Carbohydrate là một thành phần quan trọng đối với con người cũng như là nguồn nguyên liệu cho sản xuất. Vậy Carbohydrate là gì? Công thức cấu tạo là gì? Carbohydrate có những nhóm nào?... Bạn đọc hãy cùng VIETCHEM trả lời cho những câu hỏi trên qua bài viết dưới đây.

I. Carbohydrate là chất gì? 

Carbohydrate hay còn được gọi là gluxit, là một phân tử hữu cơ cấu tạo 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 các số tự nhiên khác 0, có thể giống hoặc khác nhau. 

Đây là 1 trong các nhóm phân tử sinh học cấu tạo và đóng vai trò quan trọng trong các cơ thể sống như tích trữ hay tạo năng lượng, các thành phần cấu trúc…

Carbohydrate là chất gì? 

II. Phân loại Carbohydrate

Các phân tử Carbohydrate có thể là 1 phân tử đường hoặc một nhóm các phân tử đường liên kết với nhau. Dựa vào mức độ trùng hợp ta có thể chia carbohydrate thành 3 nhóm là đường, oligosaccharide và polysaccharide.

Hoặc đơn giản hơn ta có thể phân loại carbohydrate thành 3 nhóm đường đơn, đường đôi và đường đa với các đặc điểm như sau:

- Đường đơn: 

• Gồm các phân tử có cấu tạo gồm 5 hoặc 6 cacbon. 
• Gồm có: Glucose, fructose, galactose, ribose,...

- Đường đôi

• Gồm hai phân tử đường đơn liên kết với nhau bằng liên kết glycoside.
• Gồm có: Sucrose (được cấu tạo từ glucose và fructose), lactose (được cấu tạo từ galactose và glucose), maltose (được cấu tạo từ glucose và glucose),...

- Đường đa: 

• Được cấu tạo từ 2 đơn phân  tử trở lên liên kết với nhau theo dạng thẳng hay phân nhánh.
• Gồm có: Glycogen, tinh bột, cellulose, chitin,...

Các nhóm Carbohydrate

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

Mặc dù đều là carbohydrate, nhưng từ các phân tử đường đơn giản (monosaccharide) đến những polymer phức tạp (polysaccharide), mỗi loại lại có những đặc tính và vai trò riêng biệt. Để giúp bạn đọc có cái nhìn tổng quan và dễ dàng phân biệt 4 đại diện tiêu biểu nhất là Glucose, Fructose, Tinh bột và Xenlulozo, hãy cùng xem qua bảng so sánh chi tiết các đặc điểm quan trọng của chúng ngay sau đây.

1. Glucose

- Glucose là các chất rắn ở dạng kết tinh, không màu. Tan trong nước và tan nhiều hơn khi nhiệt độ nước tăng.

- Được gọi là đường nho, có vị ngọt ít hơn đường mía. Có trong hầu hết các loại quả chín và trong máu người. 

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

- Glucose có nhiều nhóm -OH và 1 nhóm -CHO nên có tính chất của andehit và ancol đa chức:

• Tác dụng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo dung dịch có màu xanh lam: 

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

• Phản ứng của nhóm andehit: 

+ Phản ứng tráng bạc, tác dụng với dung dịch AgNO3 trong NH3, đun nóng:

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

+ Tác dụng 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 tạo thành sorbitol:

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

• Phản ứng lên men tạo ancol etylic và khí CO2:

C6H12O6 →  2C2H5OH + 2CO2

2. Fructose

- Trạng thái: Chất rắn kết tinh, dễ tan trong nước.

- Có nhiều trong hoa quả chín và đặc biệt là mật ong nên còn gọi là đường mật. Do đó đường fructose có vị ngọt hơn đường mía. 

- Công thức phân tử là C6H12O6. Trong môi trường kiềm, frutose chuyển thành glucose và có những phản ứng đặc trưng của glucose. Tuy nhiên sẽ không có phản ứng làm mất màu nước brom. 

3. Saccharose

- Là chất rắn kết tính, không màu, dễ tan trong nước.

- Có nhiều trong cây mía nên đường saccarozơ còn được gọi là đường mía. Ngoài ra còn có thể tìm thấy trong củ cải đường, đường thốt nốt…

- Phân tử saccarozơ được tạo thành từ alpha-glucozơ và beta-fructozơ liên kết với nhau qua nguyên tử oxi. Các tính chất đặc trưng gồm có: 

• Tính chất của ancol đa chức: Tác dụng với Cu(OH)2 cho phức đồng màu xanh
• Phản ứng thủy phân: Khi đun nóng trong môi trường axit thì saccarose thủy phân tạo thành glucose và fructose.

C12H22O11 + H2O  →  C6H12O6 + C6H12O6      

 

Cấu trúc một số phân tử Carbohydrate

4. Tinh bột

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

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

- Tinh bột là hỗn hợp của hai loại polisaccarit, đó là amilozơ và amilopectin. Trong đó amilozơ chiếm 20-30 % khối lượng tinh bột.

- Phản ứng đặc trưng:

• Phản ứng thủy phân:

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

+ Thủy phân dưới tác dụng của enzym như amylase trong nước bọt. 

• Phản ứng với dung dịch iot: Đây là phản ứng giúp phân biệt tinh bột. Khi cho hồ tinh bột tác dụng với dung dịch iot sẽ cho hợp chất màu xanh tím. Đun nóng thì mất màu nhưng để nguội thì màu xanh tím lại xuất hiện. 

5. Xenlulozơ

- Xenlulozơ là chất rắn màu trắng, dạng sợi, không mùi và không vị .

- Không tan trong nước kể cả nóng hay lạnh cũng như các dung môi thông thường như benzen, ether…

- Công thức phân tử là (C6H10O5)n. Xenlulozơ là một polime cấu tạo từ các phân tử β – glucozơ bởi các liên kết β – 1,4 – glicozit. Là thành phần cấu tạo chính của các tế bào thực vật. có nhiều trong cây bông (95 – 98 %), đay, gai, tre, nứa (50 – 80 %), gỗ (40 – 50 %).

- Phản ứng đặc trưng:

• Phản ứng thủy phân: Khi đun nóng xenlulose với dung dịch axit vô cơ sẽ tạo ra các phân tử C6H12O6. Phản ứng này cũng xảy ra trong dạ dày trâu, bò, ngựa… nhờ enzym xenlulaza. Cơ thể con người không có enzym này nên không thể chuyển hóa được xenlulozơ.
• Phản ứng este hóa của ancol đa chức:

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

[C6H7O2(OH)3]n + 2nHNO3 (đặc) → [C6H7O2(OH)(ONO2)2]n (Xenlulozơ đinitrat) + 2nH2O                                      

Hỗn hợp xenlulozơ mononitrat, xenlulozơ đinitrat được gọi là coloxilin, được dùng để chế tạo chất dẻo xenluloit làm bóng bàn, đồ chơi…

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

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

Ứng dụng của xenlulozơ trong sản xuất

IV. Ứng dụng của carbohydrate

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

1. Đối với sức khỏe con người

• Là nhóm thực phẩm không thể thiếu được của con người cũng như động vật.
• Đây là nguồn cung cấp năng lượng chính cho các hoạt động sống của cơ thể. Khi chúng ta ăn các loại tinh bột vào cơ thể, trải qua các quá trình thủy phân tạo glucose. Sau đó qua các quá trình chuyển hóa sẽ tạo ra năng lượng dưới dạng ATP để cơ thể có thể sử dụng được. Glucose không sử dụng hết sẽ được tích trữ dưới dạng glycogen tại gan.
• Đồng thời cơ thể của chúng ta cũng cần bổ sung các loại chất xơ để đảm bảo hoạt động của hệ tiêu hóa. 

Chuyển hóa carbohydrate trong cơ thể

2. Đối với các ngành sản xuất

• Trong y học: Glucose, saccharose được sử dụng làm nguyên liệu pha chế thuốc; glucose sử dụng trong xét nghiệm đường huyết…
• Là thành phần tạo ngọt trong sản xuất bánh kẹo, nước giải khát, thực phẩm.
• Glucose, saccharose dùng để tráng gương, ruột phích…
• Xenlulozơ ứng dụng trong sản xuất giấy, các loại tơ, sợi, các loại polymer như CMC, NaCMC…

Từ những phân tử đơn giản cung cấp năng lượng cho mọi tế bào sống đến các chuỗi polymer phức tạp tạo nên giấy viết hay sợi vải, carbohydrate đã chứng tỏ vai trò không thể thiếu trong cả tự nhiên và đời sống sản xuất. Hy vọng rằng, bài viết này đã cung cấp cho bạn một nền tảng kiến thức vững chắc, giúp bạn hiểu rõ hơn về nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng và đa dạng này.

Nếu bạn muốn tìm hiểu sâu hơn về các ứng dụng chuyên biệt hoặc cần tư vấn về các sản phẩm hóa chất công nghiệp liên quan, đừng ngần ngại khám phá thêm các bài viết khác trên website vietchem.com.vn. 

V. Các câu hỏi thường gặp

1. Carb "tốt" và carb "xấu" là gì?

Thực chất, không có định nghĩa khoa học chính thức nào cho carb "tốt" và "xấu". Tuy nhiên, cách gọi này thường được dùng để chỉ:

• Carb "tốt" (Carb phức hợp): Là các loại carbohydrate chưa qua tinh chế, còn giữ lại nhiều chất xơ, vitamin và khoáng chất. Chúng tiêu hóa chậm, giúp no lâu và ổn định đường huyết. Ví dụ: gạo lứt, yến mạch, khoai lang, các loại đậu, rau xanh.
• Carb "xấu" (Carb đơn giản): Là các loại carbohydrate đã qua tinh chế, mất đi phần lớn chất xơ và dinh dưỡng. Chúng tiêu hóa nhanh, gây tăng đường huyết đột ngột. Ví dụ: bánh kẹo, nước ngọt, bánh mì trắng, đường tinh luyện.

2. Một gam carbohydrate cung cấp bao nhiêu năng lượng?

Trung bình, 1 gam carbohydrate cung cấp khoảng 4 calo. Đây là nguồn năng lượng chính cho các hoạt động của cơ thể, đặc biệt là cho não bộ và hệ thần kinh trung ương.

3. Tại sao cơ thể cần chất xơ (fiber) dù không tiêu hóa được?

Chất xơ, chủ yếu là xenlulozo, là một loại carbohydrate mà hệ tiêu hóa của người không thể phân hủy để tạo năng lượng. Tuy nhiên, nó đóng vai trò cực kỳ quan trọng:

• Hỗ trợ tiêu hóa: Tăng khối lượng phân, chống táo bón.
• Nuôi dưỡng lợi khuẩn: Là thức ăn cho hệ vi sinh vật đường ruột.
• Kiểm soát đường huyết: Làm chậm quá trình hấp thu đường.
• Giảm cholesterol: Giúp đào thải cholesterol xấu ra khỏi cơ thể.

4. Nên tiêu thụ bao nhiêu carbohydrate mỗi ngày?

Theo Viện Dinh dưỡng Quốc gia Việt Nam, lượng carbohydrate khuyến nghị chiếm khoảng 55-65% tổng năng lượng trong khẩu phần ăn hàng ngày của một người trưởng thành. Ví dụ, nếu bạn cần 2000 calo mỗi ngày, lượng calo từ carb nên vào khoảng 1100-1300 calo, tương đương 275-325 gam carbohydrate. Tuy nhiên, con số này có thể thay đổi tùy thuộc vào độ tuổi, giới tính và mức độ hoạt động thể chất của mỗi người.

Bài viết liên quan

Polymer là gì? Những ứng dụng quan trọng của chúng trong cuộc sống

Axit là gì? Tính chất hóa học của axit và ứng dụng quan trọng trong cuộc sống

Đặc tính của 6 loại tinh bột biến tính