Glucose

Danh pháp

Tên chung quốc tế

Glucose/Dextrose

Tên gọi khác

D-glucose, đường glucose, D-Glucopyranose, Glucopyranose, Glc

Tên danh pháp theo IUPAC

(3R, 4S, 5S, 6R)-6-(hydroxymethyl)oxane-2,3,4,5-tetrol

Công thức phân tử

C6H12O6

Khối lượng phân tử

180,16 g/mol

Cấu trúc phân tử

Cấu trúc phân tử của glucose (C₆H₁₂O₆) là một monosaccharide, có dạng vòng khi ở trong dung dịch. Dưới đây là mô tả cấu trúc của glucose:

Cấu trúc chuỗi thẳng: Glucose có một chuỗi carbon gồm 6 nguyên tử carbon, với các nhóm hydroxyl (-OH) gắn vào các nguyên tử carbon ngoài nhóm aldehyde (-CHO) ở đầu chuỗi.

Glucose cấu trúc duỗi thẳng — Glucose cấu trúc chuỗi thẳng

Cấu trúc vòng: Khi glucose trong dung dịch, nó thường tồn tại dưới dạng một vòng, được tạo thành khi nhóm aldehyde phản ứng với nhóm hydroxyl ở carbon 5. Cấu trúc vòng này có thể là dạng α hoặc β, tùy vào cách nhóm hydroxyl ở carbon 1 được sắp xếp. Trong cấu trúc vòng, glucose hình thành một vòng 6 thành viên với 5 nguyên tử carbon và 1 nguyên tử oxy.

=>>>> Xem thêm: Tá dược EDTA có công dụng gì trong bào chế dược phẩm, ứng dụng vào sản xuất dược mỹ phẩm là gì?

Các tính chất đặc trưng

Tính chất vật lý

Cảm quan: Glucose có dạng bột tinh thể màu trắng, không mùi, vị ngọt đặc trưng.
Khối lượng riêng: 1.54 g/cm³
Điểm nóng chảy: α-D-glucose: 146 °C và β-D-glucose: 150 °C
Phổ hồng ngoại: Có phổ IR đặc trưng
Độ tan: Độ tan của glucose trong nước khá cao. Ở nhiệt độ phòng (khoảng 25°C), glucose có thể hòa tan với tỷ lệ 1g glucose trong 0.5 mL nước. Điều này có nghĩa là glucose rất dễ tan trong nước, tạo ra dung dịch đồng nhất. Độ tan này có thể thay đổi khi nhiệt độ thay đổi: ở nhiệt độ cao hơn, glucose sẽ tan được nhiều hơn. Glucose hơi tan trong một số dung môi phân cực khác, như ethanol 96%
Độ nhớt (tính lưu biến): Độ nhớt của glucose phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ. Dung dịch glucose có độ nhớt cao hơn khi nồng độ glucose tăng, và độ nhớt cũng giảm khi nhiệt độ tăng. Dung dịch glucose 10% (khối lượng/ thể tích) ở nhiệt độ phòng (25°C) có độ nhớt khoảng 1.6–2.0 cP (centipoise). Vì glucose có tính hút ẩm và có thể tạo ra dung dịch đặc khi nồng độ cao, các dung dịch glucose đặc hơn sẽ có độ nhớt lớn hơn, dẫn đến sự chảy chậm hơn so với dung dịch loãng.

Tính chất hóa học

Tính oxi hóa và khử: Glucose là một chất khử do nhóm aldehyde (-CHO) ở đầu phân tử. Nó có thể phản ứng với các tác nhân oxi hóa mạnh như thuốc thử Fehling, Benedict, tạo ra các hợp chất có màu đỏ gạch. Do đó, glucose có khả năng khử các ion kim loại (như Cu²⁺) thành kim loại (Cu).
Phản ứng với acid: Glucose có thể tham gia phản ứng phân hủy khi đun nóng trong môi trường acid, tạo ra acid formic và các hợp chất khác như furfural trong điều kiện đặc biệt.
Phản ứng với base: Glucose có thể phản ứng với các base mạnh như NaOH để tạo thành các hợp chất với nhóm hydroxyl, tuy nhiên phản ứng này không mạnh mẽ và dễ xảy ra.
Phản ứng glycosid hóa: Khi glucose phản ứng với các ancol (như methanol hoặc ethanol) trong điều kiện acid, nó có thể tạo ra các este, gọi là este glycosid. Đây là phản ứng quan trọng trong việc tổng hợp các oligosaccharide và polysaccharide.
Phản ứng lên men: Glucose có thể tham gia vào quá trình lên men, trong đó, nhờ sự xúc tác của men, glucose được chuyển hóa thành ethanol và CO2. Đây là quá trình quan trọng trong sản xuất bia, rượu, và các sản phẩm lên men khác.
Phản ứng tạo phức: Glucose có thể tạo phức với các ion kim loại (như Fe³⁺, Cu²⁺) trong dung dịch, hình thành các phức chất, điều này rất quan trọng trong phân tích sinh hóa và hóa học.
Khả năng thủy phân: Dưới tác dụng của acid hoặc enzyme, glucose có thể tham gia vào phản ứng thủy phân, đặc biệt trong quá trình chuyển hóa các polysaccharide như tinh bột hoặc cellulose thành đơn vị đường glucose.

Vai trò của Glucose trong dược phẩm và thực phẩm

Trong dược phẩm

Nguồn năng lượng nhanh chóng: Glucose là nguồn năng lượng chính cho cơ thể, đặc biệt là trong các sản phẩm tiêm hoặc thuốc uống nhằm cung cấp năng lượng nhanh chóng cho bệnh nhân, đặc biệt là trong trường hợp hạ đường huyết hoặc sau phẫu thuật.
Chất bổ trợ trong sản xuất thuốc: Glucose là một thành phần trong một số dạng thuốc bột, viên nén, và siro. Nó có thể giúp cải thiện tính hòa tan của một số hoạt chất dược phẩm, làm tăng hiệu quả điều trị.
Chất bảo quản: Glucose có tính chất bảo quản trong các dung dịch thuốc, ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc trong các thuốc dạng lỏng.
Chất điều vị: Với vị ngọt đặc trưng, glucose được sử dụng nhiều trong dược phẩm để che giấu mùi vị của các thành phần có vị đắng hay khó uống trong sản phẩm.

Trong thực phẩm

Nguồn năng lượng: Glucose là một nguồn năng lượng nhanh chóng và dễ tiêu hóa, được sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm để cung cấp năng lượng ngay lập tức cho cơ thể, chẳng hạn như trong các thức uống thể thao hoặc thực phẩm cho người già và trẻ em.
Chất tạo ngọt: Glucose được sử dụng làm chất tạo ngọt trong nhiều loại thực phẩm chế biến sẵn, như kẹo, bánh ngọt, nước giải khát, và các sản phẩm chế biến sẵn khác.
Chất bảo quản thực phẩm: Glucose giúp bảo quản thực phẩm bằng cách ức chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc nhờ khả năng hút ẩm và tạo điều kiện khô ráo cho sản phẩm.
Cải thiện kết cấu và độ ẩm: Glucose giúp cải thiện kết cấu, độ dẻo và độ ẩm trong thực phẩm như bánh ngọt, kẹo, và thực phẩm chế biến sẵn, giúp sản phẩm duy trì độ tươi và không bị khô cứng.
Tăng cường hương vị: Trong các sản phẩm thực phẩm, glucose làm tăng độ ngọt nhẹ nhàng và cải thiện hương vị tổng thể, mang lại cảm giác dễ chịu khi ăn uống.

Ứng dụng của Glucose trong xây dựng công thức và kĩ thuật bào chế

Chất tạo ngọt: Glucose giúp cải thiện hương vị của thuốc siro, dung dịch và viên nén, đặc biệt cho trẻ em và người già.
Chất kết dính viên nén: Glucose giúp tạo hình viên nén, cải thiện độ bền và khả năng phân hủy trong cơ thể.
Chất bảo quản: Glucose hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm, bảo quản thuốc lỏng và bán lỏng.
Tăng tính hòa tan: Glucose cải thiện tính tan của hoạt chất khó tan, giúp tăng khả năng hấp thu.
Cung cấp năng lượng: Glucose cung cấp năng lượng nhanh chóng cho bệnh nhân trong các trường hợp phục hồi sau phẫu thuật hoặc hạ đường huyết.
Điều chỉnh độ nhớt: Glucose giúp điều chỉnh độ nhớt cho các sản phẩm thuốc dạng siro hoặc dung dịch tiêm.
Hỗ trợ lên men: Glucose là nguyên liệu trong quá trình lên men để sản xuất thuốc sinh học hoặc các sản phẩm chứa men vi sinh.
Chất ổn định tiêm truyền: Glucose giúp duy trì tính ổn định của dung dịch tiêm truyền, bảo vệ hoạt chất khỏi phân hủy.
Tăng cường hiệu quả thuốc: Glucose cải thiện tính hấp thu và khả năng khả dụng sinh học của thuốc, tăng hiệu quả điều trị.

Tóm lại, glucose được ứng dụng rất nhiều trong công nghệ bào chế như làm tá dược độn, chất đẳng trương trong dung dịch thuốc, chất bảo quản, chất điều vị, chất kết dính, hay công dụng làm tăng độ nhớt cho chế phẩm,…

Độ ổn định và điều kiện bảo quản

Độ ổn định

Glucose có độ ổn định cao trong các điều kiện thông thường, đặc biệt khi được bảo quản trong môi trường khô ráo và thoáng mát.
Trong dung dịch, glucose ổn định trong nước và ít bị phân hủy dưới tác động của nhiệt độ hoặc ánh sáng. Tuy nhiên, dưới nhiệt độ cao và trong môi trường có độ pH rất thấp hoặc rất cao, glucose có thể bị phân hủy, tạo ra các sản phẩm không mong muốn.

Điều kiện bảo quản

Nơi khô ráo và thoáng mát: Glucose cần được bảo quản ở nơi khô ráo, tránh tiếp xúc với độ ẩm cao vì có thể làm glucose hút ẩm, gây kết tụ và giảm chất lượng sản phẩm.
Tránh ánh sáng và nhiệt độ cao: Glucose nên được bảo quản tránh ánh sáng trực tiếp và nhiệt độ cao để tránh sự phân hủy hoặc biến chất.
Đóng gói kín: Để bảo vệ glucose khỏi độ ẩm và các yếu tố môi trường, sản phẩm cần được đóng gói kín và bảo quản trong bao bì không thấm nước.

Tính tương hợp

Với nước: Glucose dễ hòa tan trong nước, tạo thành dung dịch đồng nhất. Đây là tính chất quan trọng giúp glucose được sử dụng trong nhiều công thức thuốc và thực phẩm.

Với các dung môi phân cực: Glucose có thể hòa tan trong các dung môi phân cực khác như ethanol, nhưng độ hòa tan sẽ giảm khi nồng độ ethanol tăng lên.

Với các ion kim loại: Glucose không tạo phản ứng mạnh với hầu hết các ion kim loại. Tuy nhiên, trong một số điều kiện nhất định, glucose có thể tương tác với ion kim loại, đặc biệt là trong các phản ứng lên men hoặc các phản ứng hóa học cần chất xúc tác.

Với các thành phần dược phẩm khác: Glucose có tính tương hợp tốt với nhiều thành phần dược phẩm khác như muối, acid amin, vitamin và các hợp chất hữu cơ. Tuy nhiên, cần chú ý đến độ pH và nhiệt độ khi kết hợp với các hoạt chất khác để tránh phản ứng không mong muốn.

Phương pháp sản xuất

Lên men tinh bột

Đây là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất glucose. Quá trình này bao gồm:
Tiền xử lý tinh bột: Tinh bột từ các nguồn như ngô, khoai tây, hoặc lúa mì được xử lý nhiệt để làm mềm và dễ dàng phân giải.
Thủy phân bằng enzyme hoặc acid: Tinh bột được phân hủy thành glucose thông qua tác dụng của enzyme amylase hoặc axit sulfuric (H₂SO₄) trong môi trường có nhiệt độ và pH phù hợp.
Làm sạch và tinh chế: Sau quá trình thủy phân, dung dịch chứa glucose được lọc và tinh chế để loại bỏ các tạp chất, sau đó là quá trình kết tinh để thu được glucose dạng tinh thể.

Phương pháp thủy phân cellulose

Cellulose (chủ yếu từ cây gỗ và thực vật) cũng có thể được thủy phân thành glucose bằng cách sử dụng acid hoặc enzyme đặc biệt. Tuy nhiên, quá trình này phức tạp hơn và ít được sử dụng hơn phương pháp từ tinh bột.

Phương pháp tổng hợp hóa học

Glucose cũng có thể được tổng hợp qua phản ứng hóa học từ các đường đơn giản như formaldehyde và các chất cơ bản khác, nhưng phương pháp này ít phổ biến và thường được sử dụng trong nghiên cứu hoặc sản xuất quy mô nhỏ.

Sau khi sản xuất, glucose sẽ được tinh chế, lọc và làm sạch, đảm bảo đạt các tiêu chuẩn về độ tinh khiết trước khi đưa ra thị trường hoặc sử dụng trong các ứng dụng dược phẩm và thực phẩm.

Biện pháp an toàn lao động

Glucose là chất an toàn và lành tính, hầu như không gây độc hại. Tuy nhiên vẫn cần đảm bảo tuân thủ nghiêm túc các biện pháp an toàn lao động tùy theo điều kiện môi trường và lượng glucose sử dụng.

Một vài sản phẩm có chứa Glucose trong dược phẩm

Glucose có mặt nhiều trong các chế phẩm dược phẩm. Một vài ví dụ như: Viên sủi Medstand vitamin C Plussz (Vị chanh leo), thuốc Oriliver của TOPLINK GROUP, Men vi sinh Goldbee-SB của Công Ty Tnhh Một Thành Viên Vắc Xin Pasteur Đà Lạt, Trà Sâm Ngọc Linh Hòa Tan Tumơrông, sản phẩm Biozpaste của Công Ty Tnhh Một Thành Viên Vắc Xin Pasteur Đà Lạt,…