第7章基础营养物质

1、第第7 7章章 基础营养物质基础营养物质糖类糖类蛋白质蛋白质糖类主要由碳、氢、氧三种元素组成，由于绝大多数糖的化学式中氢、氧糖类主要由碳、氢、氧三种元素组成，由于绝大多数糖的化学式中氢、氧元素的个数比为元素的个数比为2 21 1，与水的组成一样，所以人们习惯将其称为碳水化合物，以，与水的组成一样，所以人们习惯将其称为碳水化合物，以通式通式Cm（H2O）n表示。但是后来随着科学的发展，人们发现许多糖类并不合乎上表示。但是后来随着科学的发展，人们发现许多糖类并不合乎上述通式，如鼠李糖（述通式，如鼠李糖（C6H12O5）；而有些物质符合上述分子式但不是）；而有些物质符合上述分子式但不是糖类，如甲醛（

2、糖类，如甲醛（CH2O），所以碳水化合物这一名称并不准确。），所以碳水化合物这一名称并不准确。从分子结构上看，糖类一般都含有多个烃基，包括多烃基醛从分子结构上看，糖类一般都含有多个烃基，包括多烃基醛和多烃基酮。另外，蔗糖、淀粉和纤维素等水解后也能生成葡萄和多烃基酮。另外，蔗糖、淀粉和纤维素等水解后也能生成葡萄糖、果糖等。所以糖、果糖等。所以糖类糖类可以定义为多烃基醛或多烃基酮以及它们可以定义为多烃基醛或多烃基酮以及它们的脱水缩合物。的脱水缩合物。7.1 7.1 糖类糖类7.1.1 7.1.1 糖类的组成和分类糖类的组成和分类根据能否水解及水解生成的产物，糖类化合物可以分为根据能否水解及水解生成

3、的产物，糖类化合物可以分为单糖单糖、低聚糖低聚糖和和多糖多糖。l单糖是不能被水解的糖类，主要包括葡萄糖、果糖、核糖和脱氧核糖单糖是不能被水解的糖类，主要包括葡萄糖、果糖、核糖和脱氧核糖等；等；l低聚糖是由低聚糖是由2 21010个单糖分子缩合而成的化合物，能水解生成单糖。个单糖分子缩合而成的化合物，能水解生成单糖。按照水解后生成单糖的数目，低聚糖可分为双糖、三糖和四糖等。麦按照水解后生成单糖的数目，低聚糖可分为双糖、三糖和四糖等。麦芽糖、蔗糖和乳糖都是双糖。芽糖、蔗糖和乳糖都是双糖。l多糖是由多个单糖分子缩合失水而成的化合物，能水解生成许多个多糖是由多个单糖分子缩合失水而成的化合物，能水解生成

4、许多个单糖分子，主要包括淀粉、纤维素等。单糖分子，主要包括淀粉、纤维素等。7.1.2 7.1.2 葡萄糖葡萄糖 果糖果糖葡萄糖和果糖都是单糖，二者互为同分异构体。它们的分子式为葡萄糖和果糖都是单糖，二者互为同分异构体。它们的分子式为C6H12O6。1 1葡萄糖葡萄糖葡萄糖又称为玉米葡糖、玉蜀黍糖，甚至简称为葡糖，是自然界分布最广且最为重要的一葡萄糖又称为玉米葡糖、玉蜀黍糖，甚至简称为葡糖，是自然界分布最广且最为重要的一种单糖。它是一种多羟基醛。纯净的葡萄糖为无色晶体，有甜味但甜味不如蔗糖，易溶于水，种单糖。它是一种多羟基醛。纯净的葡萄糖为无色晶体，有甜味但甜味不如蔗糖，易溶于水，微溶于乙醇，不

5、溶于乙醚。葡萄糖广泛存在于生物体内，如葡萄、无花果等甜果及蜂蜜中。微溶于乙醇，不溶于乙醚。葡萄糖广泛存在于生物体内，如葡萄、无花果等甜果及蜂蜜中。葡萄糖分子中含有醛基，其结构简式如下：葡萄糖分子中含有醛基，其结构简式如下： CH2OHCHOHCHOHCHOHCHOHCHO跟其他醛一样，葡萄糖具有还原性，能与银氨溶液和新制的氢氧化铜溶液发生反应。因跟其他醛一样，葡萄糖具有还原性，能与银氨溶液和新制的氢氧化铜溶液发生反应。因此，葡萄糖又称为还原糖。此，葡萄糖又称为还原糖。淀粉等食用糖类在人体内能转化为葡萄糖。由于葡萄糖可以不经消化而直接被人体吸收淀粉等食用糖类在人体内能转化为葡萄糖。由于葡萄糖可以

6、不经消化而直接被人体吸收和利用，医学上往往通过静脉注射葡萄糖溶液的方法来迅速补充营养。葡萄糖在工业上广泛用和利用，医学上往往通过静脉注射葡萄糖溶液的方法来迅速补充营养。葡萄糖在工业上广泛用于制镜业、糖果制造业和医药业等。于制镜业、糖果制造业和医药业等。2 2果糖果糖纯净的果糖为白色晶体，不易结晶，通常为黏纯净的果糖为白色晶体，不易结晶，通常为黏稠性液体，易溶于水、乙醇和乙醚。果糖存在于蜂稠性液体，易溶于水、乙醇和乙醚。果糖存在于蜂蜜和水果中，和葡萄糖结合构成日常食用的蔗糖。蜜和水果中，和葡萄糖结合构成日常食用的蔗糖。果糖是最甜的单糖，具有供给热能、补充体液及营果糖是最甜的单糖，具有供给热能、补

7、充体液及营养全身的作用。果糖的结构简式为：养全身的作用。果糖的结构简式为：果糖是一种多烃基酮，分子中有酮基，没有醛果糖是一种多烃基酮，分子中有酮基，没有醛基，但在碱性条件下可以转变成醛基，具有还原性，基，但在碱性条件下可以转变成醛基，具有还原性，能够发生银镜反应。能够发生银镜反应。7.1.3 7.1.3 蔗糖蔗糖 麦芽糖麦芽糖蔗糖和麦芽糖都是双糖，二者互为同分异构体，它们的分子式为蔗糖和麦芽糖都是双糖，二者互为同分异构体，它们的分子式为C12H22O11。1 1蔗糖蔗糖蔗糖为白色晶体，易溶于水，有甜味。蔗糖分子是由蔗糖为白色晶体，易溶于水，有甜味。蔗糖分子是由1 1分子葡萄糖和分子葡萄糖和1

8、1分子果糖脱水形成的。分子果糖脱水形成的。蔗糖是光合作用的主要产物，广泛分布于植物体内，特别是甜菜、甘蔗和水果中含量极高。我蔗糖是光合作用的主要产物，广泛分布于植物体内，特别是甜菜、甘蔗和水果中含量极高。我们平时食用的白糖、红糖的主要成分都是蔗糖。们平时食用的白糖、红糖的主要成分都是蔗糖。蔗糖分子中不含有醛基，没有还原性，不能发生银镜反应，但其水解后生成葡萄糖和果蔗糖分子中不含有醛基，没有还原性，不能发生银镜反应，但其水解后生成葡萄糖和果糖，水解产物能发生银镜反应。糖，水解产物能发生银镜反应。蔗糖是重要的食品调味剂，医药上常用其制造糖浆。蔗糖是重要的食品调味剂，医药上常用其制造糖浆。2 2麦芽

9、糖麦芽糖麦芽糖是白色晶体，易溶于水，有甜味，但麦芽糖是白色晶体，易溶于水，有甜味，但没有蔗糖甜；因其主要存在于发芽的谷粒，特别是没有蔗糖甜；因其主要存在于发芽的谷粒，特别是麦芽中而得名。饴糖就是麦芽糖的粗制品。麦芽糖麦芽中而得名。饴糖就是麦芽糖的粗制品。麦芽糖由由2 2分子葡萄糖脱水缩合而成，具有还原性，能与分子葡萄糖脱水缩合而成，具有还原性，能与银氨溶液和新制的氢氧化铜溶液反应。在稀酸或酶银氨溶液和新制的氢氧化铜溶液反应。在稀酸或酶的作用下，麦芽糖可水解生成的作用下，麦芽糖可水解生成2 2分子葡萄糖。分子葡萄糖。麦芽糖可用作营养剂和某些细菌的培养基等。麦芽糖可用作营养剂和某些细菌的培养基等。

10、7.1.4 7.1.4 淀粉淀粉 纤维素纤维素淀粉和纤维素是最重要的多糖，它们的通式都是（淀粉和纤维素是最重要的多糖，它们的通式都是（C6H10O5）n，但分子中所含单糖单元的数，但分子中所含单糖单元的数目不同，结构也不相同。目不同，结构也不相同。1 1淀粉淀粉淀粉是绿色植物进行光合作用的产物，是人类的主要食物。各类植物中的淀粉含量都较高淀粉是绿色植物进行光合作用的产物，是人类的主要食物。各类植物中的淀粉含量都较高主要贮存在种子和块茎中。例如，大米中含淀粉主要贮存在种子和块茎中。例如，大米中含淀粉62%62%86%86%，麦子中含淀粉，麦子中含淀粉57%57%75%75%，马铃薯中，马铃薯中含

11、淀粉含淀粉9%9%20%20%。淀粉是食物的重要组成部分。我们在咀嚼米饭或馒头时会感到有些甜味，是因。淀粉是食物的重要组成部分。我们在咀嚼米饭或馒头时会感到有些甜味，是因为唾液中的淀粉酶将淀粉水解成了双糖为唾液中的淀粉酶将淀粉水解成了双糖麦芽糖。麦芽糖。淀粉是白色、无味的粉末状物质，不溶于冷水，也不溶于一般有机溶剂，性质比较淀粉是白色、无味的粉末状物质，不溶于冷水，也不溶于一般有机溶剂，性质比较稳定。在适当温度下（各种来源的淀粉所需温度不同，一般为稳定。在适当温度下（各种来源的淀粉所需温度不同，一般为60608080），淀粉颗粒会），淀粉颗粒会在水中膨胀分裂，有一部分淀粉溶解在水里，另一部分悬

12、浮在水中，形成胶状淀粉糊，在水中膨胀分裂，有一部分淀粉溶解在水里，另一部分悬浮在水中，形成胶状淀粉糊，这一过程称为这一过程称为糊化糊化。糊化是淀粉食品加热烹制时的基本变化，也就是食物由生到熟的过。糊化是淀粉食品加热烹制时的基本变化，也就是食物由生到熟的过程。程。淀粉中含有几百到几千个单糖单元，其相对分子质量很大，从几万到几十万，属于淀粉中含有几百到几千个单糖单元，其相对分子质量很大，从几万到几十万，属于天然有机高分子化合物。天然有机高分子化合物。淀粉是非还原性糖，但在催化剂（酸或酶）作用下容易发生水解，水解的最终产物淀粉是非还原性糖，但在催化剂（酸或酶）作用下容易发生水解，水解的最终产物是葡萄

13、糖。是葡萄糖。实验实验通过实验可以看到，淀粉溶液和马铃薯片上与碘液接触的地方都呈现蓝色，这通过实验可以看到，淀粉溶液和马铃薯片上与碘液接触的地方都呈现蓝色，这说明淀粉和碘发生了反应。化学上常用该反应来检验淀粉，或用淀粉检验碘的存在。说明淀粉和碘发生了反应。化学上常用该反应来检验淀粉，或用淀粉检验碘的存在。淀粉除食用外，工业上常用于生产糊精、麦芽糖、葡萄糖和酒精等。淀粉除食用外，工业上常用于生产糊精、麦芽糖、葡萄糖和酒精等。在试管中加入少量新制的淀粉溶液，然后向该试管中滴入几滴稀碘液，观察现在试管中加入少量新制的淀粉溶液，然后向该试管中滴入几滴稀碘液，观察现象。再在切开的马铃薯上滴象。再在切开的

14、马铃薯上滴1 1滴碘液，观察现象。滴碘液，观察现象。2 2纤维素纤维素纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的多糖，占植物界碳含量的50%50%以上，不溶于水及一以上，不溶于水及一般的有机溶剂。它存在于一切植物体内，是植物细般的有机溶剂。它存在于一切植物体内，是植物细胞壁的主要成分。棉花的纤维素含量接近胞壁的主要成分。棉花的纤维素含量接近100%100%，为，为天然的最纯纤维素来源；一般木材中，纤维素占天然的最纯纤维素来源；一般木材中，纤维素占40%40%50%50%，还有，还有10%10%30%30%的半纤维素和的半纤维素和20%

15、20%30%30%的的木质素；蔬菜中也含有较多的纤维素。木质素；蔬菜中也含有较多的纤维素。纤维素是白色、无味且具有纤维状结构的物质，纤维素是白色、无味且具有纤维状结构的物质，不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂，性质比较稳不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂，性质比较稳定。定。纤维素是由多个葡萄糖单元连接而成的没有分支的长链分子，分子式为纤维素是由多个葡萄糖单元连接而成的没有分支的长链分子，分子式为（C6H10O5）n，相对分子质量约为几十万至几百万，也是一种天然有机高分子化合相对分子质量约为几十万至几百万，也是一种天然有机高分子化合物。物。纤维素虽可以发生水解，但比淀粉要困难得多；所以纤维素虽由葡萄

16、糖单元组纤维素虽可以发生水解，但比淀粉要困难得多；所以纤维素虽由葡萄糖单元组成，但不能作为营养物质被吸收。相对于其他糖类，纤维素可以大量食用，虽然它成，但不能作为营养物质被吸收。相对于其他糖类，纤维素可以大量食用，虽然它在人体内无法水解，但有助于消化，刺激肠道蠕动和消化液分泌，有助于食物的消在人体内无法水解，但有助于消化，刺激肠道蠕动和消化液分泌，有助于食物的消化和排泄。化和排泄。纤维素的用途非常广泛，棉麻纤维大量用于纺织工业；一些富含纤维素的物质，纤维素的用途非常广泛，棉麻纤维大量用于纺织工业；一些富含纤维素的物质，如木材、稻草、麦秆、芦苇和甘蔗渣等都可用来造纸。此外，纤维素还可用于制造如木

17、材、稻草、麦秆、芦苇和甘蔗渣等都可用来造纸。此外，纤维素还可用于制造纤维素硝酸酯、纤维素乙酸酯和黏胶纤维。纤维素硝酸酯、纤维素乙酸酯和黏胶纤维。 7 7.2 .2 蛋白质蛋白质蛋白质是一切生命的物质基础，是机体细胞的重要组成部分，是人体组织更蛋白质是一切生命的物质基础，是机体细胞的重要组成部分，是人体组织更新和修补的主要原料。人体的每个组织：毛发、皮肤、肌肉、骨骼、内脏、大脑、新和修补的主要原料。人体的每个组织：毛发、皮肤、肌肉、骨骼、内脏、大脑、血液、神经和内分泌等系统都是由蛋白质构成的。植物体中的叶绿素、根茎、种血液、神经和内分泌等系统都是由蛋白质构成的。植物体中的叶绿素、根茎、种子和果实

18、等也含有一定量的蛋白质。蛋白质与生命及各种形式的生命活动紧密联子和果实等也含有一定量的蛋白质。蛋白质与生命及各种形式的生命活动紧密联系在一起，机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有其参与，可以说，没有系在一起，机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有其参与，可以说，没有蛋白质就没有生命。蛋白质就没有生命。蛋白质是一种非常复杂的有机化合物，蛋白质是一种非常复杂的有机化合物，主要由碳、氢、氧和氮等元素组成，有些蛋主要由碳、氢、氧和氮等元素组成，有些蛋白质中还含有硫、磷、铁、铜、锰、锌和碘白质中还含有硫、磷、铁、铜、锰、锌和碘等元素，其中氮元素是蛋白质的特征元素。等元素，其中氮元素是蛋白质的特征元

19、素。各种蛋白质的含氮量都差不多，一般为各种蛋白质的含氮量都差不多，一般为15%15%17%17%（质量分数），平均为（质量分数），平均为16%16%。蛋白质的相。蛋白质的相对分子质量很大，从几万到几千万，因此，对分子质量很大，从几万到几千万，因此，蛋白质属于天然有机高分子化合物。蛋白质属于天然有机高分子化合物。蛋白质在酸、碱或酶的作用下能够发生蛋白质在酸、碱或酶的作用下能够发生水解，最终产物为水解，最终产物为-氨基酸。可以说，氨基氨基酸。可以说，氨基酸是组成蛋白质分子的基本单位。酸是组成蛋白质分子的基本单位。一般的氨基酸，则是指构成蛋白质的结构单位。在生物界，构成天然蛋白一般的氨基酸，则是指构

20、成蛋白质的结构单位。在生物界，构成天然蛋白质的氨基酸具有其特定的结构特点，即其氨基直接连接在质的氨基酸具有其特定的结构特点，即其氨基直接连接在-碳原子上，这种氨碳原子上，这种氨基酸被称为基酸被称为-氨基酸。在自然界中共有氨基酸。在自然界中共有300300多种氨基酸，其中多种氨基酸，其中-氨基酸约氨基酸约2121种。种。-氨基酸的结构通式可表示为：氨基酸的结构通式可表示为：氨基酸是无色晶体，熔点极高，一般在氨基酸是无色晶体，熔点极高，一般在200200以上。不同的以上。不同的氨基酸味道不同，有的无味，有的味甜，有的味苦。谷氨酸的单氨基酸味道不同，有的无味，有的味甜，有的味苦。谷氨酸的单钠盐有鲜味

21、，是味精的主要成分。各种氨基酸在水中的溶解度差钠盐有鲜味，是味精的主要成分。各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶于有机溶剂。通常酒别很大，能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。7.2.1 7.2.1 氨基酸氨基酸1 1氨基酸的命名氨基酸的命名氨基酸的系统命名法与烃基酸一样，但天然氨基酸常根氨基酸的系统命名法与烃基酸一样，但天然氨基酸常根据其来源或性质命名。例如，天冬氨酸和谷氨酸是根据最初据其来源或性质命名。例如，天冬氨酸和谷氨酸是根据最初分别来源于天门冬的幼苗和谷物而得名；甘氨酸是由于具有分别

22、来源于天门冬的幼苗和谷物而得名；甘氨酸是由于具有甜味而得名。甜味而得名。2 2氨基酸的分类氨基酸的分类组成蛋白质的氨基酸，根据化学结构不同，可分为脂肪组成蛋白质的氨基酸，根据化学结构不同，可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸三大类；根据侧链基族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸三大类；根据侧链基团的极性，可分为非极性氨基酸（疏水氨基酸）和极性氨基团的极性，可分为非极性氨基酸（疏水氨基酸）和极性氨基酸（亲水氨基酸）；从营养学的角度来看，氨基酸又可分为酸（亲水氨基酸）；从营养学的角度来看，氨基酸又可分为必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸。必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸。必需必需指

23、人体（或其它脊椎动物）不能合成或合成速度远不能适应机体需要，必需由食物蛋白供给的氨基酸。例如，赖氨酸、亮氨酸等。半必半必需需指人体虽能够合成，但通常不能满足正常需要的氨基酸，又称条件必需氨基酸。例如，半胱氨酸和酪氨酸等。非必非必需需指人（或其它脊椎动物）自己能由简单的前体合成，不需要从食物中获得的氨基酸。例如甘氨酸、丙氨酸等。3 3氨基酸的两性氨基酸的两性大多数氨基酸因含羧基和氨基数目的不同而呈现不同程度的酸性或碱性，呈中性的较少，大多数氨基酸因含羧基和氨基数目的不同而呈现不同程度的酸性或碱性，呈中性的较少，所以其既能与酸反应生成盐，又能与碱反应生成盐，表现出两性性质。所以其既能与酸反应生成盐

24、，又能与碱反应生成盐，表现出两性性质。氨基酸可以通过蛋白质水解或人工合成得到，大量应用于有机合成、石油化工和医疗氨基酸可以通过蛋白质水解或人工合成得到，大量应用于有机合成、石油化工和医疗等方面。氨基酸及其衍生物品种很多，大多性质稳定但需要避光、干燥储存。等方面。氨基酸及其衍生物品种很多，大多性质稳定但需要避光、干燥储存。7.2.2 7.2.2 蛋白质蛋白质蛋白质是由一条或多条多肽链组成的生物大分子，每一条多肽链有几十至数百个氨基酸不蛋白质是由一条或多条多肽链组成的生物大分子，每一条多肽链有几十至数百个氨基酸不等，各种氨基酸按一定顺序排列。蛋白质结构复杂，可分为一级结构、二级结构、三级结构和等，

25、各种氨基酸按一定顺序排列。蛋白质结构复杂，可分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构四个层次，一级结构是蛋白质最基本的结构，由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。四级结构四个层次，一级结构是蛋白质最基本的结构，由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。二、三、四级结构统称为空间结构，下图为蛋白质的两种分子结构图。二、三、四级结构统称为空间结构，下图为蛋白质的两种分子结构图。完全完全这是一类优质蛋白质，它们所含的必需氨基酸种类齐全，数量充足，彼此比例适当。它们不但可以维持人体健康，还可以促进生长发育。半完半完全全这类蛋白质所含氨基酸虽然种类齐全，但其中某些氨基酸的数量不能满足人体需要。它们可以维持生命

26、，但不能促进生长发育。不完不完全全这类蛋白质不能提供人体所需的全部必需氨基酸，单纯靠它们既不能促进生长发育，也不能维持生命。营养学上根据食物蛋白质所含氨基酸的种类和数量将其分为营养学上根据食物蛋白质所含氨基酸的种类和数量将其分为完全蛋白质完全蛋白质、半完全蛋半完全蛋白质白质和和不完全蛋白质不完全蛋白质三类。三类。另外根据蛋白质分子的外形，也可以将其分为另外根据蛋白质分子的外形，也可以将其分为球状蛋白质球状蛋白质、纤维状蛋白质纤维状蛋白质和和膜蛋白质膜蛋白质。蛋白质含有多种氨基酸分子，所以它具有一些与氨基酸相似的性质，如具有两性性质等。蛋白质含有多种氨基酸分子，所以它具有一些与氨基酸相似的性质，

27、如具有两性性质等。同时它与氨基酸也有本质的区别，如可以发生盐析、变性和颜色反应等。同时它与氨基酸也有本质的区别，如可以发生盐析、变性和颜色反应等。 1 1蛋白质的盐析蛋白质的盐析实验实验实验表明，向蛋白质水溶液中加入足量盐类（中性盐如硫酸钠、硫酸铵等），可析出实验表明，向蛋白质水溶液中加入足量盐类（中性盐如硫酸钠、硫酸铵等），可析出沉淀，这种现象叫做沉淀，这种现象叫做盐析盐析。盐析是个可逆过程，是物理变化，盐析出的蛋白质仍能溶解并。盐析是个可逆过程，是物理变化，盐析出的蛋白质仍能溶解并保持原来的性质。所以，采用多次盐析和溶解的方法，可以分离和提纯蛋白质。保持原来的性质。所以，采用多次盐析和溶解的方法，可以分离和提纯蛋白质。取取3 mL 30%3 mL 30%（质量分数）的鸡蛋清溶液于试管中，缓慢加入（质量分数）的鸡蛋清溶液于试管中，缓慢加入4 mL 4 mL 饱和饱和Na2SO4溶溶液，观察