Đường Saccharose

Sucrose hay saccharose là một disaccharide (glucose + fructose) với công thức phân tử C₁₂H₂₂O₁₁. Cũng được gọi là α-D-glucopyranozyl-(1→2)-β-D-fructofuranoside (kết thúc bằng 'oside' do không phải là đường khử). Được biết đến vì vai trò trong chế độ ăn uống của con người và vì sự hình thành trong thực vật, không phải từ động vật. Các tên gọi khác bao gồm đường kính, đường ăn, đường cát, đường trắng, đường nâu, đường mía, đường phèn, đường củ cải, đường thốt nốt hay đơn giản là đường.

Đặc điểm hóa lý

Sucrose thường được sản xuất dưới dạng bột kết tinh trắng, mịn, không mùi và có vị ngọt dễ chịu, thường được gọi là đường hoặc đường ăn. Các tinh thể lớn đôi khi lắng xuống từ dung dịch nước chứa sucrose, tạo thành các khối kẹo cứng.

Tương tự như các carbohydrat khác, sucrose có tỷ lệ hydro so với oxy là 2:1. Nó bao gồm hai monosaccharide là α-glucose và β-fructose, kết nối bằng liên kết glycoside giữa carbon 1 của glucose và carbon 2 của fructose. Sucrose khác với các polysaccharide vì liên kết glycoside tạo thành từ đuôi khử của cả glucose và fructose, không phải đuôi khử của một monosaccharide và đuôi không khử của monosaccharide kia. Do không có nguyên tử C tự do với nhóm epime, sucrose được xem là đường không khử.

Sucrose bắt đầu nóng chảy và phân hủy ở 186 °C, tạo ra caramen (đường thắng). Khi cháy, nó tạo ra carbon, carbon dioxide và nước. Nước có thể làm phá vỡ cấu trúc của sucrose qua quá trình thủy phân, tuy nhiên quá trình này rất chậm, vì vậy sucrose có thể tồn tại trong dung dịch nhiều năm mà hầu như không thay đổi. Thêm enzym sucrazơ vào sẽ làm phản ứng xảy ra nhanh chóng.

Trong môi trường có axit sulfuric đậm đặc, sucrose phân hủy, tạo ra carbon nguyên tố do tính háo nước của axit sulfuric đặc.

C₁₂H₂₂O₁₁ → 12 C + 11 H₂O (xúc tác: H₂SO₄ đặc)

Giai đoạn phát triển

Ban đầu, con người nhai mía để lấy đường. Người Ấn Độ đã phát hiện ra cách tinh chế đường thành tinh thể khoảng năm 350 trong triều đại Gupta.

Cây mía có nguồn gốc từ các vùng nhiệt đới Nam Á và Đông Nam Á. Các giống khác như S. barberi có nguồn gốc từ Ấn Độ, còn S. edule và S. officinarum đến từ Tân Ghi-nê.

Trong cuộc cách mạng nông nghiệp Hồi giáo, các công ty Ả Rập đã áp dụng kỹ thuật sản xuất đường của Ấn Độ, sau đó cải tiến và biến nó thành một ngành công nghiệp lớn. Ả Rập đã xây dựng nhà máy đường và đồn điền lớn đầu tiên.

Thập niên 1390 chứng kiến sự bùng nổ với sản lượng nước mía gấp đôi. Điều này mở đường cho sự phát triển của ngành đường tại Andalusia và Algarve. Đến thập niên 1420, sản xuất đã mở rộng ra đảo Canary, Madeira và Açores.

Người Bồ Đào Nha đã mang đường đến Brasil. Hans Staden ghi nhận vào năm 1555 rằng vào năm 1540, đảo Santa Catarina có 800 nhà máy đường, trong khi bờ biển phía bắc Brazil, Demarara và Surinam có thêm 2000 nhà máy nữa. Trước năm 1550, ước tính có 3000 xưởng nhỏ được xây dựng ở Tân Thế giới, tạo ra nhu cầu lớn về bánh răng gang, đòn bẩy, trục xe và các thiết bị khác. Sự phát triển này đã thúc đẩy các ngành chế tạo khuôn và luyện gang ở châu Âu.

Sau năm 1625, người Hà Lan đã đưa mía từ Nam Phi đến các đảo ở Caribê, từ Barbados đến đảo Virgin. Từ năm 1625 đến 1750, giá đường tăng cao như vàng. Cùng với việc châu Âu thuộc địa hóa châu Mỹ, Caribê trở thành nguồn cung cấp đường lớn nhất thế giới. Các đảo này có thể trồng mía với sự hỗ trợ của lao động nô lệ và sản xuất đường với giá rẻ hơn nhiều so với đường nhập khẩu từ phương Đông.

Trong thế kỷ 18, đường trở nên phổ biến và thị trường đường chứng kiến nhiều đợt bùng nổ kinh tế. Châu Âu đã thiết lập các nhà máy đường trên các đảo lớn ở Caribê, dẫn đến việc giá đường giảm, đặc biệt là ở Anh. Cuối thế kỷ 18, đường không còn là mặt hàng xa xỉ mà trở thành nhu cầu phổ biến trong mọi tầng lớp xã hội. Đầu tiên, đường ở Anh được dùng trong trà, sau đó kẹo và sôcôla trở nên rất phổ biến. Các nhà cung cấp thường bán đường dưới dạng bánh, và người dùng phải dùng kẹp cắt đường để cắt thành miếng.

Từ cuối thế kỷ 18, sản xuất đường đã được cơ giới hóa đáng kể. Động cơ hơi nước đầu tiên được sử dụng tại các nhà máy đường ở Jamaica vào năm 1768, và sớm sau đó, công nghệ hơi nước đã thay thế phương pháp đốt lửa trực tiếp. Cùng thời kỳ này, châu Âu bắt đầu thử nghiệm với các nguồn nguyên liệu khác để sản xuất đường. Andreas Marggraf phát hiện ra sucrose trong rễ củ cải đường, và học trò của ông, Franz Achard, đã xây dựng nhà máy đường từ củ cải đường ở Silesia. Tuy nhiên, ngành công nghiệp đường từ củ cải đường chỉ thực sự bùng nổ trong thời kỳ chiến tranh Napoleon, khi Pháp và phần lục địa châu Âu bị cắt đứt nguồn cung từ Caribê. Hiện nay, 30% lượng đường trên thế giới được sản xuất từ củ cải đường.

Hiện nay, một nhà máy đường lớn có công suất khoảng 1500 tấn mỗi ngày cần khoảng 150 công nhân làm việc liên tục suốt 24 giờ để duy trì sản xuất.

Việt Nam

Cách làm đường truyền thống ở Việt Nam bắt đầu với việc chặt mía từ ruộng và chuyển đến một mái chòi, nơi đặt một bộ 'che' gồm hai khúc gỗ lồi lõm khớp với nhau, gắn trên hai trục song song để nghiền mía. Một đầu của hai trục được cố định, còn đầu kia xoay tròn để gắn vào ách cho trâu kéo, giúp bộ che lăn và ép mía. Nước mía chảy vào chậu và được chuyển đến lò đường, nơi nước mía được đun trong chảo lớn. Nước mía được đun và lọc hai ba lượt; khi đặc, nó được đổ vào cái 'muống' hình phễu. Ở lỗ tháo, rơm được bện thành cái 'nuồi'. Nước mía được rót vào muống, rồi nuồi được tháo ra cho mật chảy ra. Còn lại trong muống là đường cát kết tinh, sau đó được đem đơm vào bát để bán.

Sản xuất và sử dụng

Sucrose là chất tạo ngọt phổ biến nhất, mặc dù ở một số quốc gia như Mỹ, nó đã bị thay thế bởi các chất tạo ngọt khác như xi rô fructose hay các tổ hợp chất tạo ngọt với độ ngọt cao. Điều này xảy ra vì trợ cấp của chính phủ cho sản xuất ngô đã dẫn đến lợi nhuận lớn. Cộng với mức thuế nhập khẩu đường cao, giá xi rô ngô trở nên thấp hơn so với đường.

Sucrose là loại đường quan trọng nhất trong thực vật và thường được tìm thấy trong nhựa libe. Thông thường, sucrose được chiết xuất từ mía đường hoặc củ cải đường, sau đó tinh chế và kết tinh. Các nguồn sucrose khác ở quy mô nhỏ hơn bao gồm lúa mì ngọt, thích đường và thốt nốt.

Sucrose thường được sử dụng trong chế biến thực phẩm vì nó vừa là chất tạo ngọt vừa là nguồn dinh dưỡng, có mặt trong nhiều loại thực phẩm như bánh quy, kẹo ngọt, kem và nước trái cây, đồng thời hỗ trợ bảo quản thực phẩm.

Chất dinh dưỡng vĩ mô

Ở động vật có vú, sucrose được tiêu hóa nhanh chóng trong dạ dày thành các đường đơn, nhờ quá trình thủy phân bởi axít. Quá trình này được thực hiện bởi enzyme glycoside hydrolase, xúc tác sự chuyển đổi sucrose thành glucose và fructose. Glucose và fructose nhanh chóng được hấp thụ vào máu tại ruột non. Phần sucrose không tiêu hóa hết trong dạ dày và tiếp tục di chuyển xuống ruột cũng bị phân giải bởi các glycosit hydrolase như sucrase và isomaltase, có mặt trên màng của các vi lông nhung ở tá tràng. Các sản phẩm này cũng nhanh chóng được chuyển vào máu.

Sucrose được tiêu hóa nhờ enzyme invertase có mặt trong vi khuẩn và một số loài động vật khác.

Quá trình thủy phân bằng axít cũng có thể được áp dụng trong phòng thí nghiệm để phân giải sucrose thành glucose và fructose.

Dinh dưỡng của con người

Sucrose là một chất dinh dưỡng vĩ mô dễ dàng tiêu hóa, cung cấp năng lượng nhanh chóng cho cơ thể và làm tăng lượng glucose trong máu trong quá trình tiêu hóa. Tuy nhiên, sucrose tinh khiết thường không phải là thành phần chính trong chế độ ăn uống cân đối, mặc dù nó có thể được thêm vào để làm tăng hương vị của một số thực phẩm.

Sử dụng quá nhiều sucrose có thể dẫn đến một số vấn đề sức khỏe, phổ biến nhất là sâu răng. Trong tình trạng này, các vi khuẩn chuyển hóa đường (bao gồm sucrose) từ thực phẩm thành các axít, dễ dàng làm hỏng men răng.

Sucrose, với tư cách là một carbohydrat tinh khiết, cung cấp 3,94 kilocalo năng lượng mỗi gam (hoặc 17 kilojoule mỗi gam). Khi tiêu thụ nhiều thực phẩm chứa sucrose, các dưỡng chất có lợi có thể bị loại bỏ, làm tăng nguy cơ mắc bệnh mãn tính. Các đồ uống chứa sucrose có thể góp phần vào sự phát triển bệnh béo phì và đề kháng insulin.

Tiêu hóa sucrose nhanh chóng có thể dẫn đến sự gia tăng mức glucose huyết và gây ra các vấn đề cho những người có rối loạn trao đổi chất glucose, như giảm glucose huyết hay đái tháo đường. Sucrose có thể làm trầm trọng thêm các hội chứng trao đổi chất. Trong nghiên cứu trên chuột ăn khẩu phần chứa 1/3 sucrose, đã ghi nhận sự tăng nồng độ triglyceride trong máu, tích tụ mỡ nội tạng và cuối cùng là đề kháng insulin. Các nghiên cứu khác cũng cho thấy chuột ăn nhiều sucrose phát triển tăng triglyceride huyết, glucose huyết và đề kháng insulin.

Ghi chú