẩm đóng hộp , thực phẩm đông
lạnh, nước chấm, tương ớt, nước cà chua, xúp, nước
ép thịt, và các thực phẩm nướng, quay…

Ðặc tính: và công dụng : làm chất tăng độ đặc và tính
ổn định cho thực phẩm, làm chất độn cho máy in,
ngành giấy, sản xuất mì ăn liền, sản xuất xúc xích, cá
viên, thịt viên...
Ðặc tính: tính linh động tốt, có ức trở và ức phủ, làm
chất ổn định.
Công dụng: ngành giấy ( nhựa dẻo), ngành thực
phẩm : mì sợi ướt, đồ ăn nhẹ, bánh cảo, giăm bông,
xúc xích
Ðặc tính: tính ổn định nhũ keo tốt, có tính làm thông
nước
Công dụng : bột gia vị, chất ổn định nhũ keo, đĩa
giấy dùng một lần


2.2. Glicogen
2.2.1. Giới thiệu
Glicogen (C6H10O5)nlà chất dự trữ gluxit của động vật, có thể coi glicogen như là "tinh
bột" của động vật. Glicogen có nhiều ở gan (chiếm 5-7% khối lượng của gan), ở cơ nó
chiếm 2% khối lượng của cơ, do khối lượng cơ là lớn nên glicogen có ở cơ là chính. Hàm
lượng này có thể biến động phụ thuộc vào dinh dưỡng và trạng thái sinh lý (đói, no, lao
động, ngủ, thức...).
2.2.2. Cấu trúc
Phân tử glicogen gồm các gốc α-D-glucopiranozơ liên kết với nhau nhờ các liên kết α1,4-glicozit và α-1,6-glicozit. Phân tử glicogen có cấu tạo phân nhánh tương tự amilopectin
nhưng mức độ phân nhánh cao hơn. Phân tử khối của glicogen khá lớn, dao động trong
khoảng từ 200.000 đến 2.000.000 amu (đvC).

Hình 2.8. Sơ đồ biễu diễn mặt cắt hai chiều phân tử glicogen

2.2.3. Tính chất


Glicogen tan được trong nước, cho màu đỏ tím hoặc đỏ nâu với dung dịch iot. Thủy
phân hoàn toàn glicogen nhờ xúc tác axit hoặc enzim thích hợp thu được sản phẩm cuối
cùng là D-glucozơ:

2.2.4. Vai trò
Khi nồng độ glucozơ trong máu tăng cao, glicogen được tổng hợp. Quá trình tổng hợp
glicogen xảy ra ở mọi tổ chức nhưng mạnh nhất là ở gan và cơ xương. Ở gan, glicogen đóng
vai trò dự trữ glucozơ và sẵn sàng cung cấp glucozơ cho các tổ chức khác sử dụng, đồng
thời nó đảm bảo mức đường huyết hằng định trong máu kể cả thời điểm xa bữa ăn. Còn ở
cơ, glicogen được dùng để thoái hóa thành glucozơ theo con đường đường phân, cung cấp
năng lượng ATP cho sự co cơ.
Glicogen là nguồn năng lượng quan trọng của cơ thể và là nguồn năng lượng chính
cho các vận động. Về mặt sinh học, glicogen tạo thành một nguồn tích trữ năng lượng từ
cacbohiđrat trong cơ thể. Năng lượng từ glicogen sinh ra khi phân tách thành từng phân tử
glucozơ riêng lẻ (với tác động của enzim glicogen phosphorylazơ), đây là nguồn năng lượng
chính cho tế bào. Ngoài việc cung cấp năng lượng, glicogen còn có tác dụng ổn định đường
huyết.
Quá trình tổng hợp glicogen, mỗi bước đều cần có một enzim khác nhau. Khi một
trong những enzim này có bất thường và không đảm nhận được vai trò của mình, quá trình
chuyển hoá sẽ ngừng lại. Các khiếm khuyết enzim chuyển đổi này sẽ gây ra bệnh dự trữ
glicogen (GSD). GSD là một bệnh di truyền xảy ra do thừa hưởng gen khiếm khuyết từ cả
cha lẫn mẹ.


2.3. Đextran
2.3.1.Giới thiệu
Đextran lần đầu tiên được phát hiện bởi Louis Pasteur là một sản phẩm vi sinh vật
trong rượu vang. [11]
Là polisaccarit ngoại bào từ vi khuẩn được phát hiện vào năm 1874 trong một lần
Scheibler phát hiện nước ép từ mía và củ cải đường bị đặc quánh lại một cách khó hiểu.
Gần 70 năm sau, Allene Rosalind Jeanes tìm ra được quy trình sản xuất đextran quy
mô công nghiệp, mở đường cho ứng dụng rộng rãi của chất này trong lĩnh vực y học, công
nghệ thực phẩm, mỹ phẩm… [11]
2.3.2. Cấu trúc
Đextran là homopolisaccarit tương tự như amilopectin nhưng có cấu tạo phân nhánh
gồm các gốc α-D-glucopinanozơ liên kết với nhau nhờ liên kết α-(1→6)-glicozit ở đoạn
mạch không phân nhánh và liên kết α-(1→3)-glicozit hoặc liên kết α-(1→4)-glicozit ở mạch
nhánh:

Những vi sinh vật khác nhau thường tạo nên những đextran khác nhau về trọng lượng
phân tử, về sự phân bố nhánh trong cấu trúc phân tử.
Cấu trúc này còn phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy những vi sinh vật sản sinh ra
đextran. Các polisaccarit kiểu đextran không bắt màu với iot, phân tử lượng của chúng rất
lớn và không cố định, dao động trong một phạm vi rộng, từ 1000 – 2.000.000 Da.
Phân tử khối đextran rất lớn, khoảng 107 – 108.

Bảng 2.3. Sự phụ thuộc vào mức độ phân nhánh của đextran trên
trọng lượng phântử
Đextran
Đextran tự nhiên

Phân nhánh (%)
4,6


Đextran 80
Đextran 1

3,8
3,0

2.3.3. Tính chất [1] [7]
Đextran có tính nhớt nội tại, là chất hòa tan trong nước, đimetyl sunfoxit ((CH 3)2SO),
fomanđehit (HCHO), etylen glicol (C2H4(OH)2), glyxerol (C3H5(OH)3), 4-meylmopholin-4oxit (C5H11NO2), và hexametyl photphoramit ([(CH 3)2N]3PO) (một chất gây ung thư). Một
số đextran kết tinh ở một mức độ nhất định.
Trọng lượng phân tử đextran tự nhiên đã được điều tra trong phòng thí nghiệm thu
được là 9.106 đến 500.106.
Liên kết α-1,6-glicozit là liên kết đại diện cho một lớp polime rất linh hoạt và mở
rộng. Với trọng lượng phân tử là 2000, đextran hoạt động như một cuộn dây mở rộng.
2.3.4. Cơ chế hình thành đextran [1] [7]
Các vi sinh vật chuyển cơ chất thông qua chuyển hóa nội bào thành hợp chất trung
gian rồi thành polime, đó là với polisaccarit bình thường. Còn với đextran thì khác, nó nhờ
vi sinh vật chuyển cơ chất thành sản phẩm, bên ngoài tế bào vi sinh vật, không thông qua
chất trung gian nội bào.
Với sucrozơ, nhờ hệ enzim sucrozơ đextransucrozơ loại bỏ fructozơ, chuyển glucozơ
lên phân tử chất nhận đã được liên kết với enzim:
(1,6-α-D-glucosyl)n+C12H22O11 EC 2.4.1.5 (1,6-α-D-glucosyl)n+1+nC6H12O
Cơ chế:


→ Enzim tạo ra fructozơ và glucozơ từ succrozơ, fructozơ được loại bỏ còn glucozơ
thì được kết hợp tạo phức. C6-OH của phân tử chất nhận nối với C1 của phân tử glucozơ,
kết quả hai gốc glucozơ liên kết với nhau bằng liên kết α-1,6-glicozit. Độ dài chuỗi phụ
thuộc vào phân tử chất nhận, sẽ kết thúc khi phân tử chất nhận giải phóng chuỗi polime khỏi
enzim. Trong quá trình tổng hợp đextran, các gốc glucosyl còn sót chuyển thành gốc tự do
có vai trò như chất nhận ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp này. Chúng tác dụng với enzim
– glucosyl hay enzim – đextranosyl để tách enzim ra khỏi glucozơ hay đextran đồng thời tạo
liên kết với glucozơ hay đextran này tại vị trí enzim được giải phóng. Khi chất nhận là
đextran cao phân tử, C3 của chất nhận sẽ kết hợp với C1 của phức glucosyl – enzim hay
đextranosyl – enzim để giải phóng glucozơ hay đextran. Kết quả hình thành mạch nhánh
liên kết α-1,3-glicozit giữa đextran chất nhận với đextran hay glucozơ vừa giải phóng
enzim. Cũng có trường hợp liên kết này là liên kết α-1,2-glicozit nhưng rất ít gặp.
2.3.5. Tổng hợp đextran
Có nhiều loài vi sinh có khả năng sản xuất đextran mà chủ yếu là các loài vi khuẩn
sinh lactic. Phổ biến nhất là các loài thuộc chi Leuconostoc, ngoài ra có các chi khác như
Streptococcus, Acetobacter, nấm mốc hiện chỉ có chủng Rhizopussp có khả năng này.
Đextran là một chất dinh dưỡng phụ thêm thường được sử dụng như một thickener
(làm dầy lên) hoặc một stabilizer (làm ổn định hơn). Nòi vi khuẩn L.mesenteroides B-512F
được người ta dùng trong qui trình sản xuất đextran, vì chúng có khả năng sản sinh ra
đextran tan trong nước và không tan trong nước, với rất nhiều đặc điểm vô cùng đa dạng.
Míaphân lập cho thấy chúng có trong lượng phân
Giống Leuconostoc
mesenteroides
Leuconostoc
mesenteroides
AA1 được
tử cao hơn và năng suất cao hơn nòi đang thương mại hóa. Đextran sản sinh nhờ
L.mesenteroides AA1 không có vị và tan trong
Ép nước. Phần trăm chuyển hóa sucrozơ thành
đextran nhờ L.mesenteroidesAA1 là 48,9%, so với nòi L. Mesenteroides B-512F là 41%.
Chìa khóa để sản xuất công nghiệpChuẩn
đextran
thành
công là trọng lượng phân tử khối và năng
bị môi
trường
xuất đextran của chúng. Nòi L.mesenteroides AA1 là ứng cử viên đầy tiềm năng để sản xuất
Nhân giống
đextran.
Thành trùng
Sơ đồ quy trình sản xuất đextran
mía
Bổ sungtừ
mầm
trùng hợp
Rửa

Lên men

Etanol
Kết tủa lần 1

Chưng cất

Lọc và thủy phân

Thu hồi etanol

Tái kết tủa làm sạch
Sấy phun

Đextran

Etanol


2.3.6. Ứng dụng [1] [7] [11]
Đextran được biết đến từ thế kỷ XIX, nó được tìm thấy trong khối cầu đặc trong suốt
quá trình sản xuất đường mía và đường củ cải. Đextran có nhiều ứng dụng trong công nghệ
thực phẩm, y dược, hóa công nghiệp chẳng hạn như tá dược, chất nhũ hóa, chất mang, chất
ổn định.
Liên kết ngang trong đextran chẳng hạn những saphadex được sử dụng rộng rãi trong
phân riêng, sắc ký lọc gel và tinh sạch rất nhiều sản phẩm khác nhau như protein trong
nghiên cứu và công nghiệp.
Trong công nghệ thực phẩm, đextran được dùng nhiều tuy nhiên phạm vi ứng dụng
của nó cũng còn hẹp. Đextran được sử dụng để sản xuất sữa bột, yoghurt, nước sốt cà,
mayonnaise, chất làm đặc, mức đông và kem. Nó được sử dụng để ngăn chặn quá trình kết
tinh đường,cải thiên khả năng hút ẩm, duy trì hương và hình dạng của thực phẩm. Ngoài ra
đextran còn được dùng để chế biến thành thức ăn kiêng đối với một số bệnh đái tháo đường,
làm chất đồng hóa, chất ổn định, chất tạo màng trong bảo quàn và chế biến thực phẩm.
Trong y học và thú y đextran có phân tử lượng khoảng 80000 được dùng làm chất thay
thế huyết tương. Đextran được gắn với Fe thành phức đextran Fe làm thuốc trị bệnh thiếu
máu và một số triệu chứng liên quan đến suy dinh dưỡng, rối loạn tiêu hóa. Đextran còn
được dùng để chế tạo chỉ sinh học, băng dính sinh học trong phẫu thuật, dùng như chất bôi
trơn khi có vật lạ rơi vào mắt. Có thể dùng đextran để thay thế huyết tương, tăng mức đường
trong máu. Đextran sunfat có khả năng chống đông máu và có thể dùng để thay thế heparin
khi truyền máu.


Hình 2.9. Đextran sắt

Hình 2.10. Đextran 70 và đextran sunfat


Chương 3. MỘT SỐ β-D-GLUCAN QUAN TRỌNG
3.1. Xenlulozơ, poli(1,4-O-β-D-glucopyranozit)
3.1.1. Trạng thái tự nhiên
Hình
3.1.

Xenlulozơ có trong gỗ và bông
Xenlulozơ là một polisaccarit cao phân tử, không có tính đường. Xenlulozơ là thành
phần chính của thành tế bào thực vật và là cacbohiđrat xuất hiện phổ biến nhất trên trái đất.
Nhờ có xenlulozơ mà các mô thực vật có tính bền cơ học, tính đàn hồi và tạo thành bộ
xương cho tất cả các loại cây. Trong thiên nhiên, xenlulozơ ở dưới dạng sợi nhỏ, được kết
hợp chặt lại thành từng bó nhờ liên kết hiđro giữa hàng nghìn nhóm -OH của các vòng Dglucopiranozơ.
Bông loại tốt là xenlulozơ gần nguyên chất chứa trên 96% xenlulozơ. Gỗ là xenlulozơ
tổ hợp với một số thành phần khác như lignin, hemixenlulozơ, pentozan… có chứa khoảng
40-50% xenlulozơ và trong thân các cây tre, nứa, trong sợi đay, gai… Hàng năm, trên trái
đất có khoảng 5.1011 tấn xenlulozơ được sinh tổng hợp và bị phân hủy.
3.1.2. Tính chất vật lý
Xenlulozơ là chất rắn, màu trắng, không có mùi, vị; có tỉ khối 1,51 – 1,52 g/cm3.
Xenlulozơ không tan trong nước và các dung môi thông thường, khá bền với dung
dịch kiềm loãng, axit vô cơ loãng và các chất oxi hóa yếu, tan trong axit clohiđric, axit
photphoric, axit sunfuric 72%, dung dịch các phức đồng (II)-amoniac (nước Svayde), đồng
(II)-etylenđiamin, dung dịch tetrametylamonihiđroxit…

3.1.3. Cấu trúc
Xenlulozơ có công thức phân tử (C6H10O5)n. Xenlulozơ bị thủy phân hoàn toàn bằng
dung dịch axit thu được một monosaccarit duy nhất là D-glucozơ.


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×