第四节碳水化合物.doc

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1、第四节 碳水化合物碳水化合物是自然界中最丰富的有机物，它主要存在于植物中，占植物比重的5080%。动物体内它的含量虽然不多，但它却是动物赖以取得生命运动所需能量的主要来源。碳水化合物这一名词来源于此类物质由C、H、O三种元素组成，而且它们的经验式都符合通式CnH2nOn即Cm(H2O)n ，其中氢和氧的比例与水分子中氢和氧的比例相同，就好象是碳同水的化合物，因而得名。后来发现一些不属于碳水化合物的分子也有同样的元素组成比例, 如乙酸C2H4O2，而一些碳水化合物如脱氧核糖（C5H10O4）则又不符合这一比例，因而碳水化合物这一名词并不确切，但由于沿用习惯，碳水化合物一词仍被广为使用。碳水化合物

2、可分为三类：单糖：不能被水解的简单碳水化合物，如葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖。寡糖：单糖聚合度10的碳水化合物（以双糖最为多见）：蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖。多糖：单糖聚合度10的碳水化合物：淀粉、糊精、糖原、纤维素、半纤维素及果胶等。碳水化合物与食品的加工、烹调和保藏有密切的关系，例如，食品的褐变就与还原碳有关，食品的粘性及弹性也与淀粉和果胶等多糖分不开。至于蔗糖，果糖等作为甜味剂，更是人类饮食中不可缺少的物质。一、单糖及糖苷1 结构单糖根据羰基类型可分为醛糖和酮糖两大类。 单糖的衍生物有糖醇、醇糖酸、糖醛酸及糖酸等。根据所含糖原子的数目，单糖有可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。最简单的

3、醛糖为甘油醛，它具有一个不对称碳原子（四个取代基不同），因而有两个对映异构体，以D及L来区别。由D-甘油醛衍生出来的四、五、六碳糖，都称为D-XX糖，而与其对应，由L-甘油醛衍生出来的糖，则为L系列，天然存在的糖多为D-系列的。普通的醛会形成半缩醛、缩醛：单糖分子内含有-CHO 及 -OH ，所以也会在分子内发生此种反应，以己糖为例，若-CHO和第五碳上的-OH反应，则生成六元环的半缩醛，称为吡喃糖。 果糖的 C=O 与第五碳上的-OH反应，生成五元环的半缩醛，称为呋喃糖。这种环状结构，称为Haworth结构式，糖一般以环状形式存在。环的生成使羰基变为手性碳，因而产生了两个异构体，它们的差别只

4、在于链端手性碳构型的不同，分别称为-和-型。如： 这是由变旋光现象而发现的。新配制的单糖溶液在放置时，其比旋光度会逐渐增加或减少，最后达到一个恒定的数值。如，葡萄糖配成水溶液，其比旋光度是+112.2，但放置若干天后就降低至+52.7，这是因为普通葡萄糖晶体为-D-吡喃葡萄糖，当它溶解于水时，一部分分子通过开链结构逐渐变为-D-葡萄糖，最后达到动态平衡。由于-和-异构体的比旋光度不一样，所以溶液的旋光度逐渐减小，最后达到相当于平衡混合物的恒定数值。 +112.2 +17.5 含量 36% 0.5% 64% 52.7 新形成的-OH称为半缩醛-OH，具有强的反应性，它易与其它羟基化合物反应，形成

5、缩醛，称为苷。吡喃型葡萄糖具有椅式构象，体积大的-OH尽量处于平伏键上，如： -D-葡萄糖2、反应 酸：稀酸无影响，而和强酸共热则会生成糠醛，糠醛和各种酚有显色反应，这可用于糖的定性和定量检测 碱：在弱碱环境，糖会发生异构化，例：葡萄糖在弱碱性环境变为葡萄糖、果糖与甘露糖的混合物。在强碱性环境下，糖会被空气中的O2氧化生成其它复杂的混合物。 氧化 醛或酮糖与Tollens试剂（AgNO3-NH3）作用会产生银镜；与Benedict试剂（CuSO4、柠檬酸和Na2CO3）或Fehling试剂（CuSO4，酒石酸钾钠、NaOH）一起加热时，溶液的蓝色消失，同时生成Cu2O的砖红色沉淀。能与这些试剂

6、发生反应的糖叫还原糖，还原糖分子中必定有半缩醛羟基，它能变为链状结构，即有-CHO或C=O，而不与这些试剂反应的糖为非还原糖，其分子中无半缩醛羟基。如苷中就没有半缩醛-OH，所以它在碱性不能被氧化。Tollens试剂、Fehling试剂和Benedict试剂通常用于糖的检验测定，由于这些反应的产物很复杂，它们无合成价值。 醛糖与弱氧化剂（碱性溴水）反应生成醇糖酸，与强氧化剂（热HNO3）反应得糖酸。 成脎反应单糖与苯肼（C6H5NHNH2）作用生成脎 糖脎都是不溶于水的黄色晶体，不同的糖所生成的脎晶形不同，在反应中生成的速度也不同，据此可鉴定糖的种类。 作为醇的反应：除进行醚化生成苷外，单糖能

7、与酸反应生成酯，己糖和戊糖的磷酸酯是生物体中糖代谢的中间体。3、天然存在的主要单糖天然存在的主要单糖有戊糖及己糖 （1）戊糖 戊糖多作为多糖成分或核酸成分存在，游离状态甚少。如D-木糖，L-阿拉伯糖是大豆脂多糖的主要构成糖。（A） D-木糖存在于木材、稻草杆等的半纤维素中。 （B） L-阿拉伯糖多在果汁和胶质的半纤维素中与果胶质共存。（C) D-核糖和D-脱氧核糖 D-核糖 D-脱氧核糖D-核糖和D-脱氧核糖分别为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）的成分。 己糖（1） D-葡萄糖：以结合核游离的形式广泛存在于自然界，游离态多存在于水果中，淀粉、糖原、纤维素，葡聚糖等碳水化合物都是D-葡

8、萄糖的聚合物。（2） D-果糖：广泛存在于自然界，游离型多存在于水果中。寡糖的蔗糖、棉子糖、蜜二糖中均有存在，菊粉是D-果糖的聚合物。果糖的甜度在糖类中最大。在工业上，常利用异构酶把葡萄糖异构化为果糖来代替蔗糖。（3） 半乳糖：没有游离型，存在于乳糖和棉子糖中。 （4） D-甘露糖：它是魔芋甘露聚糖的成分。4、糖苷 单糖分子中的半缩醛羟基与醇或其它分子的羟基缩合生成的缩醛称为糖苷。如： 糖苷中的非糖部分称为糖苷配基（又叫苷元，配糖体），糖有-及-型。所以糖苷也有-及-型。在苷分子中不再含有半缩醛-OH，因此苷没有变旋光现象，也没有还原性，它在碱性稳定，但在酸性溶液中很易水解。 苷在自然界中分布

9、很广，许多植物色素、生物碱等都是苷。动物、微生物体中也有许多苷类物质。二、寡糖（低聚糖）聚合度10、而2的多糖，常见的为二糖。1、 蔗糖在水果、花、种子等植物中广为存在，工业上由甘蔗或甜菜制备。甜味较强，为常用的甜味剂。蔗糖是一种苷，分子中没有半缩醛-OH，因而无还原性。 它在酸或转化酶作用下，水解为D-葡萄糖和果糖： 通常把上述变化称为蔗糖的转化，其生成物称为转化糖。 2、 麦芽糖 以麦芽中含量最多，故而得名。淀粉和糖原在淀粉酶作用下，生成麦芽糖。它是饴糖的主成分。它分子中有半缩醛-OH，因而有还原性。 3、 乳糖 仅存在于哺乳动物的乳中，故而得名。是半乳糖和葡萄糖用-1，4-半乳糖苷键结合

10、而得。4、 糖的甜度 甜度：果糖蔗糖葡萄糖麦芽糖半乳糖乳糖。 即使同一种糖，其-型和-型的甜度也不同。如：葡萄糖的-比-型甜1.5倍。通常，葡萄糖的结晶为-型。在溶液中 平衡时，：= 1：1.7，所以溶解后时间越长，甜度就越低。此平衡受温度的影响很小，故冷和热葡萄糖液的甜味几乎无变化。果糖-型的甜度为-型的3倍。普通的结晶为-型，溶液中 的平衡随浓度和温度而异，如：10%果糖液，0下：=3：7，80下为7：3，且浓度高则多，因此，在低温下，浓液甜。 蔗糖是糖苷-OH相互结合的二糖，无半缩醛-OH，溶液没有 变化，甜味也不随时间变化。三、多糖 （一）分类： 为聚合度10的单糖的高聚物，广泛存在于

11、动植物及微生物中。多糖中的纤维素、半纤维素、果胶、壳质、硫酸软膏素等，主要起细胞的支撑（骨骼）作用；淀粉、糖原、菊粉等起能的贮藏作用。而粘质多糖等起保护、润滑、离子固定、防冻等作用。 加水分解仅产生糖类的称单纯多糖，若还生成糖以外的成份称复合多糖。由一种单糖组成的称均一多糖。否则称非均一多糖。 通常天然多糖的聚合度为100-1000。1、 纤维素 是自然界中存在最多的多糖，是植物的主成分，它由木材用热碱抽提，除去木素和半纤维素而得，它是D-葡萄糖以-1，4苷键结合而得，呈直链。聚合度为3000-6000。 由于它不溶于水，故酶不易与之作用，用菌类、细菌等软体动物具有的纤维素酶可将其分解为葡萄糖

12、和寡糖。人没有纤维素酶，不能消化纤维素作为能源，但纤维素有防止便秘的作用，而一些草食动物（牛、马、羊等）的消化道中含有纤维素酶，可以消化纤维素为D-葡萄糖。 纤维素不显示还原性，水解也很困难，需要浓酸或稀酸在加压下长时期加热才能水解。 纤维素的羧甲基衍生物（CMC）易溶于水，有粘性，其钠盐可在食品工业中作增稠剂。 n=100-200 2、 淀粉结构 广泛分布于植物的根、茎、种子中，其贮藏能的作用，构成淀粉的糖，几乎都是D-葡萄糖，淀粉有两种，仅以-1，4-苷键结合、构成直链状的叫直链淀粉，而以-1，4-苷键结合为主，并有-1，6-苷键结合、且在此处分枝的叫支链淀粉。 直链淀粉支链淀粉普通淀粉由

13、1530%直链淀粉，7085%支链淀粉组成，糯米则几乎全由支链淀粉组成。一般直链淀粉的聚合度为数百数千，而支链淀粉为数万，支链的平均链长为2025个葡萄糖单位。淀粉粒的显微形态呈卵形、球形或不规则形，依植物种类而异如：1 2 3 41、玉米 2、马铃薯 3、稻米 4、小麦 性质 从结构上看，淀粉的多苷链末端仍有游离的半缩醛-OH，但是由于数百以至数千个葡萄糖单位中才存在一个游离的半缩醛-OH，所以淀粉一般不显示还原性。淀粉很容易水解，它与水一起加热即可引起分子的裂解，当与无机酸共热时，可彻底水解为D-葡萄糖。淀粉与碘能发生非常灵敏的颜色反应，直链淀粉呈深蓝色，支链淀粉呈蓝紫色，该反应常被用作淀

14、粉的定性鉴定。 糊化及老化淀粉粒在受热（60-80）时会在水中溶胀，形成均匀的糊状溶液，称为糊化，它的本质是淀粉分子间的氢键断开，分散在水中。糊化后的淀粉又称为-化淀粉，将新鲜制备的糊化淀粉浆脱水干燥，可得分散于凉水的无定形粉末，即“可溶性-淀粉”。即食型的谷物制品的制造原理就是使生淀粉“化”。淀粉溶液经缓慢冷却，或淀粉凝胶经长期放置，会产生不透明甚至产生沉淀的现象，称为淀粉的“老化”，其本质是糊化的淀粉分子又自动排列成序，形成致密的不溶性分子微束，分子间氢键又恢复。因此老化可视为糊化作用的逆转，但是老化不可能使淀粉彻底复原成生淀粉（-淀粉）的结构状态，与生淀粉相比，晶化程度低。 老化的淀粉不易为淀粉酶作用。 直链淀粉易发生老化而支链淀粉则不易。一般已糊化了的淀粉类食品，其水分含量为30-60%，温度0附近最易老化。 淀粉能被消化道内的淀粉酶分解成葡萄糖而被吸收，只有糊化后的淀粉才易于消化，所以我们吃的为“熟食”。 淀粉添加在食品工业中主要是作为粘接剂，食品工业中常使用改性淀粉，如可溶性淀粉，是经过轻度酸处理的淀粉，其溶液在热时有良好的流动性，冷凝时变成坚柔的凝胶，前述的-化淀粉就是用物理方法生成的可溶性