คาร์โบไฮเดรต (Carbohydrates) หรือคาร์บ (Carbs) หนึ่งในสารอาหารหลักที่มนุษย์ต้องการในชีวิต พบมากในอาหารและเครื่องดื่ม แต่รู้หรือไม่ว่าคาร์โบไฮเดรตที่ทุกคนรู้จัก มีการใช้งานในอุตสาหกรรม และมีประโยชน์อย่างมากให้กับนักวิจัย อีกทั้งยังสามารถนำมาสร้างผลิตภัณฑ์ และนวัตกรรมอีกมากมาย
บทความนี้ Apex Chemicals จะพาไปรู้จักคาร์โบไฮเดรตให้ลึกยิ่งขึ้น ตั้งแต่ประเภทของคาร์โบไฮเดรต ความ
แตกต่างของแต่ละชนิด ไปจนถึงการประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เพื่อให้เห็นถึงคุณค่าและศักยภาพของคาร์โบไฮเดรตที่มากกว่าที่หลายคนเคยรู้จัก
คาร์โบไฮเดรตคืออะไร ? และแบ่งออกเป็นกี่ประเภท ?
คาร์โบไฮเดรต (Carbohydrates) คือ สารชีวโมเลกุลที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด อีกทั้งยังเป็นสารอาหารหลักที่จำเป็น และเป็นแหล่งพลังงานของร่างกายอีกด้วย โดยโครงสร้างอย่างง่ายที่สุดของคาร์โบไฮเดรตคือ น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว (monosaccharide) ซึ่งประกอบด้วย หมู่คาร์บอนิล (Carbonyl) และ หมู่ไฮดรอกซิล (Hydroxyl) อย่างน้อยสองหมู่
เราสามารถแบ่งคาร์โบไฮเดรตตามขนาดและโครงสร้างโมเลกุลได้เป็น 3 ประเภทหลัก ดังนี้
1. มอโนแซ็กคาไรด์ (Monosaccharide)
มอโนแซ็กคาไรด์ หรือน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีขนาดโมเลกุลเล็กที่สุด หรือเรียกได้ว่าเป็นมอนอเมอร์ของคาร์โบไฮเดรต โดยประกอบไปด้วย โมเลกุลของน้ำตาล มีรสหวาน ละลายน้ำได้ดี และน้ำตาลที่พบมากในธรรมชาติจะมีอะตอมของธาตุคาร์บอน 5 และ 6 อะตอม
โดยมอโนแซ็กคาไรด์ยังสามารถแบ่งประเภทได้อีก ได้แก่
- แบ่งตามหมู่ฟังก์ชัน (Function group) โดยภายในน้ำตาลจะมีหมู่ไฮดรอกซี (–OH group) เป็นองค์ประกอบ จึงสามารถแบ่งตามหมู่ฟังก์ชันสามารถแบ่งออกเป็น 2 ฟังก์ชันใหญ่ ๆ ได้แก่
- หมู่อัลดีไฮด์ (R-COH group) หรือเรียกว่า น้ำตาลอัลโดส (Aldoses)
เช่น น้ำตาลกลีเซอรอลดีไฮด์ (C3) น้ำตาลไรโบส (C5) น้ำตาลกลูโคส (C6) - หมู่คีโตน (R-CO-R’) หรือเรียกน้ำตาลที่มีหมู่ฟังก์ชันคีโตนว่า น้ำตาลคีโตส (Ketoses)
เช่น น้ำตาลไดไฮดรอกซีอะซีโตน (C3) น้ำตาลไรโบส (C5) น้ำตาลฟรักโทส (C6)
- แบ่งตามจำนวนอะตอมคาร์บอน (Carbon atom)
โมเลกุลของน้ำตาลจะประกอบไปด้วยอะตอมคาร์บอน ตั้งแต่ 3-7 อะตอม โดยจะมีชื่อเรียกต่างกันออกไปตามจำนวนของคาร์บอนอีกด้วย - คาร์บอน 3 อะตอม เรียกว่า น้ำตาลไตรโอส (Trioses) เช่น Glyceraldehyde
- คาร์บอน 4 อะตอม เรียกว่า น้ำตาลเทโทรส (Tetroses) เช่น Erythrose และ Threose
- คาร์บอน 5 อะตอม เรียกว่า น้ำตาลเพนโทส (Pentoses) เช่น Ribose, Arabinose, Xylose และ Lyxose
- คาร์บอน 6 อะตอม เรียกว่า น้ำตาลเฮกโซส (Hexoses) เช่น Allose, Altrose, Glucose, Mannose, Gulose, Idose, Galactose, Fructose และ Talose
Tips : น้ำตาลที่พบมากที่สุดในธรรมชาติ ได้แก่ น้ำตาลกลูโคส ฟรักโทส และกาแล็กโทส ที่สามารถพบได้ในพืชหลายชนิด
2. โอลิโกแซ็กคาไรด์ (Oligosaccharide)
โอลิโกแซ็กคาไรด์ คือกลุ่มของน้ำตาลที่ประกอบมอโนแซ็กคาไรด์ตั้งแต่ 2 ถึง 10 โมเลกุล โดยเชื่อมต่อกันด้วยพันธะพันธะไกลโคซิดิก (glycosidic bond) โดยที่มากในธรรมชาติจะมีหลัก ๆ อยู่ 2 ชนิด ได้แก่
- ไดแซ็กคาไรด์ (Disaccharide) หรือน้ำตาลโมเลกุลคู่
ที่ประกอบไปด้วยมอโนแซ็กคาไรด์จำนวน 2 โมเลกุล เช่น - Maltose : glucose + glucose เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด a-1,4
- Lactose : galactose + glucose จับกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด b-1,4
- Sucrose : glucose + fructose จับกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด a-1,2
- Cellobiose : glucose + glucose เชื่อมต่อด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด b-1,4
- ไตรแซ็กคาไรด์ (Trisaccharide)
ประกอบไปด้วยมอโนแซ็กคาไรด์จำนวน 3 โมเลกุล เช่น
- Raffinose : galactose + sucrose (glucose + fructose)
- Ketose : fructose +sucrose (glucose + fructose)
3. พอลิแซ็กคาไรด์ (Polysaccharide)
พอลิแซ็กคาไรด์ เป็นคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่ ที่เกิดจากมอโนแซ็กคาไรด์มากกว่า 10 โมเลกุลขึ้นไปต่อกันเป็นสายยาว เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก (Glycosidic bond) โดยจะแตกต่างกันออกไปตามชนิดมอโนแซ็กคาไรด์ จำนวน และรูปแบบการเชื่อมต่อของมอโนแซ็กคาไรด์
โดยพอลิแซ็กคาไรด์สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ด้วยกัน
- ฮอโมพอลิแซ็กคาไรด์ (Homopolysaccharides)
เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่ใช้มอโนเมอร์ชนิดเดียวกันทั้งหมด เช่น แป้ง (Starch) ไกลโคเจน (Glycogen) และเซลลูโลส (Cellulose) ที่ใช้มอโนแซ็กคาไรด์เป็นกลูโคสทั้งหมด เป็นต้น - เฮเทอโรพอลิแซ็กคาไรด์ (Heteropolysaccharides)
คือพอลิแซ็กคาไรด์ที่ประกอบไปด้วยมอโนแซ็กคาไรด์มากกว่า 1 ชนิด เช่น เฮมิเซลลูโลส (Hemicellulose) หรือ คาร์ราจีแนน (Carrageenan) เป็นต้น
ประโยชน์และการใช้งานคาร์โบไฮเดรตในอุตสาหกรรม
ด้วยคุณสมบัติทางโครงสร้างและการทำปฏิกิริยาที่หลากหลาย คาร์โบไฮเดรตจึงไม่ได้จำกัดบทบาทเพียงการเป็นแหล่งพลังงานเท่านั้น แต่ยังถูกนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่งานวิจัยพื้นฐานไปจนถึงการพัฒนาผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์
อุตสาหกรรมยา อาหารเสริม การแพทย์ และเภสัชกรรม
- ใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์ และสารออกฤทธิ์สำคัญทางยา รวมถึงใช้เป็นสารช่วยเติมแต่งทางเภสัชกรรม เพื่อนำไปผลิตเป็นยารักษาโรคและอาหารเสริม
- ใช้เป็นสารสำคัญในงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับโรคทางการแพทย์ เพื่อศึกษากลไกของระบบการทำงานในร่างกาย
อุตสาหกรรมอาหาร และเครื่องดื่ม
- ใช้เป็นสารบริสุทธิ์ สำหรับตรวจวิเคราะห์ปริมาณ และคุณภาพของสารสำคัญที่เป็นแหล่งให้พลังงานหลัก พบได้ในพืช และสมุนไพร รวมถึงสามารถใช้ในการวิจัยและพัฒนา เพื่อปรับปรุงผลิตภัณฑ์ หรือคิดค้นผลิตภัณฑ์ใหม่อีกด้วย
อุตสาหกรรมทางวิทยาศาสตร์ชีวภาพ
- ใช้คาร์โบไฮเดรตในงานวิจัยทางวิศวกรรมเคมีชีวภาพ และวิศวกรรมกระบวนการชีวภาพ ที่ศึกษาเกี่ยวกับ เอนไซม์ สารชีวโมเลกุลในพืช และสัตว์ รวมถึงจุลินทรีย์
- ใช้ในงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีทางชีวภาพ เพื่อสร้างเครื่องมือ หรือผลิตภัณฑ์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่
อุตสาหกรรมทางสิ่งแวดล้อม
- ใช้ในการผลิตปุ๋ยผ่านกระบวนการหมักของจุลินทรีย์ โดยมีสารกลุ่มคาร์โบไฮเดรตเป็นองค์ประกอบสำคัญ
- ใช้ในงานวิจัยเส้นใยธรรมชาติที่มีคาร์โบไฮเดรตเป็นองค์ประกอบหลัก โดยสกัดจากพืชท้องถิ่น นำมาพัฒนาแปรรูปเพื่อเพิ่มมูลค่า
ขอขอบคุณข้อมูลดี ๆ จาก
- Monosaccharides Toolbox, Biosynth
/media/Brochures/E-Books/Monosaccharides%20Toolbox.pdf - Polysaccharides Toolbox, Biosynth
/media/Brochures/E-Books/Polysaccharides%20Toolbox.pdf - Oligosaccharides Toolbox, Biosynth
/media/Brochures/E-Books/Oligosaccharides%20Toolbox.pdf - สมาคมเทคโนโลยีชีวภาพแห่งประเทศไทย
https://www.biotec.or.th/tsb/images/stories/journal/E-magazine_March_2012_(updated).pdf
