PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Glucozơ nhiên liệu chủ yếu hầu hết thể sống đóng vai trò trung tâm chuyển hóa Sự oxi hóa hồn tồn glucozơ thành CO H2O theo phản ứng C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O giải phóng lượng tự Glucozơ không nhiên liệu tuyệt vời mà tiền chất quan trọng, có khả tạo nên lượng lớn chất chuyển hóa trung gian, chất cần thiết cho phản ứng tổng hợp Từ glucozơ tổng hợp số amin, nucleotit, coenzim, axit béo nhiều chất chuyển hóa trung gian cần thiết cho phát triển thể Glucozơ có hàng trăm hàng ngàn cách biến hóa khác Ở thể bậc cao động vật, glucozơ xuất ba dạng chủ yếu sau: dự trữ dạng polisaccarit saccarozơ, oxi hóa để tạo thành hợp chất ba cacbon (pyruvat) theo đường đường phân oxi hóa để tạo thành pentozơ theo đường pentozơ photphat Khi phân tử D-glucozơ liên kết với liên kết glicozit tạo thành mạch có nhánh không nhánh (các polisaccarit) chứa từ hàng chục đến hàng ngàn mắc xích D-glucozơ Các polisaccarit tạo nên từ monosaccarit D-glucozơ gọi chung glucan Có hai loại glucan α-glucan β-glucan Các glucan có ý nghĩa quan trọng nhiều mặt ứng dụng y khoa (thuốc chữa ung thư, chất độn không hoạt động thuốc,…), thực phẩm (như chất phụ gia bánh kẹo, thực phẩm…), công nghiệp dệt, Các hợp chất thuộc loại glucan đa dạng tinh bột, xenlulozơ, glicogen,… có nhiều tài liệu nghiên cứu riêng rẽ hợp chất Vì để góp phần tổng hợp lại đặc điểm, tính chất ứng dụng hợp chất thuộc loại glucan, em thực đề tài: “Tìm hiểu cấu trúc, tính chất, phương pháp điều chế ứng dụng glucan” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, tìm hiểu rõ cấu trúc, tính chất, phương pháp điều chế ứng dụng glucan để học tập định hướng sử dụng có hiệu đời sống nghiên cứu khoa học Nội dung nghiên cứu - Tổng quan khái niệm polisaccarit, glucan - Cấu trúc, tính chất, phương pháp điều chế, ứng dụng glucan quan trọng - Sơ lược số glucan khác Đối tượng nghiên cứu Các polisaccarit thuộc loại glucan Phương pháp nghiên cứu - Sưu tầm nghiên cứu từ sách, tài liệu mạng internet, qua giảng - Phân tích, so sánh, tổng hợp lại kết PHẦN NỘI DUNG Chương TỔNG QUAN VỀ POLISACCARIT VÀ HỢP CHẤT GLUCAN 1.1 Giới thiệu polisaccarit glucan Polisaccarit biopolime, gọi glican, bao gồm hàng chục, hàng trăm hàng ngàn đơn vị monosaccarit nối lại với liên kết glicozit, tạo thành mạch phân tử không nhánh có nhánh Khi tạo thành chuỗi, nhóm hiđroxyl glicozit phân tử tương tác với nhóm hiđroxyl ancol (thường nguyên tử cacbon số 4, cacbon số cacbon số 3) phân tử kia, nên ta có loại liên kết glicozit (1,4); (1,6); (1,3) (thuộc loại anpha (α) beta (β)) Như vậy, polisaccarit gốc monozơ nối với liên kết glicozit – glicozit; xem poliglicozit Tương tự glicozit (các axetal), poliglicozit bị thủy phân axit enzim thành đường đơn giản hơn, đến monozơ ban đầu Các polisaccarit tạo thành từ loại monosaccarit gọi homopolisaccarit Các polisaccarit tạo thành từ hai nhiều loại monosaccarit khác thủy phân đến sinh chất phi cacbohiđrat gọi heteropolisaccarit Với tham gia pentozơ tạo pentozan araban từ arabinozơ, xylan từ xylozơ… Còn có tham gia hexozơ tạo thành hexozan glucan từ glucozơ, inulin từ fructozơ… Như glucan polisaccarit tạo từ monosaccarit D-glucozơ liên kết với liên kết glicozit Theo đó, polisaccarit xây dựng từ glucozơ bị ràng buộc liên kết trừ liên kết glicozit khơng gọi glucan 1.2 Phân loại glucan Dựa theo số α β liên kết glicozit, glucan chia làm hai loại: Anpha glucan: polisaccarit tạo gốc D-glucopiranozơ liên kết với liên kết glicozit theo dạng anpha (α) Một số chất thuộc loại α-glucan:  Tinh bột: chứa liên kết α-1,4-glicozit liên kết α-1,6-glicozit  Đextran: chứa liên kết α-1,6-glicozit liên kết α-1,3-glicozit nhánh  Glicogen: chứa liên kết α-1,4-glicozit liên kết α-1,6-glicozit  Pullulan: chứa liên kết α-1,4-glicozit liên kết α-1,6-glicozit Beta glucan: polisaccarit tạo gốc D-glucopiranozơ liên kết với 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 β-1,6-glicozit  Yến mạch β-glucan: chứa liên kết β-1,3-glicozit β-1,4-glicozit Chương MỘT SỐ α-D-GLUCAN QUAN TRỌNG Các polisaccarit quan trọng cấu tạo từ gốc α-D-glucopiranozơ tinh bột, glicogen 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 tên gọi polisaccarit dự trữ thể thực vật, tích lũy trình quang hợp, chủ yếu hạt, củ Gạo chứa nhiều tinh bột (khoảng 80%), mì chứa khoảng 70%, khoai tây chứa 20%, loại củ khác chứa tinh bột Một lượng đáng kể tinh bột có loại chuối nhiều loại rau Tinh bột có nhiều loại lương thực loại lương thực coi nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột Hình dạng thành phần hóa học tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt Bảng 2.1 Đặc điểm số hệ thống tinh bột [2] Nguồn Kích thước hạt(nm) Hạt ngơ 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 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 dạng vi ảnh kính hiển vi điện tử qt Hình 2.3 Tinh bột huỳnh tinh 1500X dạng vi ảnh kính hiển vi điện tử quét Hạt tinh bột tất hệ thống nêu có dạng hình tròn, hình bầu dục, hay hình đa giác Hạt tinh bột khoai tây lớn bé hạt tinh bột thóc Kích thước hạt khác dẫn đến tính chất lí khác nhiệt độ hồ hóa, khả hấp thụ xanh metylen… 2.1.2 Tính chất vật lý Tinh bột chất bột vơ định hình, không màu, không tan nước lạnh, etanol dung mơi hữu Trong nước nóng tinh bột trương phồng lên tạo hồ tinh bột bị tan phần nhỏ Để nguội ta dung dịch đồng gọi hồ tinh bột Sự hóa hồ tinh bột trình bất thuận nghịch 2.1.2.1 Tính hấp thụ tinh bột Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên tương tác với chất hấp thụ chất đó, bề mặt tinh bột tham gia trình hấp thụ Vì trình bảo quản, sấy chế biến cần phải quan tâm tính chất Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả hấp thụ tinh bột Khả hấp thụ loại tinh bột phụ thuộc cấu trúc bên hạt khả trương nở chúng 2.1.2.2 Khả hấp thụ nước khả hòa tan tinh bột Xác định khả hấp thụ nước khả hòa tan tinh bột cho phép điều chỉnh tỉ lệ dung dịch tinh bột nhiệt độ cần thiết q trình cơng nghiệp, có ý nghĩa trình bảo quản, sấy chế biến thủy nhiệt Rất nhiều tính chất chức tinh bột phụ thuộc vào tương tác tinh bột nước (tính chất thủy nhiệt, hồ hóa, tạo gel, tạo màng) Ngồi ra, sở để lựa chọn tinh bột biến hình thích hợp cho ứng dụng cụ thể Ví dụ: Để sản xuất sản phẩm nước uống hòa tan cà phê, trà hòa tan nên chọn tinh bột biến hình có độ hòa tan cao 2.1.3 Cấu trúc tinh bột Về thành phần, tinh bột không đồng nhất, hỗn hợp hai polisaccarit: amilozơ amilopectin, cấu tạo từ gốc α-D-glucopiranozơ Tỉ lệ amilozơ amilopectin phụ thuộc vào loại thực vật, trung bình 1:4, người ta biết có loại ngô không chứa amilozơ số đậu chứa amilozơ đến 75% khối lượng tinh bột Hình 2.4 Cấu trúc amilozơ amilopectin dạng chuỗi 2.1.3.1 Amilozơ, poli (1,4’-O-α-D-glucopiranozit) Cấu trúc dạng ghế phân tử amilozơ: Hình 2.5 Mơ hình phân tử amilozơ Amilozơ polisaccarit khơng phân nhánh với liên kết α-(1→4)-glicozit, tan nước nóng Phân tử khối amilozơ phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ, dao động từ 150 nghìn đvC (tinh bột ngơ gạo) đến 500 nghìn đvC (tinh bột khoai tây), ứng với nghìn ba nghìn mắc xích Do cấu hình α liên kết glicozit, α-glucan không xuất dạng sợi, mạch polisaccarit amilozơ có cấu dạng xoắn theo kiểu lò xo Điều chứng minh phân tích Rơnghen phức chất tinh thể, có tên hợp chất bọc, tạo amilozơ với iot số ancol Mỗi vòng xoắn ốc bao bọc mắc xích monosaccarit, phân tử iot chất tạo phức khác phân bố dọc theo đường xoắn ốc Phức amilozơ với iot có màu xanh đậm Sự khác tinh vi hóa lập thể xenlulozơ amilozơ dẫn đến khác tính chất vật lí Cấu trúc xoắn amilozơ tăng cường thêm liên kết hiđro với nước điều giúp amilozơ tan mạnh nước, xenlulozơ khơng Liên kết α-(1→4)glicozit bị phân hủy dễ dàng enzim α-gluziđaza có thể động vật Khả tạo phức amilozơ (và tồn tinh bột) dùng phân tích để phát tinh bột iot gọi thuốc thử iot – hồ tinh bột Bởi phân tử amilozơ, nhóm hiđroxyl hemiaxetal bảo tồn mắc xích Dglucozơ cuối mạch nên chúng khơng khử oxit kim loại 2.1.3.2 Amilopectin Cấu trúc dạng ghế phân tử amilopectin: Hình 2.6 Mơ hình phân tử amilopectin Amilopectin thành phần tinh bột, có cấu trúc phức tạp amilozơ, có cấu tạo phân nhánh, gồm số mạch amilozơ nối với nhờ liên kết α-(1→6)-glicozit Phân tử khối tương đối amilopectin vào khoảng triệu đvC cao hơn, cấu tạo từ khoảng 4000 đơn vị D-glucozơ 0,4% axit photphoric Chuỗi mạch amilozơ trung tâm dài chứa khoảng 60 đơn vị D-glucozơ, trung bình chứa khoảng 20 – 25 đơn vị Dglucozơ Amilopectin không tan nước nóng trương nở mạnh tạo thành hồ tinh bột, cho màu tím với dung dịch iot không khử oxit kim loại Liên kết ngang nhằm kiểm soát cấu trúc tinh bột cung cấp cho tinh bột sức chịu đựng xé cắt, chịu axit tính bền nhiệt Từ có kiểm soát tốt linh hoạt việc xử lý công thức pha chế, gia công xác định hạn sử dụng sản phẩm Liên kết ngang hình dung “mối hàn điểm” hạt tinh bột vị trí ngẫu nhiên, làm gia cường liên kết hiđro ức chế trương nở hạt tinh bột Liên kết ngang làm tinh bột tự nhiên tương đối dễ bị hư hỏng trở nên bền vững, làm cho tinh bột nấu chín nhớt có cấu trúc vững chắc, bị phá hỏng thời gian nấu kéo dài, môi trường axit khuấy trộn mạnh Sản phẩm tinh bột thích hợp ứng dụng mơi trường gia cơng có pH thấp, gia nhiệt cao có tác động xé cắt học 2.1.7.4 Tinh bột biến tính kép axetat photphat Các tinh bột liên kết ngang nhờ trình axetyl hố tạo thành liên kết ổn định hơn, sản phẩm gọi tinh bột biến tính kép thể đồng thời đặc tính chức tinh bột axetyl hố photphat hố Độ ổn định đơng lạnh, rã đơng tuyệt hảo, độ gel tốt hơn, chịu nhiệt độ cao, độ ổn định môi trường axit khuấy trộn mạnh cải thiện Hiệu tuyệt với gia công thực phẩm bao gồm sữa chua, nước tương, tương ớt, sốt cà chua, súp, loại nước sốt, bánh pudding, thạch (gel), giăm bơng xúc xích, thực phẩm đóng hộp thực phẩm lạnh đơng 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 xử lý với axit vơ nhiệt độ thấp nhiệt độ hồ hoá kết phân tử tinh bột bị thuỷ phân phần Phản ứng cắt mạch làm giảm độ nhớt tinh bột Nó làm tăng xu hướng thoái hoá tinh bột Độ nhớt thấp cho phép sử dụng nồng độ cao để định hình gel cứng bền vững viên gơm ngậm thạch Trong ứng dụng này, tinh bột biến tính axit có ưu điểm đáng kể so với tinh bột tự nhiên Các ứng dụng mở rộng cơng nghiệp thực phẩm tinh bột biến tính axit thường có kết hợp với phản ứng este hố ete hoá tinh bột 2.1.7.6 Tinh bột cation Tinh bột cation đại diện cho dẫn xuất tinh bột có hiệu cao sử dụng ngành sản xuất giấy để làm tăng độ bền Các tinh bột cation mang điện tích dương giá trị pH, tạo áp lực chúng chất mang điện tích âm chẳng hạn xenlulozơ số loại sợi tổng hợp, huyền phù nước chất vô cơ, bùn đại phân tử hoạt tính sinh học Hình 2.8 Tinh bột cation làm giấy Tinh bột cation cải thiện rõ rệt khả giữ chất độn Đioxit titan, đất sét đá vôi thường kết hợp dùng kỹ nghệ giấy để cải thiện độ trắng sáng giấy in cao cấp, giấy viết giấy có khối lượng nhẹ Với tăng chất độn, tờ giấy độ bền chất độn đưa vào làm giảm số vị trí liên kết sợi với sợi Tinh bột cation có tác dụng vừa cải thiện đặc tính bền vững lẫn đặc tính giữ chất độn, giúp cho giấy có độ bền cao mức cao chất độn Giảm thiểu BOD COD đạt trường hợp Bảng 2.2 Các tinh bột biến tính dùng cơng 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 cơng dụng Ðặc tính: 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 đơng lạnh, giăm bơng, xúc xích, viên cá, bánh cảo Ðặc tính: mang điện tích dương, dung dịch hồ có độ nhớt cao Cơng dụng: dùng gia keo nội giấy, dùng sản xuất định hình tờ giấy, chất dẻo phủ làm giảm chất thải cơng nghệ sản xuất giấy Ðặc tính: lực tạo màng mỏng tốt, hút nước, bóng, linh động tự Công dụng : Tăng tỷ lệ thu hồi bột giấy, tráng phủ bề mặt giấy, keo dán sản xuất trần thạch cao, keo dán sản xuất bao bì cac tơng 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 nhiệt độ thấp, sức đề kháng với nhiệt độ cao, cắt gọt khí với axít, kiềm nhẹ tốt Cơng dụng : thực phẩm đóng hộp , thực phẩm đông lạnh, nước chấm, tương ớt, nước cà chua, xúp, nước ép thịt, thực phẩm nướng, quay… Ðặc tính: cơng dụng : làm chất tăng độ đặc 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 ức phủ, làm chất ổn định Công dụng: ngành giấy ( nhựa dẻo), ngành thực phẩm : mì sợi ướt, đồ ăn nhẹ, bánh cảo, giăm bơng, xúc xích Ðặc tính: tính ổn định nhũ keo tốt, có tính làm thơng nước Cơng dụng : bột gia vị, chất ổn định nhũ keo, đĩa giấy dùng lần 2.2 Glicogen 2.2.1 Giới thiệu Glicogen (C6H10O5)nlà chất dự trữ gluxit động vật, coi glicogen "tinh bột" động vật Glicogen có nhiều gan (chiếm 5-7% khối lượng gan), chiếm 2% khối lượng cơ, khối lượng lớn nên glicogen có Hàm lượng biến động phụ thuộc vào dinh dưỡng trạng thái sinh lý (đói, no, lao động, ngủ, thức ) 2.2.2 Cấu trúc Phân tử glicogen gồm gốc α-D-glucopiranozơ liên kết với nhờ liên kết α1,4-glicozit α-1,6-glicozit Phân tử glicogen có cấu tạo phân nhánh tương tự amilopectin mức độ phân nhánh cao Phân tử khối glicogen lớn, dao động 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 nước, cho màu đỏ tím đỏ nâu với dung dịch iot Thủy phân hoàn toàn glicogen nhờ xúc tác axit enzim thích hợp thu sản phẩm cuối D-glucozơ: 2.2.4 Vai trò Khi nồng độ glucozơ máu tăng cao, glicogen tổng hợp Quá trình tổng hợp glicogen xảy tổ chức mạnh gan xương Ở gan, glicogen đóng vai trò dự trữ glucozơ sẵn sàng cung cấp glucozơ cho tổ chức khác sử dụng, đồng thời đảm bảo mức đường huyết định máu kể thời điểm xa bữa ăn Còn cơ, glicogen dùng để thối hóa thành glucozơ theo đường đường phân, cung cấp lượng ATP cho co Glicogen nguồn lượng quan trọng thể nguồn lượng cho vận động Về mặt sinh học, glicogen tạo thành nguồn tích trữ lượng từ cacbohiđrat thể Năng lượng từ glicogen sinh phân tách thành phân tử glucozơ riêng lẻ (với tác động enzim glicogen phosphorylazơ), nguồn lượng cho tế bào Ngoài việc cung cấp lượng, glicogen có tác dụng ổn định đường huyết Q trình tổng hợp glicogen, bước cần có enzim khác Khi enzim có bất thường khơng đảm nhận vai trò mình, q trình chuyển hố ngừng lại Các khiếm khuyết enzim chuyển đổi gây bệnh dự trữ glicogen (GSD) GSD bệnh di truyền xảy thừa hưởng gen khiếm khuyết từ cha lẫn mẹ 2.3 Đextran 2.3.1.Giới thiệu Đextran lần phát Louis Pasteur sản phẩm vi sinh vật rượu vang [11] Là polisaccarit ngoại bào từ vi khuẩn phát vào năm 1874 lần Scheibler phát nước ép từ mía củ cải đường bị đặc quánh lại cách khó hiểu Gần 70 năm sau, Allene Rosalind Jeanes tìm quy trình sản xuất đextran quy mơ cơng nghiệp, mở đường cho ứng dụng rộng rãi chất lĩnh vực y học, công nghệ thực phẩm, mỹ phẩm… [11] 2.3.2 Cấu trúc Đextran homopolisaccarit tương tự amilopectin có cấu tạo phân nhánh gồm gốc α-D-glucopinanozơ liên kết với nhờ liên kết α-(1→6)-glicozit đoạn mạch không phân nhánh liên kết α-(1→3)-glicozit liên kết α-(1→4)-glicozit mạch nhánh: Những vi sinh vật khác thường tạo nên đextran khác trọng lượng phân tử, phân bố nhánh cấu trúc phân tử Cấu trúc phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy vi sinh vật sản sinh đextran Các polisaccarit kiểu đextran không bắt màu với iot, phân tử lượng chúng lớn không cố định, dao động phạm vi rộng, từ 1000 – 2.000.000 Da Phân tử khối đextran lớn, khoảng 107 – 108 Bảng 2.3 Sự phụ thuộc vào mức độ phân nhánh đextran trọng lượng phântử Đextran Đextran tự nhiên Phân nhánh (%) 4,6 Đextran 80 Đextran 3,8 3,0 2.3.3 Tính chất [1] [7] Đextran có tính nhớt nội tại, chất hòa tan nước, đimetyl sunfoxit ((CH 3)2SO), fomanđehit (HCHO), etylen glicol (C2H4(OH)2), glyxerol (C3H5(OH)3), 4-meylmopholin-4oxit (C5H11NO2), hexametyl photphoramit ([(CH 3)2N]3PO) (một chất gây ung thư) Một số đextran kết tinh mức độ định Trọng lượng phân tử đextran tự nhiên điều tra phòng thí nghiệm thu 9.106 đến 500.106 Liên kết α-1,6-glicozit liên kết đại diện cho lớp polime linh hoạt mở rộng Với trọng lượng phân tử 2000, đextran hoạt động cuộn dây mở rộng 2.3.4 Cơ chế hình thành đextran [1] [7] Các vi sinh vật chuyển chất thông qua chuyển hóa nội bào thành hợp chất trung gian thành polime, với polisaccarit bình thường Còn với đextran khác, nhờ vi sinh vật chuyển chất thành sản phẩm, bên 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 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 fructozơ glucozơ từ succrozơ, fructozơ loại bỏ glucozơ kết hợp tạo phức C6-OH phân tử chất nhận nối với C1 phân tử glucozơ, kết hai gốc glucozơ liên kết với liên kết α-1,6-glicozit Độ dài chuỗi phụ thuộc vào phân tử chất nhận, kết thúc phân tử chất nhận giải phóng chuỗi polime khỏi enzim Trong q trình tổng hợp đextran, gốc glucosyl sót chuyển thành gốc tự có vai trò chất nhận ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp Chúng tác dụng với enzim – glucosyl hay enzim – đextranosyl để tách enzim khỏi glucozơ hay đextran đồng thời tạo liên kết với glucozơ hay đextran vị trí enzim giải phóng Khi chất nhận đextran cao phân tử, C3 chất nhận kết hợp với C1 phức glucosyl – enzim hay đextranosyl – enzim để giải phóng glucozơ hay đextran Kết hình thành mạch nhánh liên kết α-1,3-glicozit đextran chất nhận với đextran hay glucozơ vừa giải phóng enzim Cũng có trường hợp liên kết liên kết α-1,2-glicozit gặp 2.3.5 Tổng hợp đextran Có nhiều lồi vi sinh có khả sản xuất đextran mà chủ yếu loài vi khuẩn sinh lactic Phổ biến lồi thuộc chi Leuconostoc, ngồi có chi khác Streptococcus, Acetobacter, nấm mốc có chủng Rhizopussp có khả Đextran chất dinh dưỡng phụ thêm thường sử dụng thickener (làm dầy lên) stabilizer (làm ổn định hơn) Nòi vi khuẩn L.mesenteroides B-512F người ta dùng qui trình sản xuất đextran, chúng có khả sản sinh đextran tan nước không tan nước, với nhiều đặc điểm vô đa dạng Míaphân lập cho thấy chúng có lượng phân Giống Leuconostoc mesenteroides Leuconostoc mesenteroides AA1 tử cao suất cao nòi thương mại hóa Đextran sản sinh nhờ L.mesenteroides AA1 khơng có vị tan Ép nước Phần trăm chuyển hóa sucrozơ thành đextran nhờ L.mesenteroidesAA1 48,9%, so với nòi L Mesenteroides B-512F 41% Chìa khóa để sản xuất công nghiệpChuẩn đextran thành công trọng lượng phân tử khối bị môi trường xuất đextran chúng Nòi L.mesenteroides AA1 ứng cử viên đầy tiềm 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 Chưng cất Lọc thủy phân Thu hồi etanol Tái kết tủa làm Sấy phun Đextran Etanol 2.3.6 Ứng dụng [1] [7] [11] Đextran biết đến từ kỷ XIX, tìm thấy khối cầu đặc suốt q trình sản xuất đường mía đường củ cải Đextran có nhiều ứng dụng cơng nghệ thực phẩm, y dược, hóa cơng nghiệp chẳng hạn tá dược, chất nhũ hóa, chất mang, chất ổn định Liên kết ngang đextran chẳng hạn saphadex sử dụng rộng rãi phân riêng, sắc ký lọc gel tinh nhiều sản phẩm khác protein nghiên cứu công nghiệp Trong công nghệ thực phẩm, đextran dùng nhiều nhiên phạm vi ứng dụng hẹp Đextran sử dụng để sản xuất sữa bột, yoghurt, nước sốt cà, mayonnaise, chất làm đặc, mức đơng kem Nó sử dụng để ngăn chặn trình kết tinh đường,cải thiên khả hút ẩm, trì hương hình dạng thực phẩm Ngồi đextran dùng để chế biến thành thức ăn kiêng số bệnh đái tháo đường, làm chất đồng hóa, chất ổn định, chất tạo màng bảo quàn chế biến thực phẩm Trong y học thú y đextran có phân tử lượng khoảng 80000 dùng làm chất thay huyết tương Đextran gắn với Fe thành phức đextran Fe làm thuốc trị bệnh thiếu máu số triệu chứng liên quan đến suy dinh dưỡng, rối loạn tiêu hóa Đextran dùng để chế tạo sinh học, băng dính sinh học phẫu thuật, dùng chất bơi trơn có vật lạ rơi vào mắt Có thể dùng đextran để thay huyết tương, tăng mức đường máu Đextran sunfat có khả chống đơng máu dùng để thay heparin truyền máu Hình 2.9 Đextran sắt Hình 2.10 Đextran 70 đextran sunfat Chương 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 gỗ bơng Xenlulozơ polisaccarit cao phân tử, khơng có tính đường Xenlulozơ thành phần thành tế bào thực vật cacbohiđrat xuất phổ biến trái đất Nhờ có xenlulozơ mà mơ thực vật có tính bền học, tính đàn hồi tạo thành xương cho tất loại Trong thiên nhiên, xenlulozơ dạng sợi nhỏ, kết hợp chặt lại thành bó nhờ liên kết hiđro hàng nghìn nhóm -OH vòng Dglucopiranozơ Bông loại tốt xenlulozơ gần nguyên chất chứa 96% xenlulozơ Gỗ xenlulozơ tổ hợp với số thành phần khác lignin, hemixenlulozơ, pentozan… có chứa khoảng 40-50% xenlulozơ thân tre, nứa, sợi đay, gai… Hàng năm, trái đất có khoảng 5.1011 xenlulozơ sinh tổng hợp bị phân hủy 3.1.2 Tính chất vật lý Xenlulozơ chất rắn, màu trắng, khơng có mùi, vị; có tỉ khối 1,51 – 1,52 g/cm3 Xenlulozơ không tan nước dung môi thông thường, bền với dung dịch kiềm lỗng, axit vơ lỗng chất oxi hóa yếu, tan axit clohiđric, axit photphoric, axit sunfuric 72%, dung dịch phức đồng (II)-amoniac (nước Svayde), đồng (II)-etylenđiamin, dung dịch tetrametylamonihiđroxit… 3.1.3 Cấu trúc Xenlulozơ có cơng thức phân tử (C6H10O5)n Xenlulozơ bị thủy phân hoàn toàn dung dịch axit thu monosaccarit D-glucozơ Xenlulozơ có phân tử khối vào khoảng 250.000 – 1.000.000 đvC Trong phân tử xenlulozơ có khoảng 1000 – 1500 mắt xích D-glucozơ Khi chế hóa xenlulozơ với anhidrit axetic axit sunfuric, ta thu octa-Oaxetalxelobiozơ Rõ ràng tất liên kết glicozit xenlulozơ giống liên kết xenlobiozơ, nghĩa liên kết β Do phân tử xenlulozơ có cấu trúc khơng phân nhánh, gồm gốc β-D-1,4glucopiranozơ liên kết với nhờ liên kết β-1,4-glicozit: Số mắt xích monosaccarit (đơi gọi mức độ polime hóa) đạt đến 10-14 nghìn, ứng với khối lượng phân tử 1,5 đến triệu amu (đvC) Các gốc β-1,4-glucopiranozơ phân tử xenlulozơ nằm dạng ghế: Tương tự tinh bột, xenlulozơ tạo mạch chứa mắt xích D – glucozơ mắt xích liên kết với C4 mắt xích sau liên kết glicozit Nhưng xenlulozơ khác tinh bột cấu hình liên kết glicozit Xenlulozơ đặc trưng cấu dạng mạch dài cao phân tử, giữ chặt liên kết hiđro nội phân tử, nghĩa nguyên tử oxi vòng gốc β-Dglucopiranozơ với nhóm OH nguyên tử cacbon gốc β-D-glucopiranozơ kề bên tạo liên kết hiđro nội phân tử Ngoài ra, cao phân tử mạch dài xếp song song tạo liên kết hiđro liên phân tử, dẫn đến cấu trúc rắn tinh thể Mỗi mắt xích C6H10O5 có chứa nhóm OH tự do, cơng thức xenlulozơ viết [C6H7O2(OH)3]n Nhờ liên kết hidro nên tự nhiên, xenlulozơ tồn dạng sợi dạng sợi lại tạo thành bó chuỗi: Cùng với phần tinh thể, phân tử xenlulozơ giữ số phần vơ định hình (15-30% sợi bơng, 25-35% gỗ) Sự có mặt phận tinh thể làm cho xenlulozơ có tính bền học cao khơng tan, phận vơ định hình đảm bảo cho trương phồng nhỏ khả phản ứng xenlulozơ nhờ thấm vào dễ dàng tác nhân hóa học 3.1.4 Tính chất hóa học Một số nhận xét: + Xenlulozơ khơng có tính khử Vì khơng phản ứng với thuốc thử Tollens Fehlinh Phản ứng hóa học xảy xenlulozơ chủ yếu ancol đa chức liên kết β-1,4-glicozit + Xenlulozơ tự nhiên bị vi khuẩn phân hủy điều kiện khác tạo CO2 H2O CH4 Gỗ bị mối, mọt phá hủy… + Các tác nhân oxi hóa (oxi, ozon, hidro peoxit, natri hipoclorit…) oxi hóa xenlulozơ thành sản phẩm khác làm giảm chất lượng xenlulozơ Như vậy, đặc điểm cấu trúc định khả phản ứng xenlulozơ: + Xenlulozơ có cấu tạo mạch thẳng với đơn vị mắt xích β-D-glucozơ + Mỗi đơn vị monome mang nhóm hiđroxyl rượu bậc nhóm hiđroxyl rượu bậc + Cuối mạch xenlulozơ nhóm cacbonyl (khi dạng mở) làm cho xenlulozơ có tính khử + Các đơn vị mắt xích có cấu hình dạng ghế nối với liên kết β-14glicozit 3.1.4.1.Phản ứng đứt mạch xenlulozơ: Các phản ứng đứt mạch xenlulozơ liên kết glicozit tạo thành oligosaccarit, monsaccarit sản phẩm phân huỷ tiếp tục monosaccarit Đại diện cho hướng phản ứng thuỷ phân, nhiệt phân, oxi hoá dẫn tới cắt mạch phản ứng bào mòn (tách loại β- alkoxy mơi truờng kiềm) Xenlulozơ bị phân huỷ thuỷ phân, nhiệt phân tác động học oxi hoá Một số tác nhân vật lý ánh sáng, tia lượng cao phân huỷ làm đứt mạch xenlulozơ *Phản ứng thủy phân (phản ứng liên kết): xenlulozơ bị thủy phân hoàn toàn dung dịch axit vơ lỗng xúc tác enzim xenlulaza (chỉ có thể số động vật nhai lại trâu, bò…) cho sản phẩm cuối D-glucozơ Cơ chế: Phản ứng tổng quát: (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 Q trình thuỷ phân tiến hành 1600 0C-19000C, dung dịch 0,2 – % H2SO4 *Phản ứng nhiệt phân Nhiệt độ cao xenlulozơ bị đepolime hoá, xảy theo chế gốc: ... thực đề tài: Tìm hiểu cấu trúc, tính chất, phương pháp điều chế ứng dụng glucan 2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, tìm hiểu rõ cấu trúc, tính chất, phương pháp điều chế ứng dụng glucan để học... polisaccarit, glucan - Cấu trúc, tính chất, phương pháp điều chế, ứng dụng glucan quan trọng - Sơ lược số glucan khác Đối tượng nghiên cứu Các polisaccarit thuộc loại glucan Phương pháp nghiên... tính đáp ứng u cầu Cơng nghệ biến tính tinh bột bao gồm phương pháp như: biến tính hố học, biến tính vật lý, biến tính enzim nhằm làm thay đổi phạm vi hạt tinh bột để thay đổi đặc tính tự nhiên