Đề tài Cellulose và tác dụng hỗ trợ tiêu hóa

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA TPHCM- KHOA COÂNG NGHEÄ HOÙA HOÏC BOÄ MOÂN COÂNG NGHEÄ HOÙA HOÏC THÖÏC PHAÅM ‡‡‡ ÑEÀ TAØI : Giaûng Vieân : ThS. Toân Nöõ Minh Nguyeät Sinh Vieân : Nguyeãn Vaên Duõng (60400465) Huyønh Tuyeát Phöôïng (60401996) Ñoã Thu Trang (60402700) Thaùng 10/2005 MUÏC LUÏC š&› ÑÒNH NGHÓA -----------------------------------------------------------------------------trang 1 - Sinh hoïc - Hoaù hoïc PHAÂN LOAÏI -----------------------------------------------------------------------------trang 1 - Döïa theo khaû naêng phaân taùn trong nöôùc - Döïa theo caáu truùc hoaù hoïc A- CHAÁT XÔ KHOÂNG HOAØ TAN -----------------------------------------------------trang 2 I. Cellulose -----------------------------------------------------------------------------trang 2 1- Caáu taïo 2- Tính chaát Hoaù Lyù – ÖÙng duïng a- Tính tan b- AÛnh höôûng cuûa nhoùm hydroxyl c- Phaân huyû maïch cellulose - Thuyû phaân - Nhieät phaân - Phaân huyû maïch do oxy hoaù d- Taïo nhaùnh treân phaân töû cellulose e- Taïo lieân keát giöõa caùc phaân töû cellulose f- Tính naêng vaät lyù II. Caùc chaát xô khoâng tan khaùc -------------------------------------------------------------trang 7 1- Hemicellulose 2- Lignin B- CHAÁT XÔ HOAØ TAN -------------------------------------------------------------trang 8 I- Pectin -----------------------------------------------------------------trang 8 II- Carboxymethyl Cellulose ---------------------------------------------------------trang 9 - Caáu taïo - Tính chaát vaät lyù - Tính chaát hoaù lyù Ñoä thay theá (DS) Ñoä tuï hôïp (DP) Tính acid - ÖÙng duïng C- GIAÙ TRÒ DINH DÖÔÕNG VAØ GIAÙ TRÒ TIEÂU HOAÙ CUÛA CHAÁT XÔ --------------trang 11 I- Caûi thieän chöùc naêng ruoät giaø -------------------------------------------trang 12 II- Giaûm thieåu cholesterol trong maùu -------------------------------------------trang 13 III- Hoã trôï ñieàu trò beänh ñaùi thaùo ñöôøng -------------------------------------------trang 13 IV- Ñieàu chænh caân naëng ---------------------------------------------------------------trang 14 V- ÖÙng duïng khaùc ---------------------------------------------------------------trang 14 VI- Moät soá taùc haïi ---------------------------------------------------------------trang 14 D- NGUOÀN CELLULOSE VAØ CAÙC CHAÁT XÔ KHAÙC --------------------------------trang 15 I- Thaønh phaàn chaát xô trong töï nhieân II- Nguoàn thöùc aên cung caáp cellulose vaø caùc chaát xô khaùc III- Löôïng chaát xô caàn thieát cho cô theå Taøi Lieäu Tham Khaûo CHAÁT XÔ – GIAÙ TRÒ TIEÂU HOAÙ Ñònh nghóa: Sinh hoïc: chaát xô laø chaát baõ coøn laïi sau khi bò tieâu hoaù, goàm: caùc chaát caáu taïo vaùch teá baøo: cellulose, hemicellulose, pectin, lignin caùc polysaccharide döï tröõ, baøi tieát noäi baøo (gums, nhaày) Hoaù hoïc: chaát xô laø caùc polysaccharide thöïc vaät khaùc vôùi tinh boät vaø lignin. Trong thöùc aên ngoaøi caùc thaønh phaàn dinh döôõng nhö carbohydrate, lipid, protein, vitamin vaø muoái voâ cô, coøn coù thaønh phaàn chaát xô vôùi moät löôïng nhaát ñònh (chuû yeáu goàm cellulose, hemicellulose; lignin; pectin …) Phaân loaïi: Döïa vaøo khaû naêng phaân taùn trong nöôùc (ngaäm nöôùc, giöõ nöôùc) goàm 02 loaïi: “Xô tan” phaân taùn maïnh trong nöôùc: pectin, gums, nhaày vaø vaøi loaïi hemicellulose “Tính tan” cuûa chaát xô chuû yeáu laø do phaân taùn trong nöôùc, nhöng khoâng thöïc söï hoaø tan veà maët hoaù hoïc. VD: 1g psyllium (bieät döôïc IGOL_moät loaïi thöïc döôïc phaåm chöùc xô tan), neáu troän vôùi 20ml nöôùc ñeå yeân trong moät giôø seõ taïo moät khoái nhaõo (lôùn hôn 20ml) “Xô khoâng tan” ít phaân taùn trong nöôùc: cellulose, lignin, moät soá hemicellulose. Chaát xô trong rau coù khaû naêng ngaäm nöôùc keùm hôn xô tan nhöng maïnh hôn xô khoâng tan. Döïa vaøo caáu truùc hoaù hoïc: Chuû yeáu laø caùc polysaccharide khoâng phaûi tinh boät: cellulose, caùc hemicellulose, caùc pectin vaø caùc loaïi gums. Caùc polysaccharide khaùc nhau ôû ñöôøng ñôn (glucose, galactose, arabinose vaø caùc monomer cuûa acid uronic); caùc moái noái hoaù hoïc giöõa chuùng vôùi nhau. Cellulose: coù trong vaùch teá baøo cuûa taát caû caùc loaøi thöïc vaät Hemicellulose: goàm caùc nhoùm polysaccharide khaùc nhau tuyø möùc ñoä phaân nhaùnh, ñöôïc phaân loaïi theo ñöôøng ñôn coù trong daây chính (xylan, galactan, mannan) vaø trong caùc nhaùnh beân (arabinose, galactose) Pectin: daây chính chöùa acid galactuonic, rhamnose, nhaùnh beân chöùa galactose, arabinose. Gums: coù caáu truùc khaùc nhau tuyø theo nguoàn goác, thöôøng laø polysaccharide thöù yeáu trong haàu heát caùc loaïi thöùc aên Psyllium (lôùp maøng bieåu bì vaø döôùi bieåu bì cuûa haït chín khoâ caây Plantago ovata, coù caáu truùc chuoãi polymer lôùn phaân töû goàm nhieàu nhoùm bao goàm d-galactose, d-glucose, lignin, l-rhamnose, d-xylose, l-arabinose, d-mannose vôùi nhöõng chuoãi beân uronic acid) Thaønh phaàn khoâng phaûi polysaccharide laø lignin chöùa caùc hoãn hôïp phenolic coù caáu truùc phaân töû khoâng gian ba chieàu raát phöùc taïp. Lignin coù trong thaønh phaàn goã cöùng, khoù phaân raõ cuûa haàu heát caùc loaïi thöùc aên töø caây coû. Duø soá löôïng ít nhöng lignin laïi aûnh höôûng lôùn ñeán khaû naêng tieâu hoaù. Thöùc aên thöïc vaät coøn chöùa löôïng nhoû (5 –10%) caùc chaát khoâng phaûi laø carbohydrate khaùc, coù khaû naêng taïo khoái phaân nhö caùc chaát öùc cheá men tieâu hoaù, caùc glycoprotein vaùch teá baøo, caùc ester phenolic vaø caùc saûn phaåm cho phaûn öùng Maillard. CHAÁT XÔ KHOÂNG HOAØ TAN: Cellulose: Cellulose coù nhieàu hôn taát caû caùc hôïp chaát höõu cô khaùc cuûa cô theå soáng vì noù laø nguyeân lieäu chính cuûa thaønh teá baøo thöïc vaät, giuùp moâ thöïc vaät coù ñoä beàn cô hoïc vaø tính ñaøn hoài. Cellulose laø chaát ñöôïc truøng hôïp töø caùc ñôn phaân töû glucose, maïch thaúng ñöôïc taïo bôûi b-D- glucose baèng lieân keát b-1,4 glucoside. LIEÂN KEÁT b-1,4- GLUCOSIDE VÒ TRÍ TAÙCH NÖÔÙC CUÛA LIEÂN KEÁT b Hình 1 – Lieân keát b-1,4- glucoside Cellulose laø chaát raén, traéng , khoâng muøi vò, khoâng tan trong nöôùc ngay caû khi ñem ñun noùng, khoâng tan trong caùc dung moâi höõu cô thoâng thöôøng (röôïu, ether, benzen). Trong teá baøo thaønh caây xanh, caùc vi sôïi cellulose saép xeáp döôùi daïng caùc lôùp xen phuû, nhö theå taïo neân moät caáu truùc raát dai, vaø chaéc. Ñoâi khi thaønh teá baøo coøn ñöôïc cuûng coá baèng moät nguyeân lieäu goïi laø lignin, chaát naøy cheøn vaøo khoaûng khoâng giöõa caùc vi sôïi cellulose. Cellulose khoâng coù yù nghóa veà maët dinh döôõng cuûa ngöôøi vì trong cô theå ngöôøi khoâng coù enzim phaân huyû ñöôïc cellulose. Ñoäng vaät nhai laïi coù theå tieâu hoaù deã daøng cellulose vì trong daï daøy chuùng coù chöùa caùc vi khuaån coù khaû naêng tieát ra enzym cellulase coù taùc duïng thuyû phaân cellulose. Caáu taïo: MAØNG PLASMA PHIEÁN PECTIN MOÛNG LÔÙP CÔ BAÛN CUÛA THAØNH TEÁ BAØO Hình 2 –Thaønh teá baøo thöïc vaät Cellulose laø polysaccharide chuû yeáu cuûa thaønh teá baøo thöïc vaät. Caùc ñôn vò caáu taïo cellulose gaén vôùi nhau nhôø lieân keát glucoside. TEÁ BAØO THÖÏC VAÄT THAØNH TEÁ BAØO Moãi ñôn vò caáu truùc neân cellulose laø moät anhydride d-glucose. Moãi goác glucose chöùa ba nhoùm – OH ôû nguyeân töû Carbon thöù hai, thöù ba vaø thöù saùu (trong ñoù nhoùm – OH ñính treân C6 laø nhoùm röôïu baäc I, coøn laïi laø nhoùm röôïu baäc II) Hình 3 –Traät töï cuûa Fibril, Microfibril vaø Cellulose Goác anhydride d-glucose coù voøng 6 caïnh piranose (nhôø 5 nguyeân töû C vaø nguyeân töû O) lieân keát 1-4 glucoside. Phaân töû cellulose chöùa töø 1.400 – 10.000 goác glucose khoâng xoaén maø duoãi thaúng. Phaân töû löôïng cuûa caùc cellulose thu ñöôïc töø caùc nguoàn khaùc nhau xeâ dòch trong giôùi haïn khaù roäng (töø 5.104 – 106 hoaëc cao hôn) . POLYSACCHARIDE (KHAÙC VÔÙI CELLULOSE) PHAÂN TÖÛ CELLULOSE CAÙC PHAÂN TÖÛ CELLULOSE RIEÂNG BIEÄT MAÏNG LÖÔÙI CHUOÃI PHAÂN TÖÛ CELLULOSE Hình 4 –Chuoãi phaân töû Cellulose Duøng phöông phaùp phaân tích tia Rontgen, ngöôøi ta xaùc ñònh ñöôïc phaân töû cellulose coù daïng sôïi. CHUOÃI CELLULOSE CHUOÃI POLYMER CUÛA GLUCOSE ÑÔN VÒ GLUCOSE TEÁ BAØO THÖÏC VAÄT THAØNH TEÁ BAØO THÖÏC VAÄT CELLULOSE FIBRIL TRONG THAØNH TEÁ BAØO THÖÏC VAÄT (TEM) Hình 5 –Chuoãi phaân töû Cellulose Caùc daïng sôïi cuûa cellulose laïi gaén vaøo nhau nhôø caùc lieân keát hydro taïo neân caáu truùc mixen cuûa cellulose Hình 6 –Lieân keát Hydro giöõa caùc phaân töû Cellulose taïo caáu truùc Micelle Tính chaát hoaù lyù – ÖÙng duïng: a. Tính tan: Cellulose tan trong dung dich Cu(OH)2 + NH4OH ñaëc, tan trong H2SO4 ñaëc. b. AÛnh höôûng cuûa nhoùm hidroxyl: Trong phaân töû cellulose coù nhieàu nhoùm hydroxyl toàn taïi döôùi daïng töï do, hydro cuûa chuùng deã ñöôïc thay theá bôûi moät soá goác hoaù hoïc (nhö acetyl CH3CO –, methyl CH3 –) taïo neân caùc daãn xuaát ether hoaëc ester cuûa cellulose. Caùc daãn xuaát ñoù giuùp nghieân cöùu caáu truùc cuûa cellulose, coù yù nghóa raát quan troïng trong coâng nghieäp. VD: caùc daãn xuaát nitro – cellulose, acetyl – cellulose trong kyõ ngheä sôïi nhaân taïo, da nhaân taïo; CMC ñöôïc duøng trong caùc phöông phaùp saéc kyù trao ñoåi ion ñeå phaân chia hoãn hôïp protein. Trong CMC soá nhoùm hidroxyl cuûa cellulose ñöôïc thay theá baèng goác – OCH2COOH, vaø coù tính tan. Khaû naêng phaûn öùng cuûa cellulose döïa vaøo: Khaû naêng cuûa nhoùm – OH (moãi ñôn vò maéc xích coù 03 nhoùm hydroxyl) à caùc nhoùm hidroxyl theå hieän khaùc nhau trong töøng phaûn öùng hoaù hoïc. Söï phaù vôõ lieân keát hidro giöõa caùc maïch phaân töû à nhoùm hidroxyl saün saøng tham gia phaûn öùng (nguyeân lieäu xô cellulose caàn ñöôïc gaây tröông baèng caùch pha loûng hoaëc pha hôi). Ñöôïc taêng cöôøng theo con ñöôøng hoaù hoïc (ñöa nhoùm hydroxyethyl) vaøo cellulose. Phaûn öùng quan troïng do aûnh höôûng nhoùm –OH laø phaûn öùng taùc duïng vôùi kim loaïi kieàm: 2[C6H9O2(OH)3]n + 6nNa à 2[C6H7O2(ONa)3] + 3nH2 c. Phaân huyû maïch cellulose: Cellulose à oligome hoaëc monome (hay nhöõng saûn phaåm phöùc taïp hôn) Nguyeân nhaân: caùc ñôn vò maéc xích noái vôùi nhau baèng lieân keát glycoside laø moät lieân keát khoâng beàn veà phöông dieän hoaù hoïc. Chuùng raát keùm beàn trong moâi tröôøng acid. Söï phaân huyû naøy do: Phaûn öùng thuyû phaân Phaûn öùng nhieät phaân Taùc ñoäng cô hoïc hoaëc oxy hoaù à ÖÙng duïng: quaù trình thuyû phaân cellulose (laáy goã), quaù trình uû chín alcalicellulose trong saûn xuaát sôïi viscose vaø maøng cellophan … a. Thuyû phaân cellulose: (C6H10O5)n + nH2O à n C6H12O6 Phaûn öùng treân coù xuùc taùc laø ion H+ (dung dòch HCl). Khi nung soâi vôùi acid H2SO4 ñaëc seõ cho saûn phaåm laø glucose. Ñieàu kieän nheï nhaøng cho saûn phaåm disaccharide cellobiose. Trong coâng nghieäp, öùng duïng phaûn öùng thuyû phaân taïo saûn phaåm goã. à öùng duïng: cellulose tinh theå à nghieàn thaønh boät à söû duïng trong y hoïc hay thöïc phaåm … … … b. Nhieät phaân cellulose (depolimer giaûm ñoä truøng hôïp) Cellulose baét ñaàu phaân huyû ôû nhieät ñoä 180OC, nhöng nhöõng daáu hieäu ñaàu tieân cuûa söï bieán ñoåi dieãn ra ôû nhieät ñoä thaáp hôn (öùng duïng trong coâng ngheä saáy caùc vaät lieäu cellulose) c. Phaân huyû maïch do oxy hoaù: Quaù trình naøy nhaèm phaù vôõ caáu truùc voøng pyranose, hay caét ñöùt maïch cellulose. Nguyeân nhaân: vì cellulose coøn coù caùc goác hydroxyl töï do, ñoùng vai troø nhö nhöõng röôïu baäc moät vaø hai, neân deã daøng bò oxy hoaù taïo caùc nhoùm chöùc aldehite hay ceton (öùng duïng trong uû chín sô boä alcalicellulose trong coâng nghieäp sôïi viscose) Taïo nhaùnh treân phaân töû cellulose (truøng ngöng hay môû voøng) Phaân töû maïch thaúng à phaân töû maïch nhaùnh (copolimer gheùp) e. Taïo maïng lieân keát giöõa caùc phaân töû cellulose: (taùch nöôùc trong moâi tröôøng H+) Cellulose – OH + HCHO + HO – cellulose à cellulose – OCH2O –cellulose Phaûn öùng taïo lieân keát ether, duøng trong coâng ngheä vaûi cellulose (caûi thieän oån ñònh kích thöôùc, ñoä choáng chòu ñoái vôùi giaët giuõ, naâng cao chaát löôïng in hoa) f. Tính naêng vaät lyù: Chaát cellulose coù yù nghóa dinh döôõng quan troïng. Cellulose coù daïng thoâ vaø mòn, loaïi caøng mòn thì khaû naêng phaân giaûi vaø ñoàng hoaù caøng cao. Döïa treân tính naêng ñoù, cellulose coù tính kích thích nhu ñoäng ruoät, ñieàu hoaø baøi tieát, taïo ñieàu kieän baøi xuaát cholesterol, vaø coù vai troø quan troïng trong ñieàu hoaø heä vi khuaån coù ích ôû ruoät vaø taïo ñieàu kieän toát nhaát cho vai troø toång hôïp cuûa chuùng. Caùc chaát xô khoâng tan khaùc: Hemicellulose: Hemicellulose laø thaønh phaàn cuûa teá baøo thöïc vaät vaø toàn taïi chuû yeáu ôû caùc phaàn nhö voû haït, beõ ngoâ, caùm, rôm, raï, traáu …. Hình 7 –Caáu truùc cuûa Hemicellulose HEMICELLULOSE LAØ MOÄT POLYMER PHAÂN NHAÙNH Hemicellulose laø nhoùm polysaccharide khoâng tan trong nöôùc, tan trong dung moâi kieàm. Hemicellulose ñöôïc caáu taïo töø nhieàu loaïi ñöôøng khaùc nhau (pentose, hexose). Ngoaøi lieân keát b-1-4 glucoside, hemicellulose coøn coù lieân keát b-1-3 vaø b-1-6 glucoside taïo neân phaân töû coù maïch nhaùnh. Chæ soá polyme hoaù (DP) cuûa hemicellulose thaáp, neân hemicellulose coù caáu truùc khoâng beàn. Coù tính chaát nhö cellulose, nhöng deã tham gia phaûn öùng hôn, tan trong kieàm vaø trong nöôùc noùng, bò thuyû phaân bôûi acid loaõng. Khi thuyû phaân hemicellulose seõ thu ñöôïc caùc monosaccharide ( caùc hexose nhö manose, galactose; caùc pentose nhö arabinose, xylose) Hình 8 –Phaân töû Hemicellulose Lignin: Lignin hình thaønh töø caùc daãn xuaát cuûa phenyl propane. Veà caáu taïo, lignin laø saûn phaåm ngöng tuï cuûa ba thaønh phaàn chuû yeáu laø röôïu trans-p-cumaryl, trans-conyphenyl, trans-eynayl. Tæ leä naøy khaùc nhau tuyø loaïi thöïc vaät. Trong coâng thöùc caáu taïo cuûa lignin coù lieân keát phenyl –cumaryl, lieân keát giöõa caùc monome kieåu aryl –glyxirol-b-aryl-ether. Hình 9 –Phaân töû Lignin Lignin laø chaát töông ñoái hoaït ñoäng veà maët hoaù hoïc do coù caùc nhoùm –OH ñính vôùi voøng thôm à tham gia caùc phaûn öùng theá (nitro hoaù, clo hoaù, …), ester hoaù, oxy hoaù. Lignin hoaø tan toát trong kieàm noùng à taùch lignin töø ligno –cellulose. CHAÁT XÔ HOAØ TAN: Pectin: Toàn taïi ôû hai daïng: Protoprectin khoâng tan: chuû yeáu ôû thaønh teá baøo, keát hôïp vôùi polysaccharide araban. Hình 10 –Phaân töû Pectin Pectin hoaø tan: chuû yeáu ôû dòch baøo. Pectin hoaø tan laø polysaccharide caáu taïo bôûi caùc goác acid galaturonic, trong ñoù moät soá goác acid coù chöùa nhoùm theá methoxy CH3O –. Daïng khoâng tan coù theå chuyeån hoaù thaønh pectin hoaø tan trong moâi tröôøng acid, ôû nhieät ñoä soâi, hay khi coù maët enzim protopectinase. Pectin coù khaû naêng taïo gel khi coù maët cuûa acid vaø ñöôøng à saûn xuaát möùt keïo. Ñeå taïo gel pectin coù theå cho ñöôøng saccharose ñeán möùc baõo hoaø (65 –70%), taïo moâi tröôøng pH khoaûng 3.1 –3.5 baèng acid höõu cô nhö acid citric, trong khi löôïng pectin chæ khoaûng 0.5 –1%. Pectin töø caùc nguoàn khaùc nhau coù möùc ñoä taïo gel khaùc nhau, vaø coù soá nhoùm methoxy khaùc nhau. Chæ soá methoxy laø % khoái löôïng methoxy treân khoái löôïng phaân töû. Khi bò methyl hoaù hoaøn toaøn, chæ soá methoxy ñaït ñeán toái ña laø 16.3%. Pectin hoaø tan döôùi taùc duïng cuûa kieàm loaõng hay cuûa enzim pectase seõ giaûi phoùng nhoùm methoxy thaønh röôïu methylic vaø acid pectic (acid polygalacturonic). Acid pectic taïo muoái Calci –pectat bò keát tuûa. Ñaây laø phöông phaùp ñònh löôïng pectin. Acid polygalacturonic maát khaû naêng taïo gel à baûo quaûn pectin traùnh moâi tröôøng kieàm loaõng vaø taùc nhaân cuûa enzim pectase. Cô cheá taïo gel: do lieân keát Hydro. Khi pH giaûm laøm caùc ñieän tích –COO- bò trung hoaø, caùc sôïi pectin ñeán gaàn nhau, taïo lieân keát Hydro. Carboxylmethyl cellulose: Baûn chaát cuûa CMC khoâng phaûi laø moät chaát xô, ñaây laø moät daãn xuaát cuûa cellulose, coù khaû naêng hoaø tan thöïc söï veà maët hoaù hoïc. Phaûn öùng taïo CMC: Rcell(OH)3 + ClCH2COONa + NaOH à Rcell(OH)2OCH2COONa + NaCl +H2O Na-CELLLULOSE CELLULOSE Hình 11 –Ñieàu cheá CMC töø Cellulose Caáu taïo CMC (treân moät goác glucose) Hình 12 –Phaân töû CMC Tính chaát vaät lyù: Hoaø tan trong nöôùc à tính chaát quyeát ñònh caùc tính chaát hoaù hoïc cuõng nhö öùng duïng cuûa CMC. Tính chaát naøy coù ñöôïc do trong coâng thöùc caáu taïo cuûa CMC coù caùc nhoùm –COOH coù khaû naêng taïo thaønh lieân keát Hydro vôùi nöôùc. Ngoaøi ra, CMC coøn coù khaû naêng tan trong moät soá dung moâi khaùc. Hoaù naâu ôû nhieät ñoä 180 – 220oC Hoaù than ôû nhieät ñoä 210 – 250oC Haáp phuï ñoä aåm cao Khoái löôïng rieâng daïng xoáp 0.4 – 0.8g/ml Tính chaát hoaù lyù: Ñoä thay theá (DS=degree substitution): laø soá nhoùm –OH ñöôïc thay theá (trung bình) bôûi – OCH2COOH treân moät ñôn vò glucose. Moät ñôn vò glucose cuûa cellulose coù 3 nhoùm –OH, neân DS cao nhaát laø 3. Khi cellulose phaûn öùng vôùi kieàm, khoâng phaûi taát caû caùc nhoùm –OH ñeàu bò thay theá bôûi –CH2 –COONa, thöôøng khoaûng 0.4 goác bò thay theá. Khaû naêng hoaø tan cuûa CMC phuï thuoäc raát lôùn vaøo DS: DS >1.2: tan trong dung moâi höõu cô DS töø 0.4 – 1.2: tan trong nöôùc DS <0.4: tan trong kieàm Chæ soá DS thöôøng duøng töø 0.4 –1.2. Khaû naêng keát tuûa cuõng tuyø thuoäc vaøo DS: DS =0.1 –0.2 keát tuûa ôû pH <6 DS =0.3 –0.5 keát tuûa ôû pH <3 DS =0.7 –0.9 keát tuûa ôû pH <1 Ñoä tuï hôïp (DS=degree polimezation): bieåu thò ñoä daøi cuûa maïch cellulose. Ñoä tuï hôïp cao: dung dòch 1% 2.000cp Ñoä tuï hôïp vöøa: dung dòch 2% 300-600cp Ñoä tuï hôïp thaáp: dung dòch 2% 25-50cp Tính acid: CMC laø moät acid yeáu, tính acid do coù caùc nhoùm –COOH (Ka=3.10-5). ÖÙng duïng cuûa CMC trong ñôøi soáng: CMC ñöôïc söû duïng trong nhieàu ngaønh coâng nghieäp nhö: saûn xuaát chaát taåy röûa, trong coâng ngheä thöïc phaåm, coâng nghieäp deät, laøm vec –ni cho giaáy, döôïc phaåm, vaø trong buøn khoan. Veà lónh vöïc thöïc phaåm, CMC ñöôïc söû duïng do coù caùc tính chaát: Khoâng maøu, khoâng muøi, khoâng vò, khoâng ñoäc haïi. Hoaø tan trong nöôùc. Laø chaát taïo nhuõ, chaát oån ñònh vaø taïo boït toát. Giöõ ñoä aåm toát. Coù theå duøng thay theá moät soá keo thieân nhieân, duøng ñeå hoaït hoaù coâng thöùc pha cheá. Trong nhöõng thöïc phaåm dehydrate cöôøng ñoä phaân taùn cuûa CMC taêng à söû duïng laøm taêng khaû naêng boå döôõng cuûa thöïc phaåm. Thöôøng söû duïng muoái Na cuûa CMC (sodium carboxymethyl cellulose) vì ñaây môùi laø saûn phaåm sinh ra trong phaûn öùng ñieàu cheá CMC. Natri carboxymethyl cellulose coù tính tan toát vaø coù caùc tính chaát nhö CMC. Hình 13 –Sodium Carboxymethyl Cellulose Caùc thöïc phaåm coâng nghieäp coù Na –CMC : mì aên lieàn, kem, nöôùc eùp traùi caây, thöùc aên ñoùng hoäp, möùt, baùnh chieân … vôùi chöùc naêng laø chaát oån ñònh. Baûng 1: Thaønh phaàn saûn xuaát Kem (Ice Cream) Thaønh phaàn Löôïng(g) Söõa (Milk) 70.5 Ñöôøng mía (Sucrose) 15.0 Söõa khoâng beùo (Defatted Milk) 7.7 Kem 40% (40% Cream) 6.3 Chaát oån ñònh (Stabilizer) CMC 0.5 Toång coäng (Total) 100 GIAÙ TRÒ DINH DÖÔÕNG VAØ GIAÙ TRÒ TIEÂU HOAÙ CUÛA CHAÁT XÔ: Trong thöùc aên ngoaøi caùc thaønh phaàn dinh döôõng nhö carbohydrate, lipid, protein, vitamin vaø caùc chaát voâ cô coøn coù thaønh phaàn chaát xô vôùi moät löôïng nhaát ñònh (chuû yeáu laø cellulose, hemicellulose, lignin, pectin, …) Thaønh phaàn chaát xô: trong caùc thöùc aên khaùc nhau, tuyø loaïi thöïc vaät maø thaønh phaàn chaát xô do thöïc phaåm ñoù cung caáp cho cô theå laø khaùc nhau. Cô theå ngöôøi khoâng saûn xuaát caùc enzim cellulase phaân giaûi cellulose cuõng nhö caùc chaát xô noùi chung, nhöng moät soá vi khuaån ñöôøng ruoät coù theå phaân giaûi vaø ñoàng hoaù, do ñoù möùc ñoä nhaát ñònh caùc chaát naøy coù giaù trò veà dinh döôõng. Moät ñaëc tính vaät lyù cuûa chaát xô tieâu hoaù laø khaû naêng giöõ nöôùc, taïo chaát nhôùt (viscosity): Taïo ñieàu kieän deã daøng cho söï leân men trong quaù trình tieâu hoaù ôû daï daøy, ruoät öùc cheá khaû naêng tieâu hoaù cuûa enzim tuyeán tuî tieâu hoaù glucid, lipid, protein; queùt vaø ñöa nhanh xuoáng ruoät giaø toaøn boä caùc chaát ñoäc haïi vaø thöïc phaåm bò bieán chaát ñöôïc cô theå haáp thu. Taêng khaû naêng lieân keát vôùi acid maät vaø trao ñoå cation trong heä thoáng tieâu hoaù ruoät, daï daøy. Taùc ñoäng laøm giaûm thaønh phaàn cholesterol trong huyeát töông, ñieàu hoaø söï ñaùp öùng glucose huyeát vaø kích thích taêng cöôøng khaû naêng hoaït ñoäng ruoät giaø. Caûi thieän chöùc naêng ruoät giaø: Chaát xô hieän dieän trong ruoät coù vai troø quan troïng trong vieäc duy trì chöùc naêng cuûa heä tieâu hoaù baèng vieäc ñieàu hoaø toác ñoä vaø vò trí haáp thu chaát dinh döôõng. Chaát xô coù taùc duïng nhö thuoác nhuaän traøng (laäp laïi tình traïng phaân bình thöôøng): Chaát xô laøm taêng khoái löôïng phaân vaø laøm taêng toác ñoä vaän chuyeån trong ruoät à caûi thieän vaø duy trì chöùc naêng cuûa ruoät giaø. Khoái löôïng phaân taêng laø do khaû naêng ngaäm nöôùc cuûa chaát xô à giaûm aùp suaát beân trong ruoät giaø. Chaát xô ngaäm caøng nhieàu nöôùc, vi khuaån caøng deã thaâm nhaäp vaøo caáu truùc chaát xô, laøm meàm raõ chaát xô à khoái phaân trôû neân meàm. Neáu khaû naêng ngaäm nöôùc cuûa chaát xô quaù cao seõ daãn ñeán tình traïng tieâu chaûy. Nhöõng ngöôøi khoâng aên chaát xô nhieàu coù theå daãn ñeán tình traïng taùo boùn do caùc chaát baõ cuûa cô theå khoâng coù chaát xô ñeå giöõ nöôùc. Nhôø khaû naêng giöõ nöôùc vaø moät soá ion, cuõng nhö taïo lieân keát vôùi moät soá ñoäc toá, chaát xô giuùp loaïi boû caùc chaát khoâng coù lôïi cho cô theå ra beân ngoaøi. à Keát luaän: taùc duïng chính cuûa chaát xô thöïc phaåm ñoái vôùi chöùc naêng ruoät giaø: Taêng khoái löôïng phaân, laøm meàm phaân Taêng toác ñoä chuyeån vaän trong ruoät giaø Laøm giaûm aùp löïc trong ruoät giaø Chaát xô vaø heä vi khuaån ruoät giaø: Heä vi khuaån bình thöôøng trong ruoät giaø raát caàn polysaccharide cuûa chaát xô ñeå phaùt trieån vaø chuyeån hoaù. Chaát xô maëc duø khoâng bò men tieâu hoaù cuûa ngöôøi thuyû phaân nhöng coù theå bò vi khuaån ruoät giaø leân men. Caùc vi khuaån ôû ruoät giaø coù khaû naêng leân men polysaccharide vaùch teá baøo theo caùch kò khí sinh ra khí CO2, H2, CH4, nöôùc vaø caùc acid beùo chuoãi ngaén (sterin). Caùc acid beùo ñöôïc haáp thu nhanh choùng, ñöôïc teá baøo bieåu bì ruoät giaø duøng laøm nguoàn naêng löôïng chuyeån hoaù ngay taïi choã. Khi aên nhieàu chaát xô seõ giuùp vi khuaån ruoät giaø phaùt trieån, töø ñoù taêng löôïng acid beùo döï tröõ. AÊn ít chaát xô, löôïng acid beùo taïo thaønh cung caáp khoaûng 25 kcal; aên nhieàu chaát xô, nguoàn naêng löôïng naøy khoaûng 150-200 kcal. Caùc acid beùo taïo thaønh quan troïng: Butyrate taïo nguoàn naêng löôïng cho teá baøo ñoaïn döôùi ruoät giaø Propionate ñöôïc gan thanh loïc, aûnh höôûng ñeán vieäc chuyeån hoaù glucose vaø lipid. Propionate laø chaát tröïc tieáp taïo môùi glucose, caûi thieän khaû naêng dung naïp ñöôøng, coù taùc duïng öùc cheá tieâu hoaù tinh boät. Acetate ñöôïc gan vaø caùc moâ ngoaïi bieân haáp thu, giaùn tieáp aûnh höôûng ñeán söï tieâu duøng glucose baèng caùch laøm giaûm acid beùo töï do trong maùu. à Caùùc acid beùo naøy coù hai taùc duïng quan troïng trong vieäc giaûi thích caùc taùc duïng quan troïng cuûa thöùc aên chöùa chaát xô: Cung caáp naêng löôïng cho teá baøo ruoät giaø AÛnh höôûng ñeán chuyeån hoaù ñöôøng vaø chaát beùo (ngaên caûn quaù trình taùi haáp thu caùc acid beùo) Chaát xô coøn laøm giaûm toác ñoä roãng trong daï daøy do tính taïo nhôùt (viscosity) cuûa chuùng. Tính nhôùt caøng cao laøm chaäm quaù trình roãng daï daøy. Chaát xô coøn coù moät soá tính chaát khaùc ôû ruoät non. Giaûm thieåu cholesterol trong maùu: Haàu heát caùc chaát xô tan, coù tính nhôùt ñeàu coù theå laøm giaûm cholesterol trong maùu, traùnh tình traïng xô môõ ñoäng maïch. Caùc xô tan coù taùc duïng toát nhö: pectin, psyllium, moät soá gums, caùc bieán theå cuûa cellulose (nhö carboxymethyl cellulose) … Möùc ñoä laøm giaûm cholesterol tuyø thuoäc vaøo: Loaïi vaø löôïng chaát xô aên vaøo Möùc ñoä taêng cholesterol trong maùu Cheá ñoä aên (thoaûi maùi hay coù kieåm soaùt veà haøm löôïng cholesterol) Khi aên chaát xô cuøng caùc chaát khaùc, taùc duïng laøm giaûm cholesterol 5-10%, cao hôn so vôùi chæ söû duïng rieâng chaát xô. Cô cheá taùc duïng: Trong ruoät non, caùc acid maät vaø caùc phospholipid caàn cho söï nhuõ töông hoaù ñeå tieâu hoaù vaø haáp thu caùc chaát beùo. Chaát xô thöïc phaåm (cellulose, lignin, pectin) gaén vôùi caùc acid maät vaø phospholipid laøm caûn trôû quaù trình nhuõ töông hoaù cuûa acid maät trong ruoät non, gaây chaäm tieâu hoaù haáp thu cholesterol, caûn trôû söï taùi haáp thuï caùc acid maät vaø taêng thaûi chuùng ra phaân à laøm taêng nhu caàu toång hôïp acid maät töø cholesterol taïi gan, nhôø ñoù giaûm noàng ñoä cholesterol trong maùu. Baûn thaân chaát xô tan khi bò leân men cuõng sinh ra caùc chaát öùc cheá söï toång hôïp cholesterol. Chaát xô tan coøn laøm cho pha nöôùc trong ruoät taêng tính nhôùt, taïo coá ñònh vaø moät lôùp daøy treân beà maët nieâm maïc ruoät laøm raøo caûn söï haáp thu chaát beùo (ôû ñaây laø caùc cholesterol vaø acid maät) à chaát xô laøm giaûm cholesterol maùu (nhôø khaû naêng keát hôïp vôùi acid maät), caûn trôû söï haáp thu cholesterol (nhôø tính nhôùt) vaø sinh chaát öùc cheá söï toång hôïp cholesterol maùu (nhôø söï leân men). Hoã trôï ñieàu trò beänh ñaùi thaùo ñöôøng: Caùc xô tan, coù tính nhôùt coù giaù trò hoã trôï ñieàu trò beänh ñaùi thaùo ñöôøng. Cellulose cuõng coù khaû naêng naøy vì cuõng coù tính nhôùt. Cô cheá taùc duïng: Nhôø coù tính nhôùt (viscosity), chaát xô tan laøm giaûm toác ñoä roãng ruoät daï daøy. Tính nhôùt caøng cao caøng laøm chaäm toác ñoä roãng daï daøy. Taïi ruoät non, do tính nhôùt laøm cho pha nöôùc cuûa thaønh phaàn ruoät non trôû neân ñaëc hôn, taïo raøo caûn söï phaân taùn döôõng chaát ñeán caùc teá baøo ruoät non. Tính nhôùt coøn taïo trôû khaùng cho pha ñaëc, caûn trôû ruoät non troän thöùc aên vôùi men tieâu hoaù à laøm chaäm tieâu hoaù tinh boät, chaäm haáp thuï glucose. Tinh boät chaäm tieâu hoaù taïo caûm giaùc no ñuû, laøm dòu söï ñaùp öùng ñöôøng huyeát. Ñieàu chænh caân naëng: Nhôø tính nhôùt maø chaát xô caûn trôû döôõng chaát (ñöôøng, chaát beùo, acid amin) ñeán beà maët haáp thu à chaát dinh döôõng chaäm xuaát hieän trong maùu sau khi aên. Caùc chaát xô laøm giaûm toác ñoä haáp thu, töø ñoù, sau khi aên, doøng döôõng chaát xuoáng chaäm seõ laøm cho noàng ñoä döôõng chaát trong maùu thaáp hôn vaø caùc ñaùp öùng noäi tieát toá seõ chaäm hôn, töùc laø cô theå thay ñoåi caùch ñaùp öùng hormon. Dinh döôõng hieän dieän trong hoài traøng taïo caûm giaùc no ñuû, laøm giaûm löôïng thöùc aên, laøm chaäm toác ñoä roãng daï daøy, cuõng nhö aûnh höôûng ñeán thaønh phaàn vaø kích thöôùc cuûa caùc haït chaát beùo. Moät soá chaát xô coù khaû naêng öùc cheá hoaït tính caùc men tieâu hoaù ñaïm, tinh boät, triglyceride cuûa tuî. Caùc chaát xô naøy chöùa chaát öùc cheá men lipase laøm triglyceride maùu taêng chaäm sau khi aên. Caùc tính chaát treân giuùp giaûm haøm löôïng caùc haït beùo trong maùu, traùnh beänh beùo phì. ÖÙng duïng khaùc: Ta ñaõ bieát cellulose khi thuyû phaân seõ taïo thaønh glucose, laø ñôn vò cung caáp naêng löôïng cho caùc hoaït ñoäng cuûa cô theå. Nhöng trong cô theå con ngöôøi khoâng coù enzim cellulase ñeå thuyû phaân cellulose. Ngaøy nay ngöôøi ta ñaõ bieát taän duïng nguoàn cellulose baèng caùch theâm vaøo trong thöïc phaåm daønh cho treû em vaø ngöôøi giaø moät löôïng enzim cellulase giuùp phaân huyû cellulose, taïo ra glucose cung caáp theâm naêng löôïng cho cô theå. Moät soá taùc haïi: Chaát xô gaây caûm giaùc no hôi, ñaày buïng vaø ñoâi khi laø soâi buïng. Khi söû duïng chaát xô döôùi daïng boät khoâ, coù theå daãn taét ruoät, taét thöïc quaûn. Coù theå phoøng traùnh baèng caùch uoáng nhieàu nöôùc sau khi duøng. Caùc chaát xô töø nguõ coác, traùi caây coù khaû naêng gaén vôùi calcium, saét, keõm, ñoàng, magnesium vaø selenium laøm giaûm haáp thu vaø taêng thaûi khoaùng ra phaân. Vieäc kích thích ñaïi traøng seõ laøm cho caùc nguyeân toá vi löôïng treân chöa ñöôïc haáp thu ñaõ bò thaûi ra ngoaøi à Beänh thieáu khoaùng. Chaát xô thöïc phaåm coù tính nhôùt coù khaû naêng keát hôïp, laøm giaûm haáp thuï nhieàu loaïi thuoác nhö acetaminophen, digoxin, caùc glycoside trôï tim, salicylate, nitrofurantoin, caùc daãn xuaát cuûa coumarin. Vì vaäy neân uoáng thuoác khoaûng moät giôø tröôùc böõa aên coù chaát xô. à Gaây thieáu dinh döôõng vaø gaây maát caân baèng khoaùng chaát vaø dinh döôõng cho caùc cô theå yeáu. NGUOÀN CELLULOSE VAØ CAÙC CHAÁT XÔ KHAÙC: Thaønh phaàn caùc chaát xô trong töï nhieân: Thaønh phaàn chaát xô trong caùc nhoùm thöùc aên chuû yeáu: Nguõ coác: 32% Ñaäu haït khoâ: 25% Rau: 32% Traùi caây: 38% Baûng2: Löôïng cellulose trong thöùc aên, tyû leä % so vôùi troïng löôïng toaøn phaàn aên ñöôïc (Vieän dinh döôõng – 2000) Nguõ coác Khoai cuû % Rau % Traùi caây % Gaïo teõ xay 0.4 – 0.7 Baàu – Bí 1.0 Ñu ñuû xanh Ñu ñuû chín 2.0 0.6 Khoai lang 1.3 Baép chuoái 2.0 Böôûi 0.7 Khoai mì 1.5 Rau maù 4.5 Leâ 0.6 Khoai moân 1.2 Khoå qua 1.1 Cam 1.4 Khoai soï 1.4 Caàn 1.5 Chanh 1.3 Khoai taây 1.0 Rau gieàn 1.6 Choâm choâm 1.3 Meø 3.5 Caø tím 1.5 OÅi 6.0 Ñaäu naønh 4.5 Caø chua 0.8 Quyùt 0.6 Ñaäu ñen 4.0 Naám rôm 1.1 Thanh long 1.8 Ñaäu ñuõa 4.3 Ray ñay 1.5 Vuù söõa 2.3 Ñaäu phoäng 2.5 Xaø – laùch 0.5 Nho 0.6 Ñaäu xanh 4.7 Rau muoáng 1.0 Me 34.35 Nguoàn thöùc aên cung caáp cellulose vaø chaát xô khaùc: Chaát xô laøm thöùc aên cho con ngöôøi coù nguoàn goác chuû yeáu töø traùi caây, rau ñaäu, caùc loaïi haït, nguõ coác. Haàu heát caùc thöïc phaåm töø thöïc vaät ñeàu chöùa xô tan vaø xô khoâng tan. Xô tan coù trong rau, traùi caây, luùa maïch, rau ñaäu, yeán maïch vaø caùm yeán maïch. Chaát nhaày coù trong nhieàu loaïi rau (muøng tôi, rau ñay), möôùp, thanh long … Xô khoâng tan cuõng coù trong traùi caây, rau, nguõ coác, gaïo löùt, caùm gaïo … Löôïng chaát xô caàn thieát cho cô theå: Cô theå caàn bao nhieâu chaát xô moãi ngaøy? Theo Boä Y teá cuûa Anh, cheá ñoä aên neân coù trung bình 18g chaát xô moãi ngaøy (khoaûng 10g chaát xô/ 1000kcal) töø nhieàu nguoàn chaát xô thieân nhieân. Theo Lieân ñoaøn caùc Hoäi Sinh hoïc Hoa Kyø, ngöôøi lôùn khoûe maïnh neân aên löôïng chaát xô thöïc phaåm ôû möùc 20-35g ngaøy (10-13g/ 1000 kcal) töø nguoàn chaát xô saûn phaåm nguõ coác nguyeân haït, traùi caây, rau … Theo ñoù, naêm 1990, Boä Noâng nghieäp vaø Boä Y teá Hoa Kyø khuyeán caùo neân choïn cheá ñoä aên doài daøo rau, traùi vaø saûn phaåm töø haït. ÔÛ Vieät Nam, Boä Y teá khuyeán caùo löôïng chaát xô ñoái vôùi nam laø 15g, coøn ñoái vôùi nöõ laø 10g moãi ngaøy. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO Leâ Ngoïc Tuù, Hoaù Sinh Coâng Nghieäp, NXB Khoa Hoïc Kyõ Thuaät Leâ Ngoïc Tuù, Hoaù Hoïc Thöïc Phaåm, , NXB Khoa Hoïc Kyõ Thuaät Nguyeãn Lam Uyeån, Luaän Vaên Toát Nghieäp, Toång hôïp Carboxymethyl Cellulose, CBHD: Nguyeãn Sung, Nguyeãn Thò Hoeø, Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Tp Hoà Chí Minh Hoà Só Traùng, Cô Sôû Hoaù Hoïc Goã vaø Cellulose, taäp 1, Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Haø Noäi, NXB Khoa Hoïc Kyõ Thuaät Hoäi dinh döôõng hoïc Thöôïng Haûi, Baùch Khoa dinh döôõng, NXB Phuï nöõ, Haø Noäi 2002 GS.TS Nguyeãn Höõu Chaán, Nhöõng vaán ñeà hoaù sinh hieän ñaïi, NXB khoa hoïc & kyõ thuaät, 1999 Modern Nutrition in Health and Disease, eighth edition, 1994 M.M. Burgha Gen, D. Hadzigev, P. Hessel, S. Jordan, Food Chemistry, Springer 1999 Website cuûa Boä Y Teá Vieät Nam Vai troø cuûa chaát xô trong cuoäc soáng (Baùo söùc khoeû vaø ñôøi soáng) Website cuûa Baùo Khoa Hoïc Phoå Thoâng Caùc coâng thöùc hoaù hoïc coù tham khaûo taïi caùc Website: Website cuûa Toå Chöùc Löông Noâng Theá Giôùi (FAO) muïc Document Website cuûa Toå Chöùc Y Teá Theá Giôùi (WHO) muïc Topics Website Tìm Kieám Google muïc Hình