Bài 6: Tinh bột và cellulose
Phân biệt tinh bột với cellulose từ liên kết α và β, giải thích tính chất, nhận biết bằng iodine, tính lượng glucose và ethanol từ thủy phân polysaccharide.
24 câu tự luyện · Ví dụ có gợi ý · Biên soạn: Gia Sư SV
Công thức và tỉ lệ cần nhớ
Acid hoặc hệ enzyme phù hợp; mô hình bài tập bỏ qua nhóm đầu mạch.
H dùng ở dạng thập phân: 80% = 0,80.
H₁: thủy phân; H₂: lên men glucose thu được. Không cộng hai hiệu suất.
1. Tinh bột và cellulose: cùng công thức mắt xích, cấu tạo khác nhau
Cả hai là polysaccharide thiên nhiên cấu tạo từ đơn vị glucose và thường biểu diễn bằng công thức chung (C₆H₁₀O₅)n; khối lượng mol trung bình của mắt xích theo cách tính phổ thông là 162 g/mol. Việc cùng công thức mắt xích không có nghĩa chúng là cùng chất: khác kiểu liên kết glycoside và cách sắp xếp mạch.
1.1. Tinh bột gồm amylose và amylopectin
Amylose là mạch chứa chủ yếu liên kết α(1→4)-glycoside, có khả năng hình thành cấu trúc xoắn. Amylopectin ngoài liên kết α(1→4) dọc mạch còn có liên kết α(1→6) ở chỗ phân nhánh. Tỉ lệ hai cấu phần biến thiên theo nguồn tinh bột, quyết định phần nào tính chất hồ hóa.
1.2. Cellulose có mạch β(1→4)
Cellulose gồm nhiều mắt xích β-D-glucose nối với nhau chủ yếu bằng liên kết β(1→4)-glycoside, tạo chuỗi không phân nhánh. Các chuỗi dài tạo nhiều liên kết hydrogen, giúp sợi bền và khó tan trong nước. Cơ thể người không có enzyme cellulase đủ khả năng cắt các liên kết β(1→4) này để tiêu hóa cellulose như tinh bột; cellulose có vai trò chất xơ.
Thử iodine: màu sắc cho biết điều gì?
Quan sát hồ tinh bột và cellulose trong điều kiện thử thông thường.
Hồ tinh bột
Iodine → xanh tím
Màu liên quan đến cấu trúc xoắn amylose.
Cellulose
Không có màu xanh tím
Không tạo phức màu đặc trưng như hồ tinh bột.
| Tiêu chí | Tinh bột | Cellulose |
|---|---|---|
| Đơn vị glucose | α-D-glucose | β-D-glucose |
| Liên kết chính | α(1→4), phân nhánh α(1→6) | β(1→4), không phân nhánh |
| Cấu phần chính | Amylose và amylopectin | Mạch cellulose liên kết thành bó |
| Kết quả với iodine | Thường xanh tím/xanh đậm do cấu trúc amylose | Không cho màu xanh tím đặc trưng |
| Thủy phân hoàn toàn | Glucose | Glucose |
| Khả năng tiêu hóa ở người | Có enzyme phân giải | Không có cellulase tiêu hóa thông thường |
| Ví dụ | Gạo, bột mì, khoai | Bông, sợi thực vật, gỗ |
Cùng đơn vị glucose, khác cách nối mạch
Chọn một cấu phần để nhìn rõ dạng mạch và loại liên kết.
Chủ yếu α(1→4)
Mạch không phân nhánh, có thể cuộn xoắn. Là một cấu phần của tinh bột.
Mạch: α(1→4) · Nhánh: α(1→6)
Có điểm phân nhánh. Là cấu phần còn lại của tinh bột.
Liên kết β(1→4)
Các mạch không phân nhánh xếp thành bó. Người không có cellulase để tiêu hóa cellulose như tinh bột.
2. Tính chất hóa học và phản ứng quan trọng
2.1. Phản ứng thủy phân
Biểu thức tỉ lượng hoàn toàn: (C₆H₁₀O₅)n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆. Với tinh bột, hệ enzyme thích hợp thủy phân qua dextrin, maltose rồi thành glucose; amylase chủ yếu cắt mạch tinh bột, còn maltase/glucoamylase góp phần tạo glucose; cellulose thường cần điều kiện acid thích hợp hoặc enzyme cellulase. Trong bài toán phổ thông, lấy 162 g mắt xích polysaccharide + 18 g nước → 180 g glucose, bỏ qua hiệu ứng đầu mạch khi đề dùng biểu thức (C₆H₁₀O₅)ₙ.
2.2. Phản ứng màu với iodine
Nhỏ lượng thích hợp dung dịch iodine vào hồ tinh bột tạo màu xanh tím/xanh đậm do tương tác với cấu trúc xoắn amylose. Khi đun nóng, màu thường nhạt hoặc mất; khi để nguội có thể xuất hiện trở lại. Cellulose không cho màu xanh tím đặc trưng như tinh bột ở điều kiện thông thường.
2.3. Một số biến đổi của cellulose
Cellulose chứa nhiều nhóm hydroxyl có thể tham gia các phản ứng thích hợp để tạo dẫn xuất, chẳng hạn cellulose acetate dùng trong vật liệu, sợi và màng. Không diễn đạt cellulose là hợp chất “có nhóm aldehyde tự do trên mỗi mắt xích”: mắt xích của polymer đã liên kết glycoside, chỉ có đầu khử ở đầu mạch tùy cấu trúc.
3. Ứng dụng và liên hệ thực tiễn
Tinh bột là nguồn dự trữ năng lượng ở thực vật; con người dùng trong chế biến thực phẩm, sản xuất glucose, maltose và lên men tạo ethanol qua giai đoạn đường hóa. Cellulose là thành phần cấu trúc quan trọng trong thành tế bào thực vật, sử dụng làm giấy, sợi bông, vật liệu và các dẫn xuất. Sự khác biệt α/β giải thích vì sao con người tiêu hóa tinh bột nhưng không phân giải cellulose như tinh bột.
4. Bài mẫu và tính nhanh đúng đơn vị
Ví dụ 1: 81 g tinh bột tạo glucose
Giả sử thủy phân hoàn toàn tinh bột khan, bỏ qua đầu mạch. Số mol mắt xích =81/162=0,50 mol ⇒ n(glucose)=0,50 mol ⇒ m(glucose)=0,50×180=90,0 g. Khối lượng tăng vì có 0,50×18=9,0g nước tham gia.
Ví dụ 2: Tính sản phẩm theo hiệu suất
Với 81g tinh bột trên, nếu hiệu suất tạo glucose là 80% theo lí thuyết, m(glucose) thực tế =90×0,80=72,0 g.
Ví dụ 3: Cellulose thành glucose rồi ethanol
162g mắt xích cellulose thủy phân hoàn toàn → 180g glucose (1 mol). Lên men hoàn toàn theo C₆H₁₂O₆→2C₂H₅OH+2CO₂ ⇒ tạo lí thuyết 92g ethanol. Nếu giai đoạn thủy phân 80%, lên men 75% theo lượng glucose nhận được ⇒ m(ethanol)=92×0,80×0,75=55,2g.
Ví dụ 4: Độ polymer hóa
Một mẫu polysaccharide được mô hình hóa (C₆H₁₀O₅)ₙ có khối lượng mol 162000 g/mol. Theo mô hình mắt xích: n=162000/162=1000. Khi xét polymer thật, khối lượng nhóm đầu mạch và phân bố mạch là yếu tố cần phân biệt.
5. Những lỗi học sinh hay gặp
- Thấy CTPT mắt xích giống nhau nên kết luận tinh bột = cellulose.
- Nhớ amylopectin cũng thẳng hoàn toàn: thực tế có điểm nhánh α(1→6).
- Gán màu xanh iodine cho cellulose.
- Quên cộng khối lượng nước trong bài thủy phân, hoặc dùng M=180 thay vì 162 cho mắt xích ban đầu.
- Dùng hiệu suất 80% theo cả quá trình dù đề cho nhiều giai đoạn có hiệu suất riêng.
6. Tự luyện từ nhận biết đến vận dụng
Trắc nghiệm
- Công thức chung thường dùng của tinh bột là: A. C₆H₁₂O₆; B. (C₆H₁₀O₅)ₙ; C. C₁₂H₂₂O₁₁; D. CH₃OH.
Xem lời giải và đáp án
B. Mỗi liên kết glycoside hình thành mất nước.
- Thành phần chủ yếu của tinh bột là: A. Amylose, amylopectin; B. Glycogen, cellulose; C. Glucose, fructose tự do; D. Ethanol, glucose.
Xem lời giải và đáp án
A. Hai cấu phần polymer glucose.
- Amylose có liên kết chính nào? A. β(1→4); B. α(1→4); C. Ester; D. Peptide.
Xem lời giải và đáp án
B. Liên kết α(1→4).
- Điểm nhánh của amylopectin thường dùng liên kết: A. α(1→6); B. β(1→4); C. Ester; D. Ion.
Xem lời giải và đáp án
A. Nhánh α(1→6).
- Cellulose có liên kết chính nào? A. α(1→4); B. β(1→4); C. α(1↔2)β; D. Glycoside 1→1.
Xem lời giải và đáp án
B. β(1→4).
- Tinh bột cho màu xanh tím đặc trưng với: A. NaCl; B. Iodine; C. H₂SO₄ loãng đơn thuần; D. CO₂.
Xem lời giải và đáp án
B. Do tương tác của iodine với amylose.
- Cellulose là thành phần chủ yếu của: A. Sợi bông; B. Dầu ăn; C. Xăng; D. Muối ăn.
Xem lời giải và đáp án
A. Sợi bông rất giàu cellulose.
- Thủy phân hoàn toàn tinh bột thu: A. Glycerol; B. Ethanol; C. Glucose; D. Methane.
Xem lời giải và đáp án
C. Đơn vị cấu tạo là glucose.
- M mắt xích (C₆H₁₀O₅) là: A. 162; B. 180; C. 342; D. 46 g/mol.
Xem lời giải và đáp án
A. 6×12+10×1+5×16=162.
- 162 g mắt xích tinh bột thủy phân hoàn toàn tạo bao nhiêu gam glucose? A. 162; B. 171; C. 180; D. 342.
Xem lời giải và đáp án
C. Có 18g nước tham gia.
- Tinh bột trong nước nóng thường: A. Tạo hồ tinh bột; B. Biến tức thời thành ethanol; C. Thành NaCl; D. Không có biến đổi nào.
Xem lời giải và đáp án
A. Hồ hóa theo điều kiện phù hợp.
- Người có thể tiêu hóa tinh bột tốt hơn cellulose vì: A. Cơ thể người có enzyme tiêu hóa tinh bột nhưng không có cellulase để tiêu hóa cellulose; B. Cellulose không chứa oxygen; C. Tinh bột là ester; D. Cellulose là đường đôi.
Xem lời giải và đáp án
A. Khác cấu hình liên kết glycoside.
Đúng/Sai, bài toán và tự luận
- Đ/S: Tinh bột và cellulose có cùng kiểu liên kết glycoside.
Xem lời giải và đáp án
Sai. Chủ yếu α ở tinh bột, β ở cellulose.
- Đ/S: Amylopectin có cấu trúc phân nhánh.
Xem lời giải và đáp án
Đúng. Do liên kết α(1→6).
- Đ/S: Thủy phân hoàn toàn tinh bột và cellulose đều có thể tạo glucose.
Xem lời giải và đáp án
Đúng. Cùng đơn vị glucose.
- Đ/S: Cellulose cho màu xanh tím đặc trưng với iodine như hồ tinh bột.
Xem lời giải và đáp án
Sai. Không có cấu trúc amylose xoắn tương ứng.
- Tính khối lượng glucose lí thuyết từ 40,5 g tinh bột khan.
Xem lời giải và đáp án
40,5/162×180=45,0g.
- Tính m(glucose) từ 64,8 g cellulose với hiệu suất 75%.
Xem lời giải và đáp án
64,8/162×180×0,75=54,0g.
- Thủy phân 81g tinh bột hiệu suất 60% thu bao nhiêu g glucose?
Xem lời giải và đáp án
81/162×180×0,60=54,0g.
- Biết một polymer tinh bột có M≈81000 g/mol theo (C₆H₁₀O₅)ₙ, tìm n.
Xem lời giải và đáp án
n=81000/162=500 theo giả thiết.
- Từ 162g mắt xích tinh bột, sau thủy phân toàn phần và lên men toàn phần thu bao nhiêu gam ethanol?
Xem lời giải và đáp án
1 mol glucose → 2 mol ethanol ⇒ m=2×46=92g.
- Tự luận: giải thích sự khác biệt giữa kết quả thí nghiệm iodine với tinh bột và cellulose.
Xem lời giải và đáp án
Amylose có cấu trúc xoắn giữ iodine tạo màu xanh tím; cellulose có mạch β(1→4) không tạo cấu trúc phức tương tự.
- Tự luận: viết phương trình thủy phân tinh bột và giải thích tại sao 162g tinh bột có thể tạo 180g glucose.
Xem lời giải và đáp án
(C₆H₁₀O₅)ₙ+nH₂O→nC₆H₁₂O₆; mỗi mắt xích cộng thêm một H₂O, 162+18=180.
- Tự luận: nêu ứng dụng của cellulose và tinh bột.
Xem lời giải và đáp án
Tinh bột: thực phẩm, chế biến, lên men qua đường hóa. Cellulose: giấy, vải bông, sợi và dẫn xuất vật liệu.
Chọn bước học tiếp theo
Em đã thử các câu trong bài? Chuyển sang bộ ôn luyện để làm bài và xem kết quả, rồi làm đề kiểm tra khi đã học xong chương.
Biên soạn: Gia Sư SV. Nội dung được đối chiếu theo chủ đề của Chương 2; ví dụ và câu hỏi phục vụ tự học. Em có thể luyện tập mà không cần tạo tài khoản.