Tinh bột | Khái niệm hoá học

Tinh bột

Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

Tinh bột là chất rắn vô định hình, màu trắng, không tan trong nước nguội. Trong nước nóng từ 65^oC trở lên, tinh bột chuyển thành dung dịch keo nhớt, gọi là hồ tinh bột.

Tinh bột có rất nhiều trong các loại hạt (gạo, mì, ngô), củ (khoai, sắn...) và quả (táo, chuối...). Hàm lượng tinh bột trong gạo khoảng 80%, trong ngô khoảng 70%, trong củ khoai tây tươi khoảng 20%.

Cấu trúc và tính chất hóa học

Tinh bột là polisaccarit dự trữ thực vật phổ biến nhất, là chất dinh dưỡng chủ yếu của người. Về thành phần, nó không đồng nhất và là hỗn hợp các polisaccarit. Tất cả chúng đều được cấu tạo từ -D-glucose có công thức chung là (C₆H₁₀O₅)_n, khác nhau bởi cấu tạo của mạch, bởi số các gốc gluocse tham gia và thành phần của chúng và bởi số lượng axit photphoric. 

Tinh bột là hỗn hợp của hai loại polisaccarit: amilose và amilopectin. Hàm lượng amilose trong tinh bột có nguồn gốc khác nhau dao động từ 15 đến 25%, và hàm lượng amilopectin từ 75-85%.

Amilose là polime có mạch không phân nhánh hoặc ít phân nhánh được cấu tạo từ 200-1000 đơn vị $\mathrm{\alpha }$- D-glucose và vào khoảng 0,05% axit photphoric.

Trong phân tử amilose, các đơn vị glucose liên kết với nhau giữa nguyên tử C₁ ở đơn vị này và nguyên tử C₄ ở đơn vị khác (liên kết $\mathrm{\alpha }$-1,4-glucozit).

Amilose có cấu trúc tinh thể, tan tốt trong nước nóng, cho màu xanh đặc trưng với dung dịch iot. Phản ứng màu này được dùng để nhận ra tinh bột bằng iot.

Bởi vì ở phân tử amilose, nhóm hidroxi hemiaxetal chỉ bảo toàn ở gốc glucose cuối mạch nên chúng không khử được các oxit kim loại.

Amilopectin có cấu trúc phân tử phức tạp hơn amilose, có mạch phân nhánh, được cấu tạo khoảng từ 4000 đơn vị glucose và 0,4% axit photphoric.

Tương tự amilose, các gốc glucose trong mạch thẳng của amilopectin được nối với nhau bởi cầu oxi, tạo thành liên kết $\mathrm{\alpha }$-1,4-glucozit. Ở chỗ mạch phân nhánh còn tạo cả liên kết $\mathrm{\alpha }$-1,6-glucozit.

Amilopectin không tan trong nước nóng, nhưng nở mạnh và tạo thành hồ tinh bột. Cho màu tím đặc trưng với dung dịch iot, và cũng không khử oxit kim loại.

Tất cả các polisaccarit của tinh bột đều làm quay ánh sáng phân cực sang phải, bởi vì chúng được tạo thành từ các (+)-glucose. Khi đun nóng với axit, tinh bột bị thủy phân ở liên kết glucozit cho lần lượt dextrin, mantose và cuối cùng là glucose.

Cấu trúc amilopectin

Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể

Tinh bột trong các loại lương thực là một trong những thức ăn cơ bản của con người. Khi ta ăn, tinh bột bị thủy phân một phần nhờ enzim amilaza có trong nước bọt thành dextrin rồi thành mantose. Ở ruột, enzim mantaza giúp cho việc thủy phân mantose thành glucose. Glucose được hấp thụ qua thành mao trạng ruột vào máu. Trong máu nồng độ glucose không đổi khoảng 0,1%. Lượng glucose dư được chuyển về gan: ở đây glucose hợp lại nhờ enzim thành glicogen (còn gọi là tinh bột động vật) dự trữ cho cơ thể. Khi nồng độ glucose trong máu giảm xuống dưới 0,1%., glicogen ở gan lại bị thủy phân thành glucose và theo đường máu chuyển đến các mô trong cơ thể. Tại các mô, glucose bị oxi hóa chậm qua các phản ứng phức tạp nhờ enzim thành CO₂ và H₂O, đồng thời giải phóng năng lượng cho cơ thể hoạt động. Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể được biểu diễn theo sơ đồ sau

Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể

Sự tạo thành tinh bột trong cây xanh

Tinh bột được tạo thành trong cây xanh từ khí cacbonic và nước nhờ ánh sáng mặt trời. Khí cacbonic được lá cây hấp thụ từ không khí, nước được rễ cây hút từ đất. Chất diệp lục (clorophin) hấp thụ năng lượng của ánh sáng mặt trời. Qúa trình tạo thành tinh bột như vậy gọi là quá trình quang hợp. Qúa trình xảy ra phức tạp qua nhiều giai đoạn, trong đó có giai đoạn tạo thành glucose, có thể được viết bằng phương trình hóa học đơn giản như sau:

6nCO₂ + 5nH₂O $\stackrel{\mathrm{ánh} \mathrm{sáng}, \mathrm{clorophin}}{\to }$ (C₆H₁₀O₅)_n + 6nO₂