Carbohydrate là gì? Cấu tạo, phân loại của carbohydrate

Chu Văn An

Carbohydrate là thành phần quan trọng đối với con người và là nguồn nguyên liệu thô cho sản xuất. Vậy carbohydrate là gì? Công thức cấu tạo là gì? Có những nhóm carbohydrate nào?… Quý độc giả hãy cùng vietchem giải đáp những thắc mắc trên qua bài viết dưới đây nhé.

I. Carbohydrate là gì?

Carbohydrate hay còn gọi là glucose là phân tử hữu cơ được tạo thành từ 3 nguyên tố C, H và O. Hợp chất này có công thức cấu tạo chung là Cm(H2O)n, trong đó m và n là số. đương nhiên khác 0, có thể giống hoặc khác nhau.

Đây là một trong những nhóm phân tử sinh học cấu tạo và giữ vai trò quan trọng trong cơ thể sống như dự trữ hoặc tạo ra năng lượng, các thành phần cấu trúc…

Carbohydrate là gì?

II. Phân loại carbohydrate

Phân tử carbohydrate có thể là 1 phân tử đường hoặc một nhóm phân tử đường liên kết với nhau. Dựa vào mức độ trùng hợp, chúng ta có thể chia carbohydrate thành 3 nhóm: đường, oligosaccharides và polysaccharides.

Hay đơn giản hơn, chúng ta có thể phân loại carbohydrate thành 3 nhóm đường đơn, đường đôi và polysaccharide với những đặc điểm sau:

– Dòng đơn:

• Bao gồm các phân tử có cấu trúc 5 hoặc 6 nguyên tử cacbon.
• Gồm: Glucose, Fructose, Galactose, Ribose,…

– Đường đôi

• Gồm hai phân tử đường đơn giản liên kết với nhau bằng liên kết glycosid.
• Bao gồm: Sucrose (được tạo thành từ glucose và fructose), lactose (được tạo thành từ galactose và glucose), maltose (được tạo thành từ glucose và glucose),…

– Đa đường:

• Bao gồm 2 hoặc nhiều phân tử đơn lẻ liên kết với nhau ở dạng thẳng hoặc phân nhánh.
• Gồm: Glycogen, tinh bột, xenlulo, chitin,…

Nhóm carbohydrate

III. Tính chất và trạng thái tự nhiên của một số phân tử carbohydrate

1. Đường

– Glucose là chất rắn kết tinh không màu. Hòa tan trong nước và trở nên hòa tan hơn khi nhiệt độ nước tăng.

– Gọi là đường nho, có vị ít ngọt hơn đường mía. Được tìm thấy trong hầu hết các loại trái cây chín và trong máu người.

– Glucose có CTPT là C6H12O6, tồn tại ở dạng hở hoặc dạng vòng.

– Glucozơ có nhiều nhóm -OH và một nhóm -CHO nên có tính chất của aldehyt và rượu đa chức:

• Phản ứng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo ra dung dịch màu xanh:

2C6H12O6 + Cu(OH)2 → (C6H11O6)2Cu + 2H2O

• Phản ứng của nhóm aldehyd:

+ Phản ứng mạ bạc, phản ứng với dung dịch AgNO3 trong NH3, đun nóng:

CH2OH[CHOH]4CHO + 2Ag(NH3)2OH → CH2OH[CHOH]4COONH4+ 2Ag + 3NH3 + H2O

+ Phản ứng với Cu(OH)2 trong NaOH, đun nóng tạo thành Cu2O có kết tủa màu đỏ gạch.

+ Làm mất màu dung dịch brom.

• Khử glucose thành sorbitol:

CH2OH[CHOH]4CHO + H2 → CH2OH[CHOH]4CH2OH

• Phản ứng lên men tạo ra rượu etylic và khí CO2:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

2. Đường fructose

– Trạng thái: Dạng rắn kết tinh, dễ tan trong nước.

– Có trong nhiều loại trái cây chín và đặc biệt là mật ong nên còn gọi là mật đường. Do đó, fructose có vị ngọt hơn đường mía.

– Công thức phân tử là C6H12O6. Trong môi trường kiềm, frutose chuyển hóa thành glucose và có các phản ứng điển hình của glucose. Tuy nhiên sẽ không có phản ứng nào làm mất màu nước brom.

3. Đường saccharose

– Là chất rắn kết tinh không màu, dễ tan trong nước.

– Có nhiều trong mía, sucrose còn được gọi là đường mía. Nó cũng có thể được tìm thấy trong củ cải đường, đường cọ…

– Phân tử sucrose được tạo thành từ alpha-glucose và beta-fructose liên kết với nhau thông qua các nguyên tử oxy. Các tính năng đặc trưng bao gồm:

• Tính chất của rượu đa chức: Phản ứng với Cu(OH)2 tạo phức đồng màu xanh lục
• Phản ứng thủy phân: Khi đun nóng trong môi trường axit, sucrose thủy phân tạo thành glucose và fructose.

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

Cấu trúc của một số phân tử cacbohydrat

4. Tinh bột

– Là chất rắn vô định hình, không tan trong nước lạnh nhưng nở ra trong nước nóng tạo thành dung dịch keo gọi là hồ tinh bột.

– Tinh bột có nhiều trong gạo, ngô, khoai, sắn, ngũ cốc…

Tinh bột là hỗn hợp của hai loại polysaccharide là amyloza và amylopectin. Trong đó amyloza chiếm 20-30% khối lượng tinh bột.

– Phản ứng điển hình:

• Phản ứng thủy phân:

+ Thủy phân bằng xúc tác axit vô cơ: (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6

+ Bị thủy phân dưới tác dụng của các enzyme như amylase trong nước bọt.

• Phản ứng với dung dịch iốt: Đây là phản ứng giúp phân biệt tinh bột. Khi tinh bột phản ứng với dung dịch iốt sẽ tạo ra hợp chất có màu xanh tím. Khi đun nóng, màu biến mất, nhưng khi nguội, màu xanh tím lại xuất hiện.

5. Xenlulo

– Cellulose là chất rắn màu trắng, dạng sợi, không mùi, không vị.

– Không tan trong nước, nóng hoặc lạnh, cũng như các dung môi thông thường như benzen, ete…

– Công thức phân tử là (C6H10O5)n. Cellulose là một polyme được cấu tạo từ các phân tử β – glucose bằng liên kết β – 1,4 – glycosid. Là thành phần cấu trúc chính của tế bào thực vật. Có nhiều bông (95 – 98%), đay, gai, tre (50 – 80%), gỗ (40 – 50%).

– Phản ứng điển hình:

• Phản ứng thủy phân: Khi nung xenluloza với dung dịch axit vô cơ sẽ tạo ra phân tử C6H12O6. Phản ứng này còn xảy ra trong dạ dày trâu, bò, ngựa… nhờ enzym cellulase. Cơ thể con người không có enzyme này nên không thể chuyển hóa được cellulose.
• Phản ứng este hóa rượu đa chức:

[C6H7O2(OH)3]n + nHNO3 (đậm đặc) → [C6H7O2(OH)2ONO2]n (Cellulose mononitrat) + nH2O

[C6H7O2(OH)3]n + 2nHNO3 (đậm đặc) → [C6H7O2(OH)(ONO2)2]n (Xenlulo dinitrat) + 2nH2O

Hỗn hợp xenlulo mononitrat và xenlulo dinitrat gọi là coloxilin, được dùng để chế tạo nhựa xenlulo làm bóng bàn, đồ chơi…

[C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 (đậm đặc) → [C6H7O2(ONO2)3]n (Cellulose trinitrat) + 3nH2O

Hỗn hợp chứa chủ yếu là cellulose trinitrate gọi là pyroxilin (dùng làm chất nổ), dùng để chế tạo thuốc súng không khói.

Ứng dụng xenlulo trong sản xuất

IV. Ứng dụng của carbohydrate

Các chất thuộc nhóm carbohydrate đóng nhiều vai trò quan trọng trong đời sống con người cũng như đời sống sản xuất.

1. Vì sức khỏe con người

• Là nhóm thực phẩm không thể thiếu đối với con người và động vật.
• Đây là nguồn năng lượng chính cho các hoạt động sống của cơ thể. Khi chúng ta ăn tinh bột, cơ thể sẽ trải qua quá trình thủy phân để tạo ra glucose. Sau đó, thông qua quá trình trao đổi chất, năng lượng sẽ được tạo ra dưới dạng ATP để cơ thể sử dụng. Glucose không được sử dụng sẽ được lưu trữ dưới dạng glycogen trong gan.
• Đồng thời, cơ thể chúng ta cũng cần bổ sung chất xơ để đảm bảo hoạt động của hệ tiêu hóa.

Chuyển hóa carbohydrate trong cơ thể

2. Đối với ngành sản xuất

• Trong y học: Glucose và sucrose được dùng làm nguyên liệu bào chế thuốc; Glucose dùng trong xét nghiệm đường huyết…
• Là chất tạo ngọt trong sản xuất bánh kẹo, nước giải khát, thực phẩm.
• Glucose, sucrose được dùng để tráng gương, bình giữ nhiệt…
• Cellulose được sử dụng trong sản xuất giấy, tơ tằm, sợi, polyme như CMC, NaCMC…

Trên đây là những thông tin cơ bản về nhóm carbohydrate. Hy vọng qua bài viết trên bạn đọc đã giải đáp được thắc mắc về hợp chất carbohydrate. Nếu có thắc mắc vui lòng liên hệ với chúng tôi để được giải đáp hoặc tham khảo thêm các bài viết trên website vietchem.com.vn.