Tinh bột và cellulose

1. Trạng thái tự nhiên và công thức cấu tạo của tinh bột, cellulose

Trạng thái tự nhiên của tinh bột và cellulose

Tinh bột là chất rắn màu trắng, hầu như không tan trong nước lạnh. Trong nước nóng, tinh bột tan tạo dung dịch keo nhớt, gọi là hồ tinh bột. 

Cellulose là chất rắn, dạng sợi, màu trắng, không tan trong nước và các dung môi hữu cơ thông thường. Cellulose là thành phần chính của tế bào thực vật.

Công thức cấu tạo của tinh bột và cellulose

1. Tinh bột

Tinh bột là polymer thiên nhiên, gồm amylose và amylopectin. Tinh bột có công thức phân tử là (C₆H₁₀O₅)_n.

Phân tử amylose cấu tạo từ nhiều đơn vị α-glucose liên kết với nhau qua các liên kết α-1,4-glycoside và hình ảnh chuỗi xoắn. 

Phân tử amylopectin có cấu tạo phân nhánh, gồm các chuỗi chứa nhiều đơn vị α-glucose liên kết với nhau qua các liên kết α-1,4-glycoside. Các chuỗi này liên kết với nhau tạo cấu tạo mạch nhánh qua liên kết α-1,6-glycoside.

2. Cellulose

Cellulose là polymer thiên nhiên (C₆H₁₀O₅)_n. Cấu tạo từ nhiều đơn vị β-glucose qua liên kết β-1,4-glycoside và hình thành chuỗi không nhánh.

2. Tính chất hóa học cơ bản của tinh bột và cellulose

Tính chất hóa học cơ bản của tinh bột và cellulose

1. Phản ứng thủy phân 

Thí nghiệm 1: Phản ứng thủy phân tinh bột

Bước 1: Cho khoảng 1 mL dung dịch H₂SO₄ 1M vào ống nghiệm chứa 2 mL dung dịch hồ tinh bột.

 

Bước 2: Đặt ống nghiệm vào cốc nước nóng và đun cách thủy trong 10 phút. Sau đó để nguội.

Bước 3: Thêm từ từ NaOH đến khi dung dịch chuyển sang môi trường kiềm (thử bằng quỳ tím).

Bước 4: Cho khoảng 2 mL dung dịch thu được vào ống nghiệm chứa 0,5 mL dung dịch NaOH và 1 mL dung dịch CuSO₄.

Bước 5: Đun nóng nhẹ ống nghiệm đến khi thay đổi màu sắc kết tủa.

Tinh bột bị thủy phân dưới tác dụng của enzyme hoặc acid. Khi tinh bột bị thủy phân không hoàn toàn tạo thành dextrin, maltose và glucose. Tinh bột bị thủy phân hoàn toàn tạo thành glucose.

\(\left(C_6H_{10}O_5\right)_n+nH_2O\overset{enzyme}{\rightarrow}nC_6H_{12}O_6\left(glucose\right)\)

Thí nghiệm 2: Phản ứng thủy phân cellulose

Bước 1: Cho một lượng nhỏ bông vào cốc chứa 10 mL dung dịch H₂SO₄ và dùng đũa khuấy đều.

Bước 2: Đặt cốc thủy tinh vào cốc nước nóng và khuấy đến khi tạo thành dung dịch đồng nhất.

Bước 3: Thêm NaHCO₃ đến khi dừng bọt khí. Sau đó thêm tiếp 5 mL dung dịch NaOH 10%.

Bước 4: Cho 5 mL dịch thu được vào ống nghiệm chứa 2 mL NaOH và 1 mL dung dịch CuSO₄ (tạo thành Cu(OH)₂).

Bước 5: Đun nóng ống nghiệm.

Tương tự tinh bột, cellulose bị thủy phân bởi enzyme hoặc acid (HCl hoặc H₂SO₄). Phản ứng thủy phân hoàn toàn tạo thành glucose. 

\(\left(C_6H_{10}O_5\right)_n+nH_2O\overset{enzyme}{\rightarrow}nC_6H_{12}O_6\left(glucose\right)\)

2. Phản ứng của hồ tinh bột với iodine

Thí nghiệm 3: Phản ứng của tinh bột với iodine

Trong tinh bột, các phân tử amylose có dạng xoắn, khi tương tác với iodine tạo ra màu xanh tím. Phản ứng này được dùng để nhận biết tinh bột.

3. Phản ứng của cellulose với nitric acid

Thí nghiệm: Phản ứng của cellulose với nitric acid 

Bước 1: Cho khoảng 5 mL dung dịch HNO₃ đặc vào ống cốc thủy tinh ngâm trong chậu nước đá. Thêm 10 mL dung dịch H₂SO₄ đặc vào cốc và khuấy đều.

Bước 3: Lấy cốc thủy tinh ra và cho một nhúm bông vào dung dịch.

Bước 4: Ngâm cốc trong cốc nước nóng trong khoảng 10 phút.

Bước 5: Lấy sản phẩm ra khỏi cốc, rửa sạch với nước lạnh và NaHCO₃ loãng. Ép khô sản phẩm bằng giấy lọc.

 

Khi đun nóng cellulose với hỗn hợp HNO₃ đặc và H₂SO₄ đặc tạo thành cellulose dinitrate và cellulose trinitrate .

\(\left[C_6H_7O_2\left(OH\right)_3\right]_n+3nHONO_2\overset{H_2SO_4,t^o}{\rightarrow}\left[C_6H_7O_2\left(ONO_2\right)_3\right]_n+3nH_2O\)

4. Cellulose phản ứng với nước Schweizer 

Thí nghiệm: Phản ứng của cellulose với nước Schweizer

Bước 1: Thêm khoảng 20 mL dung dịch NaOH 20% vào cốc chứa 50 mL dung dịch CuSO₄, khuấy đều.

Bước 2: Lọc tách kết tủa và thêm khoảng 50 mL dung dịch NH₃ đặc, khuấy đều đến khi kết tủa tan hết.

Bước 3: Thêm một lượng nhỏ bông vào nước Schweizer và khuấy đều.

Cellulose tan được trong nước Schweizer (dung dịch thu được khi hòa tan Cu(OH)₂ trong ammonia).

Sự tạo thành tinh bột trong cơ thể, sự tạo thành tinh bột trong cây xanh, ứng dụng của tinh bột và cellulose

Khi ăn, enzyme α-amylase có trong nước bọt thúc đẩy quá trình thủy phân tinh bột thành maltose và dextrin. Ở ruột non, maltose và dextrin thủy phân thành glucose và được hấp thụ vào máu và di chuyển đến các tế bào trong khắp cơ thể. Glucose có thể được sử dụng cho nhu cầu năng lượng hoặc có thể được chuyển đổi thành glycogen lưu trữ trong gan và cơ.

Trong thực vật, tinh bột có chủ yếu trong củ, quả hay hạt. Sự hình thành tinh bột trong thực vật diễn ra qua nhiều giai đoạn, gồm hai quá trình chính là quá trình quang hợp hình thành glucose và quá trình kết hợp của các đơn vị glucose tạo thành tinh bột. 

Tinh bột dùng làm lương thực, điều chế glucose,... Cellulose dùng để sản xuất sơn mài, thuốc súng không khói, tơ visco,...

1. Tinh bột là chất rắn, màu trắng, hầu như không tan trong nước lạnh, tan một phần trong nước nóng.

2. Cellulose là chất rắn, dạng sợi, màu trắng, không tan trong nước  và các dung môi hữu cơ thông thường.

3. Tinh bột gồm amylose và amylopectin, tạo bởi nhiều đơn vị α-glucose liên kết với nhau.

4. Cellulose tạo bởi nhiều đơn vị β-glucose liên kết với nhau.

5. Tinh bột có phản ứng thủy phân, phản ứng màu với dung dịch iodine.

6. Cellulose có phản ứng thủy phân, phản ứng với HNO₃, tan trong nước Schweizer.

7. Tinh bột là nguồn cung cấp năng lượng và chất dinh dưỡng quan trọng cho cơ thể sống. Cellulose tạo độ cứng và cấu trúc ổn định cho thành tế bảo thực vật. Tinh bột và cellulose được thành từ quá trình quang hợp và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống.