低聚糖化学.doc

第三节：低聚糖单糖通过缩合形成糖苷，由210个单糖分子以糖苷键结合成的糖类称低聚糖，又称寡糖。自然界存在的低聚糖其聚合度均不超过6个单糖分子，其中最重要的是二糖。构成低聚糖的单糖分子相同时称同聚糖，不相同时则称为杂聚糖。目前发现的构成低聚糖的单糖全部为己糖。一、双糖1、概念：双糖是一分子单糖的半缩醛羟基与另一分子单糖的羟基缩合，脱去一分子水形成的。双糖有两类：一是还原性双糖：一个单糖分子的半缩醛羟基与另一个单糖分子的醇羟基脱水构成常见的有麦芽糖、乳糖二是非还原性双糖：二个单糖分子的半缩醛羟基之间脱水形成。常见的为蔗糖。2、麦芽糖：麦芽糖是由2分子- D-葡萄糖通过-1，4糖苷键连接而成，属于同聚糖。麦芽糖分子中保留了一个半缩醛羟基，是还原糖.。麦芽糖大量存在麦芽中，并由此得名。由于麦芽中含有淀粉酶，能够使淀粉发生水解反应生成麦芽糖，它再发生水解反应，最终生成两分子的萄葡糖。麦芽糖为无色或白色晶体，易溶于水，有右旋光性和变旋现象，D20 为+136。麦芽糖易被酵母发酵。2乳糖乳糖是由1分子-D半乳糖与1分子-D葡萄糖以-1，4糖苷键连接的二糖，属杂聚糖。 乳糖分子中保留了一个半缩醛羟基，是还原糖。乳糖来源较少，主要存在哺乳动物乳中。牛乳中含4.55.5%，猪乳中含4.9%，山羊乳中含4.6%，人乳中含5.5%8.0%。乳糖能溶于水，甜度较低为蔗糖的40%。乳糖具右旋光性，D20为+55.4；是还原性糖，所以有变旋现象。乳糖不能被酵母发酵，而能被乳酸菌发酵。3蔗糖 蔗糖的结构式蔗糖由1分子- D-葡萄糖与1分子 - D-果糖通过-1，2糖苷键连接形成，属于杂聚双糖。蔗糖分子中不含有半缩醛羟基，是非还原糖蔗糖是是自然界中分布最广泛也是最重要的一种双糖。蔗糖根据纯度高低可分为：白糖、砂糖和片糖。蔗糖是白色晶体，熔点186，甜味仅次于果糖，易溶于水，难溶于乙醇，其D20为+66.5，是右旋糖。蔗糖是非还原糖，因此不具变旋光现象。二、功能性低聚糖。1、功能性低聚糖对人体具有特殊的保健和生理功能。2、功能性低聚糖以二至六糖较为多见，大多数是通过生物或化学方法生产的，少数几种可通过提取法获得。3、由单一成分的单糖组成的低聚糖称为同低聚糖。两种以上的单糖构成 的低聚糖称杂低聚糖。第四节 多糖多糖是由十个以上到上万个单糖经脱水、缩合而形成的。是一类分子结构复杂且庞大的糖类物质，可用通式(C6H10O5)n表示。多糖的糖基单位绝大多数在200以上。自然界中的动物、植物、微生物体内都有多糖，他们有的以单纯多糖的形式存在，有的与蛋白质以复合多糖的形式存在。植物体内多糖构成植物骨架的果糖，如纤维素和半纤维素贮存的营养物质，如淀粉、糖原植物体内的多糖是人类食物的主要成分，又是发酵工业的主要原料。动物体内的多糖主要是糖原。多糖的分类多糖与单糖、低聚糖的性质相差较大。多糖大部分为粉末，没有甜味，不能溶解，没有变旋现象，也不具有单糖的许多化学性质。一、淀粉淀粉是植物体内的贮存物质，也是人类的主要食物，主要积蓄于植物的种子、茎、根组织中。大米、小麦、薯类、豆类、藕等食物中淀粉含量较高。1、淀粉的结构（1）直链淀粉直链淀粉是D-葡萄糖残基以-1,4糖苷键连接的多苷链，一般由200-300个葡萄糖单位组成。属于同聚多糖。（直链结构）直链淀粉并不是完全伸直的。直链淀粉借助分子内羟基间的氢键卷曲成螺旋状,每一圈螺旋有六个葡萄糖单位。残基上的游离羟基大都处于螺旋圈内侧。直链淀粉可被人体内淀粉酶完全水解，最终转变为葡萄糖，容易被人体吸收。 （2）支链淀粉支链淀粉的分子较直链淀粉大，聚合度为600-6000个葡萄糖残基，是由多个短链的直链淀粉结合而成。各分支也都是-1,4糖苷键成链，但在分支点上则为-1,6糖苷键，分支与分支之间间距为11-12个葡萄糖残基。每个支链淀粉约有50个以上的分支，每个分支的支链约有20-30个葡萄糖残基构成。其分子结构见下图。（支链结构）人体内的淀粉酶只有-1,4-淀粉酶，因此，-1,6-键须在酸和多种酶的作用下才能被水解消化2、淀粉的性质物理性质淀粉呈白色粉末状，无味，无嗅, 不能溶于冷水，平均密度1.5。淀粉颗粒的大小和形状根据来源不同而不同。最大的是马铃薯淀粉，最小的是稻米淀粉，有的形状是圆形，有的是椭圆形，有的是三角形。天然淀粉粒不溶于冷水。支链淀粉易分散于冷水中形成凝胶，直链淀粉可在热水中形成凝胶。化学性质还原性 淀粉链末端虽然也有游离的半缩醛羟基，但是在数百以至数万个葡萄糖单位中才存在一个游离的半缩醛基，还原性仅相当于单糖的几百至几万分之一，极不明显。水解淀粉与水一起加热很容易发生水解反应。当有有机酸或酶存在时，可彻底水解为D-葡萄糖。工业生产上将淀粉水解可得到下列产品糊精-在淀粉水解过程中产生的多苷链片断。糊精具有旋光性、黏性、还原性、能溶于水，不溶于酒精。淀粉糖浆-是淀粉不完全水解的产物，由葡萄糖、低聚糖和糊精组成，为无色、透明、粘稠的液体。麦芽糖浆-麦芽糖浆也成为饴糖。其主要成分是麦芽糖，呈浅黄色。甜味温和，具有特殊风味。与碘呈色反应与碘呈色。直链淀粉显深蓝色，支链淀粉显蓝紫色或紫色；糊精依分子量递减的程度，依次呈蓝紫色、紫红色、橙色以至不呈色。呈色机理。由于淀粉螺旋结构的中空部分恰好能容纳碘分子，二者间借助范德华力形成一种络合物，从而显现出颜色。在此复合物中，每个碘分子可以跟6个葡萄糖单元配合。络合物颜色会受温度影响。加热超过70度，淀粉分子结构中的螺旋伸展开，失去对碘的束缚，复合物解体，蓝色消失。冷却后，蓝色又可重现。络合物颜色还会受聚合度影响。聚合度为812时，络合物显红色，1330时显紫红色，大于30时则显蓝色。当淀粉链长小于6时不显色。淀粉水解过程中产物的链长始终是下降的，因此与碘反应的颜色也逐渐变浅。 糊化定义：将淀粉的乳状悬浮液加热到一定温度,淀粉液变成黏稠状的淀粉糊，这种现象称为淀粉的糊化。糊化的本质是淀粉分子间的氢键断开，分在在水中成为胶体溶液。各种淀粉的糊化温度不同。见P31，表2-6老化定义：淀粉糊化后缓慢冷却，经放置一段时间后，粘度增大，并产生沉淀的现象称为淀粉的老化，又称淀粉的回生。淀粉老化的实质是：糊化后的淀粉分子在干燥环境下缓慢冷却时，与水形成的氢键断裂，相互间的氢键逐渐恢复，使原本致密有序的淀粉晶体状态部分重新形成，同时在溶液中溶解度降低，出现沉淀。日常生活中冷的馒头和米饭，体积变小，组织变硬，口感粗糙就是淀粉老化造成的。影响淀粉老化的因素是有淀粉的种类、食品的含水量、温度等。二、糖原糖原是动物体内贮藏的多糖，在肝脏和肌肉中含量较高，称为动物淀粉。糖原结构与支链淀粉相似，但分支与分支间距较短而分支数多。两者比较见P32，表2-7。糖原可溶于凉水，与碘呈现红色、棕色、或紫色。肝脏中的糖原可分解后进入血液，供身体各部分物质和能量的需要。肌肉中的糖原是肌肉收缩所需能量的来源。三、纤维素与半纤维素。1、纤维素的结构和性质纤维素也是完全由D-葡萄糖聚合而成的同聚多糖，但构成纤维素的是-D-葡萄糖以-1,4-糖苷键缩合成不含任何分支的直链分子，由920011300个葡萄糖残基组成。结构式：纤维素分子以氢键够成平行的微晶束，由60多条纤维分子平行排列成的束状物质，互相之间通过氢键连接，由于氢键很多，所以微晶束相当牢固。维素的化学性质比较稳定，不易被破坏，仅在高温、高压稀硫酸溶液中，可被水解最终生成-葡萄糖。在纤维素酶的作用下纤维素也可彻底水解。哺乳动物体内都不含能水解-1,4-糖苷键的纤维素酶，因此不能消化利用纤维素，也就是说纤维素不能为人体提供营养。2. 半纤维素半纤维素是一些与纤维素一起存在于植物细胞壁中的多糖的总称。是由多种单糖聚合而成的一类杂质多糖。其主链上有木聚糖、半乳聚糖、或甘露糖组成。在其支链上带有阿拉伯糖或半乳糖，单糖单元之间的连接键上为-糖苷键。小结：1、双糖是一分子单糖的半缩醛羟基与另一分子单糖的羟基缩合，脱去一分子水形成的。一是还原性双糖：一个单糖分子的半缩醛羟基与另一个单糖分子的醇羟基脱水构成常见的有麦芽糖、乳糖。二是非还原性双糖：二个单糖分子的半缩醛羟基之间脱水形成。常见的为蔗糖。2、多糖是由十个以上到上万个单糖经脱水、缩合而形成的。是一类分子结构复杂且庞大的糖类物质，可用通式(C6H10O5)n表示。多糖的糖基单位绝大多数在200以上。淀粉是植物体内的贮存物质，也是人类的主要食物，主要积蓄于植物的种子、茎、根组织中。3、淀粉的结构（1）直链淀粉（